Đồ án thiết kế hộp giảm tốc phân đôi cấp nhanh

Trờng Đ.H Bách Khoa Hà Nội
Thiết kế máy

Bộ môn Cơ sở

Lời nói đầu

Chi tiết máy là môn khoa học nghiên cứu các phơng pháp
tính toán và thiết kế các chi tiết máy có công dụng chung.
Môn học Chi tiết máy có nhiệm vụ trình bày những kiến
thức cơ bản về cấu tạo, nguyên lý cũng nh phơng pháp tính
toán các chi tiết máy có công dụng chung, nhằm bồi dỡng cho
sinh viên khả năng giải quyết những vấn đề tính toán và
thiết kế các chi tiết máy, làm cơ sở để vận dụng vào việc
thiết kế máy. Đối với các ngành cơ khí, chi tiết máy là môn kỹ
thuật cơ sở cuối cùng, là khâu nối giữa phần bồi dỡng những
chi thức về khoa học kỹ thuật cơ bản với phần bồi dỡng kiến
thức chuyên môn.
Trong nội dung một đồ án môn học, đợc sự chỉ bảo hớng
dẫn tận tình của thầy giáo Trịnh Chất, em đà hoàn thành
bản thiết kế Hệ dẫn động băng tải với hộp giảm tốc phân
đôi cấp nhanh. Tuy nhiên, do kiến thức còn hạn chế nên em
không tránh khỏi sai sót.Em rất mong tiếp tục đợc sự chỉ bảo,
góp ý của thầy cô và các bạn.
Nhân đây, em cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn đối với
thầy giáo Trịnh Chất và các thầy giáo trong bộ môn Cơ sở
Thiết kế máy đà giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.
Hà Nội tháng 12
năm 2003.
Nguyễn Mạnh linh
Cơ tin 1 K 45

Lớp
1


Trờng Đ.H Bách Khoa Hà Nội
Thiết kế máy

Bộ môn Cơ sở
Sin

h viên

Nguyễn Mạnh Linh

Phần 1
Chọn động cơ và phân phối tỷ số
truyền
1. Chọn động cơ
a\.Xác định công suất cần thiết của động cơ
Theo công thức (2.8),(2.10) và (2.11) [TKHDD - I] ta có công
suất cần thiết Pct :
P ct =
Trong ®ã theo c«ng thøc (2.9)[TKHDD - I] ta cã:
 = mol. kbr. k n.x.
m : Số cặp ổ lăn (m = 4);
k : Số cặp bánh răng (k = 3)
Tra bảng (2.3) [TKHDD - I], ta đợc các hiệu suất:
ol= 0,99 ( vì ổ lăn đợc che kín)
br= 0,97

Nguyễn Mạnh linh
C¬ tin 1 – K 45

Líp
2


Trờng Đ.H Bách Khoa Hà Nội
Thiết kế máy
k= 1

Bộ môn Cơ sở

x = 0,93 (bộ truyền xích để hở )
 = 0,994. 0,973. 1. 0,93 = 0,82
VËy cã

P ct =

B\. Xác định tốc độ đồng bộ của động cơ.
Chọn sơ bộ tỉ số truyền của toàn bộ hệ thống là
usb .Theo bảng (2.4) [TKHDD - I] , truyền động bánh răng trụ
hộp giảm tốc 2 cấp, truyền động xích (bộ truyền ngoài):
usb= usbh. usbđ = 17.3 = 51
Theo công thøc (2.16) (TKHTDD- I) ta cã sè vßng quay
cđa trơc máy công tác là nlv :
nlv =
Trong đó :

= 28,66 vg/ph

v : Vận tốc xích tải
D : Đờng kính tang .

Số vòng quay sơ bộ của động cơ nsbđc:
nsbđc = nlv . usb = 28,66.51 = 1461,66 vg/ph
Chän sè vßng quay sơ bộ của động cơ là nđb = 1500 vg/ph.
Theo b¶ng phơ lơc P1.3 Phơ lơc víi P ct = 10,97 kW. Ta
chọn đợc kiểu động cơ là : K160 M4
Các thông số kĩ thuật của động cơ nh sau :

Nguyễn Mạnh linh
Cơ tin 1 K 45

Lớp
3


Trờng Đ.H Bách Khoa Hà Nội
Thiết kế máy

Bộ môn Cơ sở
;

;

Kết luận: Động cơ K160 M4 có kích thớc phù hợp với yêu
cầu thiết kế.
2/. PHÂN PhốI Tỷ Số TRUYềN
Ta ®· biÕt

Chän

Tû sè truyÒn chung

uxÝch = 3

 uhép =

;

Trong ®ã : u1 : TØ sè truyÒn cÊp nhanh
u2 : TØ số truyền cấp chậm
Theo bảng (3.1) [TKHDD - I] thì u1 = 4,91 ; u2 = 3,26.
Tính lại giá trị uxích theo u1và u2 trong hộp giảm tốc
Uxích =
Kết luận : uh = 16,86;

u1 = 4,91; u2 = 3,26

;

uxích=3,16.
3/.Xác định công xuất, momen và số vòng quay trên
các trục.

Nguyễn Mạnh linh
C¬ tin 1 – K 45

Líp

4


Trờng Đ.H Bách Khoa Hà Nội
Bộ môn Cơ sở
Thiết kế máy
Tính công suất, mô men, số vòng quay trên các trục (I, II,
III, IV) của hệ dẫn động.
Công suất, số vßng quay :
Pct =10,97 kW ; nlv =28,66 vg/ph.
;
nI = ndc = 1450 vg/ph
kW ;
nII = nI/uI =1450/4,91 = 295,32 vg/ph
kW ;
nIII= nII /uII= 295,32/ 3,26 = 90,59 vg/ph
M« men T®c = 9,55. 106.

N. mm.

TI = 9,55. 106.

N.mm.

TII = 9,55. 106.

N.mm.

TIII = 9,55. 106.

N.mm.

Kết quả tính toán đợc ta ghi thành bảng sau

Trục

Nguyễn Mạnh linh
Cơ tin 1 K 45

Động c¬

1

2

3

Líp
5


Trờng Đ.H Bách Khoa Hà Nội
Thiết kế máy
Công suất P, kW
11

Bộ môn Cơ sở
10,86

Tỉ số truyền u

Số vòng quay n,

1

10,12

4.91

9,72

3.26

1450

1420

295,32

90,59

72448

71526

327259

102468

v/ph
Mo men xoắn T,

N.mm

Nguyễn Mạnh linh
Cơ tin 1 K 45

3

Lớp
6


Trờng Đ.H Bách Khoa Hà Nội
Thiết kế máy

Bộ môn Cơ sở

Phần 2

Thiết kế bộ truyền
A.Thiết kế bộ truyền ngoài
Ta đi thiết kế bộ truyền xích với các thông số kỹ tht nh
sau:
Tû sè trun: u =3,16.
C«ng st: N =9,72 KW.
Sè vòng quay trục dẫn: n = 90,59 v/p.
1/.Chọn loại xích.
Vì tải trọng nhỏ, vận tốc thấp nên dùng xích con lăn.
2/. Xác định các thông số của bộ truyền xích.
Theo bảng (5.4) [TKHDD - I] với u=3,16 chọn số răng đĩa
nhỏ z1=25, do đó số răng đĩa lớn:

z2=uz1=3,16.25 =79 < zmax =120 (răng).
Theo công thức (5.3) [TKHDD - I] công suất tính toán:
Pt=PIII.k.kz.kn
Trong đó:
: Hệ số số răng.
: Hệ số sốvòng quay.
Theo (5.4) [TKHDD - I] ta có:
k=ko. ka. kđc. kbt. kđ. kc

Nguyễn Mạnh linh
Cơ tin 1 K 45

Lớp
7


Trờng Đ.H Bách Khoa Hà Nội
Bộ môn Cơ sở
Thiết kế máy
ko=1 : Hệ số kể đến sự ảnh hởng của bộ truyền. Đờng
nối hai tâm đĩa xích so với đờng nằm ngang < 60o
ka=1

: Khoảng cách trục a=(3050)p

kđc=1,25 : Vị trí trục không điều chỉnh đợc.
kbt=1,3 : Môi trờng có bụi, bôi trơn nhỏ giọt.
kđ=1

: Tải trọng va đập vừa.

kc=1,25 : Bé trun lµm viƯc hai ca.
VËy cã:
k = 1.1.1,25.1,3.1,25.1,3 = 2,64.
Lúc đó có:
Pt= 9,72.2,64.1.0,55 = 14,11 kN
Theo bảng (5.5)[TKHDD - I], víi n01= 50v/p, chän bé
trun xÝch mét d·y có bớc xích p = 44,45 mm thoả mÃn
điều kiện bền mòn:
Nt<[N]
Ta có khoảng cách trục a= 40p = 40.44,45 = 1778 mm
Theo c«ng thøc (5.12)[TKHDD - I] , ta cã sè m¾t xÝch:
X=2a/p + 0,5(z1+z2) + (z2-z1)2p/(42a)
= 2.1778/44,45 + 0,5(25 + 79) + (79 25)2.44,45/(421778)
= 133,85 m¾t.
LÊy sè m¾t xích chẵn là X = 134.
Theo công thức (5.13)[TKHDD - I] , ta tính lại khoảng
cách trục a là:

Nguyễn Mạnh linh
C¬ tin 1 – K 45

Líp
8


Trờng Đ.H Bách Khoa Hà Nội
Thiết kế máy

Bộ môn Cơ sở

a = 1781,44 mm.
Để xích không căng quá ta giảm a mét lỵng b»ng:
a= 0,003a = 0,003.1781,44 = 5,34 mm
 Khoảng cách trục a = 1776 mm.
3/.Đờng kính đĩa xích.

4. Xác định lực tác dụng lên trục
Theo (5.20) ta có
Fr = kx.Ft
Trong đó :kx = 1,15 do bộ truyền nghiêng một góc nhỏ
hơn 600nên :



(N)

Fr =1,15.8398,8 = 9658,6(N)
Nguyễn Mạnh linh
Cơ tin 1 – K 45

Líp
9


Trờng Đ.H Bách Khoa Hà Nội
Thiết kế máy
5.Kiểm nghiệm độ bền xích.

Bộ môn Cơ sở

Theo (5.15) [TKHDD - I] ta cã:
s= Q/(kd.Ft+F0+Fv)
Theo b¶ng (5.2) [TKHDD - I] , t¶i träng ph¸ háng Q = 172,4
kN; q =7,5;

kd= 1,2

kF=2
F0 = 9,81.kF.q.a =9,81.2.7,5.1,776=261,34 N
Fv=qv2=7,5.1,682 =21,17 N
VËy cã: s =172,4.1000/(1,2.8398,8+261,34+21,17)=16,64.
Theo b¶ng (5.10) [TKHDD - I] ta có: [s]=9,3.
Vậy xích thoả mÃn điều kiện bền.
6.Các thông số bộ truyền
+Bớc xích p = 44,45 mm
+Khoảng cách trục a = 1776 mm
+Số mắt xích R = 134 mắt
+Kích thớc đĩa xích :d1 = 354,68 mm
d2 = 1118,05 mm

B/ ThiÕt kÕ hép gi¶m tèc
I.ThiÕt kÕ cÊp nhanh
Ngun Mạnh linh
Cơ tin 1 K 45

Lớp
10

Trờng Đ.H Bách Khoa Hà Nội
Thiết kế máy
1.Chọn vật liệu.

Bộ môn Cơ sở

Bánh nhỏ : Thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 241
285 có:
b1 = 850 MPa ;ch 1 = 580 MPa.

Chän HB1 = 250 (HB)

B¸nh lín : Thép 45, tôi cải thiện đạt đọ rắn MB 192...240
cã:
b2 = 750 Mpa ;ch 2 = 450 MPa. Chän HB2 = 240 (HB)
2. Xác định ứng suất cho phép.
;
Chọn sơ bộ ZRZVKxH = 1



SH : Hệ số an toàn khi tÝnh vỊ tiÕp xóc. SH =1,1.
: øng st tiÕp xúc cho phép ứng với số chu kì cơ sở;
= 2.HB + 70  H lim1 = 570 MPa; H lim2 = 550 MPa;
KHL=

víi mH = 6.

mH: BËc cđa ®êng cong mái khi thư vỊ tiÕp xóc.
NHO: Sè chu k× thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc.

NHO = 30. H
HHB : độ rắn Brinen.

NHE: Số chu kì thay đổi ứng suất tơng đơng.

C: Số lần ăn khớp trong một vòng quay.

Nguyễn Mạnh linh
Cơ tin 1 K 45

Líp
11


Trờng Đ.H Bách Khoa Hà Nội
Bộ môn Cơ sở
Thiết kế máy
Ti , ni, ti : Lần lợt là mômen xoắn , số vòng quay và tổng số
giờ làm việc ở chế độ i của bánh răng đang xét.

ta có : NHE1 > NHO1 => KHL1 = 1
[H]1 =

; [H]2=

V× bé truyền là bộ truyền bánh trụ răng nghiêng nên :

Tra b¶ng : F lim = 1,8HB; SF =1,75 ;
F lim1 = 1,8.250 = 450 Mpa.
F lim2 = 1,8 240 = 432 Mpa.

KFL=

víi mF = 6.

mF: BËc cđa ®êng cong mái khi thử về uốn.
NFO: Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn.
NFO = 4.

vì vật liệu là thép 45,

NEE: Số chu kì thay đổi ứng suất tơng đơng.

c : Số lần ăn khớp trong một vòng quay.

Nguyễn Mạnh linh
Cơ tin 1 K 45

Lớp
12


Trờng Đ.H Bách Khoa Hà Nội
Bộ môn Cơ sở
Thiết kế máy
Ti , ni, ti : Lần lợt là mômen xoắn , số vòng quay và tổng số
giờ làm việc ở chế độ i của bánh răng đang xét.

Ta có : NFE1 > NFO1 => KFL1 = 1
[F1] = 450.1.1 / 1,75 = 257 MPa,
[F2] = 432.1.1 / 1,75 = 247 MPa,

3. Xác định sơ bộ khoảng cách trục:
aw1 = Ka(u1+1)
Với: T1: Mômen xoắn trên trục bánh chủ động, N.mm ;
Ka : hệ số phụ thuộc vào loại răng ;
Hệ số ba = bw/aw;
T1=71526Nmm;
Ka= 43( do răng nghiêng)

Tra ở sơ đồ 3 bảng (6.6), [TKHDD - I] ta đợc
KH=1,2 ;
u1= 4,91;
[H]=500 MPa
Thay số ta định đợc khoảng cách trục :
aw1= 43.(4,91+1).

127,23 mm

Chọn aw1 = 130 mm
Nguyễn Mạnh linh
Cơ tin 1 K 45

Líp
13


Trờng Đ.H Bách Khoa Hà Nội
Thiết kế máy
4. Xác định các thông số ăn khớp

Bộ môn Cơ sở

Môđun : m
m = (0,01  0,02).aw1 = (0,01  0,02).130 = 1,3 2,6.
Chọn m = 2,5,
*Số răng
Số răng

bánh nhỏ:

Z1 = 2 aw1/ (m(u1 +1)) = 2.130/

2,5(4,91+1) = 17
Số răng bánh lín: Z2 = u1 Z1 = 4,91.17 = 83.
Do ®ã tØ sè trun thùc lµ:
um= 83/17 = 4,88.
cos=m.(Z1+Z2)/2(aw)=2,5(17+83)/2.130=0,96154.
  =15,940
5. Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc.
Yêu cầu cần phải đảm bảo
H

[H] , H = ZM ZH Z

;

Trong đó : - ZM : Hệ số xét đến ảnh hởng cơ tính vật
liệu;
- ZH : Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp
xúc;
- Z : Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng;

- KH : Hệ số tải träng khi tÝnh vỊ tiÕp xóc;
- bw : ChiỊu réng vành răng.
- dw : Đờng kính vòng chia của bánh chủ động;
T1 = 71526 Nmm ;
Nguyễn Mạnh linh
Cơ tin 1 – K 45

Líp
14


Trờng Đ.H Bách Khoa Hà Nội
Thiết kế máy
bw = 0,3. aw = 0,3. 130 = 39 mm ;

Bộ môn Cơ së

ZM = 274 Mpa1/3 tra b¶ng (6.5) [TKHDD - I] ;
Theo bảng (6.35)[TKHDD - I] đối với bánh răng nghiêng
không dÞch chØnh ta cã:
tw=t=arctg(tg/cos) =20,730.
tgb = cost .tg = 0,268.
 cosb = 0,9658.
VËy ta cã:
ZH =

=

= 1,71 ;

um = 4,88;
Theo b¶ng (6.11) [TKHDD - I] ta cã;
dw1 =2.aw.(u+1) =2.130/(4,88+1) = 44,2 mm
Vậy:
=

cos

= 1,51
Z =

.

Mặt khác: KH = KH.KHVKH ;
Trong ®ã:
KH = 1,2 ;
VËn tèc b¸nh dÉn : v =

Ngun Mạnh linh
Cơ tin 1 K 45

m/s;

Lớp
15


Trờng Đ.H Bách Khoa Hà Nội
Bộ môn Cơ sở
Thiết kế máy

Vì v < 4 m/s tra bảng (6.13) [TKHDD - I]
chọn cấp chính xác 9, tra bảng(6.16) [TKHDD - I] chọn g o=
73
Tra bảng (6.14) [TKHDD - I] với bánh trụ răng nghiêng, vận
tốc vòng nhỏ hơn 5 m/s ta cã;KH = 1,16
Theo c«ng thøc (6.42) [TKHDD - I] :

Theo b¶ng (6,15 ) [TKHDD - I] => H =0,002

KHV = 1,04  KH = 1,2.1,16.1,04 = 1,45
Thay sè : H = 274.1,71.0,81.

=

486,04 MPa
TÝnh chÝnh x¸c øng st tiÕp xóc cho phÐp : [H] = [H].
ZRZVKxH.
Víi v =3,35 m/s  ZV = 1 (vì v < 5m/s ) ,

Cấp chính

xác động học là 9, chọn mức chính xác tiếp xúc là 9. Khi đó
cần gia công đạt độ nhám là R a = 1,25...0,63 m. Do ®ã ZR
= 1, víi da< 700mm  KxH = 1.
[H] = 500.1.1.1 = 500 MPa , H
Nguyễn Mạnh linh
Cơ tin 1 K 45

[H] .
Lớp

16


Trờng Đ.H Bách Khoa Hà Nội
Thiết kế máy
Kiểm tra thừa bền:

Bộ môn Cơ sở

Răng thoả mÃn về độ bền tiếp xúc.
6. Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn.
Yêu cầu F

[F] ; F = 2.(T1/2)KFYYYF1/( bwdw1.m)

Tính các thông số :
Theo bảng (6.7) [TKHDD - I] ta cã KF = 1,32 ;
Do bánh răng nghiêng nên tra bảng (6.14) [TKHDD - I] K F =
1,37;
Tra b¶ng (6.16) chän go= 73
Theo b¶ng (6.15) => F =0,006
=>

 KF = .KF.KF.KFV = 1,32.1,37.1,1 = 1,99
Víi  = 1,51  Y = 1/ = 1/1,51 = 0,66;
 = 15,94o  Y = 1 - /140 = 1 15,940/140 = 0,89;
Số răng tơng đơng:
ZV1 = Z1/cos3 = 17 /(0,96154)3 = 19
ZV2 = Z2/cos3 = 83/(0,96154)3 = 93

NguyÔn Mạnh linh
Cơ tin 1 K 45

Lớp
17


Trờng Đ.H Bách Khoa Hà Nội
Bộ môn Cơ sở
Thiết kế máy
Với ZV1 = 19, ZV2 = 93 tra bảng (6.18 ) th× Y F1= 4,08,
YF2= 3,60;
øng suÊt uèn :
F1

= 2.(71526/2).1,99 .0,66.0,89.4,08/ (39.44,2.2,5) =

79,15 MPa;
F2 = F1 . YF2 / YF1 = 79,15.3,60/ 4,08 = 69,84 MPa;
TÝnh øng suÊt uèn cho phÐp :
;
Chän s¬ bé YRYSKxH = 1 
SF : HƯ sè an toµn khi tÝnh vỊ n. SF =1,75.
: øng suất uốn cho phép ứng với số chu kì cơ së;
= 1,8.HB  Flim1 = 1,8. 280 = 504 MPa;
Flim2 = 1,8. 240= 432 MPa;
KFC : hƯ sè ¶nh hëng đặt tải, KFC = 1 do bộ truyền quay một
chiều;
KFL=

với mF = 6.

mF: BËc cđa ®êng cong mái khi thư về uốn.
NFO: Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn.
NFO = 4.

vì vật liệu là thép 45,

NEE: Số chu kì thay đổi ứng suất tơng đơng.

C: Số lần ăn khớp trong một vòng quay.

Nguyễn Mạnh linh
C¬ tin 1 – K 45

Líp
18


Trờng Đ.H Bách Khoa Hà Nội
Bộ môn Cơ sở
Thiết kế máy
Ti , ni, ti : Lần lợt là mômen xoắn , số vòng quay và tổng số
giờ làm việc ở chế độ i của bánh răng đang xét.

Ta có : NFE2 > NFO2 => KHL2 = 1
[F1] = 504.1.1 / 1,75 = 288 MPa,
[F2] = 432.1.1 / 1,75 = 246,85 MPa,
Ta thấy độ bền uốn đợc thoả mÃn vì F1 < [F1] ,F2 < [F2];

7. Kiểm nghiệm răng về quá tải.
ứng suất quá tải cho phép : [H]max = 2,8 ch2 = 2,8. 450 =
1260 MPa;
[F1]max = 0,8ch1= 0,8. 580 = 464 MPa;
[F2]max= 0,8ch2= 0,8. 450 = 360 MPa;
Kqt= Tmax/T = 1,6;
H1max=H .

MPa < [H]max = 1260

MPa;
F1max = F1. Kqt = 79,15.1,6 = 126,64 MPa ;
F2max = F2. Kqt = 69,15.1,6 = 110,64 MPa
v× F1max < [F1]max ,F2max < [F2]max nên răng thoả mÃn
Kết luận: với vật liệu trên thì bộ truyền cấp nhanh thoả
mÃn các yêu cầu kĩ thuật.
Thông số cơ bản của bộ truyền cấp nhanh :
-

Đờng kính chia : d1 = m. Z1 = 2,5.17 = 42,5mm
d2 = m.Z2 =2,5. 83 =207,5 mm;

Nguyễn Mạnh linh
Cơ tin 1 – K 45

Líp
19


Trờng Đ.H Bách Khoa Hà Nội

Bộ môn Cơ sở
Thiết kế máy
Đờng kính đỉnh răng : da1 = d1 + 2.( 1+x1-y )m = 47,5
mm;
da2 = d2 + 2. ( 1+x2-y )m =
212,5 mm,
-

Đờng kính đáy răng : df1 = d1 - ( 2,5 - 2.x1 ) . m = 36,25

mm,
df2 = d2 - ( 2,5 - 2.x2 ) . m =
206,25 mm,
-

Đờng kính cơ sở : db1 = d1. cos  =42,5. cos 20 = 39,94

mm;
db2 = d2. cos  = 212,5. cos 20 =
199,68 mm
-

Góc prôfin răng bằng góc ¨n khíp : t = tw = 20,73 ;

II.ThiÕt kÕ cấp chậm.
1.Chọn vật liệu.
Bánh nhỏ : Thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 241
285 có:
b1 = 850 MPa ;ch 1 = 580 MPa.

Chän HB1 = 285 (HB)

B¸nh lớn : Thép 45, tôi cải thiện đạt độ rắn HB 241...285
cã:
b2 = 750 Mpa ;ch 2 = 450 MPa. Chọn HB2 = 280 (HB)
2. Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép.
;
Chọn sơ bộ ZRZVKxH = 1
Nguyễn Mạnh linh
Cơ tin 1 – K 45


Líp
20