Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong kỹ thuật cơ khí và sản xuất công nghiệp, hệ thống dẫn động đóng vai trò thiết yếu nhằm truyền và biến đổi chuyển động từ nguồn động lực (động cơ điện) đến các cơ cấu công tác như thiết bị nâng hạ, băng tải, hệ thống cán thép, máy khuấy hay tời kéo. Hộp giảm tốc là bộ phận trung gian cơ học thực hiện chức năng giảm vận tốc góc và tăng mô men xoắn theo một tỷ số truyền cố định. Đồ án học phần PBL 1 (Project-Based Learning 1) với đề tài "Thiết kế mô phỏng hệ thống dẫn động - Hộp giảm tốc 2 cấp triển khai dẫn động tời kéo" được thực hiện tại Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng, nhằm giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho trạm dẫn động tời kéo cáp phục vụ sản xuất.

Nhiệm vụ nghiên cứu và thiết kế của đề tài bao gồm các nội dung kỹ thuật sau:

  1. Nghiên cứu tổng quan về các dạng sơ đồ động của hộp giảm tốc, cấu tạo, ứng dụng và lựa chọn phương án truyền động 2 cấp khai triển bánh răng trụ.
  2. Xác định công suất làm việc, tính chọn động cơ điện không đồng bộ ba pha và phân phối tỷ số truyền cho toàn hệ thống dẫn động.
  3. Tính toán thiết kế chi tiết bộ truyền ngoài (bộ truyền đai dẹt) và các bộ truyền trong hộp giảm tốc (cấp nhanh bánh răng trụ răng thẳng, cấp chậm bánh răng trụ răng nghiêng).
  4. Phân tích lực tác dụng, xây dựng biểu đồ mô men, tính toán thiết kế kết cấu trục và then, kiểm nghiệm độ bền tĩnh, độ bền mỏi và độ bền dập/cắt.
  5. Tính chọn gối đỡ trục (ổ lăn), khớp nối trục đàn hồi, thiết kế vỏ hộp và hệ thống bôi trơn ngâm dầu.
  6. Xây dựng mô hình hình học 3D, mô phỏng lực truyền và ứng suất trên bánh răng, trục và lắp ráp cụm chi tiết trên phần mềm Autodesk Fusion 360.
  7. Lập quy trình công nghệ chế tạo chi tiết trục cơ khí trong môi trường tích hợp CAD/CAM/CNC.

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống dẫn động tời kéo sử dụng hộp giảm tốc 2 cấp khai triển kết hợp bộ truyền đai dẹt ngoài. Phạm vi tính toán thiết kế dựa trên tải trọng công tác với lực kéo $P = 2800\text{ N}$, đường kính tang tời $D = 310\text{ mm}$, chế độ tải trọng thay đổi theo chu kỳ ($M_1 = 1{,}3M$ trong 2 giây; $M_2 = M$ trong 900 giây; $M_3 = 0{,}3M$ trong 900 giây), thời gian phục vụ danh định là 5,5 năm (mỗi năm 310 ngày, làm việc 3 ca/ngày tương đương 14 giờ/ngày).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài áp dụng hệ thống cơ sở lý thuyết chuẩn mực trong tính toán thiết kế chi tiết máy và công nghệ chế tạo máy theo các tài liệu kỹ thuật chuyên ngành cơ khí:

  • Lý thuyết truyền động cơ khí và sức bền vật liệu: Áp dụng các tiêu chuẩn tính toán độ bền tiếp xúc mặt răng ($\sigma_{tx}$), độ bền uốn chân răng ($\sigma_u$), khả năng chịu quá tải đột ngột, tính toán mỏi trục theo chu kỳ đối xứng của ứng suất uốn ($\sigma_a$) và chu kỳ mạch động của ứng suất xoắn ($\tau_a, \tau_m$) dựa trên tài liệu Thiết kế chi tiết máy của Nguyễn Trọng Hiệp và cẩm nang tính toán hệ dẫn động.
  • Phương pháp phân tích động học và động lực học: Thiết lập cân bằng mô men, cân bằng lực tại các gối đỡ trên các mặt phẳng tọa độ thẳng đứng ($Oyz$) và nằm ngang ($Oxz$), từ đó xác định mô men uốn tổng hợp và mô men tương đương tại các tiết diện nguy hiểm.
  • Phương pháp mô hình hóa và mô phỏng số: Ứng dụng phần mềm Autodesk Fusion 360 để thiết kế mô hình 3D tham số hóa (parametric modeling), phân tích lực truyền động và mô phỏng ứng suất tĩnh (stress analysis) trên các chi tiết chịu lực chính (bánh răng, trục truyền), cũng như mô phỏng lắp ghép động cơ học.
  • Phương pháp lập quy trình công nghệ chế tạo máy (CAD/CAM/CNC): Xác định chuẩn công nghệ, tiến trình gia công cơ khí các bề mặt trục, chọn máy công cụ CNC, thông số chế độ cắt và dao cụ thích hợp.
  • Nguồn dữ liệu: Số liệu tra cứu tiêu chuẩn từ các bảng quy chuẩn kỹ thuật cơ khí Việt Nam và tiêu chuẩn GOST (TOCT 1862-60 đối với dầu bôi trơn máy kéo AK-20, bảng tra quy cách động cơ điện ba pha không đồng bộ AO2/AOJI2, bảng tra ổ bi đỡ và ổ bi đỡ chặn).

Thiết kế và triển khai

Hệ thống dẫn động được tổ chức theo cấu trúc truyền động cơ học nối tiếp từ động cơ đến cơ cấu chấp hành:

[Động cơ điện AO2-31-4] 
   (Bộ truyền đai dẹt: i_đ = 3,25)
[Trục I - Hộp giảm tốc]
   (Cặp bánh răng trụ răng thẳng: i_nh = 3,407)
[Trục II - Trung gian]
   (Cặp bánh răng trụ răng nghiêng: i_ch = 2,62)
[Trục III - Trục ra]
   (Nối trục vòng đàn hồi)
[Tang tời kéo cáp (D = 310 mm)]

Hệ thống triển khai kỹ thuật bao gồm ba cấu phần cốt lõi:

  1. Hệ thống phần cứng cơ khí:
    • Động cơ điện xoay chiều 3 pha AO2-31-4 đặt trên bệ đỡ.
    • Vỏ hộp giảm tốc đúc bằng gang xám, kết cấu tách đôi qua mặt phẳng tâm các trục nhằm thuận tiện cho việc chế tạo, lắp ráp và kiểm tra vết ăn khớp bánh răng.
    • Các bộ phận ổ lăn đỡ trục: Trục I sử dụng ổ bi đỡ 305 do không có lực dọc trục tác dụng; Trục II và Trục III bố trí các ổ bi đỡ chặn nhằm tiếp nhận đồng thời lực hướng tâm và lực dọc trục phát sinh từ góc nghiêng của răng bánh răng cấp chậm ($\beta = 14{,}362^\circ$).
  2. Ứng dụng công nghệ phần mềm:
    • Thiết kế 3D hoàn chỉnh các chi tiết bánh răng, trục bậc, then bằng và vỏ hộp trên Autodesk Fusion 360.
    • Mô phỏng ứng suất tập trung và biến dạng đàn hồi tại vùng chân răng và các bậc trục chuyển tiếp có rãnh then nhằm kiểm chứng tính chính xác của mô hình giải tích.
    • Thiết lập mô phỏng động học lắp ráp các cụm trục II và III để kiểm tra sự tương thích không gian và khe hở ăn khớp.
  3. Quy trình gia công và kiểm thử:
    • Thiết lập tiến trình công nghệ gia công chi tiết trục: Khỏa mặt đầu, khoan lỗ tâm hai đầu, tiện thô và tiện tinh các bề mặt trụ định vị ổ lăn và may-ơ bánh răng, phay rãnh then trên máy CNC.
    • Kiểm tra điều kiện bôi trơn ngâm dầu vỏ hộp: Mức dầu ngâm tối thiểu từ $0{,}7$ đến 2 lần chiều cao răng bánh răng lớn cấp nhanh ($h_2 = 2{,}25m$), mức dầu tối đa không vượt quá $1/3$ bán kính vòng đỉnh của bánh răng lớn cấp chậm ($d_{a4}/6$). Giá trị tính toán thực tế đạt mức kiểm nghiệm $94\text{ mm} > 79{,}066\text{ mm}$, bảo đảm yêu cầu bôi trơn màng dầu liên tục.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1 - Chương 1: Các loại hộp giảm tốc

Chương này khảo sát phân loại các dạng hộp giảm tốc công nghiệp phổ biến: hộp giảm tốc bánh răng trụ một cấp, hai cấp và ba cấp (phân bố theo sơ đồ đồng trục, sơ đồ cấp nhanh tách đôi và sơ đồ khai triển); hộp giảm tốc bánh răng nón; hộp giảm tốc trục vít và trục vít - bánh răng. Tác giả phân tích ưu điểm của sơ đồ khai triển 2 cấp: kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, thuận tiện trong sửa chữa, bảo dưỡng và tản nhiệt tốt; nhược điểm là chiều rộng hộp tăng và tải trọng phân bố không đều dọc theo chiều dài răng do trục bị biến dạng uốn.

Phần 1 - Chương 2: Tính chọn động cơ điện và phân phối tỷ số truyền

Dựa trên tải trọng tời kéo $P = 2800\text{ N}$ và các hệ số thay đổi tải trọng trong chu kỳ, công suất tính toán trên trục tang tời được xác định. Với hiệu suất hệ dẫn động $\eta = \eta_đ \cdot \eta_{br}^2 \cdot \eta_{ol}^4 \cdot \eta_k = 0{,}95 \cdot (0{,}96)^2 \cdot (0{,}99)^4 \cdot 1 = 0{,}84$, công suất cần thiết trên trục động cơ là $N_{ct} = 1{,}97\text{ kW}$. Số vòng quay sơ bộ của động cơ được tính là $n_{sb} = 1481{,}715\text{ vòng/phút}$. Tác giả lựa chọn kiểu động cơ không đồng bộ ba pha A02(AOJI2)31-4 có công suất định mức $N_{đc} = 2{,}2\text{ kW}$, vận tốc quay định mức $n_{đc} = 1430\text{ vòng/phút}$, hiệu suất $81%$, tỷ số mô men $M_m/M_{đm} = 1{,}2$.

Tỷ số truyền chung của hệ thống là $i_{ch} = n_{đc} / n_{lv} = 1430 / 49{,}287 = 29{,}0137$. Phân phối tỷ số truyền: chọn bộ truyền đai ngoài $i_đ = 3{,}25$, tỷ số truyền của hộp giảm tốc $i_h = 8{,}927$. Phân chia cho cấp nhanh và cấp chậm theo tương quan $i_{nhanh} = 1{,}3 \cdot i_{chậm}$, thu được $i_{nhanh} = 3{,}407$ và $i_{chậm} = 2{,}62$.

Bảng thông số động học và động lực học trên các trục:

Thông số Trục động cơ Trục I Trục II Trục III
Tỷ số truyền ($i$) — $i_đ = 3{,}25$ $i_{nhanh} = 3{,}407$ $i_{chậm} = 2{,}62$
Vận tốc quay ($n$ - vòng/phút) 1430 440 129,146 49,292
Công suất ($N$ - kW) 2,2 2,0691 1,887 1,721
Mô men xoắn ($M$ - N.mm) 14692,307 44908,875 139538,584 333432,403

Phần 1 - Chương 3: Tính toán và thiết kế các bộ truyền

Nội dung chương tập trung vào việc tính toán ba bộ truyền cơ sở:

  1. Bộ truyền ngoài (Đai dẹt): Sử dụng vật liệu đai vải cao su. Đường kính bánh đai nhỏ tính toán $D_1 = 140\text{ mm}$ (vận tốc đai $v = 10{,}48\text{ m/s}$), đường kính bánh đai lớn $D_2 = 450\text{ mm}$ (hệ số trượt $\varepsilon = 0{,}01$, sai số vận tốc vòng thực tế $\Delta n = 0{,}1%$). Khoảng cách trục $A = 1180\text{ mm}$, chiều dài đai danh nghĩa $L = 3307{,}13\text{ mm}$ (cộng thêm $100\text{ mm}$ nối đai thành $3407{,}13\text{ mm}$). Góc ôm đai nhỏ $\alpha_1 = 165^\circ \ge 150^\circ$. Bề dày đai $\delta = 3\text{ mm}$, chiều rộng đai $b = 40\text{ mm}$, bề rộng bánh đai $B = 50\text{ mm}$. Lực căng ban đầu $S_0 = 216\text{ N}$, lực tác dụng lên trục $R = 642{,}456\text{ N}$.
  2. Bộ truyền cấp nhanh (Bánh răng trụ răng thẳng): Bánh nhỏ dùng thép 45 ($\sigma_b = 600\text{ N/mm}^2, \sigma_{ch} = 300\text{ N/mm}^2, HB = 200$), bánh lớn dùng thép 35 ($\sigma_b = 500\text{ N/mm}^2, \sigma_{ch} = 260\text{ N/mm}^2, HB = 170$). Ứng suất tiếp xúc cho phép $[\sigma]{tx2} = 442\text{ N/mm}^2$; ứng suất uốn cho phép $[\sigma]{u1} = 143{,}33\text{ N/mm}^2, [\sigma]{u2} = 119{,}44\text{ N/mm}^2$. Khoảng cách trục sơ bộ $130\text{ mm}$, sau khi hiệu chỉnh theo hệ số tải trọng thực tế $K = 1{,}486$ xác định chính xác $A = 133\text{ mm}$. Mô-đun răng $m = 2\text{ mm}$; số răng bánh nhỏ $Z_1 = 30$, bánh lớn $Z_2 = 102$; chiều rộng vành răng $b = 53{,}2\text{ mm}$; góc ăn khớp $\alpha = 20^\circ$. Kiểm nghiệm độ bền uốn thực tế ($\sigma{u1} = 43{,}357\text{ N/mm}^2 < [\sigma]{u1}$, $\sigma{u2} = 37{,}822\text{ N/mm}^2 < [\sigma]_{u2}$) và kiểm nghiệm quá tải đột ngột đều đạt độ an toàn.
  3. Bộ truyền cấp chậm (Bánh răng trụ răng nghiêng): Vật liệu tương tự cấp nhanh. Khoảng cách trục $A = 160\text{ mm}$, mô-đun pháp $m_n = 2{,}5\text{ mm}$. Số răng $Z_3 = 34$, $Z_4 = 90$, góc nghiêng của răng $\beta = 14{,}362^\circ$, chiều rộng vành răng $b = 64\text{ mm}$. Đường kính vòng lăn $d_3 = 87{,}719\text{ mm}$, $d_4 = 232{,}198\text{ mm}$. Kiểm nghiệm bền uốn: $\sigma_{u3} = 40{,}404\text{ N/mm}^2 < 143{,}33\text{ N/mm}^2$, $\sigma_{u4} = 35{,}246\text{ N/mm}^2 < 119{,}44\text{ N/mm}^2$. Hệ thống đáp ứng hoàn toàn điều kiện bôi trơn ngâm dầu trong bể dầu AK-20.

Phần 1 - Chương 4: Tính toán thiết kế trục và then

Trục chế tạo từ thép 45 tôi cải thiện ($\sigma_b = 600\text{ N/mm}^2, \sigma_{ch} = 300\text{ N/mm}^2, HB = 190$, ứng suất xoắn cho phép $[\sigma] = 63\text{ N/mm}^2$). Tác giả tính toán đường kính sơ bộ, giải bài toán tĩnh học xác định phản lực gối đỡ và mô men uốn tại các mặt cắt nguy hiểm. Tiến hành kiểm nghiệm độ bền mỏi theo hệ số an toàn uốn xoắn kết hợp $n = (n_\sigma \cdot n_\tau) / \sqrt{n_\sigma^2 + n_\tau^2} \ge [n] = 1{,}5 \div 2{,}5$:

  • Trục I: Mặt cắt $n-n$ ($d = 25\text{ mm}$) có $n = 5{,}357$; mặt cắt $m-m$ ($d = 28\text{ mm}$) có $n = 2{,}747$.
  • Trục II: Mặt cắt 1-1 ($d = 38\text{ mm}$) có $n = 3{,}607$; mặt cắt 2-2 ($d = 38\text{ mm}$) có $n = 2{,}926$.
  • Trục III: Mặt cắt 3-3 ($d = 48\text{ mm}$) có $n = 4{,}737$.

Tính chọn then bằng theo tiêu chuẩn với vật liệu thép 45 thường hóa ($[\sigma_d] = 150\text{ MPa}$, $[\tau_c] = 120\text{ MPa}$). Kiểm nghiệm độ bền dập và cắt tại các mối ghép then:

  • Trục I ($d = 28\text{ mm}$): then $b \times h \times l = 8 \times 7 \times 32\text{ mm}$, $\sigma_d = 28{,}641\text{ MPa}$, $\tau_c = 12{,}53\text{ MPa}$.
  • Trục II ($d = 38\text{ mm}$): then $12 \times 8 \times 44\text{ mm}$, $\sigma_d = 37{,}935\text{ MPa}$, $\tau_c = 13{,}909\text{ MPa}$.
  • Trục III ($d = 48\text{ mm}$): then $14 \times 9 \times 48\text{ mm}$, $\sigma_d = 57{,}888\text{ MPa}$, $\tau_c = 20{,}674\text{ MPa}$. Tất cả các thông số đều nhỏ hơn giới hạn cho phép.

Phần 1 - Chương 5: Thiết kế gối đỡ trục

Dựa trên đặc tính chịu tải của từng trục: Trục I chịu phản lực hướng tâm tổng hợp tại gối đỡ $A$ là $F_A = 1099{,}669\text{ N}$, lực dọc trục $A = 0$, khả năng tải động tính toán $C = 14033{,}349$. Tác giả tra bảng tiêu chuẩn chọn ổ bi đỡ ký hiệu 305 ($d = 25\text{ mm}, D = 62\text{ mm}, B = 17\text{ mm}$, khả năng tải động danh định $C_{bảng} = 27000 > C$). Đối với Trục II và Trục III có lực dọc trục ($F_a = 814{,}619\text{ N}$ do cặp bánh răng nghiêng cấp chậm sinh ra), tác giả thiết kế gối đỡ sử dụng ổ bi đỡ chặn.

Phần 1 - Chương 6 và Chương 7: Tính chọn nối trục và thiết kế các bộ phận phụ

Lựa chọn khớp nối trục vòng đàn hồi lắp tại đầu trục ra (Trục III) nối với trục tang tời nhằm bù trừ sai lệch tâm và giảm chấn động va đập trong quá trình khởi động hoặc biến đổi tải. Thiết kế kết cấu vỏ hộp giảm tốc đúc bằng gang, xác định chiều dày thân hộp, nắp hộp, gân tăng cứng, bu-lông nẹp bích, que thăm dầu, cửa quan sát và nút tháo dầu theo quy chuẩn hình học chi tiết máy.

Phần 2: Mô phỏng động học và lực truyền trong phần mềm Autodesk Fusion 360

Trình bày quy trình dựng hình học 3D chính xác của các chi tiết: tạo biên dạng thân khai của bánh răng cấp nhanh và cấp chậm, mô hình hóa các bậc trục và rãnh then. Thiết lập bài toán mô phỏng phần tử hữu hạn (FEA) để phân tích phân bố trường ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn khi các cặp bánh răng truyền mô men xoắn. Lắp ráp hoàn chỉnh các cụm Trục II và Trục III, gán các ràng buộc cơ học (Joints) và kiểm tra khả năng quay trơn tru của cơ cấu.

Phần 3: Lập quy trình công nghệ gia công chi tiết cơ khí (CAD/CAM/CNC)

Tập trung phân tích khả năng công nghệ và điều kiện làm việc của chi tiết trục:

  • Lựa chọn thiết bị gia công: Sử dụng máy tiện CNC và máy phay CNC chuyên dụng.
  • Phân tích chuẩn gia công: Dùng hai lỗ tâm làm chuẩn định vị tinh thống nhất để gia công toàn bộ các bề mặt trụ ngoài nhằm bảo đảm độ đồng tâm.
  • Thứ tự các nguyên công: Khỏa mặt đầu và khoan lỗ tâm; tiện thô các đoạn trục; tiện tinh đạt kích thước dung sai lắp ghép ổ lăn và bánh răng; phay rãnh then; mài hoàn thiện các cổ trục lắp ổ lăn.
  • Lựa chọn dụng cụ cắt và chế độ cắt: Chọn dao tiện hợp kim cứng gắn mảnh định hình, xác định chiều sâu cắt ($t$), lượng chạy dao ($s$) và tốc độ cắt ($v$).

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu mang lại các kết quả tính toán kỹ thuật cụ thể:

  • Xác lập được bộ thông số thiết kế hoàn chỉnh cho trạm dẫn động tời kéo cáp với công suất động cơ $2{,}2\text{ kW}$, tổng tỷ số truyền $29{,}0137$.
  • Bộ truyền ngoài đai dẹt ($A = 1180\text{ mm}, D_1 = 140\text{ mm}, D_2 = 450\text{ mm}$) và hai bộ truyền bánh răng trong hộp (cấp nhanh răng thẳng $A = 133\text{ mm}, m = 2\text{ mm}$; cấp chậm răng nghiêng $A = 160\text{ mm}, m_n = 2{,}5\text{ mm}, \beta = 14{,}362^\circ$) đều đáp ứng chỉ tiêu bền tiếp xúc, bền uốn và chịu quá tải đột ngột.
  • Toàn bộ ba trục truyền đều thỏa mãn điều kiện an toàn mỏi với hệ số an toàn thực tế dao động từ $2{,}747$ đến $5{,}357$ (vượt yêu cầu cho phép $[n] = 1{,}5 \div 2{,}5$); các mối ghép then đều nằm trong vùng an toàn chịu dập và chịu cắt.
  • Khẳng định tính tương thích về bôi trơn ngâm dầu đối với dầu công nghiệp AK-20 theo tiêu chuẩn TOCT 1862-60.
  • Kết hợp thành công giữa tính toán giải tích cổ điển với phương pháp mô phỏng số 3D trên Autodesk Fusion 360 và lập quy trình gia công CAM/CNC, giúp chuyển giao trực tiếp từ bản vẽ thiết kế sang quy trình sản xuất thực tế.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài:

  • Các kết quả phân tích ứng suất và động học chủ yếu dừng lại ở mức tính toán lý thuyết và mô phỏng số tĩnh/động trên phần mềm Autodesk Fusion 360, chưa có dữ liệu đo đạc thực nghiệm trên mô hình vật lý chế tạo thực tế.
  • Chưa khảo sát ảnh hưởng của dao động cưỡng bức, nhiệt độ làm việc thực tế và biến dạng nhiệt của vỏ hộp khi vận hành liên tục 3 ca/ngày trong điều kiện khí hậu nhiệt đới.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

  • Gia công chế tạo thử nghiệm nguyên mẫu chi tiết trục và vỏ hộp trên hệ thống máy CNC theo đúng tiến trình công nghệ đã lập tại Phần 3.
  • Thực hiện đo kiểm thực nghiệm độ rung động, mức độ ồn và nhiệt độ của dầu bôi trơn dưới tải trọng danh định nhằm đối chiếu với các thông số mô phỏng số.

Giá trị tham khảo

Đồ án có giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cao:

  • Tài liệu học tập và tham khảo trực tiếp cho sinh viên các ngành Kỹ thuật Cơ khí, Cơ điện tử, Kỹ thuật Chế tạo máy khi thực hiện đồ án môn học Chi tiết máy, Đồ án Thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí hoặc đồ án PBL kỹ thuật.
  • Cung cấp chuỗi tính toán mẫu mực, nhất quán từ khâu chọn động cơ, phân phối tỷ số truyền, tính toán bộ truyền đai, bánh răng, trục, then, ổ lăn đến mô phỏng CAD/CAM/CNC.
  • Cung cấp cơ sở thiết kế kết cấu cho các kỹ sư cơ khí khi phát triển các hệ thống tời kéo, băng tải công nghiệp có quy mô công suất nhỏ và trung bình.

Câu hỏi thường gặp

1. Động cơ điện được lựa chọn trong đề tài có mã hiệu gì và các thông số danh định ra sao? Tác giả lựa chọn động cơ điện không đồng bộ ba pha mã hiệu A02(AOJI2)31-4 với công suất định mức $N_{đc} = 2{,}2\text{ kW}$, vận tốc quay định mức $n_{đc} = 1430\text{ vòng/phút}$, hiệu suất định mức đạt $81%$ và tỷ số mô men mở máy $M_m/M_{đm} = 1{,}2$.

2. Tại sao cấp nhanh sử dụng bánh răng trụ răng thẳng trong khi cấp chậm lại dùng bánh răng trụ răng nghiêng? Cấp nhanh có vận tốc quay cao ($n_I = 440\text{ vòng/phút}$), mô men xoắn nhỏ ($44908{,}875\text{ N.mm}$), việc dùng răng thẳng giúp triệt tiêu lực dọc trục tác dụng lên Trục I, cho phép sử dụng ổ bi đỡ 305 đơn giản. Cấp chậm có mô men xoắn lớn ($139538{,}584\text{ N.mm}$), việc sử dụng bánh răng nghiêng ($\beta = 14{,}362^\circ$) giúp tăng hệ số trùng khớp, tăng khả năng chịu tải tiếp xúc và uốn, đồng thời giúp bộ truyền làm việc êm ái hơn.

3. Kích thước khoảng cách trục của các bộ truyền trong hệ thống được xác định chính xác là bao nhiêu? Khoảng cách trục của bộ truyền đai dẹt ngoài là $A = 1180\text{ mm}$; khoảng cách trục của bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng cấp nhanh là $A = 133\text{ mm}$; khoảng cách trục của bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng cấp chậm là $A = 160\text{ mm}$.

4. Kết quả kiểm nghiệm hệ số an toàn mỏi tại các tiết diện nguy hiểm nhất của Trục I, II và III đạt giá trị bao nhiêu? Hệ số an toàn mỏi tổng hợp $n$ tại các mặt cắt nguy hiểm lần lượt là: Trục I đạt $n = 5{,}357$ (tại tiết diện $n-n$) và $n = 2{,}747$ (tại tiết diện $m-m$); Trục II đạt $n = 3{,}607$ (tại tiết diện 1-1) và $n = 2{,}926$ (tại tiết diện 2-2); Trục III đạt $n = 4{,}737$ (tại tiết diện 3-3). Tất cả đều thỏa mãn điều kiện an toàn $[n] \ge 1{,}5 \div 2{,}5$.

5. Hộp giảm tốc sử dụng loại dầu bôi trơn nào và căn cứ kiểm nghiệm mức dầu ngâm ra sao? Hộp giảm tốc sử dụng dầu máy kéo AK-20 theo tiêu chuẩn TOCT 1862-60. Mức dầu bôi trơn được kiểm nghiệm thỏa mãn điều kiện chênh lệch mức dầu ngập răng giữa bánh răng cấp nhanh và cấp chậm với kết quả bất đẳng thức kiểm chứng đạt $94\text{ mm} > 79{,}066\text{ mm}$.

Kết luận

Đồ án PBL 1 của nhóm tác giả đã hoàn thành toàn diện việc tính toán thiết kế kỹ thuật, mô phỏng và lập quy trình công nghệ chế tạo cho trạm dẫn động tời kéo sử dụng hộp giảm tốc 2 cấp khai triển. Toàn bộ các chỉ tiêu về động học, động lực học, độ bền mỏi của trục, độ bền tiếp xúc và uốn của bánh răng cũng như gối đỡ ổ lăn đều được chứng minh chặt chẽ qua các công thức giải tích và số liệu tra cứu tiêu chuẩn. Việc tích hợp công cụ Autodesk Fusion 360 để mô phỏng phân tích ứng suất và quy trình công nghệ CAD/CAM/CNC mang lại tính thực tiễn cao, đóng góp một tài liệu tham khảo chi tiết cho công tác đào tạo và nghiên cứu kỹ thuật cơ khí.