CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN-PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN (1)

Chương 2
TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC –
CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN
2.1. Phân loại và phạm vi sử dụng hộp giảm tốc
Hộp giảm tốc (HGT) là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp,
có tỉ số truyền khơng đổi và được dùng để giảm tốc độ quay và tăng
mơmen xoắn.
Có rất nhiều loại HGT, được phân chia theo các đặc điểm chủ yếu
sau:
-

Số cấp: một cấp, hai cấp, ba cấp,…

-

Theo loại truyền động: HGT bánh răng trụ, HGT bánh răng côn
hoặc côn – trụ, HGT trục vít, trục vít – bánh răng hoặc bánh
răng – trục vít.

1. HGT bánh răng trụ
Có ưu điểm tuổi thọ cao, hiệu suất cao, kết cấu đơn giản.
- HGT bánh răng trụ 1 cấp: được sử dụng khi tỉ số truyền u ≤ 7
(răng nghiêng, răng chữ V), u ≤ 5 (răng thẳng).

Hình 2.1.Hộp giảm tốc bánh răng trụ 1 cấp
- HGT bánh răng trụ 2 cấp với u từ 8 đến 40. Chúng được bố trí
theo 3 sơ đồ:
• Sơ đồ HGT khai triển:
1

 Ưu điểm: Đơn giản nhất.
 Nhược điểm: Các bánh răng bố trí khơng đối xứng so với các ổ, do đó
làm tăng sự phân bố khơng đều tải trọng trên chiều dài răng.
• Sơ đồ HGT phân đơi (hình 2.3a và 2.3b): Công suất được phân
đôi ở cấp nhanh hoặc cấp chậm trong đó HGT phân đơi cấp
nhanh được dùng nhiều hơn.
• Sơ đồ HGT đồng trục:
 Ưu điểm: Giảm bớt chiều dài của HGT.
 Nhược điểm: Khả năng tải của cấp nhanh khơng dùng hết, khó bơi trơn ổ
trục ở giữa hộp.

Hình 2.2.Sơ đồ HGT khai triển

Hình 2.3a.Sơ đồ HGT phân đôi cấp chậm

2


Hình 2.3b. Sơ đồ HGT phân đơi cấp nhanh

Hình 2.4.Sơ đồ HGT đồng trục
2. HGT bánh răng côn – trụ (hình 2.5)

Hình 2.5. Sơ đồ HGT bánh răng cơn - trụ
3


- Hộp giảm tốc bánh răng cơn 1 cấp có u ≤ 3 (răng côn răng
thẳng) và u ≤ 6 (răng cơn răng nghiêng hoặc răng cung trịn).
- HGT bánh răng cơn – trụ hai cấp có u = 8 ÷ 15; cịn đối với

HGT cơn - trụ 3 cấp có u = 25 ÷ 75.
HGT bánh răng cơn – trụ có nhược điểm:
- Giá thành chế tạo đắt.
- Lắp ghép khó khăn.
- Khối lượng và kích thước lớn hơn so với HGT bánh răng trụ.
3. HGT trục vít
Gồm HGT trục vít 1 cấp, HGT bánh răng – trục vít, HGT trục vít –
bánh răng và HGT trục vít 2 cấp.

Hình 2.6a. Sơ đồ HGT trục vít 1 cấp

Hình 2.6b. Sơ đồ HGT trục vít 2 cấp
4


Hình 2.6c. Sơ đồ HGT trục vít - bánh răng
HGT trục vít 1 cấp có u = 8 ÷ 63 có các dạng sơ đồ:
- Trục vít đặt dưới bánh vít (với vận tốc vịng trục vít = 4 ÷ 5
m/s).
- Trục vít đặt trên bánh vít (với > 5 m/s).
- Trục vít đặt thẳng đứng: thường được dẫn động bằng động cơ có
mặt bích (tham khảo phụ lục bảng P1.1 ÷ P1.3) đặt trên vỏ hộp
giảm tốc.
- Trục vít đặt nằm ngang, bánh vít lắp trên trục thẳng đứng… để
dẫn động các trục đứng của cơ cấu công tác. Ví dụ cơ cấu quay
của cần trục.
- HGT bánh răng – trục vít và HGT trục vít – bánh răng có tỉ số
truyền u = 50 ÷ 130.
- HGT trục vít 2 cấp được sử dụng khi tỉ số truyền u = 70 ÷ 2500.
So với HGT bánh răng, HGT trục vít có ưu điểm:

- Kích thước HGT nhỏ hơn nhưng có thể thực hiện u lớn.
- Làm việc êm.
Nhược điểm:
- Hiệu suất thấp.
- Phải dùng kim loại màu để chế tạo bánh vít nên giá thành cao.
4. HGT bánh răng hành tinh
Sử dụng HGT bánh răng hành tinh có ưu điểm:
5


- Giảm được khối lượng và kích thước HGT.
- Hiệu suất cao.
Có rất nhiều loại sơ đồ HGT bánh răng hành tinh:

a

b

c

Hình 2.7. Sơ đồ HGT bánh răng hành tinh
: vận tốc góc bánh dẫn và cần.
: vận tốc góc của cần.
- Hình 2.7a: HGT bánh răng hành tinh 1 cấp với phạm vi
u=

u = 3,15 ÷ 12,5. Cơng thức tính

z
ω1

= 1+ 3
ωc
z1

- Hình 2.7b: HGT bánh răng hành tinh 1 cấp trong đó 1, 3 là bánh
răng trung tâm, 2 là bánh răng hành tinh (vệ tinh) được sử dụng
ω
z .z
u = 1 = 1+ 2 4
ωc
z1.z 3
với u = 10 ÷ 16, cơng thức tính
- Hình 2.7c: HGT bánh răng hành tinh 2 cấp có cấu tạo là 2 hệ
bánh răng hành tinh lắp nối tiếp nên tỉ số truyền u của HGT tính
ω  z  z 
u = 1 = 1 + 3 ÷1 + 6 ÷
ωc  z1   z 4 
theo cơng thức
có u = 10÷ 150.
2.2. Chọn động cơ
Chọn động cơ được tiến hành theo các bước sau đây:
- Tính cơng suất cần thiết của động cơ.
- Xác định sơ bộ số vòng quay sơ bộ của động cơ.

6


- Tra bảng (Phụ lục P1.0÷P1.4) chọn động cơ có và tốc độ quay
thỏa mãn điều kiện:
Pđc ≥ Pct

n đc ≈ n sb

(2.1)

Đồng thời có mơmen mở máy Tmm thỏa mãn điều kiện:
Tmm Tk
≤
T
Tdn

(2.2)

1. Tính cơng suất cần thiết của động cơ
Thông số đầu vào của đề đồ án chi tiết máy: sơ đồ động hệ thống
dẫn động, bộ phận cơng tác (băng tải, vít tải, thùng trộn,…), sơ đồ tải
trọng, số năm làm việc và các thông số đầu vào theo mộttrong các dạng
sau:
Dạng Dạng Dạng
1
2
3
Công suất trên trục công tác P (kW)
x
Tốc độ quay của trục công tác n (v/ph)
x
Vận tốc vịng của bộ phận cơng tác V (m/s)
x
x
Lực vịng Ft trên trục cơng tác(N)
x

x
Bước xích tải p (mm)
x
Số răng đĩa dẫn của xích tải Z
x
Đường kính tang D của bộ phận công tác(m)
x
Để xác định công suất cần thiết của động cơ, ta tiến hành tính:
P=

- Cơng suất trên trục cơng tác
- Khi tính ta thay

Ft = F

Ft v
1000

(kW)

(2.3)

hoặc 2F (tùy theo đề đồ án).

- Trường hợp tải trọng khơng đổi, cơng suất tính:

Pt = P

7

Hình 2.8. Sơ đồ tải trọng
Trường hợp tải trọng thay đổi, cơng suất được tính như sau:
Ptđ =

P12 t1 + P22 t 2 + P32 t 3
t1 + t 2 + t 3

(2.4)

Sơ đồ tải trọng có dạng:

a)

b)
Hình 2.9. Sơ đồ tải trọng

- Ví dụ:
• Trường hợp a): Cơng suất tương đương:
Ptđ = P 12.0, 7 + 0,82.0,3

• Trường hợp b): Công suất tương đương:
Ptđ = P 0,82.0, 6 + 12.0, 2

8


Pct =
- Công suất cần thiết trên trục của động cơ:

Pt
η

(2.5)

với η – hiệu suất chungcủa hệ thống dẫn động.
- Đối với hệ thống lắp nối tiếp, hiệu suất chung xác định theo
η = η1.η2 .η3 ...
công thức:
(2.6)
η = η1.η2 .η3 ...
với
là hiệusuất của các bộ truyền và của các cặp ổ
trong hệ thống dẫn động chọn theo Bảng 2.1.

9


Bảng 2.1.Trị số hiệu suất của các loại bộ truyền và ổ
Tên gọi
Bộ truyền bánh răng trụ
Bộ truyền bánh răng cơn
Bộ truyền trục vít
- Tự hãm
- Khơng tự hãm với = 1
=2
=4
Bộ truyền xích
Bộ truyền bánh ma sát
Bộ truyền đai

Một cặp ổ lăn
Một cặp ổ trượt

Hiệu suất η của bộ truyền hoặc ổ
Được che kín
Để hở
0,96 – 0,98
0,93 – 0,95
0,95 – 0,97
0,92 – 0,94
0,30 – 0,40
0,70 – 0,75
0,75 – 0,82
0,87 – 0,92
0,95 – 0,97
0,90 – 0,96

0,2 – 0,3

0,90 – 0,93
0,70 – 0,88
0,95 – 0,96

0,99 – 0,995
0,98 – 0,99

Chú thích: Trị số hiệu suất của các bộ truyền bánh răng cho
trong bảng ứng với cấp chính xác 8 và 9. Khi dùng bộ truyền kín với
cấp chính xác 6 hoặc 7 thì tăng trị số trong bảng lên 1 – 1,5%.
2. Xác định sơ bộ số vòng quay của động cơ

- Tỉ số truyền chung của hệ thống dẫn động:
u = u1.u 2 .u 3 ...

(2.7)

u = u1.u 2 .u 3 ...
trong đó:
là tỉ số truyền của từng bộ truyền của hệ
thống dẫn động. Có thể sơ bộ chọn theo Bảng 2.2 (nên chọn trị số nhỏ để
các bộ truyền có kích thước nhỏ gọn).

10


Bảng 2.2.Tỉ số truyền nên dùng cho các bộ truyền trong hệ
Loại truyền động
Truyền động bánh răng trụ:
- Để hở
- Hộp giảm tốc 1 cấp
- Hộp giảm tốc 2 cấp
Truyền động bánh răng côn:
- Để hở
- Hộp giảm tốc 1 cấp
- Hộp giảm tốc côn – trụ 2 cấp
Truyền động trục vít:
- Để hở
- Hộp giảm tốc 1 cấp
- Hộp giảm tốc 2 cấp trục vít
- Hộp giảm tốc 2 cấp trục vít – bánh
răng hoặc bánh răng – trục vít

Truyền động đai dẹt:
- Thường
- Có bánh căng
Truyền động đai thang
Truyền động xích
Truyền động bánh ma sát

Tỉ số truyền u nên
dùng
4…6
3…5
8 … 40
2…3
2…4
10 … 25
15 … 60
10 … 40
300 … 800
60 … 90
2…4
4…6
3…5
2…5
2…4

- Tốc độ quay của trục công tác tính theo cơng thức:
n=

hoặc

60000v
πD

60000v
n=
Zp

(v/ph)

(2.8)

(v/ph)

Trong đó:
v – vận tốc vịng (dài) của bộ phận cơng tác (băng tải, xích tải)
(m/s);
D – đường kính của tang (mm);
11


p – bước xích của xích tải (mm);
z – số răng đĩa xích tải.
Số vịng quay sơ bộ của động cơ:
n sb = n.u

(2.9)

Chọn tốc độ quay của động cơ thỏa điều kiện(2.1).
Khi chọn tốc độ quay của động cơ càng nhanh thì kích thước, giá
thành và khối lượng động cơ càng nhỏ. Tuy nhiên khi đó tỉ số truyền

chung sẽ tăng lên, dẫn đến kích thước, khối lượng và giá thành hệ thống
truyền động tăng. Vì vậy trong thiết kế nên cân đối hai yếu tố trên, đồng
thời cần dựa vào sơ đồ của hệ thống dẫn động cần thiết kế để chọn tốc độ
quay của động cơ.Cho nên đối với hệ dẫn động gồm bộ truyền đai hoặc
xích + HGT 2 cấp (dạng khai triển, phân đôi, đồng trục, bánh răng nón –
trụ) nên chọn tốc độ của động cơ ≈ 1500 v/ph, còn HGT bánh răng – trục
n đc ≈ 3000
vít và trục vít – bánh răng thường chọn
v/ph.
2.3. Phân phối tỉ số truyền
Phân phối tỉ số truyền các bộ truyền trong HGT phải thỏa mãn các
điều kiện về kích thước bao, khối lượng và vấn đề bơi trơn. Để giải bài
tốn phân phối tỉ số truyền, hợp lý hơn cả là xuất phát từ một số chỉ tiêu
quan trọng nhất để xây dựng các hàm mục tiêu và chọn phương pháp
thích hợp để giải bài tốn tối ưu đa mục tiêu thỏa mãn đồng thời các chỉ
tiêu quan trọng đó. Tuy nhiên trong khn khổ của đồ án mơn học, chúng
tơi chỉ trình bày một số cơng thức thực nghiệm nhằm giúp việc tính tốn
thiết kế được đơn giản.
- Hộp giảm tốc khai triển, có thể chọn:
u n = (1, 2 ÷ 1,3)u c
u n = 0, 7332u 0,6438
h

Trong đó:

theo điều kiện HGT được bơi trơn ngâm dầu (2.10)
theo chỉ tiêu HGT có khối lượng nhỏ

(2.11)

– tỉ số truyền cấp nhanh
– tỉ số truyền cấp chậm
– tỉ số truyền HGT (

u h = u n .u c

)
12


Sử dụng (2.10): Thỏa điều kiện bôi trơn bằng ngâm dầu, tuy nhiên
bánh lớn cấp chậm phải nhúng khá sâu trong dầu gây nên công suất mất
mát do khuấy dầu lớn. Để HGT có khối lượng nhỏ nhất, ta áp dụng cơng
thức (2.11).
Theo , HGT khai triển có thể chọn như sau:
• < 6 dùng HGT 1 cấp.
• < 16 dùng HGT 2 cấp.
• 16 ≤< 52 dùng HGT 3 cấp.
• ≥ 52 dùng HGT 4 cấp.
- HGT phân đơi (cấp nhanh phân đôi, cấp chậm phân đôi) phân
phối tỉ số truyền có thể chọn như HGT khai triển.
- HGT đồng trục: để bảo đảm điều kiện bôi trơn ngâm dầu. Tỉ số
truyền u được phân phối như sau:
u n = uc = uh
với

(2.12)

6 << 16.
- HGT bánh răng côn - trụ: Bộ truyền bánh răng nón là cấp nhanh,

tỉ số truyền có thể sơ bộ chọn = (0,22 ÷ 0,28). Hệ số nhỏ khi
có trị số lớn và khơng nên chọn > 4.
- HGT trục vít – bánh răng: Bộ truyền bánh răng là cấp chậm có
thể sơ bộ chọn = (0,03 ÷ 0,06).
- HGT trục vít 2 cấp: Để bố trí hợp lýta chọn
-

a w 2 = 2a w1

và – khoảng cách trục bộ truyền cấp nhanh và cấp chậm. Tỉ số
un = uc
truyền

Để hệ thống các vấn đề vừa trình bày, chúng tơi trình bày haiví dụ
minh họa về chọn động cơ điện và phân phối tỉ số truyền cho hệ thống
dẫn động cơ khí.
Ví dụ 1:
• Cho sơ đồ hệ thống dẫn động(Hình a) và sơ đồ tải trọng (Hình
b):

13


Hình a.Sơ đồ dẫn động

Hình b.Sơ đồ tải trọng
• Số liệu thiết kế:
- Lực vịng trên xích tải (2F) = 5000 N
- Vận tốc xích tải: v = 1,2 m/s
- Số răng đĩa xích tải: z = 9

- Bước xích tải: p = 110 mm
- Số năm làm việc: 5 năm
- Chế độ tải trọng: tải trọng thay đổi theo sơ đồ tải trọng
- Số chiều quay: quay 1 chiều
- Sai lệch cho phép của tỉ số truyền của hệ:

∆u < 4%

- Chế độ làm việc: 1 năm làm việc 300 ngày, 1 ngày 2 ca, số giờ
làm việc 8 giờ/ca.
Giải
14


a) Chọn động cơ điện
P=

Công suất trên trục công tác:

2Fv 5000.1, 2
=
= 6 kW
1000
1000

Công suất tương đương (đẳng trị) trên trục công tác:
Ptđ = P 12.0,3 + 0,82.0,3 + 0,52.0, 4 = 4, 62 kW

Hiệu suất chung:
η = ηđ η2br ηnt ηô4 = 0,88

Tra bảng 2.1 ta được

ηđ = 0,96 ; ηbr = 0,98 ; ηô = 0,99 ; ηnt = 1

Công suất cần thiết của động cơ:
Pct =

Ptđ 4, 62
=
= 5, 25 kW
η 0,88

Xác định sơ bộ số vòng quay của động cơ
Tốc độ quay của trục công tác:
v=

zpn
60000v 60000.1, 2
⇒n=
=
= 72, 72 v/ph
60000
zp
9.110

Hệ truyền động cơ khí có bộ truyền đai thang và hộp giảm tốc khai
u đ = 2 ; u h = 10
triền 2 cấp, theo bảng 2.2 ta sơ bộ chọn
. Tỉ số truyền

chung sơ bộ:
u sb = u đ .u h = 20
n sb = n.u sb = 72, 72.20 = 1454, 4 v/ph
Chọn động cơ điện phải thỏa mãn điều kiện (2.1) và (2.2):
Pđc ≥ Pct = 4, 62 kW
n đc = n sb = 1454

15


Và

T
Tmm
= 1,8 ≤ d
T
Tdm

Tra phụ lục P1.2, chọn động cơ điện không đồng bộ 3 pha rôto lồng
Tkd
=2
Pđc = 5,5 kW ; n đc = 1460 v/ph
Tdd
sóc 50 Hz loại 3K132M4
có
b) Phân phối tỉ số truyền
u=
Tỉ số truyền chung

n đc 1460

=
= 20, 07
n
72, 72

uđ
Chọn bước tỉ số truyền
theo dãy số sau (tương ứng với dãy trị số
đường kính bánh đai tiêu chuẩn)
u đ = 2 ; 2,24 ; 2,5 ; 2,8 ; 3,15 ; 4 ; 4,5 ; 5
uđ = 2
u = 20, 07
Vì
nên ta chọn
(để bộ truyền đai thang có kích
thước nhỏ gọn)
uh =

u 20, 07
=
= 10, 03
uđ
2

Theo u cầu bôi trơn hộp giảm tốc bằng phương pháp ngâm dầu,
u n = (1, 2 ÷ 1,3)u c = 1,3u c
áp dụng công thức thực nghiệm
u h = u n u c = 1,3u c2 ⇒ u c =
un =

uh
= 2, 78
1,3

u
20, 07
=
= 3, 6
u đ u c 2.2, 78

Kiểm tra sai số cho phép về tỉ số truyền
u t = u đ u n u c = 2.3, 6.2, 78 = 20, 016

16


∆u =

20, 07 − 20, 016
100% = 0, 25% < 4%
20, 07

thỏa điều kiện về

sai số cho phép.
Bảng hệ thống số liệu
Trục
Thông số
u
n (v/ph)

P (kW)
T (Nmm)

Động cơ
=2
1460

Mômen xoắn
Pm , Tm

II
= 3,6

730

III
= 2,78

202,8

72,95

P3 =

P
P
P
P
; P2 = 3 ; P1 = 2 ; Pm = 1
ηơ

ηbr ηơ
ηbr ηơđ ơ
ηη

Ti =

9,55.106 Pi
ni

Trong đó

với

I

là công suất và mômen xoắn của trục động cơ:
P3 =

P
6
=
= 6, 06 kW
ηδ 0, 99

P2 =

P3
6, 06
=
= 6, 24 kW

ηbr ηδ 0,98.0,99

P1 =

P2
6, 24
=
= 6, 44 kW
ηbr ηδ 0,98.0,99

Pm =

P1
6, 44
=
= 6, 77 kW
ηđ ηδ 0,96.0,99

Ví dụ 2:
1. Cho sơ đồ hệ thống dẫn động (Hình c) và sơ đồ tải trọng (Hình d).

17


Hình c.Sơ đồ dẫn động
Gồm
:
1.

Động cơ điện

2.

Bộ truyền xích

3.

Hộp giảm tốc 2 cấp

4.

Nối trục đàn hồi

5.

Bộ phận công tác – băng tải

Hình d.Sơ đồ tải trọng
1. Số liệu thiết kế:
•

Lực vịng trên xích tải (2F)

: 5000

(N)

•

Số răng đối với xích tải (z)

:9

(răng)

•

Vận tốc xích tải (v)

: 1,2

(m/s)

: 110

(mm)

• Bước xích tải (p)

18


•

Số năm làm việc

:5

(năm)

2. Đặc điểm tải trọng:
Tải trọng tĩnh và quay 1 chiều.
3. Ghi chú:
Một năm làm việc 300 ngày, 1 ngày làm việc 2 ca, 1 ca 8 giờ. Sai
số về tỉ số truyền ∆u = (2 ÷ 3)%.
Giải
a) Chọn động cơ điện:
P=

Công suất trên trục công tác:

Ft v
60000.0,95
=
= 5,7
1000
1000

(kW)

Cơng suất tính: = P (tải trọng tĩnh)
Cơng suất cần thiết trên trục động cơ:
Pct =

Pt
5, 7
=
= 6,55
η 0,87

(kW)

η = ηbrn ηnt ηbrt ηx ηol4 = 0,85

Tra bảng 2.1 ta được = 0,96 (bộ truyền bánh răng côn); = 0,98 (bộ
truyền bánh răng trụ); = 1; = 0,99 (hiệu suất của 1 cặp ổ lăn); = 0,93.
Theo điều kiện (2.1) tra phụ lụcP1.2, ta chọn động cơ không đồng
bộ 3 pha rơto lồng sóc 50 Hz loại 3K132M4 = 7,5 kW; = 1460 (v/ph).
Kiểm tra điều kiện mở máy theo (2.2):
Khi mở máy, mômen tải không được vượt quá mômen khởi động
của động cơ (T <) nếu không động cơ sẽ không chạy. Trong các
Catalogue của động cơ đều cho tỉ số /. Đây cũng là một số liệu cần để
tham khảo khi chọn động cơ.
T
Tmm
≤ d =2
T
Tdm

(bảng P1.2)

Tải trọng tĩnh = 1. Vậy động cơ thỏa mãn điều kiện mở máy.
19


b) Phân phối tỉ số truyền:
Tốc độ quay của trục công tác:
n=

60000v 60000.0, 95

=
= 60,5
πD
3,14.300

(v/ph)

Tỉ số truyền chung:
u=

n đc 1460
=
= 24,13
n
60,5

Chọn trước tỉ số truyền của bộ truyền xích:
= 2; 2,24; 2,5; 2,8; 3; 3,15; 3,5; 4,45; 5
Vì u = 24,13 ta chọn = 2,5
uh =

u 24,13
=
= 9, 65
ux
2,5

u n = (0, 22 ÷ 0, 28)u h ⇒ u n = 0, 28u h = 2, 7
uc =

u
24,16
=
= 3,58
u n u x 2, 7.2,5

Tỉ số truyền chung

u = 2, 7.3,58.2,5 = 24,16

Kiểm tra sai số về tỉ số truyền:
∆u =

24,16 − 24,13
= 0,12% < 2%
24,13

⇒thỏa điều kiện sai số cho phép về tỉ số truyền.
Bảng hệ thống số liệu:
Trục
Thông số
Tỉ số truyền u
Tốc độ quay n
Công suất P
Mômen xoắn T

Động cơ
=1
1460

I

II

III

IV

= 2,7
= 3,58
= 2,5
1460
540,7
151
60,4

T
20


trong đó

P1 = Pct .ηnt .ηol
P2 = P1.ηbrn .ηol
P3 = P2 .ηbrt .ηol
P4 = P3 .ηx .ηol
Ti =

Mômen xoắn

9,55.106 Pi
ni

21