Đồ Án thiết kế l01 – hk251 Đề tài thiết kế hệ thống dẫn Động xích tải Đề số 17 – phương Án 6

Xác định công suất động cơ và phân phối tỉ số truyền cho hệ thống truyền động.. Tính toán các bộ truyền ngoài đai, xích hoặc bánh răng.. Tính toán các bộ truyền trong hộp giảm tốc bánh r

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG TP HCM

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ(ME2011 / ME3139 / ME2135)

Học kỳ I / Năm học 2025-2026

ĐỀ SỐ 17 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI

Phương án số: …6…….

Hệ thống dẫn động xích tải gồm:

1 Động cơ điện 3 pha không đồng bộ 2 Bộ truyền đai thang

3 Hộp giảm tốc 2 cấp trục vít - bánh răng 4 Nối trục đàn hồi 5 Xích tải

Chế độ làm việc: quay 1 chiều, tải va đập nhẹ, 1 ca làm việc 8 giờ

T 2 0,5T 0,9T 0,6T 0,9T 0,4T 0,8T 0,8T 0,5T 0,3T 0,2T

Yêu cầu:

- 01 thuyết minh

- 01 bản vẽ lắp A0 và 01 bản vẽ chi tiết theo đúng TCVN

Nội dung thuyết minh:

1 Xác định công suất động cơ và phân phối tỉ số truyền cho hệ thống truyền động.

2 Tính toán thiết kế các chi tiết máy:

a Tính toán các bộ truyền ngoài (đai, xích hoặc bánh răng).

b Tính toán các bộ truyền trong hộp giảm tốc (bánh răng, trục vít-bánh vít).

c Vẽ sơ đồ lực tác dụng lên các bộ truyền và tính giá trị các lực.

d Tính toán thiết kế trục và then.

CHƯƠNG 1: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ

SỐ TRUYỀN1.1 Số liệu ban đầu

1.1.1 Số liệu ban đầu

Hệ thống truyền động xích tải làm việc có các thông số sau:

- Lực vòng trên xích tải: F = 26500 N

- Vận tốc xích tải: v = 0,49 m/s

- Số răng đĩa xích dẫn: Z = 11 răng

- Bước xích: p = 125 mm

- Thời gian phục vụ: L = 7 năm

Chế độ làm việc: quay 1 chiều, tải va đập nhẹ, làm việc 2 ca, 1 ca làm việc 8 giờ, 1 năm làm 351 ngày

1.1.2 Xác định công suất cần thiết của động cơ

Theo công thức 3.11 [1], công suất cần thiết trên trục của động cơ điện được xác

định theo công thức:

P ct=P td

η ch

Trong đó:

- P ct: công suất cần thiết trên trục động cơ (kW)

- P td: công suất tác dụng lên trục của băng tải (kW)

- η ch: hiệu suất truyền động chung cho cả hệ thống

Hiệu suất truyền động:

η ch =η đ η tv η br η ol5 η nt =0 , 95.0 ,88.0 , 97 0 ,995 1=0 ,77

Trong đó, theo bảng 3.3 [1], ta được:

- η đ = 0,95: hiệu suất bộ truyền đai

- η tv = 0,88: hiệu suất bộ truyền trục vít

- η br = 0,97: hiệu suất bộ truyền bánh răng nghiêng

- η ol = 0,99: hiệu suất bộ truyền 1 cặp ổ lăn

- η nt= 1: hiệu suất nối trục đàn hồi

Theo công thức 3.4 [1], ta được công suất yêu cầu động cơ tính theo lực F trong

trường hợp chuyển động tịnh tiến:

1.1.3 Xác định sơ bộ số vòng quay đồng bộ của động cơ

Số vòng quay của trục công tác:

- Tỷ số truyền của bộ truyền đai thang: 2  u đ  6

- Tỷ số truyền của hộp giảm tốc 2 cấp trục vít – bánh răng: 25  u hgt  80

Nên ta suy ra:

Vận tốc quay, vg/ph

u ch =u đ u tv .u br =2 18.1 ,9=68 , 4

Sai lệch so với giá trị đã chọn:

∆ u ch= ¿68 , 4 −68 , 29∨ ¿

68 , 29 .100 %≈ 0,161 %4 %¿ (thõa)

1.2 Xác định công suất và momen trên các trục quay

1.1.4 Công suất trên các trục:

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ

TRUYỀN ĐAI THANG2.1 Số liệu ban đầu

- Công suất trên trục động cơ: P đc =16 , 67 kW

- Số vòng quay của bánh dẫn: n đc =1460 vg/ ph

- Tỷ số truyền: u đ=2

2.2 Chọn loại đai và tiết điện đai

Dựa vào các thông số đầu vào và hình 4.22a [1] bên dưới, ta chọn đai thang loại B

Hình 1: Đai thang thường

Theo bảng 4.5 [3], ta có bảng sau:

Bảng 3: Thông số của đai thang loại B

Khoảng cách từ đường trung hòa đến thớ đai ngoài cùng,

Diện tích mặt cắt ngang của một sợi dây đai thang, 𝐴1 138 𝑚𝑚2

2.3 Tính toán thiết kế bộ truyền đai thang

1.1.7 Xác định chiều dài đai L và khoảng cách trục a

2(d1+d2)≥ a≥ 0 , 55(d1+d2)+h

⇔ 2 ( 180+360 )≥ a ≥0 ,55( 180+360 )+10 , 5

⇔ 1080  a  307,5

Ta có thể chọn sơ bộ a sb =800 mm

Chiều dài tính toán của đai:

Theo dãy tiêu chuẩn tr.136 [1], ta chọn chiều dài đai L = 2500 mm = 2,5 m

Tính toán lại khoảng cách trục a: a=k+√k2−8 ∆2

2 ,5 =5 ,5 s−1, [i] = 10s-1, do đó điều kiện được thỏa

1.1.8 Xác định số dây đai và góc ôm bánh đai nhỏ

- Hệ số xét đến ảnh hưởng tỷ số truyền u:

C u =1 ,12 vì u = 2 > 1,8

- Hệ số xét đến ảnh hưởng số dây đai C z: ta chọn sơ bộ bằng 1

- Hệ số xét đến ảnh hưởng chế độ tải trọng (làm việc 2 ca, tải va đập nhẹ):

Lực căng đai ban đầu:

F0= A [σ ]0=z A1[σ ]0=4.138 1 ,5=828 N

Do đối với đai thang, []  1,5 MPa (tr.149 [1])

Lực căng mỗi dây đai:

2.3600 5 ,5 = 1393 , 06 giờ

Trong đó, đối với đai thang: m = 8, r = 9 (tr.156 [1])

Bảng 4: Thông số và kích thước của bộ truyền đai thang

Đường kính bánh đai nhỏ d 1 , mm 180 Đường kính bánh đai lớn d 2 , mm 360 Đường kính ngoài bánh đai nhỏ d a1 , mm 188,4

Đường kính ngoài bánh đai lớn d a2 , mm 368,4

Khoảng cách trục a, mm 820,95

Vận tốc bánh dẫn v 1 , m/s 13,76 Góc ôm bánh dẫn 𝛼 1 , độ 167,5

Chiều rộng bánh đai B, mm 82 Lực căng đai ban đầu F 0 , N 828 Lực vòng tác dụng lên bánh đai F t , N 1211,48 Lực tác dụng lên trục F r , N 1646,16 Tuổi thọ đai tính bằng giờ L h , giờ 1393,06

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ

TRUYỀN TRỤC VÍT – BÁNH VÍT3.1 Thông số đầu vào

- Công suất truyền trên trục vít: 𝑃𝐼 = 15,68 𝑘𝑊

- Moment xoắn trên trục vít: 𝑇𝐼 = 205,13 𝑁𝑚

- Moment xoắn trên bánh vít: 𝑇𝐼𝐼 = 3216,3 𝑁𝑚

- Số vòng quay trên trục vít: 𝑛𝐼 = 730 𝑣𝑔/𝑝ℎ

- Tỷ số truyền của bộ truyền trục vít – bánh vít: 𝑢 = 18

- Bộ truyền quay 1 chiều, làm việc 7 năm, mỗi năm làm việc 246 ngày,mỗi ngày làm việc 1 ca, 1 ca làm việc 8 giờ, tải trọng thay đổi

3.2 Tính toán thiêt kế bộ truyền trục vít – bánh vít

Theo công thức 7.1 [2]:

v s =4 , 5.10−5 n1√3T II .103=4 ,5 10−5.730 √33216 , 3 103=4 ,85 m/s

Theo bảng 7.4 [1], ta chọn cấp chính xác 8

Do vs = 4,85 < 5 m/s nên:

- Theo bảng 7.8 [1], ta chọn vật liệu làm bánh vít là đồng thanh không thiếc

BcuAl9Fe4, đúc trong khuôn kim loại với  b = 500 MPa,  ch = 200 MPa

Bánh vít có thể được cắt bằng dao phay, vít không được mài (cấp chính xác 8)

- Chọn thép 40CrNi làm vật liệu cho trục vít, được tôi với độ rắn HRC > 45, sau khi tôi, trục vít được mài và đánh bóng

1.1.13 Ứng suất cho phép của bánh vít

Ứng suất tiếp xúc cho phép:

Ta đã chọn vật liệu bánh vít loại 2, theo công thức 7.25 [1]:

[σ H]= (276 ÷ 300)−25 v s= (276 ÷300)−25.4 ,85=(154 ,75 ÷ 178 , 75)

Chọn [H] = 178 Mpa

Ứng suất tiếp xúc cho phép kiểm tra khi quá tải:

Đồng thanh không thiếc: [H]max = 2.ch = 2.200 = 400 MPa

Ứng suất uốn cho phép:

Ứng suất uốn cho phép khi quá tải:

Đồng thanh: [F]max = 0,8.b = 0,8.500 = 400 MPa

Theo mục 7.3 [1], ta chọn số mối ren z1 = 2 với tỷ số truyền u = 18

→ Số răng bánh vít z2 = 2.18= 36 răng

Chọn hệ số đường kính: q ≈ 0,26.z2 = 0,26.36 = 9,3

Theo tiêu chuẩn ta chọn q = 8

Theo công thức 7.42a [1]:

1.1.16 Xác định vận tốc trượt và hiệu suất của bộ truyền

Theo công thức 7.7 [1], vận tốc trượt được xác định theo công thức:

Bánh vít

Đường kính vòng chia 𝑑2 = 𝑚 𝑧2 = 16.36 = 576 (𝑚𝑚)

Đường kính vòng đỉnh 𝑑𝑎2 = 𝑚 (𝑧2 + 2 + 2𝑥) = 16 (36 + 2 + 2.0)

= 608 (𝑚𝑚)Đường kính vòng đáy 𝑑𝑓2 = 𝑚 (𝑧2 − 2,4 + 2𝑥)= 16 (36 − 2,4 + 2.0)

1.1.17 Xác định số răng tương đương bánh vít

Để tránh nhiệt sinh ra trong bộ truyền trục vít quá lớn, nhiệt sin hra trong hộp giảmtốc trục vít phải cân bằng với lượng nhiệt thoát đi

Theo công thức 7.47 [1]:

t =t0+1000 P I¿¿

Trong đó:

- : hiệu suất của bộ truyền

- PI: công suất trên trục I

- KT: hệ số tỏa nhiệt, lấy giá trị = 18 W/(m2.°C)

- t0: nhiệt độ môi trường xung quanh, lấy giá trị 30°C

- A: diện tích bề mặt thoát nhiệt = 20aw1,7 (m2)

- [t1]: nhiệt độ dầu = 95°C

- : hệ số thoát nhiệt qua bệ máy, thường lấy giá trị là 0,3

→ Như vậy, nhiệt độ nằm trong khoảng cho phép

- Kiểm nghiệm độ bền uốn của trục vít, theo bảng 7.11 [1]: ta chọn [ F ] = 80 MPa.

Vậy, độ bền uốn của trục vít được đảm bảo

576608537,6632

Số răng:

Mối ren trục vít 𝑧

Số răng bánh vít 𝑧2

236

Tính toán kiểm nghiệm Thông số Giá trị cho phép Giá trị tính toán Nhận xét

Ứng suất tiếp xúc

Thỏa điều kiệnbền tiếp xúcỨng suất uốn 𝜎𝐹,

𝑀𝑃𝑎

+ Trục vít

+ Bánh vít

8065,91

31,810,6

Thỏa điều kiệnbền uốn

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN

BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG4.1 Số liệu ban đầu

- Công suất đầu vào: 𝑃𝐼𝐼 = 13,66 𝑘𝑊

- Bánh răng chủ động: thép C45 tôi cải thiện độ rắn trung bình 250HB

- Bắng răng bị động: thép C45 tôi cải thiện độ rắn trung bình 215HB

NFO1 = NFO2 = 5.106 chu kỳ

1 Số chu kỳ làm việc tương đương xác định theo sơ đồ tải trọng

 𝑛𝑖, 𝑡𝑖 , 𝑇𝑖 – số vòng quay, thời gian làm việc tính bằng giờ và momen xoắn trong chế độ làm việc thứ i

 𝑇𝑚𝑎𝑥 – momen xoắn lớn nhất trong các momen 𝑇𝑖

 Bậc của đường cong mỏi 𝑚𝐻 = 6

 𝑇𝑚𝑎𝑥 – momen xoắn lớn nhất trong các momen 𝑇𝑖

 Chỉ số mũ của đường cong mỏi: 𝑚F = 6

1.1.2 Ứng suất tiếp xúc cho phép

4.4 Xác định các thông số của bộ truyền

1.1.4 Xác định khoảng cách trục bộ truyền

Theo bảng 6.15 [1], do bánh răng không nằm đối xứng các ổ trục nên ba =

0 , 25 ÷ 0 , 40, chọn ba = 0,4 theo tiêu chuẩn, khi đó:

Theo tiêu chuẩn, ta chọn aw = 400 mm

1.1.5 Xác định thông số bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

2 Môđun của bánh răng nghiêng

m n= (0 ,01 ÷ 0 , 02)a w =4 ÷ 8 mm

Theo tiêu chuẩn, ta chọn mn = 5 mm

3 Xác định số răng của các bánh răng

Từ điều kiện 20°  z1 ≥ 8°, suy ra:

4.5 Kiểm nghiệm giá trị ứng suất tiếp xúc

- Z R - hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám bề mặt, giá trị bằng 0,95

- Z V - hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc vòng Khi HB  350 thì ZV = 0,85v0,1

= 0,85.0,570,1 = 0,8

- K l - hệ số xét đến ảnh hưởng điều kiện bôi trơn, thường chọn bằng 1

- K xH - hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước răng:

Như vậy, hệ bánh răng trụ răng nghiêng thỏa điều kiện tiếp xúc

4.6 Kiểm nghiệm giá trị ứng suất uốn

Như vậy, điều kiện độ bền uốn thỏa mãn.

Bảng 6: Thông số bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

Thông số Giá trị cho phép Giá trị tính toán Nhận xét

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÔI TRƠN VÀ

LÀM MÁT5.1 Hệ thống bôi trơn và làm mát

- Bôi trơn trong máy và chi tiết máy có các chức năng chủ yếu sau:

- Giảm lực ma sát, tức là làm tăng hiệu suất máy và chi tiết máy

- Giảm độ hao mòn của các chi tiết máy

- Làm mát các chi tiết máy do bị nóng khi ma sát

- Bảo vệ chi tiết khỏi han rỉ

- Bảo đảm tính kín khít của bộ phận ma sát

- Liên tục làm sạch chi tiết

- Hoàn thiện bôi trơn là phương pháp rẻ và nhanh nhất để tăng tuổi thọ máy

- Do đó, việc chọn đúng dầu bôi trơn là một vấn đề hết sức quan trọng

5.2 Phương pháp bôi trơn bộ truyền

Đối với hộp giảm tốc trục vít - bánh răng kín và trục vít nằm trên nên ta sẽ sử dụngphương pháp bôi trơn với bánh vít được ngâm trong dầu đối với hộp giảm tốc đểtránh mất mác công suất do khuấy dầu, do nhiệt độ và oxy hóa dầu

Còn bộ truyền đai là bộ truyền để hở, ta dùng phương pháp bôi trơn bằng mỡ theochu kì

5.3 Chọn dầu bôi trơn cho bộ truyền trục vít – bánh răng

Theo bảng 18.11 [5]: ta chọn được độ nhớt của dầu ở 50°C (100°C) để bôi trơn

5.4 Xác định mức dầu bôi trơn của bộ truyền trục vít – bánh răng

- Mức dầu bôi trơn HGT trục vít với trục vít nằm trên h m = 2m … 0,25d 2 = 16 …

112 mm Trong hộp giảm tốc này ta không cần sử dụng bánh tạt dầu vì để giảm mất mát công suất do khuấy dầu.

- Bánh vít và bánh răng cấp chậm là 2 bánh răng được ngâm dầu Chiều cao ngâm dầu không được vượt quá giá trị (0,8…1,5)p = (0,8…1,5).150 = (120 … 225) mm.

- Phần bánh ngâm trong dầu không vượt quá 1/3.448/2 = 74,6 mm

Tổng hợp các điều kiện trên, thì điều kiện bôi trơn phải thỏa mãn bất đẳng thứcsau:

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Hữu Lộc, Giáo trình Cơ Sở Thiết Kế Máy, nhà xuất bản Đại học

Quốc Gia TP Hồ Chí Minh (2020)

[2] Trịnh Chất - Lê Văn Uyển, Tính toán hệ dẫn động cơ khí - Tập 1, Nhà xuất

[7] Nguyễn Hữu Lộc - Nguyễn Văn Thạnh, Dung sai và lắp ghép chi tiết máy,

nhà xuất bản Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh

[8] Trần Thiên Phúc, Thiết kế chi tiết máy công dụng chung, nhà xuất bản Đại

học Quốc gia Tp.HCM, năm 2011