I. Giới thiệu về Đồ án Hộp số 2 cấp phân đôi cấp nhanh
Đồ án hộp số 2 cấp phân đôi cấp nhanh là một dự án thiết kế kỹ thuật quan trọng trong chương trình đào tạo kỹ sư cơ khí. Đây là một bộ phận truyền động thiết yếu được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống băng tải công nghiệp. Dự án này đòi hỏi sinh viên phải vận dụng các kiến thức từ nhiều môn học nền tảng như Nguyên lý máy, Chi tiết máy, Dung sai kỹ thuật đo lường. Mục tiêu chính là giúp sinh viên hiểu rõ về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và quy trình thiết kế chi tiết của hộp giảm tốc bánh răng hai cấp. Thông qua việc thực hiện đồ án này, sinh viên không chỉ nắm vững kiến thức lý thuyết mà còn phát triển kỹ năng thiết kế thực tế, vẽ kỹ thuật bằng phần mềm CAD hiện đại.
1.1. Khái niệm hộp số phân đôi cấp nhanh
Hộp số phân đôi cấp nhanh là cơ cấu truyền động gồm hai bánh răng nhỏ (Z1 và Z'1) ăn khớp với hai bánh răng lớn (Z2 và Z'2) trên cùng một trục. Cấu trúc này cho phép tối ưu hóa kích thước hộp số và giảm chi phí sản xuất. Hệ thống này hoạt động với tỉ số truyền nhanh, thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu tốc độ cao. Thiết kế bánh răng phân đôi này là giải pháp kỹ thuật hiện đại trong công nghiệp dẫn động cơ khí.
1.2. Ý nghĩa và ứng dụng thực tế
Đồ án này có ý nghĩa to lớn trong việc đào tạo kỹ sư cơ khí chất lượng cao. Hộp số được ứng dụng phổ biến trong các hệ thống băng tải công nghiệp, máy công cụ, và các thiết bị truyền động khác. Việc hiểu sâu về thiết kế hộp giảm tốc giúp kỹ sư có khả năng tối ưu hóa hiệu suất, độ tin cậy và tuổi thọ của các thiết bị cơ khí trong thực tiễn sản xuất.
II. Quy trình Tính toán và Thiết kế Bộ truyền Bánh răng
Tính toán và thiết kế bộ truyền bánh răng là khâu quan trọng nhất trong thực hiện đồ án. Quy trình bao gồm nhiều bước tính toán chi tiết, từ xác định thông số ban đầu đến kiểm tra độ bền và chọn vật liệu phù hợp. Đầu tiên, sinh viên phải phân phối tỉ số truyền hợp lý giữa cấp chậm và cấp nhanh để đạt được hiệu suất tối ưu. Tiếp theo là tính toán bộ truyền cấp chậm (Z3-Z4) với tỉ số truyền lớn và cấp nhanh phân đôi (Z1, Z'1 - Z2, Z'2) với tỉ số truyền nhỏ. Phần mềm thiết kế CAD như AutoCAD Mechanical và Solidworks đóng vai trò không thể thiếu trong việc mô hình hóa và tối ưu hóa thiết kế.
2.1. Phân phối tỉ số truyền cho hộp số
Phân phối tỉ số truyền là bước đầu tiên và quan trọng nhất. Tỉ số truyền tổng được chia thành hai phần: tỉ số cấp chậm và tỉ số cấp nhanh. Để tối ưu, cấp chậm thường có tỉ số từ 3:1 đến 4:1, còn cấp nhanh phân đôi có tỉ số nhỏ hơn. Việc phân phối hợp lý giúp giảm kích thước bánh răng, giảm chi phí và tăng tuổi thọ của bộ truyền.
2.2. Tính toán cấp nhanh phân đôi
Tính toán cấp nhanh (Z1, Z'1 - Z2, Z'2) yêu cầu xác định số răng, mô-đun, góc áp lực và kiểm tra độ bền. Cấu trúc phân đôi cho phép giảm áp lực lên từng cặp bánh răng. Kỹ sư phải kiểm tra ứng suất uốn tại gốc răng, ứng suất tiếp xúc trên mặt bánh răng để đảm bảo an toàn và độ bền theo tiêu chuẩn kỹ thuật.
III. Thiết kế Trục Then và Lắp đặt Ổ lăn
Thiết kế trục là một phần cốt lõi của đồ án, yêu cầu tính toán kỹ lưỡng dựa trên các lực tác dụng. Trục phải chịu lực từ bánh răng, áp lực từ ổ lăn và các yếu tố khác trong môi trường làm việc. Để thiết kế trục hiệu quả, sinh viên cần vẽ biểu đồ momen chi tiết cho mỗi trục (Trục I, II, III), xác định các điểm nguy hiểm, và tính toán đường kính trục tối thiểu. Then được chọn theo tiêu chuẩn để đảm bảo truyền động mượt mà. Tiếp theo là lựa chọn ổ lăn phù hợp dựa trên tải trọng, tốc độ quay và tuổi thọ mong muốn. Phần mềm CAD hỗ trợ vẽ kích thước chính xác và tạo bản vẽ kỹ thuật theo tiêu chuẩn TCVN.
3.1. Tính toán và phát thảo trục
Phát thảo kích thước trục sơ bộ dựa trên tỉ lệ kinh nghiệm và lực tác dụng. Sinh viên phải vẽ sơ đồ trọng tải để xác định lực tác dụng lên mỗi trục. Sau đó, vẽ biểu đồ momen lực để tìm điểm chịu tải lớn nhất. Kích thước trục cuối cùng phải thỏa mãn điều kiện bền theo tiêu chuẩn, với hệ số an toàn thích hợp.
3.2. Chọn Then và Ổ lăn theo tiêu chuẩn
Then được tra cứu theo tiêu chuẩn TCVN dựa trên kích thước trục và momen truyền. Thông thường sử dụng then phẳng hoặc then hình chữ T. Ổ lăn được chọn từ các tiêu chuẩn quốc tế, đảm bảo chịu được tải động, chuyển động trơn tru và tuổi thọ đủ lâu. Yêu cầu tính toán tải động tương đương và kiểm tra với khả năng chịu tải của ổ lăn.
IV. Vỏ Hộp Bôi trơn và Chi tiết Tiêu chuẩn
Vỏ hộp số đóng vai trò bảo vệ các bộ phận bên trong và chứa chất bôi trơn. Thiết kế vỏ hộp phải đảm bảo độ cứng, khả năng tháo lắp dễ dàng, và cách nhiệt hiệu quả. Kích thước cơ bản của vỏ hộp được xác định dựa trên kích thước các bánh răng, trục và ổ lăn. Bôi trơn là yếu tố quan trọng để giảm ma sát, tỏa nhiệt và bảo vệ bề mặt chịu ma sát. Chất bôi trơn được chọn theo loại máy, nhiệt độ hoạt động và tốc độ quay. Đồ án phải tính toán lượng dầu cần thiết, kiểu lắp bôi trơn (nhấm dầu, phun dầu) và các thiết bị hỗ trợ như cửa thăm dầu, nút tháo dầu, que thăm dầu, vòng chắn dầu và vòng phớt. Tất cả các chi tiết tiêu chuẩn phải được tra cứu và thống kê chi tiết trong bảng kỹ thuật.
4.1. Thiết kế và tính toán vỏ hộp
Vỏ hộp được thiết kế dựa trên kích thước tổng thể của cơ cấu bên trong. Phải xác định kích thước cơ bản: chiều dài, rộng, cao và độ dày thành vỏ. Vỏ thường làm bằng gang hoặc nhôm đúc để đảm bảo cứng, nhẹ và dễ gia công. Thiết kế phải có các cửa sổ kiểm tra, cửa thăm dầu, và các ống tháo nước ngưng tụ. Tính toán độ cứng vỏ dưới tác dụng của áp lực và tải động.
4.2. Hệ thống bôi trơn và điều chỉnh ăn khớp
Hệ thống bôi trơn được thiết kế phù hợp với tốc độ quay: tốc độ thấp dùng nhấm dầu, tốc độ cao dùng phun dầu. Phải xác định loại dầu, độ nhớt phù hợp với nhiệt độ hoạt động. Điều chỉnh ăn khớp bánh răng yêu cầu giữ khoảng cách lặp ghép chính xác, thường điều chỉnh qua độ dịch trục. Tất cả các chi tiết tiêu chuẩn như vòng chắn dầu, vòng phớt, nút tháo dầu phải được chọn theo tiêu chuẩn ISO và TCVN.
