I. Thiết kế hộp giảm tốc đồng trục Tổng quan
Đồ án cơ sở Thiết kế hộp giảm tốc đồng trục tập trung vào thiết kế hộp giảm tốc hai cấp. Nội dung bao gồm việc chọn động cơ, phân phối tỉ số truyền, thiết kế bộ truyền đai và bộ truyền bánh răng, cũng như tính toán các chi tiết máy như trục và then. Giảm tốc đồng trục được lựa chọn vì tính gọn nhẹ và hiệu quả. Đồ án sử dụng các công thức và tiêu chuẩn thiết kế cơ khí để đảm bảo độ bền và hiệu suất hoạt động của hộp giảm tốc. Thiết kế cơ khí được thực hiện dựa trên các thông số kỹ thuật cụ thể của động cơ và tải trọng yêu cầu. Quá trình thiết kế bao gồm nhiều bước, từ xác định công suất động cơ đến kiểm nghiệm độ bền của các chi tiết. Mục tiêu là tạo ra một bản vẽ kỹ thuật hoàn chỉnh cho hộp giảm tốc đồng trục, đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất và độ tin cậy.
1.1 Xác định công suất động cơ và phân phối tỉ số truyền
Công suất động cơ được xác định dựa trên công suất cần thiết của trục tang quấn cáp (tính toán hộp giảm tốc). Hiệu suất truyền động được tính toán dựa trên hiệu suất của bộ truyền đai, bánh răng và ổ lăn. Công suất cần thiết của động cơ được tính toán là 4,94 kW. Số vòng quay sơ bộ của động cơ được xác định dựa trên số vòng quay của trục tang quấn cáp và tỉ số truyền toàn bộ. Động cơ 4A112M4Y3 (5,5 kW, 1425 v/ph) được chọn. Tỉ số truyền toàn bộ được phân phối cho bộ truyền đai và hộp giảm tốc đồng trục hai cấp. Tỉ số truyền của mỗi cấp trong hộp giảm tốc được chọn là xấp xỉ 3.2 để đơn giản hóa thiết kế. Các thông số kỹ thuật của động cơ và hệ thống truyền động được tóm tắt trong một bảng. Lựa chọn động cơ là bước quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và kích thước của toàn bộ hệ thống. Phân phối tỉ số truyền cần cân bằng giữa độ nén và hiệu quả hoạt động.
1.2 Thiết kế bộ truyền đai và bánh răng
Thiết kế bộ truyền đai bao gồm việc chọn loại đai, tiết diện đai, đường kính bánh đai, khoảng cách trục và chiều dài đai. Đai thang loại Ƃ được chọn dựa trên công suất và vận tốc. Các thông số được tính toán dựa trên công thức và tiêu chuẩn thiết kế. Lực căng đai và lực tác dụng lên trục được tính toán để đảm bảo độ bền. Thiết kế bộ truyền bánh răng bao gồm việc chọn vật liệu, xác định ứng suất cho phép, tính toán môđun, số răng, góc nghiêng răng và kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc và uốn của răng. Thép C45 được chọn làm vật liệu cho bánh răng. Các tính toán được thực hiện để đảm bảo độ bền của bánh răng dưới tải trọng làm việc. Tính toán bộ truyền đai giúp đảm bảo hiệu quả truyền động và tuổi thọ của đai. Tính toán bộ truyền bánh răng đảm bảo sự ăn khớp chính xác và độ bền cần thiết.
II. Tính toán các chi tiết máy
Phần này tập trung vào tính toán trục, then và các chi tiết liên quan khác trong hộp giảm tốc. Thiết kế trục bao gồm việc chọn vật liệu, xác định sơ bộ đường kính trục, tính toán ứng suất, và kiểm tra độ bền. Thép 45 được chọn làm vật liệu cho trục. Các thông số như momen xoắn, khoảng cách giữa các gối đỡ và vị trí lắp đặt các chi tiết được tính toán chi tiết. Thiết kế then được thực hiện sao cho đảm bảo truyền mômen xoắn an toàn giữa trục và các chi tiết khác. Vật liệu lựa chọn cho trục phải đáp ứng được yêu cầu về độ bền, cứng và khả năng chịu mài mòn. Tính toán chính xác các thông số của trục và then là rất quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả vận hành.
2.1 Tính toán trục
Tính toán trục bao gồm việc xác định đường kính trục, ứng suất xoắn, và kiểm tra độ bền uốn và xoắn. Vật liệu trục được chọn là thép 45, có độ bền cao. Đường kính trục được tính toán dựa trên momen xoắn trên mỗi trục của hộp giảm tốc. Khoảng cách giữa các gối đỡ được xác định dựa trên các lực tác dụng lên trục. Các kiểm tra độ bền được thực hiện để đảm bảo rằng trục có thể chịu được tải trọng làm việc mà không bị phá hủy. Lựa chọn vật liệu và thiết kế hình dạng trục ảnh hưởng đến độ bền và trọng lượng của toàn bộ hệ thống. Phân tích ứng suất giúp đảm bảo trục hoạt động an toàn trong điều kiện vận hành thực tế.
2.2 Tính toán then
Tính toán then dựa trên momen xoắn truyền tải. Loại then và kích thước then được chọn dựa trên tiêu chuẩn thiết kế. Ứng suất cắt và ứng suất ép của then được tính toán để đảm bảo độ bền và khả năng truyền mômen. Lựa chọn then phù hợp đảm bảo khả năng truyền mômen an toàn, tránh hiện tượng trượt hoặc phá hủy then. Tính toán chính xác các thông số của then là rất cần thiết để đảm bảo sự hoạt động ổn định và bền vững của hệ thống. Sự lựa chọn then còn phụ thuộc vào không gian lắp đặt có sẵn và các yêu cầu về độ chính xác.
III. Kết luận và ứng dụng
Đồ án Thiết kế hộp giảm tốc đồng trục cung cấp một giải pháp thiết kế chi tiết cho một hộp giảm tốc hai cấp. Đồ án áp dụng các phương pháp tính toán và thiết kế cơ khí hiện đại. Kết quả đồ án có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các thiết kế tương tự. Ứng dụng của hộp giảm tốc đồng trục rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật, đặc biệt là trong các hệ thống truyền động cần giảm tốc độ và tăng mômen. Đồ án góp phần nâng cao kiến thức và kỹ năng thiết kế cơ khí cho sinh viên. Giải pháp thiết kế trong đồ án có thể được tối ưu hóa hơn nữa bằng cách sử dụng các phần mềm thiết kế CAD tiên tiến như SolidWorks hoặc AutoCAD. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng sẽ giúp đánh giá hiệu quả và độ tin cậy của thiết kế một cách toàn diện hơn.
