Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Tính toán và thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí là một nội dung kỹ thuật trọng tâm trong chương trình đào tạo kỹ sư và cử nhân kỹ thuật ngành cơ khí. Đề tài được thực hiện dưới dạng đồ án môn học / bài tập lớn Chi tiết máy tại Khoa Cơ khí Động lực, Trường Cao đẳng Kỹ thuật Cao Thắng (TP. Hồ Chí Minh), do sinh viên Nguyễn Văn Tiếp thực hiện dưới sự hướng dẫn của giảng viên Nguyễn Thị Thanh Hải và Trịnh Văn Quốc.

Mục tiêu chính của đề tài là tính toán, lựa chọn và thiết kế toàn bộ hệ dẫn động cơ khí hoàn chỉnh cho cơ cấu băng tải công nghiệp dựa trên các chỉ tiêu về khả năng làm việc, độ bền kết cấu, khả năng chế tạo và lắp ráp thực tế. Cụ thể, nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật (Đề số 01, Phương án 30) bao gồm các yêu cầu và thông số ban đầu sau:

  1. Thông số tải trọng và vận tốc của cơ cấu chấp hành (băng tải):

    • Lực tiếp tuyến trên băng tải: $P = 1300\text{ N}$.
    • Vận tốc tiếp tuyến của băng tải: $V = 2,4\text{ m/s}$.
    • Đường kính tang băng tải: $D = 290\text{ mm}$.

  2. Chế độ và điều kiện vận hành:

    • Thời gian làm việc của hệ thống: $T = 5\text{ năm}$.
    • Chế độ ca: $C = 2\text{ ca/ngày}$, mỗi ca làm việc $X = 8\text{ giờ}$.
    • Số ngày làm việc trong một năm: $N = 300\text{ ngày/năm}$.
    • Tổng thời gian phục vụ quy đổi: $T_{\text{tổng}} = 5 \times 300 \times 2 \times 8 = 24.000\text{ giờ}$.
    • Đặc tính tải trọng: Tải trọng ổn định, có va đập nhẹ, truyền động một chiều.

  3. Phạm vi đối tượng nghiên cứu:

    • Hệ thống dẫn động bao gồm 5 cụm chi tiết cơ bản: Động cơ điện (1) $\rightarrow$ Bộ truyền ngoài hộp (đai thang) (2) $\rightarrow$ Hộp giảm tốc 1 cấp bánh răng trụ răng nghiêng (3) $\rightarrow$ Khớp nối trục (4) $\rightarrow$ Tang và băng tải (5).
    • Sản phẩm nghiên cứu bao gồm bản thuyết minh tính toán chi tiết và bản vẽ lắp toàn bộ cụm hộp giảm tốc.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và tài liệu tham khảo tiêu chuẩn

Đề tài sử dụng hệ thống lý thuyết chuẩn tắc trong ngành cơ khí chế tạo máy tại Việt Nam, dựa trên các tài liệu chuyên ngành:

  • Giáo trình Chi tiết máy: Lý thuyết độ bền tiếp xúc, độ bền uốn của bộ truyền bánh răng; lý thuyết ma sát và góc ôm bộ truyền đai; tính toán tải trọng mỏi và độ bền tĩnh của trục.
  • Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí: Phương pháp phân phối tỉ số truyền, lựa chọn công suất động cơ, thiết kế hình học bộ truyền và kết cấu vỏ hộp.
  • Dung sai và lắp ghép: Tiêu chuẩn chọn mối ghép, cấp chính xác chế tạo, dung sai lắp ổ lăn, then và bánh răng.
  • Nguyên lý máy: Động học và động lực học cơ cấu truyền dẫn.

Phương pháp tính toán và thiết kế kỹ thuật

Tác giả đã áp dụng quy trình tính toán kỹ thuật tuần tự thông qua các phương pháp cụ thể:

  • Phương pháp cân bằng công suất và hiệu suất: Xác định công suất cần thiết trên trục động cơ từ công suất có ích trên tang tải qua tích hiệu suất của các khâu nối tiếp ($\eta_{\text{ch}} = \eta_{\text{đ}} \cdot \eta_{\text{br}} \cdot \eta_{\text{ol}}^3 \cdot \eta_{\text{nt}}$).
  • Phương pháp phân tích động học: Xác định số vòng quay các trục, tính tỉ số truyền chung và tối ưu hóa việc phân chia tỉ số truyền giữa bộ truyền ngoài (đai) và bộ truyền trong hộp (bánh răng).
  • Phương pháp tính toán độ bền chi tiết máy:
    • Thiết kế đai theo chỉ tiêu ứng suất kéo và trượt hình học, kiểm nghiệm góc ôm $\alpha_1 \ge 120^\circ$ và số đai $Z$.
    • Thiết kế bánh răng trụ răng nghiêng theo độ bền tiếp xúc mỏi mặt răng $[\sigma]{\text{tx}}$ và kiểm nghiệm theo độ bền uốn chân răng $[\sigma]{\text{u}}$.
  • Phương pháp tĩnh học công trình và sức bền vật liệu: Tách trục thành các hệ lực không gian, chuyển đổi về hai mặt phẳng tọa độ trực giao ($YOZ$ và $XOZ$), lập phương trình cân bằng mômen và lực cắt để tìm phản lực liên kết gối đỡ, xác định mômen uốn tổng $M_{\text{u}}$, mômen xoắn $M_{\text{z}}$ và mômen tương đương $M_{\text{tđ}}$ tại các tiết diện nguy hiểm.
  • Phương pháp kiểm nghiệm mối ghép then và ổ lăn: Kiểm nghiệm ứng suất dập $[\sigma]{\text{d}}$ và ứng suất cắt $[\tau]{\text{c}}$ của mối ghép then bằng; lựa chọn kích thước ổ lăn đỡ chặn theo đường kính ngõng trục và khả năng chịu lực hướng tâm/dọc trục.

Nội dung chính theo từng chương

Lời nói đầu và Phần giới thiệu đề tài

Tác giả khái quát tầm quan trọng của việc thiết kế hệ thống cơ khí đối với sinh viên chuyên ngành chế tạo máy. Phần này xác định cấu trúc toàn bộ đồ án, nêu rõ các thông số kỹ thuật đầu vào theo Đề số 01 - Phương án 30, đồng thời phác thảo sơ đồ nguyên lý truyền động từ động cơ đến băng tải.

Chương 1: Chọn Động Cơ Điện

Nội dung chương 1 tập trung vào việc tính toán nhu cầu năng lượng của hệ thống nhằm chọn model động cơ tiêu chuẩn:

  • Công suất có ích trên trục tang băng tải: $$N_t = \frac{P \cdot V}{1000} = \frac{1300 \cdot 2,4}{1000} = 3,12\text{ kW}$$
  • Hiệu suất tổng thể của hệ thống truyền động (tra Bảng 2-1): $$\eta_{\text{ch}} = \eta_{\text{ĐD}} \cdot \eta_{\text{BRT}} \cdot \eta_{\text{OL}}^3 \cdot \eta_{\text{NT}} = 0,87$$
  • Công suất cần thiết trên trục động cơ: $$N_{\text{ct}} = \frac{N_t}{\eta_{\text{ch}}} = \frac{3,12}{0,87} \approx 3,59\text{ kW}$$
  • Tra bảng động cơ điện tiêu chuẩn (Bảng 2-2), tác giả lựa chọn động cơ điện ba pha không đồng bộ:
    • Ký hiệu: A02-42-4
    • Công suất định mức: $N_{\text{đc}} = 5,5\text{ kW}$
    • Tốc độ quay định mức: $n_{\text{đc}} = 1450\text{ vòng/phút}$
    • Hiệu suất: $\eta_{\text{đc}} = 88%$
    • Công suất làm việc thực tế: $N_{\text{lv}} = N_{\text{đc}} \cdot 0,88 = 4,84\text{ kW}$ (thỏa mãn điều kiện $N_{\text{lv}} \ge N_{\text{ct}} = 3,59\text{ kW}$).

Chương 2: Phân Phối Tỉ Số Truyền và Lập Bảng Số liệu

Chương này thực hiện phân phối tỉ số truyền giữa các bộ truyền nối tiếp và xác định thông số động học, lực học trên từng trục:

  • Tốc độ quay của trục tang băng tải: $n_t = 158,06\text{ vòng/phút}$.
  • Tỉ số truyền chung của hệ thống: $$i_{\text{ch}} = \frac{n_{\text{đc}}}{n_t} = \frac{1450}{158,06} \approx 9,17$$
  • Phân phối tỉ số truyền: Chọn tỉ số truyền hộp giảm tốc bánh răng trụ răng nghiêng $i_{\text{BRT}} = 3$, từ đó suy ra tỉ số truyền bộ truyền đai ngoài $i_{\text{Đ}} = \frac{i_{\text{ch}}}{i_{\text{BRT}}} = \frac{9,17}{3} = 3,06$.
Thông số Trục động cơ Trục I (Trục vào HGT) Trục II (Trục ra HGT) Trục III (Tang băng tải)
Tỉ số truyền ($i$) - $i_{\text{Đ}} = 3,06$ (chọn 3,1) $i_{\text{BRT}} = 3$ $i_{\text{KN}} = 1$
Tốc độ quay ($n$, vg/ph) 1450 473,86 157,95 157,95
Công suất ($N$, kW) 3,59 3,34 3,18 3,12

Chương 3: Tính Các Bộ Truyền

1. Bộ truyền đai thang ngoài hộp

Tác giả so sánh hai phương án sử dụng đai loại O và đai loại A:

  • Đai loại O: Kích thước mặt cắt $a=10\text{ mm}, h=6\text{ mm}, F=47\text{ mm}^2$. Đường kính bánh nhỏ $D_1 = 110\text{ mm}$, bánh lớn $D_2 = 320\text{ mm}$. Khoảng cách trục $A = 304,34\text{ mm}$, chiều dài đai $L = 1320\text{ mm}$. Khi kiểm tra số lượng đai cần thiết, tính ra $Z = 7,63$ sợi (vượt quá giới hạn cho phép của kết cấu đai loại O).
  • Đai loại A (Được chọn): Kích thước mặt cắt $a=13\text{ mm}, h=8\text{ mm}, F=81\text{ mm}^2$. Đường kính bánh nhỏ $D_1 = 150\text{ mm}$, bánh lớn chọn theo tiêu chuẩn $D_2 = 450\text{ mm}$.
    • Khoảng cách trục chính xác: $A = 454,23\text{ mm}$.
    • Chiều dài dây đai tiêu chuẩn: $L = 1900\text{ mm}$.
    • Vận tốc đai: $v = 11,38\text{ m/s} \le (30 \div 35)\text{ m/s}$.
    • Góc ôm trên bánh đai nhỏ: $\alpha_1 = 142^\circ \ge 120^\circ$.
    • Số lượng dây đai: $Z = 3,22 \rightarrow$ chọn $Z = 4\text{ sợi}$.
    • Chiều rộng bánh đai: $B = (Z - 1)t + 2S = (4 - 1) \cdot 15 + 2 \cdot 10 = 68\text{ mm}$ (với $t=15\text{ mm}, S=10\text{ mm}$).
    • Lực căng ban đầu mỗi đai: $S_0 = 97,2\text{ N}$; Lực tác dụng lên trục: $R = 735,24\text{ N}$.

2. Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng trong hộp

  • Vật liệu chế tạo:
    • Bánh nhỏ (bánh dẫn): Thép 45 tôi thường, $\sigma_{\text{b}} = 580\text{ N/mm}^2, \sigma_{\text{ch}} = 290\text{ N/mm}^2, HB_1 = 200$.
    • Bánh lớn (bánh bị dẫn): Thép 35, $\sigma_{\text{b}} = 480\text{ N/mm}^2, \sigma_{\text{ch}} = 240\text{ N/mm}^2, HB_2 = 170$.
  • Xác định ứng suất cho phép: $[\sigma]{\text{u1}} = 138,89\text{ N/mm}^2, [\sigma]{\text{u2}} = 116,67\text{ N/mm}^2$.
  • Thông số hình học và kích thước bộ truyền:
    • Khoảng cách trục: $A = 142\text{ mm}$ (sau khi hiệu chỉnh theo hệ số tải trọng $K = 1,45$).
    • Môđun pháp: $m_n = 2\text{ mm}$.
    • Số răng: Bánh nhỏ $Z_1 = 35\text{ răng}$, Bánh lớn $Z_2 = 105\text{ răng}$. Tổng số răng $Z_t = 139\text{ răng}$ (thực tế $35+105=140$).
    • Góc nghiêng răng chính xác: $\beta = 9,4^\circ$ ($9^\circ 24'$).
    • Chiều rộng vành răng: Bánh dẫn $b_1 = 64\text{ mm}$, Bánh bị dẫn $b_2 = 57\text{ mm}$.
    • Đường kính vòng chia: $d_1 = 70,95\text{ mm}, d_2 = 212,86\text{ mm}$.
    • Đường kính vòng đỉnh: $d_{a1} = 74,95\text{ mm}, d_{a2} = 216,86\text{ mm}$.
    • Đường kính vòng chân: $d_{f1} = 65,95\text{ mm}, d_{f2} = 207,86\text{ mm}$.
  • Kiểm nghiệm bền uốn:
    • Bánh nhỏ: $\sigma_{\text{u1}} = 30,51\text{ N/mm}^2 < [\sigma]_{\text{u1}} = 138,89\text{ N/mm}^2$.
    • Bánh lớn: $\sigma_{\text{u2}} = 27,09\text{ N/mm}^2 < [\sigma]_{\text{u2}} = 116,67\text{ N/mm}^2$.
  • Lực tác dụng khi ăn khớp:
    • Lực tiếp tuyến: $P_1 = P_2 = 2751,35\text{ N}$.
    • Lực hướng tâm: $P_{r1} = P_{r2} = 1015,04\text{ N}$.
    • Lực dọc trục: $P_{a1} = P_{a2} = 455,48\text{ N}$.

Chương 4: Tính Toán Thiết Kế Trục

Chương 4 thực hiện thiết kế chi tiết trục I (trục vào) và trục II (trục ra) của hộp giảm tốc:

  • Vật liệu trục: Thép cacbon có giới hạn bền $\sigma_{\text{b}} = 400\text{ N/mm}^2$, ứng suất xoắn cho phép $[\sigma]_{\text{u}} = 70\text{ N/mm}^2$.
  • Đường kính sơ bộ:
    • Trục I: $d_{\text{sbI}} = 25\text{ mm}$ (chọn ổ lăn sơ bộ 46106 kích thước $d=25\text{ mm}, D=47\text{ mm}, B=12\text{ mm}$).
    • Trục II: $d_{\text{sbII}} = 35\text{ mm}$ (chọn ổ lăn sơ bộ 46107 kích thước $d=35\text{ mm}, D=62\text{ mm}, B=14\text{ mm}$).
  • Xác định khoảng cách đặt lực: Căn cứ vào chiều rộng ổ lăn, chiều rộng bánh răng và khe hở vỏ hộp, tính ra các đoạn kích thước nhịp đỡ: Trục I có khoảng cách công-xôn $a = 54,25\text{ mm}$, khoảng cách gối đỡ $b = 59\text{ mm}, c = 59\text{ mm}$.
  • Tính toán nội lực và đường kính gần đúng:
    • Trục I chịu lực căng đai $R_đ = 735,24\text{ N}$ (hoặc 734,24 N) tại đầu trục A, lực ăn khớp ($P_1, P_{r1}, P_{a1}$) tại bánh răng C, và phản lực gối đỡ tại B và D. Mômen xoắn truyền tải: $M_{\text{z1}} = 97604,14\text{ Nmm}$.
      • Tiết diện A (lắp bánh đai): $M_{\text{tđA}} = 84527,66\text{ Nmm} \rightarrow d_A = 22,94\text{ mm}$; tăng 7% do có rãnh then và lấy tiêu chuẩn $d_A = 30\text{ mm}$.
      • Tiết diện B (lắp ổ lăn): $M_{\text{tđB}} = 93442,79\text{ Nmm} \rightarrow d_B = 23,72\text{ mm}$; chọn tiêu chuẩn $d_B = 30\text{ mm}$ và $d_D = 30\text{ mm}$.
      • Tiết diện C (lắp bánh răng): $M_{\text{tđC}} = 130727,31\text{ Nmm} \rightarrow d_C = 26,53\text{ mm}$; tăng 7% do rãnh then và chọn $d_C = 35\text{ mm}$.
    • Trục II chịu lực ăn khớp ($P_2, P_{r2}, P_{a2}$) tại vị trí F, phản lực gối đỡ tại E và G, mômen xoắn truyền tải: $M_{\text{z2}} = 292826,18\text{ Nmm}$.
      • Tiết diện E, G (gối đỡ ổ lăn): $M_{\text{tđE}} = 253594,91\text{ Nmm} \rightarrow d_E = 33,09\text{ mm}$; chọn $d_E = d_G = 35\text{ mm}$.
      • Tiết diện F (lắp bánh răng bị dẫn): $M_{\text{tđF}} = 271723,96\text{ Nmm} \rightarrow d_F = 33,86\text{ mm}$; tăng 7% do rãnh then, chọn $d_F = 40\text{ mm}$.
Trục Tiết diện Đường kính tính toán ($d_{\text{tđ}}$, mm) Đường kính thiết kế ($d$, mm) Chiều dài đoạn trục ($l_d$, mm)
Trục I A (Lắp bánh đai) 22,94 30 27,13
B (Gối đỡ 1) 23,72 30 56,63
C (Lắp bánh răng 1) 26,53 35 59,00
D (Gối đỡ 2) 23,72 30 29,50
Trục II E (Gối đỡ 1) 33,09 35 29,50
F (Lắp bánh răng 2) 33,86 40 59,00
G (Gối đỡ 2) 33,09 35 29,50

Chương 5: Tính Toán Lựa Chọn Ổ Lăn và Chương 6: Tính Toán – Chọn Then

  • Lựa chọn ổ lăn:
    • Trục I ($d=25\text{ mm} \rightarrow 30\text{ mm}$ tại vị trí lắp): Sử dụng ổ bi đỡ chặn ký hiệu 46106.
    • Trục II ($d=35\text{ mm}$ tại vị trí lắp): Sử dụng ổ bi đỡ chặn ký hiệu 46107.
  • Tính toán và kiểm nghiệm then bằng:
    • Ứng suất cho phép của then (tra Bảng 4-12): Ứng suất dập $[\sigma]{\text{d}} = 150\text{ N/mm}^2$, Ứng suất cắt $[\tau]{\text{c}} = 120\text{ N/mm}^2$.
    • Then tại tiết diện A (lắp bánh đai, $d_A=30\text{ mm}$, $M_{\text{z}}=97604,14\text{ Nmm}$):
      • Kích thước tiết diện then (Bảng 4-11): Bề rộng $b = 8\text{ mm}$, chiều cao $h = 7\text{ mm}$, chiều sâu rãnh then trên trục $t = 4\text{ mm}$.
      • Chiều dài then yêu cầu theo điều kiện dập: $l \ge 10,84\text{ mm}$; theo điều kiện cắt: $l \ge 6,78\text{ mm} \rightarrow$ Chọn chiều dài then $l = 30\text{ mm}$.
    • Then tại tiết diện C (lắp bánh răng nhỏ, $d_C=35\text{ mm}$, $M_{\text{z}}=97604,14\text{ Nmm}$):
      • Kích thước tiết diện then: $b = 10\text{ mm}, h = 8\text{ mm}, t = 5\text{ mm}$.
      • Chiều dài then yêu cầu theo điều kiện dập: $l \ge 7,44\text{ mm}$; theo điều kiện cắt: $l \ge 4,65\text{ mm} \rightarrow$ Chọn chiều dài then $l = 35\text{ mm}$.
    • Then tại tiết diện F (lắp bánh răng lớn, $d_F=40\text{ mm}$, $M_{\text{z}}=292826,18\text{ Nmm}$):
      • Kích thước tiết diện then: $b = 12\text{ mm}, h = 8\text{ mm}, t = 5\text{ mm}$.
      • Chiều dài then yêu cầu theo điều kiện dập: $l \ge 19,52\text{ mm}$; theo điều kiện cắt: $l \ge 10,17\text{ mm}$.

Chương 7: Chọn Vỏ Hộp và Các Chi Tiết Phụ

Văn bản xác định các hạng mục thiết kế kết cấu vỏ hộp giảm tốc và các chi tiết phụ trợ:

  • Thiết kế thân và nắp vỏ hộp đúc để đảm bảo độ cứng vững khi chịu tải.
  • Lựa chọn bulông liên kết: bulông nền, bulông ghép nắp và thân hộp, bulông vòng để vận chuyển.
  • Bố trí các chi tiết phụ: nắp quan sát trên đỉnh vỏ hộp, nút thông hơi, que thăm dầu (hoặc mắt chỉ thị dầu), vít tháo dầu ở đáy hộp.
  • Xác định phương pháp bôi trơn bánh răng bằng phương pháp ngâm dầu trong vỏ hộp và phương pháp bôi trơn ổ lăn bằng mỡ bôi trơn kết hợp vòng chắn dầu.
  • Chọn dung sai lắp ghép tiêu chuẩn cho các mối ghép trục - ổ lăn, trục - bánh răng, trục - then và lập bản vẽ lắp tổng thể.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Đồ án triển khai đầy đủ quy trình thiết kế cơ khí cho hệ thống trạm dẫn động băng tải 1 cấp:

  • Kiến trúc truyền động: Kết cấu truyền động hở (bộ truyền đai thang loại A) đóng vai trò giảm tải va đập và bảo vệ quá tải cho động cơ điện $A02-42-4$, tiếp nối với hộp giảm tốc bánh răng trụ răng nghiêng 1 cấp có tỉ số truyền $i=3$ kín hoàn toàn ngâm trong dầu, sau đó truyền động trực tiếp qua khớp nối trục tới trục tang của băng tải.
  • Tính toán tải trọng và động lực học: Toàn bộ hệ thống được tính toán với độ tin cậy cơ học cao, thể hiện qua hệ số an toàn uốn của bánh răng đạt mức cao ($\sigma_{\text{u1}} = 30,51\text{ N/mm}^2 \ll 138,89\text{ N/mm}^2$) và kích thước các trục được gia công tăng đường kính 7% tại các vị trí phay rãnh then để bù đắp sự tập trung ứng suất.
  • Bản vẽ kỹ thuật: Hoàn thiện bản vẽ lắp tổng thể hộp giảm tốc thể hiện mặt cắt ngang, mặt cắt dọc, sự ăn khớp bánh răng, kết cấu gối đỡ ổ bi đỡ chặn, kết cấu chặn dầu và các chi tiết lắp xiết định vị.

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán thiết kế chính

Hạng mục cụm chi tiết Thông số thiết kế chính Giá trị định lượng
Động cơ điện Loại model / Công suất / Tốc độ A02-42-4 / $5,5\text{ kW}$ / $1450\text{ vg/ph}$
Bộ truyền ngoài Loại đai / Số lượng đai ($Z$) Đai thang loại A / $Z = 4\text{ sợi}$
Đường kính bánh đai ($D_1 \times D_2$) $150\text{ mm} \times 450\text{ mm}$
Khoảng cách trục / Chiều dài đai $A = 454,23\text{ mm}$ / $L = 1900\text{ mm}$
Bộ truyền trong hộp Loại bánh răng / Môđun ($m_n$) Bánh răng trụ răng nghiêng / $m_n = 2\text{ mm}$
Số răng ($Z_1 \times Z_2$) / Tỉ số truyền $Z_1 = 35$, $Z_2 = 105$ / $i_{\text{BRT}} = 3$
Góc nghiêng răng ($\beta$) / Khoảng cách trục $\beta = 9,4^\circ$ / $A = 142\text{ mm}$
Chiều rộng vành răng ($b_1 \times b_2$) $64\text{ mm} \times 57\text{ mm}$
Trục I (Trục vào) Đường kính các đoạn ($d_A, d_B, d_C, d_D$) $30\text{ mm}, 30\text{ mm}, 35\text{ mm}, 30\text{ mm}$
Trục II (Trục ra) Đường kính các đoạn ($d_E, d_F, d_G$) $35\text{ mm}, 40\text{ mm}, 35\text{ mm}$
Mối ghép then Then tại A (lắp bánh đai) $b \times h \times t \times l = 8 \times 7 \times 4 \times 30\text{ mm}$
Then tại C (lắp bánh răng dẫn) $b \times h \times t \times l = 10 \times 8 \times 5 \times 35\text{ mm}$
Then tại F (lắp bánh răng bị dẫn) $b \times h \times t = 12 \times 8 \times 5\text{ mm}$
Gối đỡ trục Ổ lăn Trục I / Ổ lăn Trục II Ổ bi đỡ chặn 46106 / Ổ bi đỡ chặn 46107

Đóng góp về mặt học thuật và kỹ thuật

Tác giả đã hoàn thành một bài toán thiết kế cơ khí hoàn chỉnh từ đầu vào động học đến kích thước kết cấu chế tạo. Báo cáo cung cấp đầy đủ các bảng dữ liệu tra cứu trung gian, lập luận rõ ràng việc loại bỏ phương án đai loại O không phù hợp kết cấu và lựa chọn phương án đai loại A tối ưu, đồng thời giải quyết bài toán phân tích lực không gian phức tạp trên hai trục truyền động.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Các phép tính trong thuyết minh dựa trên các công thức bán thực nghiệm và hệ số tra bảng truyền thống trong thiết kế cơ khí; chưa thực hiện mô phỏng số kiểm tra trường ứng suất tập trung bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEA) hoặc tính toán nhiệt động lực học chi tiết cho sự tản nhiệt của dầu bôi trơn trong vỏ hộp.
  • Hướng hoàn thiện:
    • Triển khai đầy đủ các bản vẽ chế tạo chi tiết cho từng bánh răng, trục và vỏ hộp.
    • Bổ sung bước kiểm nghiệm độ võng trục và góc xoay của trục tại các tiết diện lắp ổ để kiểm tra khả năng làm việc lâu dài của ổ bi đỡ chặn.

Giá trị tham khảo

Tài liệu là nguồn tư liệu học thuật chuẩn mực, phục vụ trực tiếp cho:

  • Sinh viên các ngành Kỹ thuật Cơ khí, Kỹ thuật Cơ điện tử, Kỹ thuật Động lực khi thực hiện đồ án môn học Chi tiết máy, Đồ án Thiết kế hệ dẫn động cơ khí hoặc Đồ án tốt nghiệp hệ Cao đẳng và Đại học.
  • Giảng viên và người học cần một ví dụ chi tiết, chuẩn chỉ về từng bước lập biểu thức toán học, tra bảng hệ số tải trọng, tính toán phản lực trục và thiết kế mối ghép then/ổ lăn cho hộp giảm tốc bánh răng trụ 1 cấp.

Câu hỏi thường gặp

1. Động cơ điện được lựa chọn có thông số kỹ thuật như thế nào và dựa trên điều kiện gì?
Động cơ được chọn là model A02-42-4 có công suất định mức $5,5\text{ kW}$, tốc độ quay $1450\text{ vòng/phút}$, hiệu suất $88%$. Động cơ này thỏa mãn điều kiện công suất làm việc thực tế $N_{\text{lv}} = 4,84\text{ kW}$ lớn hơn công suất cần thiết tính toán $N_{\text{ct}} = 3,59\text{ kW}$.

2. Vì sao bộ truyền đai thang loại O bị loại bỏ trong quá trình tính toán?
Khi tính toán bộ truyền đai loại O, số lượng dây đai cần thiết tính ra là $Z = 7,63$ sợi. Số lượng sợi đai quá lớn không đảm bảo điều kiện làm việc đồng đều của các dây đai và làm tăng quá mức chiều rộng bánh đai, do đó tác giả đã chuyển sang chọn đai thang loại A với $Z = 4\text{ sợi}$.

3. Các thông số hình học cơ bản của bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng trong hộp là gì?
Bộ truyền có khoảng cách trục $A = 142\text{ mm}$, môđun pháp $m_n = 2\text{ mm}$, số răng bánh nhỏ $Z_1 = 35$, số răng bánh lớn $Z_2 = 105$, góc nghiêng răng $\beta = 9,4^\circ$, bề rộng vành răng bánh nhỏ $b_1 = 64\text{ mm}$ và bánh lớn $b_2 = 57\text{ mm}$.

4. Đường kính thiết kế tại các vị trí lắp then trên trục I và trục II được xác định như thế nào?
Tại các tiết diện có rãnh then (A, C trên trục I và F trên trục II), đường kính tính toán ban đầu theo mômen tương đương được tăng thêm 7% để bù trừ phần kim loại bị suy giảm do phay rãnh then, sau đó quy chuẩn thành: $d_A = 30\text{ mm}, d_C = 35\text{ mm}$ và $d_F = 40\text{ mm}$.

5. Ổ lăn và then bằng được sử dụng trong hệ thống là những loại nào?
Hệ thống sử dụng ổ bi đỡ chặn ký hiệu 46106 cho trục I ($d=25\text{ mm}$) và ký hiệu 46107 cho trục II ($d=35\text{ mm}$). Then bằng được chọn theo đường kính trục với kích thước tiết diện $8 \times 7\text{ mm}$ (tiết diện A), $10 \times 8\text{ mm}$ (tiết diện C) và $12 \times 8\text{ mm}$ (tiết diện F).

Kết luận

Đồ án "Thiết Kế Hệ Dẫn Động Cơ Khí: Đồ Án Chi Tiết Máy" của sinh viên Nguyễn Văn Tiếp đã hoàn thành đầy đủ các nội dung tính toán thiết kế cho trạm dẫn động băng tải công nghiệp sử dụng hộp giảm tốc bánh răng trụ răng nghiêng 1 cấp kết hợp bộ truyền đai thang loại A. Toàn bộ các chỉ tiêu về động học, động lực học, độ bền mỏi tiếp xúc mặt răng, độ bền uốn chân răng, sức bền trục và mối ghép then đều được kiểm nghiệm thỏa mãn các tiêu chuẩn kỹ thuật cơ khí hiện hành. Bản thuyết minh trình bày chặt chẽ, mạch lạc, cung cấp cơ sở dữ liệu số liệu tính toán chi tiết phục vụ cho công tác chế tạo và lắp ráp thực tế.