Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong hệ thống sản xuất công nghiệp và đời sống, các hệ thống truyền động cơ khí đóng vai trò then chốt trong việc truyền và biến đổi chuyển động từ nguồn động lực đến cơ cấu chấp hành. Đối với các hệ thống truyền động máy công tác như băng tải, xích tải hay tời nâng, hộp giảm tốc là cụm chi tiết trung gian giữ nhiệm vụ giảm số vòng quay và tăng mômen xoắn cho trục công tác. Đồ án môn học Chi tiết máy của tác giả Hoắc Vỹ Quang (lớp Cơ khí ô tô - K57, Khoa Cơ khí, Bộ môn Thiết kế máy - Trường Đại học Giao thông Vận tải; Giảng viên hướng dẫn: ThS. Văn Quốc Hữu) giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho trạm dẫn động xích tải sử dụng hộp giảm tốc hai cấp trục vít.
Văn bản thiết kế xác định các mục tiêu và nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể theo Đề số IV (Phương án số 8) với các điều kiện biên và thông số làm việc như sau:
- Lực kéo trên xích tải ($P$): $730\text{ kG}$ (tương đương $7300\text{ N}$).
- Vận tốc di chuyển của xích tải ($v$): $0,1\text{ m/s}$.
- Bước xích tải ($t$): $160\text{ mm}$.
- Số răng đĩa xích tải công tác ($z$): $9\text{ răng}$.
- Chiều cao tâm đĩa xích tải: $525\text{ mm}$.
- Thời hạn phục vụ của hệ thống: $4\text{ năm}$.
- Sai số vận tốc cho phép: $\le 5%$.
- Chế độ làm việc: Hệ thống quay một chiều, làm việc với tải trọng thay đổi có va đập nhẹ; hệ số sử dụng thời gian trong ngày $K_{ngày} = 0,67$ (tương đương số giờ làm việc thực tế $t_p = 16\text{ giờ/ngày}$), hệ số sử dụng thời gian trong năm $K_{năm} = 0,8$ (tương đương số ngày làm việc thực tế $a = 292\text{ ngày/năm}$).
Đối tượng nghiên cứu của đồ án là trạm dẫn động xích tải cơ khí. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc tính toán động học toàn hệ thống, thiết kế động lực học và độ bền cho hai bộ truyền trục vít - bánh vít (cấp nhanh và cấp chậm), thiết kế trục, chọn ổ lăn, then, khớp nối đàn hồi, xác định kết cấu vỏ hộp đúc và các chi tiết phụ trợ, tính toán hệ thống bôi trơn và dung sai lắp ghép.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế
Đồ án được xây dựng trên nền tảng lý thuyết thiết kế máy, sức bền vật liệu, nguyên lý máy và dung sai lắp ghép cơ khí, sử dụng hệ thống công thức giải tích và bảng tra cứu chuẩn kỹ thuật từ tài liệu chuyên ngành "Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí" (Tập 1 và Tập 2) của PGS. TS. Trịnh Chất và TS. Lê Văn Uyển.
Phương pháp nghiên cứu và tính toán thực tế được triển khai đồng bộ qua các bước:
- Phương pháp tính toán động học và công suất tương đương: Xác định công suất tính toán theo chế độ tải trọng bậc chu kỳ có xét đến hiệu suất cơ học của từng cụm truyền động (ổ lăn, bộ truyền trục vít, khớp nối trục) để chọn động cơ điện không đồng bộ ba pha phù hợp.
- Phương pháp tính toán thiết kế bộ truyền trục vít theo độ bền tiếp xúc và uốn: Ứng dụng phương pháp giải tích để xác định khoảng cách trục $a_w$, môđun $m$, số mối ren trục vít $z_1$, số răng bánh vít $z_2$, hệ số đường kính trục vít $q$. Kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc $\sigma_H$, ứng suất uốn $\sigma_F$, khả năng chịu quá tải khi mở máy và kiểm tra cân bằng nhiệt của hộp giảm tốc.
- Phương pháp tính toán thiết kế trục và kiểm nghiệm mỏi: Xác định sơ đồ đặt lực trong không gian, lập phương trình cân bằng tĩnh học để vẽ biểu đồ mômen uốn ($M_x, M_y$) và mômen xoắn ($T$). Xác định đường kính trục tại các tiết diện theo mômen tương đương $M_{tđ}$, kiểm nghiệm độ bền mỏi dựa trên hệ số an toàn thực tế $S \ge [S]$.
- Phương pháp chọn và kiểm nghiệm ổ lăn theo khả năng tải: Tính toán phản lực gối đỡ, lực dọc trục tổng hợp, tải trọng động quy ước $Q$, từ đó kiểm nghiệm khả năng tải động $C_d$ và tải tĩnh $C_0$ cho hệ thống ổ đũa côn đỡ chặn.
- Phương pháp thiết kế kết cấu vỏ hộp và chi tiết phụ: Sử dụng phương pháp tra cứu tương quan hình học thực nghiệm đối với vỏ hộp đúc bằng gang xám, kết hợp lựa chọn chế độ bôi trơn ngâm dầu cho bộ truyền và bôi trơn mỡ cho ổ lăn.
- Phương pháp quy định dung sai lắp ghép: Áp dụng hệ thống dung sai tiêu chuẩn cho mối ghép then, ổ lăn và bánh vít trên trục.
Nội dung chính theo từng phần của đồ án
Phần I: Tính toán động học hệ dẫn động cơ khí
Phần này xác định công suất, tỷ số truyền và các thông số vận hành trên từng trục của hệ thống dẫn động:
- Công suất trục tang quay công tác ($P_1$): $$P_1 = \frac{F \times v}{1000} = \frac{7300 \times 0,1}{1000} = 0,73\text{ kW}$$
- Công suất tính toán ($P_{tt}$): Do tải trọng thay đổi theo chu kỳ ($t_1 = 4\text{ s}$ ở $P_1 = 0,73\text{ kW}$; $t_2 = 2\text{ s}$ ở $P_2 = 0,7P_1 = 0,511\text{ kW}$; $t_3 = 2\text{ s}$ ở $P_3 = 0,5P_1 = 0,365\text{ kW}$; bỏ qua thời gian quá tải mở máy $3\text{ s}$): $$P_{tt} = \sqrt{\frac{0,73^2 \times 4 + 0,511^2 \times 2 + 0,365^2 \times 2}{8}} = 0,604\text{ kW}$$
- Hiệu suất chung của hệ thống ($\eta$): Với 3 cặp ổ lăn ($\eta_{ol} = 0,99$), 2 bộ truyền trục vít ($\eta_{tv} = 0,82$) và 1 khớp nối ($\eta_k = 1$): $$\eta = \eta_{ol}^3 \times \eta_{tv}^2 \times \eta_k = 0,99^3 \times 0,82^2 \times 1 = 0,65$$
- Công suất cần thiết trên trục động cơ ($P_{ct}$): $$P_{ct} = \frac{P_{tt}}{\eta} = \frac{0,604}{0,65} = 0,93\text{ kW}$$
- Số vòng quay trục công tác ($n_{ct}$): $$n_{ct} = \frac{60000 \times v}{z \times t} = \frac{60000 \times 0,1}{9 \times 160} = 4,17\text{ vg/ph}$$
- Chọn động cơ điện: Chọn động cơ không đồng bộ ba pha lồng sóc mã hiệu 4A80A4Y3 có công suất định mức $P_{đc} = 1,1\text{ kW}$, số vòng quay đồng bộ $n_{đc} = 1400\text{ vg/ph}$, tỷ số mômen mở máy $T_k/T_{đn} = 2,0$, hiệu suất $\eta = 75%$.
- Phân phối tỷ số truyền: Tỷ số truyền chung của hệ thống $u_{ch} = \frac{1400}{4,17} = 335,73$. Nhằm đảm bảo kích thước kết cấu hợp lý ($a_{w2} \approx 2 a_{w1}$), tỷ số truyền cấp nhanh được chọn $u_1 = 17,45$ và cấp chậm $u_2 = 19,24$.
| Thông số kỹ thuật | Trục động cơ | Trục I (Cấp nhanh) | Trục II (Trung gian) | Trục III (Trục ra) |
|---|---|---|---|---|
| Công suất $P$ (kW) | 1,100 | 0,925 | 0,751 | 0,610 |
| Tỷ số truyền $u$ | 1,00 | 1,00 | 17,45 | 19,24 |
| Số vòng quay $n$ (vg/ph) | 1400,00 | 1400,00 | 80,30 | 4,17 |
| Mômen xoắn $T$ (Nmm) | 7503,57 | 6309,82 | 89315,69 | 1397002,40 |
Phần II: Tính toán thiết kế bộ truyền trong hộp giảm tốc
Hệ thống sử dụng hộp giảm tốc hai cấp trục vít gồm bộ truyền cấp nhanh và bộ truyền cấp chậm.
1. Bộ truyền cấp nhanh
- Vật liệu chế tạo: Vận tốc trượt sơ bộ $v_{sb} = 2,8\text{ m/s} < 5\text{ m/s}$, chọn bánh vít làm bằng đồng thanh không thiếc БрАЖ 9-4 đúc trong khuôn cát ($\sigma_b = 400\text{ MPa}, \sigma_{ch} = 200\text{ MPa}$), trục vít bằng thép tôi đạt độ rắn bề mặt cao.
- Ứng suất cho phép: Ứng suất tiếp xúc $[\sigma_H] = 180\text{ MPa}$; ứng suất uốn $[\sigma_F] = 75,4\text{ MPa}$; ứng suất tiếp xúc cực đại khi quá tải $[\sigma_H]_{max} = 400\text{ MPa}$.
- Thông số hình học: Chọn số mối ren trục vít $z_1 = 2$, số răng bánh vít $z_2 = 35 \implies$ tỷ số truyền thực $u_m = 17,5$ (sai lệch $du = 0,29% \le 4%$). Hệ số đường kính $q = 10$, môđun $m = 5\text{ mm}$, khoảng cách trục $a_w = 115\text{ mm}$, góc vít $\gamma = 10,31^\circ$, chiều rộng vành răng $b_2 = 42\text{ mm}$, đường kính vòng chia $d_2 = 175\text{ mm}$.
- Kiểm nghiệm độ bền:
- Ứng suất tiếp xúc tính toán: $\sigma_H = 124,73\text{ MPa} \le [\sigma_H] = 180\text{ MPa}$ (đạt).
- Kiểm nghiệm quá tải tiếp xúc: $\sigma_{Hmax} = 220,45\text{ MPa} \le [\sigma_H]_{max} = 400\text{ MPa}$ (đạt).
- Kiểm nghiệm nhiệt: Nhiệt độ dầu bôi trơn cân bằng $t_d = 59,81^\circ\text{C} \le [t_d] = 70^\circ\text{C}$ (không cần lắp quạt làm mát phụ).
2. Bộ truyền cấp chậm
- Vật liệu chế tạo: Vận tốc trượt sơ bộ $v_{sb} = 0,4\text{ m/s} < 2\text{ m/s}$, chọn vành bánh vít bằng gang xám СЧ 15-32 đúc khuôn cát ($\sigma_b = 150\text{ MPa}, \sigma_{bu} = 320\text{ MPa}$), trục vít bằng thép 20X thấm cacbon và tôi đạt độ cứng HRC 45.
- Ứng suất cho phép: $[\sigma_H] = 194,2\text{ MPa}$, $[\sigma_F] = 57,42\text{ MPa}$, $[\sigma_H]_{max} = 291,3\text{ MPa}$.
- Thông số hình học: Chọn $z_1 = 2$, số răng bánh vít $z_2 = 39 \implies$ tỷ số truyền thực $u_m = 19,5$ (sai lệch $du = 1,35% \le 4%$). Hệ số đường kính $q = 10$, môđun $m = 10\text{ mm}$, khoảng cách trục $a_w = 250\text{ mm}$, chiều rộng vành răng $b_2 = 85\text{ mm}$, đường kính vòng chia bánh vít $d_2 = 390\text{ mm}$.
- Kiểm nghiệm độ bền:
- Ứng suất tiếp xúc tính toán: $\sigma_H = 162,79\text{ MPa} \le [\sigma_H] = 194,2\text{ MPa}$ (đạt).
- Kiểm nghiệm quá tải tiếp xúc: $\sigma_{Hmax} = 237,85\text{ MPa} \le [\sigma_H]_{max} = 291,3\text{ MPa}$ (đạt).
- Kiểm nghiệm nhiệt: Nhiệt độ dầu bôi trơn cân bằng $t_d = 29,82^\circ\text{C} \le [t_d] = 90^\circ\text{C}$ (đạt yêu cầu thoát nhiệt tự nhiên).
Phần III: Thiết kế các chi tiết đỡ nối (Trục, Then, Ổ lăn, Khớp nối)
1. Thiết kế và kiểm nghiệm trục
Vật liệu chế tạo trục là thép C45 thường hóa có giới hạn bền $\sigma_b = 600\text{ MPa}$, ứng suất xoắn cho phép $[\tau] = 15\dots 30\text{ MPa}$, giới hạn mỏi uốn $\sigma_{-1} = 261,6\text{ MPa}$, giới hạn mỏi xoắn $\tau_{-1} = 151,73\text{ MPa}$.
- Kích thước đường kính ngõng trục sau thiết kế:
- Trục I: $d_{k} = 20\text{ mm}$ (lắp khớp nối), $d_{10} = d_{11} = 25\text{ mm}$ (lắp ổ lăn), $d_{12} = 60\text{ mm}$ (phần trục vít cắt liền trục).
- Trục II: $d_{10} = d_{11} = 30\text{ mm}$ (lắp ổ lăn), $d_{12} = 45\text{ mm}$ (lắp bánh vít 1), $d_{13} = 100\text{ mm}$ (phần trục vít 2).
- Trục III: $d_{10} = d_{11} = 70\text{ mm}$ (lắp ổ lăn), $d_{13} = 80\text{ mm}$ (lắp bánh vít 2), $d_{rx} = 65\text{ mm}$ (đầu trục lắp đĩa xích tải).
- Hệ số an toàn mỏi tổng hợp ($S$): Tất cả các tiết diện nguy hiểm đều thỏa mãn điều kiện bền mỏi $S \ge [S] = 1,5\dots 2,5$:
- Trục I: $S_{I0} = 48,65$; $S_{I2} = 73,29$.
- Trục II: $S_{II2} = 7,02$; $S_{II3} = 17,37$.
- Trục III: $S_{III1} = 4,24$; $S_{III3} = 6,85$.
2. Tính toán chọn và kiểm nghiệm then
Sử dụng then bằng theo tiêu chuẩn, kiểm nghiệm theo độ bền dập $\sigma_d \le [\sigma_d] = 100\text{ MPa}$ và bền cắt $\tau_c \le [\tau_c] = 60\text{ MPa}$:
- Tiết diện $I_k$ ($b \times h = 6 \times 6\text{ mm}$, $l_t = 36\text{ mm}$): $\sigma_d = 8,34\text{ MPa}$, $\tau_c = 3,47\text{ MPa}$ (đạt).
- Tiết diện $II_2$ ($b \times h = 12 \times 8\text{ mm}$, $l_t = 40\text{ mm}$): $\sigma_d = 41,30\text{ MPa}$, $\tau_c = 10,30\text{ MPa}$ (đạt).
- Tiết diện $III_3$ ($b \times h = 22 \times 14\text{ mm}$, $l_t = 80\text{ mm}$): $\sigma_d = 87,31\text{ MPa}$, $\tau_c = 19,84\text{ MPa}$ (đạt).
- Tiết diện đầu trục ra lắp xích $III_{rx}$ ($b \times h = 20 \times 12\text{ mm}$, $l_t = 80\text{ mm}$): Tính toán cho thấy 1 then bị quá tải dập ($\sigma_d = 119,4\text{ MPa} > 100\text{ MPa}$). Giải pháp kết cấu: bố trí 2 then bằng đặt lệch nhau $180^\circ$, khi đó mỗi then tiếp nhận $0,75T$, đảm bảo ứng suất dập nằm trong giới hạn cho phép.
3. Tính toán chọn và kiểm nghiệm ổ lăn
Do lực dọc trục sinh ra từ bộ truyền trục vít rất lớn, tác giả chọn toàn bộ ổ đỡ cho cả 3 trục là ổ đũa côn (cấp chính xác 0), tuổi thọ thiết kế $L_h = 20.000\text{ giờ}$:
- Trục I: Chọn ổ đũa côn cỡ trung 7305 ($d = 25\text{ mm}, D = 62\text{ mm}, B = 18,25\text{ mm}, C = 29,6\text{ kN}, C_0 = 20,9\text{ kN}, \alpha = 13,5^\circ$). Tải trọng động tính toán $C_d = 14,81\text{ kN} < C$; tải tĩnh $Q_0 = 1,1\text{ kN} < C_0$.
- Trục II: Chọn ổ đũa côn cỡ trung rộng 7606 ($d = 30\text{ mm}, D = 72\text{ mm}, B = 28,75\text{ mm}, C = 61,3\text{ kN}, C_0 = 51,0\text{ kN}, \alpha = 12,0^\circ$). Tải trọng động tính toán $C_d = 49,05\text{ kN} < C$; tải tĩnh $Q_0 = 8,6\text{ kN} < C_0$.
- Trục III: Chọn ổ đũa côn cỡ trung 7314 ($d = 70\text{ mm}, D = 150\text{ mm}, B = 38\text{ mm}, C = 168,0\text{ kN}, C_0 = 137,0\text{ kN}, \alpha = 11,67^\circ$). Tải trọng động tính toán $C_d = 15,41\text{ kN} < C$; tải tĩnh $Q_0 = 8,2\text{ kN} < C_0$.
4. Tính chọn khớp nối trục
Sử dụng khớp nối trục vòng đàn hồi nối trục động cơ với trục I:
- Mômen xoắn danh nghĩa của khớp: $T = 31,5\text{ Nm}$; đường kính lỗ trục $d = 20\text{ mm}$; đường kính ngoài $D = 90\text{ mm}$; đường kính vòng tâm chốt $D_0 = 63\text{ mm}$; số chốt $Z = 4$.
- Kiểm nghiệm sức bền dập của vòng cao su đàn hồi và độ bền uốn của chốt nối đều thỏa mãn điều kiện bền danh định.
Phần IV: Cấu tạo vỏ hộp, các chi tiết phụ, bôi trơn hộp giảm tốc và chọn chế độ lắp trong hộp
- Vật liệu và kết cấu vỏ hộp: Vỏ hộp đúc bằng gang xám GX 15-32, mặt ghép nắp và thân đi qua tâm các trục để thuận tiện cho việc lắp ghép.
- Kích thước cơ bản của vỏ hộp:
- Chiều dày thân hộp: $\delta = 0,03a + 3 = 10,5\text{ mm}$.
- Chiều dày nắp hộp: $\delta_1 = 0,9\delta = 9,45\text{ mm}$.
- Gân tăng cứng: Chiều dày $e = 8,4\text{ mm}$, chiều cao $h = 50\text{ mm}$, độ dốc $2^\circ$.
- Bu lông nền: $d_1 = 21\text{ mm}$; bu lông cạnh ổ: $d_2 = 16\text{ mm}$; bu lông ghép bích nắp và thân: $d_3 = 13\text{ mm}$; vít ghép nắp ổ: $d_4 = 10\text{ mm}$; vít ghép nắp cửa thăm: $d_5 = 9\text{ mm}$.
- Chiều dày bích thân hộp $S_3 = 20\text{ mm}$; chiều dày bích nắp $S_4 = 20\text{ mm}$; chiều dày đế hộp $S_1 = 30\text{ mm}$.
- Cốc lót gối trục II: Do đường kính đỉnh ren trục vít cấp chậm $d_{tv} = 120\text{ mm} > D_{ổ} = 72\text{ mm}$, để lắp được trục II qua lỗ thân hộp bắt buộc phải sử dụng cốc lót có chiều dày thành $\delta = 9,36\text{ mm}$.
- Chi tiết phụ: Bố trí 2 bu lông vòng để nâng hạ; chốt định vị hình côn ($d = 6\text{ mm}$); cửa thăm kích thước bích nắp $150 \times 100\text{ mm}$ bắt bằng 4 vít M8x22; nút thông hơi M27x2 trên nắp cửa thăm; nút tháo dầu trụ M22x2 có đệm kín tại đáy hộp; que thăm dầu dạng dẹt.
- Hệ thống bôi trơn:
- Bộ truyền trục vít: Ngâm dầu trong vỏ hộp, mức dầu ngập bánh vít từ $(0,75\dots 2)h$ (không nhỏ hơn $10\text{ mm}$).
- Ổ lăn: Bôi trơn độc lập bằng mỡ LGMT3 (gốc xà phòng lithium, dầu khoáng cơ sở có độ nhớt động học $120\text{ mm}^2/\text{s}$ ở $40^\circ\text{C}$, cấp đậm đặc NLGI 3, dải nhiệt độ $-30^\circ\text{C} \dots +120^\circ\text{C}$).
- Lượng mỡ nạp lần đầu: Trục I nạp $5,27\text{ g}$; Trục II nạp $9,72\text{ g}$; Trục III nạp $12,25\text{ g}$.
Phần V: Tính dung sai và kích thước trục
Xác định hệ thống dung sai và kiểu lắp ghép cho trục III (trục ra chịu tải trọng lớn nhất):
- Kiểu dung sai ghép bánh vít trên trục: Chọn mối lắp $H7/k6$ (dung sai lỗ bánh vít: $ES = +30,\mu\text{m}, EI = 0,\mu\text{m}$; dung sai trục: $es = +21,\mu\text{m}, ei = +2,\mu\text{m}$).
- Kiểu dung sai lắp vòng trong ổ lăn lên ngõng trục $\phi 70$: Lắp theo hệ thống lỗ cơ bản với miền dung sai trục $k6$ ($es = +21,\mu\text{m}, ei = +2,\mu\text{m}$).
Kết quả và thông số kỹ thuật chính
Đồ án đã hoàn thiện trọn vẹn tập hồ sơ tính toán thiết kế cho trạm dẫn động xích tải với các chỉ số kỹ thuật tổng hợp:
| Hạng mục thiết kế | Thông số kỹ thuật xác lập |
|---|---|
| Động cơ điện | Mã hiệu 4A80A4Y3 ($P = 1,1\text{ kW}, n = 1400\text{ vg/ph}$) |
| Tỷ số truyền hệ thống | $u_{ch} = 335,73$ (Cấp nhanh $u_1 = 17,45$; Cấp chậm $u_2 = 19,24$) |
| Bộ truyền cấp nhanh | $a_{w1} = 115\text{ mm}, m_1 = 5\text{ mm}, q_1 = 10, z_1 = 2, z_2 = 35$, vật liệu БрАЖ 9-4/Thép tôi |
| Bộ truyền cấp chậm | $a_{w2} = 250\text{ mm}, m_2 = 10\text{ mm}, q_2 = 10, z_1 = 2, z_2 = 39$, vật liệu СЧ 15-32/Thép 20X tôi |
| Trục và gối đỡ | Thép C45 thường hóa; Ổ đũa côn: 7305 (Trục I), 7606 (Trục II), 7314 (Trục III) |
| Khớp nối trục vào | Khớp nối trục vòng đàn hồi ($T_{danh,nghĩa} = 31,5\text{ Nm}, D_0 = 63\text{ mm}, Z = 4\text{ chốt}$) |
| Kết cấu vỏ hộp | Gang xám GX15-32 đúc, $\delta = 10,5\text{ mm}$, sử dụng cốc lót $\delta = 9,36\text{ mm}$ tại gối Trục II |
| Giải pháp then tải trọng lớn | Sử dụng 2 then bằng bố trí lệch $180^\circ$ tại đầu trục ra lắp đĩa xích |
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế của tài liệu: Toàn bộ quá trình tính toán độ bền và kết cấu dựa trên các công thức giải tích kinh điển và bảng tra thực nghiệm truyền thống. Đồ án chưa thực hiện mô phỏng số kiểm chứng trạng thái ứng suất - biến dạng của vỏ hộp và trục bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM), chưa tối ưu hóa khối lượng kết cấu bằng các thuật toán tối ưu.
- Hướng phát triển: Ứng dụng phần mềm mô phỏng động học và phân tích động lực học chuyên dụng để đánh giá dao động xoắn và rung động của hệ thống xích tải khi khởi động; nghiên cứu ứng dụng phương pháp bôi trơn tuần hoàn hoặc tối ưu hóa biên dạng răng trục vít để nâng cao hiệu suất truyền động.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thiết thực cho:
- Sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Cơ khí Ô tô, Chế tạo máy, Cơ điện tử: Cung cấp phương pháp mẫu chuẩn mực và trình tự các bước thực hiện Đồ án môn học Chi tiết máy, Đồ án Thiết kế hệ dẫn động cơ khí hoặc Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành.
- Phần nội dung có giá trị tham khảo cao:
- Trình tự xử lý bài toán thiết kế hộp giảm tốc trục vít hai cấp có tỷ số truyền lớn ($u > 300$).
- Biện pháp xử lý kết cấu thực tế như sử dụng cốc lót tại gối trục trung gian và giải pháp bố trí hai then bằng chịu tải cho mối ghép trục ra có mômen xoắn lớn.
- Quy trình tính toán kiểm nghiệm nhiệt hộp giảm tốc và quy chuẩn lựa chọn mỡ bôi trơn công nghiệp SKF cho ổ đũa côn.
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao tại vị trí lắp đĩa xích trên trục III phải sử dụng 2 then bằng đặt lệch nhau $180^\circ$?
Theo kết quả tính toán kiểm nghiệm độ bền dập với 1 then bằng kích thước $20 \times 12\text{ mm}$, ứng suất dập phát sinh là $\sigma_d = 119,4\text{ MPa}$, vượt quá ứng suất dập cho phép ($[\sigma_d] = 100\text{ MPa}$). Để đảm bảo độ bền mà không làm tăng quá mức đường kính ngõng trục, tác giả chọn giải pháp kết cấu bố trí 2 then bằng đặt cách nhau $180^\circ$, khi đó mỗi then tiếp nhận $75%$ mômen xoắn danh nghĩa, đưa ứng suất dập thực tế về mức an toàn.
2. Vì sao gối đỡ trên trục II bắt buộc phải thiết kế thêm chi tiết cốc lót?
Trên trục II, đường kính đỉnh ren của phần trục vít cấp chậm là $d_{tv} = 120\text{ mm}$, trong khi đường kính ngoài của ổ lăn gối đỡ trục II chỉ là $D = 72\text{ mm}$. Nếu khoét lỗ thân hộp theo đường kính ổ lăn $72\text{ mm}$ thì không thể đưa trục II cùng phần trục vít vào hộp khi lắp ráp. Do đó, thân hộp phải khoét lỗ lớn hơn $120\text{ mm}$ và sử dụng thêm cốc lót có chiều dày thành $\delta = 9,36\text{ mm}$ để định vị ổ lăn.
3. Căn cứ nào để lựa chọn vật liệu vành bánh vít cấp nhanh là đồng thanh БрАЖ 9-4 còn cấp chậm là gang xám СЧ 15-32?
Việc lựa chọn vật liệu dựa trên vận tốc trượt $v_s$ của bộ truyền:
- Ở cấp nhanh, vận tốc trượt sơ bộ đạt $v_{sb} = 2,8\text{ m/s}$ (nằm trong dải $2\dots 5\text{ m/s}$), do đó sử dụng đồng thanh không thiếc БрАЖ 9-4 để chống dính và chịu mài mòn tốt.
- Ở cấp chậm, do số vòng quay trục trung gian đã giảm xuống còn $80,3\text{ vg/ph}$, vận tốc trượt chỉ còn $v_{sb} = 0,4\text{ m/s} < 2\text{ m/s}$, nên sử dụng gang xám СЧ 15-32 đúc khuôn cát để tiết kiệm chi phí vật liệu mà vẫn đảm bảo khả năng chịu tải.
4. Tại sao hệ thống ổ lăn của cả ba trục đều sử dụng loại ổ đũa côn?
Trong bộ truyền trục vít - bánh vít, lực dọc trục sinh ra khi ăn khớp rất lớn (lực dọc trục lớn nhất trên trục II đạt $F_{at2} = 6978,42\text{ N}$, trên trục I đạt $1020,75\text{ N}$). Ổ đũa côn có khả năng tiếp nhận đồng thời lực hướng tâm lớn và lực dọc trục lớn, đồng thời đảm bảo độ cứng vững và định vị chính xác vị trí dọc trục của trục vít và bánh vít.
5. Hộp giảm tốc có cần trang bị quạt gió làm mát cưỡng bức hay không?
Không. Kết quả tính toán cân bằng nhiệt ở Phần II cho thấy nhiệt độ dầu làm việc ổn định ở cấp nhanh là $t_d = 59,81^\circ\text{C} \le 70^\circ\text{C}$ và ở cấp chậm là $t_d = 29,82^\circ\text{C} \le 90^\circ\text{C}$. Nhiệt lượng sinh ra hoàn toàn được giải phóng an toàn qua diện tích bề mặt vỏ gang ra môi trường không khí xung quanh mà không cần quạt làm mát hay cánh tản nhiệt phụ.
Kết luận
Đồ án môn học Chi tiết máy của tác giả Hoắc Vỹ Quang đã hoàn thành trọn vẹn nhiệm vụ thiết kế trạm dẫn động xích tải với hộp giảm tốc hai cấp trục vít có tỷ số truyền tổng $u_{ch} = 335,73$. Toàn bộ hệ thống truyền động từ động cơ điện 4A80A4Y3 ($1,1\text{ kW}$), hai bộ truyền trục vít, kết cấu hệ trục thép C45, ổ đũa côn và vỏ hộp gang xám GX 15-32 đều được tính toán kiểm nghiệm chặt chẽ theo các chỉ tiêu bền tiếp xúc, bền uốn, bền mỏi và cân bằng nhiệt. Các giải pháp kỹ thuật như bố trí hai then lệch $180^\circ$ và sử dụng cốc lót gối trục trung gian thể hiện tính hợp lý cao trong xử lý kết cấu cơ khí thực tế.