I. Tổng Quan Về Đồ Án Thiết Kế Bộ Giảm Tốc
Đồ án thiết kế bộ giảm tốc là một trong những công việc quan trọng nhất của sinh viên ngành cơ khí chế tạo máy. Đây là dự án thực hành giúp sinh viên áp dụng các kiến thức về vẽ kỹ thuật, dung sai lắp ghép và cơ sở thiết kế máy vào một hệ thống cơ khí hoàn chỉnh. Bộ giảm tốc hai cấp được thiết kế để giảm tốc độ quay từ trục động cơ sang trục đầu ra, đồng thời tăng mômen xoắn. Dự án này yêu cầu sinh viên phải thực hiện các bước tính toán chi tiết, từ chọn động cơ, phân phối tỷ số truyền, cho đến thiết kế từng chi tiết máy. Qua đó, sinh viên không chỉ nắm vững lý thuyết mà còn hiểu rõ quy trình thiết kế máy theo tiêu chuẩn kỹ thuật.
1.1. Mục Đích Và Ý Nghĩa Của Đồ Án
Đồ án thiết kế bộ giảm tốc giúp sinh viên ôn lại kiến thức lý thuyết và tổng hợp chúng vào một hệ thống thực tế. Dự án này tạo cơ sở vững chắc cho các đồ án tiếp theo và rèn luyện kỹ năng thiết kế máy theo các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành. Sinh viên học cách tính toán công suất, chọn vật liệu phù hợp và vẽ các bản vẽ kỹ thuật chính xác.
1.2. Phạm Vi Của Đồ Án
Đồ án bao gồm thiết kế bộ truyền đai thang, hệ thống bánh răng hai cấp và các trục, ổ lăn, khớp nối. Mỗi phần được tính toán chi tiết với các thông số như công suất, tỷ số truyền, ứng suất và độ an toàn. Kết quả cuối cùng là một bộ giảm tốc hoàn chỉnh có thể ứng dụng trong các hệ thống truyền động thực tế.
II. Chọn Động Cơ Và Phân Phối Tỷ Số Truyền
Bước đầu tiên trong thiết kế bộ giảm tốc là xác định công suất động cơ điện cần thiết. Công suất này được tính dựa trên công suất làm việc và hiệu suất chung của hệ thống truyền động. Hiệu suất chung được xác định bằng tích hiệu suất của các thành phần như bộ truyền đai (ηđ = 0,95), cặp bánh răng (ηbr = 0,96), ổ lăn (ηol = 0,99) và khớp nối (ηkn = 0,99). Sau khi tính được công suất cần thiết, chúng ta chọn động cơ phù hợp từ các bảng chuẩn. Tiếp theo, tỷ số truyền chung được phân phối giữa các cấp truyền để đạt hiệu suất tối ưu và tuổi thọ máy dài nhất.
2.1. Xác Định Công Suất Động Cơ
Công suất cần thiết trên trục động cơ được tính theo công thức: Pdm = Plv / ηchung, trong đó Plv là công suất làm việc và ηchung là hiệu suất chung hệ thống. Với các giá trị hiệu suất của từng thành phần, chúng ta nhân chúng lại để được hiệu suất toàn bộ hệ thống. Công suất này thường được chọn cao hơn để đảm bảo độ an toàn khi có tải động hoặc tải va đập.
2.2. Phân Phối Tỷ Số Truyền
Tỷ số truyền chung được phân chia giữa bộ truyền đai (iđ ≈ 3) và cấp bánh răng (ibrn ≈ 2,54). Phân phối này đảm bảo vận tốc đai trong phạm vi cho phép và hiệu suất truyền động cao. Mỗi trục sẽ có công suất, số vòng quay và mômen xoắn khác nhau, được tính toán chi tiết để kiểm tra khả năng chịu tải.
III. Thiết Kế Bộ Truyền Đai Thang Chi Tiết
Bộ truyền đai thang là phần truyền động đầu tiên sau động cơ. Trong bước này, chúng ta chọn loại đai, đường kính bánh đai, số dây đai và chiều rộng bánh. Với công suất P = 11kW và tốc độ n = 1458 vòng/phút, chúng ta chọn đai thường tiết diện Б vì nó đáp ứng các yêu cầu về truyền động. Đường kính bánh đai nhỏ được chọn d1 = 180mm theo tiêu chuẩn, từ đó tính được đường kính bánh đai lớn d2 = 450mm. Vận tốc đai được kiểm tra để đảm bảo không vượt quá 25m/s. Số dây đai được xác định dựa trên công suất công định, vận tốc, tỷ số truyền và các hệ số ảnh hưởng khác.
3.1. Lựa Chọn Loại Đai Và Bánh Đai
Dựa trên công suất và tốc độ động cơ, chúng ta chọn đai thường tiết diện Б với đường kính bánh đai nhỏ d1 = 180mm. Theo tiêu chuẩn, đường kính bánh đai lớn được tính: d2 = d1 × i × (1 - ε) = 450mm. Vận tốc đai v = π × d1 × n / 60000 = 11,45 m/s, nằm trong phạm vi cho phép. Góc ôm trên bánh nhỏ α1 được kiểm tra để đảm bảo độ bám giữa đai và bánh.
3.2. Tính Toán Số Dây Và Chiều Rộng Đai
Số dây đai được xác định bằng công thức: Z = P × Cz × Cr × Cl / Po, trong đó P là công suất, Po là công suất công định, Cz, Cr, Cl là các hệ số ảnh hưởng. Với P = 11kW, chúng ta chọn Z = 5 dây. Chiều rộng bánh đai được tính từ tiết diện đai và số dây. Cuối cùng, lực căng ban đầu được xác định để đảm bảo không trượt dưới tải.
IV. Thiết Kế Hệ Thống Bánh Răng Hai Cấp
Hệ thống bánh răng là phần truyền động chính, bao gồm hai cấp với bánh nhỏ và bánh lớn. Bánh nhỏ được làm từ thép 45 tôi cải thiện với độ rắn HB1 = 220, trong khi bánh lớn làm từ thép 45 thường hóa với độ rắn HB2 = 190. Để chọn được vật liệu phù hợp, chúng ta phải xác định ứng suất tiếp xúc cho phép dựa trên độ rắn bề mặt. Dạng hỏng chủ yếu của bánh răng là tróc rỗ bề mặt, vì vậy tính toán theo ứng suất tiếp xúc là quan trọng. Các thông số như mô-đun, số răng, khoảng cách trục được tính toán để đảm bảo độ an toàn và tuổi thọ máy.
4.1. Chọn Vật Liệu Và Ứng Suất Cho Phép
Bánh nhỏ cấp I sử dụng thép 45 tôi cải thiện với σb1 = 750MPa, σch1 = 450MPa và HB1 = 220. Bánh lớn cấp II dùng thép 45 thường hóa với σb2 = 600MPa, σch2 = 340MPa và HB2 = 190. Ứng suất tiếp xúc cho phép được xác định từ độ rắn bề mặt và các hệ số an toàn. Vì bộ truyền được bôi trơn tốt nên chỉ cần kiểm tra theo ứng suất tiếp xúc.
4.2. Tính Toán Chi Tiết Bánh Răng
Dựa trên công suất, tốc độ và mômen xoắn trên trục, chúng ta tính mô-đun, số răng và đường kính bánh cho mỗi cấp. Số chu kỳ làm việc cơ sở được xác định để kiểm tra tuổi thọ bánh răng. Các hệ số như hệ số độ nhám bề mặt (ZR) và hệ số vận tốc (Zv) được xem xét trong tính toán ứng suất tiếp xúc thực tế.
