Thiết Kế Hệ Dẫn Động Cơ Khí: Đồ Án Chi Tiết và Kinh Nghiệm

Đồ án kỹ thuật nghiên cứu tt tk hệ dẫn động cơ khí, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh giá tính khả thi dự án.

• Tác giả: Nguyễn Nhựt Trường
• Người hướng dẫn: TS. Văn Hữu Thịnh
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Cơ khí
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Dẫn Động Cơ Khí
• Loại tài liệu: Đồ án
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN
• 1.1. Tính công suất trên trục công tác
• 1.2. Xác định sơ bộ số vòng quay của động cơ
• 1.3. Chọn động cơ
• 2. CHƯƠNG 2: PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN
• 2.1. Tỉ số truyền của toàn hệ thống
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN ĐÔNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ
• 3.1. Tính số vòng quay trên các trục
• 3.2. Tính công suất trên các trục
• 3.3. Tính moment trên các trục
• 4. PHẦN I: CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN – PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN
• 5. PHẦN II: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG
• 5.1. Xác định các thông số bộ truyền
• 5.1.1. Tính đường kính 2 trục
• 5.1.2. Chọn sơ bộ khoảng cách trục a
• 5.1.3. Tính chiều dài đai
• 5.1.4. Kiểm nghiệm về điều kiện tuổi thọ
• 5.1.5. Tính chính xác khoảng cách trục a
• 5.1.6. Tính góc ôm trên bánh đai
• 5.1.7. Xác định số đai z
• 5.2. Xác định lực căng ban đầu và lực căng tác dụng lên trục
• 6. PHẦN III: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRONG HỘP GIẢM TỐC
• 6.1. THIẾT KẾ BÁNH RĂNG CẤP NHANH BÁNH TRỤ RĂNG NGHIÊNG
• 6.1.1. Chọn vật liệu
• 6.1.2. Xác định ứng suất cho phép
• 6.1.3. Xác định các thông số cơ bản bộ truyền
• 6.1.3.1. Xác định sơ bộ khoảng cách a w
• 6.1.3.2. Xác định các thông số ăn khớp
• 6.1.3.2.1. Xác định modun m
• 6.1.3.2.2. Xác định số răng và góc nghiêng β
• 6.1.3.3. Kiểm nghiệm răng theo độ bền tiếp xúc
• 6.1.3.4. Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn
• 6.1.3.5. Kiểm nghiệm răng về quá tải
• 6.1.3.6. Các thông số và kích thước bộ truyền răng cấp nhanh
• 6.2. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ BÁNH RĂNG CẤP CHẬM BÁNH TRỤ RĂNG NGHIÊNG
• 6.2.1. Xác định ứng suất cho phép
• 6.2.2. Xác định các thông số cơ bản bộ truyền
• 6.2.2.1. Xác định sơ bộ khoảng cách a w
• 6.2.2.2. Xác định các thông số ăn khớp
• 6.2.2.2.1. Xác định modun m
• 6.2.2.2.2. Xác định số răng và góc nghiêng β
• 6.2.2.3. Kiểm nghiệm răng theo độ bền tiếp xúc
• 6.2.2.4. Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Thiết Kế Hệ Dẫn Động Cơ Khí

Thiết kế hệ dẫn động cơ khí là một lĩnh vực quan trọng trong ngành cơ khí, đóng vai trò quyết định trong việc tối ưu hóa hiệu suất và độ bền của các thiết bị cơ khí. Hệ dẫn động cơ khí bao gồm nhiều thành phần như động cơ, bộ truyền, và các cơ cấu truyền động khác. Việc hiểu rõ nguyên lý hoạt động của hệ dẫn động cơ khí giúp các kỹ sư có thể thiết kế và cải tiến các sản phẩm một cách hiệu quả.

1.1. Nguyên Lý Hoạt Động Của Hệ Dẫn Động Cơ Khí

Hệ dẫn động cơ khí hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển đổi năng lượng từ động cơ thành chuyển động cơ học. Các thành phần chính bao gồm động cơ điện, bộ truyền đai, và bánh răng. Mỗi thành phần đều có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

1.2. Các Loại Hệ Dẫn Động Cơ Khí Phổ Biến

Có nhiều loại hệ dẫn động cơ khí khác nhau, bao gồm hệ dẫn động bằng đai, bánh răng, và trục. Mỗi loại có ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với các ứng dụng khác nhau trong công nghiệp. Việc lựa chọn loại hệ dẫn động phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

II. Vấn Đề Và Thách Thức Trong Thiết Kế Hệ Dẫn Động Cơ Khí

Trong quá trình thiết kế hệ dẫn động cơ khí, có nhiều vấn đề và thách thức cần phải đối mặt. Những thách thức này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất và độ bền của hệ thống. Việc nhận diện và giải quyết kịp thời các vấn đề này là rất quan trọng để đảm bảo sự thành công của dự án.

2.1. Các Vấn Đề Thường Gặp Trong Thiết Kế

Một số vấn đề thường gặp trong thiết kế hệ dẫn động cơ khí bao gồm việc tính toán sai công suất, lựa chọn vật liệu không phù hợp, và thiết kế không tối ưu. Những vấn đề này có thể dẫn đến sự cố trong quá trình vận hành và giảm tuổi thọ của thiết bị.

2.2. Thách Thức Về Kỹ Thuật Và Công Nghệ

Công nghệ ngày càng phát triển, yêu cầu các kỹ sư phải cập nhật kiến thức và kỹ năng mới. Việc áp dụng công nghệ mới vào thiết kế hệ dẫn động cơ khí có thể gặp khó khăn do chi phí đầu tư cao và yêu cầu kỹ thuật phức tạp.

III. Phương Pháp Thiết Kế Hệ Dẫn Động Cơ Khí Hiệu Quả

Để thiết kế hệ dẫn động cơ khí hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp khoa học và công nghệ hiện đại. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng và phân tích giúp tối ưu hóa thiết kế và giảm thiểu rủi ro trong quá trình sản xuất.

3.1. Phương Pháp Tính Toán Công Suất Và Hiệu Suất

Tính toán công suất và hiệu suất là bước quan trọng trong thiết kế hệ dẫn động. Các công thức và phương pháp tính toán cần được áp dụng chính xác để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và tiết kiệm năng lượng.

3.2. Sử Dụng Phần Mềm Mô Phỏng Trong Thiết Kế

Phần mềm mô phỏng giúp các kỹ sư kiểm tra và tối ưu hóa thiết kế trước khi sản xuất. Việc mô phỏng giúp phát hiện sớm các vấn đề tiềm ẩn và giảm thiểu chi phí phát triển sản phẩm.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Hệ Dẫn Động Cơ Khí

Hệ dẫn động cơ khí được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như sản xuất công nghiệp, tự động hóa, và giao thông vận tải. Việc hiểu rõ ứng dụng thực tiễn giúp các kỹ sư có thể thiết kế hệ thống phù hợp với yêu cầu cụ thể của từng ngành.

4.1. Ứng Dụng Trong Ngành Sản Xuất

Trong ngành sản xuất, hệ dẫn động cơ khí được sử dụng để điều khiển máy móc và thiết bị. Việc tối ưu hóa hệ thống dẫn động giúp tăng năng suất và giảm chi phí sản xuất.

4.2. Ứng Dụng Trong Tự Động Hóa

Hệ dẫn động cơ khí đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống tự động hóa. Việc sử dụng các bộ truyền động chính xác giúp cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

V. Kết Luận Và Tương Lai Của Thiết Kế Hệ Dẫn Động Cơ Khí

Thiết kế hệ dẫn động cơ khí là một lĩnh vực đang phát triển mạnh mẽ. Với sự tiến bộ của công nghệ, các kỹ sư có nhiều cơ hội để cải tiến và tối ưu hóa thiết kế. Tương lai của ngành này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều đột phá mới.

5.1. Xu Hướng Phát Triển Trong Ngành Cơ Khí

Ngành cơ khí đang chuyển mình với sự phát triển của công nghệ thông tin và tự động hóa. Việc áp dụng công nghệ mới sẽ giúp nâng cao hiệu suất và giảm thiểu chi phí sản xuất.

5.2. Tương Lai Của Hệ Dẫn Động Cơ Khí

Tương lai của hệ dẫn động cơ khí sẽ tập trung vào việc phát triển các giải pháp tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường. Các nghiên cứu và ứng dụng mới sẽ mở ra nhiều cơ hội cho ngành cơ khí.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1. Tính công suất trên trục công tác Công suất trên trục công tác:. , = = = 3,92 ( ) Công suất tương đương (đẳng vị) trên trục công tác: đ =.

Tính hiệu suất của hệ thống = đ.1, ta có: Hiệu suất bộ truyền đai : = 0,96 (Bộ truyền để hở) Hiệu suất 1 cặp bánh răng trụ : = 0,96 (Bộ truyền được che kín) Hiệu suất nối trục đàn hồi : =1 Hiệu suất 1 cặp ổ lăn : ô = 0,99 1. Công suất cần thiết của trục động cơ đ = = = 3,53 ( ) , 1. Xác định sơ bộ số vòng quay của động cơ Tốc độ quay của trục công tác. SVTH: Nguyễn Nhựt Trường 2 ĐỒ ÁN TT.TK HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: TS.

Văn Hữu Thịnh Hệ truyền động cơ khí có bộ truyền đai thang và hộp giảm tốc khai triển 2 cấp, theo bảng 2.2 ta chọn sơ bộ đ = 2,8; = 10. Tỉ số truyền chung sơ bộ; = đ. Chọn động cơ Động cơ được chọn phải thỏa điều kiện sau: = 3,53( )≤ đ = 5,5( ) đ = = 2375,8 ( / ℎ) = 1,8 ≤ Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ đ = 3000( / ℎ) Theo bảng P1. SVTH: Nguyễn Nhựt Trường 3 ĐỒ ÁN TT.TK HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: TS.

Văn Hữu Thịnh Chương 2. PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 2. Tỉ số truyền của toàn hệ thống đ - Tỉ số truyền chung: = = = 34,06 , Chọn bước tỉ số truyền đ theo dãy số sau (tương ứng với dãy trị số đường kính bánh đai tiêu chuẩn) đ = 2; 2,24; 2,5; 2,8; 3,15; 4; 4,5; 5 Vì u = 34,06 nên ta chọn đ = 2,8 (để bộ truyền đai có kích thước nhỏ gọn) 34,06 = = = 12,16 đ 2,8 Theo yêu cầu bôi trơn hộp giảm tốc bằng phương pháp ngâm dầu, áp dụng công thức thực nghiệm: = (1,2 ÷ 1,3) = 1,3 =. Kiểm tra sai số của tỉ số truyền = đ.3,06 = 34,01 Kiểm tra sai lệch về tỉ số truyền: | , , | ∆ =.

100% = 0,15 ⇒ thỏa điều kiện cho phép về sai số cho phép , ( < 3%) SVTH: Nguyễn Nhựt Trường 4 ĐỒ ÁN TT.TK HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: TS. Văn Hữu Thịnh Chương 3. TÍNH TOÁN ĐÔNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ 3. Tính số vòng quay trên các trục Số vòng quay trên trục động cơ: đ = 2890(v/ph) đ Số vòng quay trên trục I: = = = 1032,1 (v/ph) đ , , Số vòng quay trên trục II: = = = 260 (v/ph) , Số vòng quay trên trục III: = = = 85 (v/ph) , Số vòng quay trên trục IV: = = = 85 (v/ph 3.

Tính công suất trên các trục , Công suất trên trục III: = = = 3,96 (kW) ô , , Công suất trên trục II: : = = = 4,17 (kW). , , Công suất trên trục I: : = = = 4,39 (kW). , , Công suất trên trục động cơ: : đ = = = 4,62 (kW) đ. , Công suất trên trục công tác: = = 3,92 ( ) 3.

Tính moment trên các trục ,. , Moment trên trục động cơ: đ = = 15267 (N. , Moment trên trục I: = = 40621 (N. , Moment trên trục II: = = 153168 (N.

, Moment trên trục III: = = 444917 (N. , Moment trên trục công tác: = = 440423 (N.mm) SVTH: Nguyễn Nhựt Trường 5 ĐỒ ÁN TT.TK HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: TS. Văn Hữu Thịnh Bảng số liệu Trục Thông Động cơ I II III IV số u đ = 2,8 = 3,97 = 3,06 =1 n (v/ph) 2890 1032,1 260 85 85 P (kW) 4,62 4,39 4,17 3,96 3,92 T (N.mm) 15267 40621 153168 444917 440423 SVTH: Nguyễn Nhựt Trường 6 ĐỒ ÁN TT.TK HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: TS. Văn Hữu Thịnh PHẦN II THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG 2.

Xác định các thông số bộ truyền 2. Tính đường kính 2 trục Từ điều kiện làm việc: đ = 2890vòng/phút; đ = 4,62 kW; đ = 2,8 Chế độ làm việc ngày 2 ca, 1 ca 8 giờ.13 chọn loại đai hình thang thường, có ký hiệu A với các thông số sau: Đường kính bánh đai dẫn Chọn = 125 (mm). Vận tốc đai: = = = 18,91 (m/s). Thỏa điều kiện: = 18,91 (m/s) < (m/s) Đường kính bánh đai bị dẫn Chọn hệ số trượt: = 0,01 Theo công thức 3.2,8 = = = 353,5 ( ) (1 − ) (1 − 0,01) Chọn đường kính bánh đai tiêu chuẩn, theo bảng 3.21: = 355 (mm) Như vây, tỷ số truyền thực tế: = = = 2,87 .( , ) , , Sai lệch tỷ số truyền: =.

100% = 2,5% , ∆ = 2,5% < 3% => Thỏa điều kiện nằm trong giới hạn cho phép 2. Chọn sơ bộ khoảng cách trục a Theo công thức 3. (355 + 125 ) SVTH: Nguyễn Nhựt Trường 7 ĐỒ ÁN TT.TK HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: TS. Văn Hữu Thịnh 272 ≤ ≤ 960 Chọn sơ bộ a = 700 (mm) h: Chiều cao của đai thang (h = 8) Tính chiều dài đai ( ) ( ) Theo công thức 3.

Chọn theo tiêu chuẩn: l = 2240 (mm) (tra bảng 3.13 [trang 55]) Kiểm nghiệm về điều kiện tuổi thọ , = = = 8,4 ầ / < = 10 ⇒ Thỏa điều kiện , Tính chính xác khoảng cách trục a Theo công thức 3. Tính góc ôm trên bánh đai dẫn Điều kiện: ≥ 120 Theo công thức 3. 57 = 161° 703 ⇒ Thỏa điều kiện về góc ôm. Xác định số đai z Số đai z được xác định theo công thức 3.

SVTH: Nguyễn Nhựt Trường 8 ĐỒ ÁN TT.TK HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: TS. Văn Hữu Thịnh Trong đó: * = 4,62 kW công suất trên trục bánh đai dẫn. * [ ] = 2,61 kW công suất cho phép (tra bảng 3.19 [trang 59]) * : hệ số tải trọng động (tra bảng 3. Vì chế độ làm việc ngày 2 ca nên lấy trị số trong bảng tăng thêm 0,1.

= 1,1 + 0,1 = 1,2 * = 0,95 với = 161° : hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm (bảng 3.58]) * = 1,05 với = = 1,3: hệ số kể đến ảnh hưởng chiều dài đai (bảng 3.58]) * = 1,14 với u = 2,87: hệ số kể đến ảnh hưởng tỉ số truyền (bảng 3.58]) * = 0,95 hệ số kể đến ảnh hưởng sự phân bố không điều tải trọng cho các dây đai (bảng 3. , Chiều rộng bánh đai tính theo công thức 3.10= 35 (mm) - Đường kính ngoài bánh đai: + Đường kính ngoài bánh đai dẫn: = + 2.3,3 = 131,6 (mm) + Đường kính ngoài bánh đai bị dẫn: = + 2. Xác định lực căng ban đầu và lực căng tác dụng lên trục Lực căng do lực li tâm sinh ra (theo công thức 3.(18,91) = 37,55 ( ) SVTH: Nguyễn Nhựt Trường 9 ĐỒ ÁN TT.TK HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: TS. Văn Hữu Thịnh (với tiết diện đai loại A → tra bảng 3.22 [trang 62] → = 0,105 kg/m) Lực căng đai ban đầu (theo công thức 3.

Lực tác dụng lên trục (theo công thức 3. Xác Bảng thông số bộ truyền đai Thông số Ký hiệu Giá trị Đai thang thường Đường kính bánh đai nhỏ 125 mm Đường kính bánh đai lớn 355 mm Vận tốc đai 18,91 m/s Tỷ số truyền thực tế 2,87 Khoảng cách trục 703 mm Chiều dài đai 2240 mm Chiều dài đai tiêu chuẩn 1700 mm Góc ôm 161o Số đai 2 Chiều rộng bánh đai 35 mm Đường kính ngoài bánh đai dẫn 131,6 mm Đường kính ngoài bánh đai bị 361,6 mm dẫn Lực căng đai ban đầu 120,36 N Lực tác dụng lên trục 474,84 N Lực căng do lực li tâm sinh ra 37,55 N SVTH: Nguyễn Nhựt Trường 10 ĐỒ ÁN TT.TK HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: TS. Văn Hữu Thịnh PHẦN III THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRONG HỘP GIẢM TỐC Thời gian sử dụng 300 ngày, làm việc 2 ca, 1 ca 8 giờ, năm làm việc 5 năm. Tổng thời gian sử dụng: 300.

THIẾT KẾ BÁNH RĂNG CẤP NHANH BÁNH TRỤ RĂNG NGHIÊNG 1. Chọn vật liệu Dựa vào điều kiện làm việc không đòi hỏi đặc biệt, và theo quan điểm thống nhất hoá thiết và đây là bộ truyền bánh răng trụ nghiêng nên ta chọn vật liệu 2 cấp bánh răng như sau: Theo bảng 5.1 [trang 112], ta chọn:  Bánh nhỏ: thép C45 tôi cải thiện. Đạt độ rắn HB=241÷285  = 850 ( MPa )  = 580 ( MPa )  Bánh lớn (bị dẫn) : thép C45 tôi cải thiện Đạt độ rắn HB=192÷240  = 750 ( MPa )  = 450 ( MPa ) 1. Xác định ứng suất cho phép Theo bảng 5.HB SF = 1,75 SVTH: Nguyễn Nhựt Trường 11 ĐỒ ÁN TT.TK HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: TS.

Văn Hữu Thịnh Chọn độ rắn: - Bánh nhỏ: HB1=250 - Bánh lớn: HB2=235 Nên: = 2HB1 + 70 = 2×250 + 70 = 570 (Mpa) = 1,8HB1 = 1,8×250 = 450 (Mpa) = 2HB2 + 70 = 2×235+70 = 540 (Mpa) = 1,8HB2 = 1,8×235 = 423 ( Mpa) Theo công thức 5.7 [trang 115], ta có , NHO = 30 , Do đó: NHO1 = 30 = 30× 2502.107 Vì bộ truyền làm việc có tải trọng thay đổi, nếu số chu kì thay đổi ứng suất tương đương được tính theo công thức 5.ti Trong đó: c =1 : số lần ăn khớp trong một vòng quay n : số vòng quay trong 1 phút t : tổng số giờ làm việc Tổng số giờ làm việc của bánh răng: t = 8.107 ⇒ KHL2 = 1 SVTH: Nguyễn Nhựt Trường 12 ĐỒ ÁN TT.TK HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: TS. Văn Hữu Thịnh  Ứng suất tiếp xúc sơ bộ được xác định : Theo công thức 5. SH : Là hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc và uốn, tra bảng 5.2 [trang 114] → SH =1,1, với KHL1 = KHL2=1. [σH2 ] = = 491 ( MPa ) , Vì là bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng, do đó theo công thức 5.11 [trang 116]: [σH1 ] + [σH2 ] [σH ] = = = 504,5 (Mpa)  Số chu kì thay đổi ứng suất uốn.

Theo công thức 5.106 : số chu kì thay đổi ứng suất cở sở khi thử về uốn ⇒ KFL1 =1 NFE2 = 13,4.106 : số chu kì thay đổi ứng suất cở sở khi thử về uốn ⇒ KFL2 =1 Theo công thức 5.4 [trang 114], vì bộ truyền quay 1 chiều nên KFC = 1, ta được:  Ứng suất uốn cho phép: K. = 257,1 (Mpa) , SVTH: Nguyễn Nhựt Trường 13 ĐỒ ÁN TT.TK HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: TS. = 241,7 (Mpa) , Theo công thức 5. Xác định các thông số cơ bản bộ truyền 1.

Xác định sơ bộ khoảng cách a w Theo công thức 5.15 [ trang 117]: Khoảng cách trục a: .