Đồ Án Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động Thùng Trộn - Phương Án 18

Đồ án nghiên cứu thiết kế đề số 11 phương án 18 thiết kế hệ thống dẫn động thùng trộn, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài toán .

• Tác giả: Nguyễn Hoàng Long
• Người hướng dẫn: GVHD Nguyễn Văn Thạnh
• Trường học: Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Cơ khí
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động Thùng Trộn
• Loại tài liệu: Đồ án thiết kế
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. PHẦN 1: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN
• 1.1. Chọn động cơ điện
• 1.2. Phân phối tỉ số truyền
• 1.3. Xác định công xuất , moomen và số vòng quay trên các
• 2. PHẦN 2: TÍNH TOÁN BỘ THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY
• 2.1. Thiết kế bộ truyền đai
• 2.2. Tính toán bộ truyền bánh răng
• 3. PHẦN 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC , THEN VÀ CHỌN Ổ LĂN
• 3.1. Tính toán thiết kế trục và then
• 3.2. Tính toán thiết kế
• 3.3. Tính toán thông số và kiểm nghiệm độ bền các trục
• 3.4. Thiết kế then
• 3.5. Chọn nối trục
• 4. PHẦN 4: THIẾT KẾ VỎ HỘP GIẢM TỐC
• 5. PHẦN 5: CÁC CHI TIẾT PHỤ
• 6. PHẦN 6: BẢNG DUNG SAI LẮP GHÉP
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về đồ án thiết kế hệ thống dẫn động thùng trộn

Đồ án thiết kế đề số 11 với phương án 18 tập trung vào việc phát triển hệ thống dẫn động thùng trộn. Hệ thống này đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm và vật liệu xây dựng. Việc thiết kế một hệ thống dẫn động hiệu quả không chỉ giúp nâng cao năng suất mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất. Đồ án này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về các yếu tố cần thiết trong thiết kế, từ việc chọn động cơ đến tính toán các bộ phận truyền động.

1.1. Mục tiêu và ý nghĩa của đồ án thiết kế

Mục tiêu chính của đồ án là thiết kế một hệ thống dẫn động thùng trộn hiệu quả, đáp ứng yêu cầu công suất và độ bền. Ý nghĩa của đồ án không chỉ nằm ở việc áp dụng lý thuyết vào thực tiễn mà còn giúp sinh viên nắm vững các kỹ năng thiết kế cơ khí.

1.2. Các thành phần chính trong hệ thống dẫn động

Hệ thống dẫn động thùng trộn bao gồm nhiều thành phần như động cơ, bộ truyền đai, bánh răng và trục. Mỗi thành phần đều có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả của hệ thống.

II. Vấn đề và thách thức trong thiết kế hệ thống dẫn động

Thiết kế hệ thống dẫn động thùng trộn không chỉ đơn thuần là việc lựa chọn các bộ phận mà còn phải đối mặt với nhiều thách thức. Các vấn đề như tính toán công suất, mô men xoắn và độ bền của các bộ phận là rất quan trọng. Ngoài ra, việc lựa chọn động cơ phù hợp với yêu cầu công suất và tốc độ cũng là một thách thức lớn.

2.1. Tính toán công suất và mô men xoắn

Công suất và mô men xoắn là hai yếu tố quyết định đến hiệu suất của hệ thống dẫn động. Việc tính toán chính xác giúp đảm bảo rằng hệ thống hoạt động hiệu quả và bền bỉ trong suốt thời gian sử dụng.

2.2. Lựa chọn động cơ phù hợp

Lựa chọn động cơ là một trong những quyết định quan trọng nhất trong thiết kế. Động cơ cần phải đáp ứng được yêu cầu về công suất và tốc độ, đồng thời phải có độ bền cao để chịu được tải trọng trong quá trình hoạt động.

III. Phương pháp thiết kế hệ thống dẫn động thùng trộn

Để thiết kế hệ thống dẫn động thùng trộn, cần áp dụng các phương pháp tính toán và thiết kế chi tiết. Các bước này bao gồm việc chọn động cơ, tính toán tỷ số truyền và thiết kế các bộ phận như trục và bánh răng. Mỗi bước đều cần được thực hiện một cách cẩn thận để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả của hệ thống.

3.1. Chọn động cơ điện cho hệ thống

Việc chọn động cơ điện phù hợp là rất quan trọng. Động cơ cần có công suất đủ lớn để đáp ứng yêu cầu của hệ thống dẫn động thùng trộn. Các thông số như hiệu suất và số vòng quay cũng cần được xem xét kỹ lưỡng.

3.2. Tính toán tỷ số truyền

Tỷ số truyền là yếu tố quyết định đến tốc độ và mô men xoắn của hệ thống. Việc tính toán tỷ số truyền chính xác giúp đảm bảo rằng hệ thống hoạt động hiệu quả và ổn định.

3.3. Thiết kế bộ truyền đai và bánh răng

Bộ truyền đai và bánh răng là các thành phần quan trọng trong hệ thống dẫn động. Thiết kế chính xác giúp đảm bảo rằng các bộ phận này hoạt động ăn khớp và hiệu quả trong suốt quá trình sử dụng.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Kết quả của đồ án thiết kế hệ thống dẫn động thùng trộn sẽ được áp dụng trong thực tiễn sản xuất. Việc áp dụng các phương pháp thiết kế và tính toán sẽ giúp nâng cao hiệu suất làm việc và giảm thiểu chi phí sản xuất. Các kết quả nghiên cứu cũng sẽ được sử dụng để cải tiến các hệ thống dẫn động trong tương lai.

4.1. Ứng dụng trong ngành công nghiệp

Hệ thống dẫn động thùng trộn có thể được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm và vật liệu xây dựng. Việc áp dụng các thiết kế hiệu quả sẽ giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

4.2. Kết quả đạt được từ đồ án

Đồ án đã đạt được nhiều kết quả tích cực trong việc thiết kế và tính toán hệ thống dẫn động. Các thông số kỹ thuật được tính toán chính xác giúp đảm bảo rằng hệ thống hoạt động hiệu quả và bền bỉ.

V. Kết luận và tương lai của hệ thống dẫn động thùng trộn

Đồ án thiết kế hệ thống dẫn động thùng trộn đã cung cấp cái nhìn tổng quan về các yếu tố cần thiết trong thiết kế. Tương lai của hệ thống này hứa hẹn sẽ có nhiều cải tiến và ứng dụng mới, giúp nâng cao hiệu suất và giảm thiểu chi phí sản xuất. Việc nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới sẽ là chìa khóa để cải thiện hơn nữa hiệu quả của hệ thống.

5.1. Triển vọng phát triển công nghệ

Công nghệ trong thiết kế hệ thống dẫn động đang ngày càng phát triển. Việc áp dụng các công nghệ mới sẽ giúp nâng cao hiệu suất và độ bền của hệ thống.

5.2. Định hướng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu và phát triển các giải pháp mới cho hệ thống dẫn động thùng trộn sẽ là một trong những định hướng quan trọng trong tương lai. Các giải pháp này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn giảm thiểu tác động đến môi trường.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong ngành kỹ thuật cơ khí, việc nghiên cứu, thiết kế và tối ưu hóa hệ thống truyền động là một trong những nội dung cốt lõi, đóng vai trò nền tảng trong công cuộc cơ giới hóa và hiện đại hóa sản xuất. Hệ thống dẫn động thùng trộn là cơ cấu truyền động cơ khí điển hình, được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp vật liệu xây dựng, chế biến thực phẩm, hóa chất và khai khoáng nhằm thực hiện quá trình khuấy, trộn đều các cấu tử vật liệu.

Hộp giảm tốc kết hợp cùng bộ truyền ngoài (bộ truyền đai) có nhiệm vụ nhận chuyển động quay và công suất từ động cơ điện, thực hiện giảm tốc độ quay đến giá trị làm việc phù hợp trên trục công tác của thùng trộn, đồng thời tăng mômen xoắn đầu ra để khắc phục sức cản công nghệ.

Đề tài "Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động Thùng Trộn" thuộc Đề số 11 - Phương án 18, được thực hiện bởi sinh viên Nguyễn Hoàng Long dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Văn Thạnh tại Bộ môn Thiết kế máy, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh (Học kỳ 221, năm 2022).

Nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật được xác định theo các yêu cầu và thông số ban đầu của Phương án 18 như sau:

1. Công suất yêu cầu trên trục thùng trộn: $P = 5,1\text{ kW}$.
2. Số vòng quay trên trục thùng trộn: $n = 34\text{ vòng/phút}$.
3. Thời hạn phục vụ: $L = 4\text{ năm}$ ($352\text{ ngày/năm}$, $2\text{ ca/ngày}$, $8\text{ giờ/ca}$, tương đương tổng thời gian vận hành $L_h = 22.528\text{ giờ}$).
4. Chế độ làm việc: Hệ thống quay một chiều, làm việc tĩnh có va đập nhẹ.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là toàn bộ chuỗi động học của trạm dẫn động máy trộn, bao gồm: động cơ điện không đồng bộ ba pha, bộ truyền đai thang đặt ngoài, hộp giảm tốc hai cấp đồng trục/phân đôi (sử dụng cặp bánh răng trụ răng nghiêng ở cấp nhanh và cặp bánh răng trụ răng thẳng ở cấp chậm), hệ thống trục truyền động, then bằng liên kết, các gối đỡ ổ lăn, khớp nối trục đàn hồi và kết cấu vỏ hộp giảm tốc bằng gang đúc.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và tài liệu tiêu chuẩn áp dụng

Đồ án vận dụng hệ thống lý thuyết chuẩn tắc trong tính toán thiết kế máy và chi tiết máy theo các giáo trình và cẩm nang kỹ thuật cơ khí kinh điển tại Việt Nam:

• Giáo trình và tài liệu hướng dẫn thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí của PGS. TS. Trịnh Chất, TS. Lê Văn Uyển (Tài liệu [1]).
• Sổ tay Thiết kế Chi tiết máy và Dung sai lắp ghép (Tài liệu [2], [3]).
• Tiêu chuẩn Nhà nước (TCVN) và tiêu chuẩn GOST về chọn động cơ điện không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc (dãy động cơ 4A), tiêu chuẩn hóa thông số hình học của đai thang, môđun bánh răng, ổ lăn và dung sai lắp ghép cơ khí.

Phương pháp nghiên cứu và thiết kế kỹ thuật

Nghiên cứu sử dụng phương pháp tính toán thiết kế kỹ thuật truyền thống kết hợp kiểm nghiệm độ bền giải tích:

• Phương pháp tính toán động học và động lực học: Xác định hiệu suất tổng thể, công suất tương đương, phân phối tỷ số truyền giữa các bộ truyền ngoài và bộ truyền trong hộp giảm tốc; từ đó xác định công suất, mômen xoắn và số vòng quay danh định trên từng trục.
• Phương pháp tính toán độ bền tiếp xúc và độ bền uốn của bánh răng: Áp dụng tiêu chuẩn tính toán ứng suất tiếp xúc $\sigma_H \le [\sigma_H]$ và ứng suất uốn $\sigma_F \le [\sigma_F]$, có xét đến hệ số tải trọng động, hệ số tập trung tải trọng và giới hạn mỏi tiếp xúc/uốn theo chu kỳ làm việc tương đương ($N_{HE}, N_{FE}$).
• Phương pháp giải tích kết cấu và sức bền vật liệu: Xây dựng sơ đồ phân tích lực trong không gian ($F_t, F_r, F_a, F_k$), thiết lập phương trình cân bằng tĩnh học để xác định phản lực tại các gối đỡ, vẽ biểu đồ mômen uốn ($M_x, M_y$) và mômen xoắn ($T$), từ đó tính toán đường kính trục theo mômen tương đương $M_{tđ}$ và kiểm nghiệm độ bền mỏi (hệ số an toàn $s$), độ bền tĩnh ($\sigma_{tđ}$).
• Phương pháp lựa chọn và kiểm nghiệm ổ lăn: Tính toán tải trọng quy ước $Q$, khả năng tải động $C_t \le C$, tuổi thọ ổ $L_h$ và khả năng tải tĩnh $C_0$.
• Phương pháp thiết kế đồ họa kỹ thuật: Sử dụng phần mềm AutoCAD để xây dựng bản vẽ lắp tổng thể hộp giảm tốc và bản vẽ chế tạo chi tiết trục, bánh răng.

Thiết kế và triển khai hệ thống dẫn động

Hệ thống dẫn động thùng trộn được xây dựng với kiến trúc truyền động cơ khí hoàn chỉnh từ nguồn động lực đến cơ cấu chấp hành:

[Động cơ điện 4A132M4Y3] 
[Trục I - Cấp nhanh] 
[Trục II - Trung gian] 
[Trục III - Cấp chậm] 
[Trục công tác thùng trộn]

Bảng tổng hợp đặc tính kỹ thuật động học và động lực học

Thông số	Trục động cơ	Trục I (HGT)	Trục II (Trung gian)	Trục III (HGT)	Trục công tác (Thùng trộn)
Tỷ số truyền ($u$)	-	$u_đ = 3,4$	$u_1 = 4,05$	$u_2 = 2,97$	$u_{nt} = 1,0$
Số vòng quay ($n$, vg/ph)	$1425$	$419,11$	$103,48$	$34,84$	$34,84$
Công suất ($P$, kW)	$6,58$	$6,19$	$5,65$	$5,37$	$5,10$
Mômen xoắn ($T$, Nmm)	$44.097,54$	$141.047,69$	$521.429,26$	$1.471.971,87$	$1.457.252,15$

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền

Mục này xác định loại nguồn dẫn động phù hợp nhằm bảo đảm hiệu suất và độ tin cậy của toàn hệ thống:

• Hiệu suất chung của hệ thống: Tính toán qua tích số hiệu suất các bộ phận cấu thành: bộ truyền đai thang ($\eta_đ = 0,95$), hai cặp bánh răng trụ ($\eta_{br} = 0,96$), bốn cặp ổ lăn ($\eta_{ol} = 0,99$), nối trục đàn hồi ($\eta_{nt} = 1,0$). Hiệu suất tổng thể đạt $\eta_{ch} = 0,8074$.
• Công suất cần thiết của động cơ: Với công suất đẳng trị trên trục làm việc $P_{tđ} = 3,24\text{ kW}$, công suất cần thiết trên trục động cơ là $P_{ct} = \frac{3,24}{0,8074} = 4,015\text{ kW}$.
• Xác định tỷ số truyền sơ bộ: Số vòng quay sơ bộ của động cơ $n_{sb} = n_{lv} \times u_{ch} = 34 \times 40,8 \approx 1387\text{ vòng/phút}$.
• Lựa chọn động cơ điện: Chọn động cơ không đồng bộ ba pha lồng sóc ký hiệu 4A132M4Y3 từ bảng tiêu chuẩn với các thông số: công suất định mức $P_{đc} = 5,5\text{ kW}$, số vòng quay định mức $n_{đc} = 1425\text{ vòng/phút}$, hệ số công suất $\cos\varphi = 0,85$, hiệu suất $\eta = 85,5%$, hệ số quá tải $T_{max}/T_{dnh} = 2,2$, mômen mở máy $T_k/T_{dnh} = 2,0$.
• Phân phối tỷ số truyền thực tế: Tỷ số truyền chung thực tế $u_{ch} = \frac{1425}{34} = 41,9$. Phân phối cho hộp giảm tốc 2 cấp $u_{gt} = 12,1$ (cấp nhanh $u_1 = 4,05$, cấp chậm $u_2 = 2,97$) và bộ truyền đai thang ngoài $u_đ = 3,4$.

Phần 2: Tính toán bộ thiết kế chi tiết máy

Nội dung phần này tập trung vào thiết kế bộ truyền đai ngoài và hai cặp bánh răng trong hộp giảm tốc:

1. Thiết kế bộ truyền đai thang

• Chọn loại đai: Dựa vào công suất $P = 6,58\text{ kW}$ và số vòng quay $n_1 = 1425\text{ vg/ph}$, chọn đai thang loại A (kích thước tiết diện $b_p = 11\text{ mm}$, $b_0 = 13\text{ mm}$, $h = 8\text{ mm}$).
• Đường kính bánh đai: Đường kính bánh đai nhỏ $d_1 = 180\text{ mm}$; bánh đai lớn tiêu chuẩn $d_2 = 630\text{ mm}$.
• Khoảng cách trục và chiều dài đai: Tính toán sơ bộ và chọn chiều dài đai tiêu chuẩn $L = 2800\text{ mm}$, khoảng cách trục chính xác $a = 729,11\text{ mm}$.
• Số dây đai yêu cầu: Xác định được $z = 4\text{ đai}$.
• Các thông số động học và lực căng: Góc ôm bánh đai nhỏ $\alpha_1 = 144,82^\circ \ge 120^\circ$ (thỏa mãn); lực căng ban đầu trên một sợi đai $F_0 = 140,74\text{ N}$; tổng lực tác dụng lên trục $F_r = 1073,29\text{ N}$; bề rộng bánh đai $B = 82\text{ mm}$.

2. Tính toán bộ truyền bánh răng cấp nhanh (Bánh răng trụ răng nghiêng)

• Vật liệu: Thép 45 tôi cải thiện, bánh nhỏ có độ rắn $HB_1 = 245$, bánh lớn $HB_2 = 230$.
• Ứng suất tiếp xúc cho phép $[\sigma_H] = 495,45\text{ MPa}$; ứng suất uốn cho phép $[\sigma_{F1}] = 252\text{ MPa}$, $[\sigma_{F2}] = 236,57\text{ MPa}$.
• Kích thước hình học chính: Khoảng cách trục tiêu chuẩn $a_{w1} = 160\text{ mm}$; môđun pháp $m_n = 2,5\text{ mm}$; góc nghiêng răng $\beta = 33,28^\circ$; số răng bánh nhỏ $z_1 = 21$, số răng bánh lớn $z_2 = 86$; bề rộng vành răng $b_w = 48\text{ mm}$.
• Kiểm nghiệm ứng suất: Ứng suất tiếp xúc tính toán $\sigma_H = 470,7\text{ MPa} \le [\sigma_H]{cx} = 470,68\text{ MPa}$; ứng suất uốn $\sigma{F1} = 64,73\text{ MPa} \le [\sigma_{F1}]$, $\sigma_{F2} = 61,31\text{ MPa} \le [\sigma_{F2}]$. Bộ truyền hoàn toàn thỏa mãn các điều kiện bền mỏi và quá tải.

3. Tính toán bộ truyền bánh răng cấp chậm (Bánh răng trụ răng thẳng)

• Vật liệu: Thép 45 tôi cải thiện, độ rắn $HB_1 = 245$, $HB_2 = 230$.
• Kích thước hình học chính: Khoảng cách trục tiêu chuẩn $a_{w2} = 250\text{ mm}$; môđun pháp $m_n = 3\text{ mm}$; số răng bánh nhỏ $z_3 = 40$, số răng bánh lớn $z_4 = 118$; bề rộng vành răng bánh bị dẫn $b_w = 88\text{ mm}$, bánh chủ động $b_{w3} = 92\text{ mm}$.
• Kiểm nghiệm ứng suất: Ứng suất tiếp xúc tính toán $\sigma_H = 397,05\text{ MPa} \le [\sigma_H]{cx} = 481,8\text{ MPa}$; ứng suất uốn $\sigma{F1} = 95,55\text{ MPa} \le 256,03\text{ MPa}$, $\sigma_{F2} = 56,7\text{ MPa} \le 240,35\text{ MPa}$.
• Kiểm tra bôi trơn ngâm dầu: Mức dầu bôi trơn tính toán $122\text{ mm} > 116,6\text{ mm}$, thỏa mãn điều kiện bôi trơn ngâm dầu cho cả hai cấp bánh răng trong hộp.

Phần 3: Tính toán thiết kế trục, then và chọn ổ lăn

Nội dung phần này giải quyết bài toán sức bền kết cấu trục, liên kết then và hệ thống ổ lăn đỡ trục:

1. Thiết kế và kiểm nghiệm trục

• Vật liệu chế tạo trục: Thép 45 tôi cải thiện có giới hạn bền $\sigma_b = 850\text{ MPa}$, ứng suất xoắn cho phép $[\tau] = 12 \div 20\text{ MPa}$.
• Xác định đường kính ngõng trục lắp ghép:
  • Trục I: Đường kính danh nghĩa tại các đoạn trục dao động từ $d = 30\text{ mm}$ đến $40\text{ mm}$ (vị trí lắp bánh đai $d_A = 35\text{ mm}$, vị trí lắp ổ bi $d_B = 40\text{ mm}$, vị trí lắp bánh răng $d_C = 40\text{ mm}$, $d_D = 35\text{ mm}$).
  • Trục II: Đường kính các đoạn trục dao động từ $d = 40\text{ mm}$ đến $55\text{ mm}$.
  • Trục III: Đường kính các đoạn trục dao động từ $d = 65\text{ mm}$ đến $75\text{ mm}$.
• Kiểm nghiệm độ bền mỏi và bền tĩnh: Tính toán hệ số an toàn uốn $s_\sigma$, hệ số an toàn xoắn $s_\tau$ và hệ số an toàn tổng hợp $s = \frac{s_\sigma s_\tau}{\sqrt{s_\sigma^2 + s_\tau^2}} \ge [s] = 1,5 \div 2,5$. Cả ba trục đều đạt hệ số an toàn mỏi (hệ số an toàn nhỏ nhất tại các tiết diện nguy hiểm đạt $s = 4,89 > 1,5$) và thỏa mãn điều kiện bền tĩnh ($\sigma_{tđ} \le [\sigma] = 464\text{ MPa}$).

2. Tính toán và chọn then bằng

• Chọn loại then bằng theo TCVN đối với từng tiết diện trục; kiểm nghiệm theo độ bền dập $\sigma_d \le [\sigma_d] = 100\text{ MPa}$ và độ bền cắt $\tau_c \le [\tau_c] = 40 \div 60\text{ MPa}$.
• Kết quả kiểm nghiệm then tại các vị trí nguy hiểm trên Trục I, II và III đều đạt yêu cầu (ứng suất dập cực đại $\sigma_d = 96,86\text{ MPa} < 100\text{ MPa}$, ứng suất cắt $\tau_c = 24,22\text{ MPa} < 40\text{ MPa}$).

3. Lựa chọn và kiểm nghiệm ổ lăn

• Trục I: Do lực dọc trục triệt tiêu hoặc rất nhỏ, chọn ổ bi đỡ một dãy cỡ trung số hiệu 308 ($d = 35\text{ mm}$, $D = 80\text{ mm}$, $B = 23\text{ mm}$, $C = 31,9\text{ kN}$, $C_0 = 21,7\text{ kN}$). Khả năng tải động tính toán $C_t = 21,4\text{ kN} < C$; tuổi thọ thực tế đạt $L_h = 28.772,1\text{ giờ} > 22.528\text{ giờ}$.
• Trục II: Chọn ổ bi trụ đũa đỡ ngắn cỡ trung hẹp số hiệu 2308 ($d = 40\text{ mm}$, $D = 90\text{ mm}$, $B = 25\text{ mm}$, $C = 41,0\text{ kN}$, $C_0 = 28,5\text{ kN}$). Khả năng tải động tính toán $C_t = 39,72\text{ kN} < C$; tuổi thọ đạt $L_h = 24.818,84\text{ giờ} > 22.528\text{ giờ}$.
• Trục III: Chọn ổ bi đỡ một dãy cỡ nhẹ vừa số hiệu 213 ($d = 65\text{ mm}$, $D = 120\text{ mm}$, $B = 23\text{ mm}$, $C = 44,9\text{ kN}$, $C_0 = 34,7\text{ kN}$).

4. Chọn khớp nối trục đàn hồi

• Lựa chọn nối trục vòng đàn hồi liên kết đầu trục ra của hộp giảm tốc (Trục III) với trục công tác của thùng trộn.
• Đường kính chốt $d_c = 14\text{ mm}$, ren M10, kiểm nghiệm sức bền dập của vòng cao su đàn hồi đạt $\sigma_d = 0,60\text{ MPa} \le [\sigma_d] = 2 \div 4\text{ MPa}$.

Phần 4: Thiết kế vỏ hộp giảm tốc và các chi tiết phụ

• Thiết kế kết cấu vỏ hộp giảm tốc bằng gang đúc GX 15-32, dạng vỏ đúc hai nửa (nắp hộp và thân hộp) liên kết bằng hệ thống bu lông mặt bích.
• Xác định kích thước các phần tử vỏ hộp: chiều dày thân hộp $\delta$, chiều dày nắp hộp $\delta_1$, bề rộng mặt bích, gân tăng cứng đáy và nắp, gối đỡ ổ lăn.
• Bố trí các chi tiết phụ kỹ thuật: cửa thăm dầu kèm nút thông hơi trên nắp hộp để cân bằng áp suất; nút tháo dầu dưới đáy hộp để xả cặn; que thăm dầu dạng que đo mức dầu; nắp ổ và vòng chắn dầu để ngăn rò rỉ chất bôi trơn và chống bụi bẩn xâm nhập; chốt định vị hình côn để định vị chính xác vị trí tâm ổ giữa thân và nắp hộp trước khi gia công tinh.

Phần 5: Bảng dung sai lắp ghép

Thiết lập hệ thống dung sai, độ nhám bề mặt và kiểu lắp tiêu chuẩn cho các mối ghép chính:

• Mối ghép giữa vòng trong ổ lăn với trục: chọn mối lắp trung gian/chặt theo hệ lỗ cơ bản ($k6, m6$).
• Mối ghép giữa vòng ngoài ổ lăn với vỏ hộp: chọn mối lắp lỏng/trung gian theo hệ trục cơ bản ($H7, Js7$).
• Mối ghép giữa may-ơ bánh răng, bánh đai, nửa khớp nối với trục: chọn kiểu lắp ghép có độ dôi nhẹ hoặc có then ($H7/k6, H7/js6$).
• Mối ghép then với rãnh trục và rãnh may-ơ: dung sai theo chiều rộng then chọn $P9/h9$ hoặc $Js9/h9$.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật chính đạt được

1. Hoàn thiện trọn vẹn chuỗi tính toán động học và động lực học: Lựa chọn chính xác động cơ điện $5,5\text{ kW}$ ($1425\text{ vg/ph}$) đảm bảo cung cấp đầy đủ công suất $5,1\text{ kW}$ tại số vòng quay $34\text{ vg/ph}$ cho thùng trộn với hiệu suất truyền động $80,74%$.
2. Xác lập bộ thông số hình học chuẩn tắc cho các bộ truyền:
   • Bộ truyền đai thang ngoài: 4 sợi đai loại A, khoảng cách trục $a = 729,11\text{ mm}$.
   • Cặp bánh răng cấp nhanh: $a_{w1} = 160\text{ mm}$, $m_n = 2,5\text{ mm}$, $z_1 = 21, z_2 = 86$, góc nghiêng $\beta = 33,28^\circ$.
   • Cặp bánh răng cấp chậm: $a_{w2} = 250\text{ mm}$, $m_n = 3,0\text{ mm}$, $z_3 = 40, z_4 = 118$, răng thẳng.
3. Độ bền và độ tin cậy kết cấu được kiểm chứng:
   • 100% các tiết diện trục đều vượt qua kiểm nghiệm bền mỏi với hệ số an toàn $s \ge 4,89$ (vượt xa ngưỡng tiêu chuẩn $[s] = 1,5$).
   • Hệ thống ổ lăn được lựa chọn chính xác (ổ bi đỡ 308, ổ đũa đỡ 2308, ổ bi đỡ 213) với tuổi thọ làm việc tính toán đều vượt trên $24.800\text{ giờ}$, cao hơn yêu cầu $22.528\text{ giờ}$ (4 năm vận hành).
   • Vòng đàn hồi khớp nối và then bằng đều chịu tải tốt dưới mọi chế độ ứng suất dập và cắt.

Đóng góp thực tiễn và học thuật

• Tài liệu thể hiện quy trình thiết kế máy bài bản, logic, chuẩn xác theo quy chuẩn đào tạo kỹ sư cơ khí của Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM.
• Bảng tổng hợp số liệu chi tiết, các bước kiểm tra bền mỏi, bền uốn, bền tiếp xúc và bôi trơn ngâm dầu tạo thành khung mẫu thiết kế hoàn chỉnh cho các dạng trạm dẫn động công nghiệp tải tĩnh có rung động nhẹ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Đồ án chủ yếu giải quyết bài toán thiết kế cơ sở trên lý thuyết giải tích tĩnh và tựa tĩnh theo sơ đồ tải trọng phân bước tương đương. Chưa tiến hành mô phỏng động lực học đa vật thể hoặc phân tích ứng suất trường chuyển vị bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEA) trên vỏ hộp và trục dưới tác động của tải trọng rung động thực tế.
• Hướng mở rộng:
  • Ứng dụng các công cụ CAD/CAE hiện đại (SolidWorks, Ansys Workbench, Inventor) để mô phỏng kiểm nghiệm độ võng, góc xoay của trục và phân bố trường nhiệt độ bôi trơn trong hộp giảm tốc.
  • Nghiên cứu tối ưu hóa kích thước và khối lượng vỏ hộp giảm tốc đúc nhằm tiết kiệm vật liệu chế tạo.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo cao đối với:

• Sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Chế tạo máy, Cơ điện tử: Sử dụng làm tài liệu mẫu phục vụ học phần Đồ án Chi tiết máy, Đồ án Thiết kế hệ thống truyền động cơ khí, môn học Nguyên lý - Chi tiết máy.
• Kỹ sư thiết kế máy công nghiệp: Tham khảo các bước tra cứu bảng số liệu tiêu chuẩn, lựa chọn động cơ, phân phối tỷ số truyền hộp giảm tốc 2 cấp đồng trục/phân đôi và tính toán kiểm nghiệm các mối ghép then, trục, ổ lăn.

Câu hỏi thường gặp

1. Động cơ điện được chọn cho hệ thống là loại nào và có thông số ra sao? Động cơ được chọn là loại động cơ không đồng bộ ba pha lồng sóc ký hiệu 4A132M4Y3, có công suất định mức $P_{đc} = 5,5\text{ kW}$, vận tốc quay định mức $n_{đc} = 1425\text{ vòng/phút}$, hệ số công suất $\cos\varphi = 0,85$ và hiệu suất $\eta = 85,5%$.

2. Hộp giảm tốc trong đồ án sử dụng loại truyền động bánh răng nào ở các cấp? Hộp giảm tốc hai cấp sử dụng cặp bánh răng trụ răng nghiêng ở cấp nhanh (với khoảng cách trục $a_{w1} = 160\text{ mm}$, môđun $m_n = 2,5\text{ mm}$, góc nghiêng $\beta = 33,28^\circ$) và cặp bánh răng trụ răng thẳng ở cấp chậm (khoảng cách trục $a_{w2} = 250\text{ mm}$, môđun $m_n = 3\text{ mm}$).

3. Số lượng và kích thước dây đai của bộ truyền đai thang ngoài là bao nhiêu? Bộ truyền đai sử dụng 4 dây đai loại A (tiết diện $b_p = 11\text{ mm}, b_0 = 13\text{ mm}, h = 8\text{ mm}$) với chiều dài đai tiêu chuẩn $L = 2800\text{ mm}$, đường kính bánh đai nhỏ $d_1 = 180\text{ mm}$, đường kính bánh đai lớn $d_2 = 630\text{ mm}$, khoảng cách trục $a = 729,11\text{ mm}$.

4. Ký hiệu và kích thước của các ổ lăn được chọn trên ba trục là gì?

• Trục I dùng ổ bi đỡ một dãy cỡ trung 308 ($d = 35\text{ mm}, D = 80\text{ mm}, B = 23\text{ mm}$).
• Trục II dùng ổ bi trụ đũa đỡ ngắn cỡ trung hẹp 2308 ($d = 40\text{ mm}, D = 90\text{ mm}, B = 25\text{ mm}$).
• Trục III dùng ổ bi đỡ một dãy cỡ nhẹ vừa 213 ($d = 65\text{ mm}, D = 120\text{ mm}, B = 23\text{ mm}$).

5. Tuổi thọ tính toán của ổ lăn có đáp ứng đủ thời gian làm việc yêu cầu 4 năm không? Có. Thời gian phục vụ yêu cầu của hệ thống là $L_h = 22.528\text{ giờ}$ ($4\text{ năm} \times 352\text{ ngày} \times 2\text{ ca} \times 8\text{ giờ}$). Tuổi thọ tính toán thực tế của các ổ lăn đều vượt yêu cầu: ổ trục I đạt $28.772,1\text{ giờ}$, ổ trục II đạt $24.818,84\text{ giờ}$.

Kết luận

Đồ án "Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động Thùng Trộn" của sinh viên Nguyễn Hoàng Long đã giải quyết đầy đủ, chính xác và khoa học toàn bộ nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật của Đề số 11 - Phương án 18. Hệ thống dẫn động bao gồm động cơ $5,5\text{ kW}$, bộ truyền đai thang 4 sợi và hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp phân nhánh được tính toán đồng bộ, đảm bảo đầy đủ các chỉ tiêu về độ bền tiếp xúc, độ bền uốn, độ bền mỏi của trục, khả năng chịu tải của then và tuổi thọ ổ lăn trong suốt 4 năm vận hành. Công trình là tài liệu tham khảo kỹ thuật chuẩn mực cho sinh viên và kỹ sư ngành cơ khí chế tạo máy.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỀ SỐ 11- PHƯƠNG ÁN 18 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG THÙNG TRỘN LỚP L05 - HK 221 GVHD Nguyễn Văn Thạnh SVTH: Nguyễn Hoàng Long MSSV: 2011552 Thành phố Hồ Chí Minh – 2022 1 2 3 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU. 4 PHẦN 1: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN .1 Chọn động cơ điện .2 Phân phối tỉ số truyền .3 Xác định công xuất , moomen và số vòng quay trên các .6 PHẦN 2: TÍNH TOÁN BỘ THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY .1 Thiết kế bộ truyền đai .2 Tính toán bộ truyền bánh răng .12 PHẦN 3 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC , THEN VÀ CHỌN Ổ LĂN .1 Tính toán thiết kế trục và then.2 Tính toán thiết kế .3 Tính toán thông số và kiểm nghiệm độ bền các trục: .4 Thiết kế then .5 Chọn nối trục: .41 PHẨN 4 : THIẾT KẾ VỎ HỘP GIẢM TỐC. 46 PHẦN 5 : CÁC CHI TIẾT PHỤ. 48 PHẦN 6 : BẢNG DUNG SAI LẮP GHÉP.

52 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 55 3 LỜI NÓI ĐẦU Thiết kế và phát triển những hệ thống truyền động là vấn đề cốt lõi trong cơ khí. Mặt khác, một nền công nghiệp phát triển không thể thiếu một nền cơ khí hiện đại. Vì vậy, việc thiết kế và cải tiến những hệ thống truyền động là công việc rất quan trọng trong công cuộc hiện đại hoá đất nước.

Hiểu biết, nắm vững và vận dụng tốt lý thuyết vào thiết kế các hệ thống truyền động là những yêu cầu rất cần thiết đối với sinh viên, kỹ sư cơ khí. Trong cuộc sống ta có thể bắt gặp hệ thống truyền động ở khắp nơi, có thể nói nó đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống cũng như sản xuất.Đối với các hệ thống truyền động thường gặp thì hộp giảm tốc là một bộ phận không thể thiếu. Đồ án thiết kế giúp ta tìm hiểu và thiết kế hộp giảm tốc, qua đó ta có thể củng cố lại các kiến thức đã học trong các môn học như Nguyên lý máy, Chi tiết máy, Vẽ kỹ thuật cơ khí., và giúp sinh viên có cái nhìn tổng quan về việc thiết kế cơ khí.Hộp giảm tốc là một trong những bộ phận điển hình mà công việc thiết kế giúp chúng ta làm quen với các chi tiết cơ bản như bánh răng, ổ lăn,…Thêm vào đó, trong quá trình thực hiện các sinh viên có thể bổ sung và hoàn thiện kỹ năng vẽ AutoCad, điều rất cần thiết với một sinh viên cơ khí. Em chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Thạnh, các bạn khoa cơ khí đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình thực hiện đồ án.

Với kiến thức còn hạn hẹp, vì vậy thiếu sót là điều không thể tránh khỏi, em rất mong nhận được ý kiến từ thầy. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hoàng Long 4 5 ĐỀ SỐ 11: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG THÙNG TRỘN Số liệu thiết kế của phương án 18:  Công suất trên trục thùng trộn, P(KW): 5,1  Số vòng quay trên trục thùng trộn,n(v/p): 34  Thời gian phục vụ,L(năm) : 4  Quay một chiều, làm việc 4 năm, tải va đập nhẹ.4T 5 PHẦN 1: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 1.1 Chọn động cơ điện Hiệu suất chung của hệ thống truyền động:      4 n2 ch d br ol nt brn Trong đó hiệu suất các bộ truyền ta chọn từ Bảng 3.3 của tài liệu [3]: d  0,95 : hiệu suất của bộ truyền đai. br  0,96 : hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ hai cấp. ol  0,99 : hiệu suất của một cặp ổ lăn (4 cặp ổ lăn).