Sơ đồ: động cơ → nối trục → hộp giảm tốc 2 cấp (trục I, II, III) → bộ truyền xích → trục công tác (tang băng tải). Bước 1: công suất cần thiết; bước 2: tốc độ sơ bộ; bước 3: chọn động cơ; bước 4: phân phối tỉ số truyền; bước 5: P, n, T trên từng trục.
Giải thích chi tiết
- Bài toán dùng để làm gì
- Hình dung đơn giản
- Kiến thức nền cần có
- Các đại lượng và lấy số liệu ở đâu
- Xây dựng công thức từng bước
- Lời giải mẫu từng bước
- Áp dụng thực tế và lưu ý
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
Hãy tưởng tượng
Giống đạp xe lên dốc: công suất chân bạn phải lớn hơn công suất cần để kéo xe, vì xích, ổ trục ăn mất một phần (hiệu suất). Líp và đĩa xích đổi vòng quay nhanh – lực nhỏ thành vòng quay chậm – lực lớn. Công suất gần như giữ nguyên qua mỗi cấp, chỉ bớt đi phần tổn thất.
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)
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 |
Bước C – Kết luận ví dụ
Kết quả chính: CÔNG SUẤT CẦN THIẾT CỦA ĐỘNG CƠ = 4,76 kW; Tốc độ đồng bộ sơ bộ của động cơ = 1 310 v/ph; Tỉ số truyền cấp chậm u2 = 3,27; Tỉ số truyền cấp nhanh u1 = 4,08; T trục I = 30 922 Nmm; T trục II = 121 222 Nmm; T trục III = 380 174 Nmm.
Kiểm tra: Pdc ≥ Pyc: ĐẠT.
Nếu đổi số liệu ở ô vàng, mọi kết quả tự tính lại. Ô nào báo KHÔNG ĐẠT thì xem mục Áp dụng thực tế bên dưới để biết cần sửa gì.
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).