Thiết kế hệ dẫn động cơ cấu nâng

đồ án môn học chi tiết máy

Lời nói đầu
Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí là nội dung không thể thiếu trong chơng trình
đào tạo kỹ s cơ khí đặc biệt là đối với kỹ s nghành chế tạo máy. Đồ án môn học Chi
Tiết Máy là môn học giúp cho sinh viên có thể hệ thống hoá lại các kiến thức của các
môm học nh: Chi tiết máy, Sức bền vật liệu, Dung sai, Chế tạo phôi, Vẽ kỹ thuật ....
đồng thời giúp sinh viên làm quen dần với công việc thiết kế và làm đồ án chuẩn bị cho
việc thiết kế đồ án tốt nghiệp sau này.
Nhiệm vụ đợc giao là thiết kế hệ dẫn động cơ cấu nâng gồm có hộp giảm tốc côn trụ
và bộ truyền đai dẹt. Hệ đợc dẫn động bằng động cơ điện thông qua bộ truyền đai, hộp
giảm tốc và khớp nối sẽ truyền chuyển động tới tang .
Do lần đầu tiên làm quen thiết kế với khối lợng kiến thức tổng hợp còn có những
mảng cha nắm vững cho nên dù đã rất cố gắng tham khảo các tài liệu và bài giảng của
các môn có liên quan song bài làm của em không thể tránh đợc những sai sót. Em rất
mong đợc sự hớng dẫn và chỉ bảo thêm của các thầy trong bộ môn để em cũng cố và
hiểu sâu hơn , nắm vững hơn về những kiến thức đã học hỏi đợc.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn, đặc biệt là thầy Đoàn
Yên Thế đã trợc tiếp hớng dẫn, chỉ bảo cho em hoàn thành tốt nhiệm vụ đợc giao .
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn ! ! !
Nguyễn Đình Tân lớp 43m Trang 1

đồ án môn học chi tiết máy

Mục Lục
A. Chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền......................................................................4
I . Xác định công suất cần thiết , số vòng quay sơ bộ hợp lý của động cơ điện và
chọn động cơ điện:........................................................................................................4
II. Xác định tỉ số truyền động U của toàn bộ hệ thống và phân phối tỷ số truyền cho
từng bộ truyền của hệ thống dẫn động , lập bảng công suất , mô men xoắn , số vòng

quay trên các trục:.........................................................................................................5
B. Thiết kế các bộ truyền...................................................................................................8
I. Chọn vật liệu:............................................................................................................8
II. Xác định ứng suất cho phép:.....................................................................................8
III. Tính bộ truyền cấp nhanh......................................................................................10
IV. Tính bộ truyền cấp chậm:.....................................................................................15
V.Tính bộ truyền ngoài ..............................................................................................19
C. Thiết kế trục và then...................................................................................................21
i . Chọn vật liệu ..........................................................................................................21
II.Tính thiết kế trục về độ bền ....................................................................................21
c.Trục III....................................................................................................................29
Xác định khoảng cách các đoạn trục :.......................................................................29
+ Khoảng cách các đoạn trục phía trong hộp giảm tốc lấy theo kích thớc trục II..29
+ Xác định lực hớng tâm Fr của khớp nối :............................................................29
Fr32 = 0,3.Ft23...................................................................................................29
Trong đó : Ft23 = 4382,6...................................................................................29
Fr32 = 0,3.4382,6 = 1314,8....................................................................................29
+ Xác định phản lực tại các gối trục dựa vào sơ đồ hình vẽ IV: ................................29
Phản lực theo phơng ox :.............................................................................................29
X = FX32 + FX30 + FX31 FX33 = 0.............................................................29
MoY = FX32.l31 + FX33.l32 FX31.(l33+ l32) = 0.......................................29
FX31 = 2139,8 (N)..............................................................................................29
FX30 = 928 (N)...................................................................................................29
Phản lực theo phơng oy :.........................................................................................29
Y = FY33 + FY30 - FY31 = 0...........................................................................29
Mox = FY33.l32 - FY31.(l32 + l33) + FZ33. = 0.............................................29
FY31 = 1572,2(N)...............................................................................................29
FY30 = 663,3(N).................................................................................................29
+ Biểu đồ mô men Mx :..........................................................................................29
MX33 = FY31.l33 = 1572,2 . 123,5 = 194164,3 (N.mm)...................................29

..............................................................................................................................30
................................................................................30
Hình IV..............................................................30
- Bớc nhảy mô men Mbn = FZ33. = 233631,9 (N.mm)......................................30
Nguyễn Đình Tân lớp 43m Trang 2

đồ án môn học chi tiết máy

+ Biểu đồ mô men MY .............................................................................................30
MY30 = FX32.l31 = 1314,8.99,5 = 130821,1 (N.mm)......................................30
MY33 = FX31.l33 = 2139,8.123,5 = 264267,5 (N.mm)....................................30
+ Biểu đồ mô men xoắn T.........................................................................................30
MZ33 = FX33.dm4/2 = 615431 (N.mm) ...................................................30
+ Tính mô men uốn tổng và mô men tơng đơng tại các tiết diện trên trục III..........30
M32 = 0 Mtđ32 = ..........................................................................................30
M30 = 130821,1 Mtđ30 = ...............................................................................31
M33 = .................................................................................................................31
Mtđ33 = ....................................................................................................31
M31 = 0 Mtđ31 = 532979 (N.mm)..............................................................31
+ Tính đờng kính trục tại các tiết diện của trục III .................................................31
d32 = ...............................................................................................................31
d30 = ...............................................................................................................31
d33 = ...............................................................................................................31
d31 = ..............................................................................................................31
Xuất phát từ yêu cầu về tính công nghệ chọn :..........................................................31
d30 = d31 = 30 (mm)..................................................................................31
d33 = 45 (mm)...................................................................................31
d32 = 25 (mm)...................................................................................31
III. Tính mối ghép then . ............................................................................................31
IV. Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi .................................................................34

V.Tính kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh .................................................................40
D. ổ lăn............................................................................................................................41
I. Tính cho trục 1.........................................................................................................41
II.Tính cho trục 2.........................................................................................................44
d = 25(mm) ; D = 62(mm) ; T = 25,25(mm) ; C = 45,5(KN) ; C0 = 36,6(KN).46
III. Tính cho trục III....................................................................................................46
E. Nối trục đàn hồi .........................................................................................................49
G.Tính kết cấu vỏ hộp.....................................................................................................51
I.Vỏ hộp ......................................................................................................................51
H. Bôi trơn hộp giảm tốc ................................................................................................56
I. Các phơng pháp bôi trơn trong và ngoài hộp giảm tốc ...........................................56
k- Xác định và chọn các kiểu lắp....................................................................................58
M- phơng pháp lắp ráp hộp giảm tốc..............................................................................61
I-Phơng pháp lắp ráp các tiết máy trên trục................................................................61
II- Phơng pháp điều chỉnh sự ăn khớp bộ truyền .......................................................61
III.Phơng pháp điều chỉnh khe hở các ổ lăn................................................................62
Tài liệu tham khảo.......................................................................................................62
Nguyễn Đình Tân lớp 43m Trang 3

đồ án môn học chi tiết máy

A. Chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền
I . Xác định công suất cần thiết , số vòng quay sơ bộ hợp lý của động cơ điện và
chọn động cơ điện:
- Công suất cần thiết đợc xác định theo công thức:
P
ct
=

t

P
Trong đó: P
ct
là công suất cần thiết trên trục động cơ(kW).
P
t
là công suất tính toán trên trục máy công tác (kW).
là hiệu suất truyền động.
- Hiệu suất truyền động: =
.
4
o

t
br
c
br
.
.
d

Trong đó:
o
là hiệu suất của một cặp ổ lăn.

c
br
là hiệu suất của bộ truyền bánh răng côn.

t

br
là hiệu suất của bộ truyền bánh răng nón.

d
là hiệu suất của bộ truyền đai.
Thay số: = 0,99
4
. 0,96 . 0,97. 0,95 = 0,84
- tính p
t
:
+ Trớc hết ta phải xác định tính chất làm việc của động cơ
t
s
=
66,66100.
30
20
t
tt
100.
t
t
ck
21
ck
lv
==
+
=

%


t
s
> 60% do đó động cơ làm việc với tải trọng thay đổi có chu kì


P
ct
=
21
2
2
21
2
1
tt
t.Pt.P
+
+
+Xác định P
1
, P
2
: khi tính sơ bộ ta bỏ qua ma sát ở puli.
F =G/2 = 1100/2 =5500(N)
V
d
=2V =2 . 0,35 = 0,7 (m/s)

Nguyễn Đình Tân lớp 43m Trang 4

đồ án môn học chi tiết máy



P
1
=
85,3
1000
7,0.5500
1000
.
==
d
VF
(kw)
Vì P tỉ lệ bậc nhất với T nên ta có:
P
2
= 0,3P
1
= 0,3 . 3,85 = 1,16 (kw)
P
ct
=
84,0
84,2

=

t
P
= = 3.38(kw)
- Xác định số vòng quay sơ bộ hợp lý của động cơ điện.
+ Tính số vòng quay của trục tang :
n
lv
=
300.14,3
7,0.1000.60
.
.1000.60
=
D
V
d

= 45 (v/p)
- Tỉ số truyền của cơ cấu : U
t
=
hn
U.U

- Theo bảng 2- 4 Trang 21/ tập 1, ta chọn sơ bộ U
n
=U
d

= 2
U
h
=16
U
t
= 16 . 2 = 32
- Số vòng quay sơ bộ của động cơ:
n
sb
= n
lv
. U
t

Trong đó: n
sb
là số vòng quay đồng bộ
n
lv
là số vòng quay của trục máy công tác ở đây là trục tang
U
t
là tỷ số truyền của toàn bộ hệ thống
- Thay số n
sb
= 32.45 = 1440 (v/p) ; chọn n
db
= 15000 (v / p)
- Chọn quy cách động cơ:

- Với những số liệu đã tính đợc kết hợp với yêu cầu mở máy và phơng pháp lắp
đặt động cơ tra bảng ta đợc động cơ với ký hiệu:
4A100L4Y3
Với P
dc
= 4 (kw) ; n
dc
= 1420 (v/p); và
dn
k
T
T
= 2 >
=
T
T
mm
1,3
II. Xác định tỉ số truyền động U
t
của toàn bộ hệ thống và phân phối tỷ số truyền
cho từng bộ truyền của hệ thống dẫn động , lập bảng công suất , mô men xoắn , số
vòng quay trên các trục:
- Xác định tỷ số truyền U
t
của hệ thống dẫn động
U
t
=
lv

dc
n
n
Trong đó: n
dc
là số vòng quay của động cơ.
n
lv
là số vòng quay của trục tang.
Nguyễn Đình Tân lớp 43m Trang 5

đồ án môn học chi tiết máy

Thay số U
t
=
45
1420
= 31,56
- Phân phối tỷ số truyền của hệ dẫn động U
t
cho các bộ truyền
U
t
=U
n
.U
h
Chọn U
n

theo tiêu chuẩn U
n
= 2,24

U
h
=
n
t
U
U
=
24,2
56,31
= 14,09
Đây là hộp giảm tốc côn- trụ 2 cấp với U
h
=14,09
Chọn K
be
= 0,3 ,
2bd

= 1,2 ,
[ ]
1
ko
=
[ ]
2

ko
, C
k
=
21
22
de
dw
= 1,1
[ ]
( )
[ ]
[ ]
( )
[ ]
8,12
k.3,0.3,01
k.2,1.25,2
k.k.k1
k..25,2
1o
2o
1obebe
2o2bd
k
=

=

=

Từ đó ta có
171,1.8,12c.
33
kk
==
,1
- Dựa vào sơ đồ hình 3-21 trang 45 TKCTM tập 1 với U
h
= 14,09


U
1
= 3,95 mà U
h
=
21
U.U
với
U
1
là tỷ số truyền của cặp bánh răng cấp nhanh
U
2
là tỷ số truyền của bộ truyền cấp chậm
Do đó U
2
=

57,3
95,3
09,14
1
==
U
U
h
- Xác định công suất, mô men và số vòng quay trên các trục:
- Dựa vào sơ đồ dẫn động ta có :
+trục I
P
1
= P
ct
.
( )
kw
o
d
18,399,0.95,0.38,3.
1
==

N
1
=n
dc
/U
d

= 1420/2,24 =634 (v/p)
( )
Nmm
n
p
T 47876
634
18,3
.10.55.9.10.55,9
6
1
1
6
1
===
+trục II
P
( )
kwP
o
02,399,0.96,0.18,3..
1
c
br2
1
===
n
( )
pv
u

n
/160
95,3
634
1
1
2
===
( )
NmmT 179706
160
02,3
.10.55,9
6
2
==
+trục III
Nguyễn Đình Tân lớp 43m Trang 6

đồ án môn học chi tiết máy

P
9,299,0.97,0.02,3..
t
br23
===
ol
P

(kw)

N
3
= n
2
/U
2
= 160/3,57 =45 (v/p)

( )
Nmm
45
2,9
.9,55.10
n
p
.9,55.10T
6
3
3
6
3
615444===

- Dựa vào kết quả tính toán ở trên ta có bảng sau:
Trục
Thông số
Động cơ 1 2 3
Công suất P
( )
kw

lv
3,38 3,18 3,02 2,9
Tỷ số truyền U 2,24 3,95 3,57
Số vòng quay n
( )
p/v
1420 634 160 45
Mô men xoắn
T(Nmm)
47876 179706 615444
Nguyễn Đình Tân lớp 43m Trang 7

đồ án môn học chi tiết máy

B. Thiết kế các bộ truyền.
I. Chọn vật liệu:
- Với đặc tính của động cơ cùng với yêu cầu bài ra và quan điểm thống nhất hoá
trong thiết kế nên ta chọn vật liệu hai cấp bánh răng nh nhau . Theo bảng 6-1 chọn
Bánh nhỏ : Thép 45 tôi cải thiện có
HB = 241285 lấy giá trị HB =245 ;

( )
Mpa850
1b
=
;
( )
Mpa580
1ch
=

Bánh lớn : Để tăng khả năng chạy mòn nhiệt luyện với độ rắn mặt răng
nhỏ hơn từ 1015HB nên ta chọn thép 45 tôi cải thiện có
HB = 192240 lấy giá trị HB =230 ;

=
2b

750Mpa ;
=
2ch

450Mpa
II. Xác định ứng suất cho phép:
- Theo bảng 6-2 với thép 45 tôi cải thiện thì :
70HB2
0
limH
+=
;
1,1S
H
=
;
HB8,1
0
limF
=
;
75,1S

F
=
- Chọn độ rắn bánh nhỏ HB
1
=245 ; độ rắn bánh lớn HB
2
=230

( )
Mpa56070245.270HB2
1
0
1limH
=+=+=
( )
Mpa441245.8,1HB.8,1
1
0
1limF
===
( )
Mpa53070230.270HB2
2
0
2limH
=+=+=
( )
Mpa414230.8,1HB.8,1
2
0

2limF
===
- Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc
Theo 6-5 N
4,2
0
30
HBH
H
=
thay số
N
64,2
1Ho
10.26,16245.30 ==
; N
64,2
2Ho
10.97,13230.30 ==
- Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn
N
6
Fo
10.4=
với tất cả các loại thép
- Do bộ truyền chịu tải trọng thay đổi nhiều bậc nên
N
HE
= 60.C.(T
i

/T
max
)
3
.n
i
. t

N
FE
= 60.C.(T
i
/T
max
)
mF
.n
i
. t

Trong đó : c là số lần ăn khớp trong 1vòng quay.
Nguyễn Đình Tân lớp 43m Trang 8

đồ án môn học chi tiết máy

n là số vòng quay trong một phút.
t

là tổng số giờ làm việc của bánh răng đang xét.
Thay số N

HE1
= 60.1.634.
3
3,01
33
+
.12000 = 15,62.10
7
> N
HO1
lấy K
HL1
=1
Tơng tự N
HE2
> N
HO2
K
HL2
=1
N
HE3
> N
HO3
K
HL3
=1
Riêng N
HE4
= 11,09.10

6

N
HE4
< N
HO4
K
HL4
6
04
/
HEHE
NN
=
= 0.96
áp dụng công thức 6-1a tập 1
[ ]
H
HL
0
limHH
S
K
. =
Sơ bộ xác định đợc
[ ]
( )
Mpa509
1,1
1

.560
1
H
==
[ ]
)Mpa(8,481
1,1
1
.530
2
H
==

[ ]
)Mpa(509
1,1
1
.560
3
H
==

[ ]
)(63,46396,0.
1,1
1
.530
4
Mpa
H

==
-Tính N
FE
=60.C.(T
i/
T
max
)
6
.n
i
.t
I
N
FE1
= 152,27.10
6
>N
FO
K
FL2
= 1
Tơng tự ta có : K
FL2
= K
FL3
= K
FL4
= 1
-Hệ số xét đến ảnh hởng đặt tải , vì tải trọng đặt ở hai phía nên K

FC
= 0,7
Theo 6-2a
[ ]
F
FL.FC
0
limFF
S
KK
.
=
Sơ bộ xác định đợc

[ ]
( )
[ ]
( )
Mpa212
75,1
7,0
.530
Mpa224
75.1
7,0
.560
2
F
1
F

==
==



[ ]
( )
[ ]
( )
Mpa212
75,1
7,0
.530
Mpa224
75.1
7,0
.560
4
F
3
F
==
==


Nguyễn Đình Tân lớp 43m Trang 9

đồ án môn học chi tiết máy

-ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải

[ ]
( )
[ ]
( )
[ ]
( )
[ ]
( )
Mpa360450.8,0.8,0
Mpa464580.8,0.8,0
Mpa1260450.8,2.8,2
Mpa1624580.8,2.8,2
4,2ch
4,2max
2F
3,1ch
3,1max
1F
4,2ch
4,2max
H
3,1ch
3,1max
H
===
===
===
===

III. Tính bộ truyền cấp nhanh
1. Chiều dài côn ngoài của bánh côn chủ động đợc xác định theo công thức
( )
[ ]
{ }
3
2
Hbebe
H1
2
Re
.u.K.K1
K.T
.1u.KR



+=

Trong đó : K
R
là hệ số phụ thuộc vào vật liệu làm răng và loại răng
K
(
)
3
1
dR

Mpa50100.5,0K.5,0
===

K

H
là hệ số kể đến sự phân bố không dều tải trọng trên chiều rộng vành
của Bánh răng côn . Tra bảng 6-21

K
1,1

=
H
K
be
là hệ số chiều rộng vành răng . vì U
1
=3,95>3 chọn K
25,0
be
=

56,0
25,02
95,3.25,0
2
.
=

=


be
be
K
uK
Thay số
R
( )
3
22
8,481.95,3.25,0.25,011,1.47876.195,3.50
+=
e
R
( )
mm
e
4,1396842,0.07,4.50
==
2.Xác định các thông số ăn khớp
Theo 6-52b : d
( )
mm
u
R
e
e
4,68

95,31
4,139.2
1
2
22
1
=
+
=
+
=
Tra bảng 6-22
17
1
=
p
Z
Số răng bánh nhỏ
Z
2,2717.6,1.6,1
11
===
p
Z
lấy Z
1
= 27
Đờng kính trung bình và mô đun trung bình
d
( ) ( ) ( )

mmdK
ebem
604,6825,0.5,01.5,01
11
===
m
( )
mm
Z
d
m
tm
2,2
27
60
1
1
===
Mô đun vòng ngoài theo (6.56)
Nguyễn Đình Tân lớp 43m Trang 10

đồ án môn học chi tiết máy

m
52,2
25,0.5,01
2,2
.5,01
=

=

=
be
tm
te
K
m
Theo bảng 6-8 tập 1 lấy trị số tiêu chuẩn m
( )
mm5,2
te
=
Tính lại giá trị mô đun ,số răng

( ) ( ) ( )
mm187,225,0.5,01.5,2K5,01mm
betetm
===
Z
37,27
187,2
60
1
1
===
tm
m
m
d

lấy Z
1
= 27 răng
Số răng bánh lớn
Z
1,10827.95,3.
12
===
Zu
lấy Z
1
= 108 răng
Tỷ số truyền thực
U
4
27
108
1
2
===
Z
Z
m
Góc côn chia
0
1
0
2
0
2

1
1
79,7521,149090
21,14
108
27

===
=






=








=
arctg
Z
Z
arctg
Đờng kính trung bình của bánh nhỏ

d
( )
mmmZ
tmm
05,59187,2.27..
11
===
Chiều dài côn ngoài
R
( )
mmZZm
tee
15,13910827.5,2.5,0..5,0
222
2
2
1
=+=+=
3. Kiểm răng về độ bền tiếp xúc
Theo 6-58
m
2
1m
2
mH1HMH
U.d.b.85,01U.K.T.2.Z.Z.Z +=


Trong đó
Z

M
là hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp
Tra bảng 6-5 có Z






=
3
1
M
Mpa274
Theo bảng 6-12 với x
t
= 0 , Z
H
=1,76
Hệ số trùng khớp ngang theo (6.59a)
Z
3
4



=

Theo 6.60 có
Nguyễn Đình Tân lớp 43m Trang 11

đồ án môn học chi tiết máy

732,10cos
108
1
27
1
2,388,1
cos
11
2,388,1

21

=












+=

+=
m
ZZ
Z
87,0
3
732,14

=

=
K
H
là hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc K
HvHHH
K.K.K

=
K

H
là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời
ăn khớp
Theo bảng 6-21
1K
H
=

K

H
là hệ số kể đến sự phân bố không dều tải trọng trên chiều rộng vành răng
Theo bảng 6-21
15,1

=
H
K
K
HV
là hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp
Theo 6-63 K


HH1m
1mH
HV

K.K.T.2
d.b.
1+=
với
( )
m
m1m
0HH
u
1u.d
.v.g.
+
=
Theo bảng 6-15 , 6-16
006,0
H
=
;g
0
=56
Vận tốc vòng tính theo công thức 6-22
V=
( )
sm
nd
m
/99,1
60000
634.60.14,3
60000

..
11
==

Theo bảng 6-13 dùng cấp chính xác 8
Thay số
( )
)/(4,7
95,3
195,3.60
.99,1.56.006,0 sm
H
=
+
=
Chiều rộng vành răng
b
( )
mmRK
ebe
75,34139.25,0.
===
14,1
1.15,1.47876.2
60.75,34.4,7
1
=+=
HV
K
31,114,1.1.15,1

==
H
K
Thay số vào 6-58
Nguyễn Đình Tân lớp 43m Trang 12

đồ án môn học chi tiết máy

( )
Mpa
H
H
4,463
95,3.60.75,34.85,0
195,331,1.47876.2
.87,0.76,1.274
2
2
=
+
=
Theo 6-1 ; 6-1a
[ ] [ ]
XHRvH
,
H
K.Z.Z.
=
Trong đó với cấp chính xác 8 ứng với R
95,0Zm25,15,2

Ra
=
Z
V
là hệ số xét đến ảnh hởng vận tốc vòng với v =1,99m/s Z
v
=1
Do D
a
<700 mm K
XH
=1
[
H
]
,
=481,8.1.0,95.1 =457,7 (Mpa)

H
=463,4 > [
H
]
,
=457,7
Tính sai số

=
%23,1100.
4,463
7,4574,463

=


Tính chiều rộng vành răng b = 34,75(
H
/[
H
])
2
= 35,7 lấy b = 40 (mm)
4. Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn
Theo 6-65
1mtm
1FF1
1F
d.m.b.85,0
Y.Y.Y.K.T.2

=
Trong đó :
T
1
:Mô men xoắn trên bánh chủ động T
1
= 47876 (N.mm)
m
tm
Mô đun trung bình m
( )
mm187,2

tm
=
b : Chiều rộng vành răng b = 40 (mm)
d
1m
Đờng kính trung bình của bánh chủ động d
( )
mm
m
60
1
=
Y

là hệ số kể đến độ nghiêng của răng , với răng thẳng Y
1=

Hệ số dịch chỉnh x
1
= x
2
= 0
Tra bảng 6-18 ta đợc Y
F1
=3,8 ; Y
F2
=3,6
K
F
là hệ số tải trọng khi tính về uốn : K

FVFFF
K.K.K

=
K

F
hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng khi
tính về uốn
K
be
= 40/139 = 0,228
K
be
u(2 K
be
) = 0,228.3,95(2 0.228) = 0,66
Tra bảng 6-21
1K
F
=

,28
K

F
là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời
ăn khớp khi tính về uốn với bánh răng thẳng K

F

= 1
K
FV
là hệ số kể đến tải trọng động xuát hiện trong vùng ăn khớp
K


FF1
1mF
FV
K.K.T.2
d.b.
1+=
với
( )
u
1ud
.V.g.
1m
0FF
+
=
Nguyễn Đình Tân lớp 43m Trang 13

đồ án môn học chi tiết máy

Tra bảng 6-15,6-16 đợc
56g;016,0
0F
==

Thay số
( )
72,134,1.1.28,1
33,1
1.32,1.47876.2
60.40.09,20
1
09,20
95,3
195,3.60
.99,1.56.016,0
==
=+=
=
+
=
F
FV
F
K
K
Y

hệ số kể đến sự trùng khớp của răng Y
58,0
73,1
1

1

===
Thay vào 6-65
( )
( )
Mpa
Y
Y
Mpa
F
F
FF
F
8,76
8,3
6,3
.81.
81
60.187,2.40.85,0
8,3.1.58,0.72,1.47876.2

1
2
12
1
===
==
Nh vậy độ bền uốn đợc đảm bảo
5. Kiểm nghiệm răng về quá tải
Với K

qt
=2,2 tra phần phụ lục , theo 6-48có
[ ]
maxmax
35,5283,1.4,463.
HqtHH
K
<===
Theo 6-49 có
[ ]
[ ]
max
22max2
max
11max1
84,993,1.8,76.
3,1053,1.81.
FqtFF
FqtFF
K
K
<===
<===
Nh vậy răng thỏa mãn điều kiện về quá tải

6. Các thông số và kích thớc của bộ truyền bánh răng cấp nhanh
Chiều dài côn ngoài R
e
= 139 mm
Mô đun vòng ngoài m

te
= 2,5
Chiều rộng vành răng b
w
= 40 mm
Tỷ số truyền U
m
= 4
Góc nghiêng của răng
0=
Số răng bánh răng Z
1
= 27 ; Z
2
= 108
Theo các công thức trong bảng 6-19 ta tính đợc :
Đờng kính chia ngoài d
e1
= 67,5 mm ; d
e2
=270 mm
Góc côn chia
0
2
0
1
79,75;21,14
==
Chiều cao răng ngoài h
e

=5,5mm
Chiều cao đầu răng ngoài h
( )
mm5,2h
2ae1ae
==
Chiều cao chân răng ngoài h
mm3h
2fe1fe
==
Nguyễn Đình Tân lớp 43m Trang 14

đồ án môn học chi tiết máy

Đờng kính đỉnh răng ngoài d
ae1
= 72,35 mm ; d
ae2
= 271,23 mm
Đờng kính trung bình d
m1
= 59,06 mm ; d
m2
= 236,25 mm
IV. Tính bộ truyền cấp chậm:
1. Xác định sơ bộ khoảng cách trục
a
( )
[ ]
3

ba
2
H
H2
aw
.u.
K.T
.1uk


+=
Trong đó
K
a
là hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng và loại răng
Tra bảng 6-5 tập 1 đợc K
( )
3
1
a
Mpa43=
T
2
Mô men xoắn trên trục bánh chủ động T
2
= 179706 (N.mm)
Theo bảng 6-6 chọn
3,0
=
ba

( ) ( )
68,0157,3.3,0.5,01..5,0
=+=+=
u
babd
Theo bảng 6-7 sơ đồ 5
H
K
=1,04
Thay vào trên
a
( ) ( )
mm
w
48,177
3,0.57,3.36,486
04,1.179706
.157,3.43
3
2
=+=
Lấy a
w
=180 mm
2. Xác định thông số ăn khớp , mô đun
Theo 6-17 m
( ) ( )
18002,001,002,001,0

==
w
a

3,365,1
=
m
theo bảng tiêu chuẩn 6-8 chọn m = 2,5
Sơ bộ chọn =10
0
cos = 0,9848
- Xác định số răng
Theo công thức 6-19 tập 1 Z
( ) ( )
06,31
157,35,2
180.2
1.
.2
2
1
=
+
=
+
=
um
a
w
Lấy tròn Z

1
= 31 răng
Theo 6-20 Z
2
=U
2
.Z
1
= 3,57.31 = 110,56 làm tròn Z
2
= 110 răng
Tỷ số truyền thực u
55,3
31
110
1
2
===
Z
Z
m
Tính lại góc nghiêng :
cos =
98,0
180.2
)11031(5,2
.2
)(
21
=

+
=
+
w
a
ZZm
= 11,72
0
3. Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc
Theo 6-33 tập 1
( )
2
1wmw
mH2
HMH
d.u.b
1u.K.T.2
.Z.Z.Z
+
=


Trong đó :
Nguyễn Đình Tân lớp 43m Trang 15

đồ án môn học chi tiết máy

Z
M
là hệ số kể đến cơ tính của vật liệu tra bảng 6-5 đợc Z

( )
3
1
M
Mpa274=
Z
H
hệ số kể đến hình dáng bề mặt tiếp xúc
Z
tw
b
H
2sin
cos.2


=
với
b

là góc nghiêng của răng trên hình trụ cơ sở

t
=
tw
= arctg(tg/cos) = arctg(tg20
0
/cos11,72
0
) = 20,39

0
tg
b
= cos
t
.tg = 0,19
b
= 11
0

73,1
)39,20.2sin(
11cos.2
0
0
==
H
Z
Theo 6.37

=b
w
sin/(.m) = 66.sin11,72
0
/(3,14.2,5) = 1,4
Do đó Z

là hệ số kể đến sự trùng khớp của răng đợc tính theo công thức
Z

1
=

với


cos.
Z
1
Z
1
.2,388,1
21














+=

76,0
7,1
1
7,172,11cos
100
1
28
1
.2,388,1

0

==
=












+=
Z
d
w3

=2.a
w
/(u +1) = 2.180/(3,55+1) = 79,15 mm
K
H
là hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc K
HvHHH
K.K.K

=
Trong đó
K

H
là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng
Tra bảng 6-7 tập 1
06,1

=
H
K
K

H
là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng ăn khớp
K
HV
là hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp
K

HH2
3wwH
HV
K.K.T.2
d.b.
1+=
với
m
w
0HH
u
a
.v.g. =
Vận tốc vòng
V=
60000
n.d.
11w

với
)(15,79
155,3
180.2
1
.2
1
mm
u
a

d
m
w
w
=
+
=
+
=

)/(66,0
60000
160.15,79.14,3
smV
==
Theo bảng 6-13 chọn cấp chính xác 9
Tra bảng 6-15 ; 6-16 tập 1
73g;002,0
0H
==
Nguyễn Đình Tân lớp 43m Trang 16

đồ án môn học chi tiết máy

( )
mmab
sm
wbaw
H
54180.3,0.

)/(69,0
54,3
180
.59,0.73.002,0
===
==

007,1
13,1.04,1.179706.2
15,79.64.69,0.
1 =+=
HV
K
Vậy K
18,1007,1.1.04,1
==
H

Thay vào 6-33
( )
( )
Mpa
H
9,461
15,79.55,3.54
155,3.18,1.179706.2
.76,0.73,1.274
2
=
+

=
Xác định chính xác ứng suất cho phép :
Theo 6-1 và 6-1a
[ ] [ ]
XHRVHH
K.Z.Z. =
Vì V
1)/(5
=
V
Zsm
Cấp chính xác 9 R
( )
95,0Zm25,15,2
Ra
==
Đờng kính đỉnh răng d
1K700d;700
XH2a1a
=<<
[ ]
( )
Mpa
H
04,4621.95,0.1.36,486
==
Do đó
[ ]
HH

<

Tính sai số

=
%03,0100.
04,462
9,46104,462
=

thoả mãn
4. Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn
Theo 6-43
m.d.b
Y.Y.Y.K.T.2
3ww
3FF2
3F

=

Trong đó:
T
2
Mô men xoắn trên bánh chủ động T
2
= 179706(N.mm)
m Mô đun pháp m=2,5 (mm)
b
w

Chiều rộng vành răng b
( )
mm
w
54=
d
w3
Đờng kính vòng lăn bánh chủ động d
w3
= 79,15 (mm)
Y

Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng
Y



1
=
với


hệ số trùng khớp ngang
58,0
7,1
1
7,1

=== Y
Y

Hệ số kể đến dộ nghiêng của răng do
921,0
140
72,11
172,11

0
=== Y
Y
4F3F
Y,
Hệ số dạng răng của bánh 3 và bánh 4
Nguyễn Đình Tân lớp 43m Trang 17

đồ án môn học chi tiết máy

Ta có Z
3,116
cos
;8,32
cos
3
4
4
3
3
3
====

Z
Z
Z
VV
Tra bảng 6-18 đợc
6,3,8,3
43
==
FF
YY
K
F
Hệ số tải trọng khi tính về uốn K
FVFFF
K.K.K

=
Trong đó:
K
F


= 1,1 . Tra bảng 6-7 với
bd

=0,68
K
F

= 1,37 tra bảng 6.14
K
FV
= 1 +


FF2
3wwF
K.K.T2
d.b.
với
m
w
0FF
u
a
V.g. =

Trong đó:
006,0
F
=
;
66,0
=
; g
0
=73
069,2
55,3

180
66,0.73.006,0
==
F
K
FV
=1+
016,1
37,1.1,1.179706.2
15,79.54.069,2
=
K
F
=1,1.1,37.1,016 = 1,53
Thay vào 6.43 ta có

( )
Mpa
F
41,105
5,2.15,79.54
8,3.921,0.58,0.53,1.179706.2
3
==


( )
Mpa
Y
Y

F
F
FF
86,99
8,3
6,3
.41,105
3
4
34
===


- Xác định chính xác ứng suất uốn cho phép :
[]

= []
tk
.Y
R
.Y
S
.K
XF
Y
R
=1 ; Y
S
=1,08- 0,0695ln(2,5) = 1,016
K

XF
=1 vì d < 400mm
[
F3
] = 212.1.1,016.1 = 215 (Mpa)
[
F4
] = 224.1.1,016.1 = 227,6 (Mpa)
Nh vậy độ bền uốn thoả mãn
5. Kiểm nghiệm răng về quá tải
Theo 6.48 K
qt
=
3,1
T
T
max
=

( )
[ ]
max
max
65,5263,19,461
HqtHH
MpaK <===

[ ]
max
33max3

03,1373,1.41,105.
FqtFF
K
<===
Nguyễn Đình Tân lớp 43m Trang 18

đồ án môn học chi tiết máy


[ ]
max
44max4
8,1293,1.86,99.
FqtFF
K
<===
6. Các thông số và kích thớc bộ truyền.
Khoảng cách trục a
w
= 180 mm
Mô đun pháp m = 2,5 mm
Chiều rộng vành răng b
w
= 54 mm
Tỉ số truyền u
m
= 3,55
Góc nghiêng của răng
= 11,72
0

Số răng bánh răng z
3
= 31; z
4
= 110
Hệ số dịch chỉnh x
3
= 0; x
4
= 0
Đờng kính vòng chia d
3
=79,15 mm:d
4
=280,85 mm
Đờng kính đỉnh răng d
a3
=86,25mm;d
a4
=287,95mm
Đờng kính đáy răng
d
f3
=70,28 mm;d
f4
=271,98mm
V.Tính bộ truyền ngoài
1. Chọn loại đai
- chọn loại đai vải cao su là loại đai thông dụng
2. Xác định các thông số của bộ truyền

Theo (4.1) đờng kính bánh đai nhỏ d
1
xác định trong khoảng:
D
1
= (5,2 . 6,4)
3
dc
T
= (5,2 6,4)
)190....154(n/P10.55,9
3
dcct
6
=

Theo dãy tiêu chuẩn chọn d
1
=180 mm
Tính vận tốc của đai :
V = .d
1
.n
1
/60000 = 3,14.180.1420/60000 = 13,4(m/s)
đờng kính bánh đai lớn :
d
2
= U
đ

.d
1
.(1-) = 2,24.180.( 1- 0,01 ) = 399,17 mm với = 0,01 là hệ số trợt
lấy d
2
theo tiêu chuẩn d
2
=400mm
tỉ số truyền thực tế : U
tt
= d
2
/d
1
(1-) = 400/180.(1-0,01) =2,245
- theo (4.3):
a
s
= (1,5 .2)(d
1
+ d
2
) = 870 .1160 (mm)
Lấy a
s
=1000(mm)
- theo (4.4) chiều dài đai .
l = 2a
s
+ .(d

1
+ d
2
)/2 + (d
2
d
1
)
2
/4a
s
= 2923(mm)
tùy theo cách nối đai cộng thêm từ 100 .400 (mm).
Số vòng chạy của đai i = v/l = 13,4/2,923 = 4,58 <= i
max
= 3 5(m/s)
Tính góc ôm trên bánh nhỏ :
Theo (4.7)
1
= 180 57(d
2
d
1
)/a
s
= 167,5
0
>
min
=150

0
Nguyễn Đình Tân lớp 43m Trang 19

đồ án môn học chi tiết máy

3.Xác định tiết diện đai và chiều rộng bánh đai .
- theo (4.9) F
t
= 1000.P
1
/v = 1000.3,18/13,4 =237 N
- theo bảng (4.80 tỉ số (/d
1
) nên dùng là 1/40 =d
1
/40 = 4,5 mm
- theo bảng 4.1 chọn loại đai b.800 có lớp lót trị số
t/c
= 4,5 , số lớp là 3
- ứng suất có ích cho phép xác định theo (4.10)
[
F
] = [
F
]
0
.C

.C
v

.C
0
với bộ truyền nằm ngang và điều chỉnh định kỳ lực căng chọn :

0
=1,8 Mpa (bảng 4.9)
K
1
= 2,5 ; K
2
= 10
[
F
]
0
= 2,5 10.4,5/180 = 2,25 Mpa
theo bảng 4.10 chọn C

= 0,96
4.11chọn C
v
= 0,97
4.12 chọn C
0
= 1
[
F
] = 2,25.0,96.0,97.1 = 2,095 Mpa
- theo 4.8 : b = F
t

.K
đ
/[
F
].
K
đ
= 1,1 (bảng 4.7)
b = 237.1,1/2,095.4,5 = 27,65(mm)
theo bảng 4.1 lấy theo trị số tiêu chuẩn b = 32
chiều rộng bánh đai lấy B = 40 (bảng 9.10) sách thiết kế chi tiết máy
Nguyễn Đình Tân lớp 43m Trang 20

đồ án môn học chi tiết máy

4. Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục .
- theo 4.12 F
0
=
0
.b. = 2,25.32.4,5 = 324(N)
- theo 4.13 F
r
= 2.F
0
.sin(
1
/2) = 2.324.sin(167,5/2) = 644 (N)
C. Thiết kế trục và then
i . Chọn vật liệu

Trục là bộ phận quan trọng trong hộp giảm tốc có tác dụng truyền chuyển động
quay giữa các bánh răng ăn khớp .Đồng thời , trục còn tiếp nhận đồng thời cả mômem
uốn và mô men xoắn . Mặt khác , theo yêu cầu thiết kế trục còn làm việc trong thời
gian dài ( 5 năm , mỗi năm làm việc 300 ngày , mỗi ngày làm việc 8 giờ)
Do những yêu cầu và đặc điểm trên nên ngoài thiết kế đạt độ chính xác hình học
cao . Trục còn phảI đảm bảo về độ cứng vững, độ bền mỏi, độ ổn định dao động
Vì vậy, để đảm bảo yêu cầu làm việc trên , yêu cầu ngời thiết kế chọn vật liệu chế tạo
hợp lý , giá thành rẻ , dễ gia công . từ đó ta chọn vật liệu chế tạo các trục là thép 45 có :

b
= 600 Mpa
[] = 12 20 (Mpa)
II.Tính thiết kế trục về độ bền
1.Xác định lực tác dụng lên các bộ truyền
Bỏ qua ma sát giữa các răng , bỏ qua trọng lợng bản thân và các chi tiết lắp trên
trục thì lực tác dụng lên bộ truyền gồm 3 lực
Lực vòng
t
F
có phơng tiếp tuyến với vòng lăn ,chiều ngợc với chiều

Lực hớng tâm F
R
có phơng hớng kính ,chiều hớng về tâm mỗi bánh
Lực hớng trục F
a
có phơng song song với trục ,chiều hớng vào bề mặt làm việc
của răng
Phơng chiều của các lực đợc xác định nh trên sơ đồ hình I :
Nguyễn Đình Tân lớp 43m Trang 21

đồ án môn học chi tiết máy


1

2

3
F
a2
F
t1
F
r2
F
a1
F
t2
F
r1
F
a4
F
t4
F
r4
F
a3
F

t3
F
r3
F
td
Hình I
a. Lực tác dụng lên bộ truyền cấp nhanh
F
( )
2
1
1
1
2,1621
06,59
47876.2
.2
t
m
t
FN
d
T
====
( )
2
00
111
2
00

111
8,14421,14sin.20.2,1621sin..
57221,14cos.20.2,1621cos..
rta
atr
FtgtgFF
FNtgtgFF
====
====


b.Lực tác dụng lên bộ truyền cấp chậm
F
t4
=
( )
3
4
4
6,4382
85,280
615444.2
.2
t
w
FN
d
T
===
F

( )
3
0
0
.4
4
7,1663
72,11cos
39,20
.6,4382
cos
.
r
twt
r
FN
tg
tgF
====


F
3
0
44
)(9,90872,11.6,4382.
ata
FNtgtgF
====

c.Lực tác dụng lên bộ truyền đai
F
rd
=644 (N)
2. Tính sơ bộ đờng kính trục
Theo 10-9 tập 1 đờng kính sơ bộ đợc tính theo công thức sau
d
[ ]
3
20

.,
T
trong đó :
- T là mô men xoắn trên trục.
-
[ ]

Là ứng suất xoắn cho phép , đối với thép
[ ]

=12

20(Mpa) chọn
[ ]

=15(Mpa)
Nguyễn Đình Tân lớp 43m Trang 22

đồ án môn học chi tiết máy

-Trục 1
2,25
15.2,0
47876
3
1
=
d
Lấy d
1
= 30(mm)
-Trục 2 d
1,39
15.2,0
179706
3
2
=
Lấy d
2
= 40 (mm)
-Trục 3 d
59
15.2,0
615444
3
3
=

Lấy d
3
= 60 (mm)
- ở đây lắp bánh đai lên đầu vào của trục I nên không cần quan tâm tới đờng kính
trục động cơ điện .
3.Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực
Chiều dài trục cũng nh khoảng cách giữa các gối đỡ và các điểm đặt lực phụ
thuộc vào sơ đồ động , chiều dài may ơ của các chi tiết quay , chiều rộng ổ , khe hở cần
thiết và các yếu tố khác
Theo bảng 10-2 tập 1 ta có thể xác định đợc chiều rộng ổ lăn b
0
theo d
sb
( ) ( ) ( )
mm31b;mm23b;mm19b
030201
===
- Chiều rộng may ơ ở nửa khớp nối , ở đây là nối trục vòng đàn hồi nên

( ) ( )
1508460.5,24,1d.5,24,1l
332m
===
chọn l
( )
mm108
32m
=
- Chiều rộng moay ơ của bánh đai.
l

m12
= 1,3.d
1
= 1,3.30 = 39 chọn l
m12
= 39 (mm)
- Chiều rộng may ơ bánh răng côn
l
39d.3,1
113m
==
chọn l
m13
= 39 (mm)
l
m23
= 1,3.d
2
= 1,3.40 = 52 chọn l
m23
= 52 (mm)
- Chiều rộng may ơ của bánh răng trụ cấp chậm .
l
m22
= 1,3.d
2
= 1,3.40 = 52 chọn l
m22
= 52 (mm)
l

m33
= 1,3.d
3
= 1,3.60 = 78 chọn l
m33
= 78 (mm)
- Xác định chiều dài giữa các ổ
+Trục I
l
11
= 2,8.d
1
= 84 (mm)
l
( )
n3012m12c
hkbl.5,0 +++=
trong đó
b
1o
là chiều rộng ổ b
( )
mm19
1o
=
K
3
là khoảng cách từ mặt cạnh của chi tiết quay đến nắp ổ tra bảng 10-3 tập 1
( )
mm15K

3
=
h
n
Chiều cao nắp ổ và đầu bu lông , tra bảng 10-3 tập1
( )
mm15h
n
=
l
12c
là khoảng cách công xôn
l
( ) ( ) ( )
mmllmm
cc
595915151939.5,0
121212
===+++=

( )
1130113m211113
cos.bb.5,0lKKll ++++=
Trong đó :
Nguyễn Đình Tân lớp 43m Trang 23

đồ án môn học chi tiết máy

K
21

K,
là chiều rộng ổ 1 và ổ 2 , tra bảng 10-3 đợc K
1
=12 ; K
2
= 10
l
13m
Chiều dài may ơ của bánh răng côn trên trục 1
l
m13
= 39 mm
theo trên b
W
= 40 mm

( )
[ ]
( )
mml
m
13521,14cos.4019.5,039101284
0
13
=++++=
+ Trục II.
( ) ( ) ( )
( )
( )
( )

( )
mmKKblll
mmKblll
mmKKbll
mm
m
m
18310.212.3235252.2.3
4,1021279,75cos.4052.5,05,59cos..5,0
5,5910122352.5,0.5,0
2102232221
0
1223222223
21022222
=++++=++++=
=+++=+++=
=+++=+++=
+ Trục III.
+ Khoảng cách phía trong hộp giảm tốc lấy theo trục II .
+ khoảng cách đoạn trục phía ngoài .
l
c32
= 0,5.(l
m32
+ b
03_
) + K
3
+ h
n

= 0,5.(108 + 31 ) + 15 +15 = 99,5 (mm) = l
31
l
32
= l
22
= 59,5 (mm)
l
33
= l
21
l
22
= 183 59,5 = 123,5(mm)
4. Xác định chính xác đờng kính và chiều dài các đoạn trục
a. Trục 1
- dựa vào sơ đồ hình vẽ II để xác định phản lực tại các gối tựa 0 và 1
X = 0 F
X13
+ F
x10
F
X11
= 0
M
oy
= 0 F
X11
.l
11

- F
X13
.l
13
= 0
F
X10
= 984,3 (N)
F
X11
= 2605,5 (N)
Y = 0 F
Y12
- F
Y10
- F
Y11
+ F
Y13
= 0
M
0x
= 0 F
Y12
.l
12
+ F
Y11
.l
11

F
Y13
l
13
+ F
Z13
.d
m1
/2 = 0
F
Y10
= 800 (N)
F
Y11
= 416 (N)
Biểu đồ mô men M
X
:
M
x1
= F
Y13
.(l
13
l
11
) F
Z13
.d
m1

/2 = 24900,4 (N.mm)
M
x3
= F
Z13
.d
m1
/2 = 4271,6 (N.mm)
M
x0
= F
Y12
.l
12
= 37996 (N.mm)
Nguyễn Đình Tân lớp 43m Trang 24

®å ¸n m«n häc chi tiÕt m¸y


ω
1
y12
F
y10
F
x10
F
x11
F

y11
F
z13
F
x13
F
y13
F
2
0
1
3
37996 N.mm
24955,5 N.mm
4275,8 N.mm
82681,2 N.mm
47825,4 N.mm

H×nh II
BiÓu ®å m« men M
Y
.
M
Y1
= F
X13
.(l
13
– l
11

) = 82681,2 (N.mm)
BiÓu ®å m« men xo¾n M
Z
:
M
Z
= F
X13
.d
m1
/2 = 47825,4 (N.mm)
NguyÔn §×nh T©n – líp 43m Trang 25