I. Tổng Quan Về Thiết Kế Hệ Dẫn Động Băng Tải
Thiết kế hệ dẫn động băng tải là một đồ án quan trọng trong lĩnh vực cơ khí, đặc biệt tại Đại học Bách Khoa Hà Nội. Hệ dẫn động này được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hiện đại, từ vận chuyển vật liệu đến sản xuất tự động. Báng tải là thành phần thiết yếu trong các nhà máy, kho bãi và dây chuyền sản xuất. Quá trình thiết kế máy đòi hỏi kiến thức sâu về cơ sở thiết kế, vẽ kỹ thuật và dung sai lắp ghép. Mục tiêu của đồ án là tạo ra một hộp giảm tốc tiết kiệm nhưng vẫn đảm bảo độ bền cao. Sinh viên phải vận dụng các kiến thức đã học để tổng hợp một hệ thống cơ khí hoàn chỉnh, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và an toàn.
1.1. Vai Trò Của Hộp Giảm Tốc Trong Hệ Dẫn Động
Hộp giảm tốc là cơ cấu trung tâm trong hệ dẫn động băng tải, chịu trách nhiệm chuyển đổi tốc độ từ động cơ điện. Nó giảm số vòng quay động cơ từ 1450 vòng/phút xuống còn 20 vòng/phút theo yêu cầu. Thiết kế hộp giảm tốc phải cân bằng giữa tiết kiệm nguyên vật liệu và độ bền cơ học. Việc lựa chọn vật liệu bánh răng, khoảng cách trục và thông số hình học ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và tuổi thọ của hệ thống.
1.2. Yêu Cầu Kỹ Thuật Cơ Bản
Hệ dẫn động băng tải phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt bao gồm: lực kéo F = 1400 N, vận tốc v = 2.18 m/s, và thời hạn phục vụ 13000 giờ. Công suất trục động cơ được tính toán dựa trên công suất tải và hiệu suất hệ thống. Đặc tính làm việc với va đập vừa yêu cầu chọn loại đai thang phù hợp và thiết kế chi tiết chống được tác động động.
II. Phân Phối Tỷ Số Truyền Và Chọn Động Cơ
Phân phối tỷ số truyền là bước quan trọng đầu tiên trong thiết kế hệ dẫn động báng tải. Tỷ số truyền chung được tính từ yêu cầu vận tốc đầu ra và vận tốc động cơ. Công suất yêu cầu trên trục động cơ được xác định bằng: Pyc = Plv/η, trong đó Plv = F × v / 1000 = 1400 × 2.18 / 1000 = 3.05 kW. Hiệu suất hệ thống bao gồm hiệu suất ổ lăn (0.99), đai thang (0.95), bánh răng (0.97) và khớp nối (0.99), tổng hiệu suất η = 0.894. Động cơ điện được chọn phù hợp với công suất tính toán để đảm bảo vận hành ổn định.
2.1. Xác Định Công Suất Trục Động Cơ
Công suất trục động cơ được tính theo công thức: Pyc = Plv / η = 3.05 / 0.894 ≈ 3.41 kW. Lựa chọn động cơ điện với công suất lớn hơn để có biên độ an toàn. Số vòng quay của động cơ tiêu chuẩn là 1450 vòng/phút hoặc 1000 vòng/phút. Từ đó tính được tỷ số truyền chung i = nđm / ntải.
2.2. Tính Toán Momen Xoắn Trên Các Trục
Momen xoắn trên các trục được tính từ công suất và tốc độ góc. Momen xoắn trục động cơ: Mđm = 9550 × P / n. Momen xoắn trục tải được nhân lên theo tỷ số truyền từng cấp. Bảng thông số động học được lập để so sánh và kiểm tra tính hợp lý của thiết kế, đảm bảo toàn bộ hệ thống hoạt động hiệu quả.
III. Thiết Kế Bộ Truyền Đai Thang Và Bánh Răng Trụ
Bộ truyền đai thang được thiết kế để truyền động từ động cơ điện với đặc tính va đập vừa. Loại đai thang được chọn dựa trên công suất, tốc độ và khoảng cách trục a = 45 độ. Đường kính bánh đai chính D = 320 mm, từ đó tính được đường kính bánh đai dẫn và số vòng quay tương ứng. Chiều dài đai được xác định: l = π(D+d)/2 + 2a, số đai được chọn từ bảng tiêu chuẩn. Bộ truyền bánh răng trụ đồng trục có bánh răng chủ động nghiêng phải để giảm noise và rung động. Các thông số như module, số răng, góc nghiêng được tính toán chi tiết.
3.1. Tính Toán Thông Số Đai Thang
Lực kéo băng tải F = 1400 N là cơ sở để chọn tiết diện đai. Khoảng cách trục a được chọn phù hợp với kích thước tổng thể. Xác định số đai dựa trên công suất từng đai và công suất cần truyền. Lực căng ban đầu F0 được tính toán để đảm bảo không trượt đai. Kiểm tra ứng suất trong đai không vượt quá giới hạn cho phép.
3.2. Thiết Kế Bánh Răng Trụ Đồng Trục
Module bánh răng được chọn từ chuẩn tiêu (m = 2, 2.5, 3, 4...). Số răng bánh pinion n1 và bánh bánh xe n2 tính từ tỷ số truyền i = n2/n1. Khoảng cách trục sơ bộ: a = (m(n1+n2))/2. Kiểm tra ứng suất uốn và ứng suất bề mặt không vượt quá giới hạn cho phép của vật liệu chọn.
IV. Thiết Kế Trục Chọn Ổ Lăn Và Hoàn Thiện Chi Tiết
Tính toán trục là giai đoạn quan trọng để đảm bảo độ bền và an toàn. Các lực tác dụng lên trục bao gồm lực từ bánh răng, đai thang, và những chi tiết lắp ghép khác. Đường kính trục được xác định dựa trên ứng suất kéo-nén và ứng suất xoắn theo điều kiện bền: σ ≤ [σ]. Ổ lăn được chọn dựa trên tải trọng động tương đương và tuổi thọ mong muốn. Khớp nối đàn hồi được chọn để hạn chế rung động và sai khéo. Thiết kế chi tiết bao gồm chốt định vị, bu lông vòng, hệ thống bôi trơn bằng dầu, và các chi tiết khác đảm bảo hoạt động bền vững.
4.1. Tính Toán Và Chọn Ổ Lăn
Tải trọng động tương đương P được tính từ tải trọng radi và axial. Tuổi thọ ổ lăn: Lh = (C/P)³ × 10⁶ vòng quay. Từ tuổi thọ yêu cầu 13000 giờ, chọn ổ lăn tiêu chuẩn phù hợp. Dung sai lắp ghép ổ lăn được chọn theo tiêu chuẩn ISO để đảm bảo vừa chặt và có độ chính xác cao.
4.2. Thiết Kế Vỏ Hộp Và Hệ Thống Bôi Trơn
Vỏ hộp giảm tốc được thiết kế đủ dung tích để chứa dầu bôi trơn. Kiểm tra mức dầu bằng kính ngắm hoặc que đo. Bôi trơn cho bánh răng trụ bằng dầu thanh; cho ổ lăn bằng mỡ bôi trơn. Lắp bánh răng lên trục phải tuân thủ dung sai lắp ghép để đảm bảo không bị trượt hay quá chặt.
