Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu thế phát triển công nghiệp hóa và hiện đại hóa, khoa học kỹ thuật đóng vai trò then chốt trong việc giải phóng sức lao động, nâng cao năng suất sản xuất và bảo đảm an toàn cho người lao động. Các hệ thống cơ khí truyền động tự động là giải pháp thay thế sức người trong các dây chuyền vận chuyển và chế tạo tại các nhà máy, xí nghiệp, phân xưởng.

Đồ án môn học Thiết kế máy là học phần thực hành nền tảng của ngành Kỹ thuật Cơ khí tại Khoa Cơ khí - Bộ môn Thiết kế Máy, Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM. Đồ án giúp người học vận dụng tổng hợp các kiến thức cơ sở (Nguyên lý máy, Sức bền vật liệu, Dung sai lắp ghép, Vẽ kỹ thuật) vào việc giải quyết một bài toán thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho một trạm dẫn động cơ khí cụ thể.

Đề tài nghiên cứu được thực hiện theo Đề số 06 (Phương án số 9): "Thiết kế hệ thống dẫn động băng tải", do sinh viên Nguyễn Trung Hậu (MSSV: 1913305, Lớp L03) thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Phạm Minh Tuấn.

Mục tiêu và nhiệm vụ thiết kế

Nhiệm vụ trọng tâm của đề tài bao gồm chuỗi công việc tính toán động học, động lực học và kết cấu:

  1. Tính toán chọn động cơ điện 3 pha không đồng bộ phù hợp với công suất cản và chế độ tải trọng của băng tải.
  2. Phân phối tỷ số truyền cho toàn bộ hệ thống (gồm bộ truyền ngoài và các cấp trong hộp giảm tốc).
  3. Thiết kế chi tiết bộ truyền xích ống con lăn đặt ngoài hộp giảm tốc.
  4. Thiết kế chi tiết các cặp bánh răng trụ răng nghiêng của hộp giảm tốc hai cấp đồng trục (cấp nhanh và cấp chậm), kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc, độ bền uốn và khả năng chịu quá tải.
  5. Thiết kế trục, chọn then, tính toán chọn ổ lăn và khớp nối trục đàn hồi.
  6. Xác định kết cấu vỏ hộp giảm tốc đúc, bố trí bôi trơn, chọn bu-lông, chốt định vị và các chi tiết phụ.
  7. Xác định dung sai lắp ghép và lập bảng thông số kỹ thuật chế tạo.

Thông số kỹ thuật đầu vào và phạm vi làm việc

Hệ thống dẫn động vận hành trong các điều kiện xác định sau:

  • Chế độ làm việc: Quay một chiều, tải va đập nhẹ, làm việc 2 ca/ngày (mỗi ca 8 giờ).
  • Lực vòng trên băng tải ($F$): $7200\text{ N}$.
  • Vận tốc băng tải ($v$): $1{,}9\text{ m/s}$.
  • Đường kính tang dẫn ($D$): $630\text{ mm}$.
  • Thời hạn phục vụ ($L$): $5\text{ năm}$.
  • Số ngày làm việc trong năm ($K_{ng}$): $305\text{ ngày/năm}$.
  • Tổng thời gian làm việc ($L_h$): $L_h = 5 \times 305 \times 2 \times 8 = 24400\text{ giờ}$.
  • Biểu đồ tải trọng thay đổi theo thời gian: $T_1 = T$ trong thời gian $t_1 = 30\text{ s}$; $T_2 = 0{,}6T$ trong thời gian $t_2 = 12\text{ s}$.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án áp dụng phương pháp thiết kế cơ khí truyền thống dựa trên các tiêu chuẩn thiết kế máy, cơ học lý thuyết và sức bền vật liệu. Hệ thống công thức, bảng tra cơ tính vật liệu và hệ số hiệu chỉnh được trích xuất từ các giáo trình và tài liệu hướng dẫn thiết kế tính toán hệ dẫn động cơ khí chuyên ngành.

Khung lý thuyết và phương pháp tính toán

  • Tính toán động học và động lực học: Xác định hiệu suất tổng thể $\eta_{ch}$ dựa trên tích hiệu suất của từng cụm chi tiết ($\eta_{nt}$ nối trục, $\eta_{brt}$ bánh răng trụ, $\eta_x$ bộ truyền xích, $\eta_{ol}$ cặp ổ lăn). Từ đó xác định công suất cần thiết, chọn động cơ điện chuẩn và phân phối tỷ số truyền $u_{ch} = u_{hgt} \cdot u_x$.
  • Phương pháp thiết kế bộ truyền xích ống con lăn: Tính toán bước xích $p_c$ theo điều kiện độ bền mòn (công suất tính toán $P_t \le [P]$), kiểm tra số vòng quay tới hạn, kiểm nghiệm hệ số an toàn tĩnh $s \ge [s]$, tính lực căng ban đầu $F_0$, lực căng ly tâm $F_v$ và ứng suất tiếp xúc $\sigma_H$ trên răng đĩa xích.
  • Phương pháp thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng:
    • Chọn vật liệu chế tạo (thép C45 tôi cải thiện) xác định ứng suất tiếp xúc cho phép $[\sigma_H]$ và ứng suất uốn cho phép $[\sigma_F]$.
    • Tính khoảng cách trục sơ bộ $a_w$, module pháp $m_n$, góc nghiêng răng $\beta$, số răng $z_1, z_2$.
    • Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc mặt răng: $\sigma_H = Z_M Z_H Z_\epsilon \sqrt{\frac{2 T_1 K_H (u+1)}{b_w d_{w1}^2 u}} \le [\sigma_H]_{cx}$.
    • Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn tại chân răng: $\sigma_F = \frac{2 T_1 K_F Y_{\epsilon} Y_{\beta} Y_{F1}}{b_w m_n d_{w1}} \le [\sigma_F]$.
    • Kiểm nghiệm quá tải tiếp xúc $[\sigma_H]{max}$ và quá tải uốn $[\sigma_F]{max}$.
  • Phương pháp tính toán trục và then:
    • Xác định đường kính sơ bộ trục dựa trên mô men xoắn thuần túy: $d_k \ge \sqrt[3]{\frac{T_k}{0{,}2 [\tau]}}$.
    • Phân tích lực ăn khớp tại các điểm tiếp xúc (lực vòng $F_t$, lực hướng tâm $F_r$, lực dọc trục $F_a$).
    • Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ ổ lăn và điểm đặt lực dựa trên kích thước chiều rộng vành răng, chiều dài may-ơ và khoảng hở cấu tạo vỏ hộp ($k_1, k_2, k_3, h_n$).
  • Nguồn dữ liệu: Bảng thông số động cơ không đồng bộ 3 pha, bảng tiêu chuẩn module bánh răng, bước xích tiêu chuẩn, bảng tra dung sai và lắp ghép kỹ thuật cơ khí.

Thiết kế và triển khai hệ thống dẫn động

Hệ thống dẫn động băng tải trong đề tài có cấu trúc truyền động nối tiếp, truyền mô men xoắn từ nguồn dẫn động (động cơ điện) đến bộ phận công tác (tang băng tải).

Sơ đồ cấu trúc hệ thống

Hệ thống bao gồm 5 thành phần chính bố trí theo chuỗi:

  1. Động cơ điện: Động cơ điện 3 pha không đồng bộ có công suất định mức lớn hơn $16{,}79\text{ kW}$ và tốc độ đồng bộ $3000\text{ vg/ph}$ (tốc độ quay danh định $n_{dc} = 2930\text{ vg/ph}$).
  2. Nối trục đàn hồi: Khớp nối trung gian nối trục động cơ với trục I (trục vào) của hộp giảm tốc, làm giảm chấn động và bù trừ sai lệch tâm nhỏ giữa hai trục.
  3. Hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp đồng trục: Gồm 2 cặp bánh răng trụ răng nghiêng cấp nhanh ($u_1 = 4$) và cấp chậm ($u_2 = 4$). Cấu trúc đồng trục đảm bảo khoảng cách trục cấp nhanh và cấp chậm bằng nhau ($a_{w1} = a_{w2} = 200\text{ mm}$), trục I và trục III đồng tâm, giúp kết cấu tổng thể nhỏ gọn.
  4. Bộ truyền xích ống con lăn: Đặt ở đầu ra giữa trục III của hộp giảm tốc và trục tang dẫn băng tải, có tỷ số truyền $u_x = 3{,}18$.
  5. Cơ cấu chấp hành (Băng tải): Tang dẫn đường kính $D = 630\text{ mm}$, nhận truyền động từ đĩa xích bị dẫn để kéo băng tải hoạt động với vận tốc $v = 1{,}9\text{ m/s}$.

Phương án bôi trơn và kết cấu

  • Hộp giảm tốc: Áp dụng phương pháp bôi trơn ngâm dầu cho các cặp bánh răng ăn khớp trong hộp. Mức dầu thấp nhất ngập hết chiều cao chân răng của bánh răng nhỏ nhất trong hai bánh răng bị dẫn (cấp nhanh và cấp chậm); mức dầu cao nhất không vượt quá $1/3 \div 1/6$ bán kính của bánh răng lớn nhất.
  • Bộ truyền xích ngoài: Phương pháp bôi trơn nhỏ giọt với chu kỳ làm việc 2 ca liên tục.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Chọn động cơ điện và phân phối tỉ số truyền

Chương 1 thiết lập các thông số động học và động lực học cơ bản làm cơ sở cho toàn bộ quá trình tính toán chi tiết máy:

  • Hiệu suất chung của hệ thống: $$\eta_{ch} = \eta_{nt} \cdot \eta_{brt}^2 \cdot \eta_x \cdot \eta_{ol}^4 = 0{,}98 \times 0{,}97^2 \times 0{,}92 \times 0{,}99^4 = 0{,}815$$ (Trong đó: $\eta_{nt} = 0{,}98$; $\eta_{brt} = 0{,}97$; $\eta_x = 0{,}92$; $\eta_{ol} = 0{,}99$).
  • Công suất trên băng tải: $$P_{max} = \frac{F \cdot v}{1000} = \frac{7200 \times 1{,}9}{1000} = 13{,}68\text{ kW}$$
  • Số vòng quay của trục tang dẫn băng tải: $$n_{ct} = \frac{60000 \cdot v}{\pi \cdot D} = \frac{60000 \times 1{,}9}{\pi \times 630} = 57{,}6\text{ vg/ph}$$
  • Phân phối tỷ số truyền:
    • Chọn động cơ có số vòng quay định mức $n_{dc} = 2930\text{ vg/ph}$.
    • Tỷ số truyền chung toàn hệ thống: $u_{ch} = \frac{n_{dc}}{n_{ct}} = \frac{2930}{57{,}6} = 50{,}87$.
    • Tỷ số truyền hộp giảm tốc 2 cấp đồng trục chọn $u_{hgt} = 16$. Do đặc điểm đồng trục nên: $$u_1 = u_2 = \sqrt{u_{hgt}} = \sqrt{16} = 4$$
    • Tỷ số truyền bộ truyền xích: $u_x = \frac{u_{ch}}{u_{hgt}} = \frac{50{,}87}{16} = 3{,}18$.
  • Bảng đặc tính động học và động lực học trên các trục:
Thông số Trục Động cơ Trục I Trục II Trục III Trục Công tác
Công suất $P$ (kW) 16,79 16,45 15,80 15,17 13,68
Số vòng quay $n$ (vg/ph) 2930 2930 732,5 183,13 57,59
Tỷ số truyền $u$ 1 1 4 4 3,18
Mô men xoắn $T$ (Nmm) 54725,08 53616,89 205993,17 791096,49 2268518,84
  • Kiểm tra sai số vòng quay trục công tác: $$\Delta n = \frac{|57{,}6 - 57{,}59|}{57{,}6} \times 100% \approx 0{,}0174% \le 5% \quad (\text{thỏa mãn})$$

Chương 2: Thiết kế bộ truyền xích

Chương 2 thực hiện tính toán thiết kế bộ truyền xích ống con lăn 2 dãy nằm ngang nối từ trục III đến trục công tác:

  • Thông số đầu vào: $P_1 = 15{,}17\text{ kW}$; $n_1 = 183{,}13\text{ vg/ph}$; $u_x = 3{,}18$; $T_1 = 791096{,}49\text{ Nmm}$; thời gian làm việc $L_h = 24400\text{ giờ}$.
  • Thông số kết cấu bộ truyền xích:
    • Số răng đĩa xích: Đĩa nhỏ chọn $z_1 = 23$, đĩa lớn $z_2 = u_x \cdot z_1 = 3{,}18 \times 23 = 73 \le z_{max} = 120$.
    • Tỷ số truyền thực tế: $u_{x(t)} = \frac{73}{23} = 3{,}174$ (sai lệch $\Delta u = 0{,}1887%$).
    • Hệ số điều kiện sử dụng xích: $K = K_r K_a K_o K_{dc} K_b K_{lv} = 1{,}3 \times 1 \times 1 \times 1 \times 1 \times 1{,}12 = 1{,}456$.
    • Chọn loại xích ống con lăn 2 dãy ($K_x = 1{,}7$), bước xích tiêu chuẩn $p_c = 31{,}75\text{ mm}$ (thỏa mãn công suất cho phép $[P] = 19{,}3\text{ kW}$ và vận tốc quay tới hạn $n_{th} = 630\text{ vg/ph}$).
    • Vận tốc trung bình của xích: $v = 2{,}23\text{ m/s}$.
    • Khoảng cách trục: Sơ bộ $a = 40 p_c = 1270\text{ mm}$; số mắt xích tính toán $X = 130$ mắt; chiều dài xích $L = 4127{,}5\text{ mm}$; khoảng cách trục chính xác $a = 1274\text{ mm}$.
  • Kiểm nghiệm độ bền và lực tác dụng:
    • Lực vòng có ích: $F_t = 6802{,}69\text{ N}$.
    • Lực căng ly tâm: $F_v = 36{,}3\text{ N}$; Lực căng ban đầu: $F_0 = 547{,}41\text{ N}$ (với khối lượng $q_m = 7{,}3\text{ kg/m}$, tải trọng phá hủy $Q = 177\text{ kN}$).
    • Lực tác dụng lên trục: $F_r = K_m \cdot F_t = 1{,}15 \times 6802{,}69 = 7823{,}1\text{ N}$.
    • Kích thước hình học đĩa xích:
      • Đường kính vòng chia: $d_1 = 233{,}17\text{ mm}$; $d_2 = 738\text{ mm}$.
      • Đường kính vòng đỉnh: $d_{a1} = 246{,}87\text{ mm}$; $d_{a2} = 753{,}18\text{ mm}$.
      • Đường kính vòng chân: $d_{f1} = 213{,}93\text{ mm}$; $d_{f2} = 718{,}76\text{ mm}$.
    • Kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc: $\sigma_H = 469{,}22\text{ MPa} \le [\sigma_H] = 600\text{ MPa}$ (dùng thép C45 tôi cải thiện, độ rắn bề mặt HB = 210, diện tích bản lề $A = 446\text{ mm}^2$).

Chương 3: Thiết kế bộ truyền bánh răng

Chương 3 tính toán chi tiết hai cặp bánh răng trụ răng nghiêng cấp chậm và cấp nhanh trong hộp giảm tốc hai cấp đồng trục. Cả hai cặp đều sử dụng phôi thép C45 tôi cải thiện: bánh chủ động đạt độ rắn $HB_1 = 250$ ($\sigma_{b1} = 850\text{ MPa}, \sigma_{ch1} = 580\text{ MPa}$), bánh bị động đạt $HB_2 = 235$ ($\sigma_{b2} = 750\text{ MPa}, \sigma_{ch2} = 450\text{ MPa}$).

  • 1. Cặp bánh răng cấp chậm:

    • Mô men xoắn trục dẫn: $T_2 = 205993{,}17\text{ Nmm}$; số vòng quay $n_2 = 732{,}5\text{ vg/ph}$; tỷ số truyền $u_2 = 4$.
    • Khoảng cách trục tiêu chuẩn: $a_{w2} = 200\text{ mm}$.
    • Module pháp: $m_n = 3\text{ mm}$.
    • Số răng: $z_1 = 26$ răng, $z_2 = 104$ răng ($u_m = 4$, sai số $\Delta u = 0%$).
    • Góc nghiêng răng: $\beta = 12{,}84^\circ$ ($\beta_b = 12{,}05^\circ$); Góc ăn khớp $\alpha_{tw} = 20{,}47^\circ$.
    • Chiều rộng vành răng: Bánh lớn $b_{w4} = 80\text{ mm}$, bánh nhỏ $b_{w3} = 85\text{ mm}$.
    • Kích thước hình học: $d_1 = 80\text{ mm}, d_2 = 320\text{ mm}$; $d_{a1} = 86\text{ mm}, d_{a2} = 326\text{ mm}$; $d_{f1} = 72{,}5\text{ mm}, d_{f2} = 312{,}5\text{ mm}$.
    • Kiểm nghiệm độ bền:
      • Ứng suất tiếp xúc: $\sigma_H = 409{,}26\text{ MPa} \le [\sigma_H]_{cx} = 431{,}4\text{ MPa}$.
      • Ứng suất uốn: $\sigma_{F1} = 66{,}05\text{ MPa} \le [\sigma_{F1}] = 242{,}4\text{ MPa}$; $\sigma_{F2} = 73{,}39\text{ MPa} \le [\sigma_{F2}] = 241{,}71\text{ MPa}$.
      • Quá tải: $\sigma_{H,max} = 409{,}26\text{ MPa} < 1260\text{ MPa}$; $\sigma_{F,max} = 73{,}39\text{ MPa} < 360\text{ MPa}$.
    • Lực ăn khớp: Lực vòng $F_{t3} = F_{t4} = 5149{,}83\text{ N}$; Lực dọc trục $F_{a3} = F_{a4} = 1173{,}8\text{ N}$; Lực hướng tâm $F_{r3} = F_{r4} = 1971{,}67\text{ N}$.

  • 2. Cặp bánh răng cấp nhanh:

    • Mô men xoắn trục dẫn: $T_1 = 53616{,}89\text{ Nmm}$; số vòng quay $n_1 = 2930\text{ vg/ph}$; tỷ số truyền $u_1 = 4$.
    • Do cấu trúc đồng trục: $a_{w1} = a_{w2} = 200\text{ mm}$; $m_n = 3\text{ mm}$; $\beta = 12{,}84^\circ$; $z_1 = 26, z_2 = 104$.
    • Chiều rộng vành răng: Bánh lớn $b_{w2} = 56\text{ mm}$, bánh nhỏ $b_{w1} = 61\text{ mm}$.
    • Vận tốc vòng bánh dẫn: $v = 12{,}27\text{ m/s}$.
    • Kiểm nghiệm độ bền:
      • Ứng suất tiếp xúc: $\sigma_H = 269{,}7\text{ MPa} \le [\sigma_H]_{cx} = 470{,}22\text{ MPa}$.
      • Ứng suất uốn: Đảm bảo điều kiện bền uốn với $[\sigma_F] = 242{,}4\text{ MPa}$.
      • Quá tải tiếp xúc và uốn đều nằm trong giới hạn cho phép.
    • Lực ăn khớp: Lực vòng $F_{t1} = 1340{,}42\text{ N}$; Lực dọc trục $F_{a1} = 305{,}52\text{ N}$; Lực hướng tâm $F_{r1} = 513{,}22\text{ N}$.

Chương 4: Thiết kế trục – Chọn then

Chương 4 tính toán kết cấu trục truyền động và then ghép cho 3 trục trong hộp giảm tốc:

  • Thông số mô men xoắn trên các trục:
    • Trục I: $T_1 = 53616{,}89\text{ Nmm}$.
    • Trục II: $T_2 = 205993{,}17\text{ Nmm}$.
    • Trục III: $T_3 = 791096{,}49\text{ Nmm}$.
  • Vật liệu chế tạo trục: Thép C45 tôi cải thiện có giới hạn bền $\sigma_b = 600\text{ MPa}$, ứng suất xoắn cho phép $[\tau] = 15 \div 30\text{ MPa}$.
  • Đường kính sơ bộ các trục:
    • Đường kính sơ bộ trục I (nối với trục động cơ $d_{dc} = 42\text{ mm}$ qua khớp nối): $d_1 = (0{,}8 \div 1{,}2) d_{dc} = (33{,}6 \div 50{,}4)\text{ mm} \rightarrow$ chọn sơ bộ $d_1 = 40\text{ mm}$.
  • Xác định khoảng cách gối đỡ và điểm đặt lực:
    • Khoảng cách từ mặt mút chi tiết quay đến thành trong vỏ hộp: $k_1 = 10\text{ mm}$.
    • Khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành trong vỏ hộp: $k_2 = 8\text{ mm}$.
    • Khoảng cách từ mặt mút chi tiết quay đến nắp ổ: $k_3 = 10\text{ mm}$.
    • Chiều cao nắp ổ và đầu bu-lông: $h_n = 15\text{ mm}$.
    • Chiều dài may-ơ bánh răng: Bánh răng cấp nhanh trên trục I có $l_{m13} = b_{w1} = 61\text{ mm}$; Bánh răng trên trục III có $l_{m32} = 85\text{ mm}$.

Các nội dung tính toán hoàn thiện kết cấu (Theo mục lục đồ án)

  • Tính toán thiết kế ổ lăn và nối trục: Chọn loại ổ lăn (ổ bi đỡ chặn hoặc ổ bi đỡ một dãy) chịu tải trọng hướng tâm kết hợp lực dọc trục do bánh răng nghiêng sinh ra; tính toán lựa chọn nối trục đàn hồi tại đầu vào trục I dựa trên mô men xoắn $T_1$.
  • Chọn thân máy, bu-lông và các chi tiết phụ: Xác định chiều dày thân hộp, nắp hộp, gân tăng cứng, đường kính bu-lông nền, bu-lông ghép nắp - thân, bu-lông nắp ổ, nút thông hơi, nút tháo dầu và mắt thăm dầu.
  • Dung sai lắp ghép: Tra bảng và quy định hệ thống dung sai lắp ghép tiêu chuẩn cho các mối ghép then, vòng trong ổ lăn với trục, vòng ngoài ổ lăn với thân hộp, bánh răng trên trục, ống lót và chốt định vị vỏ hộp.

Kết quả và đóng góp

Bảng tổng hợp các kết quả kỹ thuật chính

Bộ phận / Cụm chi tiết Thông số kỹ thuật chủ yếu Giá trị tính toán Trạng thái kiểm nghiệm
Động cơ điện Công suất $P_{dc}$ / Tốc độ $n_{dc}$ $16{,}79\text{ kW}$ / $2930\text{ vg/ph}$ Đạt công suất yêu cầu
Tỷ số truyền toàn hệ $u_{ch} = u_1 \times u_2 \times u_x$ $50{,}87 = 4 \times 4 \times 3{,}18$ Sai số vòng quay $\Delta n = 0{,}0174%$
Bộ truyền xích ngoài Xích ống con lăn 2 dãy, bước $p_c$ $31{,}75\text{ mm}$ ($z_1=23, z_2=73$) $\sigma_H = 469{,}22 < 600\text{ MPa}$
Bánh răng cấp nhanh Bánh răng nghiêng ($\beta = 12{,}84^\circ, m_n=3$) $a_{w1} = 200\text{ mm}, b_w = 56\text{ mm}$ $\sigma_H = 269{,}7 < 470{,}22\text{ MPa}$
Bánh răng cấp chậm Bánh răng nghiêng ($\beta = 12{,}84^\circ, m_n=3$) $a_{w2} = 200\text{ mm}, b_w = 80\text{ mm}$ $\sigma_H = 409{,}26 < 431{,}4\text{ MPa}$
Trục I (Trục vào) Đường kính sơ bộ $d_1$ $40\text{ mm}$ (thép C45) Đạt điều kiện mô men xoắn

Đóng góp thực tiễn và học thuật

  • Về mặt thiết kế: Đồ án đã giải quyết bài toán thiết kế trọn vẹn một trạm dẫn động băng tải công nghiệp hoàn chỉnh từ thông số công nghệ đầu vào đến kết cấu cơ khí chi tiết. Việc lựa chọn cấu trúc hộp giảm tốc đồng trục giúp tối ưu hóa không gian lắp đặt và bảo đảm tính đối xứng về kích thước khoảng cách trục ($a_{w1} = a_{w2} = 200\text{ mm}$).
  • Về mặt kỹ thuật: Toàn bộ các bộ truyền (xích 2 dãy, 2 cặp bánh răng nghiêng) đều được kiểm nghiệm đầy đủ về độ bền mòn, độ bền tiếp xúc, độ bền uốn chân răng và khả năng chống quá tải trong suốt chu kỳ vận hành 5 năm ($24400\text{ giờ}$).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Đồ án thực hiện tính toán thiết kế cơ khí dựa trên các biểu thức lý thuyết và bảng tra bán thực nghiệm truyền thống; chưa thực hiện mô phỏng số kiểm tra ứng suất tập trung bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEA/CAE).
    • Biểu đồ tải trọng giả định chỉ gồm hai cấp tải tĩnh ($T$ và $0{,}6T$), chưa xét đến ảnh hưởng của dao động tải trọng ngẫu nhiên và nhiệt phát sinh trong quá trình vận hành liên tục 2 ca.
  • Hướng tiếp tục:
    • Tiến hành mô hình hóa hình học 3D toàn bộ trạm dẫn động trên phần mềm CAD/CAM chuyên dụng.
    • Phân tích động lực học và kiểm tra dao động, độ cứng vững uốn - xoắn của trục dưới tác dụng đồng thời của lực ăn khớp và lực căng xích.
    • Tính toán kiểm nghiệm cân bằng nhiệt cho hộp giảm tốc nhằm xác định chính xác nhu cầu tản nhiệt hoặc gân làm mát bổ sung.

Giá trị tham khảo

Tài liệu là bản thuyết minh thiết kế máy mẫu mực, mang lại giá trị tham khảo cụ thể cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Cơ điện tử, Chế tạo máy: Dùng làm tài liệu tham khảo trực tiếp cho đồ án môn học Thiết kế máy, Chi tiết máy và Đồ án tốt nghiệp hệ đại học/cao đẳng.
  • Người làm đề tài thiết kế hệ thống dẫn động: Tham khảo phương pháp phân phối tỷ số truyền tối ưu cho hộp giảm tốc đồng trục, quy trình tính toán bộ truyền xích nhiều dãy và thuật toán kiểm nghiệm bền tiếp xúc - uốn của bánh răng trụ răng nghiêng.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống dẫn động băng tải trong đồ án gồm những cụm chi tiết chính nào?

Hệ thống gồm 5 thành phần chính bố trí nối tiếp: Động cơ điện 3 pha không đồng bộ ($P_{dc} = 16{,}79\text{ kW}, n = 2930\text{ vg/ph}$), nối trục đàn hồi, hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp đồng trục ($u_{hgt} = 16$), bộ truyền xích ống con lăn 2 dãy ($u_x = 3{,}18$) và tang dẫn kéo băng tải ($D = 630\text{ mm}, v = 1{,}9\text{ m/s}$).

2. Vì sao hộp giảm tốc lại chọn khoảng cách trục $a_{w1} = a_{w2} = 200\text{ mm}$?

Do đây là hộp giảm tốc hai cấp đồng trục, trục vào (trục I) và trục ra (trục III) đồng tâm. Để kết cấu vỏ hộp và đường tâm các trục thẳng hàng, khoảng cách trục của cấp nhanh ($a_{w1}$) và cấp chậm ($a_{w2}$) bắt buộc phải bằng nhau, cùng được xác định và tiêu chuẩn hóa ở giá trị $200\text{ mm}$.

3. Bộ truyền xích ống con lăn được chọn có các thông số kỹ thuật then chốt nào?

Bộ truyền xích ngoài sử dụng xích ống con lăn 2 dãy, bước xích tiêu chuẩn $p_c = 31{,}75\text{ mm}$, số răng đĩa nhỏ $z_1 = 23$, đĩa lớn $z_2 = 73$, số mắt xích $X = 130$, khoảng cách trục $a = 1274\text{ mm}$, tỷ số truyền thực tế $u_{x(t)} = 3{,}174$. Ứng suất tiếp xúc mặt răng đĩa xích tính được là $\sigma_H = 469{,}22\text{ MPa}$, nhỏ hơn ứng suất cho phép $[\sigma_H] = 600\text{ MPa}$.

4. Vật liệu chế tạo các cặp bánh răng và trục được lựa chọn là gì?

Các cặp bánh răng và trục đều được chế tạo từ thép C45 qua nhiệt luyện tôi cải thiện. Bánh răng dẫn đạt độ rắn $HB_1 = 250$, bánh răng bị dẫn đạt $HB_2 = 235$; trục chế tạo từ thép C45 có giới hạn bền $\sigma_b = 600\text{ MPa}$ và ứng suất xoắn cho phép $[\tau] = 15 \div 30\text{ MPa}$.

5. Sai số vòng quay giữa tính toán và yêu cầu ban đầu của trục công tác là bao nhiêu?

Số vòng quay yêu cầu trên trục tang dẫn là $n_{ct} = 57{,}6\text{ vg/ph}$, số vòng quay tính toán thực tế qua các tỷ số truyền thực tế là $57{,}59\text{ vg/ph}$. Sai số đạt được là $\Delta n = \frac{|57{,}6 - 57{,}59|}{57{,}6} \times 100% \approx 0{,}0174%$, thấp hơn nhiều so với giới hạn cho phép ($\le 5%$).

Kết luận

Đồ án "Thiết kế hệ thống dẫn động băng tải" của tác giả Nguyễn Trung Hậu dưới sự hướng dẫn của TS. Phạm Minh Tuấn đã hoàn thành toàn diện các yêu cầu tính toán động học, động lực học và kết cấu cho hệ thống truyền động cơ khí công nghiệp. Toàn bộ các bộ truyền xích, bánh răng trụ răng nghiêng hai cấp đồng trục và hệ thống trục - then đều được kiểm nghiệm bền nghiêm ngặt theo các tiêu chuẩn thiết kế máy hiện hành, bảo đảm tuổi thọ vận hành 5 năm trong điều kiện làm việc 2 ca liên tục. Thuyết minh đồ án là tài liệu kỹ thuật có độ tin cậy cao, cung cấp quy trình tính toán chuẩn mực cho sinh viên và kỹ sư ngành Kỹ thuật Cơ khí.