I. Khái niệm và Tầm quan trọng của Hệ Dẫn động Cơ khí
Hệ dẫn động cơ khí là một trong những thành phần quan trọng nhất trong các máy móc công nghiệp. Đồ án tính toán hệ dẫn động cơ khí giúp sinh viên hiểu rõ nguyên lý hoạt động và thiết kế các bộ truyền động hiệu quả. Hệ thống này bao gồm nhiều thành phần như động cơ điện, hộp giảm tốc, bộ truyền xích và nối trục đàn hồi. Mục đích chính là truyền và biến đổi chuyển động từ nguồn cung cấp đến máy công tác với tốc độ và mômen xoắn phù hợp. Việc tính toán chính xác các thông số động học và động lực học là tiền đề để đảm bảo hiệu suất hệ dẫn động cao nhất, giảm tổn thất năng lượng và kéo dài tuổi thọ thiết bị.
1.1. Cơ cấu và Thành phần chính
Hệ dẫn động cơ khí gồm các thành phần chính: động cơ điện, hộp giảm tốc bánh răng trụ một cấp, bộ truyền xích, nối trục đàn hồi và ổ lăn. Mỗi thành phần có vai trò riêng biệt trong quá trình truyền động. Tính toán thiết kế của từng bộ truyền đòi hỏi hiểu biết sâu sắc về cơ học, vật liệu và điều kiện làm việc.
1.2. Ứng dụng Thực tiễn
Trong công nghiệp, đồ án nguyên lý chi tiết máy được ứng dụng rộng rãi trong thiết kế các hệ thống truyền động cho máy bơm, máy nén, băng tải và các thiết bị công nghiệp khác. Việc tính toán chính xác giúp tối ưu hóa hiệu suất truyền động và đảm bảo an toàn vận hành.
II. Tính toán Động lực Hệ Dẫn động
Tính toán động lực hệ dẫn động cơ khí là bước quan trọng trong đồ án nguyên lý chi tiết máy. Bước đầu tiên là xác định công suất làm việc của cơ cấu công tác dựa trên lực tác dụng và vận tốc hoạt động. Theo tài liệu tham khảo, với lực kéo xích tải F = 600N và vận tốc xích v = 1,85 m/s, công suất làm việc Plv = 1,11 kW. Tiếp theo, cần tính hiệu suất hệ dẫn động bằng cách xác định hiệu suất từng thành phần như bánh răng trụ (ηbr = 0,97), ổ lăn (ηôl = 0,99), bộ truyền xích (ηx = 0,96). Công suất cần thiết trên động cơ được tính từ công thức Pct = Plv/η. Số vòng quay trên trục công tác được xác định từ công thức nlv = 1000×V/(π×D).
2.1. Chọn Động cơ Điện
Chọn động cơ điện phải thỏa mãn điều kiện: tốc độ quay gần bằng tốc độ sơ bộ và công suất động cơ không nhỏ hơn công suất cần thiết. Tính tỉ số truyền sơ bộ usb = udt × ubr, trong đó udt = 4 và ubr = 5, nên usb = 20. Từ đó xác định tốc độ sơ bộ nsb = 1766 vòng/phút, chọn động cơ 4A80A2Y3 với nđc = 2850 vòng/phút và công suất 1,5 kW.
2.2. Phân phối Tỉ số Truyền
Tỉ số truyền hệ thống uht = nđc/nlv = 32,3. Phân phối tỉ số truyền: uht = ubr × ungoài, trong đó ubr = 5 và ungoài = 4. Tính mômen xoắn trên các trục: Tđc = 7354 N.mm, TI = 29201 N.mm, TII = 140600 N.mm. Bảng thông số động lực hệ dẫn động tóm tắt công suất, tốc độ quay và mômen xoắn trên từng trục.
III. Thiết kế Bộ truyền Xích
Tính toán thiết kế bộ truyền xích là phần quan trọng trong đồ án nguyên lý chi tiết máy. Bộ truyền xích được chọn dựa trên các thông số: công suất P = 1,3 kW, mômen xoắn T = 140600 N.mm, tốc độ quay n = 88,3 vòng/phút, tỉ số truyền u = 4. Điều kiện làm việc là êm dịu hoặc va đập nhẹ với 2 ca làm việc. Vì tải trọng không lớn và vận tốc nhỏ, chọn loại xích thông thường có độ dài phù hợp. Cần tính số răng của các bánh: z1 (bánh nhỏ) và z2 = u×z1 (bánh lớn). Kiểm tra giãn dãn xích sau khi làm việc để đảm bảo độ an toàn.
3.1. Chọn loại Xích và Bánh Răng
Với lực tải nhỏ và va đập nhẹ, chọn xích bằng thép loại tiêu chuẩn. Tính số răng: chọn z1 = 19 (bánh nhỏ), z2 = 76 (bánh lớn). Khoảng cách trục a được tính từ công thức hình học xích. Kiểm tra độ căng xích để đảm bảo không bị tuột hoặc gây quá tải.
3.2. Kiểm tra Độ bền Xích
Độ bền xích được kiểm tra theo áp lực pháp tuyến trên các mắt xích. Tính tốc độ xích v = π×d1×n1/60000. Kiểm tra độ bền chống giãn dãn, chống mài mòn của các mắt xích. Hiệu suất bộ truyền xích ηx = 0,96 chứng tỏ tổn thất năng lượng là 4%, đạt yêu cầu thiết kế.
IV. Thiết kế Hộp Giảm tốc Bánh Răng Trụ
Thiết kế hộp giảm tốc bánh răng trụ một cấp là phần then chốt của đồ án tính toán hệ dẫn động cơ khí. Với tỉ số truyền ubr = 5, công suất P = 1,35 kW, tốc độ vào n1 = 441,5 vòng/phút, cần tính số răng bánh pinion z1 và bánh bánh lớn z2 = ubr×z1. Thiết kế bánh răng trụ với module m phù hợp để đảm bảo độ bền răng chịu uốn và chịu mặt. Tính lực tác dụng trên răng: lực tiếp tuyến Ft = 2×T1/(d1), lực xuyên tâm Fr = Ft×tanα. Kiểm tra điều kiện bền mặt và bền uốn của bánh răng. Hiệu suất bánh răng ηbr = 0,97 cho thấy mất mát năng lượng do ma sát.
4.1. Tính toán Thông số Bánh Răng
Chọn module m = 4 mm với góc áp lực α = 20°. Chọn z1 = 20 (bánh pinion), z2 = 100 (bánh bánh lớn). Tính đường kính bánh: d1 = m×z1 = 80 mm, d2 = m×z2 = 400 mm. Tính chiều rộng bánh b dựa trên tiêu chí độ bền và kinh tế. Kiểm tra khoảng cách tâm a = (d1+d2)/2 = 240 mm.
4.2. Kiểm tra Độ bền và Bôi trơn
Kiểm tra độ bền mặt bánh theo tiêu chuẩn ISO, đảm bảo dung lượng tải trọng lặp lại. Kiểm tra độ bền uốn chân bánh răng. Chọn loại dầu bôi trơn phù hợp để giảm ma sát và mặc mòn. Hộp giảm tốc được thiết kế với vỏ ngoài chắc chắn, ổ lăn lắp đặt hợp lý để tồn tại độ chính xác.
