Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án môn học Chi tiết máy với đề tài "Thiết kế hệ dẫn động băng tải" (Đề số XIII, Phương án 6) do sinh viên Trần Xuân Thưởng (MSSV: 6151040105, Lớp Kỹ thuật Ô tô 2, Trường Đại học Giao thông Vận tải Phân hiệu tại TP. Hồ Chí Minh) thực hiện dưới sự hướng dẫn của giảng viên Nguyễn Hữu Chí, hoàn thành vào ngày 08 tháng 01 năm 2023. Đây là học phần chuyên ngành then chốt của chương trình đào tạo kỹ sư Kỹ thuật Cơ khí Ô tô, có nhiệm vụ hệ thống hóa và vận dụng tổng hợp các khối kiến thức từ Sức bền vật liệu, Dung sai và lắp ghép, Vẽ kỹ thuật cơ khí đến Công nghệ chế tạo máy để giải quyết trọn vẹn một bài toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí thực tế.

Bối cảnh kỹ thuật của đề tài xuất phát từ nhu cầu truyền động cho hệ thống băng tải vận chuyển liên tục. Nhiệm vụ trọng tâm của đồ án bao gồm việc tính chọn nguồn động lực, phân phối tỷ số truyền, thiết kế tính toán hình học và kiểm nghiệm độ bền cho toàn bộ các bộ truyền cơ khí (bộ truyền đai ngoài và hộp giảm tốc bánh răng côn - trụ hai cấp), xác định kết cấu trục, tính chọn ổ lăn, then, khớp nối, thiết kế vỏ hộp và quy định chế độ bôi trơn, dung sai lắp ghép.

Hệ thống được thiết kế dựa trên các thông số làm việc và điều kiện vận hành ban đầu như sau:

  1. Lực vòng kéo trên băng tải: $F = P = 8800\text{ N}$ ($8800\text{ kG}$).
  2. Vận tốc làm việc của băng tải: $v = 0,62\text{ m/s}$.
  3. Đường kính tang dẫn băng tải: $D = 450\text{ mm}$.
  4. Chiều rộng băng tải: $B = 390\text{ mm}$.
  5. Thời hạn phục vụ của hệ thống: $a = 5\text{ năm}$ (tương đương tổng số giờ làm việc $l_h = 13440\text{ giờ}$).
  6. Chế độ làm việc: Làm việc 2 ca/ngày, mỗi ca 4 giờ, mỗi năm làm việc 280 ngày; chế độ tải trọng va đập nhẹ, quay một chiều.
  7. Sai số vận tốc cho phép: $\Delta v \le 4%$.

Đối tượng nghiên cứu trực tiếp là hệ dẫn động cơ khí bao gồm động cơ điện, bộ truyền đai thang, hộp giảm tốc hai cấp bánh răng côn - trụ răng thẳng và trục công tác của tang băng tải. Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở quá trình tính toán động học, thiết kế động lực học, kiểm nghiệm độ bền tĩnh, độ bền mỏi và kết cấu cơ học của hệ thống.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và công thức tính toán trong đồ án được xây dựng dựa trên giáo trình tiêu chuẩn chuyên ngành: "Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí" (Tập 1 và Tập 2) của tác giả Trịnh Chất và Lê Văn Uyển. Đồ án áp dụng các phương pháp tính toán giải tích kỹ thuật kết hợp với tra cứu tiêu chuẩn ngành cơ khí chế tạo máy:

  • Phương pháp cân bằng động học và tính chọn động cơ: Xác định hiệu suất tổng của hệ thống thông qua tích hiệu suất của các cặp chi tiết quay ($\eta = \eta_{\text{đai}} \cdot \eta_{\text{côn}} \cdot \eta_{\text{br}} \cdot \eta_{\text{ol}}^3$), từ đó tính công suất làm việc ($P_{\text{lv}}$), công suất tương đương ($P_{\text{td}}$) và công suất cần thiết trên trục động cơ ($P_{\text{ct}}$). Lựa chọn động cơ điện không đồng bộ ba pha thỏa mãn điều kiện công suất, số vòng quay đồng bộ và mômen mở máy.
  • Phương pháp tính toán thiết kế bộ truyền đai và bánh răng: Thiết kế bộ truyền đai thang theo chỉ tiêu độ bền mỏi và chống trượt, xác định tiết diện đai, đường kính bánh đai, khoảng cách trục và số lượng đai. Thiết kế bộ truyền bánh răng côn và bánh răng trụ dựa trên chỉ tiêu ứng suất tiếp xúc cho phép $[\sigma_H]$ để tính kích thước hình học chính (chiều dài côn ngoài $R_e$, khoảng cách trục $a_w$, môđun $m$), sau đó kiểm nghiệm chính xác theo độ bền tiếp xúc, độ bền uốn $[\sigma_F]$ và độ bền quá tải tức thời.
  • Phương pháp tính toán động lực học trục và ổ lăn: Phân tích lực ăn khớp ba chiều ($F_t, F_r, F_a$) tác dụng lên các trục, kết hợp lực căng đai ($F_r$) và lực khớp nối ($F_{\text{rkn}}$). Thiết lập các phương trình cân bằng tĩnh học trên hai mặt phẳng vuông góc ($Oyz$ và $Oxz$) để tính toán phản lực tại các gối đỡ; vẽ biểu đồ mômen uốn ($M_x, M_y$) và mômen xoắn ($T$); tính mômen uốn tương đương ($M_{\text{td}}$) để xác định đường kính các đoạn trục.
  • Nguồn dữ liệu thực nghiệm và tra cứu: Toàn bộ hệ số tải trọng động ($K_H, K_F$), hệ số dạng răng ($Y_F$), hệ số tập trung ứng suất, kích thước tiêu chuẩn của đai thang, then, ổ bi đỡ chặn, dung sai và kích thước vỏ hộp được tra cứu từ các bảng tiêu chuẩn kỹ thuật trong giáo trình của Trịnh Chất và Lê Văn Uyển.

Nội dung chính theo từng chương

Phần I: Tính toán động học hệ dẫn động cơ khí

Phần này tập trung xác định hiệu suất, công suất và phân phối tỷ số truyền cho toàn bộ hệ thống dẫn động:

  • Hiệu suất các bộ phận được tra cứu: bộ truyền đai $\eta_{\text{đai}} = 0,96$; bộ truyền bánh răng côn $\eta_{\text{côn}} = 0,95$; cặp bánh răng trụ $\eta_{\text{br}} = 0,97$; một cặp ổ lăn $\eta_{\text{ol}} = 0,99$. Hiệu suất chung của hệ thống đạt $\eta = 0,8584$.
  • Công suất làm việc trên trục tang: $P_{\text{lv}} = \frac{F \cdot v}{1000} = \frac{8800 \cdot 0,62}{1000} = 5,46\text{ kW}$. Công suất cần thiết trên trục động cơ: $P_{\text{ct}} = \frac{P_{\text{td}}}{\eta} = 5,24\text{ kW}$.
  • Số vòng quay sơ bộ trên trục công tác: $n_{\text{lv}} = \frac{60000 \cdot v}{\pi \cdot D} = \frac{60000 \cdot 0,62}{\pi \cdot 450} = 26,33\text{ vòng/phút}$.
  • Chọn động cơ điện: Chọn động cơ điện 3 pha loại 4A132S4Y3 có công suất định mức $P_{\text{đc}} = 7,5\text{ kW}$, tốc độ quay định mức $n_{\text{đc}} = 1455\text{ vòng/phút}$, hệ số công suất $\cos\varphi = 0,86$, tỷ số mômen mở máy $T_{\text{max}}/T_{\text{đn}} = 2,2$, $T_K/T_{\text{đn}} = 2,0$, hiệu suất động cơ $\eta = 87,5%$, khối lượng 170 kg.
  • Tỷ số truyền chung của hệ thống: $u_c = \frac{1455}{26,33} = 55,26$. Phân phối: tỷ số truyền bộ truyền đai ngoài $u_{\text{đ}} = 2,51$; tỷ số truyền của hộp giảm tốc hai cấp $u_h = 22$. Trong hộp giảm tốc, cấp nhanh (bánh răng côn) có $u_1 = 4,7$, cấp chậm (bánh răng trụ) có $u_2 = 4,68$.
Thông số động học Trục động cơ Trục I (Vào HGT) Trục II (Trung gian) Trục III (Ra HGT)
Tỷ số truyền ($u$) - $u_{\text{đ}} = 2,51$ $u_1 = 4,70$ $u_2 = 4,68$
Tốc độ quay ($n$, v/ph) 1455 579,68 115,94 26,35
Công suất ($P$, kW) 7,50 6,11 5,75 5,52
Mômen xoắn ($T$, N.mm) 100659,85 100659,85 473628,60 2000607,21

Phần II: Thiết kế hệ thống truyền động

Chương này thực hiện thiết kế chi tiết bộ truyền đai và hai cấp bánh răng trong hộp giảm tốc:

  1. Thiết kế bộ truyền đai thang:

    • Chọn loại đai thang có tiết diện $b_p = 14\text{ mm}$, $b_0 = 17\text{ mm}$, $y_0 = 4,0\text{ mm}$, diện tích tiết diện $A = 138\text{ mm}^2$.
    • Đường kính bánh đai nhỏ $d_1 = 150\text{ mm}$, vận tốc đai $v = 4,55\text{ m/s} < v_{\text{max}} = 25\text{ m/s}$. Đường kính bánh đai lớn tiêu chuẩn $d_2 = 400\text{ mm}$, tỷ số truyền thực tế $u_{\text{tt}} = 2,61$ (sai lệch $\Delta u = 3,98% \le 5%$).
    • Khoảng cách trục $a = 450,92\text{ mm}$, chiều dài đai tiêu chuẩn $L = 1800\text{ mm}$, số vòng chạy trong một giây $i = 2,53\text{ s}^{-1} < 10\text{ s}^{-1}$.
    • Góc ôm bánh đai nhỏ $\alpha_1 = 148,4^\circ > 120^\circ$. Số dây đai được tính toán là $z = 5$ sợi đai. Chiều rộng vành bánh đai $B = 101\text{ mm}$.
    • Lực căng ban đầu mỗi nhánh $F_0 = 377,33\text{ N}$, lực tác dụng lên trục $F_r = 3630,74\text{ N}$.

  2. Thiết kế hộp giảm tốc bánh răng côn - trụ hai cấp:

    • Vật liệu: Cả hai cấp đều sử dụng Thép 45 tôi cải thiện. Bánh nhỏ có độ rắn HB 241 ÷ 285 ($\sigma_{b1} = 850\text{ MPa}$, $\sigma_{\text{ch}1} = 580\text{ MPa}$); bánh lớn có độ rắn HB 192 ÷ 240 ($\sigma_{b2} = 750\text{ MPa}$, $\sigma_{\text{ch}2} = 450\text{ MPa}$).
    • Cấp nhanh (Bánh răng côn răng thẳng): Tỷ số truyền $u_1 = 4,7$. Chiều dài côn ngoài tính toán $R_e = 217,14\text{ mm}$. Môđun vòng ngoài tiêu chuẩn $m_{\text{te}} = 3\text{ mm}$, môđun trung bình $m_{\text{tm}} = 2,63\text{ mm}$. Số răng: bánh dẫn $Z_1 = 30$, bánh bị dẫn $Z_2 = 142$. Góc côn chia $\delta_1 = 11^\circ 55'$, $\delta_2 = 78^\circ 5'$. Hệ số dịch chỉnh chiều cao $x_1 = +0,05$, $x_2 = -0,05$. Chiều rộng vành răng $b = 61\text{ mm}$. Đường kính chia ngoài $d_{e1} = 90\text{ mm}$, $d_{e2} = 450\text{ mm}$. Kết quả kiểm nghiệm: ứng suất tiếp xúc $\sigma_H = 386,78\text{ MPa} \le [\sigma_H]$, ứng suất uốn $\sigma_{F1} = 79,25\text{ MPa} \le [\sigma_{F1}] = 205,7\text{ MPa}$.
    • Cấp chậm (Bánh răng trụ răng thẳng): Tỷ số truyền $u_2 = 4,68$. Khoảng cách trục tiêu chuẩn $a_w = 365\text{ mm}$, môđun pháp tiêu chuẩn $m = 4\text{ mm}$. Số răng: $Z_1 = 32$, $Z_2 = 150$. Hệ số dịch chỉnh $x_1 = +0,5$, $x_2 = -0,5$. Chiều rộng vành răng $b_w = 109,5\text{ mm}$. Đường kính chia $d_1 = 128\text{ mm}$, $d_2 = 600\text{ mm}$. Đường kính đỉnh răng $d_{a1} = 141\text{ mm}$, $d_{a2} = 603\text{ mm}$. Kết quả kiểm nghiệm: ứng suất tiếp xúc $\sigma_H = 370,77\text{ MPa}$, ứng suất uốn $\sigma_{F1} = 50,44\text{ MPa}$, $\sigma_{F2} = 41,42\text{ MPa}$. Cả hai bộ truyền đều đảm bảo tuyệt đối khả năng chịu quá tải đột ngột.

Phần III: Tính toán thiết kế trục và gối đỡ

  • Vật liệu trục: Thép 45 thường hóa có giới hạn bền $\sigma_b = 600\text{ MPa}$, ứng suất cho phép $[\sigma] = 63\text{ MPa}$, ứng suất xoắn cho phép $[\tau] = 15 \div 30\text{ MPa}$.
  • Xác định tải trọng tác dụng:
    • Lực ăn khớp bộ truyền bánh răng côn: Lực vòng $F_{t1} = 2546,74\text{ N}$, lực dọc trục $F_{a1} = 191,4\text{ N}$, lực hướng tâm $F_{r1} = 906,96\text{ N}$. Lực do khớp nối trục vào: $F_{\text{rkn}1} = 287,6\text{ N}$.
    • Lực ăn khớp bộ truyền bánh răng trụ: Lực vòng $F_{t3} = 7371,65\text{ N}$, lực hướng tâm $F_{r3} = 2683,06\text{ N}$. Lực hướng tâm do khớp nối đầu ra: $F_{\text{rkn}2} = 3077,86\text{ N}$.
  • Phân tích phản lực gối đỡ và tính toán đường kính trục:
    • Trục I: Khoảng cách gối đỡ $l_{11} = 110\text{ mm}$, khoảng cách công-xôn $l_{12} = 80\text{ mm}$, $l_{13} = 168\text{ mm}$. Phản lực gối tựa $F_{Iy} = 3680,4\text{ N}$, $F_{0y} = 846,06\text{ N}$, $F_{Ix} = 1316,38\text{ N}$, $F_{0x} = 409,42\text{ N}$. Mômen uốn tương đương cực đại $M_{\text{td}11} = 177330,30\text{ N.mm}$. Đường kính các đoạn trục tính toán và tiêu chuẩn hóa: $d_{10} = 35\text{ mm}$, $d_{11} = 35\text{ mm}$, $d_{12} = 30\text{ mm}$, $d_{13} = 25\text{ mm}$.
    • Trục II: Khoảng cách gối đỡ $l_{21} = 216\text{ mm}$, các vị trí lắp bánh răng $l_{22} = 69,5\text{ mm}$, $l_{23} = 122\text{ mm}$. Phản lực gối tựa: $F_{Ay} = 3810,33\text{ N}$, $F_{By} = 6108,08\text{ N}$, $F_{Az} = 130,9\text{ N}$, $F_{Bz} = 2360,76\text{ N}$. Mômen tương đương tại tiết diện lắp bánh răng trụ $M_{\text{td}22} = 515356,08\text{ N.mm}$, cho ra đường kính tính toán $d_{22} = 40,54\text{ mm}$.
    • Trục III: Chiều dài $l_{31} = 216\text{ mm}$, đoạn công-xôn $l_{c3} = 115,5\text{ mm}$. Phản lực gối đỡ $F_{Dz} = 863,3\text{ N}$, $F_{Cz} = 1819,8\text{ N}$, $F_{Dy} = 726,1\text{ N}$, $F_{Cy} = 5224,76\text{ N}$. Đường kính ngõng trục lắp then và khớp nối được chọn sơ bộ $d_3 = 70\text{ mm}$.
  • Trình bày sơ đồ phân tích kết cấu gối đỡ trục, lựa chọn then bằng theo tiêu chuẩn kích thước rãnh trục và tính chọn ổ lăn đỡ chặn cho các vị trí chịu lực dọc trục lớn.

Phần IV: Cấu tạo vỏ hộp, các chi tiết phụ, bôi trơn và chế độ lắp ghép

  • Thiết kế kết cấu vỏ hộp giảm tốc đúc bằng gang, xác định chiều dày thân hộp, nắp hộp, gân tăng cứng, đường kính bu-lông nền, bu-lông ghép nắp và thân, bu-lông vòng đỡ.
  • Lựa chọn kích thước các chi tiết phụ: que thăm dầu, cửa thăm, nút thông hơi, nút tháo dầu, vòng chắn dầu và nắp ổ.
  • Phương pháp bôi trơn: Bôi trơn ngâm dầu cho các bộ truyền bánh răng trong hộp giảm tốc với mức dầu ngập chân răng thích hợp; bôi trơn mỡ cho các cụm ổ lăn đỡ trục.
  • Quy định hệ thống dung sai, cấp chính xác chế tạo (cấp chính xác 7 cho bánh răng côn, cấp chính xác 8-9 cho bánh răng trụ) và các kiểu lắp ghép tiêu chuẩn (lắp then, lắp vòng trong ổ lăn lên trục, lắp vòng ngoài ổ vào thân hộp).

Phần V: Tài liệu tham khảo

Liệt kê hệ thống tài liệu phục vụ tính toán, chủ đạo là bộ sách giáo trình "Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí" (Tập 1 và Tập 2) của tác giả Trịnh Chất và Lê Văn Uyển.

Thiết kế kỹ thuật và kết quả kiểm nghiệm

Dưới đây là bảng tổng hợp các thông số kỹ thuật then chốt và kết quả kiểm nghiệm độ bền của hệ thống:

Cụm chi tiết / Bộ truyền Đại lượng thiết kế Giá trị tính toán Giới hạn cho phép / Tiêu chuẩn Đánh giá điều kiện bền
Động cơ điện Mã hiệu / Công suất 4A132S4Y3 / 7,5 kW $P_{\text{đc}} \ge P_{\text{ct}} = 5,24\text{ kW}$ Đạt công suất
Tốc độ quay 1455 v/ph $n_{\text{sb}} = 1447,98\text{ v/ph}$ Thỏa mãn sai số
Bộ truyền đai thang Số dây đai ($z$) 5 đai Tiêu chuẩn đai thang Đạt lực kéo
Vận tốc đai ($v$) 4,55 m/s $v_{\text{max}} \le 25\text{ m/s}$ Đảm bảo mỏi
Góc ôm bánh nhỏ ($\alpha_1$) 148,4° $\alpha_{\text{min}} \ge 120^\circ$ Không trượt trơn
Bánh răng côn (Cấp 1) Ứng suất tiếp xúc ($\sigma_H$) 386,78 MPa $[\sigma_H]' = 427,3\text{ MPa}$ Thỏa mãn bền tiếp xúc
Ứng suất uốn ($\sigma_{F1}$) 79,25 MPa $[\sigma_{F1}] = 205,7\text{ MPa}$ Thỏa mãn bền uốn
Ứng suất quá tải tiếp xúc 464,21 MPa $[\sigma_H]_{\text{max}} = 1260\text{ MPa}$ Đảm bảo quá tải
Bánh răng trụ (Cấp 2) Ứng suất tiếp xúc ($\sigma_H$) 370,77 MPa $[\sigma_H]' = 407,14\text{ MPa}$ Thỏa mãn bền tiếp xúc
Ứng suất uốn ($\sigma_{F1}, \sigma_{F2}$) 50,44 / 41,42 MPa $[\sigma_{F}] = 201,59\text{ MPa}$ Thỏa mãn bền uốn
Ứng suất quá tải tiếp xúc 422,74 MPa $[\sigma_H]_{\text{max}} = 1260\text{ MPa}$ Đảm bảo quá tải
Kết cấu Trục I Đường kính các đoạn trục 25, 30, 35 mm $[\sigma] = 63\text{ MPa}$ Đạt độ bền tĩnh & mỏi
Kết cấu Trục II Đường kính đoạn nguy hiểm 40,54 mm Tra bảng tiêu chuẩn Đạt điều kiện mômen

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã giải quyết trọn vẹn quy trình tính toán kỹ thuật cơ khí truyền thống cho một hệ thống truyền động băng tải hai cấp công suất trung bình:

  • Kết quả tính toán định lượng chính xác: Đã xây dựng thành công bảng thông số động học trên 3 trục; xác định hoàn chỉnh kích thước hình học của bộ truyền ngoài (đai thang 5 sợi, bánh đai $d_1 = 150\text{ mm}, d_2 = 400\text{ mm}$) và hộp giảm tốc bánh răng côn - trụ hai cấp (cấp nhanh $u_1 = 4,7, m_{\text{te}} = 3\text{ mm}$; cấp chậm $u_2 = 4,68, a_w = 365\text{ mm}, m = 4\text{ mm}$).
  • Kiểm nghiệm toàn diện: Toàn bộ các giá trị ứng suất tiếp xúc, ứng suất uốn và khả năng chịu tải trọng quá tải mở máy đột ngột đều nằm trong giới hạn cho phép của vật liệu Thép 45 tôi cải thiện và Thép 45 thường hóa.
  • Đóng góp kỹ thuật: Cung cấp bộ hồ sơ tính toán hoàn chỉnh, minh bạch từ bước phân tích động học, giải phóng liên kết, thiết lập phương trình cân bằng mômen uốn - xoắn không gian đến việc xác lập các kích thước hình học vỏ hộp và các phụ kiện bôi trơn.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên nội dung và phạm vi được tác giả trình bày trong tài liệu, đề tài còn tồn tại một số điểm hạn chế mang tính đặc thù của đồ án môn học:

  • Phương pháp tính toán thuần giải tích: Toàn bộ quá trình thiết kế chủ yếu dựa trên việc tra bảng sổ tay và công thức kinh nghiệm bán thực nghiệm, chưa kết hợp công cụ mô phỏng phần tử hữu hạn (FEA) để phân tích trường ứng suất cục bộ trên trục hoặc độ cứng vững của vỏ hộp gang.
  • Giới hạn khảo sát động lực học: Chưa đi sâu khảo sát các hiện tượng dao động cưỡng bức, nhiệt độ phát sinh trong quá trình vận hành liên tục hoặc hiện tượng mất cân bằng động của các bánh răng kích thước lớn ($d_2 = 600\text{ mm}$).
  • Hướng phát triển mở rộng:
    1. Ứng dụng các phần mềm thiết kế 3D chuyên ngành (như Autodesk Inventor, SolidWorks, PTC Creo) để mô hình hóa hình học, tự động xuất bản vẽ chế tạo và kiểm tra va chạm động học.
    2. Thực hiện tính toán kiểm nghiệm truyền nhiệt cho hộp giảm tốc khi làm việc liên tục trong môi trường nhiệt độ cao.

Giá trị tham khảo

Tài liệu là nguồn tham khảo hữu ích cho các đối tượng và mục đích học thuật sau:

  • Đối tượng thụ hưởng: Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ khí, Chế tạo máy, Cơ điện tử đang thực hiện đồ án môn học Chi tiết máy, Đồ án Thiết kế hệ dẫn động cơ khí hoặc Đồ án tốt nghiệp đại học ngành cơ khí.
  • Các nội dung có giá trị tham khảo cao:
    • Phương pháp phân phối tỷ số truyền tối ưu cho hộp giảm tốc bánh răng nón - trụ (côn - trụ) hai cấp.
    • Trình tự thiết lập phương trình cân bằng tĩnh học giải phản lực gối đỡ và phương pháp tính đường kính trục qua mômen uốn tương đương trên hệ tọa độ không gian 3 chiều ($Oxyz$).
    • Cách tra cứu và chuẩn hóa các hệ số thực nghiệm mỏi tiếp xúc, mỏi uốn và dung sai lắp ghép cơ khí.

Câu hỏi thường gặp

1. Động cơ điện được chọn cho hệ thống có mã hiệu và thông số kỹ thuật như thế nào?

Động cơ được chọn là loại động cơ điện ba pha không đồng bộ 4A132S4Y3, có công suất định mức $P_{\text{đc}} = 7,5\text{ kW}$, tốc độ quay định mức $n_{\text{đc}} = 1455\text{ vòng/phút}$, hệ số công suất $\cos\varphi = 0,86$, hiệu suất $\eta = 87,5%$, hệ số mômen mở máy $T_K/T_{\text{đn}} = 2,0$ và khối lượng 170 kg. Động cơ này thỏa mãn điều kiện công suất cần thiết $P_{\text{ct}} = 5,24\text{ kW}$.

2. Bộ truyền đai thang ngoài hộp giảm tốc sử dụng loại đai nào và gồm bao nhiêu sợi?

Bộ truyền đai sử dụng đai thang tiêu chuẩn có diện tích tiết diện $A = 138\text{ mm}^2$ ($b_p = 14\text{ mm}, b_0 = 17\text{ mm}, y_0 = 4,0\text{ mm}$), đường kính bánh đai nhỏ $d_1 = 150\text{ mm}$, đường kính bánh đai lớn $d_2 = 400\text{ mm}$, khoảng cách trục $a = 450,92\text{ mm}$, chiều dài đai $L = 1800\text{ mm}$ và tổng số lượng dây đai là $z = 5$ sợi.

3. Tỷ số truyền và số răng của các cấp bánh răng trong hộp giảm tốc được phân phối ra sao?

Hộp giảm tốc có tỷ số truyền tổng $u_h = 22$, được phân làm hai cấp:

  • Cấp nhanh (bánh răng côn răng thẳng): Tỷ số truyền $u_1 = 4,7$; số răng bánh nhỏ $Z_1 = 30$, bánh lớn $Z_2 = 142$; môđun ngoài $m_{\text{te}} = 3\text{ mm}$.
  • Cấp chậm (bánh răng trụ răng thẳng): Tỷ số truyền $u_2 = 4,68$; số răng bánh nhỏ $Z_1 = 32$, bánh lớn $Z_2 = 150$; môđun pháp $m = 4\text{ mm}$, khoảng cách trục $a_w = 365\text{ mm}$.

4. Vật liệu chế tạo bánh răng và trục trong đồ án là loại thép nào?

Cả hai cấp bánh răng đều dùng Thép 45 tôi cải thiện (bánh dẫn đạt độ rắn HB 250, bánh bị dẫn đạt HB 200). Các trục I, II, III đều được chế tạo từ Thép 45 thường hóa có giới hạn bền $\sigma_b = 600\text{ MPa}$ và ứng suất uốn cho phép $[\sigma] = 63\text{ MPa}$.

5. Các thành phần lực tác dụng lên cặp bánh răng côn cấp nhanh có giá trị bao nhiêu?

Lực ăn khớp trên cặp bánh răng côn răng thẳng được tính toán gồm:

  • Lực vòng: $F_{t1} = F_{t2} = 2546,74\text{ N}$.
  • Lực dọc trục bánh nhỏ: $F_{a1} = F_{r2} = 191,4\text{ N}$.
  • Lực hướng tâm bánh nhỏ: $F_{r1} = F_{a2} = 906,96\text{ N}$.

Kết luận

Đồ án môn học Chi tiết máy của sinh viên Trần Xuân Thưởng đã hoàn thành đầy đủ các nội dung tính toán thiết kế hệ dẫn động băng tải sử dụng hộp giảm tốc bánh răng côn - trụ hai cấp kết hợp bộ truyền đai. Mọi thông số động học, kích thước hình học, độ bền mỏi tiếp xúc, độ bền uốn và khả năng chịu tải của các chi tiết quay cũng như kết cấu trục đều được xác định rõ ràng, chuẩn xác theo các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành. Bản thuyết minh là tài liệu học thuật hoàn chỉnh, thể hiện tính logic cao trong việc giải quyết bài toán thiết kế cơ khí và có giá trị tham khảo trực tiếp cho sinh viên khối ngành kỹ thuật cơ khí ô tô.