Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong chương trình đào tạo kỹ sư ngành Kỹ thuật Cơ khí và Kỹ thuật Cơ điện tử, đồ án môn học Chi tiết máy (Nguyên lý chi tiết máy) giữ vai trò then chốt nhằm tổng hợp kiến thức từ các học phần cơ sở như Sức bền vật liệu, Cơ học lý thuyết, Vật liệu cơ khí và Công nghệ kim loại để giải quyết bài toán thiết kế một hệ thống máy hoàn chỉnh. Văn bản thuyết minh đồ án của sinh viên Phạm Hồng Thái (ngành Kỹ thuật cơ điện tử K53, Trường Đại học Nông Lâm Huế, dưới sự hướng dẫn của ThS. Phan Tôn Thanh Tâm) tập trung giải quyết bài toán tính toán và thiết kế hệ dẫn động cơ khí cho bộ phận công tác xích tải theo đề tài số IV.6.

Hệ thống dẫn động cơ khí trong thực tiễn sản xuất công nghiệp đóng vai trò truyền tải công suất và biến đổi số vòng quay từ động cơ điện đến bộ phận công tác, đáp ứng yêu cầu vận hành với tốc độ và mômen xoắn phù hợp. Mục tiêu chính của đồ án là xác định các thông số động học, động lực học và thiết kế đầy đủ các chi tiết máy trong hệ thống, bao gồm động cơ, nối trục, hộp giảm tốc một cấp bánh răng trụ răng thẳng, bộ truyền xích ngoài và các chi tiết phụ trợ.

Nhiệm vụ nghiên cứu và thiết kế của đồ án được triển khai qua 7 nội dung cụ thể:

  1. Phân tích kết cấu, sơ đồ động học và nguyên lý làm việc của hệ thống dẫn động.
  2. Tính toán công suất, hiệu suất toàn hệ thống, chọn động cơ điện tiêu chuẩn và phân phối tỷ số truyền cho các cấp truyền động.
  3. Xác định các thông số động học và lực học trên từng trục (công suất, tốc độ quay, mômen xoắn).
  4. Thiết kế chi tiết bộ truyền xích ống con lăn ngoài hộp giảm tốc (xác định bước xích, số răng, khoảng cách trục, kiểm nghiệm độ bền mòn và tiếp xúc).
  5. Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng trong hộp giảm tốc (chọn vật liệu, xác định ứng suất cho phép, tính khoảng cách trục, môđun, kích thước hình học, kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc, độ bền uốn và khả năng quá tải).
  6. Thiết kế kết cấu trục và then: xác định sơ bộ đường kính, lập sơ đồ đặt lực không gian, tính phản lực gối đỡ, vẽ biểu đồ mômen uốn - xoắn, xác định đường kính ngỗng trục, tính chọn then bằng và kiểm nghiệm độ bền mỏi của trục.
  7. Tính chọn và kiểm nghiệm ổ lăn, thiết kế kết cấu vỏ hộp, hệ thống bôi trơn và các chi tiết phụ trợ (nắp ổ, cửa thăm, que thăm dầu, nút thông hơi, nút tháo dầu, bulông ghép).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ dẫn động cơ khí gồm 1 động cơ điện, 1 khớp nối trục đàn hồi, 1 hộp giảm tốc 1 cấp bánh răng trụ răng thẳng, 1 bộ truyền xích ống con lăn một dãy và bộ phận công tác là xích tải.
  • Phạm vi thông số đầu vào:
    • Lực kéo của xích tải: $F = 3000\text{ N}$.
    • Vận tốc xích tải: $v = 2,3\text{ m/s}$.
    • Số răng đĩa xích tải: $z = 9$ răng.
    • Bước xích tải: $p = 110\text{ mm}$.
    • Thời gian phục vụ định mức: $L_h = 14000\text{ giờ}$.
    • Chế độ làm việc: 1 ca/ngày, đặc tính tải trọng va đập nhẹ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án sử dụng khung lý thuyết chuẩn mực trong ngành cơ khí chế tạo máy, dựa trên các tài liệu giáo trình và sổ tay tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí (chủ yếu là tài liệu tham khảo chuyên ngành của Trịnh Chất, Lê Văn Uyển và Nguyễn Trọng Hiệp):

  • Khung lý thuyết tính toán:

    • Lý thuyết động lực học máy: Xác định hiệu suất tổng, phân phối tỷ số truyền tối ưu giữa bộ truyền ngoài và bộ truyền trong hộp giảm tốc.
    • Lý thuyết độ bền tiếp xúc và độ bền uốn của bánh răng: Tính toán theo tiêu chuẩn ứng suất tiếp xúc $\sigma_H \le [\sigma_H]$ và ứng suất uốn chân răng $\sigma_F \le [\sigma_F]$.
    • Lý thuyết độ bền mòn và tải trọng phá hỏng của bộ truyền xích: Tính toán theo chỉ tiêu công suất cho phép $[P]$ và hệ số an toàn tiếp xúc $\sigma_H \le [\sigma_H]$.
    • Phương pháp phân tích lực không gian và lý thuyết sức bền vật liệu: Xác định mômen tương đương $M_{td} = \sqrt{M_x^2 + M_y^2 + 0,75T^2}$, kiểm nghiệm độ bền mỏi của trục dựa trên hệ số an toàn $s$.
    • Tiêu chuẩn độ bền dập và cắt của mối ghép then bằng: Kiểm nghiệm ứng suất dập $\sigma_d \le [\sigma_d]$ và ứng suất cắt $\tau_c \le [\tau_c]$.

  • Phương pháp nghiên cứu:

    • Phương pháp giải tích kỹ thuật: Ứng dụng các công thức giải tích chuẩn để tính toán tuần tự các thông số động lực học, kích thước hình học và ứng suất làm việc.
    • Phương pháp tra cứu bảng tiêu chuẩn kỹ thuật: Tra cứu các hệ số tải trọng động, hệ số phân bố tải trọng, hệ số dạng răng, kích thước ổ lăn, then bằng và thông số động cơ từ sổ tay thiết kế chi tiết máy.
    • Phương pháp cân bằng tĩnh học: Lập phương trình cân bằng lực và mômen uốn trong hai mặt phẳng vuông góc ($Oxz$ và $Oyz$) để tìm phản lực tại các gối đỡ trục I và trục II.

  • Nguồn dữ liệu:

    • Bộ số liệu tải trọng và yêu cầu kỹ thuật đề bài số IV.6.
    • Hệ thống bảng tra cứu thông số động cơ điện, vật liệu thép chế tạo máy (Thép 45), hệ số điều kiện làm việc và kích thước tiêu chuẩn cơ khí.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống dẫn động cơ khí được thiết kế theo sơ đồ truyền động nối tiếp: Động cơ điện $\rightarrow$ Khớp nối đàn hồi $\rightarrow$ Hộp giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng 1 cấp $\rightarrow$ Bộ truyền xích ống con lăn $\rightarrow$ Xích tải công tác.

[Động cơ điện] --> [Nối trục đàn hồi] --> [Hộp giảm tốc 1 cấp (Bánh răng trụ thẳng)] --> [Bộ truyền xích] --> [Xích tải]

Quy trình thiết kế kỹ thuật được triển khai qua các bước:

  1. Tính toán động học và động lực học toàn hệ thống: Xác định công suất làm việc trên trục công tác $P_{lv} = 6,9\text{ kW}$, hiệu suất chung $\eta = 0,912$, từ đó xác định công suất cần thiết trên trục động cơ $P_{ct} = 7,56\text{ kW}$. Lựa chọn động cơ điện 4A132S4Y3 có công suất định mức $7,5\text{ kW}$, tốc độ quay danh định $1455\text{ vòng/phút}$. Tỷ số truyền chung $u_{ht} = 10,47$ được phân phối thành tỷ số truyền hộp giảm tốc $u_{br} = 3,49$ và tỷ số truyền bộ xích $u_{tx} = 3$.
  2. Thiết kế chi tiết các bộ truyền: Thiết kế bộ truyền xích ống con lăn bước xích $p = 25,4\text{ mm}$ và bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng môđun $m = 2\text{ mm}$, khoảng cách trục $a_w = 112\text{ mm}$.
  3. Thiết kế trục và gối đỡ: Phân tích lực tác dụng lên các ngỗng trục, tính toán khoảng cách gối đỡ, lập biểu đồ mômen $M_x, M_y$ và mômen tổng $M_{td}$. Từ đó xác định đường kính các đoạn trục bậc trên trục I ($d = 17\text{ mm}, 22\text{ mm}$) và trục II ($d = 28\text{ mm}, 30\text{ mm}, 32\text{ mm}$).
  4. Kiểm nghiệm bền và hoàn thiện kết cấu: Kiểm nghiệm then bằng, kiểm nghiệm mỏi trục I, chọn ổ lăn đỡ chặn, thiết kế kết cấu vỏ hộp bằng phương pháp hàn thép tấm carbon (đã qua xử lý nhiệt khử ứng suất) và xác định phương pháp bôi trơn ngâm dầu.
  5. Triển khai bản vẽ: Thiết kế bản vẽ lắp và bản vẽ chi tiết các bộ phận cơ khí trên phần mềm AutoCAD.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tính toán động lực hệ dẫn động cơ khí

Chương này tập trung xác định các thông số nền tảng của hệ thống dẫn động:

  • Công suất làm việc: $P_{lv} = \frac{F \cdot v}{1000} = \frac{3000 \cdot 2,3}{1000} = 6,9\text{ kW}$.
  • Hiệu suất hệ thống: $\eta = \eta_{br} \cdot (\eta_{ol})^3 \cdot \eta_{tx} \cdot \eta_{nt} = 0,98 \cdot (0,99)^3 \cdot 0,96 \cdot 1 \approx 0,912$.
  • Công suất cần thiết trên động cơ: $P_{ct} = \frac{P_{lv}}{\eta} = \frac{6,9}{0,912} = 7,56\text{ kW}$.
  • Tốc độ quay trên trục công tác: $n_{lv} = 139\text{ vòng/phút}$. Tốc độ quay sơ bộ động cơ $n_{sb} = u_{sb} \cdot n_{lv} = 12 \cdot 139 = 1668\text{ vòng/phút}$.
  • Chọn động cơ: Động cơ 4A132S4Y3 có công suất $7,5\text{ kW}$, tốc độ quay danh định $n_{dc} = 1455\text{ vòng/phút}$, $\cos\varphi = 0,86$, hiệu suất $87,5%$, hệ số mômen $T_k/T_{dn} = 2,2$, $T_{max}/T_{dn} = 2,0$.
  • Phân phối tỷ số truyền: Tỷ số truyền hệ thống $u_{ht} = \frac{1455}{139} = 10,47$; phân phối cho bộ truyền xích $u_{tx} = 3$ và hộp giảm tốc $u_{br} = \frac{10,47}{3} = 3,49$.
Thông số Trục động cơ Trục I (Trục vào HGT) Trục II (Trục ra HGT) Trục công tác
Công suất $P$ (kW) 7,56 7,48 7,26 6,90
Tốc độ quay $n$ (vòng/phút) 1455 1455 416,90 138,97
Mômen xoắn $T$ (N.mm) 49620,62 49095,53 166306,07 474167,09
Tỷ số truyền $u$ 1,00 1,00 3,49 3,00

Chương 2. Thiết kế bộ truyền xích

Chương 2 trình bày toàn bộ các bước tính toán bộ truyền xích ngoài:

  • Loại xích: Chọn xích ống con lăn 1 dãy nhằm đảm bảo độ bền mòn và dễ chế tạo.
  • Số răng đĩa xích: Đĩa nhỏ $z_1 = 29 - 2u = 23$ răng; đĩa lớn $z_2 = u \cdot z_1 = 3 \cdot 23 = 69$ răng. Tỷ số truyền thực tế $u_t = 3$.
  • Bước xích: Chọn bước xích tiêu chuẩn $p = 25,4\text{ mm}$ (thỏa mãn điều kiện công suất tính toán $P_t \le [P] = 25,7\text{ kW}$). Đường kính chốt $d_c = 7,95\text{ mm}$, chiều dài ống $B = 22,61\text{ mm}$.
  • Khoảng cách trục và số mắt xích: Khoảng cách trục sơ bộ $a = 40p = 1016\text{ mm}$, số mắt xích quy tròn $x = 127$ mắt. Khoảng cách trục thực tế sau khi tính toán và hiệu chỉnh là $a = 591\text{ mm}$. Chiều dài dây xích $L = 3225,8\text{ mm}$.
  • Kiểm nghiệm:
    • Hệ số an toàn tĩnh: $s \ge [s]$ với tải trọng phá hỏng $Q = 56,7\text{ kN}$, khối lượng 1 mét xích $q = 2,6\text{ kg}$.
    • Ứng suất tiếp xúc trên răng đĩa xích: $\sigma_H = 465,53\text{ MPa} \le [\sigma_H] = 600\text{ MPa}$ (đĩa xích dùng thép 45 tôi cải thiện, HB 210).
  • Lực tác dụng: Lực vòng $F_t = 1788\text{ N}$; lực tác dụng lên trục $F_r = 1,05 \cdot F_t = 1877,4\text{ N}$.
  • Kích thước hình học đĩa xích:
    • Đĩa xích nhỏ ($z_1 = 23$): $d_1 = 187\text{ mm}$, $d_{a1} = 198\text{ mm}$, $d_{f1} = 182\text{ mm}$.
    • Đĩa xích lớn ($z_2 = 69$): $d_2 = 558\text{ mm}$, $d_{a2} = 570\text{ mm}$, $d_{f2} = 554\text{ mm}$; bán kính đáy răng $r = 8,0297\text{ mm}$.

Chương 3. Thiết kế bộ truyền bánh răng

Nội dung chương 3 thiết kế cặp bánh răng trụ răng thẳng trong hộp giảm tốc:

  • Vật liệu chế tạo:
    • Bánh nhỏ: Thép 45 tôi cải thiện, độ cứng HB = 270, giới hạn bền $\sigma_{b1} = 850\text{ MPa}$, giới hạn chảy $\sigma_{ch1} = 650\text{ MPa}$.
    • Bánh lớn: Thép 45 tôi cải thiện, độ cứng HB = 260, giới hạn bền $\sigma_{b2} = 750\text{ MPa}$, giới hạn chảy $\sigma_{ch2} = 500\text{ MPa}$.
  • Khoảng cách trục và môđun: Khoảng cách trục tính toán $a_w = 112\text{ mm}$; môđun tiêu chuẩn chọn theo dãy 1 là $m = 2\text{ mm}$.
  • Số răng: Bánh nhỏ $z_1 = 25$ răng; bánh lớn $z_2 = 87$ răng. Tỷ số truyền thực tế $u_t = \frac{87}{25} = 3,48$ (sai lệch so với $u_{br} = 3,49$ là $0,23% < 4%$, đạt chuẩn).
  • Hệ số dịch chỉnh: $x_1 = 0, x_2 = 0$; góc ăn khớp $\alpha = 20^\circ$.
  • Kích thước hình học:
    • Chiều rộng vành răng: $b_w = 44,8\text{ mm}$.
    • Bánh nhỏ: đường kính vòng lăn $d_{w1} = 50\text{ mm}$, đỉnh răng $d_{a1} = 54\text{ mm}$, đáy răng $d_{f1} = 45\text{ mm}$.
    • Bánh lớn: đường kính vòng lăn $d_{w2} = 174\text{ mm}$, đỉnh răng $d_{a2} = 178\text{ mm}$, đáy răng $d_{f2} = 169\text{ mm}$.
  • Kiểm nghiệm ứng suất:
    • Độ bền tiếp xúc: $\sigma_H = 508,032\text{ MPa} \le [\sigma_H] = 509\text{ MPa}$ (độ chênh lệch $0,002 < 4%$).
    • Độ bền uốn: Ứng suất uốn tính toán $\sigma_{F1} \le [\sigma_{F1}] = 286,04\text{ MPa}$; $\sigma_{F2} \le [\sigma_{F2}] = 275,5\text{ MPa}$.
    • Lực ăn khớp: Lực vòng $F_t = 1963,8\text{ N}$; lực hướng tâm $F_r = 714,76\text{ N}$.

Chương 4. Thiết kế các chi tiết đỡ nối

Chương 4 hoàn thiện tính toán trục, mối ghép then và khớp nối:

  • Vật liệu trục: Thép 45 thường hóa có $\sigma_b = 600\text{ MPa}$, ứng suất xoắn cho phép $[\tau] = 15 - 30\text{ MPa}$ (chọn $[\tau_0] = 20\text{ MPa}$).
  • Đường kính sơ bộ: Trục I chọn $d_{sb1} = 25\text{ mm}$; trục II chọn $d_{sb2} = 35\text{ mm}$.
  • Khoảng cách gối đỡ: Khoảng cách hai gối đỡ trên trục I và trục II là $l_{11} = l_{21} = 92\text{ mm}$; khoảng cách từ gối đỡ đến điểm đặt lực bánh răng là $l_{12} = l_{22} = 46\text{ mm}$. Chiều dài may ơ bánh răng $l_{m1} = 55\text{ mm}$, may ơ đĩa xích $l_{mc2} = 47\text{ mm}$.
  • Phân tích lực và phản lực gối đỡ:
    • Lực từ khớp nối: $F_k \approx 320\text{ N}$ (hoặc $311,72\text{ N}$).
    • Lực từ bộ truyền xích: $F_r = 1877,4\text{ N}$ ($F_{y3} = 938,7\text{ N}$).
    • Lực ăn khớp bánh răng: $F_t = 1963,8\text{ N}$, $F_r = 714,76\text{ N}$.
    • Phản lực gối đỡ Trục I: $F_{y0} = F_{y1} = 357,38\text{ N}$.
    • Phản lực gối đỡ Trục II: $F_{y0} = 3642,92\text{ N}$, $F_{y1} = -1050,76\text{ N}$.
  • Đường kính ngỗng trục định hình:
    • Trục I: ngỗng lắp ổ lăn $d_0 = d_1 = 17\text{ mm}$; ngỗng lắp bánh răng $d_2 = 22\text{ mm}$; ngỗng lắp khớp nối $d_3 = 17\text{ mm}$.
    • Trục II: ngỗng lắp ổ lăn $d_0 = d_1 = 30\text{ mm}$; ngỗng lắp đĩa xích $d_2 = 28\text{ mm}$; ngỗng lắp bánh răng $d_3 = 32\text{ mm}$.
  • Tính chọn và kiểm nghiệm then: Chọn then bằng theo TCVN cho tất cả các vị trí lắp ghép.
    • Trục I: vị trí lắp khớp nối ($d = 17\text{ mm}$, chiều dài then $l_t = 47\text{ mm}$); vị trí lắp bánh răng ($d = 22\text{ mm}$, $l_t = 28\text{ mm}$).
    • Trục II: vị trí lắp bánh răng ($d = 32\text{ mm}$, $l_t = 40\text{ mm}$); vị trí lắp đĩa xích ($d = 28\text{ mm}$, then $b = 12\text{ mm}, h = 8\text{ mm}, t_1 = 5\text{ mm}, l_1 = 40\text{ mm}$). Các mối ghép đều thỏa mãn điều kiện bền dập $[\sigma_d] = 100\text{ MPa}$ và bền cắt.
  • Kiểm nghiệm bền mỏi: Xác định tiết diện 2 trên trục I là tiết diện nguy hiểm nhất; tính toán hệ số an toàn $s$ thỏa mãn điều kiện bền mỏi dưới tác dụng của chu kỳ ứng suất đối xứng.

Tính chọn ổ lăn, kết cấu vỏ hộp và bôi trơn

  • Ổ lăn: Chọn kích thước ổ lăn đỡ chặn cho trục I ($d = 17\text{ mm}$, bề rộng $b_0 = 17\text{ mm}$) và trục II ($d = 30\text{ mm}$, bề rộng $b_0 = 21\text{ mm}$); kiểm nghiệm ổ lăn theo khả năng tải động $C$ và tải tĩnh $C_0$.
  • Kết cấu vỏ hộp: Vỏ hộp giảm tốc được thiết kế dạng thép tấm carbon hàn, được xử lý nhiệt khử ứng suất dư trước khi gia công cắt gọt. Kết cấu bố trí đầy đủ nắp ổ lăn, cốc lót, cửa thăm dầu trên nắp hộp, que thăm dầu, nút thông hơi và nút tháo dầu ở đáy hộp.
  • Chế độ bôi trơn: Áp dụng phương pháp bôi trơn ngâm dầu cho bộ truyền bánh răng trong hộp giảm tốc để giảm ma sát, tản nhiệt và chống mòn bề mặt răng.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã hoàn thành toàn bộ hệ thống tính toán kỹ thuật và đưa ra các thông số kết cấu cụ thể cho hệ thống dẫn động cơ khí xích tải:

Hạng mục kết cấu Thông số kỹ thuật xác định
Nguồn động lực Động cơ điện 4A132S4Y3 ($7,5\text{ kW}$, $1455\text{ v/ph}$, $\cos\varphi = 0,86$)
Khớp nối trục Nối trục đàn hồi với đường kính danh nghĩa $D_t = 95\text{ mm}$
Hộp giảm tốc 1 cấp bánh răng trụ răng thẳng, $a_w = 112\text{ mm}$, $m = 2\text{ mm}$, $u_{br} = 3,49$, $b_w = 44,8\text{ mm}$
Cặp bánh răng Vật liệu Thép 45 tôi cải thiện; $z_1 = 25$ răng, $z_2 = 87$ răng, $\alpha = 20^\circ$
Bộ truyền xích ngoài Xích con lăn 1 dãy, bước xích $p = 25,4\text{ mm}$, $z_1 = 23, z_2 = 69$, $a = 591\text{ mm}$, $x = 127$ mắt
Trục I (Trục vào) Thép 45 thường hóa; các đoạn trục $d_0 = d_1 = 17\text{ mm}$, $d_2 = 22\text{ mm}$, $d_3 = 17\text{ mm}$
Trục II (Trục ra) Thép 45 thường hóa; các đoạn trục $d_0 = d_1 = 30\text{ mm}$, $d_2 = 28\text{ mm}$, $d_3 = 32\text{ mm}$
Vỏ hộp giảm tốc Kết cấu vỏ thép hàn khử ứng suất, trang bị cửa thăm, nút thông hơi, que thăm dầu

Các giải pháp kỹ thuật được đề xuất bao gồm:

  • Tối ưu hóa phân phối tỷ số truyền ($u_{tx} = 3$ và $u_{br} = 3,49$) giúp kích thước hộp giảm tốc nhỏ gọn, đảm bảo khoảng cách trục chỉ $112\text{ mm}$.
  • Sử dụng cặp vật liệu Thép 45 tôi cải thiện với độ chênh lệch độ cứng hợp lý giữa bánh nhỏ (HB 270) và bánh lớn (HB 260) giúp tăng đều độ bền mòn cho bộ truyền.
  • Phương án vỏ hộp thép hàn kết hợp nhiệt luyện khử ứng suất giúp giảm giá thành chế tạo đơn chiếc so với đúc gang, phù hợp với năng lực xưởng cơ khí quy mô vừa và nhỏ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của đồ án:

    • Toàn bộ tính toán dựa trên phương pháp giải tích truyền thống và các công thức thực nghiệm gần đúng, chưa có sự đối chứng bằng phần mềm mô phỏng số.
    • Bản vẽ và thiết kế hình học dừng lại ở mức mô hình hóa 2D trên AutoCAD, chưa xây dựng mô hình không gian 3D chi tiết để kiểm tra va chạm động học.
    • Chưa tiến hành chế tạo thử nghiệm thực tế hoặc đo kiểm độ rung động, tiếng ồn và nhiệt độ của hộp giảm tốc khi vận hành ở công suất đầy tải $6,9\text{ kW}$.

  • Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp theo:

    • Ứng dụng các phần mềm CAD 3D chuyên ngành (SolidWorks, Autodesk Inventor) để mô hình hóa toàn bộ cụm chi tiết máy.
    • Phân tích ứng suất cục bộ và biến dạng của trục, răng bánh răng và vỏ hộp bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEA/ANSYS).
    • Tối ưu hóa khối lượng kết cấu vỏ hộp và nghiên cứu sử dụng bánh răng nghiêng để nâng cao độ êm, giảm tải trọng động trong quá trình ăn khớp.

Giá trị tham khảo

Bản thuyết minh đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Cơ điện tử, Kỹ thuật Ô tô và Chế tạo máy: Cung cấp tài liệu mẫu hoàn chỉnh về quy trình tính toán thiết kế đồ án môn học Chi tiết máy và Đồ án tốt nghiệp hệ dẫn động cơ khí.
  • Kỹ sư thiết kế máy công nghiệp: Tham khảo các bước lựa chọn động cơ, phân phối tỷ số truyền, quy chuẩn chọn kích thước then bằng, ổ lăn và thiết kế vỏ hộp giảm tốc cỡ nhỏ.
  • Phần đáng tham khảo nhất: Quy trình giải tích chi tiết từ sơ đồ đặt lực không gian, lập phương trình cân bằng tĩnh học để xác định phản lực ổ trục đến các bước kiểm nghiệm độ bền mỏi trục tại tiết diện nguy hiểm.

Câu hỏi thường gặp

1. Động cơ điện được lựa chọn trong đồ án có mã hiệu và thông số kỹ thuật định mức như thế nào? Động cơ điện được chọn là loại 4A132S4Y3 với công suất danh định $P_{dc} = 7,5\text{ kW}$, tốc độ quay danh định $n_{dc} = 1455\text{ vòng/phút}$, hệ số công suất $\cos\varphi = 0,86$, hiệu suất $\eta = 87,5%$, bội số mômen khởi động $T_k/T_{dn} = 2,2$ và bội số mômen cực đại $T_{max}/T_{dn} = 2,0$.

2. Kích thước khoảng cách trục và môđun của cặp bánh răng trụ răng thẳng trong hộp giảm tốc là bao nhiêu? Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng có khoảng cách trục tiêu chuẩn $a_w = 112\text{ mm}$, môđun pháp $m = 2\text{ mm}$, số răng bánh nhỏ $z_1 = 25$ răng, số răng bánh lớn $z_2 = 87$ răng và bề rộng vành răng $b_w = 44,8\text{ mm}$.

3. Bộ truyền xích ngoài sử dụng loại xích nào và có các thông số cơ bản ra sao? Bộ truyền xích sử dụng xích ống con lăn 1 dãy, bước xích tiêu chuẩn $p = 25,4\text{ mm}$, số răng đĩa nhỏ $z_1 = 23$, số răng đĩa lớn $z_2 = 69$, khoảng cách trục thực tế $a = 591\text{ mm}$, tổng số mắt xích $x = 127$ mắt và lực tác dụng lên trục $F_r = 1877,4\text{ N}$.

4. Đường kính các đoạn trục trên trục I và trục II được xác định cụ thể như thế nào? Sau khi tính toán mômen uốn tổng và mômen xoắn, đường kính ngỗng trục được tiêu chuẩn hóa như sau:

  • Trục I: ngỗng lắp ổ lăn $d_0 = d_1 = 17\text{ mm}$, ngỗng lắp bánh răng $d_2 = 22\text{ mm}$, ngỗng lắp khớp nối $d_3 = 17\text{ mm}$.
  • Trục II: ngỗng lắp ổ lăn $d_0 = d_1 = 30\text{ mm}$, ngỗng lắp đĩa xích $d_2 = 28\text{ mm}$, ngỗng lắp bánh răng $d_3 = 32\text{ mm}$.

5. Vỏ hộp giảm tốc được thiết kế theo kết cấu gì và có những chi tiết phụ trợ nào? Vỏ hộp giảm tốc được thiết kế dạng thép tấm carbon hàn ghép có xử lý nhiệt khử ứng suất trước khi gia công. Vỏ hộp được trang bị nắp quan sát (cửa thăm), nút thông hơi trên nắp, que thăm dầu để kiểm tra mức dầu bôi trơn, nút tháo dầu dưới đáy vỏ hộp và các bulông ghép nắp - thân hộp cùng chốt định vị.

Kết luận

Thuyết minh đồ án Chi tiết máy của sinh viên Phạm Hồng Thái đã hoàn thành đầy đủ nhiệm vụ tính toán và thiết kế một hệ dẫn động cơ khí xích tải với công suất làm việc $6,9\text{ kW}$ theo đề tài số IV.6. Toàn bộ các bước từ lựa chọn động cơ điện 4A132S4Y3, thiết kế bộ truyền xích con lăn $p = 25,4\text{ mm}$, bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng $m = 2\text{ mm}$, $a_w = 112\text{ mm}$ đến kết cấu trục, then, ổ lăn và vỏ hộp hàn đều tuân thủ chặt chẽ tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành. Mọi chỉ tiêu về độ bền tiếp xúc, độ bền uốn và độ bền mỏi đều được kiểm nghiệm đạt yêu cầu làm việc ổn định trong thời gian $14000\text{ giờ}$. Bản thuyết minh là tài liệu tổng hợp có tính chuẩn mực, phản ánh đầy đủ phương pháp luận thiết kế chi tiết máy trong đào tạo kỹ sư cơ điện tử.