Đồ án thiết kế hệ thống truyền động cơ khí - Trần Văn Lợi & Trần Văn Thắng

Tải đồ án mẫu thiết kế hệ thống truyền động cơ khí đầy đủ. Tài liệu gồm các phần tính toán hộp giảm tốc, bộ truyền xích, trục, mô phỏng chi tiết.

• Tác giả: Trần Văn Lợi
• Trường học: Không có thông tin
• Chuyên ngành: Cơ khí
• Đề tài: Thiết kế hệ thống truyền động cơ khí
• Loại tài liệu: Đồ án thiết kế
• Địa điểm: Không có thông tin

Tóm tắt

I. Khái Niệm Về Hệ Thống Truyền Động Cơ Khí

Hệ thống truyền động cơ khí là tập hợp các bộ phận, cơ cấu được thiết kế để truyền tải lực và chuyển động từ nguồn động lực đến các bộ phận làm việc cuối cùng. Trong công nghiệp hiện đại, hệ thống truyền động đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất sản xuất và đảm bảo an toàn lao động. Các ứng dụng của truyền động cơ khí phạm vi rộng, từ máy móc công nghiệp, phương tiện vận tải đến các thiết bị gia dụng. Thiết kế hệ thống truyền động đòi hỏi kiến thức chuyên sâu về cơ học, vật liệu học và các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế.

1.1. Chức Năng Chính Của Truyền Động Cơ Khí

Truyền động cơ khí thực hiện ba chức năng chính: truyền lực (transmit power), thay đổi tốc độ quay (speed conversion) và thay đổi hướng chuyển động (direction change). Các chức năng này giúp điều khiển hoạt động của các máy móc theo yêu cầu công nghệ. Hiệu suất truyền đạt là yếu tố then chốt ảnh hưởng đến năng suất và tiêu hao năng lượng của hệ thống.

II. Các Loại Cơ Cấu Truyền Động Phổ Biến

Trên thị trường kỹ thuật hiện nay, có nhiều loại cơ cấu truyền động được ứng dụng rộng rãi với từng ưu và nhược điểm riêng. Lựa chọn loại cơ cấu phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu của ứng dụng cụ thể, tải trọng, tốc độ quay và khoảng cách truyền. Mỗi loại cơ cấu có tính chất vật lý khác nhau, ảnh hưởng đến độ chính xác, độ bền và chi phí sản xuất. Hiểu rõ đặc điểm kỹ thuật của từng loại giúp kỹ sư đưa ra quyết định thiết kế tối ưu.

2.1. Truyền Động Bằng Đai Belt Drive

Truyền động bằng đai sử dụng dây curoa và các bánh pe-li để truyền lực. Hệ thống này có chi phí thấp, hoạt động êm ái và yêu cầu bảo trì đơn giản. Tuy nhiên, hiệu suất truyền không cao (85-95%), và đai dễ bị mòn theo thời gian. Đai được áp dụng rộng rãi trong các ứng dụng yêu cầu tốc độ trung bình và tải trọng không quá lớn.

2.2. Truyền Động Bằng Xích Chain Drive

Xích truyền sử dụng các khớp chuỗi kim loại để truyền lực giữa hai bánh xích. Hệ thống này có hiệu suất cao (95-98%) và khả năng chịu tải lớn. Xích thích hợp cho những ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao và không trượt. Nhược điểm là độ ồn cao, cần bôi trơn đều đặn và chi phí bảo trì lớn hơn so với đai truyền.

2.3. Truyền Động Bằng Bánh Răng Gear Drive

Bánh răng là cơ cấu truyền động có độ tin cậy cao nhất với hiệu suất 98-99%. Hệ thống này cho phép truyền tải tải trọng rất lớn với tốc độ chính xác. Bánh răng được ứng dụng trong các máy công nghiệp nặng, hộp số ô tô và thiết bị quân sự. Tuy nhiên, chi phí sản xuất bánh răng khá cao và tiếng ồn phát sinh từ quá trình phối hợp các răng.

III. Quy Trình Thiết Kế Hệ Thống Truyền Động

Thiết kế hệ thống truyền động là quá trình phức tạp, yêu cầu tuân thủ các bước quy phạm chặt chẽ để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả. Điểm khởi đầu là xác định các thông số kỹ thuật như công suất, tốc độ, tải trọng và điều kiện làm việc. Tiếp theo, kỹ sư phải tính toán chi tiết các bộ phận, chọn vật liệu phù hợp và kiểm tra độ an toàn. Cuối cùng, phải thực hiện mô phỏng, chế tạo nguyên mẫu và thử nghiệm thực tế để xác nhận thiết kế.

3.1. Giai Đoạn Phân Tích Yêu Cầu Kỹ Thuật

Bước đầu tiên là thu thập và phân tích chi tiết các yêu cầu công nghệ từ khách hàng hoặc dự án. Cần xác định rõ ràng: công suất cần truyền tải, tốc độ quay, tỉ số truyền, khoảng cách giữa các trục, điều kiện môi trường làm việc và chi phí dự kiến. Việc phân tích kỹ lưỡng này sẽ tạo nền tảng chắc chắn cho các bước thiết kế tiếp theo.

3.2. Giai Đoạn Tính Toán Và Lựa Chọn Thành Phần

Sau khi có yêu cầu rõ ràng, tiến hành tính toán công suất truyền, lựa chọn loại cơ cấu phù hợp nhất. Phải tính toán kích thước của bánh, xích, đai, hay bánh răng dựa trên các công thức kỹ thuật. Chọn vật liệu thích hợp bảo đảm độ bền, tính kinh tế và khả năng gia công. Các tính toán phải tuân theo tiêu chuẩn kỹ thuật ISO, AGMA hoặc các chuẩn quốc gia.

IV. Tiêu Chuẩn An Toàn Và Kiểm Thử Trong Thiết Kế

An toàn là yếu tố quan trọng hàng đầu trong thiết kế hệ thống truyền động cơ khí. Các tiêu chuẩn quốc tế như ISO, AGMA, DIN đặt ra các yêu cầu nghiêm ngặt về độ an toàn, hiệu suất và độ bền của các bộ phận. Thiết kế phải xem xét các tình huống lỗi có thể xảy ra, sử dụng hệ số an toàn thích hợp và có biện pháp bảo vệ để ngăn ngừa tai nạn. Quá trình kiểm thử bao gồm tính toán lý thuyết, mô phỏng số và thử nghiệm thực tế trên máy kiểm tra chuyên dụng.

4.1. Các Tiêu Chuẩn Kỹ Thuật Áp Dụng

Các tiêu chuẩn quốc tế chính trong thiết kế truyền động bao gồm ISO 1122 (bánh răng), ISO 5294 (xích), DIN 2211 (đai truyền). Mỗi tiêu chuẩn quy định rõ các yêu cầu về kích thước, vật liệu, độ chính xác gia công và phương pháp kiểm tra. Việc tuân thủ các tiêu chuẩn này đảm bảo sản phẩm có chất lượng cao, an toàn và có thể trao đổi được trên thị trường quốc tế.

4.2. Phương Pháp Kiểm Thử Và Xác Thực Thiết Kế

Kiểm thử bao gồm hai phương pháp chính: tính toán phân tích theo công thức kỹ thuật và mô phỏng bằng phần mềm CAE. Mô phỏng cho phép phân tích ứng suất, biến dạng, nhiệt độ và tuổi thọ của các bộ phận. Sau mô phỏng, cần chế tạo mẫu thử nghiệm và chạy trên máy kiểm tra để xác nhận kết quả tính toán trước khi đưa vào sản xuất công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

PBL1: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .8 SỐ LIỆU THIẾT KẾ……………………………………………………………………….9 PHẦN 1: DỮ LIỆU THIẾT KẾ VÀ XỬ LÝ DỮ LIỆU.1 Cấu trúc một băng tải điển hình: .2 Xác định độ rộng B tối thiểu của băng tải: .3 Góc nâng băng tải (𝜷𝒎𝒂𝒙): .4 Xác định vận tốc dài của băng tải: .5 Tính công suất truyền dẫn băng tải:.6 Lực căng dây băng tải: .7 Lực căng trên 2 nhánh băng tải: .8 Tính chọn dây băng tải: .9 Cấu trúc hệ thống băng tải: .1 Xác định đường kính puly: .2 Kết cấu puly: .3 Khoảng cách giữa các con lăn: .4 Khoảng cách chuyển tiếp giữa con lăn cuối cùng với puly: .5 Tính toán đối trọng kéo căng băng tải: .23 PHẦN 2: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT VÀ CHỌN ĐỘNG CƠ .1 Công suất bộ phận công tác: .2 Số vòng quay của trục công tác (trục puly): .3 Chọn sơ bộ số vòng quay của động cơ: .4 Xác định tỷ số truyền chung: .5 Các phương án phân bố tỷ số truyền trong và ngoài hộp giảm tốc: .6 Bố trí các phương án: .1 Phương án 1: HGT 2 cấp khai triển .2 Phương án 2: HGT 2 cấp phân đôi cấp nhanh bánh răng nghiêng .3 Phương án 3: HGT 2 cấp đồng trục bánh răng nghiêng .7 Phân tích, lựa chọn phương án: .34 PHẦN 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ KIỂM NGHIỆM BỘ TRUYỀN XÍCH .1 Chọn loại xích: .2 Chọn số răng của đĩa xích dẫn theo công thức: .3 Số răng đĩa lớn: .4 Tính công suất tính toán: .5 Chọn khoảng cách trục sơ bộ:.36 TRẦN VĂN LỢI – TRẦN VĂN THẮNG 1 PBL1: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ 3.6 Số lần va đập xích trong một giây: .7 Kiểm tra xích theo hệ số an toàn về độ bền: .8 Đường kính đĩa xích: .9 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa với con lăn: .10 Tính lực tác dụng lên trục: .11 Thông số cho bộ truyền xích: .40 PHẦN 4: TÍNH TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG .1 Chọn vật liệu bánh răng: .2 Phân tỉ số truyền: .3 Xác định ứng suất cho phép: .4 Tính toán bộ truyền cấp nhanh: BT bánh răng trụ răng nghiêng.1 Xác định sơ bộ khoảng cách trục: .2 Xác định các thông số ăn khớp: .3 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc: .4 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn: .5 Kiểm nghiệm răng về quá tải: .6 Các thông số và kích thước bộ truyền cấp nhanh: .5 Tính toán bộ truyền cấp chậm: BT bánh răng trụ răng thẳng .1 Xác định sơ bộ khoảng cách trục: .2 Xác đinh các thông số ăn khớp: .3 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc: .4 Kiểm nghiệm về độ bền uốn: .5 Kiểm nghiệm răng về quá tải: .6 Các thông số và kích thước bộ truyền cấp chậm: .1 Chọn vật liệu chế tạo các trục: .2 Xác định sơ bộ đường kính trục: .3 Chọn nối trục: .4 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực: .5 Xác định trị số và chiều lực từ các chi tiết quay tác dụng lên trục: .6 Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục: .7 Hiệu chỉnh chiều dài mayơ đĩa xích và bánh răng trụ: .8 Kiểm nghiệm độ bền trục: .60 TRẦN VĂN LỢI – TRẦN VĂN THẮNG 2 PBL1: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ 5.9 Kiểm nghiệm độ bền then: .1 Tính toán ổ lăn trục I: .2 Chọn cấp chính xác cho ổ lăn: .3 Kiểm tra khả năng tải của ổ: .2 Tính toán ổ lăn trục II: .2 Chọn cấp chính xác cho ổ lăn: .3 Kiểm tra khả năng tải của ổ: .3 Tính toán ổ lăn trục III: .2 Chọn cấp chính xác cho ổ lăn: .3 Kiểm tra khả năng tải của ổ: .65 PHẦN 7: KẾT CẤU VỎ HỘP VÀ CÁC CHI TIẾT KHÁC .1 Xác định các kích thước cơ bản của vỏ hộp: .1 Chiều dày thân hộp: .2 Chiều dày nắp hộp: .3 Gân tăng cứng: .5 Mặt bích ghép nắp và thân: .6 Xác định theo kích thước nắp ổ: .8 Khe hở giữa các chi tiết: .2 Một số kết cấu khác liên quan đến cấu tạo vỏ hộp: .2 Chốt định vị: .6 Que thăm dầu: .7 Bôi trơn hộp giảm tốc:.71 PHẦN 8: LẮP GHÉP VÀ DUNG SAI .1 Chọn cấp chính xác chế tạo: .2 Chọn kiểu lắp: .72 TRẦN VĂN LỢI – TRẦN VĂN THẮNG 3 PBL1: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ PHẦN 9: MÔ PHỎNG THIẾT KẾ .1 Phần mềm mô phỏng momen trên trục:.2 Kết quả mô phỏng momen trên trục: .1 Kết quả mô phỏng trục I:.2 Kết quả mô phỏng trục II: .3 Kết quả mô phỏng trục III: .77 PHẦN 10: LẮP RÁP HỘP GIẢM TỐC………………………………………….1 Mô hình hoá các thành phần hộp giảm tốc………………………………….3 Bộ truyền bánh răng………………………………………………….6 Một số chi tiết khác……………………………………………………81 10.2 Lắp ráp các chi tiết trong môi trường Assembly……………………………83 TÀI LIỆU THAM KHẢO .88 TRẦN VĂN LỢI – TRẦN VĂN THẮNG 4 PBL1: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1: Độ rộng tối thiểu của băng tải.2: Góc dốc lớn nhất cho phép khi vận chuyển vật phẩm .3: Vận tốc lớn nhất của băng tải .4: Góc mái một số dạng vật liệu khi vận chuyển.5: Hệ số tính toán mặt cắt dòng chảy .6: Khối lượng riêng tính toán của một số vật liệu .7: Hệ số độ dốc băng tải.8: Hệ số ma sát và độ dài điều chỉnh băng tải .9: Công suất dẫn động cơ cấu gạt, Pt (KW) .10: Khối lượng băng tải chuyển động, không kể vật phẩm được vận chuyển 16 Bảng 1.11: Khối lượng các bộ phận quay .12: Khoảng cách (bước) các con lăn.13: Khối lượng phân bố dây băng tải Wl .14: Góc ôm của 1 số dạng truyền dẫn.15: Hệ số ma sát giữa dây băng tải và puly .16: Các công thức tính lực kéo lớn nhất .17: Hệ số an toàn cho băng tải dệt .18: Các dây băng tải dệt nhiều lớp.19: Đường kính puly tối thiểu cho băng tải dệt (mm) .20: Khoảng cách trung bình giữa các con lăn đỡ nhánh căng (m) .21: Khoảng cách chuyển tiếp cho băng tải dệt, tính bằng số lần chiều rộng băng tải .1: Chọn số răng đĩa nhỏ .2: Trị số của các hệ số thành phần trong hệ số sử dụng k .3: Số lần va đập cho phép [i] của các loại xích .4: Các thông số của xích con lăn .5: Trị số của hệ số an toàn .6: Các thông số của xích con lăn .7: Diện tích chiếu mặt tựa bản lề A (mm2) của xích con lăn .8: Bảng tra vật liệu làm đĩa xích .1: Trị số của 𝜎𝐻𝑙𝑖𝑚𝑜 và 𝜎𝐹𝑙𝑖𝑚𝑜 ứng với số chu kỳ cơ sở .2: Trị số của các hệ số Ka , Kd và ZM .3: Trị số của các hệ số 𝜓𝑏𝑎 và 𝜓𝑏𝑑𝑚𝑎𝑥 .4: Trị số của hệ số phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng KHB và KFB .5: Trị số tiêu chuẩn của mô-đun .6: Chọn cấp chính xác theo vận tốc vòng .7: Trị số của hệ số phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp .8: Trị số của các hệ số kể đến ảnh hưởng của sai số ăn khớp 𝛿𝐻 và 𝛿𝐹.9: Trị số của hệ số kể đến ảnh hưởng của sai lệch bước răng 𝑔𝑜 .1: Kích thước cơ bản của nối trục đàn hồi với đĩa hình sao. 53 TRẦN VĂN LỢI – TRẦN VĂN THẮNG 5 PBL1: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ Bảng 5.2: Chiều rộng ổ lăn b0 theo đường kính d .3: Hệ số kích thước kể đến giới hạn mỏi .4: hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm .1: Thống kê các kiểu lắp, trị số của sai lệch giới hạn và dung sai các kiểu lắp .2: Bảng dung sai lắp ghép then. 72 DANH SÁCH HÌNH Hình 1.1: Cấu trúc một hệ băng tải .2: Con lăn phẳng và con lăn máng .3: Tạo dạng máng cho băng tải .4: Sơ đồ góc nâng thực tế .5: Mặt cắt ngang dòng chảy .6: Các thành phần lực trên dây băng tải .7: Minh hoạ các loại puly .8: Kết cấu puly hình trụ .9: Khoảng cách chuyển tiếp b giữa con lăn cuối cùng với puly .10: Sơ đồ bố trí đối trọng .1: Sơ đồ HGT 2 cấp khai triển .2: Sơ đồ nguyên lý HGT 2 cấp phân đôi cấp nhanh bánh răng nghiêng.3: Sơ đồ HGT 2 cấp đồng trục bánh răng nghiêng.1: Sơ đồ đặt lực, biểu đồ momen và kết cấu trục vào của hộp giảm tốc bánh răng phân đôi cấp nhanh .2: Sơ đồ đặt lực, biểu đồ momen và kết cấu trung gian của hộp giảm tốc phân đôi cấp nhanh .3: Sơ đồ đặt lực, biểu đồ momen và kết cấu trục ra của hộp giảm tốc phân đôi cấp nhanh .1: Sơ đồ kích thước bulông treo hộp giảm tốc .2: Sơ đồ kích thước chốt định vị .3: Sơ đồ kích thước cửa thăm .4: Sơ đồ kích thước nút thông hơi .5: Sơ đồ kích thước nút tháo dầu.6: Sơ đồ kích thước que thăm dầu .1: Biểu đồ mô phỏng momen My trên trục I .2: Biểu đồ momen My trên trục I theo tính toán .3: Biểu đồ mô phỏng momen Mx trên trục I .4: Biểu đồ momen Mx trên trục I theo tính toán .5: Biểu đồ mô phỏng momen My trên trục II .6: Biểu đồ momen My trên trục II theo tính toán .7: Biểu đồ mô phỏng momen Mx trên trục II .8: Biểu đồ momen Mx trên trục II theo tính toán .9: Biểu đồ mô phỏng momen My trên trục III .77 TRẦN VĂN LỢI – TRẦN VĂN THẮNG 6 PBL1: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ Hình 9.10: Biểu đồ momen My trên trục III theo tính toán .11: Biểu đồ mô phỏng momen Mx trên trục III .12: Biểu đồ momen Mx trên trục III theo tính toán .1: Mô hình thân hộp……………………………………………………………….2: Mô hình nắp hộp……………………………………………………………….3: Bánh răng lớn cấp nhanh……………………………………………………….4: Bánh răng nhỏ cấp chậm……………………………………………………….5: Bánh răng lớn cấp chậm……………………………………………………….7: Trục trung gian………………………………………………………………….9: Ổ lăn được lấy từ thư viện……………………………………………………… 81 Hình 10.10: Que thăm dầu………………………………………………………………….11: Nắp cửa thăm………………………………………………………………….12: Bộ nút thông hơi………………………………………………………………82 Hình 10.13: Vòng đệm nắp ổ……………………………………………………………….83 TRẦN VĂN LỢI – TRẦN VĂN THẮNG 7 PBL1: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ LỜI NÓI ĐẦU Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí là nội dung không thể thiếu với chương trình đào tạo kĩ sư cơ khí nhằm cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản về kết cấu máy và các quá trình cơ bản khi thiết kế máy. Trong quá trình học môn Chi tiết máy chúng em đã được làm quen với những kiến thức cơ bản về kết cấu máy, các tính năng cơ bản của các chi tiết máy thường gặp.