Đồ Án Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động Xích Tải Tại Đại Học Bách Khoa

Chuyên khảo phân tích Thiết kế hệ thống dẫn động xích tải, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

• Tác giả: Nguyễn Công Danh
• Người hướng dẫn: GVHD: Vũ Công Hòa
• Trường học: Đại Học Quốc Gia TP. HCM Trường Đại Học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Cơ Khí
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động Xích Tải
• Loại tài liệu: đồ án
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. PHẦN 1: XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN
• 1.1. CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN
• 1.2. PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN
• 1.3. CÔNG SUẤT TRÊN CÁC TRỤC
• 1.4. TÍNH MOMENT XOẮN TRÊN CÁC TRỤC
• 1.5. BẢNG ĐẶC TÍNH
• 2. PHẦN 2: TÍNH THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH
• 2.1. THÔNG SỐ BAN ĐẦU
• 2.2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
• 2.2.1. Chọn loại xích
• 2.2.2. Xác định các thông số của xích và bộ truyền
• 2.2.3. Tính kiểm nghiệm xích về độ bền
• 2.2.4. Tính các đường kính đĩa xích
• 2.2.5. Kiểm nghiệm xích về độ bền tiếp xúc
• 2.2.6. Xác định lực tác dụng lên trục
• 3. PHẦN 3: TÍNH THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG
• 3.1. TÍNH THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CẤP NHANH
• 3.1.1. THÔNG SỐ BAN ĐẦU
• 3.1.2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
• 3.1.2.1. Chọn vật liệu
• 3.1.2.2. Tính toán số chu kỳ cơ sở, số chu kì thay đổi ứng suất tương đương
• 3.1.2.3. Tính các giá trị ứng suất
• 3.1.2.4. Tính toán các thông số của bộ truyền bánh răng
• 4. PHẦN 4: TÍNH THIẾT KẾ TRỤC VÀ THEN
• 5. PHẦN 5: THIẾT KẾ Ổ LĂN VÀ CHỌN KHỚP NỐI
• 6. PHẦN 6: THIẾT KẾ VỎ HỘP GIẢM TỐC VÀ CÁC CHI TIẾT PHỤ
• 7. PHẦN 7: DUNG SAI LẮP GHÉP
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan đồ án thiết kế hệ thống dẫn động xích tải Bách Khoa

Thiết kế hệ thống dẫn động xích tải là một nhiệm vụ cốt lõi trong ngành cơ khí chế tạo máy, đặc biệt trong các đồ án chi tiết máy tại các trường đại học kỹ thuật hàng đầu như Đại học Bách Khoa. Hệ thống này là một dạng hệ thống vận chuyển vật liệu phổ biến, ứng dụng rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp nhờ khả năng chịu tải lớn, làm việc ổn định và hiệu suất cao. Mục tiêu chính của đồ án không chỉ dừng lại ở việc tạo ra một bản vẽ hệ thống dẫn động xích hoàn chỉnh mà còn là quá trình hệ thống hóa kiến thức. Sinh viên phải vận dụng các nguyên lý từ Cơ lý thuyết, Chi tiết máy, và Sức bền vật liệu để thực hiện tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí một cách toàn diện. Quá trình này bao gồm từ việc phân tích yêu cầu ban đầu (lực tải, vận tốc), lựa chọn phương án truyền động, cho đến thiết kế chi tiết từng bộ phận và kiểm nghiệm độ bền. Một thuyết minh đồ án xích tải tiêu chuẩn sẽ trình bày rõ ràng từng bước, từ chọn động cơ và hộp giảm tốc đến thiết kế các bộ phận như trục, then, và ổ lăn, đảm bảo hệ thống vận hành an toàn và đạt tuổi thọ thiết kế. Đây là nền tảng vững chắc cho các đồ án tốt nghiệp cơ khí sau này.

1.1. Phân tích yêu cầu và số liệu thiết kế ban đầu

Bước đầu tiên và quan trọng nhất trong mọi đồ án là phân tích đề tài và các thông số đầu vào. Dựa trên tài liệu gốc, đề tài số 10 yêu cầu thiết kế hệ thống dẫn động xích tải với các số liệu cụ thể: Lực vòng trên xích tải F = 3800 N, vận tốc xích tải v = 3.08 m/s, và thời gian phục vụ là 5 năm với chế độ làm việc 1 ca/ngày. Các thông số này là cơ sở để xác định công suất yêu cầu và lựa chọn các thành phần cơ khí phù hợp. Chế độ tải cũng được cho dưới dạng biểu đồ thay đổi theo thời gian (T1 = T trong 32 giây; T2 = 0.6T trong 40 giây; T3 = 0.3T trong 50 giây), điều này đòi hỏi việc tính toán công suất tương đương thay vì công suất danh nghĩa, giúp lựa chọn động cơ chính xác hơn và tiết kiệm năng lượng.

1.2. Mục tiêu và phạm vi của đồ án chi tiết máy

Mục tiêu của đồ án là giúp sinh viên áp dụng lý thuyết vào thực tiễn, hoàn thiện một hệ dẫn động cơ khí từ A-Z. Phạm vi nghiên cứu bao gồm: xác định công suất động cơ, phân phối tỉ số truyền cho hộp giảm tốc bánh răng trụ và bộ truyền xích. Tiếp theo là tính toán bộ truyền xích và các bộ truyền bánh răng cấp nhanh, cấp chậm. Sau đó, tiến hành thiết kế trục và then, chọn ổ lăn, khớp nối. Cuối cùng là thiết kế vỏ hộp giảm tốc, các chi tiết phụ trợ và lập bảng dung sai lắp ghép. Đồ án này không chỉ là một bài tập tính toán mà còn là một dự án kỹ thuật thu nhỏ, rèn luyện tư duy thiết kế và khả năng giải quyết vấn đề một cách hệ thống.

II. Bí quyết chọn động cơ phân phối tỉ số truyền cho xích tải

Việc chọn động cơ và hộp giảm tốc là bước nền tảng, quyết định đến hiệu suất và tính khả thi của toàn bộ hệ thống dẫn động. Một lựa chọn sai có thể dẫn đến hệ thống không đủ tải, quá tải, hoặc lãng phí năng lượng. Quy trình này bắt đầu bằng việc xác định công suất cần thiết trên trục công tác, sau đó quy đổi về trục động cơ thông qua hiệu suất của toàn hệ thống. Theo tài liệu tham khảo, hiệu suất tổng (η) được tính bằng tích hiệu suất của các bộ phận: khớp nối, hai cặp bánh răng, bộ truyền xích và các ổ lăn, cho kết quả η ≈ 0.84. Từ đó, công suất tính toán trên trục động cơ được xác định là Pct ≈ 8.98 kW. Dựa trên công suất này và số vòng quay sơ bộ (nsb ≈ 2737 vòng/phút), động cơ 4A160S2Y3 với công suất 15 kW và số vòng quay 2930 vòng/phút được lựa chọn. Bước tiếp theo là phân phối tỉ số truyền một cách hợp lý giữa hộp giảm tốc bánh răng trụ và bộ truyền xích. Tỉ số truyền tổng được chia thành tỉ số truyền của hộp giảm tốc (uhgt) và bộ truyền xích (ux), sau đó tiếp tục chia cho cấp nhanh và cấp chậm trong hộp giảm tốc. Quá trình này cần đảm bảo sai số tỉ số truyền thực tế so với lý thuyết nằm trong giới hạn cho phép (thường dưới 4%), như trong đồ án này là 0.14%.

2.1. Phương pháp tính công suất và chọn động cơ điện phù hợp

Để chọn động cơ và hộp giảm tốc chính xác, cần tính toán công suất cần thiết trên trục động cơ (Pct). Công thức tính bắt đầu từ công suất trên trục xích tải: Plv = (Ft × v) / 1000 = 11.704 kW. Do chế độ tải thay đổi, công suất tương đương (Ptd) được sử dụng để phản ánh đúng điều kiện làm việc: Ptd ≈ 7.56 kW. Công suất cần thiết trên trục động cơ được tính bằng cách chia công suất tương đương cho hiệu suất toàn hệ thống: Pct = Ptd / η ≈ 8.98 kW. Dựa trên Pct và số vòng quay sơ bộ nsb, động cơ 4A160S2Y3 (15kW, 2930 vg/ph) được chọn từ bảng tra, đảm bảo Pđc > Pct và nđc ≈ nsb. Lựa chọn này đảm bảo động cơ có đủ dự trữ công suất để khởi động và vượt qua các thời điểm quá tải nhẹ.

2.2. Kỹ thuật phân phối tỉ số truyền cho hệ dẫn động cơ khí

Sau khi chọn động cơ, bước phân phối tỉ số truyền là cực kỳ quan trọng. Tỉ số truyền tổng của hệ thống được tính bằng uht = nđc / nlv ≈ 21.4. Tỉ số truyền này được phân chia cho các bộ phận: bộ truyền xích (ux) và hộp giảm tốc (uhgt). Trong đồ án này, uhgt được chọn bằng 10, suy ra ux ≈ 2.14. Với hộp giảm tốc hai cấp, tỉ số truyền uhgt = 10 được phân chia tiếp cho cấp nhanh (u1 = 3.58) và cấp chậm (u2 = 2.79) theo tiêu chuẩn. Việc phân chia hợp lý giúp tối ưu kích thước các bộ truyền, đảm bảo cân bằng về tải trọng và độ bền cho các cặp bánh răng. Sai số sau khi tính toán lại là ∆u = 0.14%, nằm trong giới hạn cho phép, xác nhận lựa chọn là hợp lệ. Cuối cùng, công suất, số vòng quay và moment xoắn trên từng trục được tính toán chi tiết để phục vụ cho các bước thiết kế sau.

III. Hướng dẫn tính toán thiết kế bộ truyền xích bánh răng trụ

Đây là phần trọng tâm của đồ án chi tiết máy, nơi các bộ phận truyền lực chính được định hình. Quá trình tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí cho bộ truyền xích và bánh răng đòi hỏi sự chính xác cao để đảm bảo độ bền và tuổi thọ. Đối với bộ truyền xích, việc lựa chọn loại xích, xác định bước xích (p), số răng đĩa xích (z1, z2) dựa trên công suất tính toán và tỉ số truyền. Công suất tính toán (Pt) được điều chỉnh bởi nhiều hệ số (hệ số tải trọng, số răng, số vòng quay) để phản ánh điều kiện làm việc khắc nghiệt. Đồ án đã chọn xích ống con lăn một dãy với bước xích p = 31.75 mm, đảm bảo điều kiện bền mòn. Sau đó, các thông số hình học và kiểm nghiệm bền cho xích được thực hiện. Đối với hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp, quy trình thiết kế được lặp lại cho cả cấp nhanh và cấp chậm. Dạng hỏng chủ yếu là tróc rỗ bề mặt, do đó thiết kế dựa trên ứng suất tiếp xúc. Vật liệu chế tạo chi tiết máy được chọn là thép 45 tôi cải thiện. Các bước tính toán bao gồm xác định ứng suất cho phép, tính khoảng cách trục sơ bộ, chọn mô-đun và số răng, sau đó kiểm nghiệm lại ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn để đảm bảo an toàn.

3.1. Quy trình tính toán và kiểm nghiệm bền cho bộ truyền xích

Việc tính toán bộ truyền xích bắt đầu bằng việc xác định công suất tính toán Pt = PIII × k × kz × kn ≈ 17.8 kW. Dựa trên giá trị này, xích ống con lăn 1 dãy với bước xích p = 31.75 mm được chọn, thỏa mãn điều kiện bền mòn [P] = 19.3 kW. Sau khi chọn số răng đĩa xích (z1=23, z2=65) và tính toán khoảng cách trục, bước quan trọng là kiểm nghiệm xích về độ bền. Hệ số an toàn về độ bền được tính theo công thức s = Q / (kđ*Ft + F0 + Fv), với Q là tải trọng phá hỏng. Kết quả s ≈ 19.03, lớn hơn hệ số an toàn cho phép, chứng tỏ bộ truyền đủ bền. Cuối cùng, kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc cho răng đĩa xích (σH ≈ 599.5 MPa < [σH] = 600 MPa) và xác định lực tác dụng lên trục (Fr = 4370 N) để cung cấp dữ liệu cho phần thiết kế trục.

3.2. Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp nhanh và cấp chậm

Thiết kế hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp là một hạng mục phức tạp. Đối với mỗi cấp, vật liệu được chọn là thép 45 tôi cải thiện. Ứng suất tiếp xúc cho phép [σH] và ứng suất uốn cho phép [σF] được xác định dựa trên độ rắn HB và các hệ số tuổi thọ. Khoảng cách trục (aω) được tính sơ bộ, sau đó chọn mô-đun (m) và số răng (z1, z2) theo tiêu chuẩn. Ví dụ, với cấp nhanh, aω ≈ 160 mm, m = 3 mm, z1=19, z2=69. Sau khi có các thông số hình học, tiến hành kiểm nghiệm lại ứng suất. Ứng suất tiếp xúc thực tế σH được tính và so sánh với ứng suất cho phép [σH] đã hiệu chỉnh. Tương tự, ứng suất uốn σF1 và σF2 được kiểm nghiệm. Các bước này đảm bảo rằng cả hai cặp bánh răng trong hộp giảm tốc đều hoạt động an toàn dưới tải trọng thiết kế và không bị phá hủy do mỏi.

IV. Phương pháp thiết kế trục then và chọn ổ lăn chuẩn kỹ thuật

Sau khi các bộ truyền đã được tính toán, giai đoạn tiếp theo là thiết kế trục và then cũng như chọn ổ lăn để đỡ các trục này. Đây là các chi tiết máy chịu trách nhiệm truyền moment xoắn và đỡ toàn bộ các lực phát sinh. Quá trình thiết kế trục bắt đầu bằng việc chọn vật liệu, thường là thép 45, và xác định sơ bộ đường kính trục tại các tiết diện dựa trên moment xoắn. Tiếp theo, chiều dài các đoạn trục và khoảng cách gối đỡ được xác định dựa trên kích thước của bánh răng, ổ lăn và các yêu cầu về lắp ráp. Sơ đồ lực tác dụng lên trục được dựng trong hai mặt phẳng (Oxy và Oxz), từ đó tính toán các phản lực tại gối đỡ và vẽ biểu đồ moment uốn. Đường kính trục tại các tiết diện nguy hiểm được tính chính xác lại dựa trên moment tương đương, kết hợp cả moment uốn và moment xoắn. Cuối cùng, trục được kiểm nghiệm về độ bền mỏi và độ bền tĩnh để đảm bảo hệ số an toàn nằm trong giới hạn cho phép. Việc chọn then và ổ lăn cũng là những bước quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến độ tin cậy và tuổi thọ của hệ thống.

4.1. Tính toán thiết kế trục và kiểm nghiệm bền mỏi

Quy trình thiết kế trục và then bắt đầu với việc xác định đường kính sơ bộ dựa vào moment xoắn và ứng suất xoắn cho phép. Ví dụ, trục I có d1 ≥ 24.56 mm, chọn sơ bộ d=30mm. Sau khi xác định lực tác dụng và vẽ biểu đồ moment, đường kính tại các tiết diện quan trọng được tính lại. Ví dụ, tại tiết diện D trên trục I, moment tương đương MtdD ≈ 62216 Nmm, cho ra đường kính yêu cầu dD ≥ 21.02 mm. Sau khi chọn đường kính tiêu chuẩn, bước quan trọng nhất là kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi. Hệ số an toàn s được tính toán tại các tiết diện nguy hiểm, đảm bảo s ≥ [s] (thường là 1.5 - 2.5). Trong đồ án này, tất cả các tiết diện trên cả ba trục đều có hệ số an toàn thỏa mãn, ví dụ tiết diện 11 trên trục I có s = 3.99, đảm bảo trục không bị phá hủy do mỏi trong suốt quá trình làm việc.

4.2. Hướng dẫn chọn ổ lăn và khớp nối trục phù hợp

Việc chọn ổ lăn dựa trên lực hướng tâm và lực dọc trục tác dụng lên gối đỡ, cùng với đường kính trục đã thiết kế. Ví dụ, với trục I, lực hướng tâm tại gối đỡ A là FrA ≈ 1154 N. Dựa vào đó và tuổi thọ yêu cầu (tính bằng triệu vòng quay), khả năng tải động tính toán được xác định là Ct1 ≈ 15.9 kN. Ổ bi đỡ một dãy cỡ trung 305 có khả năng tải động C = 17.6 kN được chọn vì C > Ct1. Tương tự, ổ đũa trụ ngắn được chọn cho trục II và ổ bi đỡ cho trục III. Việc lựa chọn này phải đi kèm với kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh. Đối với khớp nối trục, nối trục đàn hồi được chọn để kết nối trục động cơ và trục vào hộp giảm tốc. Nó có khả năng giảm va đập, bù sai lệch trục và đã được kiểm nghiệm bền dập và bền uốn cho chốt, đảm bảo truyền tải an toàn.

V. Cách thiết kế vỏ hộp giảm tốc và các chi tiết máy phụ trợ

Thiết kế vỏ hộp giảm tốc và các chi tiết phụ là bước hoàn thiện đồ án chi tiết máy, biến các tính toán lý thuyết thành một kết cấu cơ khí hoàn chỉnh. Vỏ hộp không chỉ có chức năng chứa dầu bôi trơn và bảo vệ các bộ phận bên trong khỏi bụi bẩn, mà còn phải đảm bảo vị trí tương quan chính xác giữa các trục, các cặp bánh răng. Kết cấu khung bệ và vỏ hộp phải đủ cứng vững để chịu tải trọng mà không bị biến dạng. Vật liệu phổ biến để đúc vỏ hộp là gang xám GX15-32. Các kích thước của vỏ hộp, như chiều dày thành, gân tăng cứng, kích thước bích nối, đều được tính toán theo các công thức kinh nghiệm dựa trên khoảng cách trục. Bên cạnh vỏ hộp, các chi tiết phụ như nắp ổ, cửa thăm, nút thông hơi, nút tháo dầu, và que thăm dầu cũng phải được thiết kế theo tiêu chuẩn. Các chi tiết này tuy nhỏ nhưng đóng vai trò quan trọng trong việc vận hành, bảo dưỡng và giám sát tình trạng của hộp giảm tốc bánh răng trụ. Một thiết kế tốt sẽ giúp việc lắp ráp, tháo dỡ và bảo trì trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn.

5.1. Nguyên tắc thiết kế kết cấu vỏ hộp giảm tốc

Vỏ hộp giảm tốc được thiết kế dựa trên các nguyên tắc về độ cứng vững và công nghệ chế tạo. Chiều dày thành hộp (δ), nắp hộp (δ1) và các gân tăng cứng (e) được xác định theo công thức kinh nghiệm, ví dụ δ = 0.03*a + 3, với 'a' là khoảng cách trục lớn nhất. Đối với đồ án này, a = 200 mm, suy ra δ = 9 mm. Các kích thước của mặt bích, đường kính bulông nền, bulông cạnh ổ cũng được tiêu chuẩn hóa để đảm bảo độ bền và thuận tiện cho lắp ráp. Khe hở giữa các chi tiết quay và thành trong của hộp cũng là một yếu tố quan trọng cần được tính toán (Δ ≥ 10 mm) để tránh va chạm khi vận hành. Thiết kế phải đảm bảo dễ dàng gia công các bề mặt lắp ghép và lỗ cho ổ lăn.

5.2. Vai trò của các chi tiết phụ cửa thăm bôi trơn

Các chi tiết phụ đóng vai trò không thể thiếu. Cửa thăm được thiết kế trên đỉnh nắp hộp để kiểm tra, quan sát và châm dầu. Nút thông hơi được lắp trên nắp cửa thăm để cân bằng áp suất bên trong và bên ngoài hộp khi nhiệt độ thay đổi. Nút tháo dầu được bố trí ở vị trí thấp nhất để dễ dàng xả dầu cũ khi cần thay thế. Hệ thống bôi trơn là yếu tố sống còn của hộp giảm tốc. Do vận tốc các bánh răng đều dưới 12 m/s, phương pháp bôi trơn ngâm dầu được lựa chọn. Mức dầu phải được kiểm soát chặt chẽ thông qua que thăm dầu, đảm bảo bánh răng lớn nhất ngập trong dầu nhưng không quá 1/3 bán kính để tránh tổn thất công suất do khuấy dầu. Các ổ lăn thường được bôi trơn bằng mỡ, được che chắn bởi các vòng phớt để ngăn rò rỉ và bụi bẩn xâm nhập.

VI. Hoàn thiện đồ án Dung sai lắp ghép và bản vẽ kỹ thuật

Giai đoạn cuối cùng của đồ án thiết kế hệ thống dẫn động xích tải là xác định dung sai lắp ghép và hoàn thiện bộ bản vẽ hệ thống dẫn động xích. Đây là bước quyết định chất lượng và khả năng làm việc của sản phẩm thực tế. Việc chọn cấp chính xác và kiểu lắp phù hợp cho từng mối ghép là cực kỳ quan trọng. Cấp chính xác của bánh răng ảnh hưởng đến độ êm khi làm việc và khả năng chịu tải (cấp 8 cho cấp nhanh, cấp 9 cho cấp chậm). Kiểu lắp giữa bánh răng và trục (thường là H7/k6) đảm bảo truyền được moment xoắn lớn mà không bị xoay tương đối. Tương tự, mối ghép giữa vòng trong ổ lăn và trục (k6), vòng ngoài ổ lăn và vỏ hộp (H7) cũng phải được chọn đúng tiêu chuẩn để đảm bảo ổ làm việc tốt nhất. Toàn bộ các tính toán và lựa chọn này phải được thể hiện rõ ràng trên các bản vẽ kỹ thuật, bao gồm bản vẽ lắp toàn bộ hệ thống và các bản vẽ chi tiết của các bộ phận quan trọng như trục, bánh răng, vỏ hộp. Một bộ hồ sơ kỹ thuật đầy đủ và chính xác là kết quả cuối cùng của một đồ án tốt nghiệp cơ khí thành công.

6.1. Lựa chọn dung sai và kiểu lắp cho các chi tiết máy

Dung sai và lắp ghép là linh hồn của chế tạo cơ khí. Trong đồ án này, cấp chính xác được lựa chọn dựa trên chức năng của chi tiết. Bánh răng có cấp chính xác 8-9, trục và rãnh then cấp 7, lỗ cấp 6. Kiểu lắp được chọn dựa trên yêu cầu làm việc: Mối ghép bánh răng - trục và then sử dụng kiểu lắp trung gian H7/k6, có độ dôi nhỏ, đảm bảo truyền tải tốt. Mối ghép vòng trong ổ lăn với trục dùng kiểu lắp k6 để có độ dôi, tránh xoay trượt. Mối ghép vòng ngoài ổ lăn với lỗ trên vỏ hộp dùng H7, là kiểu lắp có độ hở, cho phép dịch chuyển dọc trục để bù sai số và giãn nở nhiệt. Các lựa chọn này được trình bày trong một bảng dung sai chi tiết, là chỉ dẫn quan trọng cho quá trình gia công và lắp ráp.

6.2. Yêu cầu đối với thuyết minh và bản vẽ kỹ thuật

Một thuyết minh đồ án xích tải hoàn chỉnh phải trình bày một cách logic, khoa học và đầy đủ tất cả các bước tính toán, từ phân tích yêu cầu, chọn động cơ, thiết kế các bộ truyền, thiết kế trục, chọn ổ lăn, cho đến thiết kế vỏ hộp và các chi tiết phụ. Các công thức, bảng tra và kết quả phải được trích dẫn rõ ràng từ các tài liệu tham khảo uy tín như sách 'Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí' của Trịnh Chất, Lê Văn Uyển. Bộ bản vẽ hệ thống dẫn động xích phải tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật Việt Nam (TCVN), bao gồm bản vẽ lắp chung thể hiện cấu trúc toàn bộ hộp giảm tốc và hệ dẫn động, cùng với các bản vẽ chi tiết có đầy đủ kích thước, dung sai, độ nhám bề mặt và các yêu cầu kỹ thuật khác. Đây là sản phẩm cuối cùng, thể hiện toàn bộ năng lực thiết kế của người kỹ sư.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỀ TÀI 10 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI LỚP: L08 – HK231 GVHD: VŨ CÔNG HÒA SINH VIÊN THỰC HIỆN: NGUYỄN CÔNG DANH MSSV: 2110897 TP. HỒ CHÍ MINH, NĂM 2023 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ Học kỳ I năm học 2023-2024 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Công Danh MSSV: 2110897 Giáo viên hướng dẫn: Vũ Công Hòa Ký tên: Ngày hoàn thành: Ngày bảo vệ: ĐỀ TÀI Đề số 10: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI Phương án số: 13 SỐ LIỆU THIẾT KẾ: Lực vòng trên xích tải, F (N): 3800 Vận tốc xích tải, v (m/s): 3,08 Số răng đĩa xích tải dẫn, z (răng): 9 Bước xích tải, p (mm): 150 Thời gian phục vụ, L (năm): 5 Số ngày làm/năm,𝐾𝑛𝑔 (ngày): 281 Số ca làm trong ngày (ca) : 1 Chế độ tải: T1 = T ; t1 = 32 giây ; T2 = 0,6T ; t 2 = 40 giây ; T3 = 0,3T ; t 3 = 50 giây 1 LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay khoa học kĩ thuật đang ngày càng phát triển và đóng một vai trò hết sức quan trọng đối với sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước và đời sống con người. Việc áp dụng khoa học kĩ thuật chính là làm tăng năng suất lao động, giảm chi phí sản xuất đồng thời nó cũng góp phần không nhỏ trong việc thay thế sức lao động của người lao động một cách có hiệu quả nhất, bảo đảm an toàn cho họ trong quá trình làm việc.

Các hệ thống cơ khí chính là sự thay thế tuyết vời cho sức người trong việc tự động hóa sản xuất và tăng năng suất lao động. Môn học Đồ án thiết kế máy là một môn học giúp cho sinh viên chuyên ngành Cơ Khí có những kiến thức cơ bản về việc thiết kế các hệ thống truyền động cơ khí, để từ đó có cách nhìn về hệ thống sản xuất, về việc điều khiển các hệ thống tự động trong các nhà máy, xí nghiệp hay phân xưởng. Mục đích của môn học giúp sinh viên hệ thống lại những kiến thức đã học nhằm tính toán thiết kế các hệ thống dẫn động các chỉ tiêu về khả năng làm việc, thiết kế kết cấu, cách chọn cấp chính xác , chế độ làm việc và dung sai lắp ghép. Trong phạm vi đồ án, các kiến thức từ các môn cơ sở như Nguyên Lý Máy, Cơ lý thuyết, Vẽ kỹ thuật, Chi tiết máy,…được áp dụng giúp sinh viên có cái nhìn tổng quan về một hệ thống dẫn động cơ khí.

Từ đây, cộng với những kiến thức chuyên ngành, em sẽ tiếp cận được với các hệ thống thức tế, có được cái nhìn tổng quan hơn để chuẩn bị cho đồ án tiếp theo và luận văn tốt nghiệp. Đề tài thiết kế của em được thầy Vũ Công Hòa giao cho là Thiết kế hệ dẫn động xích tải với những kiến thức đã được học và các tài liệu tham khảo cùng với sự hướng dẫn của thầy và sự giúp đỡ của bạn bè em đã hoàn thành được đồ án này. Lần đầu tiên làm quen với công việc thiết kế, với một khối lượng kiến thức lớn, do đó có nhiều phần em chưa hiểu mặc dù đã tham khảo nhiều tài liệu, trong tính toán không thể tránh được những thiếu sót. Mong thầy thông cảm và nhận được sự đóng góp ý kiến, giúp em có được những kiến thức cần thiết để sau này ra trường có thể ứng dụng trong công việc.

Em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Công Hòa đã tận tình hướng dẫn và cho em nhiều ý kiến quý báu để hoàn thành đồ án thiết kế này. SỐ LIỆU THIẾT KẾ:. PHẦN 1: XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN. CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN:.

7 Chọn hiệu suất của hệ thống:. 7 Tính công suất cần thiết:. 7 Xác định số vòng quay sơ bộ và chọn động cơ điện:. 7 PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN:.

9 Tỉ số truyền của hệ thống:. 9 Công suất trên các trục:. 9 Số vòng quay trên các trục:. 9 Tính moment xoắn trên các trục:.

10 Bảng đặc tính:. 10 PHẦN 2: TÍNH THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH. 11 THÔNG SỐ BAN ĐẦU:. 11 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ:.

11 Chọn loại xích:. 11 Xác định các thông số của xích và bộ truyền:. 11 Tính kiểm nghiệm xích về độ bền:. 13 Tính các đường kính đĩa xích:.

13 Kiểm nghiệm xích về độ bền tiếp xúc:. 14 Xác định lực tác dụng lên trục:. 15 PHẦN 3: TÍNH THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG. 16 TÍNH THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CẤP NHANH.

16 THÔNG SỐ BAN ĐẦU:. 16 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ:. 16 Chọn vật liệu:. 16 Tính toán số chu kỳ cơ sở, số chu kì thay đổi ứng suất tương đương.

17 3 Tính các giá trị ứng suất:. 19 Tính toán các thông số của bộ truyền bánh răng. 21 Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền bánh răng:. 22 Tính toán kiểm nghiệm giá trị ứng suất tiếp xúc:.

23 Kiểm nghiệm lại ứng suất tiếp xúc cho phép:. 27 Tính toán kiểm nghiệm giá trị ứng suất uốn:. 27 Kiểm nghiệm răng về quá tải. 29 TÍNH THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CẤP CHẬM.

30 THÔNG SỐ BAN ĐẦU:. 30 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ:. 30 Chọn vật liệu:. 30 Tính toán số chu kỳ làm việc cơ sở, số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương.

30 Tính các giá trị ứng suất:. 32 Tính toán các thông số của bộ truyền bánh răng:. 33 Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền bánh răng:. 33 Tính toán kiểm nghiệm giá trị ứng suất tiếp xúc:.

34 Tính toán kiểm nghiệm giá trị ứng suất uốn:. 36 Kiểm nghiệm răng về quá tải. 38 Điều kiện bôi trơn hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp:. 38 Bảng kết quả tính:.

40 PHẦN 4: TÍNH THIẾT KẾ TRỤC VÀ THEN. 41 SƠ ĐỒ LỰC TÁC DỤNG LÊN CÁC TRỤC:. 41 THÔNG SỐ BAN ĐẦU:. 41 Chọn vật liệu:.

42 Chọn sơ bộ đường kính trục. 42 Xác định chiều dài các trục. 43 Xác định chiều dài các mayơ. 44 Tính toán khoảng cách các trục.

46 Xác định trị số lực tác dụng lên bánh răng:. 47 Tính toán các phản lực có trên trục:. 48 Biểu đồ moment trục I:. 49 Tính toán đường kính tại các vị trí của trục I.

50 Biểu đồ moment trục II:. 53 4 Tính toán đường kính tại các vị trí của trục II. 53 Biểu đồ moment trục III:. 56 Tính toán đường kính tại các vị trí của trục III.

56 TÍNH MỐI GHÉP THEN. 57 Kiểm nghiệm then:. 58 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi:. 59 Kiểm nghiệm về độ bền tĩnh.

64 PHẦN 5 THIẾT KẾ Ổ LĂN VÀ CHỌN KHỚP NỐI. 65 Thiết kế ổ trên trục I. 65 Thông số tại các ổ lăn tại A và B trên trục I:. 65 Tính chọn ổ lăn theo khả năng tải động:.

65 Khả năng tải động tính toán:. 65 Thời gian làm việc tính bằng triệu vòng quay:. 66 Tải trọng quy ước trên ổ:. 66 Khả năng tải động tính toán:.

66 Kiểm nghiệm khả năng tải tỉnh:. 66 Thiết kế ổ trên trục II. 67 Tính chọn ổ lăn theo khả năng tải động:. 68 Khả năng tải động tính toán:.

68 Thời gian làm việc tính bằng triệu vòng quay:. 68 Chọn các hệ số:. 68 Tải trọng quy ước:. 68 Khả năng tải động tính toán:.

69 Kiểm nghiệm khả năng tải tỉnh:. 69 Thiết kế ổ trên trục III. 69 Tính chọn ổ lăn theo khả năng tải động:. 70 Khả năng tải động tính toán:.

70 Thời gian làm việc tính bằng triệu vòng quay:. 70 Chọn các hệ số:. 70 Tải trọng quy ước:. 70 Khả năng tải động tính toán:.

71 Kiểm nghiệm khả năng tải tỉnh:. 71 5 Nối trục đàn hồi. 71 PHẦN 6 THIẾT KẾ VÕ HỘP GIẢM TỐC VÀ CÁC CHI TIẾT PHỤ. 73 Thiết kế vỏ hộp:.

7 Kết cấu vỏ hộp:. 73 Kết cấu bánh răng:. 73 Các kích thước của vỏ hộp giảm tốc:. 73 Kích thước gối trục: Đường kính ngoài và tâm lỗ vít.

75 Các chi tiết thành phần:. 75 Chốt định vị. 77 Que thăm dầu. 78 Vòng chắn dầu.

78 Bôi trơn trong hộp giảm tốc. 79 PHẦN 7: DUNG SAI LẮP GHÉP. 81 Chọn cấp chính xác:. 81 Chọn kiểu lắp:.

81 Bảng dung sai lắp ghép bánh răng và then:. 8 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 84 6 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ: HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI PHẦN 1: XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN: Chọn hiệu suất của hệ thống: Hiệu suất truyền động của hệ thống: η = ηkn × η2br × ηx × ηol 5 (1.3 tài liệu số (II) ta có: ηkn = 0,98 : Hiệu suất khớp nối ηbr = 0,96 : Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ ηx = 0,96 : Hiệu suất bộ truyền xích ηol = 0,99 : Hiệu suất của ổ lăn Ta được: η = ηkn × ηbr 2 × ηx × ηol5 = 0,98 × 0,972 × 0,96 × 0,995 = 0,8418 Tính công suất cần thiết: Ft × v 3800 × 3,08 Công suất làm việc trên trục xích tải: Plv = = = 11,704 kW (1.2) 1000 1000 Công suất tương đương (công suất tính toán): T 2 ∑ n1 Pi2 t i ∑ n1( i ) t i √ T Ptd = √ n = Plv × ∑1 ti ∑n t i 1 T 2 0,6T 2 0,3T 2 √( T) × t1 + ( T ) × t 2 + ( T ) × t 3 Ptd = Plv × (1.3) t 1 + t 2 + 𝑡3 12 × 32 + 0,62 × 40 + 0,32 × 50 Ptd = 11,704 × √ = 7,5599 kW 32 + 40 + 50 Ptd 7,5599 Công suất cần thiết trên trục động cơ: Pct = = = 8,9806 kW (1.4) η 0,8418 Xác định số vòng quay sơ bộ và chọn động cơ điện: Số vòng quay trục bộ phận công tác: (1.5) 60000×v 60000×3,08 vòng nlv= = =136,8889 ( ) z×p 9×150 phút Tỷ số truyền của hệ thống: uht = uhgt × ux (1.6) Chọn tỉ số truyền theo tiêu chuẩn ở bảng 2.4 tài liệu số (II) 7 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ: HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI ux = 2 : Tỉ số truyền bộ truyền xích.