Đồ án thiết kế chi tiết máy CHỌN ĐỘNG cơ và PHÂN PHỐI tỉ số TRUYỀN

Đồ án thiết kế Chi tiết máy

GVHD: Hồ Ngọc Thế Quang

MỤ C LỤ C
LỜI NÓI ĐẦU..................................................................................................................... 1
PHẦN 1 : CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN...................................... 4
1. Tính toán chọn động cơ.............................................................................................. 4
2. Phân phối tỉ số truyền cho hệ dẫn động...................................................................... 5
3. Bảng đặc tính............................................................................................................. 5
PHẦN 2: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI............................................................................ 7
1. Chọn loại đai.............................................................................................................. 7
2. Xác định các thơng số bộ truyền................................................................................. 7
3. Tính tốn lực tác dụng................................................................................................ 8
PHẦN 3: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN HỘP GIẢM TỐC CÔN TRỤ................................... 10
1. Bộ truyền cấp nhanh – bánh răng côn răng thẳng..................................................... 10
2. Bộ truyền cấp chậm – bánh răng trụ răng thẳng....................................................... 20
PHẦN 4: THIẾT KẾ TRỤC VÀ THEN............................................................................ 30
1. Tính tốn lực tác dụng.............................................................................................. 30
2. Tính tốn sơ bộ trục................................................................................................. 30
3. Thiết kế trục............................................................................................................. 31
4. Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục...................................................... 37
5. Tính chọn then cho các trục và kiểm nghiệm then................................................... 38
6. Kiểm nghiệm trục..................................................................................................... 39
PHẦN 5 : THIẾT KẾ KHỚP NỐI TRỤC VÀ CHỌN Ổ LĂN.......................................... 42
1. Khớp nối trục........................................................................................................... 42
2. Chọn ổ lăn................................................................................................................ 43
PHẦN 6: THIẾT KẾ VỎ HỘP.......................................................................................... 50
1. Thiết kế vỏ hộp và chọn bulông............................................................................... 50
2. Các chi tiết phụ khác................................................................................................ 55
3. Các đặc tính kỹ thuật chủ yếu của hộp giảm tốc...................................................... 55

4. Bôi trơn hộp giảm tốc............................................................................................... 56
PHẦN 7: CHỌN DUNG SAI LẮP GHÉP......................................................................... 57
1. Chọn kiểu lắp ghép.................................................................................................. 57
2. Dung sai và lắp ghép mối ghép then........................................................................ 57
SVTH: Trần Thanh Tùng

-1-


Đồ án thiết kế Chi tiết máy

GVHD: Hồ Ngọc Thế Quang

Các kiểu lắp ghép trong bộ truyền.................................................................................. 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................. 59

SVTH: Trần Thanh Tùng

-2-


Đồ án thiết kế Chi tiết máy

GVHD: Hồ Ngọc Thế Quang

LỜI NÓI ĐẦU
Thiết kế và phát triển những hệ thống truyền động là vấn đề cốt lõi trong cơ khí.
Mặt khác, một nền công nghiệp phát triển không thể thiếu một nền cơ khí hiện đại. Vì vậy,
việc thiết kế và cải tiến những hệ thống truyền động là công việc rất quan trọng trong
cơng cuộc hiện đại hố đất nước. Hiểu biết, nắm vững và vận dụng tốt lý thuyết vào thiết

kế các hệ thống truyền động là những yêu cầu rất cần thiết đối với sinh viên, kỹ sư cơ khí.
Trong cuộc sống ta có thể bắt gặp hệ thống truyền động ở khắp nơi, có thể nói
nó đóng một vai trị quan trọng trong cuộc sống cũng như sản xuất. Đối với các hệ
thống truyền động thường gặp thì hộp giảm tốc là một bộ phận khơng thể thiếu.
Đồ án thiết kế hệ thống truyền động cơ khí giúp ta tìm hiểu và thiết kế hộp giảm
tốc, qua đó ta có thể củng cố lại các kiến thức đã học trong các môn học như Cơ lý
thuyết, Chi tiết máy, Vẽ kỹ thuật, Vẽ cơ khí...; và giúp sinh viên có cái nhìn tổng quan về
việc thiết kế cơ khí. Hộp giảm tốc là một trong những bộ phận điển hình mà cơng việc
thiết kế giúp chúng ta làm quen với các chi tiết cơ bản như bánh răng, ổ lăn,…Thêm vào
đó, trong q trình thực hiện các sinh viên có thể bổ sung và hồn thiện kỹ năng vẽ Cơ
khí, đây là điều rất cần thiết với một sinh viên cơ khí.
Em chân thành cảm ơn thầy, các thầy cô và các bạn trong khoa cơ khí đã giúp đỡ
em rất nhiều trong q trình thực hiện đồ án.
Với kiến thức cịn hạn hẹp, vì vậy thiếu sót là điều khơng thể tránh khỏi, em
rất mong nhận được ý kiến từ thầy và các bạn.

Sinh viên thực hiện

Trần Thanh Tùng

SVTH: Trần Thanh Tùng

-3-


Đồ án thiết kế Chi tiết máy

GVHD: Hồ Ngọc Thế Quang

PHẦN 1 : CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN

Sơ đồ nguyên lí Hệ dẫn động băng tải và Sơ đồ gia tải.

1. Động cơ điện không đồng bộ 3 pha.
2. Bộ truyền bánh đai thang.
3. Hộp giảm tốc 2 cấp côn-trụ.
4. Khớp nối trục đàn hồi.
5. Băng tải.
1.
Tính tốn chọn động cơ.
1.1. Các thơng số tính tốn.
+

Hệ thống truyền động băng tải làm việc với các thông số sau:

+

Cơng suất trục cơng tác: 13 (kW)

+

Số vịng quay trục công tác: 9 (vg/ph)

+Thời gian phục vụ: L = 5 (năm)
+ Quay một chiều, làm việc 2 ca, tải va đập nhẹ ( 1 năm làm việc 300 ngày, 1 ca làm
việc 8 giờ )
+Chế độ tải:
1.2.

;

;

;

Xác định công suất cần thiết của động cơ.

Công suất cần thiết của động cơ điện được tính theo cơng thức sau:
Trong trường hợp này tải trọng thay đổi theo bậc nên ta có:
theo cơng thức sau:

và

được tính


SVTH: Trần Thanh Tùng

-4-


Đồ án thiết kế Chi tiết máy

√

P =P .
td

lv

Hiệu suất truyền động :

Trong đó:
- hiệu suất của tồn bộ hệ thống truyền động.
- hiệu suất 1 cặp ổ lăn ( 4 cặp ):
- hiệu suất khớp nối trục:
- hiệu suất 1 cặp bánh răng trụ răng thẳng :
- hiệu suất 1 cặp bánh răng nón răng thẳng :
- hiệu suất bộ truyền đai thang:
Thay số vào (1) ta được:
= 0,9954 . 0,99 . 0,98 . 0,97 . 0,96 = 0,88

1.3.

Công suất cần thiết của động cơ điện:
Chọn động cơ.

Dựa vào bảng P1.3/ trang 237- sách “ Tính tốn thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1”
của “Trịnh Chất – Lê Văn Uyển”, ta có thơng số Pct =15 kW ; ndb=1 460 v/ph phù hợp
với động cơ 4A160S4Y3, có các số liệu kĩ thuật như sau:

Kiểu động cơ

Công suất (kW)

Số vòng quay
(v/ph)

4A160S4Y3

15

1460

cos
φ

0,88

8
9

2,2

2.
Phân phối tỉ số truyền cho hệ dẫn
động. Tỉ số truyền của hệ thống dẫn động
băng tải:
ut =

nđc

=

14 60

=162,22

nlv
9
Ta chọn tỉ số truyền của hộp giảm tốc bánh răng côn trụ: uh =ubrc . ubrt =12

1,4


SVTH: Trần Thanh Tùng

-5-


Đồ án thiết kế Chi tiết máy

GVHD: Hồ Ngọc Thế Quang

Tra bảng 3.21 trang 45 (TK1), với uh =12 ta tìm được ubrc=3,75
u
12
Suy ra: Tỉ số tuyền cặp bánh răng trụ: ubrt = h =
=3,2
ubrc 3,75

Tỉ số tuyền của bộ truyền động đai:
3.
Bảng đặc tính.
3.1. Tính tốn cơng suất trên các trục.
Pđc=15( kW )

Công suất động cơ:

Công suất trên trục 1: P1=Pđc .ηol . ηđai=15 . 0,99 .0,96=14,25( kW )
Công suất trên trục 2: P2=P1 . ηol . ηbrc =14,25. 0,99 . 0,97=13,68(kW )
Công suất trên trục 3: P3=P2 . ηol .ηbrt=13,68 .0,99 . 0,98=13,27(kW )

Công suất trên trục làm việc : Plv =P3 .ηol . ηkn=13,27 . 0,99. 0,99=13(kW )
3.2.

Tính tốn số vịng quay trên các trục.
n
đc=1460 v / ph
Số vòng quay của động cơ:

Số vòng quay trục 1:
Số vòng quay trục 2:

n1 =

nđc

=

1460

=108,06 v / ph

uđai 13,51
n2 =

n1

=

ubrc

108,06

=28,81 v / ph

3,75

Số vòng quay trục 3:

Số vòng quay trục làm việc:
3.3. Tính tốn moment xoắn trên các trục.
Moment xoắn của động cơ: T đc =9,55.10

Moment xoắn của trục 1:
Moment xoắn của trục 2:

Moment xoắn của trục 3:
Moment xoắn trục làm việc: T lv=9,55.10
3.4.

Bảng đặc tính.


SVTH: Trần Thanh Tùng

-6-


Đồ án thiết kế Chi tiết máy

Trục

Thông số

Công suất
Tỉ số tru
Số vòng qua

Moment xoắ


SVTH: Trần Thanh Tùng

-7-


Đồ án thiết kế Chi tiết máy

GVHD: Hồ Ngọc Thế Quang

PHẦN 2: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI
Số liệu đầu vào :
- Tỷ số truyền: Ud = 13,51
- Công suất : Pđc = 15 kW
- Số vòng quay: ndc=1460 v/ph
1. Chọn loại đai.
Dựa vào hình 4.1 và bảng 4.13 ( TK1- trang 59) ta chọn loại đai Ƃ có các thơng số sau:
y0 = 4 ; A =138 (mm2) ; dmin =140÷280 (mm) ;
2. Xác định các thơng số bộ truyền.
2.1. Xác định đường kính bánh đai.
Ta có: d1 = 1,2 . dmin = 1,2 . 140 = 168 (mm).
Theo tiêu chuẩn chọn d1 = 180 (mm).

π.d .n
1
1 = π . 180.1455 =13,7(m/s ).
v=
60000

60000

Chọn tỷ số trơn trượt ε= 0,01.

d

2=

d .u
1

= 180. 3,19 = 580 (mm) .

(1 – ε) (1−0,01)

Theo tiêu chuẩn chọn d2 = 560 (mm).
Tỷ số truyền thực tế:

|3,14−3,19|

Sai lệch so với tỷ số truyền ban đầu: ∆ u=

3,19

. 100=¿ 1,6 % < 4%.

2.2. Xác định khoảng cách trục.
Chọn sơ bộ khoảng cách trục a theo d2 và tỷ số truyền u như sau:
Với u = 3,19 ta chọn a = d2 = 560 (mm).
-

Xác định l theo a sơ bộ:
l=2 a+

Theo tiêu chuẩn chọn:

l = 2240 (mm) = 2,24 (m).

Tính lại khoảng cách trục a:
SVTH: Trần Thanh Tùng

-8-


Đồ án thiết kế Chi tiết máy

GVHD: Hồ Ngọc Thế Quang

a=

 a=
Kiểm nghiệm điều kiện:
2.(d1 + d2 )≥


Thõa mãn điều kiện.
2.3. Xác định góc ơm đai.
d2−d1
α

1=180−57.

=180−57.

560−180

=141° ≈ 140°>120 °

a560

2.4.

Tính số dây đai.
Số đai z được xác định theo công thức :

Trong đó:
P1 – cơng suất trên trục bánh đanh chủ động (kW);
[P0] - công suất cho phép (kW), đối với đai thang thường, theo bảng 4.19,
chọn [P0] = 4,61 kW;
Kđ – hệ số tải trọng động (bảng 4.7), Kđ = 1,25;
Cα – hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm α1 (bảng 4.15); Cα = 0,89
C1 - hệ số kể đến ảnh hưởng của chiều dài đai ( bảng 4.16; C1 = 1,0
Cu - hệ số kể đến ảnh hưởng của tỉ số truyền ( bảng 4.17); Cu =1,14
Cz - hệ số kể đến ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng cho các dây

đai ( bảng 4.18); Cz = 1
=> z=
Chọn Z = 2 ( đai).
Chiều rộng bánh đai được tính theo cơng thức:
B = (z-1).t + 2e = (2-1). 19 + 2.12,5 = 44
Đường kính ngoài của bánh đai:
da= d+2h0 = 180 +2.4,2 = 188,4 mm.

=2,004

mm.


SVTH: Trần Thanh Tùng

-9-


Đồ án thiết kế Chi tiết máy

3

GVHD: Hồ Ngọc Thế Quang

Tính tốn lực tác dụng.

Xác định lực căng ban đầu:

Lực căng trên 1 đai dược xác định theo công thức sau:
F0=

Trong đó:
P 1 – cơng suất trên trục bánh đai chủ động
(kW); v – vận tốc vòng (m/s);
F
v – lực căng do lực li tâm sinh ra, do đai không tự điều chỉnh nên tính theo
cơng thức : Fv=qm v2=0,178. 13,72=33,4
Trong đó: qm – khối lượng 1 mét chiều dài đai (bảng 4.22), qm = 0,178


F0=

Lực vịng có ích:
Ft =1000. Pdc /v = 547,4 (N).
 Lực vòng trên mỗi đai: Ft / 2 = 273,6

(N)

Lực tác dụng lên trục:
F

r=2

. F0 . z . sin

(α2 )
1

=2 .333,26 . 2 . sin(70 )=1252(N )

Ứng suất lớn nhất trong dây đai:

Với : y0 = 4 ; d1 = 180 ( mm ) ; qm = 0,178 ( kg) ;
333,26 547,4 0.178 . 13,72 2.4
σ

max=

138

+

+

+

.100=9,08 MPa<10 MPa

2.138138180

SVTH: Trần Thanh Tùng

- 10 -


Đồ án thiết kế Chi tiết máy

GVHD: Hồ Ngọc Thế Quang

PHẦN 3: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN HỘP GIẢM TỐC CÔN TRỤ

Thông số kỹ thuật
-

-

Công suất bộ truyền: P1=7,5 kW
Tỉ số truyền hộp giảm tốc: uh =12
o
Tỉ số truyền cặp bánh răng côn răng thẳng: ubrc=3,75
o
Tỉ số truyền cặp bánh răng trụ răng thẳng: ubrt =3,2
Số vòng quay và moment xoắn trên các trục:
o
o

( v );T =149245,17 N . mm
v
Trục 2:n =121,63(ph );T =537447,58 N . mm
v
Trục 3:n =38,009(ph );T =1668592,96 N . mm
Trục 1: n1 =456,11 ph

1

2

2

o
3

3
Quay một chiều, làm việc hai ca, tải va đập nhẹ ( 1 năm làm việc 300
ngày, 1 ca làm việc 8 giờ, thời gian phục vụ trong 5 năm).
Đây là bộ truyền bôi trơn tốt (bộ truyền kín, bơi trơn ngâm dầu) nên ta tính
theo độ bền mỏi tiếp xúc để tránh hiện tượng tróc rỗ bề mặt và kiểm nghiệm theo
độ bền uốn.
1.
Bộ truyền cấp nhanh – bánh răng côn răng
thẳng. 1.1. Chọn vật liệu.
Chọn vật liệu chế tạo bánh răng là thép C45 tôi cải thiện. Các thông số độ bền
của hai bánh răng được chọn như bảng sau:
Bánh răng
Bánh nhỏ (1)
Bánh lớn (2)

1.2.

Tỉ số truyền

Tỉ số truyền cấp nhanh: u1=3,75
1.3. Xác định ứng suất cho phép.
1.3.1. Ứng suất cho phép tiếp xúc.
Ta có thể tính sơ bộ ứng suất tiếp xúc cho phép theo công thức sau:

Giới hạn mỏi tiếp xúc tương ứng với chu kỳ cơ sở:

SVTH: Trần Thanh Tùng

σ

0 H lim 1=2

H1 +70=2 . 250+70=570 HB

σ

0 H lim 2=2

H2 +70=2 . 230+70=530 HB

- 11 -


Đồ án thiết kế Chi tiết máy

Hệ số tuổi thọ

GVHD: Hồ Ngọc Thế Quang

được tính theo cơng thức sau:

Trong đó:
- là số chu kỳ làm việc tương đương;
- là số chu kỳ làm việc cơ sở;
- là bậc của đường cong mỏi, có giá trị bằng 6;
Số chu kỳ làm việc tương đương được tính theo cơng thức sau:

Suy ra:

N

HE 1=60

N

. 1. 24000 .( 13 . 0,7+0,83 . 0,3) . 1455=1,79. 109

=

N

HE2

HE1

9

= 1,79 .10 =4,77.108

u13,75

Số chu kỳ làm việc cơ sở được tính như sau:
Suy ra:

N

HO1=30

N

HB2,4 =30 . 2502,4 =1,706 .107 chu kỳ

HO 2=30

chu kỳ

HB2,4 =30 . 2302,4 =1,397 .107

Hệ số an tồn: SH =1,1 (bảng 6.2 (TK1))
Vì N HE >NHO nên ta lấy

HO

N

để tính tốn

KHL 1=K HL2=1

HE=N

Ứng suất tiếp xúc cho phép sơ bộ của từng bánh răng:

[σH1
[σH2
Vì đây là bộ truyền bánh răng côn - răng thẳng nên ứng suất tiếp xúc cho phép là
giá trị nhỏ hơn trong 2 giá trị của

SVTH: Trần Thanh Tùng

- 12 -


Đồ án thiết kế Chi tiết máy

GVHD: Hồ Ngọc Thế Quang

Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải:
Suy ra:

Ta có thể tính ứng suất uốn cho phép sơ bộ của bánh răng theo công thức sau:

Giới hạn mỏi uốn tương ứng với chu kỳ cơ sở

Hệ số tuổi thọ

được chọn như sau:

σ

0 F lim 1=1,8

H1=1,8 .250=450 HB

σ

0 F lim 2=1,8

H2=1,8 . 230=414 HB

được xác định theo cơng thức:

Trong đó:
- là chỉ số mũ, có giá trị bằng 6 (vì HB < 350)
Số chu kỳ cơ sở:

chu kỳ

Số chu kỳ làm việc tương đương tính theo cơng thức sau:

Suy ra:

N

N

FE1=

=

FE2

nên ta có

Vì
Ứng suất uốn cho phép sơ bộ cho từng bánh răng như sau:

]=σ0 Flim1 .

[σ F1

[

σ

F 2

K

]=σ0 Flim2 . SFL2 = 1,75

414

=236,57 MPaF2


SVTH: Trần Thanh Tùng

- 13 -


Đồ án thiết kế Chi tiết máy

GVHD: Hồ Ngọc Thế Quang

Ứng suất uốn cho phép khi q tải:

Suy ra:

1.4.

Tính tốn bộ truyền bánh răng côn răng thẳng.

v

n=456,11 ph ,P=7,128 kW , T =149245,57 Nmm ,u=3,75

1.4.1. Xác định chiều dài côn ngồi theo cơng thức.

Trong đó:
- K R=0,5. Kd =0,5 . 100=50 MPa1 /3: hệ số phụ thuộc vào vật liệu bánh răng và
loại răng.
K Hβ=1,23 : hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng
vành răng bánh răng côn (theo bảng 6.21)
- Kbe : hệ số chiều rộng vành răng:

K =
be

Theo bảng 6.21, chỉ có
Do đó ta tính được:Kbe =0,275
Thử lại :
-T 1: moment xoắn trên bánh răng chủ động:T 1=149245,57Nmm
[σ¿¿H]¿

-

Vậy ta có kết quả:

Re=50. √3
Xác định các thông số ăn khớp.

1.4.2.
a. Số răng bánh nhỏ.


SVTH: Trần Thanh Tùng

- 14 -


Đồ án thiết kế Chi tiết máy

d

Theo bảng 6.22 ta chọn được: z1 p=19. Với HB ≤ 350 ta có
z1=1,6 . z1

p

=1,6 .19 ≈ 30 răng nên ta chọn z1=30 răng.

b. Đường kính trung bình và mơ đun trung bình.
d m 1=( 1−0,5 . Kbe) . de1 =(1−0,5 . 0,275) .101,86=87,85 mm
mtm=

dm 1 87,85
=
=2,92 mm

z1

30

c. Xác định mô đun.
Với bánh răng cơn răng thẳng mơ đun vịng ngồi được xác định theo công thức:
mte=

Theo bảng 6.8 lấy trị số tiêu chuẩn mte=3 mm do đó:
mtm=mte .(1−0,5 . Kbe)=3 .(1−0,5 . 0,275)=2,58 mm
d m 1=mtm . z1=2,58 . 30=77,4 mm

d. Xác định số răng bánh lớn.
z 2=u1 . z1=3,75 . 30=112,5 mm, nên ta chọn z2=112 răng. Tỉ số

truyền thực tế là:

z2

u 1=

z1

112
=
=3,7333
30

Sai số:
e.

Tính góc cơn chia.

δ

1=arctan

δ

2=90

f.

(zz )
1

2

=arctan

'

°−14 °5 9' 42,2 8' '=75° 0' 17,72' '

Chiều dài cơn ngồi thực.
Re=0,5 . mte .

1.4.3.

(11230 )=14 ° 5 9 42,28' '

√z12+ z12=0,5. 3 . √302+1122=173,9mm

Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc.

Ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên bề mặt răng phải thỏa mãn điều kiện:


SVTH: Trần Thanh Tùng

- 15 -


Đồ án thiết kế Chi tiết máy

GVHD: Hồ Ngọc Thế Quang

Trong đó:
- hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp, tra bảng 6.5 ta
tìm được ZM=274 MP a1 /3.
= 1,76 - hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc (bảng 6.12).
- hệ số kể đến sự trùng khớp của răng, với bánh răng côn răng thẳng:

Z

ε=

√

(4−ε )
α =

√

4−1,744 =0,86

33

Ở đây
ε

- hệ số trùng khớp ngang, tính theo cơng thức sau:
α

=

[

−

(1

1,88 3,2 z

1

+ 1
z 2

)]cosβ=1,88−3,2(301 + 1121 ).1=1,744

- hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc:
Với
- hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng
K Hβ=1,23 ( đã tra theo bảng 6.21 ở phần trên)

- là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn
khớp, với bánh răng côn răng thẳng
- là hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp, tính theo cơng thức:

Trong đó:
vH
=δH .
g0 .
v.

√

dm1

(u+1)

u

- đường kính trung bình bánh răng nhỏ:

d =¿
m1

77,4

mm v - vận tốc vịng, tính theo công thức:
π.d .n
m1
1 = π . 77,4 . 1455 =5,89 m/s
v=
60000

60000


Theo bảng 6.13 chọn cấp chính xác 7.
SVTH: Trần Thanh Tùng

- 16 -