I. Khái niệm và ý nghĩa thiết kế hệ dẫn động xích tải
Hệ dẫn động xích tải là một cơ cấu truyền động quan trọng được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hiện đại. Đồ án thiết kế hệ dẫn động xích tải giúp sinh viên ngành cơ khí vận dụng những kiến thức lý thuyết vào thực tiễn thiết kế một hệ thống cơ khí hoàn chỉnh. Qua đó, học sinh được làm quen với các bước tính toán động học, thiết kế bánh răng, và tối ưu hóa chi phí sản xuất. Hộp giảm tốc trong hệ thống xích tải đòi hỏi thiết kế sao cho vừa tiết kiệm vật liệu vừa đảm bảo độ bền cao trong điều kiện làm việc khắc nghiệt. Đây là kỹ năng thiết yếu mà mỗi kỹ sư cơ khí cần phải thành thạo.
1.1. Định nghĩa hệ dẫn động xích tải
Hệ dẫn động xích tải bao gồm các thành phần chính như xích tải, bánh răng, trục, ổ lăn và hộp giảm tốc. Hệ thống này nhận công suất từ động cơ điện, truyền qua các cấp giảm tốc bánh răng và xích, cuối cùng cung cấp lực kéo cần thiết cho máy công tác. Lực kéo xích tải và vận tốc xích là các thông số quan trọng cần được tính toán chính xác.
1.2. Tầm quan trọng trong đồ án thiết kế máy
Đồ án thiết kế máy là một trong những bài tập lớn quan trọng nhất của sinh viên ngành cơ khí. Nó giúp sinh viên thực hành kỹ năng vẽ kỹ thuật, dung sai lắp ghép, và cơ sở thiết kế máy. Thông qua thiết kế hệ dẫn động xích tải, sinh viên học cách thực hiện đồ án một cách khoa học, tạo nền tảng vững chắc cho các đồ án tiếp theo.
II. Tính toán động học trong thiết kế hệ dẫn động
Tính toán động học là bước đầu tiên và quan trọng nhất trong quá trình thiết kế hệ dẫn động xích tải. Từ các thông số đầu vào như lực kéo xích tải F = 2185 N, bước xích p = 63 mm, và số răng đĩa xích z = 17 răng, kỹ sư cần xác định công suất cần thiết, số vòng quay, và momen xoắn trên từng trục. Hiệu suất truyền động của các bộ phận như ổ lăn (ηol = 0,99), truyền xích (ηx = 0,92), bánh răng (ηbr = 0,97) cần được tính toán chính xác. Quá trình này đòi hỏi kiến thức sâu về cơ học, động lực học và các tiêu chuẩn thiết kế trong ngành cơ khí.
2.1. Xác định công suất động cơ cần thiết
Công suất cần thiết trên trục động cơ điện được tính từ công suất máy công tác chia cho hiệu suất truyền động. Với công suất trục làm việc Plv = 3,8 kW và hiệu suất chung ηc = 0,857, công suất yêu cầu là Pct ≥ 4,44 kW. Kỹ sư cần chọn một động cơ điện thương mại có công suất phù hợp, thường là 5 kW để đảm bảo dự phòng.
2.2. Tính số vòng quay trên các trục
Số vòng quay trục công tác được tính từ công thức: nlv = 60000 × v/(z × p). Từ đó, xác định số vòng quay sơ bộ của động cơ điện dựa trên tỉ số truyền của toàn bộ hệ thống. Bảng thông số động học cho thấy trục động cơ quay 960 v/phút, trục I quay 960 v/phút, trục II quay 251,5 v/phút, và trục làm việc quay 96,71 v/phút.
III. Thiết kế bánh răng trụ răng nghiêng trong hộp giảm tốc
Bánh răng trụ răng nghiêng được sử dụng trong hộp giảm tốc với bánh răng chủ động nghiêng trái. Thiết kế này giúp giảm tiếng ồn và tăng độ bền so với bánh răng thẳng. Tỉ số truyền được phân phối hợp lý giữa các cấp giảm tốc để tối ưu hóa kích thước và khối lượng của hộp giảm tốc. Các thông số thiết kế bao gồm số răng bánh chủ động z₁ = 20 răng, tỉ số truyền u₁₂ = 3,82, và tốc độ quay n₁ = 960 v/phút. Việc tính toán momen xoắn trên từng trục là cơ sở để xác định module bánh răng, rộng mặt bánh, và vật liệu sử dụng.
3.1. Phân phối tỉ số truyền hợp lý
Tỉ số truyền chung của hệ thống ut = ubr × ux = 9,93 cần được phân phối giữa bánh răng (ubr = 3,82) và xích tải (ux = 2,6) sao cho cân bằng về kích thước và chi phí. Một phân phối hợp lý giúp giảm bớt áp lực lên từng cấp, kéo dài tuổi thọ bộ truyền và giảm chi phí bảo trì.
3.2. Tính toán momen xoắn trên từng trục
Momen xoắn được tính từ công thức Ti = 9,55 × Pi/ni. Kết quả cho thấy trục động cơ có Tđc = 44119,69 N.mm, trục I có TI = 43678,50 N.mm, trục II có TII = 160138,09 N.mm, và trục làm việc có Tlv = 375427,61 N.mm. Những giá trị này là cơ sở để chọn vật liệu và kích thước của các chi tiết cơ khí.
IV. Quy trình thực hiện và kết quả thiết kế hoàn chỉnh
Quá trình thực hiện đồ án thiết kế hệ dẫn động xích tải bao gồm các bước: tính toán động học, thiết kế bánh răng, xích tải, trục và ổ lăn, kiểm tra độ bền, và vẽ bản vẽ kỹ thuật. Kết quả cuối cùng là bản thuyết minh chi tiết, bản vẽ lắp hộp giảm tốc khổ A0, và bộ bản vẽ chế tạo các chi tiết. Thời hạn phục vụ của hệ thống được quy định là Lh = 11500 giờ với 3 ca làm việc, điều kiện làm việc vừa đập. Các tiêu chuẩn thiết kế được áp dụng để đảm bảo sản phẩm an toàn, hiệu quả và kinh tế.
4.1. Các bước thiết kế chính của hệ thống
Bước 1: Tính toán động học để xác định công suất động cơ. Bước 2: Tính toán thiết kế bánh răng trụ răng nghiêng. Bước 3: Thiết kế xích tải dựa trên lực kéo và vận tốc. Bước 4: Thiết kế trục và ổ lăn chịu được momen xoắn được tính. Bước 5: Kiểm tra độ bền của các chi tiết. Bước 6: Vẽ bản vẽ kỹ thuật chân thực, đúng tiêu chuẩn.
4.2. Yêu cầu đầu ra và giá trị thực tiễn
Đồ án thiết kế phải bao gồm bản thuyết minh trình bày chi tiết các tính toán, bản vẽ lắp toàn hộp giảm tốc, và bộ bản vẽ chế tạo các chi tiết cụm trục. Mỗi bản vẽ phải tuân theo dung sai lắp ghép, ký hiệu kỹ thuật, và tiêu chuẩn vẽ của Việt Nam. Giá trị thực tiễn của đồ án là giúp sinh viên có kỹ năng thiết kế cơ bản, sẵn sàng cho công việc kỹ sư chuyên nghiệp.
