Giải thích chi tiết: Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền hệ dẫn động

Bài toán dùng để làm gì

Bài toán đầu tiên khi thiết kế một hệ dẫn động (ví dụ băng tải đưa phôi đến trạm robot hàn): chọn động cơ bao nhiêu kW, bao nhiêu vòng/phút, chia tỉ số truyền cho hộp giảm tốc 2 cấp và bộ truyền xích, rồi tính công suất, tốc độ, mô-men trên từng trục. Các con số này là đầu vào cho CT13, CT14, CT18, CT27.

Hình dung đơn giản

Kiến thức nền cần có

Đọc lại các mục sau ở Chương 0 nếu chưa nắm chắc: 0.3 lực · 0.4 mô-men · 0.11 chuyển động quay · 0.12 năng lượng/công suất

Các đại lượng và lấy số liệu ở đâu

Ký hiệu	Ý nghĩa	Đơn vị	Lấy số liệu ở đâu
F, v, D	Lực vòng trên băng tải, vận tốc băng, đường kính tang	N, m/s, mm	Yêu cầu công nghệ của máy
ηkn, ηbr, ηol, ηx	Hiệu suất nối trục, 1 cặp bánh răng trụ kín, 1 cặp ổ lăn, bộ truyền xích	–	Trịnh Chất – Lê Văn Uyển bảng 2.3: ηbr 0,96–0,98; ηol 0,99–0,995; ηx 0,90–0,93
ux0, uh0	Tỉ số truyền sơ bộ của xích và của hộp	–	Bảng 2.4: xích 2–5; hộp 2 cấp 8–40
Pdc, ndc	Công suất và tốc độ của động cơ chọn	kW, v/ph	Catalogue động cơ: Pdc ≥ Pyc, ndc gần nsb
k = u1/u2	Tỉ lệ tỉ số truyền cấp nhanh / cấp chậm	–	Hộp khai triển 1,2–1,3 để hai bánh lớn ngâm dầu đều

Xây dựng công thức từng bước

Công thức tổng quát không "từ trên trời rơi xuống": nó được ghép từ những công thức con đơn giản. Đi lần lượt từng bước:

Bước 1. Công suất trên trục công tác

Công suất = lực × vận tốc:

Pct = F·v / 1000

Bước 2. Hiệu suất chung và công suất động cơ cần

Hệ có 1 nối trục, 2 cặp bánh răng, 4 cặp ổ, 1 bộ xích, hiệu suất nhân với nhau:

η = ηkn·ηbr²·ηol⁴·ηx ; Pyc = Pct / η

Bước 3. Tốc độ cần và tốc độ động cơ sơ bộ

Tốc độ tang từ vận tốc băng; nhân tỉ số truyền sơ bộ ra tốc độ động cơ nên chọn:

nct = 60000·v / (π·D) ; nsb = nct·ux0·uh0

Bước 4. Phân phối tỉ số truyền

Sau khi chọn động cơ, tính lại tỉ số chung; giữ tỉ số xích, phần còn lại cho hộp, rồi chia cho 2 cấp:

ut = ndc/nct ; uh = ut/ux ; u2 = √(uh/k) ; u1 = uh/u2

Bước 5. P, n, T trên từng trục

Đi ngược từ trục công tác về động cơ, chia hiệu suất mỗi cấp; tốc độ chia tỉ số truyền; mô-men từ công suất và tốc độ:

P3 = Pct/(ηx·ηol) ; n2 = n1/u1 ; T = 9,55·10⁶·P/n (Nmm)

Hình CT17.2 – Sơ đồ hình thành công thức: số liệu → từng công thức con → kết luận

Lời giải mẫu từng bước (số liệu mẫu của công cụ tính ở đầu trang)

Bước A – Số liệu đầu vào (ô vàng của công cụ tính). Đây là bộ số ví dụ có sẵn; khi làm thật bạn thay bằng số của mình:

TT	Đại lượng	Ký hiệu	Giá trị	Đơn vị	Ghi chú / nguồn
1	Lực vòng trên băng tải / tang	F	5 000	N
2	Vận tốc băng tải	v	0,8	m/s
3	Đường kính tang	D	350	mm
4	Hiệu suất nối trục ηkn	ηkn	1
5	Hiệu suất 1 cặp bánh răng trụ kín ηbr	ηbr	0,97		Bảng 2.3: 0,96–0,98
6	Hiệu suất 1 cặp ổ lăn ηol	ηol	0,99		0,99–0,995
7	Hiệu suất bộ truyền xích ηx	ηx	0,93		Xích để hở 0,90–0,93
8	Tỉ số truyền xích sơ bộ	ux0	2,5		Bảng 2.4: xích 2–5
9	Tỉ số truyền hộp sơ bộ	uh0	12		Hộp 2 cấp: 8–40
15	Công suất động cơ chọn	Pdc	5,5	kW	Pdc ≥ Pyc
16	Tốc độ động cơ chọn	ndc	1 455	v/ph	Gần nsb
20	Tỉ lệ u1/u2 (hộp khai triển)	kk	1,25		Cấp nhanh lớn hơn cấp chậm 1,2–1,3 lần để bôi trơn ngâm dầu đều

Bước B – Tính lần lượt (web tự tính, bạn có thể bấm tay để kiểm tra lại). Dòng xanh lá là kết quả chính:

TT	Đại lượng	Ký hiệu	Kết quả	Đơn vị	Công thức / cách tính
10	Công suất trên trục công tác	Pct	4	kW	Pct = F·v/1000
11	Hiệu suất chung	η	0,841		η = ηkn·ηbr²·ηol⁴·ηx
12	CÔNG SUẤT CẦN THIẾT CỦA ĐỘNG CƠ	Pyc	4,76	kW	Pyc = Pct/η
13	Tốc độ trục công tác	nct	43,65	v/ph	nct = 60000·v/(π·D)
14	Tốc độ đồng bộ sơ bộ của động cơ	nsb	1 310	v/ph	nsb = nct·usb
17	Pdc ≥ Pyc	Kiểm tra	ĐẠT
18	Tỉ số truyền chung	ut	33,33		ut = ndc/nct
19	Tỉ số truyền hộp	uh	13,33		uh = ut/ux (giữ ux sơ bộ)
21	Tỉ số truyền cấp chậm u2	u2	3,27		u2 = √(uh/k)
22	Tỉ số truyền cấp nhanh u1	u1	4,08		u1 = uh/u2
23	P trục III	P3	4,34	kW	P3 = Pct/(ηx·ηol)
24	P trục II	P2	4,52	kW
25	P trục I	P1	4,71	kW
26	n trục I	n1	1 455	v/ph
27	n trục II	n2	356,4	v/ph
28	n trục III	n3	109,1	v/ph
29	T trục I	T1	30 922	Nmm	T = 9,55·10⁶·P/n
30	T trục II	T2	121 222	Nmm
31	T trục III	T3	380 174	Nmm
32	T trục công tác	Tct	875 064	Nmm

Áp dụng thực tế và lưu ý

Chọn động cơ có Pdc lớn hơn Pyc một chút (không cần gấp rưỡi): động cơ quá lớn chạy non tải, hệ số công suất thấp, tốn điện.
Động cơ 1500 v/ph (4 cực) thường rẻ và nhỏ gọn nhất; tỉ số truyền chung quá lớn thì cân nhắc động cơ 1000 v/ph.
Nếu tải khởi động lớn (băng tải đầy hàng), kiểm tra thêm mô-men khởi động của động cơ.
Các mô-men T1, T2, T3 dùng làm đầu vào cho tính trục (CT13, CT14), bánh răng (CT18) và then (CT07).