Bối cảnh và yêu cầu thiết kế
Tài liệu là thuyết minh đồ án môn học Thiết kế máy (mã học phần: ME3239), thuộc Bộ môn Thiết kế máy – Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh (học kỳ I, năm học 2021–2022). Đề tài do sinh viên Nguyễn Quốc Hiếu (MSSV: 1913346) thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Lê Thanh Long.
Hệ thống dẫn động băng tải là trang thiết bị cơ khí quan trọng trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp, đảm nhiệm việc trung chuyển liên tục phôi liệu, bán thành phẩm và hàng hóa theo tuyến cố định. Việc thiết kế hệ thống cơ khí thay thế sức lao động thủ công nhằm nâng cao năng suất, đảm bảo tính an toàn lao động và tạo tiền đề kết hợp điều khiển tự động hóa.
Đề bài thực hiện là Đề số 20 – Phương án số 14, với cấu trúc hệ thống truyền động cơ khí gồm các cụm bộ phận:
- Động cơ điện 3 pha không đồng bộ.
- Khớp nối đàn hồi.
- Hộp giảm tốc hai cấp (gồm cấp nhanh bánh răng trụ răng nghiêng và cấp chậm trục vít – bánh vít).
- Bộ truyền xích ống con lăn ngoài hộp.
- Bộ phận công tác (tang dẫn và băng tải).
Các thông số kỹ thuật đầu vào theo Phương án 14 bao gồm:
- Lực vòng kéo băng tải: $F = 25.500\text{ N}$.
- Vận tốc di chuyển băng tải: $v = 0{,}38\text{ m/s}$.
- Đường kính tang dẫn băng tải: $D = 400\text{ mm}$.
- Thời hạn phục vụ định mức: $L = 5\text{ năm}$ (mỗi năm làm việc 300 ngày, chế độ 2 ca/ngày, mỗi ca 8 giờ).
- Chế độ làm việc: Quay một chiều, tải va đập nhẹ; sơ đồ tải trọng gồm 2 giai đoạn: $t_1 = 25\text{ giây}$ với mô-men $T_1 = T$; $t_2 = 20\text{ giây}$ với mô-men $T_2 = 0{,}6T$.
Yêu cầu sản phẩm hoàn thành gồm: 01 bản thuyết minh tính toán chi tiết, 01 bản vẽ lắp tổng thể hộp giảm tốc khổ A0 và 01 bản vẽ chế tạo chi tiết theo đúng tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN).
Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán
Hệ thống tính toán và kiểm nghiệm độ bền trong đồ án dựa trên các tài liệu chuyên ngành tiêu chuẩn:
- Cơ sở thiết kế máy – PGS. TS. Nguyễn Hữu Lộc, NXB Đại học Quốc gia TP.HCM.
- Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí (Tập 1 & Tập 2) – PGS. TS. Trịnh Chất, TS. Lê Văn Uyên, NXB Giáo dục.
Phương pháp nghiên cứu và giải thuật tính toán thiết kế cơ khí bao gồm:
- Phương pháp cân bằng công suất và xác định tải trọng tương đương: Tính toán công suất cần thiết trên trục động cơ qua công suất công tác, hệ số tương đương của sơ đồ tải thay đổi bậc $K_{td}$ và hiệu suất tổng thể của hệ thống truyền động.
- Phương pháp tính toán độ bền mỏi tiếp xúc và độ bền uốn theo chỉ tiêu ứng suất tiếp xúc $[\sigma_H]$ và ứng suất uốn $[\sigma_F]$: Áp dụng cho các cặp truyền động bánh răng trụ răng nghiêng và bộ truyền trục vít – bánh vít bằng đồng thanh.
- Phương pháp tính toán truyền dẫn xích: Xác định bước xích qua chỉ tiêu độ bền mỏi của bản lề xích, số răng đĩa xích, khoảng cách trục và kiểm tra hệ số an toàn $S$.
- Phương pháp phân tích nội lực và sức bền vật liệu cho hệ trục: Lập sơ đồ phân bố lực không gian, thiết lập phương trình cân bằng tĩnh học để xác định phản lực gối đỡ, dựng biểu đồ mô-men uốn phẳng ($M_x, M_y$), mô-men uốn tổng hợp ($M_u$) và mô-men xoắn ($T$). Kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn mỏi ($s \ge [s] = 3$) và độ bền tĩnh khi quá tải.
- Phương pháp tính chọn ổ lăn theo khả năng tải động ($C$) và tải tĩnh ($C_0$): Tính quy đổi tải trọng tương đương, xác định tuổi thọ làm việc tính bằng triệu vòng quay và quy đổi theo giờ làm việc ($L_h$).
Nội dung chi tiết các phần tính toán thiết kế
Phần 1: Phân tích phương án, chọn động cơ điện và phân phối tỉ số truyền
Hệ số thay đổi tải trọng tương đương:
$$K_{td} = \sqrt{\frac{1^2 \cdot 25 + 0{,}6^2 \cdot 20}{25 + 20}} = 0{,}846$$
Công suất làm việc trên trục tang dẫn:
$$P_{ct} = \frac{F \cdot v}{1000} = \frac{25500 \cdot 0{,}38}{1000} = 9{,}69\text{ kW}$$
Hiệu suất truyền động chung của hệ thống:
$$\eta_{ch} = \eta_{kn} \cdot \eta_{br} \cdot \eta_{tv} \cdot \eta_{x} \cdot \eta_{ol}^4 = 1 \cdot 0{,}97 \cdot 0{,}80 \cdot 0{,}96 \cdot 0{,}99^4 \approx 0{,}7228$$
Công suất yêu cầu của động cơ điện:
$$P_{dc} \ge \frac{P_{ct} \cdot K_{td}}{\eta_{ch}} = \frac{9{,}69 \cdot 0{,}846}{0{,}7228} = 11{,}34\text{ kW}$$
Số vòng quay trục công tác:
$$n_{lv} = \frac{60000 \cdot v}{\pi \cdot D} = \frac{60000 \cdot 0{,}38}{\pi \cdot 400} = 18{,}14\text{ vòng/phút}$$
Tỉ số truyền sơ bộ $u_{sb} = 150$, số vòng quay sơ bộ $n_{sb} = 2721\text{ vòng/phút}$. Động cơ được chọn từ bảng tra là loại động cơ 3 pha không đồng bộ rotor lồng sóc 4A160S2Y3 với các thông số:
- Công suất danh định: $P = 15\text{ kW}$.
- Vận tốc quay định mức: $n = 2930\text{ vòng/phút}$.
- Hệ số công suất $\cos\varphi = 0{,}91$; Hiệu suất $\eta = 88%$.
- Tỉ số quá tải: $T_{max}/T_{dn} = 2{,}2$; $T_k/T_{dn} = 1{,}4$.
Tỉ số truyền toàn hệ thống: $u_{ch} = \frac{2930}{18{,}14} = 161{,}52$. Phân phối tỉ số truyền:
- Hộp giảm tốc: $u_{hgt} = 50$ (Cấp nhanh bánh răng: $u_{br} = 2$; Cấp chậm trục vít: $u_{tv} = 25$).
- Bộ truyền ngoài (xích): $u_x = \frac{161{,}52}{50} = 3{,}23$.
| Thông số |
Trục Động cơ |
Trục I |
Trục II |
Trục III |
Trục Công tác |
| Tỉ số truyền ($u$) |
1 |
1 |
2 |
25 |
3,23 |
| Vận tốc quay ($n$ - vg/ph) |
2930 |
2930 |
1465 |
58,6 |
18,14 |
| Công suất ($P$ - kW) |
13,54 |
13,405 |
12,873 |
10,195 |
9,69 |
| Mô-men xoắn ($T$ - N.mm) |
44.132,08 |
43.692,06 |
83.916,14 |
1.661.471,84 |
5.101.405,73 |
Phần 2: Tính toán thiết kế bộ truyền xích
Bộ truyền xích đặt nằm ngang, dẫn động từ trục III của hộp giảm tốc ra trục tang băng tải:
- Loại xích: Xích ống con lăn 1 dãy.
- Công suất truyền: $P = 10{,}195\text{ kW}$; số vòng quay đĩa chủ động: $n_1 = 58{,}6\text{ vg/ph}$.
- Số răng đĩa dẫn: $Z_1 = 23\text{ răng}$; số răng đĩa bị dẫn: $Z_2 = u_x \cdot Z_1 = 3{,}23 \cdot 23 = 74{,}29 \rightarrow$ chọn $Z_2 = 75\text{ răng}$.
- Hệ số điều kiện sử dụng xích: $K = 2{,}184$.
- Bước xích tiêu chuẩn: $p_c = 50{,}8\text{ mm}$ (thỏa mãn điều kiện số vòng quay tới hạn $n_1 \le n_{th} = 300\text{ vg/ph}$).
- Số mắt xích: $X = 131\text{ mắt}$; chiều dài dây xích: $L = 6654{,}8\text{ mm}$.
- Khoảng cách trục chính xác: $a \approx 2032\text{ mm}$.
- Kích thước đĩa xích:
- Đĩa xích nhỏ (chủ động): Đường kính vòng chia $d_1 = 373{,}07\text{ mm}$, vòng đỉnh $d_{a1} = 394{,}99\text{ mm}$, vòng đáy $d_{f1} = 344{,}25\text{ mm}$.
- Đĩa xích lớn (bị dẫn): Đường kính vòng chia $d_2 = 1213{,}11\text{ mm}$, vòng đỉnh $d_{a2} = 1237{,}45\text{ mm}$, vòng đáy $d_{f2} = 1184{,}3\text{ mm}$.
- Kiểm tra hệ số an toàn: Bộ truyền đảm bảo độ bền mỏi tiếp xúc và bền tĩnh phá hỏng ($Q = 250\text{ kN}$).
Phần 3: Tính toán thiết kế các bộ truyền trong hộp giảm tốc
A. Bộ truyền cấp nhanh: Bánh răng trụ răng nghiêng
- Vật liệu: Bánh dẫn bằng Thép C45 tôi cải thiện ($250\text{ HB}$, $\sigma_b = 850\text{ MPa}$, $\sigma_{ch} = 580\text{ MPa}$); Bánh bị dẫn bằng Thép C45 tôi cải thiện ($228\text{ HB}$, $\sigma_b = 750\text{ MPa}$, $\sigma_{ch} = 450\text{ MPa}$).
- Ứng suất cho phép: $[\sigma_H] = 506{,}87\text{ MPa}$; $[\sigma_{F1}] = 257\text{ MPa}$; $[\sigma_{F2}] = 234{,}5\text{ MPa}$.
- Thông số hình học:
- Khoảng cách trục tiêu chuẩn: $a_w = 90\text{ mm}$.
- Mô-đun pháp: $m = 1{,}5\text{ mm}$.
- Góc nghiêng của răng: $\beta = 18{,}19^\circ$.
- Số răng: $Z_1 = 38\text{ răng}$, $Z_2 = 76\text{ răng}$ ($u = 2$).
- Chiều rộng vành răng: Bánh dẫn $b_1 = 41\text{ mm}$, Bánh bị dẫn $b_2 = 36\text{ mm}$.
- Đường kính vòng chia: $d_1 = 60\text{ mm}$, $d_2 = 120\text{ mm}$.
- Đường kính vòng đỉnh: $d_{a1} = 63\text{ mm}$, $d_{a2} = 123\text{ mm}$.
- Đường kính vòng đáy: $d_{f1} = 56{,}25\text{ mm}$, $d_{f2} = 116{,}25\text{ mm}$.
- Kiểm nghiệm độ bền:
- Ứng suất tiếp xúc tính toán: $\sigma_H = 395{,}66\text{ MPa} < [\sigma_H] = 506{,}87\text{ MPa}$ (thỏa mãn).
- Ứng suất uốn tính toán: $\sigma_{F1} = 142{,}98\text{ MPa} < [\sigma_{F1}] = 234{,}5\text{ MPa}$ (thỏa mãn).
- Lực ăn khớp tác dụng:
- Lực vòng: $F_{t1} = 1456{,}4\text{ N}$.
- Lực hướng tâm: $F_{r1} = 558\text{ N}$.
- Lực dọc trục: $F_{a1} = 478{,}56\text{ N}$.
B. Bộ truyền cấp chậm: Trục vít – Bánh vít
- Vật liệu: Trục vít chế tạo từ Thép C45 tôi đạt độ cứng $> 45\text{ HRC}$, mài bóng; Bánh vít bằng Đồng thanh thiếc BCuSn10P1 đúc trong khuôn kim loại ($\sigma_{ch} = 150\text{ MPa}$, $\sigma_b = 260\text{ MPa}$).
- Thông số hình học:
- Tỉ số truyền: $u = 25$; Số mối ren trục vít $Z_1 = 2$; Số răng bánh vít $Z_2 = 50$.
- Mô-đun: $m = 8\text{ mm}$; Hệ số đường kính: $q = 12$; Góc xoắn vít: $\gamma = 9{,}46^\circ$.
- Khoảng cách trục: $a_w = 248\text{ mm}$.
- Trục vít: Chiều dài phần ren $b_1 = 112\text{ mm}$, $d_1 = 96\text{ mm}$, $d_{a1} = 112\text{ mm}$, $d_{f1} = 76{,}8\text{ mm}$.
- Bánh vít: Chiều rộng vành răng $b_2 = 64\text{ mm}$, $d_2 = 400\text{ mm}$, $d_{a2} = 416\text{ mm}$, $d_{f2} = 380{,}8\text{ mm}$, đường kính ngoài lớn nhất $d_{am2} = 428\text{ mm}$.
- Kiểm nghiệm độ bền và nhiệt:
- Vận tốc trượt: $v_s = 7{,}46\text{ m/s}$.
- Ứng suất uốn bánh vít: $\sigma_F = 12{,}04\text{ MPa} < [\sigma_F] = 29{,}92\text{ MPa}$ (thỏa mãn).
- Kiểm tra nhiệt độ dầu: $t = 81{,}86^\circ\text{C} < [t] = 95^\circ\text{C}$ (không cần làm mát nhân tạo).
- Độ cứng vững trục vít: Độ võng $y = 6{,}73 \cdot 10^{-3}\text{ mm} < [y] = 0{,}05 \div 0{,}1\text{ mm}$.
- Lực ăn khớp tác dụng:
- Lực vòng trục vít / Lực dọc trục bánh vít: $F_{t1} = F_{a2} = 1475{,}34\text{ N}$.
- Lực dọc trục vít / Lực vòng bánh vít: $F_{a1} = F_{t2} = 8307{,}4\text{ N}$.
- Lực hướng tâm: $F_{r1} = F_{r2} = 3059{,}25\text{ N}$.
Phần 4: Tính toán thiết kế trục và kiểm nghiệm then
- Vật liệu trục: Thép C45 thường hóa có độ cứng $240 \div 270\text{ HB}$, $\sigma_b = 785\text{ MPa}$, $\sigma_c = 540\text{ MPa}$, ứng suất xoắn cho phép $[\tau] = 15 \div 20\text{ MPa}$.
- Đường kính sơ bộ các trục:
- Trục I: $d_1 = 40\text{ mm}$ (đầu vào $d = 30\text{ mm}$).
- Trục II: $d_2 = 45\text{ mm}$ (ngõng trục ổ $d = 35\text{ mm}$).
- Trục III: $d_3 = 75\text{ mm}$ (ngõng trục ổ $d = 70\text{ mm}$, đầu trục ra $d = 65\text{ mm}$).
| Trục |
Tiết diện nguy hiểm |
Đường kính $d$ (mm) |
Ứng suất tĩnh $\sigma_{td}$ (MPa) |
Ứng suất cho phép $[\sigma]$ (MPa) |
Hệ số an toàn mỏi $s$ |
Kết luận |
| Trục I |
Vị trí lắp bánh răng (D) |
40 |
11,288 |
432 |
$> [s] = 3$ |
Đạt bền |
| Trục II |
Vị trí giữa bánh vít và trục vít |
45 |
53,500 |
432 |
$> [s] = 3$ |
Đạt bền |
| Trục III |
Vị trí lắp bánh vít (C) |
75 |
52,000 |
432 |
$> [s] = 3$ |
Đạt bền |
- Kiểm nghiệm mối ghép then bằng: Then được kiểm nghiệm theo ứng suất dập $[\sigma_d] = 150\text{ MPa}$ và ứng suất cắt $[\tau_c] = 60\text{ MPa}$.
| Trục |
Tiết diện lắp |
Kích thước then $b \times h \times t_1$ (mm) |
Chiều dài $l$ (mm) |
$\sigma_d$ tính toán (MPa) |
$\tau_c$ tính toán (MPa) |
| Trục I |
$d = 30\text{ mm}$ (Khớp nối) |
$8 \times 7 \times 4$ |
38 |
25,55 |
9,58 |
| Trục I |
$d = 40\text{ mm}$ (Bánh răng) |
$12 \times 8 \times 5$ |
36 |
20,22 |
5,05 |
| Trục II |
$d = 30\text{ mm}$ |
$8 \times 7 \times 4$ |
38 |
49,07 |
18,40 |
| Trục II |
$d = 45\text{ mm}$ (Bánh răng lớn) |
$14 \times 9 \times 5{,}5$ |
50 |
21,30 |
5,33 |
| Trục III |
$d = 75\text{ mm}$ (Bánh vít) |
$20 \times 12 \times 7{,}5$ |
100 |
98,45 |
22,15 |
| Trục III |
$d = 65\text{ mm}$ (Đĩa xích) |
$20 \times 12 \times 7{,}5$ |
80 |
142,00 |
31,95 |
Tất cả các vị trí then đều thỏa mãn độ bền dập và độ bền cắt.
Phần 5: Tính toán chọn ổ lăn và nối trục đàn hồi
1. Chọn ổ lăn
- Trục I: Do số vòng quay cao ($n_1 = 2930\text{ vg/ph}$) và có lực dọc trục, chọn cặp ổ bi đỡ - chặn 46307 cỡ trung hẹp ($d = 35\text{ mm}, D = 80\text{ mm}, B = 21\text{ mm}, C = 33{,}4\text{ kN}, C_0 = 25{,}2\text{ kN}$). Tuổi thọ đạt $L_h = 46.385\text{ giờ} > 24.000\text{ giờ}$.
- Trục II: Chịu lực dọc trục lớn từ trục vít, chọn kết hợp cặp ổ đũa côn 7207 cỡ nhẹ ($d = 35\text{ mm}, D = 72\text{ mm}, B = 17\text{ mm}, C = 38\text{ kN}, C_0 = 26\text{ kN}$) và ổ đũa côn 7507 cỡ nhẹ rộng ($B = 23\text{ mm}, C = 53\text{ kN}, C_0 = 40\text{ kN}$). Tuổi thọ đạt $L_h = 26.989\text{ giờ} > 24.000\text{ giờ}$.
- Trục III: Chịu mô-men xoắn và lực uốn lớn, chọn cặp ổ đũa côn 7214 cỡ nhẹ ($d = 70\text{ mm}, D = 125\text{ mm}, B = 24\text{ mm}, C = 96\text{ kN}, C_0 = 82\text{ kN}$). Tuổi thọ đạt $L_h = 27.801\text{ giờ} > 24.000\text{ giờ}$.
2. Chọn và kiểm nghiệm nối trục
Sử dụng nối trục vòng đàn hồi nối trục động cơ với trục I của hộp giảm tốc:
- Mô-men xoắn danh định của khớp nối: $T_{dm} = 250\text{ N.m}$.
- Đường kính lỗ nối trục: $d = 30\text{ mm}$; Đường kính ngoài: $D = 140\text{ mm}$; Số chốt: $Z = 6$.
- Kiểm nghiệm ứng suất dập cao su: $\sigma_d = 0{,}7148\text{ MPa} \le [\sigma_d] = 3\text{ MPa}$.
- Kiểm nghiệm ứng suất uốn chốt: $\sigma_u = 23{,}48\text{ MPa} \le [\sigma_u] = 70\text{ MPa}$.
Phần 6: Thiết kế kết cấu vỏ hộp giảm tốc và các chi tiết phụ
Vỏ hộp giảm tốc được chế tạo bằng phương pháp đúc từ vật liệu Gang xám GX 15-32. Bề mặt lắp ghép giữa thân và nắp hộp đi qua đường tâm các trục để thuận tiện lắp ráp.
Các kích thước kết cấu chính của vỏ hộp:
- Chiều dày thân hộp: $\delta = 10\text{ mm}$; Chiều dày nắp hộp: $\delta_1 = 9\text{ mm}$.
- Chiều dày gân tăng cứng: $e = 9\text{ mm}$; Chiều cao gân: $h < 58\text{ mm}$; Độ dốc $2^\circ$.
- Đường kính bu-lông nền: $d_1 = 18\text{ mm}$ (số lượng: 6 chiếc).
- Đường kính bu-lông cạnh ổ: $d_2 = 14\text{ mm}$.
- Đường kính bu-lông ghép bích nắp và thân: $d_3 = 12\text{ mm}$.
- Vít ghép nắp ổ: $d_4 = 10\text{ mm}$; Vít ghép nắp cửa thăm: $d_5 = 8\text{ mm}$.
- Chiều dày bích thân hộp: $S_3 = 20\text{ mm}$; Chiều dày bích nắp hộp: $S_4 = 18\text{ mm}$.
- Khe hở giữa bánh răng với thành trong vỏ hộp: $\Delta = 11\text{ mm}$; Khe hở giữa đỉnh bánh răng lớn với đáy hộp: $\Delta_1 = 50\text{ mm}$.
Các chi tiết phụ phục vụ vận hành và bảo trì:
- Cửa thăm kích thước $100 \times 75\text{ mm}$ đặt trên đỉnh nắp hộp.
- Nút thông hơi ren M27x2 gắn trên nắp cửa thăm để cân bằng áp suất nhiệt trong hộp.
- Nút tháo dầu trụ ren M20x2 đặt tại vị trí thấp nhất của đáy hộp.
- Que thăm dầu dạng thanh có khắc vạch đo mức dầu bôi trơn tối đa/tối thiểu.
- Chốt định vị hình côn tỉ lệ 1:50 để cố định chính xác vị trí tâm lỗ gối đỡ khi gia công và lắp ghép.
- Vòng móc đúc liền thân hộp với chiều dày $S = 30\text{ mm}$, đường kính lỗ móc $d = 40\text{ mm}$.
Phần 7: Xác định chế độ bôi trơn và dung sai lắp ghép
1. Bôi trơn
- Bộ truyền trong hộp: Ngâm dầu bôi trơn liên tục do vận tốc vòng bánh răng ($v_1 = 9{,}2\text{ m/s}$) và vận tốc trượt trục vít ($v_s = 7{,}46\text{ m/s}$) đều nhỏ hơn $12\text{ m/s}$. Sử dụng dầu công nghiệp 50 Engle (độ nhớt động học $57/8$). Lắp thêm vòng vung dầu trên trục vít để hắt dầu lên vùng ăn khớp bánh vít.
- Ổ lăn: Bôi trơn bằng mỡ SKF LGMT2, lượng mỡ tra vào bằng 1/2 thể tích không gian ổ. Dùng vòng phớt cao su chuyên dụng chắn bụi và ngăn mỡ thoát ra ngoài.
2. Dung sai và kiểu lắp ghép
- Cấp chính xác gia công: Cấp 7 đối với bánh răng, bánh vít, trục và rãnh then; Cấp 6 đối với các lỗ gối đỡ thân hộp.
- Kiểu lắp bánh răng, bánh vít và đĩa xích lên trục: Mối lắp trung gian H7/k6 để đảm bảo tính định tâm và chống trượt dọc trục.
- Kiểu lắp ổ lăn: Vòng trong lắp lên trục theo hệ thống lỗ k6; Vòng ngoài lắp vào vỏ hộp theo hệ thống trục H7.
- Mối ghép then: Dung sai chiều rộng then trên trục và may-ơ theo N9/js9.
Kết quả kỹ thuật và bảng tổng hợp thông số
Bản thuyết minh hoàn thành việc giải quyết toàn bộ bài toán thiết kế cơ khí cho hệ thống dẫn động băng tải 2 cấp theo Phương án số 14, đáp ứng đầy đủ yêu cầu bền mỏi, bền tĩnh, kiểm tra nhiệt và tiêu chuẩn hóa chế tạo.
| Bộ phận / Cụm chi tiết |
Quy cách & Thông số cốt lõi |
| Động cơ điện |
Động cơ 3 pha không đồng bộ 4A160S2Y3 ($15\text{ kW}$, $2930\text{ vg/ph}$) |
| Khớp nối trục vào |
Nối trục vòng đàn hồi ($T_{dm} = 250\text{ N.m}$, 6 chốt cao su) |
| Bộ truyền cấp nhanh |
Bánh răng trụ răng nghiêng: $a_w = 90\text{ mm}$, $m = 1{,}5\text{ mm}$, $\beta = 18{,}19^\circ$, $Z_1 = 38$, $Z_2 = 76$ |
| Bộ truyền cấp chậm |
Trục vít – bánh vít: $a_w = 248\text{ mm}$, $m = 8\text{ mm}$, $q = 12$, $Z_1 = 2$, $Z_2 = 50$, vật liệu Thép C45 / BCuSn10P1 |
| Bộ truyền ngoài |
Xích con lăn 1 dãy: bước xích $p_c = 50{,}8\text{ mm}$, $Z_1 = 23$, $Z_2 = 75$, $a = 2032\text{ mm}$ |
| Hệ thống ổ trục |
Trục I: Ổ bi đỡ chặn 46307; Trục II: Ổ đũa côn 7207 & 7507; Trục III: Cặp ổ đũa côn 7214 |
| Vỏ hộp giảm tốc |
Đúc gang xám GX 15-32, chiều dày thân $\delta = 10\text{ mm}$, nắp $\delta_1 = 9\text{ mm}$, 6 bu-lông nền M18 |
Hạn chế và phạm vi ứng dụng
- Phạm vi tính toán: Thuyết minh thực hiện bài toán thiết kế cơ khí lý thuyết dựa trên các hệ số tải trọng tĩnh và thực nghiệm bảng tra tiêu chuẩn, chưa tích hợp mô phỏng động học/động lực học thời gian thực hoặc phân tích ứng suất hữu hạn (FEA) trên các phần mềm chuyên sâu (ANSYS/SolidWorks Simulation).
- Phạm vi ứng dụng: Hệ thống dẫn động phù hợp cho các cơ sở công nghiệp vận chuyển hàng rời hoặc đóng gói có tải trọng kéo danh định $25{,}5\text{ kN}$ với vận tốc trung bình thấp ($0{,}38\text{ m/s}$), thời gian phục vụ định mức 5 năm.
Giá trị tham khảo
Tài liệu là mẫu thuyết minh thiết kế hoàn chỉnh cho sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Cơ điện tử, Kỹ thuật Chế tạo máy khi thực hiện đồ án Chi tiết máy, đồ án Thiết kế máy hoặc đồ án Tốt nghiệp kỹ thuật liên quan đến trạm dẫn động cơ khí. Cụ thể:
- Cung cấp quy trình từng bước chuẩn mực về tính chọn công suất động cơ theo sơ đồ tải biến đổi 2 bậc.
- Minh họa phương pháp phối hợp tính toán hai dạng truyền động khác nhau trong một hộp giảm tốc (bánh răng trụ răng nghiêng phối hợp trục vít – bánh vít).
- Cung cấp bảng tra và công thức tính toán chi tiết cho hệ trục chịu tải không gian, chọn ổ lăn đỡ chặn/đũa côn và tra cứu dung sai lắp ghép chế tạo cơ khí.
Câu hỏi thường gặp
1. Động cơ điện được chọn cho hệ thống dẫn động băng tải có thông số ra sao?
Động cơ được chọn là loại động cơ 3 pha không đồng bộ rotor lồng sóc mã hiệu 4A160S2Y3 với công suất danh định $15\text{ kW}$, vận tốc quay định mức $2930\text{ vòng/phút}$, hệ số công suất $\cos\varphi = 0{,}91$, hiệu suất $88%$, khả năng quá tải $T_{max}/T_{dn} = 2{,}2$.
2. Tỉ số truyền tổng và phân phối tỉ số truyền cho từng cấp của hệ thống dẫn động như thế nào?
Tỉ số truyền chung của hệ thống là $u_{ch} = 161{,}52$. Tỉ số truyền này được phân bổ cho 3 cấp:
- Cấp nhanh trong hộp giảm tốc (bánh răng trụ răng nghiêng): $u_1 = 2$.
- Cấp chậm trong hộp giảm tốc (trục vít – bánh vít): $u_2 = 25$ (tổng tỉ số truyền hộp giảm tốc $u_{hgt} = 50$).
- Cấp truyền ngoài hộp (bộ truyền xích ống con lăn): $u_x = 3{,}23$.
3. Bộ truyền bánh răng cấp nhanh có các thông số kích thước cơ bản nào?
Bộ truyền gồm cặp bánh răng trụ răng nghiêng làm bằng thép C45 tôi cải thiện, khoảng cách trục $a_w = 90\text{ mm}$, mô-đun pháp $m = 1{,}5\text{ mm}$, góc nghiêng răng $\beta = 18{,}19^\circ$, số răng $Z_1 = 38$ và $Z_2 = 76$. Bề rộng vành răng bánh dẫn $b_1 = 41\text{ mm}$, bánh bị dẫn $b_2 = 36\text{ mm}$.
4. Cặp truyền trục vít – bánh vít cấp chậm sử dụng vật liệu gì và nhiệt độ làm việc tính toán là bao nhiêu?
Trục vít được chế tạo từ Thép C45 tôi đạt độ cứng $> 45\text{ HRC}$ mài bóng ($Z_1 = 2$ mối ren, mô-đun $m = 8\text{ mm}$, hệ số đường kính $q = 12$). Bánh vít làm từ Đồng thanh thiếc BCuSn10P1 đúc khuôn kim loại ($Z_2 = 50\text{ răng}$). Nhiệt độ làm việc tính toán của dầu bôi trơn trong hộp là $t = 81{,}86^\circ\text{C}$, nằm trong giới hạn cho phép ($[t] = 95^\circ\text{C}$).
5. Hệ thống ổ lăn trên các trục hộp giảm tốc được bố trí như thế nào?
- Trục I: Sử dụng ổ bi đỡ – chặn mã hiệu 46307 ($d = 35\text{ mm}$).
- Trục II: Sử dụng ổ đũa côn mã hiệu 7207 kết hợp ổ đũa côn rộng mã hiệu 7507 ($d = 35\text{ mm}$).
- Trục III: Sử dụng cặp ổ đũa côn mã hiệu 7214 ($d = 70\text{ mm}$).
Kết luận
Thuyết minh đồ án thiết kế máy của sinh viên Nguyễn Quốc Hiếu đã hoàn thành đầy đủ các nội dung tính toán cơ khí theo yêu cầu của Đề số 20 – Phương án 14 cho hệ thống dẫn động băng tải. Các bước tính chọn từ động cơ điện, phân phối tỉ số truyền, thiết kế bộ truyền xích ngoài, bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng, bộ truyền trục vít bánh vít, kết cấu hệ trục, ổ lăn, vỏ hộp và dung sai lắp ghép đều được kiểm nghiệm thỏa mãn các tiêu chuẩn độ bền mỏi, độ bền tĩnh và khả năng tản nhiệt. Đây là tài liệu thuyết minh kỹ thuật chi tiết, có giá trị tham khảo học thuật cao trong các học phần tính toán thiết kế máy và cơ điện cơ sở.
