Bối cảnh và nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật

Trong chương trình đào tạo ngành Kỹ thuật Cơ điện tử thuộc Khoa Kỹ thuật Công nghệ, học phần Truyền động cơ khí đóng vai trò nền tảng nhằm trang bị cho sinh viên các kiến thức cơ sở về kết cấu máy, nguyên lý làm việc của các chi tiết máy tiêu chuẩn và quy trình tính toán thiết kế trong kỹ thuật tự động hóa. Đồ án môn học Truyền động cơ khí là học phần thực hành tổng hợp, đóng vai trò đánh giá năng lực vận dụng lý thuyết vào bài toán kỹ thuật thực tế.

Trong các hệ thống máy cơ khí và dây chuyền vận chuyển công nghiệp, hộp giảm tốc là cơ cấu trung gian thực hiện nhiệm vụ biến đổi vận tốc và mômen xoắn từ động cơ điện đến cơ cấu công tác (băng tải), giảm số vòng quay và truyền tải công suất theo yêu cầu làm việc định trước. Đề tài đồ án được giao thực hiện là "Thiết kế bộ truyền động băng tải" (Đề số: 03), lớp DCĐL21, hoàn thành ngày 18 tháng 12 năm 2022.

Theo nhiệm vụ được giao trong thuyết minh, quá trình tính toán và thiết kế tập trung giải quyết 9 nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể:

  1. Tìm hiểu và tính toán bộ truyền động đai ngoài.
  2. Lựa chọn động cơ điện phù hợp với công suất và tốc độ yêu cầu của hệ thống.
  3. Phân phối tỷ số truyền cho các cấp truyền động trong toàn bộ hệ thống.
  4. Xác định các chỉ tiêu tính toán và thông số động học, động lực học cơ bản của hộp giảm tốc.
  5. Tính toán thiết kế, kiểm nghiệm độ bền và xác định thông số chế tạo bộ truyền bánh răng và hệ trục.
  6. Xác định các thông số hình học và kiểm nghiệm độ bền của mối ghép then.
  7. Xác định kết cấu, công dụng và thông số hình học cơ bản của vỏ hộp giảm tốc và các chi tiết liên quan.
  8. Xác định phương án định vị, lắp ghép các chi tiết thành một tổ hợp kết cấu máy hoàn chỉnh.
  9. Tính toán và xác định chế độ bôi trơn cho các bộ truyền và bộ phận ổ lăn trong hệ thống.

Phạm vi và điều kiện làm việc của hệ thống được xác định:

  • Cơ cấu công tác: Hệ thống dẫn động băng tải.
  • Thời gian phục vụ: Hệ thống làm việc trong thời gian 5 năm, mỗi năm tính 300 ngày làm việc, chế độ làm việc 2 ca/ngày, mỗi ca kéo dài 6 giờ (tổng thời gian làm việc $T = 18.000$ giờ).
  • Đặc tính tải trọng: Tải trọng tĩnh/trung bình, không đổi, mở máy với tải trọng dưới $125%$.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán thiết kế

Đồ án áp dụng hệ thống cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế chi tiết máy truyền thống trong ngành cơ khí chế tạo máy, kết hợp tra cứu các tiêu chuẩn kỹ thuật Việt Nam và tài liệu chuyên ngành:

  • Tài liệu lý thuyết chính: Giáo trình "Thiết kế chi tiết máy" của PGS. Nguyễn Trọng Hiệp và TS. Nguyễn Văn Lẫm (tài liệu [1]) cùng Giáo trình "Truyền động cơ khí" (tài liệu [2]).
  • Tiêu chuẩn kỹ thuật: Tiêu chuẩn Việt Nam về mối ghép then bằng TCVN 150-64.

Phương pháp nghiên cứu và giải quyết bài toán kỹ thuật bao gồm:

  • Phương pháp tính toán giải tích kết hợp tra bảng tiêu chuẩn: Sử dụng hệ thống công thức giải tích để xác định sơ bộ kích thước bộ truyền, đường kính trục, sau đó tra cứu bảng tiêu chuẩn ngành để quy chuẩn hóa kích thước theo dãy tiêu chuẩn chế tạo.
  • Phương pháp kiểm nghiệm bền tiếp xúc và bền uốn theo chu kỳ ứng suất mỏi: Đánh giá khả năng làm việc của bánh răng dựa trên đường cong mỏi tiếp xúc và mỏi uốn theo số chu kỳ làm việc tương đương ($N_{tđ} = 60 \cdot u \cdot n \cdot T$) so với chu kỳ cơ sở ($N_O = 10^7$).
  • Phương pháp tĩnh học công trình và sức bền vật liệu: Phân tích lực tác dụng ăn khớp trong không gian, tách các thành phần lực vòng ($P$), lực hướng tâm ($P_r$), giải phương trình cân bằng mômen và lực trên hai mặt phẳng vuông góc ($Oyz$ và $Oxz$) để xác định phản lực tại các gối đỡ ổ lăn, vẽ biểu đồ mômen uốn ($M_u$) và mômen xoắn ($M_x$).
  • Phương pháp kiểm nghiệm hệ số an toàn mỏi: Tính toán hệ số an toàn tổng hợp $[n]$ tại các tiết diện nguy hiểm của trục có tính đến hệ số tập trung ứng suất tại rãnh then ($k_\sigma, k_\tau$), hệ số tăng bền bề mặt ($\beta$) và hệ số kích thước tuyệt đối ($\varepsilon_\sigma, \varepsilon_\tau$).
  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu đầu vào từ đề bài thiết kế số 03, kết hợp các bảng tra hệ số hiệu suất, hệ số tải trọng động, ứng suất cho phép và kích thước tiêu chuẩn trong tài liệu chuyên khảo.

Nội dung tính toán thiết kế theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu hệ thống truyền động

Chương này trình bày tổng quan về phân loại, ưu nhược điểm của các bộ truyền cơ khí và lựa chọn cấu hình hệ thống:

  • Hộp giảm tốc: Là cơ cấu gồm các bộ truyền bánh răng hoặc trục vít tạo thành một tổ hợp biệt lập nhằm giảm số vòng quay và truyền công suất từ động cơ sang máy công tác. Hộp giảm tốc có hiệu suất cao, làm việc chắc chắn, phạm vi công suất và tỷ số truyền rộng; tuy nhiên nhược điểm là kích thước lớn, phân bố tải trên các ổ không đều ở hộp nhiều cấp, dễ mài mòn răng do bụi kim loại và phát sinh tiếng ồn khi vận tốc cao.
  • Bộ truyền đai: Ưu điểm là truyền động giữa các trục cách xa nhau ($< 15\text{ m}$), làm việc êm nhờ tính dẻo dai, chống quá tải cho động cơ nhờ hiện tượng trượt trơn, kết cấu đơn giản, giá thành thấp. Nhược điểm là kích thước lớn hơn bộ truyền bánh răng khoảng 5 lần ở cùng công suất, tỷ số truyền không ổn định do trượt đàn hồi, lực tác dụng lên trục lớn gấp 2-3 lần do lực căng ban đầu.
  • Bộ truyền bánh răng: Đảm bảo tỷ số truyền chính xác, hiệu suất cao ($\eta = 0{,}96 \div 0{,}98$, có thể đạt $0{,}99$), kích thước nhỏ gọn, khả năng tải lớn và tuổi thọ cao. Nhược điểm là chế tạo phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao, không tự bảo vệ khi quá tải và ồn ở vận tốc cao.
  • Lựa chọn hệ thống: Tác giả chọn phương án hệ thống gồm bộ truyền ngoài là đai thang kết hợp với hộp giảm tốc 2 cấp bánh răng trụ răng thẳng khai triển.
  • Chế độ bôi trơn: Do vận tốc vòng của các bánh răng nhỏ, hệ thống chọn phương pháp ngâm dầu trong hộp giảm tốc (sử dụng dầu công nghiệp, dầu tua bin hoặc dầu ô tô máy kéo AK10, AK15). Đối với bộ phận ổ lăn, với vận tốc $< 4 \div 5\text{ m/s}$, lựa chọn bôi trơn bằng mỡ hoặc dầu.

Chương 2: Tính toán các số liệu ban đầu của hệ thống

Chương 2 thực hiện xác định hiệu suất, lựa chọn động cơ điện và phân phối tỷ số truyền cho các cấp:

  • Xác định hiệu suất truyền động: Tra Bảng 2-1 [1], các giá trị thành phần gồm hiệu suất bộ truyền đai $\eta_đ = 0{,}96$, hiệu suất khớp nối $\eta_{kn} = 1{,}0$, hiệu suất một cặp ổ lăn $\eta_{ol} = 0{,}995$, hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ che kín $\eta_{br} = 0{,}97$.
  • Lựa chọn động cơ điện: Động cơ được chọn là loại động cơ điện đồng bộ che kín có quạt gió, ký hiệu AO2-52-4 với các thông số: công suất định mức $P_{đc} = 10\text{ kW}$, vận tốc quay định mức $n = 1460\text{ vòng/phút}$, hiệu suất $\eta = 89%$.
  • Phân phối tỷ số truyền: Tỷ số truyền chung toàn hệ thống $i_{ch} = i_đ \cdot i_{gt}$. Chọn tỷ số truyền đai $i_đ = 4{,}0$. Tỷ số truyền của hộp giảm tốc được phân phối theo nguyên tắc $i_n = 1{,}2 \cdot i_c$, tính toán ra tỷ số truyền cấp nhanh $i_n = 3{,}71$ và tỷ số truyền cấp chậm $i_c = 3{,}09$.
Thông số động học / động lực học Trục động cơ Trục I (Trục vào HGT) Trục II (Trục trung gian) Trục III (Trục ra HGT)
Tỷ số truyền cấp ($i$) — 4,00 3,71 3,09
Số vòng quay ($n$ - vòng/phút) 1460 365 98,3 31,8
Công suất ($N$ - kW) 7,465 7,129 6,880 6,640
Mômen xoắn ($M$ - N.mm) 48.829,3 186.525,9 668.402,8 1.994.088,0

Chương 3: Thiết kế các bộ truyền

Chương này thực hiện tính toán chi tiết bộ truyền đai ngoài và hai cặp bánh răng trụ răng thẳng trong hộp giảm tốc:

1. Thiết kế bộ truyền đai thang

Tác giả so sánh hai phương án đai hình thang loại B và loại $\tau$ (Б) để lựa chọn phương án tối ưu:

Thông số bộ truyền đai Phương án đai loại B (Được chọn) Phương án đai loại $\tau$ (Б)
Kích thước tiết diện đai ($a \times h$) $22 \times 13{,}5\text{ mm}$ $32 \times 19\text{ mm}$
Diện tích tiết diện ($F$) $230\text{ mm}^2$ $250\text{ mm}^2$
Đường kính bánh đai nhỏ ($D_1$) $250\text{ mm}$ $384\text{ mm}$
Đường kính bánh đai lớn ($D_2$) $1000\text{ mm}$ $1600\text{ mm}$
Vận tốc đai ($v$) $19{,}1\text{ m/s}$ ($< v_{max} = 30 \div 35\text{ m/s}$) $29{,}3\text{ m/s}$
Khoảng cách trục thực tế ($A$) $945\text{ mm}$ (sơ bộ $950\text{ mm}$) $1545\text{ mm}$ (sơ bộ $1536\text{ mm}$)
Chiều dài tiêu chuẩn đai ($L$) $4000\text{ mm}$ $6700\text{ mm}$
Góc ôm bánh đai nhỏ ($\alpha_1$) $135^\circ$ ($> 120^\circ$) $135^\circ$
Số đai tính toán / quy chuẩn ($Z$) $1{,}55 \rightarrow Z = 2\text{ đai}$ $1{,}45 \rightarrow Z = 2\text{ đai}$
Chiều rộng bánh đai ($B$) $60\text{ mm}$ $85\text{ mm}$
Lực căng đai ban đầu ($S_0$) $276\text{ N}$ $571\text{ N}$
Lực tác dụng lên trục ($R$) $1020\text{ N}$ $1740\text{ N}$

Kết luận chọn đai: Chọn phương án đai loại B do kết cấu nhỏ gọn, lực tác dụng lên trục nhỏ hơn ($1020\text{ N}$ so với $1740\text{ N}$) và khoảng cách trục ngắn hơn.

2. Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp nhanh

  • Vật liệu và nhiệt luyện: Bánh nhỏ bằng Thép 45 thường hóa ($HB = 220, \sigma_{bk} = 580\text{ N/mm}^2, \sigma_{ch} = 290\text{ N/mm}^2$); Bánh lớn bằng Thép 35 thường hóa ($HB = 190, \sigma_{bk} = 480\text{ N/mm}^2, \sigma_{ch} = 240\text{ N/mm}^2$).
  • Thông số thiết kế: Khoảng cách trục sơ bộ và chính xác $A = 210\text{ mm}$; Vận tốc vòng $v = 1{,}7\text{ m/s}$; Cấp chính xác chế tạo: cấp 9; Môđun bánh răng $m = 4\text{ mm}$; Số răng bánh nhỏ $Z_1 = 23$, bánh lớn $Z_2 = 81$; Chiều rộng vành răng bánh nhỏ $b_1 = 84\text{ mm}$, bánh lớn $b_2 = 74\text{ mm}$.
  • Kết quả kiểm nghiệm: Độ bền uốn thỏa mãn điều kiện. Kiểm nghiệm quá tải tiếp xúc thỏa mãn: bánh nhỏ $\sigma_{txqt1} = 340{,}86\text{ N/mm}^2 < [\sigma]{txqt1} = 1430\text{ N/mm}^2$; bánh lớn $\sigma{txqt2} = 240{,}6\text{ N/mm}^2 < [\sigma]_{txqt2} = 1235\text{ N/mm}^2$.

3. Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp chậm

  • Vật liệu và nhiệt luyện: Bánh nhỏ bằng Thép 45 thường hóa ($HB = 220, \sigma_{bk} = 580\text{ N/mm}^2, \sigma_{ch} = 290\text{ N/mm}^2$); Bánh lớn bằng Thép 35 thường hóa ($HB = 190, \sigma_{bk} = 500\text{ N/mm}^2, \sigma_{ch} = 260\text{ N/mm}^2$).
  • Thông số thiết kế: Khoảng cách trục $A = 280\text{ mm}$; Vận tốc vòng $v = 0{,}7\text{ m/s}$; Cấp chính xác: cấp 9; Môđun $m = 4\text{ mm}$; Số răng bánh nhỏ $Z_2' = 35$, bánh lớn $Z_3 = 109$; Chiều rộng vành răng bánh nhỏ $b_2' = 112\text{ mm}$, bánh lớn $b_3 = 102\text{ mm}$.
  • Kết quả kiểm nghiệm: Độ bền uốn và độ bền quá tải tiếp xúc đều đạt yêu cầu: bánh nhỏ $\sigma_{txqt2} = 372{,}2\text{ N/mm}^2 < 1430\text{ N/mm}^2$; bánh lớn $\sigma_{txqt3} = 240{,}8\text{ N/mm}^2 < 1235\text{ N/mm}^2$.
Thông số hình học bộ truyền bánh răng Cấp nhanh ($A = 210\text{ mm}$) Cấp chậm ($A = 280\text{ mm}$)
Môđun răng ($m$) $4\text{ mm}$ $4\text{ mm}$
Số răng ($Z_1 - Z_2$ / $Z_2' - Z_3$) $Z_1 = 23;\ Z_2 = 81$ $Z_2' = 35;\ Z_3 = 109$
Đường kính vòng chia ($d_c$) $d_{c1} = 92\text{ mm};\ d_{c2} = 324\text{ mm}$ $d_{c2} = 140\text{ mm};\ d_{c3} = 436\text{ mm}$
Đường kính vòng đỉnh ($D_e$) $D_{e1} = 100\text{ mm};\ D_{e2} = 332\text{ mm}$ $D_{e2} = 148\text{ mm};\ D_{e3} = 444\text{ mm}$
Đường kính vòng chân ($D_i$) $D_{i1} = 82\text{ mm};\ D_{i2} = 314\text{ mm}$ $D_{i2} = 130\text{ mm};\ D_{i3} = 426\text{ mm}$
Chiều cao răng ($h$) $9\text{ mm}$ ($h_a = 4\text{ mm}, h_f = 5\text{ mm}$) $9\text{ mm}$ ($h_a = 4\text{ mm}, h_f = 5\text{ mm}$)
Độ hở hướng tâm ($c$) $1\text{ mm}$ $1\text{ mm}$
Chiều rộng bánh răng ($b$) $b_1 = 84\text{ mm};\ b_2 = 74\text{ mm}$ $b_2' = 112\text{ mm};\ b_3 = 102\text{ mm}$

Chương 4: Tính toán trục, then, ổ lăn và khớp nối

Chương 4 hoàn thành bài toán tính toán cơ học hệ trục và mối ghép then:

  • Vật liệu chế tạo trục: Chọn Thép 45 thường hóa có giới hạn bền $\sigma_b = 600\text{ N/mm}^2$, giới hạn chảy $\sigma_{ch} = 300\text{ N/mm}^2$.
  • Đường kính sơ bộ của các trục: Trục I có $d_1 = 35\text{ mm}$; Trục II có $d_2 = 50\text{ mm}$; Trục III có $d_3 = 75\text{ mm}$. Chiều rộng ổ lăn cỡ trung bình tương ứng với $d_2 = 50\text{ mm}$ là $B_0 = 27\text{ mm}$.
  • Kích thước định vị kết cấu: Khoảng cách từ mặt cạnh chi tiết quay đến thành trong vỏ hộp $K_1 = 12\text{ mm}$; khoảng cách từ mặt cạnh ổ đến thành trong vỏ hộp $K_2 = 12\text{ mm}$; khoảng cách từ mặt cạnh chi tiết quay đến nắp ổ $K_3 = 15\text{ mm}$; chiều cao nắp ổ và đầu bulông $h_n = 15\text{ mm}$.
  • Đường kính tính toán chi tiết tại các tiết diện:
    • Trục I: Tiết diện lắp bánh đai $d_đ = 35\text{ mm}$; tiết diện gối đỡ $n-n$ có $d_{n-n} = 35\text{ mm}$; tiết diện lắp bánh răng $m-m$ có $d_{m-m} = 45\text{ mm}$.
    • Trục II: Tiết diện lắp bánh răng cấp nhanh $e-e$ có $d_{e-e} = 55\text{ mm}$; tiết diện lắp bánh răng cấp chậm $i-i$ có $d_{i-i} = 60\text{ mm}$.
    • Trục III: Tiết diện lắp bánh răng bị dẫn cấp chậm $R-R$ có $d_{R-R} = 75\text{ mm}$.
  • Kiểm nghiệm hệ số an toàn bền mỏi của trục: Tại các tiết diện nguy hiểm ($n-n, m-m, e-e, i-i, R-R$), hệ số an toàn tổng hợp $n$ đều lớn hơn hệ số an toàn cho phép $[n] = 1{,}5 \div 2{,}5$, đảm bảo an toàn mỏi trong suốt chu kỳ làm việc.
  • Tính toán và kiểm nghiệm mối ghép then (theo TCVN 150-64): Các then bằng được chọn thỏa mãn cả hai điều kiện bền dập ($[\sigma]_d = 150\text{ N/mm}^2$) và bền cắt ($[\tau]_c = 120\text{ N/mm}^2$).
Vị trí lắp then Đường kính lắp then ($d$) Kích thước then ($b \times h \times l$) Chiều sâu rãnh then trên trục / lỗ ($t / t_1$) Ứng suất dập / cắt cho phép Kết luận kiểm nghiệm
Trục I (Tiết diện $m-m$) $45\text{ mm}$ (bảng $46\text{ mm}$) $14 \times 9 \times 56\text{ mm}$ $t = 5{,}0\text{ mm};\ t_1 = 4{,}1\text{ mm}$ $[\sigma]_d = 150;\ [\tau]_c = 120\text{ N/mm}^2$ Đạt điều kiện bền
Trục II (Tiết diện $e-e$) $55\text{ mm}$ $18 \times 11 \times 63\text{ mm}$ $t = 5{,}5\text{ mm};\ t_1 = 5{,}6\text{ mm}$ $[\sigma]_d = 150;\ [\tau]_c = 120\text{ N/mm}^2$ Đạt điều kiện bền
Trục II (Tiết diện $i-i$) $60\text{ mm}$ $18 \times 11 \times 70\text{ mm}$ $t = 5{,}5\text{ mm};\ t_1 = 5{,}0\text{ mm}$ $[\sigma]_d = 150;\ [\tau]_c = 120\text{ N/mm}^2$ Đạt điều kiện bền
Trục III (Tiết diện $R-R$) $75\text{ mm}$ $24 \times 14 \times 90\text{ mm}$ $t = 7{,}0\text{ mm};\ t_1 = 7{,}2\text{ mm}$ $[\sigma]_d = 150;\ [\tau]_c = 120\text{ N/mm}^2$ Đạt điều kiện bền

Thiết kế và triển khai kỹ thuật hệ thống

Cấu trúc truyền động cơ khí của toàn bộ hệ thống được triển khai theo chuỗi liên kết cơ học từ nguồn động lực đến bộ phận công tác:

  • Chuỗi động học: Động cơ điện đồng bộ AO2-52-4 ($10\text{ kW}, 1460\text{ vòng/phút}$) $\rightarrow$ Bộ truyền đai thang loại B ($Z = 2\text{ đai}, i_đ = 4{,}0$) $\rightarrow$ Trục I HGT ($365\text{ vòng/phút}$) $\rightarrow$ Cặp bánh răng trụ răng thẳng cấp nhanh ($i_n = 3{,}71, A = 210\text{ mm}$) $\rightarrow$ Trục II ($98{,}3\text{ vòng/phút}$) $\rightarrow$ Cặp bánh răng trụ răng thẳng cấp chậm ($i_c = 3{,}09, A = 280\text{ mm}$) $\rightarrow$ Trục III ($31{,}8\text{ vòng/phút}$) $\rightarrow$ Khớp nối $\rightarrow$ Trục công tác băng tải.
  • Quy chuẩn vật liệu và cơ tính chế tạo:
    • Bánh răng: Bánh chủ động cấp nhanh và cấp chậm sử dụng Thép 45 thường hóa đạt độ rắn $HB = 220$; bánh bị dẫn sử dụng Thép 35 thường hóa đạt độ rắn $HB = 190$. Chênh lệch độ rắn $30\text{ HB}$ nằm trong khoảng khuyến nghị $25 \div 50\text{ HB}$ để bảo đảm khả năng chạy mòn đều của bộ truyền.
    • Hệ thống trục: Thép 45 thường hóa ($\sigma_b = 600\text{ N/mm}^2$).
    • Then bằng: Chế tạo từ thép theo tiêu chuẩn TCVN 150-64.
  • Liên kết kết cấu vỏ hộp và định vị: Các khoảng cách công nghệ trong vỏ hộp ($K_1 = K_2 = 12\text{ mm}, K_3 = h_n = 15\text{ mm}$) được xác định nhằm bảo đảm độ thoáng cho dòng dầu bôi trơn ngâm và tránh va chạm giữa các chi tiết quay với thành trong của vỏ hộp giảm tốc.

Kết quả và đóng góp

Đồ án hoàn thành trọn vẹn chu trình tính toán thiết kế kỹ thuật cho trạm dẫn động băng tải với các kết quả cụ thể:

  1. Xác định và lựa chọn chính xác loại động cơ điện tiêu chuẩn AO2-52-4 công suất $10\text{ kW}$ đáp ứng công suất yêu cầu trên băng tải ($N_{ct} = 6{,}64\text{ kW}$ tại trục ra).
  2. Xây dựng bảng thông số động học và động lực học chi tiết trên 3 trục truyền động, bảo đảm tỷ số truyền toàn hệ thống $i_{ch} = 45{,}91$ đưa số vòng quay từ $1460\text{ vòng/phút}$ xuống $31{,}8\text{ vòng/phút}$ ở cơ cấu công tác.
  3. Hoàn thiện việc lựa chọn và kiểm nghiệm hình học - động lực học cho 3 bộ truyền: bộ truyền đai hình thang loại B ($2\text{ đai}$), bộ truyền bánh răng cấp nhanh ($A = 210\text{ mm}, m = 4\text{ mm}$) và cấp chậm ($A = 280\text{ mm}, m = 4\text{ mm}$).
  4. Tính toán kết cấu hệ trục, biểu đồ phân bố mômen uốn - xoắn và kiểm nghiệm an toàn mỏi tại 5 tiết diện nguy hiểm, đồng thời chuẩn hóa kích thước 4 mối ghép then theo TCVN 150-64.

Về mặt đóng góp trong phạm vi học phần, đồ án đã áp dụng phương pháp so sánh định lượng giữa các phương án kết cấu (như so sánh đai loại B và đai loại $\tau$) để chứng minh tính hợp lý của phương án nhỏ gọn, đồng thời áp dụng đầy đủ quy trình kiểm nghiệm tiếp xúc quá tải đột ngột cho bánh răng và kiểm tra hệ số an toàn mỏi cho trục.

Hạn chế và hướng phát triển

Dựa trên nội dung thể hiện trong văn bản thuyết minh, đồ án còn một số giới hạn kỹ thuật:

  • Phạm vi tính toán ổ lăn và khớp nối: Văn bản mới dừng lại ở bước lập phản lực gối đỡ để bắt đầu tính toán ổ lăn trên Trục I, chưa hoàn tất việc chọn mã hiệu ổ bi/ổ đũa đỡ chặn và kiểm nghiệm tuổi thọ động/tĩnh cho toàn bộ các gối đỡ trên Trục II, Trục III cũng như tính chọn khớp nối trục ra.
  • Hồ sơ bản vẽ kỹ thuật: Tài liệu văn bản chưa bao gồm tập bản vẽ lắp tổng thể hộp giảm tốc 2 cấp và các bản vẽ chế tạo chi tiết (bản vẽ bánh răng, bản vẽ trục).

Hướng hoàn thiện cho đề tài:

  • Tiếp tục thực hiện tính toán chọn mã hiệu ổ lăn cho Trục I, Trục II, Trục III theo tải trọng tương đương và kiểm nghiệm tuổi thọ làm việc tính theo triệu vòng quay ($L$) và theo giờ ($L_h$).
  • Tính toán lựa chọn và kiểm tra bền khớp nối vòng đàn hồi nối trục III với trục tang dẫn băng tải.
  • Thiết kế kết cấu chi tiết vỏ hộp giảm tốc (thành hộp, gân tăng cứng, bu lông vòng, que thăm dầu, nút thông hơi, nút tháo dầu) và xuất hồ sơ bản vẽ kỹ thuật 2D/3D phục vụ gia công chế tạo.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thiết thực cho:

  • Sinh viên các ngành Kỹ thuật Cơ điện tử, Kỹ thuật Cơ khí, Chế tạo máy khi thực hiện đồ án môn học Chi tiết máy, Đồ án Truyền động cơ khí hoặc Đồ án tốt nghiệp có nội dung thiết kế trạm dẫn động cơ khí.
  • Các nội dung có giá trị tham khảo cao: Phương pháp so sánh lựa chọn đai thang; quy trình tính toán phân phối tỷ số truyền hộp giảm tốc 2 cấp; các bước kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc, độ bền uốn và độ bền quá tải bánh răng trụ răng thẳng; quy trình vẽ biểu đồ mômen và kiểm nghiệm hệ số an toàn mỏi cho hệ trục nhiều cấp.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống sử dụng động cơ điện loại nào và các thông số kỹ thuật cơ bản ra sao?
Hệ thống sử dụng động cơ điện đồng bộ che kín có quạt gió ký hiệu AO2-52-4, có công suất định mức $P_{đc} = 10\text{ kW}$, vận tốc quay định mức $n = 1460\text{ vòng/phút}$, hiệu suất làm việc $\eta = 89%$.

2. Vì sao tác giả lựa chọn phương án đai thang loại B thay vì đai loại $\tau$ (Б)?
Tác giả chọn đai loại B vì phương án này mang lại kích thước tổng thể nhỏ gọn hơn (chiều rộng bánh đai $60\text{ mm}$ so với $85\text{ mm}$, khoảng cách trục $945\text{ mm}$ so với $1545\text{ mm}$, chiều dài đai $4000\text{ mm}$ so với $6700\text{ mm}$) và lực tác dụng lên trục nhỏ hơn ($1020\text{ N}$ so với $1740\text{ N}$), giúp giảm tải trọng uốn tác dụng lên Trục I.

3. Vật liệu và thông số hình học chính của hai cặp bánh răng trong hộp giảm tốc được xác định như thế nào?
Cả hai cặp bánh răng đều dùng Thép 45 thường hóa ($HB = 220$) cho bánh nhỏ và Thép 35 thường hóa ($HB = 190$) cho bánh lớn, cùng môđun $m = 4\text{ mm}$. Cặp cấp nhanh có khoảng cách trục $A = 210\text{ mm}$, số răng $Z_1 = 23, Z_2 = 81$, bề rộng vành răng $b_1 = 84\text{ mm}, b_2 = 74\text{ mm}$. Cặp cấp chậm có $A = 280\text{ mm}$, số răng $Z_2' = 35, Z_3 = 109$, bề rộng vành răng $b_2' = 112\text{ mm}, b_3 = 102\text{ mm}$.

4. Kích thước then trên các trục được chọn theo tiêu chuẩn nào và có kích thước bao nhiêu?
Then được chọn theo tiêu chuẩn TCVN 150-64:

  • Trục I ($d = 45\text{ mm}$): Then $b \times h \times l = 14 \times 9 \times 56\text{ mm}$.
  • Trục II tiết diện $e-e$ ($d = 55\text{ mm}$): Then $18 \times 11 \times 63\text{ mm}$.
  • Trục II tiết diện $i-i$ ($d = 60\text{ mm}$): Then $18 \times 11 \times 70\text{ mm}$.
  • Trục III tiết diện $R-R$ ($d = 75\text{ mm}$): Then $24 \times 14 \times 90\text{ mm}$.

5. Phương pháp bôi trơn được lựa chọn cho hộp giảm tốc và bộ phận ổ trong đồ án là gì?
Hộp giảm tốc sử dụng phương pháp bôi trơn ngâm dầu cho các bánh răng (sử dụng các loại dầu như dầu công nghiệp, dầu tua bin, hoặc dầu AK10, AK15). Đối với các bộ phận ổ lăn có vận tốc làm việc dưới $4 \div 5\text{ m/s}$, hệ thống sử dụng mỡ hoặc dầu bôi trơn chuyên dụng.

Kết luận

Đồ án "Thiết kế bộ truyền động băng tải" (Đề số: 03) đã giải quyết một cách có hệ thống các bài toán kỹ thuật cơ sở trong tính toán thiết kế máy, từ việc chọn động cơ điện, phân phối tỷ số truyền đến thiết kế chi tiết bộ truyền đai thang và hộp giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng 2 cấp. Toàn bộ các bộ truyền, hệ trục và mối ghép then đều được tính toán và kiểm nghiệm thỏa mãn các chỉ tiêu về độ bền uốn, độ bền tiếp xúc, độ bền mỏi và khả năng chịu tải trọng đột ngột theo các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành. Kết quả tính toán cung cấp đầy đủ thông số hình học và động lực học phục vụ cho các giai đoạn thiết kế kết cấu vỏ hộp và lập quy trình công nghệ gia công chế tạo.