Đồ án thiết kế hệ thống dẫn động thùng trộn Me2135 - Phương án HK251 của Đại học Bách Khoa TP.HCM

Đồ án nghiên cứu Me2135 đồ án thiết kế thiết kế hệ thống dẫn động thùng trộnđề số 12 phương án số 11 hk251, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài toán .

• Tác giả: Vũ Hoàng Sang
• Người hướng dẫn: Th.s Huỳnh Công Lớn
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Thiết kế Máy
• Đề tài: Thiết kế hệ thống dẫn động thùng trộn Me2135 phương án HK251
• Loại tài liệu: Đồ án thiết kế
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Chọn Động Cơ Điện và Phân Phối Tỷ Số Truyền

Thiết kế hệ thống dẫn động thùng trộn Me2135 bắt đầu từ việc chọn động cơ điện phù hợp với công suất làm việc. Công suất tương đương của hệ thống được tính toán dựa trên tải động và thời gian làm việc. Với công suất làm việc Plv = 6,174 kW và áp dụng các hệ số an toàn, ta chọn động cơ 3K132M-4 có công suất 7,5 kW và tốc độ quay 1440 vòng/phút. Phân phối tỷ số truyền được thực hiện dựa trên tiêu chí tối ưu hóa kích thước bộ truyền bánh răng và đảm bảo độ bền cơ học. Phương án HK251 áp dụng hộp giảm tốc 2 cấp với cấp nhanh phân đôi cấp nhanh nghiêng và cấp chậm răng thẳng, cho phép phân tải hiệu quả và giảm ứng suất trên chi tiết.

1.1. Chọn Động Cơ Điện Thích Hợp

Tính toán công suất tương đương Pt = 5,44 kW với chế độ làm việc quay 1 chiều, tải va đập nhẹ. Xét hiệu suất hệ thống và các hệ số an toàn, chọn động cơ 3K132M-4 công suất 7,5 kW, tốc độ 1440 vg/ph. Động cơ này đáp ứng yêu cầu về công suất và tốc độ quay ban đầu cho hệ thống dẫn động thùng trộn, phù hợp với điều kiện bôi trơn và tuổi thọ dự kiến 7 năm.

1.2. Phân Phối Tỷ Số Truyền Sơ Bộ

Phân phối tỷ số truyền tổng thể uch = 28,21 thành 2 cấp: bộ truyền đai thang uđ = 2,015 và hộp giảm tốc uh = 14. Sử dụng công thức tiêu chí thiết kế bánh răng, xác định tỷ số cấp nhanh u1 = 5 và cấp chậm u2 = 2,8. Phương án này tối ưu hóa khoảng cách trục và đảm bảo ứng suất tiếp xúc cho phép trên cả hai cấp bánh răng.

II. Tính Toán Thông Số Động Học Hệ Thống

Sau khi chọn động cơ điện và phân phối tỷ số truyền, tiến hành tính toán chi tiết các thông số động học trên toàn bộ trục của hệ thống dẫn động. Công suất trên các trục được xác định dựa trên hiệu suất bộ truyền đai thang (ηđ = 0,95), hộp giảm tốc (ηh = 0,97), và nối trục (ηnt = 0,99). Tốc độ quay trên từng trục được tính từ tỷ số truyền sơ bộ. Mômen xoắn trên các trục được xác định từ công suất và tốc độ quay, là cơ sở quan trọng cho thiết kế trục và chi tiết quay trong phương án HK251.

2.1. Tính Công Suất Trên Các Trục

Công suất ban đầu Plv = 5,44 kW. Trên trục I (sau nối trục đai): P1 = 5,95 kW. Trên trục II: P2 = 5,72 kW. Trên trục III: P3 = 5,49 kW. Công suất giảm dần theo các cấp truyền do tổn hao ma sát. Áp dụng hiệu suất từng bộ truyền cho phép xác định chính xác tải trên từng chi tiết của hệ thống dẫn động.

2.2. Tính Tốc Độ Quay và Mômen Xoắn

Tốc độ quay: nđc = 1440 vg/ph, n1 = 714,64 vg/ph, n2 = 142,93 vg/ph, n3 = 51,05 vg/ph. Mômen xoắn tương ứng: Tđc = 41,98 Nm, T1 = 79,51 Nm, T2 = 382,19 Nm, T3 = 1027,02 Nm. Mômen tăng dần cùng với giảm tốc độ, đảm bảo truyền đủ lực để thùng trộn hoạt động hiệu quả.

III. Thiết Kế Bộ Truyền Đai Thang

Bộ truyền đai thang trong phương án HK251 thực hiện chuyển động từ động cơ điện xuống trục I với tỷ số truyền uđ = 2,015. Chọn đai loại B phù hợp với công suất 6,33 kW và tốc độ quay 1440 vg/ph. Đường kính bánh đai nhỏ d1 = 180 mm (theo tiêu chuẩn), đường kính bánh đai lớn d2 = 363 mm tính dựa trên tỷ số truyền và hệ số trượt. Chiều dài đai được xác định dựa trên khoảng cách trục sơ bộ. Bộ truyền đai thang này cung cấp chuyển động mềm mại, giảm va chạm, phù hợp cho hệ thống dẫn động thùng trộn có tải va đập nhẹ.

3.1. Chọn Loại Đai và Xác Định Thông Số

Chọn đai loại B với bp = 14 mm, h = 10,5 mm, diện tích tiết diện A = 138 mm². Đường kính bánh nhỏ d1 = 180 mm (≥ 1,2 × dmin = 150 mm). Đường kính bánh lớn d2 = 363 mm. Hệ số trượt ξ = 0,01 đảm bảo hiệu suất cao. Các thông số này tối ưu hóa kích thước và đảm bảo tuổi thọ bộ truyền đai trong điều kiện làm việc 7 năm.

3.2. Xác Định Số Đai và Lực Tác Dụng

Số lượng đai được chọn dựa trên công suất và khoảng cách trục. Lực đai tác dụng lên trục tính từ mômen và bán kính bánh đai. Lực này là cơ sở để kiểm tra độ bền trục và thiết kế gối đỡ trục I. Đai thang cung cấp tải đều, giảm rung động cho thùng trộn trong quá trình vận hành.

IV. Thiết Kế Hộp Giảm Tốc 2 Cấp

Hộp giảm tốc 2 cấp là thành phần then chốt của phương án HK251, gồm cấp nhanh bánh răng nghiêng (u1 = 5) và cấp chậm bánh răng thẳng (u2 = 2,8) với tổng tỷ số uh = 14. Cấu trúc này cho phép giảm ứng suất và tối ưu kích thước hộp so với giảm tốc 1 cấp. Vật liệu bánh chủ động: thép 40Cr với xử lý tôi luyện, bánh bị động: thép đúc 30CrMo. Ứng suất tiếp xúc cho phép [σH] = 1000 MPa (cấp nhanh) và 900 MPa (cấp chậm). Thiết kế chi tiết hộp giảm tốc đảm bảo chịu tải cao và tuổi thọ dài cho hệ thống dẫn động thùng trộn Me2135.

4.1. Thiết Kế Cấp Nhanh Bánh Răng Nghiêng

Cấp nhanh u1 = 5 với góc nghiêng β = 15°. Chọn vật liệu thép 40Cr, xử lý tôi luyện HRC 48-52. Xác định khoảng cách trục sơ bộ và thông số ăn khớp. Ứng suất tiếp xúc [σH] = 1000 MPa, ứng suất uốn [σF] = 380 MPa. Bánh chủ động có số răng nhỏ, bánh bị động số răng lớn hơn, đảm bảo độ bền và hiệu suất cao cho giảm tốc.

4.2. Thiết Kế Cấp Chậm Bánh Răng Thẳng

Cấp chậm u2 = 2,8 với bánh răng thẳng. Vật liệu thép đúc 30CrMo, xử lý tôi luyện. Ứng suất tiếp xúc cho phép [σH] = 900 MPa, ứng suất uốn [σF] = 320 MPa. Cấu trúc này giảm ứng suất trên cấp nhanh và tối ưu kích thước hộp giảm tốc. Bánh chủ động và bánh bị động được thiết kế chịu mômen lớn từ hệ thống dẫn động thùng trộn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY ĐỒ ÁN THIẾT KẾ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG THÙNG TRỘN ĐỀ SỐ: 12 PHƯƠNG ÁN SỐ: 11 HK251 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TH.S HUỲNH CÔNG LỚN SINH VIÊN THỰC HIỆN: VŨ HOÀNG SANG MSSV:2014355 TP.HỒ CHÍ MINH, 2025 Mục lục PHẦN 1: CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN. Chọn động cơ điện .2 Phân phối tỷ số truyền. Tính toán các thông số động học.

Tính công suất trên các trục. Tính toán tốc độ quay của các trục. Tính Mômen xoắn trên các trục .3 PHẦN 2: THIẾT KẾ. Thiết kế bộ truyền đai thang.

Chọn loại đai. Xác định các thông số bộ truyền. Xác định số đai. Xác định lực đai tác dụng lên trục.

Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp nhanh. Chọn vật liệu. Xác định ứng suất cho phép. Xác định sơ bộ khoảng cách trục.

Xác định các thông số ăn khớp. Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp chậm. Chọn vật liệu. Xác định ứng suất cho phép.

Xác định sơ bộ khoảng cách trục. Xác định các thông số ăn khớp .14 PHẦN 3: KIỂM NGHIỆM THIẾT KẾ. Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng cấp nhanh. Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc.

Kiểm nghiệm độ bền uốn. Kiểm nghiệm về quá tải. Bảng thông số bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng. Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng cấp nhanh.

Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc. Kiểm nghiệm độ bền uốn. Kiểm nghiệm về quá tải. Bảng thông số bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng .22 PHẦN 4: TÍNH TOÁN TRỤC VÀ THEN.

Chọn vật liệu và xác định sơ bộ đường kính trục:. Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực. Phân tích lực tác động lên trục từ các chi tiết quay của hệ thống truyền động:. Tính toán tiết diện và chọn then trên trục:.

Kiểm tra độ bền trục:. TÍNH CHỌN Ổ LĂN VÀ NỐI TRỤC. Thông số ban đầu:. Tính chọn nối trục:.

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VỎ HỘP GIẢM TỐC. Chọn vật liệu. Các kích thước của hộp giảm tốc. Các chi tiết phụ.

Chốt định vị. DUNG SAI LẮP GHÉP. Chọn cấp chính xác. Chọn kiểu lắp.

Tính chọn nối trục .67 TÀI LIỆU THAM KHẢO .1 PHẦN 1: CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN 1. Chọn động cơ điện Công suất làm việc Fv 4200 × 1,47 Plv = = = 6,174 (kW) 1000 1000 Công suất tương đương Ti 2 T 2 0,7T 2 t 23 + T ) × 18 = 5,44 (kW) ∑ ( ) i √ ( ) × ( √ T Pt =Ptđ =Plv = 6,174 × T ∑ ti 23+18 Hiệu suất hệ thống Tra bảng 3. Tra bảng trang 8 tài liệu [2], ta có: P = 7,5 kW Động cơ 3K132M-2 { đc nđc = 2930 vòng/phút P = 7,5 kW Động cơ 3K132M-4 { đc nđc = 1440 vòng/phút 1.2 Phân phối tỷ số truyền Chọn sơ bộ tỉ số truyền của toàn bộ hệ thống 1 nđc nđc uch = = = uh × uđ nlv 51,05 Chọn sơ bộ tỉ số truyền của toàn bộ hệ thống u Tra bảng 3.2 trang 74 [1]: • uh – tỉ số truyền của hộp giảm tốc (8÷ 40) • uđ – tỉ số truyền của bộ truyền đai thang (2 ÷ 5) Dựa vào tiêu chí thiết kế theo yêu cầu bôi trơn đối với hộp giảm tốc 2 cấp có cấp nhanh phân đôi cấp nhanh nghiêng và cấp chậm răng thẳng theo công thức 3.11 trang 78 tài liệu [1] ta có: 756 3 2Ψba12 [σH12 ]2 u2 2 756 3 2Ψba12 [σH12 ]2 u2 √ ≥ u12 ≥. √ 680 Ψba34 [σH34 ]2 3 680 Ψba34 [σH34 ]2 Ψ Ứng suất tiếp xúc cho phép cặp cấp chậm và nhanh lấy sơ bộ [σH12 ] ≈ [σH34 ] và tỉ số Ψba34 = 2 ba12 756 3 2 2 756 3 2 √u ≥ u12 ≥.

√u 680 3 680 Ta lập được bảng phân phối tỉ số truyền sơ bộ sau: Số vòng Động cơ quay động uch uđ u1 u2 𝑢ℎ𝑔𝑡 cơ (vg/ph) 3K132M-2 2930 57,39 2,57 6,3 3,55 22,4 3K132M-4 1440 28,21 2,015 5 2,8 14 Với các tỉ số truyền trên ta chọn động cơ với số vòng quay n = 1440 (vg/ph) Với tỉ số truyền uch = 28,21; uđ = 2,01; u1 = 5; u2 = 2,8 1. Tính toán các thông số động học 1. Tính công suất trên các trục Plv = 5,44 (kW) P 5,44 P3 = η lvη = 0,99×1 = 5,49 (kW) ol nt P 5,49 P2 = η η3 = 0,99×0,97 = 5,72 (kW) ol br P 5,72 P1 = η η2 = 0,99×0,97 = 5,95 (kW) ol br 2 P 5,95 Pđctt = η 1η = 0,99×0,95 = 6,33(kW) ol đ 1. Tính toán tốc độ quay của các trục n 1440 n1 = uđc = 2,015 = 714,64 (vg/ph) đ n1 712,87 n2 = u = = 142,93 (vg/ph) 1 5 n 142,93 n3 = nlv = u2 = = 51,05 (vg/ph) 2 2,8 1.

Tính Mômen xoắn trên các trục 9550×Pđctt 9550×6,33 Tđc = = = 41,98(Nm) nđc 1440 9550×P1 9550×5,95 T1 = = = 79,51 (Nm) n1 714,64 9550×P2 9550×5,72 T2 = = = 382,19 (Nm) n2 142,93 9550×P3 9550× 5,49 T3 = = = 1027,02 (Nm) n3 51,05 Bảng đặc tính kỹ thuật hệ thống truyền động Trục Động cơ I II III Thông số u uđ = 2,015 u1 = 5 u2 = 2,8 n (vg/ph) 1440 714,64 142,93 51,05 P (kW) 6,33 5,95 5,72 5,49 T (N.m) 41,98 79,51 382,19 1027,02 3 PHẦN 2: THIẾT KẾ 2. Thiết kế bộ truyền đai thang ❖ Thông số đầu vào bộ truyền đai thang Pđc = 6,33 kW n1 = 1440 vg/ph uđ = 2,015 Chế độ làm việc: Quay 1 chiều, tải va đập nhẹ Thời gian làm việc: 7 năm, 1 năm làm việc 207 ngày, 1 ngày làm 1 ca, 1 ca 8h 2. Chọn loại đai Phụ thuộc vào công suất 6,33 kW và số vòng quay 𝑛1 = 1440 𝑣𝑔/𝑝ℎ, ta chọn đai loại B Theo bảng với đai loại B: 𝑏𝑝 = 14𝑚𝑚; 𝑏0 = 17𝑚𝑚; ℎ = 10,5𝑚𝑚; 𝑦0 = 4 𝑚𝑚; 𝐴 = 138 𝑚𝑚2 ; 𝑑1𝑚𝑖𝑛 = 125 ÷ 280𝑚𝑚 2. Xác định các thông số bộ truyền Đường kính bánh đai nhỏ 𝑑1 = 1,2𝑑𝑚𝑖𝑛 = 1,2 × 1,25 = 156,3𝑚𝑚 , theo tiêu chuẩn ta chọn 𝑑1 = 180 𝑚𝑚 Giả sử ta chọn hệ số trượt tương đối 𝜉 = 0,01.

Đường kính bánh đai lớn: 𝑑2 = 𝑢𝑑1 (1 − 𝜉) = 2,015 × 180(1 − 0,01) = 359,07𝑚𝑚 Theo tiêu chuẩn ta chọn 𝑑2 = 355 𝑚𝑚 2 𝑑 355 Tỷ số truyền: 𝑢 = 𝑑 (1−𝜉) = 180×(1−0,01) = 1,99 1 Sai lệch so với giá trị chọn trước 1,24% Khoảng cách trục nhỏ nhất xác định theo công thức 2(𝑑1 + 𝑑2 ) ≥ 𝑎 ≥ 0,55(𝑑1 + 𝑑2 ) + ℎ 2(180 + 355) ≥ 𝑎 ≥ 0,55(180 + 355) + 10,5 1070 𝑚𝑚 ≥ 𝑎 ≥ 304,75 𝑚𝑚 Ta chọn sơ bộ 𝑎 = 1,2𝑑2 = 1,2 × 355 = 426 𝑚𝑚 khi u = 2 Chiều dài tính toán của đai: 𝜋(𝑑2 +𝑑1 ) (𝑑2 −𝑑1 )2 𝐿 = 2𝑎 + + 2 4𝑎 𝜋(355+180) (355−180)2 = 2 × 426 + + = 1710,35 𝑚𝑚 2 4×426 4 Theo bảng ta chọn đai có chiều dài 𝐿 = 1800 𝑚𝑚 = 1,8 𝑚 1 1 𝜋𝑑 𝑛 𝜋×180×1440 Vận tốc đai 𝑣1 = 60000 = = 13,57 m/s 60000 Số vòng chạy của đai trong một giây: 𝑣 13,57 𝑖 = 𝐿 = 1,8 = 7,54 𝑠 −1 , [𝑖] = 10 𝑠 −1 (𝑡ℎỏ𝑎 đ𝑖ề𝑢 𝑘𝑖ệ𝑛) 𝑘+√𝑘 2 −8∆2 Tính toán lại khoảng cách trục a: 𝑎 = 4 Trong đó: 𝜋(𝑑1 +𝑑2 ) 𝜋(180+355) 𝑘=𝐿− = 1800 − = 959,62 𝑚𝑚 2 2 (𝑑2 −𝑑1 ) (355−180) ∆= = = 87,5 2 2 959,62+√959,622 −8×87,52 𝑎= = 472 𝑚𝑚 4 Giá trị a vẫn thỏa mãn trong khoảng cho phép 2. Xác định số đai Góc ôm đai bánh đai nhỏ: d −d 355−180 α1 = 180° − 57 × 2 a 1 = 180° − 57 × = 158,9° = 2,77 rad 472 Các hệ số sử dụng: Hệ số xét đến ảnh hưởng góc ôm đai: Cα = 1,24 × (1 − e−α1/110 ) = 1,24 × (1 − e−158,9/110 ) = 0,95 Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc: Cv = 1 − 0,05 × (0,01v 2 − 1) = 1 − 0,05 × (0,01 × 13,572 − 1) = 0,96 Hệ số xét đến ảnh hưởng của tỉ số truyền u: Cu = 1,126 vì u = 1,99 Hệ số xét đến ảnh hưởng số dây đai Cz , ta chọn sơ bộ bằng 1 Hệ số xét đến ảnh hưởng của chế độ tải trọng: Cr = 0,85 Hệ số xét đến ảnh hưởng của chiều dài đai: 6 L 6 1800 CL = √L = √2240 = 0,96 0 Theo bảng 4.8, ta chọn [P0 ] = 4,33 kW khi d1 = 180mm, L0 = 2240 mm, v = 7,54 m/s và đai loại B Số dây đai xác định theo công thức: 5 Pđc 6,33 z≥ = = 1,74 [P0 ] × Cα × Cu × CL × Cz × Cr × Cv 4,33 × 0,95 × 1,126 × 0,96 × 1 × 0,85 × 0,96 Ta chọn z = 2 đai 2. Xác định lực đai tác dụng lên trục Xác định bề rộng bánh đai theo công thức: B = (z − 1) × t + 2e = (2 − 1) × 12 + 2 × 8 = 40 mm Lực căng ban đầu: F0 = A × [σ0 ] = z × A1 × [σ0 ] = 2 × 138 × 1,5 = 414 N Lực căng mỗi dây đai: F0 = 207 N 2 Lực vòng có ích: 1000×Pđc 1000×6,33 Ft = = = 466,5 N v 13,57 Lực vòng trên mỗi dây đai 233,25 N Lực tác dụng lên trục: α 158,9 Fr ≈ 2 × F0 × sin ( 21) = 2 × 414 × sin ( 2 ) = 814 N Ứng suất lớn nhất trong dây đai: σmax = σ1 + σv + σF1 = σ0 + 0,5σt + σv + σF1 207 233,25 2×4 σmax = 138 + 2×138 + 1200 × 13,572. 10−6 + 180 × 100 = 7,01 MPa Tuổi thọ đai xác định theo công thức (4.37): σr m 9 8 ( ) ×107 ( ) ×107 σmax 7,01 Lh = = 2×3600×7,54 = 1359,85 giờ 2×3600×i Bảng 4.