Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, các hệ thống cơ khí và dây chuyền sản xuất tự động đóng vai trò then chốt nhằm giải phóng sức lao động, nâng cao năng suất và đảm bảo an toàn cho người lao động. Đồ án môn học "Thiết kế chi tiết máy" tại Khoa Cơ khí, Trường Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh là học phần mang tính tổng hợp, yêu cầu sinh viên vận dụng các khối kiến thức cơ sở chuyên ngành như Cơ kỹ thuật, Sức bền vật liệu, Nguyên lý - Chi tiết máy và Vẽ kỹ thuật để giải quyết một bài toán kỹ thuật thực tế. Đề tài được giao cho nhóm sinh viên (Lê Xuân Ngọc, Trần Duy Thân, Phan Đức Nghĩa) dưới sự hướng dẫn của giảng viên Nguyễn Trường Giang vào tháng 5 năm 2021.

Mục tiêu chính của đề tài là tính toán, thiết kế hoàn chỉnh hệ thống dẫn động cho băng tải công nghiệp hoạt động ổn định trong thời gian dài. Các nhiệm vụ nghiên cứu và tính toán cụ thể được xác định theo trình tự kỹ thuật bao gồm:

  1. Xác định nguyên tắc hoạt động, phân tích sơ đồ động học và chế độ làm việc của toàn bộ hệ thống dẫn động.
  2. Tính toán động học, xác định công suất cần thiết, lựa chọn động cơ điện tiêu chuẩn và phân phối tỷ số truyền cho các cấp truyền động.
  3. Tính toán thiết kế chi tiết bộ truyền ngoài hộp giảm tốc (bộ truyền đai thang).
  4. Thiết kế các bộ truyền bánh răng trong hộp giảm tốc (cấp nhanh bánh răng trụ răng thẳng, cấp chậm bánh răng trụ răng nghiêng), xác định ứng suất cho phép và kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc, độ bền uốn.
  5. Tính toán, thiết kế hệ thống trục, then và lựa chọn ổ lăn đỡ trục.
  6. Thiết kế kết cấu vỏ hộp giảm tốc, hệ thống bôi trơn, dung sai lắp ghép và các chi tiết phụ trợ tiêu chuẩn.
  7. Xây dựng bản vẽ kỹ thuật (bản vẽ lắp và bản vẽ chế tạo chi tiết) bằng phần mềm thiết kế hai chiều trên máy tính (AutoCAD) theo đúng các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là hệ thống dẫn động băng tải gồm động cơ điện, bộ truyền đai ngoài hộp số, hộp giảm tốc hai cấp bánh răng trụ và khớp nối trục truyền động đến cơ cấu công tác. Phạm vi nghiên cứu được xác lập với các thông số làm việc cố định: tải trọng tĩnh không đổi ($T = \text{const}$), hệ thống quay một chiều, chế độ làm việc 2 ca/ngày (8 giờ/ca), 300 ngày làm việc/năm, điều kiện tải va đập nhẹ, và thời gian phục vụ danh định là $L = 7 \text{ năm}$.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Đồ án xây dựng quy trình tính toán dựa trên các cơ sở lý thuyết chuẩn mực của chuyên ngành chế tạo máy tại Việt Nam, chủ yếu tham khảo từ giáo trình "Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí" của tác giả Trịnh Chất và Lê Văn Uyển (Tập 1 và Tập 2). Bên cạnh đó, các quy chuẩn trình bày bản vẽ và kết cấu tuân thủ hệ thống Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN), bao gồm:

  • TCVN 3826-83: Tiêu chuẩn về các yêu cầu kỹ thuật cơ bản đối với bản vẽ cơ khí.
  • TCVN 2-74: Tiêu chuẩn về kích thước các loại khổ giấy vẽ kỹ thuật (A0, A1, A2, A3, A4).
  • TCVN 3821-83: Tiêu chuẩn quy định nội dung, kích thước và cách bố trí khung tên bản vẽ.
  • TCVN 3824-83: Tiêu chuẩn về cách lập bảng kê chi tiết cho các đơn vị lắp ráp, tổ hợp và chi tiết tiêu chuẩn.

Phương pháp tính toán thiết kế chi tiết máy trong đồ án tuân thủ phương pháp thiết kế kỹ thuật truyền thống, tiến hành qua hai giai đoạn liên hoàn:

  • Giai đoạn tính thiết kế sơ bộ: Sử dụng các công thức giải tích gần đúng, công thức kinh nghiệm kết hợp các thông số định hình sơ bộ từ bảng tra để xác định kích thước hình học ban đầu của chi tiết (khoảng cách trục, môđun pháp, đường kính bánh đai, chiều rộng vành răng).
  • Giai đoạn tính kiểm nghiệm: Sử dụng các điều kiện biên nghiêm ngặt về độ bền tiếp xúc, độ bền mỏi uốn, khả năng chịu quá tải, và tần số va đập/uốn của chi tiết trong suốt chu kỳ làm việc để kiểm tra lại kích thước đã chọn. Nếu các giá trị tính toán vượt quá giới hạn an toàn hoặc quá dư bền gây lãng phí vật liệu, các thông số sẽ được hiệu chỉnh và tính lặp lại.

Nguồn dữ liệu tính toán bao gồm các thông số kỹ thuật đầu vào của cơ cấu băng tải ($P_{lv} = 3 \text{ kW}$, vận tốc làm việc $v = 0,75 \text{ m/s}$, số vòng quay trục công tác $n_{lv} = 37,2 \text{ vg/ph}$), các hệ số tải trọng động, hệ số tập trung ứng suất, và các bảng tra cơ tính vật liệu cơ khí tiêu chuẩn (thép kết cấu cacbon chất lượng tốt C45 tôi cải thiện).

Thiết kế và triển khai hệ thống dẫn động cơ khí

Hệ thống dẫn động được cấu thành từ các cụm cơ cấu truyền động nối tiếp nhau theo dòng truyền năng lượng: từ nguồn động lực (động cơ điện) qua bộ truyền ngoài hộp số, đến hộp giảm tốc bánh răng hai cấp, qua khớp nối trục đàn hồi và truyền đến trục công tác của băng tải.

Sơ đồ bố trí động học sử dụng phương án kết hợp:

  • Bộ truyền ngoài: Đặt bộ truyền đai thang loại B ngay sau động cơ điện. Việc bố trí bộ truyền đai ở trục có vận tốc cao giúp tận dụng tính chất đàn hồi của dây đai, giảm chấn động va đập, bảo vệ động cơ khi xảy ra sự cố quá tải nhờ hiện tượng trượt trơn.
  • Hộp giảm tốc: Sử dụng hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp theo sơ đồ phân đôi/khai triển với tỷ số truyền chung của hộp số $u_{hs} = 8$. Hộp số gồm hai cấp: cấp nhanh sử dụng cặp bánh răng trụ răng thẳng với tỷ số truyền $u_1 = 3,08$; cấp chậm sử dụng cặp bánh răng trụ răng nghiêng với tỷ số truyền $u_2 = 2,60$ và góc nghiêng răng $\beta \approx 34,69^\circ$. Sự phối hợp giữa bánh răng nghiêng ở cấp chậm giúp tăng diện tích tiếp xúc, nâng cao khả năng chịu tải trọng lớn và giảm thiểu tiếng ồn ăn khớp tại vị trí mômen xoắn lớn.
  • Khớp nối: Nối trục đầu ra của hộp giảm tốc (trục III) với trục tang băng tải bằng khớp nối đàn hồi nhằm bù trừ sai lệch tâm trục do gia công và lắp ráp, đồng thời giảm tải trọng động truyền ngược từ cơ cấu công tác về hộp giảm tốc.

Toàn bộ kết cấu được triển khai bản vẽ kỹ thuật trên phần mềm máy tính (AutoCAD). Các bản vẽ lắp và bản vẽ chế tạo được xây dựng theo tỷ lệ 1:1 hoặc các tỷ lệ thu nhỏ tiêu chuẩn (1:2, 1:2,5, 1:4...), có đầy đủ mặt cắt, hình chiếu, bảng kê vật liệu và khung tên đáp ứng các quy chuẩn TCVN.

Nội dung chính theo từng chương

Bố cục toàn văn đồ án được chia thành hai phần chính với các chương mục phản ánh đầy đủ quy trình thiết kế cơ khí:

Phần 1: Tìm hiểu truyền dẫn cơ khí trong máy

Phần này tổng quan hóa toàn bộ lý thuyết và quy chuẩn thiết kế máy:

  • Những vấn đề cơ bản về thiết kế máy và hệ thống dẫn động: Trình bày 7 nội dung thiết kế kỹ thuật từ khâu xác định nguyên tắc, lập sơ đồ máy, tính toán động học, chọn vật liệu, tính bền đến lập thuyết minh và hướng dẫn sử dụng. Đồng thời, văn bản đúc kết 5 đặc điểm tính toán chi tiết máy (tính thiết kế và kiểm nghiệm, công thức kinh nghiệm, hệ ẩn số kết cấu, tối ưu hóa kinh tế - kỹ thuật, áp dụng tin học) và 9 nguyên tắc thiết kế kết cấu.
  • Khảo sát các dạng truyền động: Phân tích nguyên lý, phân loại, ưu điểm, nhược điểm và phạm vi ứng dụng của từng bộ truyền cơ khí (đai, xích, bánh răng, trục vít, vít - đai ốc, bánh ma sát và biến tốc). Song song đó, tài liệu khảo sát các đặc tính làm việc của động cơ điện một chiều và động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ roto ngắn mạch.
  • Phân loại các dạng hộp giảm tốc: Phân tích cấu tạo và đặc tính kỹ thuật của các loại hộp giảm tốc thông dụng: bánh răng trụ một cấp, hai cấp (sơ đồ khai triển, sơ đồ phân đôi, sơ đồ đồng trục), ba cấp; hộp giảm tốc bánh răng côn và côn - trụ; hộp giảm tốc trục vít.

Phần 2: Tính toán, thiết kế các loại bộ truyền

Chương 1: Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền

Chương này thực hiện xác định nguồn động lực và tính toán phân phối động học cho toàn hệ thống:

  • Xác định công suất làm việc trên trục công tác $P_{lv} = 3 \text{ kW}$ với tải trọng không đổi ($T = \text{const}$). Hiệu suất chung của hệ thống được tính bằng: $$\eta = \eta_đ \cdot \eta_{ol}^4 \cdot \eta_{br}^2 \cdot \eta_k = 0,95 \cdot (0,99)^4 \cdot (0,96)^2 \cdot 0,99 = 0,8326$$
  • Công suất cần thiết trên trục động cơ: $P_{ct} = 3 / 0,8326 = 3,603 \text{ kW}$.
  • Lựa chọn động cơ điện tiêu chuẩn: Dựa trên công suất cần thiết và số vòng quay đồng bộ sơ bộ ($1000 \text{ vg/ph}$), tra bảng P1.3 giáo trình Trịnh Chất, nhóm tác giả chọn động cơ điện ba pha 4A112MB6Y3 với công suất danh định $P_{đc} = 4 \text{ kW}$ và tốc độ quay định mức $n_{đc} = 950 \text{ vg/ph}$.
  • Phân phối tỷ số truyền: Tỷ số truyền chung $u_{chung} = 950 / 37,2 = 25,5$. Chọn tỷ số truyền hộp số $u_{hs} = 8$, phân phối cho cấp nhanh $u_1 = 3,08$ và cấp chậm $u_2 = 2,60$. Tính lại tỷ số truyền của bộ truyền đai ngoài hộp số: $u_đ = 25,5 / 8 = 3,19$.
  • Lập bảng thông số động học trên các trục (công suất, số vòng quay, mômen xoắn).

Chương 2: Thiết kế bộ truyền ngoài hộp số

Nội dung chương tập trung tính toán thiết kế bộ truyền đai thang loại B:

  • Với công suất $4 \text{ kW}$ và tốc độ quay $950 \text{ vg/ph}$, lựa chọn tiết diện đai thang loại B có các kích thước hình học: $d_{min} = 140 \text{ mm}, b_b = 14 \text{ mm}, b_0 = 17 \text{ mm}, h = 10,5 \text{ mm}, y_0 = 4 \text{ mm}, A = 138 \text{ mm}^2$.
  • Tính chọn đường kính bánh đai dẫn $d_1 = 180 \text{ mm}$ (vận tốc đai $v_1 = 8,95 \text{ m/s}$), đường kính bánh đai bị dẫn $d_2 = 560 \text{ mm}$, kiểm tra tỷ số truyền thực tế đạt $u' = 3,11 \div 3,17$.
  • Xác định khoảng cách trục chính xác $a = 640,6 \text{ mm}$ và chiều dài đai tiêu chuẩn $L = 2500 \text{ mm}$.
  • Kiểm nghiệm số lần chạy đai trong một giây đạt $i = 3,58 \text{ s}^{-1} < [i] = 10 \text{ s}^{-1}$ (thỏa mãn điều kiện mỏi).
  • Xác định số dây đai cần dùng là $z = 2$ dây. Tính toán lực căng ban đầu trên một đai $F_0 = 163,6 \text{ N}$ (tổng lực căng $326,2 \text{ N}$), lực vòng có ích $F_t = 447 \text{ N}$ và lực tác dụng lên trục $F_r = 640,6 \text{ N}$.

Chương 3: Thiết kế bộ truyền bánh răng

Chương này thực hiện thiết kế chi tiết hai cặp bánh răng ăn khớp trong hộp giảm tốc:

  • Vật liệu chế tạo: Chọn thép C45 tôi cải thiện cho cả bánh chủ động và bị dẫn. Bánh nhỏ có độ rắn HB 241...285 (chọn HB1 = 250), giới hạn bền $\sigma_b = 850 \text{ MPa}$, giới hạn chảy $\sigma_{ch} = 580 \text{ MPa}$. Bánh lớn có độ rắn HB 192...240 (chọn HB2 = 235), giới hạn bền $\sigma_b = 750 \text{ MPa}$, giới hạn chảy $\sigma_{ch} = 450 \text{ MPa}$.
  • Cặp bánh răng cấp nhanh (bánh răng trụ răng thẳng): Khoảng cách trục $a_{w1} = 180 \text{ mm}$, môđun pháp $m = 2 \text{ mm}$, số răng bánh nhỏ $Z_1 = 44$, số răng bánh lớn $Z_2 = 136$ (tỷ số truyền thực tế $u_1' = 3,09$, sai lệch nhỏ so với 3,08). Chiều rộng vành răng $b_1 = 59 \text{ mm}, b_2 = 54 \text{ mm}$. Lực ăn khớp: lực vòng $F_{t1} = 2463,6 \text{ N}$, lực hướng tâm $F_{r1} = 896,7 \text{ N}$. Ứng suất tiếp xúc tính toán $\sigma_H = 437,4 \text{ MPa} < [\sigma_H]{cx} = 441,8 \text{ MPa}$; ứng suất uốn $\sigma{F1} = 60,7 \text{ MPa} < [\sigma_{F1}] = 257,1 \text{ MPa}$.
  • Cặp bánh răng cấp chậm (bánh răng trụ răng nghiêng): Khoảng cách trục $a_{w2} = 180 \text{ mm}$, môđun pháp $m = 2 \text{ mm}$, góc nghiêng răng $\beta = 34,69^\circ$. Số răng bánh nhỏ $Z_3 = 41$, số răng bánh lớn $Z_4 = 107$ (tỷ số truyền $u_2 = 2,60$). Chiều rộng vành răng $b_3 = 76 \text{ mm}, b_4 = 72 \text{ mm}$. Lực tác dụng: lực vòng $F_{t2} = 2615 \text{ N}$, lực hướng tâm $F_{r2} = 1160,7 \text{ N}$, lực dọc trục $F_a = 1810 \text{ N}$. Ứng suất tiếp xúc tính toán $\sigma_H = 304,57 \text{ MPa} < [\sigma_H]{cx} = 404 \text{ MPa}$; ứng suất uốn kiểm nghiệm $\sigma{F3} = 45,7 \text{ MPa} < [\sigma_{F3}] = 241,7 \text{ MPa}$.

(Lưu ý về phạm vi tư liệu: Mục lục toàn văn có ghi nhận Chương 4: Tính toán, thiết kế trục và then; Chương 5: Tính toán, chọn ổ lăn; Chương 6: Vỏ hộp, bôi trơn, các chi tiết tiêu chuẩn khác; tuy nhiên bản thuyết minh đính kèm dừng lại ở trang 50 - kết thúc Chương 3).

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán tính toán động học và động lực học cho hệ thống dẫn động băng tải, đưa ra hệ thống thông số kỹ thuật định lượng chi tiết:

Bảng thông số động học trên các trục

Thông số Trục động cơ Trục I (Đầu vào hộp số) Trục II (Trung gian) Trục III (Đầu ra hộp số) Trục công tác
Công suất ($P$, kW) 4,00 3,388 3,22 3,06 3,00
Tỷ số truyền ($u$) - 3,19 (bộ truyền đai) 3,08 (cấp nhanh) 2,60 (cấp chậm) 1,00 (khớp nối)
Tốc độ quay ($n$, vg/ph) 950 297,8 96,69 37,2 37,2
Mômen xoắn ($T$, N.mm) 36.189,47 108.648,00 159.018,50 785.564,50 770.409,80

Bảng thông số hình học và lực tác dụng của các bộ truyền

Thông số kỹ thuật Bộ truyền đai thang B Cặp bánh răng cấp nhanh ($Z_1 - Z_2$) Cặp bánh răng cấp chậm ($Z_3 - Z_4$)
Loại truyền động Đai thang loại B ($z=2$) Bánh răng trụ răng thẳng Bánh răng trụ răng nghiêng ($\beta = 34,69^\circ$)
Khoảng cách trục ($a_w$, mm) 640,6 180 180
Môđun pháp ($m$, mm) - 2 2
Số răng hoặc chiều dài $L = 2500 \text{ mm}$ $Z_1 = 44; Z_2 = 136$ $Z_3 = 41; Z_4 = 107$
Đường kính chia/lăn ($d_w$, mm) $d_1 = 180; d_2 = 560$ $d_{w1} = 88; d_{w2} = 272$ $d_{w3} = 99,73; d_{w4} = 260,27$
Chiều rộng vành răng ($b_w$, mm) - $b_1 = 59; b_2 = 54$ $b_3 = 76; b_4 = 72$
Lực vòng ($F_t$, N) 447,0 2463,6 2615,0
Lực hướng tâm ($F_r$, N) 640,6 (lực căng trục) 896,7 1160,7
Lực dọc trục ($F_a$, N) - 0 1810,0

Đóng góp của đồ án thể hiện qua các giải pháp kỹ thuật cụ thể:

  • Phương án động học hợp lý: Phân chia tỷ số truyền hài hòa ($u_đ = 3,19$; $u_1 = 3,08$; $u_2 = 2,60$) giúp kích thước các cặp bánh răng trong hộp số tương đối đồng đều (cả hai cấp đều đạt khoảng cách trục tiêu chuẩn $a_w = 180 \text{ mm}$), tạo thuận lợi cho việc gia công vỏ hộp đồng phẳng và chuẩn hóa gối đỡ.
  • Kết hợp loại răng linh hoạt: Cấp nhanh dùng bánh răng thẳng triệt tiêu lực dọc trục tác dụng lên trục vào; cấp chậm dùng bánh răng nghiêng với góc nghiêng lớn ($\beta \approx 34,69^\circ$) nhằm tăng hệ số trùng khớp ngang và dọc, triệt tiêu xung động tại vị trí truyền mômen xoắn lớn ($T_3 \approx 785,56 \text{ N.m}$).
  • Quy chuẩn hóa tài liệu: Hệ thống hóa toàn bộ phương pháp tính toán, liên kết chặt chẽ các chỉ tiêu kỹ thuật với các tiêu chuẩn TCVN về khổ giấy, khung tên và bảng kê chi tiết.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án được xác định từ các nhận định tự kiểm của nhóm tác giả và phạm vi văn bản:

  • Do là lần đầu làm quen với công tác tính toán thiết kế máy, tài liệu vẫn còn một số điểm chưa đồng nhất giữa phần mở đầu (lời nói đầu nhắc đến bộ truyền xích dẫn động băng tải) và phần tính toán cụ thể bên dưới (sử dụng bộ truyền đai thang ở đầu vào và khớp nối ở đầu ra).
  • Phần văn bản hiện hữu chưa bao gồm kết quả tính toán chi tiết của Chương 4 (thiết kế trục và then), Chương 5 (chọn và kiểm nghiệm ổ lăn), Chương 6 (vỏ hộp, bôi trơn) cùng các bản vẽ lắp hoàn chỉnh.
  • Mức độ tối ưu hóa khối lượng kết cấu chưa được khảo sát sâu; các thông số chủ yếu chọn theo giá trị bảng tra an toàn.

Hướng phát triển tiếp theo của đề tài:

  • Hoàn thiện tính toán trục theo độ bền mỏi (xác định đường kính tại các tiết diện nguy hiểm, kiểm tra hệ số an toàn uốn - xoắn kết hợp).
  • Lựa chọn chủng loại ổ lăn (ổ bi đỡ - chặn cho trục có bánh răng nghiêng chịu lực dọc trục lớn $F_a = 1810 \text{ N}$) và tính toán tuổi thọ danh định của ổ.
  • Thiết kế kết cấu chi tiết vỏ hộp giảm tốc đúc bằng gang xám, bố trí gân tăng cứng, que thăm dầu, nút thông hơi và kết cấu bulông ghép nắp - thân hộp.
  • Hoàn thiện bộ hồ sơ bản vẽ lắp tổng thể và bản vẽ chế tạo chi tiết trên phần mềm AutoCAD.

Giá trị tham khảo

Báo cáo đồ án là tài liệu tham khảo thực hành hữu ích cho sinh viên các ngành Kỹ thuật Cơ khí, Cơ điện tử, Công nghệ Chế tạo máy khi thực hiện Đồ án Chi tiết máy hoặc Đồ án Thiết kế hệ thống truyền động cơ khí. Cụ thể, các nội dung có giá trị ứng dụng cao gồm:

  • Quy trình chuẩn các bước chọn động cơ điện ba pha không đồng bộ từ bảng tra công nghiệp và thuật toán phân phối tỷ số truyền theo các cấp.
  • Trình tự giải tích và tra bảng hệ số chi tiết khi tính toán bộ truyền đai thang và bộ truyền bánh răng theo các chỉ tiêu độ bền tiếp xúc và độ bền uốn của giáo trình Trịnh Chất.
  • Phương pháp lập bảng kê bản vẽ và khung tên chuẩn hóa theo hệ thống TCVN 3821-83 và TCVN 3824-83.

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 xoay chiều ba pha không đồng bộ roto ngắn mạch có mã hiệu 4A112MB6Y3 (tra theo bảng P1.3 giáo trình Trịnh Chất). Động cơ có công suất danh định $P_{đc} = 4 \text{ kW}$, tốc độ quay định mức $n_{đc} = 950 \text{ vg/ph}$, hệ số công suất $\cos\varphi = 0,81$, hiệu suất $\eta = 82%$, khả năng quá tải mômen $T_{max}/T_{dn} = 2,2$ và mômen khởi động $T_k/T_{dn} = 2,0$.

2. Tỷ số truyền chung của hệ thống bằng bao nhiêu và được phân phối ra sao?

Tỷ số truyền chung của toàn bộ hệ dẫn động là $u_{chung} = 25,5$ (xác định từ tỷ số giữa tốc độ quay động cơ $950 \text{ vg/ph}$ và trục công tác $37,2 \text{ vg/ph}$). Tỷ số truyền này được phân phối gồm: bộ truyền đai ngoài hộp số có $u_đ = 3,19$; hộp giảm tốc hai cấp có $u_{hs} = 8$, trong đó cấp nhanh bánh răng trụ răng thẳng có $u_1 = 3,08$ và cấp chậm bánh răng trụ răng nghiêng có $u_2 = 2,60$.

3. Bộ truyền ngoài hộp số sử dụng loại đai nào và thông số hình học cơ bản là bao nhiêu?

Hệ thống sử dụng bộ truyền đai thang loại B gồm $z = 2$ dây đai. Bánh đai dẫn có đường kính $d_1 = 180 \text{ mm}$ quay với vận tốc $8,95 \text{ m/s}$; bánh đai bị dẫn có đường kính $d_2 = 560 \text{ mm}$. Khoảng cách giữa hai tâm trục bánh đai là $a = 640,6 \text{ mm}$, chiều dài dây đai tiêu chuẩn là $L = 2500 \text{ mm}$, và góc ôm trên bánh đai nhỏ đạt $\alpha_1 = 146^\circ$.

4. Vật liệu và thông số kích thước cơ bản của hai cặp bánh răng trong hộp số được xác định thế nào?

Cả hai cặp bánh răng đều dùng thép C45 tôi cải thiện (bánh nhỏ HB 250, bánh lớn HB 235). Cả hai cấp đều có khoảng cách trục tiêu chuẩn $a_{w1} = a_{w2} = 180 \text{ mm}$ và môđun pháp $m = 2 \text{ mm}$. Cặp cấp nhanh ($Z_1 = 44, Z_2 = 136$) là bánh răng thẳng có chiều rộng vành răng $b_1 = 59 \text{ mm}, b_2 = 54 \text{ mm}$. Cặp cấp chậm ($Z_3 = 41, Z_4 = 107$) là bánh răng nghiêng ($\beta = 34,69^\circ$) có chiều rộng vành răng $b_3 = 76 \text{ mm}, b_4 = 72 \text{ mm}$.

5. Lực ăn khớp tác dụng lên các cặp bánh răng trong hộp giảm tốc có giá trị bao nhiêu?

  • Cặp cấp nhanh (bánh răng thẳng): Lực vòng $F_{t1} = 2463,6 \text{ N}$, lực hướng tâm $F_{r1} = 896,7 \text{ N}$, lực dọc trục $F_a = 0 \text{ N}$.
  • Cặp cấp chậm (bánh răng nghiêng): Lực vòng $F_{t2} = 2615 \text{ N}$, lực hướng tâm $F_{r2} = 1160,7 \text{ N}$, lực dọc trục phát sinh do góc nghiêng răng là $F_a = 1810 \text{ N}$.

Kết luận

Đồ án môn học Thiết kế chi tiết máy của nhóm sinh viên Trường Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh đã xây dựng thành công phương án động học và tính toán hoàn chỉnh các bộ truyền cho hệ thống dẫn động băng tải công suất $3 \text{ kW}$. Bằng việc kết hợp bộ truyền đai thang B với hộp giảm tốc bánh răng hai cấp có cùng khoảng cách trục $180 \text{ mm}$, hệ thống đạt được sự cân bằng về kích thước hình học và độ bền mỏi tiếp xúc lẫn uốn. Toàn bộ quy trình tính toán, lựa chọn vật liệu và tra cứu dung sai đều tuân thủ chặt chẽ tài liệu chuyên ngành của Trịnh Chất cùng hệ thống Tiêu chuẩn Việt Nam. Đây là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thực tiễn cao cho sinh viên ngành cơ khí trong việc rèn luyện phương pháp thiết kế và kỹ năng đồ họa kỹ thuật.