Luận Văn: Nghiên Cứu Thiết Kế Và Chế Tạo Hộp Giảm Tốc Hành Tinh Ứng Dụng Trong Băng Tải Công Nghiệp

Luận văn nghiên cứu thiết kế chế tạo hộp giảm tốc hành tinh ứng dụng trong thiết bị băng tải công nghiệp, đảm bảo hiệu suất và độ bền cao.

• Tác giả: Phạm Văn Quế
• Trường học: Viện Nghiên Cứu Cơ Khí
• Chuyên ngành: Cơ khí
• Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tinh trong các thiết bị băng tải công nghiệp
• Loại tài liệu: báo cáo tổng kết đề tài cấp bộ
• Năm xuất bản: 2008
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về hộp giảm tốc hành tinh và ứng dụng trong băng tải công nghiệp

Hộp giảm tốc hành tinh là một bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền động của các thiết bị công nghiệp, đặc biệt là băng tải công nghiệp. Nghiên cứu này tập trung vào việc thiết kế và chế tạo hộp giảm tốc hành tinh để tối ưu hóa hiệu suất và độ bền của băng tải. Hộp giảm tốc hành tinh được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như xi măng, hóa chất, và khai thác mỏ nhờ khả năng giảm tốc độ và tăng mô-men xoắn một cách hiệu quả. Nghiên cứu này nhằm mục đích giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhập khẩu và nâng cao năng lực cơ khí chế tạo trong nước.

1.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng hộp giảm tốc hành tinh

Trên thế giới, các hãng lớn như ASEA, NORD, và General Motor đã phát triển nhiều loại hộp giảm tốc với kết cấu nhỏ gọn và hiệu suất cao. Tuy nhiên, tại Việt Nam, việc nghiên cứu và sản xuất hộp giảm tốc hành tinh vẫn còn hạn chế, chủ yếu phụ thuộc vào nhập khẩu. Nghiên cứu này tập trung vào việc thiết kế và chế tạo hộp giảm tốc hành tinh phù hợp với các băng tải công nghiệp trong nước, nhằm giảm chi phí và nâng cao hiệu quả kinh tế.

1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hộp giảm tốc hành tinh

Hộp giảm tốc hành tinh bao gồm các bánh răng trung tâm, bánh răng vệ tinh, và cần dẫn động. Khác với các loại hộp giảm tốc thông thường, hộp giảm tốc hành tinh có kết cấu gọn nhẹ và khả năng truyền động mạnh mẽ nhờ sử dụng bánh răng ăn khớp trong. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa kết cấu và công nghệ chế tạo để đảm bảo độ bền và hiệu suất cao trong các điều kiện làm việc khắc nghiệt.

II. Thiết kế và tính toán hộp giảm tốc hành tinh

Phần này tập trung vào việc thiết kế và tính toán các thông số kỹ thuật của hộp giảm tốc hành tinh để đảm bảo hiệu suất và độ bền khi làm việc trong băng tải công nghiệp. Các yếu tố như tỷ số truyền, độ bền tiếp xúc, và độ bền uốn của bánh răng được tính toán chi tiết. Nghiên cứu cũng đề xuất các giải pháp để tối ưu hóa kết cấu và công nghệ chế tạo nhằm giảm thiểu chi phí và nâng cao tuổi thọ sản phẩm.

2.1. Tính toán độ bền tiếp xúc và độ bền uốn của bánh răng

Độ bền tiếp xúc và độ bền uốn của các bánh răng trong hộp giảm tốc hành tinh được tính toán dựa trên các thông số vật liệu và điều kiện làm việc. Vật liệu thép 40X được lựa chọn để chế tạo bánh răng nhờ độ bền và khả năng chịu tải cao. Các công thức tính toán được áp dụng để đảm bảo rằng hộp giảm tốc có thể hoạt động ổn định trong thời gian dài.

2.2. Tối ưu hóa kết cấu và tỷ số truyền

Nghiên cứu đề xuất các giải pháp để tối ưu hóa kết cấu của hộp giảm tốc hành tinh, bao gồm việc lựa chọn tỷ số truyền phù hợp và cải tiến công nghệ chế tạo. Việc sử dụng các bánh răng ăn khớp trong và cải tiến thiết kế giúp giảm kích thước và khối lượng của hộp giảm tốc, đồng thời nâng cao hiệu suất và độ bền.

III. Chế tạo và thử nghiệm hộp giảm tốc hành tinh

Phần này mô tả quy trình chế tạo và thử nghiệm hộp giảm tốc hành tinh trong điều kiện thực tế. Các chi tiết như trục răng, vành răng, và vỏ hộp được chế tạo theo quy trình công nghệ tiên tiến. Sản phẩm thử nghiệm được vận hành và đánh giá tại Công ty CP xi măng Bỉm Sơn để đảm bảo chất lượng và hiệu suất.

3.1. Quy trình công nghệ chế tạo

Quy trình chế tạo hộp giảm tốc hành tinh bao gồm các bước gia công trục răng, vành răng, và lắp ráp các chi tiết. Các công nghệ hiện đại như gia công CNC và hàn chính xác được áp dụng để đảm bảo độ chính xác và độ bền của sản phẩm. Nghiên cứu cũng đề xuất các cải tiến trong quy trình để giảm thiểu thời gian và chi phí sản xuất.

3.2. Thử nghiệm và đánh giá sản phẩm

Sản phẩm hộp giảm tốc hành tinh được thử nghiệm trong điều kiện làm việc thực tế tại Công ty CP xi măng Bỉm Sơn. Các thông số như hiệu suất, độ ồn, và độ bền được đánh giá để đảm bảo rằng sản phẩm đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và có thể ứng dụng rộng rãi trong các băng tải công nghiệp.

IV. Kết luận và đề xuất

Nghiên cứu đã thành công trong việc thiết kế và chế tạo hộp giảm tốc hành tinh phù hợp với các băng tải công nghiệp trong nước. Sản phẩm có kết cấu gọn nhẹ, hiệu suất cao, và độ bền tốt, đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế. Nghiên cứu cũng đề xuất các giải pháp để tiếp tục cải tiến công nghệ chế tạo và mở rộng ứng dụng của hộp giảm tốc hành tinh trong các ngành công nghiệp khác.

4.1. Kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu đã chứng minh rằng hộp giảm tốc hành tinh được thiết kế và chế tạo trong nước có thể đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế, giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhập khẩu. Sản phẩm có hiệu suất cao và độ bền tốt, phù hợp với các băng tải công nghiệp trong các ngành xi măng, hóa chất, và khai thác mỏ.

4.2. Đề xuất hướng phát triển

Nghiên cứu đề xuất tiếp tục cải tiến công nghệ chế tạo và mở rộng ứng dụng của hộp giảm tốc hành tinh trong các ngành công nghiệp khác như năng lượng và giao thông. Việc đầu tư vào nghiên cứu và phát triển sẽ giúp nâng cao năng lực cơ khí chế tạo trong nước và thúc đẩy sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề : Hiện nay việc vận chuyên vật liệu bằng hệ thống băng tải rất phổ biến ở các nhà máy công nghiệp. Với năng suất vận chuyền cao và làm việc ổn định thi hệ thống vận chuyền vật liệu bằng băng tải là tối ưu trong công nghiệp. Song song với việc làm việc đạt năng suất thì kết cấu của hệ thống nhỏ gọn cũng là một điểm cần thiết trong thiết kế. Hệ thống vận chuyền vật liệu bằng băng tải có sơ đồ như (hình I.

Pham Van Qué - TT. GCAL-NARIME/2008 12 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tỉnh trong các thiết bị băng tải công nghiệp ” 2 C2 | Pp ỐT Hình I.2:1- Cửa tháo liệu; 2- Tang chủ động; 3- Con lăn; 4- Tang căng băng; 8 5 - Băng cao su vận chuyển; 6- Phễu tiếp liệu; 7- Tang bị dong; 8- Đối trọng làm căng băng. Để giám không gian lắp đặt nhà thiết kế đưa ra hệ thống tang chủ động có kết cấu gọn nhẹ, hợp lý mà vẫn đảm bảo được năng suất làm việc và tốc độ của bưng tải. Hệ thống tang chủ động này gồm cụm động cơ và hộp giảm tốc hành tinh được thiết kế lắp ghép đồng bộ vào trong ruột vỏ tang.

Kết cấu cụm tang chủ động như (hình L.3) : 1 2 4 7 14 11 12 14 1: 1 17 ID [_[ => SG NA SS ⁄ Se LEFF op Hình I.3:1- Trục tang; 2- Nắp hãm; 3- Vòng bít làm kín; 4- Vòng đệm; 5- Bu lông; 6- Vòng hãm; 7- Gioăng làm kin; 8- Vong bi; 9- Gối trục; I0- Gioăng làm kin; 11- Vo tang; 12- Bu lông; 13- Vòng đệm; 14- Động cơ; I5- Hộp giảm tốc hành tinh; 16- Vành răng: 17- Trục tang. Pham Van Qué - TT. GCAL-NARIME/2008 13 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tỉnh trong các thiết bị băng tải công nghiệp ” Yêu cầu đặt ra là cụm hộp giảm tốc hành tinh thiết kế phải đảm bảo được tỉ số truyền đề tang chủ động quay đạt vận tốc, đảm bảo công suất tải và làm việc ổn định trong hệ thống băng tải. Đề tài ” Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tỉnh trong các thiết bị băng tải công nghiệp ” do Trung tâm Gia công áp lực — Viện nghiên cứu cơ khí thực hiện nhằm mục tiêu: - Thiết kế hộp giảm tốc đảm bảo được tỉ số truyền.

- Đảm bảo độ bền của các bánh răng khi làm việc có tải. - Đảm bảo kích thước để có thể lắp được cả hộp giảm tốc trong vỏ tang. - Tính toán chọn công suất động cơ để hệ thống băng tải làm việc đạt năng suất thiết kế. - Nghiên cứu công nghệ chế tạo từng chỉ tiết của hộp giảm tốc hành tỉnh trong các thiết bị băng tải công nghiệp.

- Chế tạo, chạy thử sau đó đưa vào sử dụng và đánh giá chất lượng sản phẩm theo tiêu chí chất lượng đã đề ra. + Kết cấu hộp giảm tốc hành tỉnh của các thiết bị băng tải công nghiệp (hình 1. Pham Van Qué - TT. GCAL-NARIME/2008 14 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tỉnh trong các thiết bị băng tải công nghiệp ” Hình I.4:1- Vỏ hộp giảm tốc; 2- Bánh răng sỐ 1;3- Đầu trục động cơ; 4- Vòng phanh;5- Bánh răng số 2; 6- Bánh răng số 3; 7- Trục răng số 4; 8- Vong bị; 9- Bánh răng số 5; 10- Trục ra hộp giảm tốc; 11- Vành răng số 6; 12- Vòng phanh.

Pham Van Qué - TT. GCAL-NARIME/2008 15 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tỉnh trong các thiết bị băng tải công nghiệp ” CHƯƠNG II TÍNH TOÁN, THIẾT KE HOP GIAM TOC BANH RANG HANH TINH I. Tính toán, kiếm nghiệm về độ bền tiếp xúc, độ bền uốn của cặp bánh răng lvà 2. Xác dịnh ứng suất cho phép: Theo mẫu thiết kế vật liệu chế tạo bánh răng là thép 40X tôi cải thiện đạt độ rắn HB260+280 có giới hạn bền øy=950 MPa, giới hạn chảy ơø¿=700 MPa.

Taco: 6%,,,, =2HB+ 70; Sy=1,1; 0%,,,, = 1,8HB ; Sp = 1,75. Chọn độ rắn bánh nhỏ HB; = 245; độ rắn bánh lớn HB; = 230, khi đó G?„„ = 2HB¡ + 70 = 560Mpa ; ø?„„, = 1,8HB¡= 441 Mpa. G„„› = 2HB;+ 70 = 530Mpa ; ø?„„; = 1,8HB; = 414 Mpa.5) [1] Nuo = 30 HB**, do d6 Nujor= 30.2a) [1]với bộ truyền quay một chiều Kyc = 1 ta được: CNDT - KS. Pham Van Qué - TT.

GCAL-NARIME/2008 16 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tỉnh trong các thiết bị băng tải công nghiệp ” [or] = 441. ung suat quá tải cho phép: Theo (6. Xác định các thông số của cặp bánh răng. Ta có : Công suất P = 2,2 KW, Số vòng quay n = 1400 v/phút Tỉ số truyền u=2,1 Xác định sơ bộ khoảng cách trục: Theo (6.15a) [1]: ayi=Kau+l)¿L 7“ — [11] [oy Puy, Trong đó K, là hệ số phụ thuộc vật liệu của cặp bánh răng và loại răng.5 [1] ta có Kạ = 43 T là momen xoắn trên bánh chủ động : T = 9,55.

[ơu] là ứng suất tiếp xúc cho phép : [oy] = 496 Mpa u là tỉ số truyền :u= 2,l Woa 1a hé số phụ thuộc vào độ cứng vật liệu tra bảng 6.6 được Wạ = 0,3 Kup là hệ số kế đến sự phân bố không đều của tải trọng trên chiều rộng vành răng khi tính về tiếp xúc: Kus = 1,15. Pham Van Qué - TT. GCAL-NARIME/2008 17 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tỉnh trong các thiết bị băng tải công nghiệp ” Thay các giá trị vào công thức trên ta tính được ay¡ = 64,5 Ta có : m = (0,02: 0,03) aw: = 1,29: 1,9 [IL.8 [1] chon m6 dun phap m¢= 1,5. Chon so bé B = 10° do dé cosB = 0,9848 số răng bánh nhỏ Z, = 2 ay, cosB/[m(ut+1)] = 27,3 {H.

Số răng bánh lớn: Zy =u. Vậy góc nghiêng của răng sẽ là cosB = m(Z; + Zp )/(2ayi) = 0,978 {H.4] Vậy B = 12922°51”° awo = 0,5m(Z,+Z,) = 63 mm. Do đó phải dịch chỉnh bánh răng. Tính hệ số dịch tâm: & = ayi/m - 0,5(Z; + Zo) = 64,5/1,5 - 0,5(27 + 57) = 1 {I.5] Mặt khác : ky = 10006/Zr =1000.10a [1] ta có ky =1,02, theo (6.24) [1] ta có hệ số giảm đỉnh răng.25) [1]téng hệ số dịch chỉnh: CNDT - KS.

Pham Van Qué - TT. GCAL-NARIME/2008 18 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tỉnh trong các thiết bị băng tải công nghiệp ” xp=§+ AE =1 + 0,09 = 1,09.26) hé số dịch chinh banh 1: x, = 0,5 [xr — (Z2 — Z1) Š/zr] = 0,5 [1,09 — (57 - 27)1/(57+27)] = 0,37 Hệ số dịch chỉnh bánh 2: Xa = Xr— Xị = 1,09 - 0,37 = 0,72. Kiếm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc. Ta có công thức tính ứng suất tiếp xúc trên mặt răng làm việc.7] b,, wd yy Zx là hệ số kế đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp -Theo bảng 6.5 [1] ta co: Zw=274MPa'° Z¡ là hệ số kế đến hình dạng bề mặt tiếp xúc.

là hệ số kể đến sự trùng khớp của răng. sp là hệ số trùng khớp đọc. Pham Van Qué - TT. GCAL-NARIME/2008 19 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tỉnh trong các thiết bị băng tải công nghiệp ” do đó theo (6.

7 G 2) 8 Gs >| ; 1 42 &, lahé số trùng khớp ngang. -Đường kính vòng lăn bánh nhỏ: đựi= 2avi/(0mịt1) = 2. Với v = 3,04 m/s theo bang 6.13 [1]ding cap ching xác 9.14 [1] voi cấp chính xác 9 và 2,5 (m/s) < v < 5 (m/s) ta được Kya = 1,16.42) [1]: Ta có: vy =Sygov Ja, /u,, = 0,002.3,04 /64,5/2,11= 2,454 ðu là hệ số kế đến ảnh hương của các sai sô ăn khớp. go là hệ sốkê đến ảnh hưởng của sai lệch các bưởcăng bánh 1 và bánh 2 Trong đó: theo bảng 6.

Do do theo (6. Pham Van Qué - TT. GCAL-NARIME/2008 20 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tỉnh trong các thiết bị băng tải công nghiệp ” Kyy la hé số kế đén tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp.39) [I] ta có: Ku= KipKusKuv = L,15.1,05 = 1,4 Ky la hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc Kup la hé số kế đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng. Ku„ hệ số kế đến sự phân bố không đều tải trong cho các đôi răng đồng thời ăn khớp.

Thay các giá trị vừa tính được vào (*) ta được : _ 27K, (ut+l) — 2.0,77, 22) = 498 M THỊ, (Mến b, ud, 0,3.41,5° pa -Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép : Theo (6.1) [I]với v = 3,04 m/s < 5 m/s, Zy = 1; voi cap chính xác động học là 9, chọn cấp chính xác về mức tiếp xúc là 8, khi đó cần gia công đạt độ nhám R,=2,5.1,25,do dd Zr= 0,95;véi dạ<700 mm,K¿„¡ =l,do đó theo (6. Ta thấy : Ønx > [GØng| do đó ta phải tăng khoảng cách trục hoặc tăng độ cứng mặt răng.Do ta không thể tăng khoảng cách trục nên ta tôi cải thiện tăng độ cứng mặt răng cao hơn: Độ rắn bánh răng nhỏ là 280 Mpa, độ rắn bánh lớn là 265 Mpa. Lúc đó ứng suất tiếp xúc cho phép 1a: [on] = 531 Mpa. Vậy GØuw< [ơu„] thỏa mãn điều kiện bền.

Pham Van Qué - TT. GCAL-NARIME/2008 21 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tỉnh trong các thiết bị băng tải công nghiệp ” I. Kiếm nghiệm răng về độ bền uốn.43) [1] ta có : OF 1uén— 2T¡.7 [1], Keg = 1,32 ;theo bang 6.14 vi 2,5m/s< v < 5m/s va cap chính xác 9 ,Kro = 1,4 ; theo (6.47) [1] ve = Spgov fa, /u = 0,006.3,04 [645/211 = 7,36 Trong đó : theo bảng 6.1,4) =1,1 Do do Kp = Kgp. Số răng tương đương : Zy1 = Z,/cos’ B = 27/ 0,932 = 29.18 [1] ta duge : Yr; = 3,8 ; Yo = 3,62.

Với m = 1,5 ; Ys = 1,08 — 0,06951n(1,5) = 0,972 ; Yp = 1 (Banh rang phay) ; K = I (dạ < 400mm), do đó theo (6. Pham Van Qué - TT. GCAL-NARIME/2008 22 Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc hành tỉnh trong các thiết bị băng tải công nghiệp ” Tương tự tính được [Grs luáa = 230 Mpa. Thay các giá trị vừa tính được vào công thức trên : Grtuán= 2.41,5) = 158 Mpa Grluốn < [Ørt luán thoả mãn điều kiện bền r2uón = Ơrluén.

Y r2/Yr¡ = L51 Mpa Gr2uón < [Gra luán thoả mãn điều kiện bên. Ta có các thông số kích thước của bộ truyền. Khoảng cách trục ay = 64,5. Modun phap m=1,5 mm Ti sé truyén u=2,11.

Goc nghiéng cua rang B= 1202251”?