VÀI VẤN ĐỀ KHI THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC

HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ

VÀ THIẾT KẾ MÁY 

Phần hướng dẫn này chủ yếu dùng cho Sinh viên trong lúc thực hiện Đồ án môn học Thiết kế hệ thống truyền động cơ khí. Nó cũng có thể dùng cho những người đã tốt nghiệp và cần tham khảo để thiết kế một hệ thống  truyền động nói riêng, hệ thống cơ khí nói chung.

1. Công suất:

            Sau khi dùng dữ liệu đề bài đã cho ( yêu cầu của khách hàng), ta tính toán ra công suất cần thiết, từ đó ta chọn được động cơ điện. Để hệ thống hoạt động được, ta có hai trường hợp:

            + Trong sơ đồ của đề bài dùng khớp nối giữa động cơ điện và hộp giảm tốc thì ta nên dùng Công suất động cơ để tính toán thiết kế cho hộp giảm tốc (Vì trong trường hợp này mà dùng công suất cần thiết để tính toán thì bản thiết kế kém tin cậy với trường hợp máy công tác bị quá tải hoặc kẹt tải).

            + Trong sơ đồ của đề bài dùng bộ truyền đai giữa động cơ và hộp giảm tốc hoặc ly hợp ma sát hay cơ cấu chốt cắt an toàn thì ta có thể tính toán thiết kế theo công suất cần thiết hay công suất động cơ đều được. 

2. Tính toán thiết kế bộ truyền xích:

            Trong thiết kế có hai thông số cần xem xét khi thiết kế:

            + Bước xích:

            Bước xích càng lớn thì khả năng chịu tải (lực) càng lớn, nhưng cùng một chiều dài xích thì bước xích càng nhỏ thì số mắt xích càng nhiều. Do đó:

                        - Nếu bộ truyền xích được bố trí ở vị trí có tốc độ chậm ta chọn bước xích lớn (Lúc này lực lớn nhưng số lần va đập nhỏ)

                        - Nếu bộ truyền xích được bố trí ở vị trí vận tốc cao ta nên chọn bước xích nhỏ để giảm số lần va đập.

            Trường hợp để tăng khả năng chịu tải của bộ truyền xích ta cũng cần chú ý đến việc sử dụng xích nhiều dãy.

            + Khoảng cách trục, chiếu dài xích:

            Trong tính toán bộ truyền, do chọn các hệ số, kết quả thường cho ra khoảng cách trục lớn, chiếu dài xích và số mắt xích lớn. Điều này dẫn đến trọng lượng xích lớn làm độ chùng xích tăng lên, để hạn chế chiều dài xích ta cần xem lại số lần va đập của xích, nếu quá nhỏ so với số lần va đập cho phép thì ta nên giảm số mắt xích rồi kiểm nghiệm lại số lần va đập, kết quả dẫn đến khoảng cách trục giảm (Không thay đổi các thông số khác). 

3. Bộ truyền bánh răng

            Trong tính toán thiết kế Sinh viên thường gặp các vấn đề sau:

            + Khoảng cách trục:

            Trong tài liệu thường khuyên người thiết kế chọn khoảng cách trục chẵn theo dãy số ưu tiên làm Sinh viên lúng túng. ( Vài tài liệu tham khảo nói là tiêu chuẩn thì hòan tòan không đúng, đó chỉ theo dãy số ưu tiên)

Theo trình tự thiết kế:

                        - Từ các dữ liệu đã cho và những yếu tố tự chọn ta tìm được khoảng cách trục tạm, ta chọn khoảng cách trục tạm này chẵn theo dãy số ưu tiên để dễ dàng trong tính toán, chứ chưa phải là khoảng cách trục chính thức, có thể sẽ trùng với tính toán sau này.

                        - Với khoảng cách trục tạm và những thông số khác ta tính toán tất cả các thông số của bộ truyền (trong đó có khoảng cách trục chính thức). Khoảng cách trục lúc này ta phải lấy đến con số lẽ thứ hai sau dấu phẩy, có lúc ngẫu nhiên nó sẽ có giá trị chẵn và trùng với khoảng cách trục tạm đã chọn theo dãy số ưu tiên. Nếu chọn khoảng cách trục chẵn theo dãy số ưu tiên thì có thể các thông số khác sẽ không còn đúng nữa. Muốn dùng số này thì ta phải tính toán lại các thông số khác.

               + Điều kiện bôi trơn:

Thông thường ở bộ truyền tập trung ta chọn phương án bôi trơn tự nhiên bằng dầu ( ngâm trong dầu) vì những ưu điểm của nó:

                       . Làm mát hệ thống.

                       . Làm sạch hệ thống.

            Sau quá trình tính toán, thông số của các bộ truyền trong hộp giảm tốc không thỏa được điều kiện bôi trơn thì ta có những phương án khắc phục:

                        - Phương án 1: Phân phối lại tỉ số truyền của các bộ truyền và tính toán lại.

                        - Phương án 2: Thay đổi mô đun của bộ truyền. Thường ta tăng mô đun của bộ truyền có kích thước nhỏ để không phải kiểm tra bền. Cách này thay đổi kích thước bộ truyền không đáng kể.

                        - Phương án 3: Thay đổi số răng. Thường ta cũng tăng số răng của bộ truyền có kích thước nhỏ để không phải kiểm tra bền ( tăng ở bánh răng nhò rồi tính lại số răng bánh răng lớn). Cách này làm thay đổi kích thước bộ truyền một cách đáng kể.

                        - Phương án 4: Bố trí mặt ghép hộp giảm tốc nghiêng (Các trục không nằm trong mặt phẳng nằm ngang). Cách này sẽ được giải quyết khi triển khai thiết kế kết cấu hộp giảm tốc, trong thiết kế thì thuận lợi nhưng sẽ khó khăn trong công nghệ.

                        - Phương án 5: thiết kế hệ thống bôi trơn cưỡng bức bằng bơm, các cơ cấu lấy dầu hay tát dầu. Hoặc chọn phương án bôi trơn bằng mỡ. 

Phương án bôi trơn bằng mỡ thường được dùng cho những bộ truyền hở hoặc hệ thống truyền động không tập trung.

           Ngoài ra ta có thể thay đổi kích thước bộ truyền bằng cách thay đổi vật liệu và chế độ nhiệt luyện. Cách này cần chú ý vị trí của bộ truyền trong hệ thống.           

                Sau này đến phần tính trục và chọn then, Ta còn phải xác định  chiều dài moay ơ, trong tài liệu tham khảo có nói đến chiều dài Moay ơ phải lớn hơn hoặc bằng 1,5 lần đường kính trục chổ lắp ghép, điều này chỉ để thoã mãn yêu cầu về định vị trong lắp ghép chứ không quan hệ về độ bền. Nếu chiều dài moay ơ nhỏ hơn bề rộng vành răng thì ta chọn bằng với bề rộng vành răng để thuận tiện trong gia công ( tính công nghệ).

4. Thiết kế trục    Trục được tính toán thiết kế trên cơ sở lý thuyết của môn học Sức bền vật liệu: 

             + Xác định sơ đồ tải trọng.

           + Giải phóng liên kết, xác định phản lực tại các gối đỡ ( sơ đố lực).          

             + Xác định và vẽ biểu đồ nội lực ( biểu đồ nội lực) và xác định mặt cắt nguy hiểm. 

           + Tính toán kích thước mặt cắt của trục tại các mặt cắt nguy hiểm.            

             + Xác định sơ bộ kết cấu của trục. Trong phần này, ta chỉ có các thông số cơ bản của trục là:

                      - Đường kính của trục tại các mặt cắt nghuy hiểm.

                      - Chiều dài sơ bộ của các đoạn trục cũng như toàn bộ trục.

       Các đoạn hạ bậc, thay đổi dường kính các đoạn trục không làm việc sẽ được xác định trong phần thiết kế kết cấu ( thực hiện bản vẽ lắp). Ta nên có hình biểu diễn sơ bộ của trục đã tính toán để dễ dàng kiểm soát trong những phần tính toán sau này.

5. Chọn và kiểm tra những chi tiết khác:  Thông thường những chi tiết tiêu chuẩn và những chi tiết phụ người ta cho công thức để chọn và công thức kiểm nghiệm:

           a. Chọn then.          Sinh viên tra bảng chọn then theo kích thước trục, kiểm nghiệm cát, dập. Những thông số cần chú ý khi then thiếu bền theo thứ tự là chiều dài L  then, chiều cao t then và bề rộng b then.

Nếu chọn then không thõa điều kiện bền thì ta có những phương án sau:

                    - Chọn vật liệu then tốt hơn.

                     - Chọn then có chiều cao lớn hơn.

                     - Chọn cỡ then lớn hơn.

                    - Chọn nhiều then.

                    - Chọn then hoa.

           Khi chọn then trên một trục thì cố gắng cho cùng kích thước bề rộng để thuận tiện trong gia công (không phải thay dao), để đảm bảo độ bền thì tăng các thông số còn lại.

           b. Chọn ổ.

           Sinh viên có thể tuỳ chọn loại ổ lăn hay ổ trượt, ổ bi hay ổ đủa, chất bôi trơn là dầu hay mỡ, chế độ bôi trơn thường xuyên hay định kỳ, bôi trơn tự bôi trơn hay cưỡng bức thì tuỳ chọn, nhưng phải đảm bảo được khả năng chịu tải và độ bền theo hướng dẫn của tài liệu tham khảo ( có thể tham khảo hướng dẫn của nhà cung cấp ổ).

           Để tăng khả năng tải cho ổ lăn thì ta có nhiều cách:                 

                + Thay đổi loại ổ.

                + Thay đổi cỡ ổ.

                + Thay đổi số dãy của ổ ( hoặc kích thước của ổ trượt).

           c. Chọn khớp nối.      Theo tài liệu hướng dẫn ta chọn khớp nối theo công suất truyền động. Trong tài liệu hướng dẫn có nói về việc kích thước hai trục dùng một khớp nối phải có kích thước gần bằng nhau, không quan trọng, chỉ cần đường kính của trục có đủ để truyền công suất yêu cầu hay không. Điều mà ta cần lưu ý kế tiếp là chọn đường kính moay ơ khớp nối sao cho đủ lắp đường kính trục lớn và then trên nó mà không phá hỏng khớp nối (bị xé ở vị trí rãnh then).

           d. Tính toán vỏ hộp.      Theo tài liệu hướng dẫn ta chọn được bề dày thành hộp, còn bề rộng mặt bích ghép nắp và thân hộp sẽ được quyết định sau khi chọn chi tiết ghép ren. Sinh viên có thể chọn kết cấu vỏ hộp là hàn hay đúc tuỳ theo sản lượng của hộp giảm tốc. Nếu kết cấu hàn thì thông thường sẽ có bề dày thành mõng hơn.

           e. Chọn chi tiết ghép ren.       Theo tài liệu hướng dẫn ta chọn tất cả các chi tiết ghép ren trên hộp giảm tốc. Theo tiêu chuẩn nhà nước cùng kích thước danh nghĩa ta có nhiều kích cỡ, kết cấu khác nhau. Sinh viên tuỳ chọn, chỉ lưu ý chọn những dãy ren ưu tiên ( những dãy ren không ưu tiên được dùng trong sửa chữa).

 6. Thiết kế kết cấu Hộp giảm tốc:

           Sau khi đã hoàn tất phần thiết kế kỹ thuật thì ta thực hiện thiết kế kết cấu tức là thực hiện bản vẽ lắp hệ thống. Trên cơ sở các số liệu đã tính toán, chọn và kiểm tra, ta thực hiện bản vẽ lắp theo trình tự sau:

          a. Xác định vị trí các trục theo chiều dọc:               

                     + Theo số liệu: Khoảng cách trục, Kích thước các bánh răng lớn của các bộ truyền, Bề dày thành hộp, Bề rộng mặt bích hộp (kích thước đầu vít ghép nắp) ta vẽ tất cả những đường tâm của các trục theo chiều dọc cho hai hình chiếu đứng và hình chiếu bằng.

            Triển khai các chi tiết trên các trục với khoảng cách thích hợp, Trong giai đoạn này kích thước trục sẽ thay đổi (thường là ngắn lại) so với thiết kế kỹ thuật ở hình chiếu bằng, điều này không cần quan tâm, trừ trường hợp chiều dài trục tăng lên đáng kể thì ta cần kiểm nghiệm lại trục.     Ở hình chiếu đứng thì ta cần quan tâm khoảng cách từ biên của chi tiết truyền động lớn nhất đến đáy hộp giảm tốc: Không quá gần làm khuấy cặn lên và không quá lớn dẫn đến lượng dầu quá nhiều.

            Chú ý: Đường kính các trục phải có sự thay đổi hợp lý để tránh tập trung ứng suất gây gãy trục và có mối ghép hợp lý ( không thực hiện mối ghép trên một đoạn quá dài làm khó khăn khi lắp và gây lãng phí trong gia công). 

 Các kết cấu không hợp lý của trục:

          + Đoạn trục ló ra của ngõ vào và ngõ ra trơn, thiếu vai giới hạn dọc trục của chi tiết lắp lên đó, có thể làm hỏng nắp ổ.

           + Đoạn trục lắp ổ quá dài, gây lãng phí khi gia công và khó khăn khi lắp ( lắp có độ dôi một doạn khá dài ) 

              + Các vai trục hoặc chi tiết chặn ổ trên trục có kích thước lớn hơn đường kính lớn của vòng trong ổ gây khó khăn ( mất khả năng) trong việc tháo ổ.             

            b. Xác định vị trí của các hình chiếu.

            c. Các yêu cầu kỹ thuật.

   Trong bản vẽ lắp thì các yêu cầu kỹ thuật nào có liên quan đến công tác lắp ráp và chạy thử thì mới được ghi, các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết sẽ được thể hiện trong bản vẽ chi tiết, không ghi trong bản vẽ lắp.

            d. Bảng kê chi tiết.

   Bảng kê chi tiết phải được thực hiện theo đúng tiêu chuẩn vẽ kỹ thuật. Được đánh số thứ tự từ dưới lên, tên gọi sao cho ngắn gọn không ghi phần quy cách chi tiết vào ô ký hiệu, nếu số chi tiết quá nhiều có thể tạo thành nhiều côt tiếp thep ở bên trái. Nội dung bên trong có hai vấn đề cần lưu ý:

           + Cột ký hiệu: là nơi ghi mã số chi tiết  hay bộ phận( mã số bản vẽ chi tiết), chỉ áp dụng cho những bộ phận hoặc chi tiết được thiết kế phải chế tạo ( không tiếu chuẩn)

          + Đối với những chi tiết hoặc bộ phận tiêu chuẩn như: động cơ, vít, ốc, then, ổ lăn, . . . . thì sẽ không phải ghi gì vào ô ký hiệu. Số hiệu tiêu chuẩn sẽ được ghi vào ô ghi chú.

          + Các chi tiết tiêu chuẩn như vít, then cần phải ghi đầy đủ quy cách vào ô tên gọi để có thể mua được như chiều dài, bề rộng, chiều cao, bước ren ( nếu bước không tiêu chuẩn).

       Trong giai đoạn này, một số kết cấu của những chi tiết đã tính toán trong phần thiết kế kỹ thuật có  thể bị thay đổi đôi chút như chiều dài các trục, thêm vai trục, bề rộng moay ơ, . . .  hoặc ta phải thêm vào một số dữ kiện chưa có như: Bề rộng mặt bích ghép nắp và thân hộp giảm tốc, ống lót, vòng chặn, . . . .

       Sau khi thực hiện xong bản vẽ lắp thì kết cấu, hình dáng và kích thước của chi tiết mới chính thức được xác định.

7. Bản vẽ chi tiết:      Theo đúng công việc của người thiết kế thì tất cả những chi tiết không tiêu chuẩn đều phải có bản vẽ thiết kế với đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật cho công việc chế tạo.

            Tùy theo dạng của chi tiết được biểu diễn mà ngoài các yêu cầu kỹ thuật chung như độ chính xác về kích thước, độ nhẵn bề mặt thì còn có các yêu cầu riêng cho từng dạng riêng.    

 + Chi tiết dạng trục: Như các trục truyền động, trục tâm, trục khuỹu, . . .

     Có thể có thêm những Yêu cầu kỹ thuật sau:

          - Độ không tròn.

          - Độ không trụ.

        - Độ không đồng trục.     

          - Độ không đối xứng, độ không song song của rãnh then.

 + Chi tiết dạng bạc: Như Ồng lót, Bạc lót, Ổ trượt, Vỏ nối trục, . . . 

     Có thể có thêm những Yêu cầu kỹ thuật sau:

          - Độ không tròn.

          - Độ không trụ.

        - Độ không đồng trục.          

          - Độ đảo mặt đầu.

          - Độ không đối xứng của những thành phần rãnh trong chi tiết nếu có.

 + Chi tiết dạng đĩa: Như Bánh răng, Bánh đai, Đĩa ly hợp,    

 + Chi tiết dạng càng: Như Thanh truyền, Càng gạt, . . .

 + Chi tiết dạng hộp: Vỏ hộp giảm tốc, khung máy, thân máy, . . .

      Có thể có thêm những yêu cầu kỹ thuật sau:          

          - Độ không tròn, không trụ của những lỗ trên chi tiết.

          - Độ không đồng trục.

        - Độ không phẳng:       

          - Độ không vuông góc.

        - Độ không song song.

   Trong yêu cầu kỹ thuật của chi tiết phải có thành phần về độ nhẵn ( độ bóng) bề mặt. Ta thường dùng hai chỉ tiêu đánh giá độ nhẵn bề mặt là Ra và Rz. Trong các tài liệu hiện có rất ít tài liệu hướng dẫn cách áp dụng hai chỉ tiêu này. Đầy đều là hai dãy số giá trị liên tục như nhau.

    Chúng sẽ được dùng theo tính chất đã được xác định trong phần định nghĩa của chúng ( xem lại tài liệu về độ nhẵn bề mặt) cụ thể là:

          + Chỉ tiêu Ra thể hiện cho việc đánh giá các nhấp nhô mang tính chất hệ thống. Do đó sẽ được dùng cho các bề mặt được gia công bằng những phương pháp gia công cắt gọt bằng dao, ví dụ như: tiện, phay bào, xọc, chuốt . . . .

          + Chỉ tiêu Rz thể hiện cho việc đánh giá các nhấp nhô mang tính chất ngẫu nhiên. Do đó sẽ được dùng cho các bề mặt được gia công bằng những phương pháp gia công không cắt gọt bằng dao, ví dụ như: mài, EDM, Gia công bằng nước, đúc, GCAL, . . .  ..

8. Dung sai và lắp ghép:

     Theo quy định của Vẽ kỹ thuật thì:

         + Miền dung sai của mối lắp trong bản vẽ lắp phải có đủ của hai bộ phận lắp: Chi tiết bao và bị bao. Giá trị miền dung sai của mỗi bộ phận lắp gồm có hai thành phần: Phần chữ là tên miền dung sai của bộ phận lắp, phần số là cấp chính xác của bộ phận lắp. Chú ý chỉ ghi cho các mối lắp có đầy đủ hai bộ phận lắp.

         + Giá trị miền dung sai của các bộ phận chi tiết trong bản vẽ chi tiết  được thể hiện qua hai sai lệch giới hạn của kích thước danh nghĩa đó. Giá trị miền dung sai, sai lệch giới hạn được xác định bởi Kích thước danh nghĩa, miền dung sai, cấp chính xác ( các dữ liệu này phải lấy từ bản vẽ lắp) và tra theo bảng có trong tài liệu Dung sai và lắp ghép của Bản thiết kế kỹ thuật ( Bản thuyết minh).               Còn tiếp . . . .Xin vui lòng theo dõi thường xuyên. . 

 CHÚ Ý:

+ Sinh viên cần tham khảo tất cả các tiêu chuẩn về Vẽ kỹ thuật khi thể hiện thiết kế trên bản vẽ: Đường nét,chữ số,  Các ký hiệu, Vẽ quy ước, Khung bản vẽ, khung tên. . . .

+ Các yêu cầu kỹ thuật được ghi bằng ký hiệu, chỉ khi nào trong tiêu chuẩn không có mới ghi bằng chữ.