Đề tài của nhóm được giao là thiết kế hệ dẫn động băng tải gồm có hộp giảm tốc haicấp khai triển bánh răng trụ và bộ truyền xích.. CÁC KÝ HIỆUCHƯƠNG 1: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TR
TÌM HIỂU HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ
Những vấn đề cơ bản về thiết kế máy và hệ thống dẫn động
1.1 Nội dung thiết kế máy và chi tiết máy
Mỗi máy bao gồm nhiều chi tiết máy, và các chi tiết này có chức năng chung, xuất hiện trong hầu hết các thiết bị của dây chuyền công nghệ Do đó, thiết kế máy đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển và tối ưu hóa máy móc.
Các chi tiết máy cần được thiết kế để đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, đảm bảo hoạt động ổn định trong suốt thời gian sử dụng với chi phí chế tạo và vận hành tối thiểu Mỗi chi tiết máy chỉ phát huy hiệu quả khi được lắp đặt trên các máy phù hợp với chức năng trong dây chuyền công nghệ Đối với máy biến đổi năng lượng, hiệu suất là tiêu chí hàng đầu, trong khi máy cắt kim loại cần chú trọng vào năng suất và độ chính xác gia công Các khí cụ đo lại yêu cầu độ nhạy, độ chính xác và độ ổn định cao Tiêu chí kinh tế - kỹ thuật của chi tiết máy phải tương thích với toàn bộ máy, bao gồm năng suất, độ tin cậy, tuổi thọ cao, và tính kinh tế trong chế tạo và sử dụng Ngoài ra, còn có các yêu cầu khác như kích thước nhỏ gọn, hoạt động êm ái và hình thức thẩm mỹ.
- Xác định nguyên tắc hoạt động và chế độ làm việc của máy dự định thiết kế.
Lập sơ đồ tổng thể cho toàn bộ máy và các bộ phận cần thiết để đáp ứng các yêu cầu đã đề ra Đề xuất nhiều phương án thực hiện, sau đó đánh giá và so sánh các phương án nhằm xác định phương án tối ưu nhất, phù hợp nhất với các yêu cầu đã được xác định.
- Xác định lực hoặc momen tác dụng lên các bộ phận máy và đặc tính thay đổi của tải trọng.
Chọn vật liệu phù hợp là rất quan trọng để tận dụng tối đa các tính chất đa dạng và khác biệt của chúng, từ đó nâng cao hiệu quả và độ tin cậy trong hoạt động của máy.
- Thực hiện các tính toán động học, lực, độ bền và các tính toán khác nhằm xác
Thiết kế kết cấu của các chi tiết máy, bộ phận máy và toàn bộ máy cần đảm bảo khả năng làm việc hiệu quả, đồng thời đáp ứng các yêu cầu công nghệ và tiêu chí lắp ghép.
- Lập thuyết minh, các hướng dẫn về sử dụng và sửa chữa máy
1.2 Phương pháp tính toán thiết kế máy và chi tiết máy
Hoàn thành thiết kế sản phẩm chỉ là bước đầu trong quy trình thiết kế Qua giai đoạn chế thử, các vấn đề như nhược điểm về cấu trúc, công nghệ, sai sót tính toán, kích thước không phù hợp và khó khăn trong bảo trì sẽ được phát hiện và khắc phục.
- Đặc điểm tính toán thiết kế chi tiết máy
- Tính toán xác định kích thước chi tiết máy thường tiến hành theo hai bước: tính thiết kế và tính kiểm nghiệm.
Ngoài việc áp dụng các công thức chính xác để xác định các yếu tố quan trọng của chi tiết máy, nhiều kích thước của các yếu tố kết cấu khác cũng được tính toán thông qua công thức kiểm nghiệm.
Trong thiết kế tính toán, thường gặp tình huống số ẩn số vượt quá số phương trình Do đó, cần dựa vào các mối quan hệ kết cấu để lựa chọn một số thông số ban đầu, từ đó xác định các thông số còn lại một cách hợp lý.
Trong thiết kế máy, một nội dung có thể có nhiều giải pháp thực hiện khác nhau Do đó, trong quá trình tính toán thiết kế chi tiết, cần lựa chọn và so sánh đồng thời một số phương án Từ đó, xác định phương án tối ưu nhất, đáp ứng các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật.
Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin đang ảnh hưởng sâu rộng đến các lĩnh vực khoa học và công nghệ, do đó, việc nắm vững và áp dụng kiến thức tin học để tự động hóa thiết kế chi tiết máy trở nên vô cùng quan trọng.
1.3 Các nguyên tắc và giải pháp trong thiết kế
Để đảm bảo chất lượng thiết kế, cần thực hiện đúng nhiệm vụ và tuân thủ nghiêm ngặt các số liệu kỹ thuật Mọi đề xuất nhằm hoàn thiện nội dung cần được sự thỏa thuận từ bên đặt hàng hoặc người hướng dẫn.
Kết cấu máy cần đảm bảo sự hài hòa về kích thước các bộ phận và chi tiết, đồng thời chú trọng đến hệ số an toàn, tuổi thọ và độ tin cậy trong quá trình hoạt động.
Bố trí các đơn vị lắp đặt một cách hợp lý giúp đảm bảo kích thước nhỏ gọn, thuận tiện cho việc tháo lắp Điều này cũng tạo điều kiện cho việc điều chỉnh và bảo dưỡng trở nên đơn giản và dễ dàng hơn.
Lựa chọn các phương pháp và vật liệu có cơ sở khoa học cho quá trình nhiệt luyện là rất quan trọng, nhằm giảm khối lượng sản phẩm và chi phí vật liệu đắt tiền, từ đó hạ giá thành kết cấu hiệu quả.
- Chọn dạng công nghệ gia công chi tiết có xét tới quy mô sản xuất, phương pháp chế tạo phôi và gia công cơ.
Sử dụng tiêu chuẩn Nhà nước, ngành, tỉnh, thành phố và tiêu chuẩn cơ sở trong thiết kế giúp giảm thiểu khối lượng công việc thiết kế, hạ giá thành sản xuất, sửa chữa và bảo trì Việc áp dụng các bộ phận và chi tiết máy tiêu chuẩn không chỉ nâng cao hiệu quả công việc mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc trao đổi trong nước và hợp tác quốc tế.
Hệ thống dẫn động cơ khí bao gồm các loại truyền dẫn
- Truyền động đai được dùng đề truyền động giữa các trục xa nhau Thiết kế
Để đảm bảo hiệu suất tối ưu của đai, cần xác định các thông số liên quan đến khả năng kéo và tuổi thọ của đai Việc này bao gồm việc tính toán lực căng đai cũng như lực tác dụng lên trục, nhằm đảm bảo sự hoạt động ổn định và bền bỉ trong quá trình sử dụng.
- Theo hình dạng và tiết diện, phân loại: đai dẹt, đai hình thang (tiết diện chữ nhật), đai nhiều chêm (đai hình lược) và đai răng.
- Truyền động xích thuộc loại truyền động bằng ăn khớp gián tiếp, được dùng để truyền động giữa các trục xa nhau.
- Thiết kế truyền động xích bao gồm các bước:
- Chọn số răng đĩa xích, xác định bước xích theo chỉ tiêu về độ bền mòn và xác định các thông số khác của xích và bộ truyền.
- Kiểm tra xích về độ bền (đối với xích bị quá tải).
- Thiết kế kết cấu đĩa xích và xác định lực tác dụng lên trục.
- Có 3 loại xích: xích ống, xích con lăn và xích răng.
- Truyền động bánh răng dùng để truyền động giữa các trục, thông thường có kèm theo sự thay đổi về trị số và chiều của vận tốc hoặc mômen.
- Thiết kế truyền động bánh răng cần tiến hành các bước sau đây:
2 Xác định ứng suất cho phép.
3 Tính sơ bộ một kích thước cơ bản của truyền động bánh răng, trên cơ sở đó xác định các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của bộ truyền rồi tiến hành kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc, độ bền uốn và về quá tải.
4 Xác định các kích thước hình học của bộ truyền.
Chọn động cơ điện phù hợp cho máy móc và thiết bị công nghệ là bước đầu tiên trong thiết kế máy Việc lựa chọn đúng loại động cơ có ảnh hưởng lớn đến thiết kế hộp giảm tốc và các bộ truyền liên quan Để chọn động cơ chính xác, cần nắm rõ đặc tính và phạm vi sử dụng của từng loại, đồng thời lưu ý đến các yêu cầu làm việc cụ thể của thiết bị được dẫn động.
Phân loại động cơ điện
Bảng 2 Phân loại động cơ điện Động cơ điện Động cơ điện một chiều Động cơ điện xoay chiều
Rô to dây quấn Rô to ngắn mạch Ưu điểm
Có thể thay đổi trị số momen và vận tốc góc trong một phạm vi rộng
(3 ÷ 1 đến 4 ÷ 1¿ đối với động cơ điện một chiều và
Động cơ và máy phát 100 ÷ 1 mang lại khả năng khởi động êm ái, hãm và đảo chiều dễ dàng, vì vậy chúng thường được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị vận chuyển điện, thang máy, và máy trục.
Động cơ ba pha đồng bộ có công suất nhỏ, phù hợp cho việc kết nối vào mạng điện chiếu sáng, mang lại sự tiện lợi cho các hộ gia đình Ngoài ra, động cơ này còn nổi bật với hiệu suất cao và hệ số công suất cos φ lớn, cùng với khả năng chịu quá tải tốt.
Cho phép điều chỉnh vận tốc trong một phạm vi nhỏ (khoảng
5 %), có dòng điện mở máy nhỏ.
Kết cấu đơn giản và giá thành thấp giúp thiết bị dễ bảo quản và tin cậy trong quá trình làm việc Hơn nữa, thiết bị có khả năng kết nối trực tiếp vào lưới điện ba pha mà không cần biến đổi dòng điện.
Nhược điểm Đắt, riêng loại động cơ điện một chiều lại khá hiếm và phải
Hiệu suất thấp Thiết bị tương đối phức tạp, giá thành tương đối
Hệ số công suất cos φ thấp, giá thành cao kích thước
Động cơ ba pha đồng bộ có hiệu suất và hệ số công suất cao hơn, trong khi động cơ khác yêu cầu đầu tư thêm cho thiết bị chỉnh lưu Việc khởi động động cơ cũng cần thiết bị phụ trợ, dẫn đến chi phí tăng cao Hơn nữa, động cơ này có kích thước lớn và vận hành phức tạp, đồng thời không có khả năng điều chỉnh vận tốc như động cơ một chiều và động cơ ba pha không đồng bộ roto dây quấn.
2.6 Truyền động có chi tiết trung gian
- Truyền động khí nén, thủy lực,…
Sơ đồ hệ thống dẫn động cần thiết kế
Hệ thống dẫn động gồm:
Hình1.2 Hệ thống dẫn động băng tải hộp giảm tốc bánh răng trụ răng nghiêng
Nguyên lý hoạt động của hệ thống dẫn động
Hệ thống dẫn động hoạt động dựa trên nguyên lý của hộp giảm tốc, thường bao gồm nhiều bánh răng thẳng hoặc răng nghiêng Các bánh răng này ăn khớp với nhau theo tỷ số truyền và mômen đã được thiết kế, nhằm tạo ra số vòng quay cần thiết cho hệ thống.
Ưu – Nhược điểm của từng loại bộ truyền và các ứng dụng của nó
Bảng 4 Ưu – Nhược điểm của từng loại bộ truyền và các ứng dụng của nó
Tên bộ truyền Ưu điểm Nhược điểm Phạm vi sử dụng
- Việc truyền lực có tính đàn hồi.
- Chạy êm, ít ồn và chịu sốc.
- Khoảng cách trục có thể lớn, truyền động xa nhau
- Không cẩn thiết bôi trơn.
- Bị trượt qua sự dãn nỡ của dây đai.
- Không có tỉ lệ truyền xích chính xác.
- Nhiệt độ ứng dụng bị giới hạn.
- Thêm tải trọng lên ổ trục do lực căng cần thiết của dây đai.
- Tuổi thọ thấp (từ 1000÷5000 giờ).
- Thường được sử dụng rộng rãi.
- Có thể truyền chuyển động giữa các trục cách nhau tương đối lớn.
- Khuôn khổ kích thước bộ truyền nhỏ.
- Có thể truyền chuyển động từ trục dẫn đến các trục bị dẫn ở xa nhau.
- Không có hiện tượng trượt, hiệu suất cao, có thể làm việc khi có quá tải đột ngột.
- Bộ truyền xích có vận tốc và tỷ số truyền tức thời không ổn định.
- Bộ truyền làm việc có nhiều tiếng ồn.
- Chăm sóc, bôi trơn thường xuyên trong quá trình sử dụng.
- Bản lề xích mau bị mòn, và có quá nhiều mối ghép, nên tuổi thọ không cao.
- Sử dụng khi truyền chuyển động và công suất giữa các trục có khoảng cách xa (đến 8m) cho nhiều đĩa xích bị dẫn cùng lúc.
Bộ truyền bánh răng côn
- Dùng đề truyền chuyển động giữa các trục giao nhau, góc giữa hai trục thường là 90˚.
- Chế tạo và lắp ráp phức tạp.
- Kích thước bộ truyền lớn.
- Sử dụng nhiều vì kết cấu máy đòi hỏi các trục phải giao nhau.
Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiên g
- Làm việc êm, tốc độ cao và không ồn.
- Cường độ tải trọng trên bánh răng nghiêng nhỏ hơn bánh răng thẳng.
- Tải trọng phân bố không đều.
- Tính công nghệ không cao.
-Sử dụng trong các bộ truyền quay nhanh.
Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng
- Làm việc êm - Thường xuyên bôi trơn
- Đòi hỏi độ chính xác và độ cứng bộ truyền.
Các dạng hộp số
5.1 Bánh răng trụ một cấp
Tỉ số truyền u được sử dụng khi u ≤ (7÷8), và với bánh răng trụ răng thẳng, tỉ số này phải nhỏ hơn hoặc bằng 5 Nếu tỉ số truyền lớn hơn, kích thước và khối lượng của hộp giảm tốc một cấp sẽ lớn hơn so với hộp giảm tốc hai cấp.
5.2 Bánh răng trụ hai cấp
- Được sử dụng nhiều nhất, tỉ số truyền chung của hộp giảm tốc thường bằng 8 đến 40 Chúng được bố trí theo ba sơ đồ sau đây:
Đồng trục là loại hộp giảm tốc có trục vào và trục ra trùng nhau, giúp giảm chiều dài và tối ưu hóa bố trí Tuy nhiên, nhược điểm của nó bao gồm khả năng tải của cấp nhanh không được tận dụng hết, cấu trúc gối đỡ phức tạp do phải bố trí các ổ bên trong, khó khăn trong việc bôi trơn, và khoảng cách giữa các gối đỡ của trục trung gian lớn.
Hộp giảm tốc kiểu này có thiết kế đơn giản nhưng gặp nhược điểm do các bánh răng không được bố trí đối xứng với các ổ, dẫn đến tải trọng phân bố không đều trên chiều dài răng Do đó, cần chú ý đến việc thiết kế trục có độ cứng đủ lớn, đặc biệt khi các bánh răng đã được nhiệt luyện đạt độ rắn cao và phải chịu tải trọng thay đổi, vì điều này có thể làm giảm khả năng chống mòn của bánh răng.
Công suất trong hệ thống phân đôi có thể được chia thành hai cấp độ: cấp nhanh và cấp chậm, trong đó cấp nhanh thường được sử dụng phổ biến hơn Cấu trúc của cấp chậm cho phép chịu tải lớn hơn và có thể chế tạo với chiều dài vành răng đáng kể nhờ vào vị trí đối xứng của bánh răng với các ổ, giúp cải thiện sự phân bố tải trọng trên vành răng.
Hộp giảm tốc bánh răng côn – trụ hai cấp thường được bố trí theo sơ đồ khai triển hoặc đồng trục, với các đường tâm trục sắp xếp trên mặt phẳng ngang Thiết bị này thường được sử dụng cho tỉ số truyền u trong khoảng 8 đến 15.
Tuy nhiên hộp giảm tốc bánh răng côn – trụ hai cấp có một số nhược điểm:
- Giá thành chế tạo đắt hơn.
- Khối lượng và kích thước lớn hơn so với hộp giảm tốc bánh răng trụ.
Hộp giảm tốc trục vít được dùng để truyền chuyển động và mômen xoắn giữa các trục chéo nhau.
Hộp giảm tốc trục vít có bốn loại chính: hộp giảm tốc trục vít một cấp, hộp giảm tốc bánh răng – trục vít, hộp giảm tốc trụ vít – bánh răng và hộp giảm tốc trục vít hai cấp.
- Hộp giảm tốc trục vít một cấp: được dùng tỉ số truyền u = 8…63, có thể được thiết kế với 4 dạng sơ đồ sau:
+ Hộp giảm tốc một cấp với trục vít đặt dưới bánh vít.
+ Hộp giảm tốc một cấp với trục vít đặt trên.
+ Hộp giảm tốc một cấp với trục vít thẳng đứng ăn khớp với bánh vít lắp trên trục nằm ngang.
+ Hộp giảm tốc một cấp với trục vít nằm ngang ăn khớp với bánh vít lắp trên trục thẳng đứng.
Hai loại sơ đồ hộp giảm tốc trục vít một cấp với trục thẳng đứng gặp khó khăn trong việc bôi trơn ổ trục, đòi hỏi cấu trúc lót kín phức tạp để ngăn dầu chảy ra ngoài Do đó, chúng ít được sử dụng trong thực tế.
- Hộp giảm tốc bánh răng – trục vít và hộp giảm tốc trục vít – bánh răng được sử dụng khi tỉ số truyền u = 50…130, đặc biệt có thể lấy u = 480
Hộp giảm tốc trục vít – bánh răng có hiệu suất cao hơn và kích thước bánh vít nhỏ hơn, giúp tiết kiệm kim loại quý hiếm Ngược lại, hộp giảm tốc bánh răng – trục vít lại có kích thước gọn nhẹ hơn và vận tốc trượt thấp hơn, cho phép sử dụng động cơ quay nhanh hơn và chế tạo bánh vít bằng đồng thanh không thiếc, tiết kiệm chi phí.
Hộp giảm tốc trục vít hai cấp là thiết bị lý tưởng khi cần tỉ số truyền từ 70 đến 2500, thậm chí có thể lên tới 3600 Để tối ưu kích thước hộp, tỉ số truyền cấp nhanh nên được chọn nhỏ hơn một chút so với cấp chậm Đối với cấu hình, trục vít của cấp nhanh cần đặt trên bánh vít, trong khi trục vít của cấp chậm nên được đặt dưới.
Hộp giảm tốc trục vít có ưu điểm vượt trội so với hộp giảm tốc bánh răng nhờ kích thước nhỏ gọn và khả năng thực hiện tỷ số truyền lớn, đồng thời hoạt động êm ái Tuy nhiên, nhược điểm của nó là hiệu suất thấp và nguy cơ dính, mòn tăng cao khi sử dụng lâu dài, cùng với việc cần kim loại màu hiếm và đắt tiền để chế tạo bánh vít Do đó, hộp giảm tốc trục vít chỉ nên được sử dụng trong khoảng thời gian ngắn, và nếu cần hoạt động lâu dài, chỉ nên dùng cho công suất dưới 40-50 kW.
BỘ TRUYỀN NGOÀI HỘP SỐ - BỘ TRUYỀN XÍCH
Các yêu cầu để chọn xích
Với vận tốc làm việc từ 1,2 m/s, thấp hơn 10 đến 15 m/s, xích ống con lăn là lựa chọn tối ưu Xích con lăn, tương tự như xích ống nhưng có thêm con lăn bên ngoài, giúp thay thế ma sát trượt bằng ma sát lăn, từ đó nâng cao độ bền mòn so với xích ống Việc chế tạo xích con lăn cũng đơn giản hơn so với xích răng, nên nó được sử dụng phổ biến Đặc biệt, xích con lăn thích hợp cho các ứng dụng có vận tốc làm việc dưới 10 đến 15 m/s, ưu tiên sử dụng xích một dãy Tuy nhiên, trong các bộ truyền quay nhanh với tải trọng lớn, việc sử dụng xích 2, 3 hoặc 4 dãy có thể làm giảm tải trọng động và kích thước khuôn khổ của bộ truyền.
Tính toán xích
2.2.1 Chọn số răng đĩa xích
Bộ truyền xích thường được sử dụng để giảm tốc độ, do đó yêu cầu z1 < z2 Số răng nhỏ làm gia tăng góc xoay bản lề, dẫn đến mòn xích nhanh chóng Khi số răng đĩa xích nhỏ, tải trọng động tăng cao gây ra va đập, làm hỏng xích và đĩa xích, đồng thời phát ra tiếng ồn lớn Vì vậy, cần hạn chế số răng nhỏ nhất của xích, với giá trị tối thiểu z min từ 11 đến 15 cho xích răng Đối với bộ truyền chịu tải va đập, nên chọn z min lớn hơn hoặc bằng 21 Trong thiết kế tính toán, có thể lựa chọn z1 = 29 - 2u x.
- Vì khi làm việc xích bị mòn cho nên để tránh tuôn xích hoặc ( ∆ p p c c
≤ 3 % ) , ta phải chọn giới hạn số răng đĩa xích : z max ≤100 ÷ 120 đối với xích con lăn.
Để đảm bảo sự ăn khớp hiệu quả giữa răng đĩa xích và mắt xích, số răng của đĩa xích nên được chọn là số lẻ Việc này giúp mỗi răng tương ứng lần lượt với tất cả các mắt xích, từ đó làm cho răng đĩa xích mòn đều hơn.
Số răng đĩa xích dẫn z 1 )−2 u x ≥ 21 [tr80,3] z 1 )−2.2,725#,55 ≥ 21 tra bảng 5.4 [3] chọn số răng z 1 '.
Số răng đĩa xích bị dẫn u x = z 2 z 1 =¿ z 2 =u x z 1 =2,725.27s,575
Số răng của đĩa xích nên là số lẻ để đảm bảo mỗi răng ăn khớp với tất cả các mắt xích, giúp răng đĩa mòn đều hơn Do đó, ta chọn z2 = 7, với zmax = 0 (răng).
Kiểm tra lại tỉ số truyền xích : u ' x = z 2 z 1 = 75
Sai số tỉ số truyền xích :
2.2.2 Xác định các hệ số
n 01 : s ố v ò ng quay c ủ a đĩ a n hỏ trab ng ả 5.5[3]
n x : số vòng quay c a ủ đĩa xích
Hệ số K được tính như sau :
k 0 =1 - hệ số ảnh hưởng của vị trí bộ truyền( đường nối hai tâm đĩa xích so với đường nằm ngang
