I. Tính Chọn Động Cơ Và Phân Phối Tỷ Số Truyền
Tính chọn động cơ là bước quan trọng đầu tiên trong thiết kế trạm dẫn động băng tải. Quá trình này bao gồm xác định công suất cần thiết, tính toán hiệu suất truyền động và chọn động cơ phù hợp. Công suất trục động cơ được tính dựa trên công suất tại máy công tác, chia cho hiệu suất toàn hệ thống để bù lỗ mất năng lượng. Trong các chế độ tải khác nhau, công suất tính toán sẽ thay đổi theo thời gian làm việc. Sau khi xác định công suất, cần chọn tỷ số truyền hợp lý để đảm bảo số vòng quay động cơ phù hợp với yêu cầu kỹ thuật. Phân phối tỷ số truyền giữa các cấp truyền (đai, bánh răng côn, bánh răng trụ) ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và tuổi thọ thiết bị.
1.1. Xác Định Công Suất Động Cơ Và Hiệu Suất Truyền
Công suất trục động cơ điện được tính từ công suất tại máy công tác chia cho hiệu suất hệ thống. Với tải trọng không đổi, công suất tính toán là 3,105 kW. Trong trường hợp tải trọng thay đổi, cần tính công suất trung bình theo thời gian. Hiệu suất bộ truyền đai là 0,96, bánh răng côn 0,97, bánh răng trụ 0,98 và ổ lăn 0,99. Hiệu suất tổng cộng đạt 0,876 sau khi nhân tất cả các thành phần.
1.2. Chọn Tỷ Số Truyền Và Động Cơ Thực Tế
Tỷ số truyền toàn bộ được tính bằng tích tỷ số truyền đai (chọn 5) và tỷ số truyền bánh răng (chọn 10), cho tổng cộng 50. Số vòng quay sơ bộ động cơ được xác định từ tốc độ trục máy công tác nhân với tỷ số truyền. Động cơ được chọn phải thỏa mãn điều kiện công suất tối thiểu và số vòng quay đủ cao. Trong đề án này, chọn động cơ 4A100S2Y3 công suất 2,2 kW, 2880 vòng/phút.
II. Thiết Kế Các Bộ Truyền Và Kiểm Chứng
Thiết kế bộ truyền là phần cốt lõi của đồ án chi tiết máy thiết kế trạm dẫn. Hệ thống truyền động gồm ba cấp: truyền động đai, bánh răng côn (cấp nhanh) và bánh răng trụ (cấp chậm). Mỗi bộ truyền cần được tính toán chi tiết về lực tác dụng, ứng suất tiếp xúc và độ bền mỏi. Chọn vật liệu phù hợp là yếu tố quyết định chất lượng thiết bị. Cần kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc, độ bền uốn và chịu tải quá tải để đảm bảo an toàn trong quá trình hoạt động.
2.1. Thiết Kế Bộ Truyền Bánh Răng Côn Cấp Nhanh
Bánh răng côn với răng thẳng được sử dụng ở cấp nhanh để giảm tốc từ động cơ xuống. Cần chọn vật liệu phù hợp như thép hợp kim để chịu tải cao. Ứng suất cho phép được xác định dựa trên loại vật liệu và điều kiện làm việc. Tính toán bộ truyền bánh răng côn bao gồm xác định số răng, mô-đun, góc côn và kiểm tra độ bền tiếp xúc.
2.2. Thiết Kế Bộ Truyền Bánh Răng Trụ Cấp Chậm
Bánh răng trụ với răng nghiêng tạo cấp chậm cuối cùng, giảm tốc xuống tốc độ máy công tác. Xác định thông số cơ bản như số răng, mô-đun, góc nghiêng. Kiểm nghiệm độ bền mỏi tiếp xúc, độ bền mỏi uốn và độ bền quá tải. Kích thước bộ truyền được xác định sau khi tính toán các thông số ăn khớp và khoảng cách trục.
III. Tính Toán Thiết Kế Trục Và Khớp Nối
Thiết kế trục là một phần quan trọng trong chi tiết máy thiết kế trạm dẫn động. Trục phải chịu các lực cong từ bánh răng và momen xoắn từ động cơ. Quá trình thiết kế bao gồm xác định đường kính sơ bộ, phân tích lực tác dụng từ các bộ truyền, xác định chiều dài các đoạn trục. Hệ thống có ba trục chính: trục I (động cơ), trục II (trung gian) và trục III (máy công tác). Kiểm nghiệm độ bền mỏi theo tiêu chuẩn độ bền tĩnh cũng cần thực hiện. Lựa chọn then phù hợp để truyền momen giữa trục và các bộ phận khác.
3.1. Xác Định Đường Kính Và Tính Toán Lực Trục
Đường kính sơ bộ của các trục chính được tính dựa trên momen xoắn và ứng suất cho phép. Cần phân tích lực tác dụng từ bánh răng côn và bánh răng trụ lên các trục. Tính toán lực tiếp tuyến, lực hướng tâm và momen uốn trên từng đoạn trục. Chiều dài các đoạn được xác định dựa trên khoảng cách ổ lăn và không gian lắp ráp các bộ phận.
3.2. Kiểm Nghiệm Độ Bền Và Lựa Chọn Then
Kiểm nghiệm độ bền mỏi trục theo công thức hệ số an toàn với tỷ lệ kr/kd = 1,00. Kiểm nghiệm độ bền tĩnh đảm bảo trục không bị biến dạng dẻo dưới tải trọng cực đại. Lựa chọn then phù hợp cho mỗi trục dựa trên momen xoắn và đường kính trục, đảm bảo truyền lực hiệu quả và chống trượt.
IV. Ổ Lăn Khớp Nối Và Thiết Kế Vỏ Hộp Giảm Tốc
Lựa chọn ổ lăn là bước thiết yếu để nâng cao tuổi thọ của trạm dẫn động băng tải. Mỗi trục cần ít nhất hai ổ lăn để hỗ trợ và định hướng. Tính toán tải trọng tương đương trên ổ lăn dựa trên các lực tác dụng từ bánh răng. Chọn kiểu khớp nối phù hợp để truyền momen giữa các trục và động cơ, bù chính các sai lệch tâm. Thiết kế vỏ hộp phải đảm bảo chứa đầy dầu để bôi trơn các bộ phận chuyển động. Chọn dung sai và chế độ lắp ghép theo tiêu chuẩn để nâng cao độ chính xác và hiệu suất hoạt động của toàn hệ thống.
4.1. Tính Chọn Ổ Lăn Cho Các Trục
Ổ lăn cho trục I chịu tải từ bánh răng côn. Ổ lăn cho trục II chịu tải từ cả bánh răng côn và bánh răng trụ. Ổ lăn cho trục III chịu tải từ bánh răng trụ và máy công tác. Mỗi ổ lăn được chọn sao cho đạt tuổi thọ yêu cầu (7 năm) dựa trên công thức tính tuổi thọ và tải trọng tương đương.
4.2. Khớp Nối Vỏ Hộp Và Dung Sai Lắp Ghép
Khớp nối trục được chọn dựa trên momen xoắn và loại động cơ. Thiết kế vỏ hộp giảm tốc bao gồm chọn cấp chính xác và kiểu lắp ghép phù hợp. Dung sai được chọn để đảm bảo khoảng hở giữa trục và ổ lăn, bánh răng có ăn khớp tốt. Chế độ lắp (cố định, lơi lẻo) phụ thuộc vào chức năng và điều kiện làm việc của từng bộ phận.
