Đồ án Thiết kế sản phẩm với CAD: Hộp giảm tốc khai triển tổng hợp

Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
LI NểI U
Hiện nay khoa học kỹ thuật đang phát triển với tốc độ vũ bão, mang lai
những lợi ích to lớn cho con ngời về các lĩnh vực tinh thần và vật chất. để nâng
cao đời sống nhân dân để hoà nhập vào sự phát triển chung của các nớc trong
khu vực cũng nh các nớc trên thế giới. Đảng và nhà nớc ta đã đề ra mục tiêu
trong những năm tới là thực hiện CNH và HĐH đất nớc. Muốn thực hiện điều
đó một trong những ngành cần quan tâm phát triển mạnh đó là cơ khí chế tạo, nó
đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất ra các thiết bị cho các ngành kinh tế
quốc dân, để phục vụ cho việc phát triển ngành cơ khí hiện nay chúng ta cần đào
tạo đội ngũ cán bộ kỹ thuật có trình độ cao đồng thời phải đáp ứng đợc những
công nghệ tiên tiến, công nghệ tự động hoá theo dây truyền sản xuất.
Nhằm thực hiện mục tiêu đó với vai trò là một sinh viên trờng Đại Học Kỹ
Thuật Công Nghiệp nói riêng và những sinh viên các trờng kỹ thuật nói chung
trong cả nớc luôn cố gắng phấn đấu trong học tập và rèn luyện trao đổi kiến thức
đã đợc dạy trong trờng sau khi ra trờng để có thể đóng góp một phần trí tuệ và
sức lực của mình vào công cuộc đổi mới đất nớc trong thế kỷ mới của đất nớc
trong thế kỷ mới. Sau một thời gian học tập ở trờng và cuối học kỳ này ở bộ môn
CNCTM em đợc giao đề tài đồ án là thiết kế sản phẩm với CAD Hộp giảm tốc
khai triển.
Qua đề tài này em đã tổng hợp đợc nhiều kiến thức chuyên môn, giúp em
hiểu đợc rõ hơn những công việc của một kỹ s thiết kế quy trình công nghệ.
Trong thời gian làm đồ án em đã nhận đợc sự giúp đỡ của các thầy giáo trong bộ
môn công nghệ chế tạo đặc biệt là TS.Nguyễn Văn Dự và Ths.Đỗ Thế Vinh giáo
viên hớng dẫn trực tiếp. Nhng với những hiểu biết còn hạn chế, khả năng nhận
thức của bản thân và kinh nghiệm thực tế cha nhiều nên đề tài của em không
tránh khỏi sai sót. Nên em rất mong nhận đợc sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của
các Thầy giáo trong bộ môn CNCTM và các bạn để đồ án của chúng em đợc
hoàn thiện hơn.
Em xin trân thành cảm ơn !
Sinh viên thực hiện

Đỗ Văn Nam
NHN XẫT CA GIO VIấN HNG DN





TRNG I HC K THUT CễNG NGHIP THI NGUYấN
Lp: LT09B 1
§å ¸n m«n häc  ThiÕt kÕ s¶n phÈm víi CAD
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP – THÁI NGUYÊN
Lớp: LT09B 2
§å ¸n m«n häc  ThiÕt kÕ s¶n phÈm víi CAD
CHƯƠNG 1
TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ
1. Tính chọn động cơ điện
1.1.1 Chọn kiểu loại động cơ
+ Động cơ điện xoay chiều
- Gồm có 2 loại: Động cơ đồng bộ 3 pha và động cơ không đồng bộ 3 pha.
- Ở đây ta chọn động cơ không đồng bộ 3 pha kiểu lồng sóc vì loại động cơ này
có cấu tạo, vận hành đơn giản nhất và không cần biến đổi dòng điện.
1.1.2 Chọn công suất động cơ
Công suất trên trục động cơ điện được xác định theo công thức (2.8)-[1].
t
CT

P
P
η
=
(1)
Trong đó: P
CT
: Công suất cần thiết trên trục động cơ ( kW)
P
T
: Công suất tính toán trên trục máy công tác (kW)
η : Hiệu suất truyền động
Với:
2 4 2
1 2 3
η η η η
=
Tra bảng 2.3[1] ta có:
η
1
: Hiệu suất của bộ truyền bánh răng (η
1
= 0,97)
η
2
: Hiệu suất của 1 cặp ổ lăn (η
2
= 0,993)
η
3

: Hiệu suất của khớp nối (η
3
= 1)
Vậy hiệu suất truyền động là:
2 4 2
0,97 .0,993 .1 0,915
η
= =
Theo đầu bài: tải trọng làm việc là không đổi nên ta có:
Công suất tính toán là công suất làm việc trên trục máy công tác theo công thức
(2.10)-[1]:
t
T LV
F.V
P P
1000
= =
Trong đó: F
t
: Lực kéo trên băng tải ( F
t
=3,3kN)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP – THÁI NGUYÊN
Lớp: LT09B 3
§å ¸n m«n häc  ThiÕt kÕ s¶n phÈm víi CAD
V: Vận tốc vòng băng tải ( V = 2,4m/s)
Vậy công suất tính toán là:
T LV
3,3.1000.2,4
P P 7,92(kW)

1000
= = =
Thay vào (1) ta có công suất cần thiết trên trục động cơ là:
t
CT
P 7,92
P = = =8,656(kw)
η 0,915
1.1.3 Chọn tốc độ đồng bộ của động cơ
Số vòng quay của trục công tác theo công thức (2.16)-[1] ta có:
3 3
CT
60.10 .V 60.10 .2,4
n 117,589(v / ph)
.D .390
π π
= = =
Với:
V: Vận tốc băng tải hoặc xích tải (m/s).
D: Đường kính tang quay (mm).
Số vòng quay sơ bộ của trục động cơ phải thỏa mãn.
CT min sb CT max
n .U n n .U≤ ≤
Trong đó: U
min
, U
max
lần lượt là tỷ số truyền nhỏ nhất và lớn nhất của hộp giảm
tốc 2 cấp.
Tra bảng 2.4 [I] ta có: U

max
= 40, U
min
= 8
sb
117,589.8 n 117,589.40⇒ ≤ ≤

sb
940,712 n 4703,56⇔ ≤ ≤
Vậy ta chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ: n
db
= 1500 (v/ph)
1.1.4 Chọn động cơ thực tế
Điều kiện để chọn động cơ như sau:
dc dc
dm dt
P P (kW)≥
Tra bảng P.13 [I] ta có:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP – THÁI NGUYÊN
Lớp: LT09B 4
§å ¸n m«n häc  ThiÕt kÕ s¶n phÈm víi CAD
Kiểu động
cơ
Công
suất(kW)
Vận tốc
quay(v/ph)
Cos ϕ η%
T
max

/T
dn
T
k
/T
dn
4A132M4Y3 11 1458 0,87 87,5 5,5 2,0
1.1.5 Kiểm tra điều kiện mở máy và điều kiện quá tải cho động cơ
a. Kiểm tra điều kiện mở máy cho động cơ
Khi khởi động, động cơ sinh ra cần 1 công suất đủ lớn để thắng sức ỳ của
hệ thống. Vì vậy cần kiểm tra điều kiện mở máy cho động cơ.
Điều kiện mở máy của động cơ thỏa mãn nếu công thức sau đảm bảo:
dc dc
mm bd
P P≥
Trong đó: P
mm
dc
: công suất mở máy của động cơ (kW)
dc dc
K
mm dm
dn
T
P .P 2.11 22(kW)
T
= = =
P
bd
dc

: Công suất ban đầu trên trục động cơ (kW)
dc dc
bd bd lv
P K .P 1,3.8,656 11,25(kW)= = =
Ta có:
dc dc
mm bd
P P≥
do vậy động cơ được chọn thỏa mãn điều kiện mở máy.
2. Phân phối tỷ số truyền
Tỷ số truyền chung của toàn bộ hệ thống được xác định theo công thức:
dc
ct
n
u
n
=
Trong đó: n
dc
: Số vòng quay của động cơ ( n
dc
= 1458 v/ph)
n
ct
: Số vòng quay của trục công tác ( n
ct
= 117,589 v/ph)
1458
u 12,4
117,589

⇒ = =
Với hệ dẫn động gồm các bộ truyền mắc nối tiếp như đã cho trong sơ đồ ta có:
1 2
u u .u=
Trong đó: u
1
: tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng cấp nhanh
u
2
: tý số truyền của bộ truyền bánh răng cấp chậm
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP – THÁI NGUYÊN
Lớp: LT09B 5
§å ¸n m«n häc  ThiÕt kÕ s¶n phÈm víi CAD
2.1 Tỷ số truyền của các bộ truyền ngoài hộp giảm tốc
Do trục động cơ được nối trực tiếp với trục đầu vào của hộp giẩm tốc nên
tỷ số truyền của các bộ truyền ngoài hộp giảm tốc bằng 1.
2.2 Tỷ số truyền của các bộ truyền trong hộp giảm tốc
Tỷ số truyền của hộp giảm tốc có thể phân theo chỉ tiêu tiết diện ngang
của hộp nhỏ nhất ( cũng chính là để bôi trơn hộp giảm tốc hợp lý nhất). Khi này
tỷ số truyền của bộ truyền cấp chậm được tính theo công thức sau:
ba2
3
2 h
ba1
u .u
0,96.
ψ
ψ
=
Với ψ

ba2
, ψ
ba1
: hệ số chiều rộng bánh răng cấp chậm, cấp nhanh.
Chọn
ba2
ba1
1,3
ψ
ψ
=
thì
3
2 h
u 1,1. u 2,5= =
h
1
1
u
u 4,96
u
⇒ = =
3. Tính toán các thông số trên các trục
3.1 Tính công suất trên các trục
- Công suất danh nghĩa trên trục động cơ:
lv
lv
ct
dc dc
P

P P 8,656(kw)= = =
η
- Công suất danh nghĩa trên trục I:

I dc dc I 0
P P . . 8,656.1.0,993 8,6(kw)
+
= η η = =
- Công suất danh nghĩa trên trục II:

II I I II 0
P P . . 8,6.0,97.0,993 8,22(kw)
+
= η η = =
- Công suất danh nghĩa trên trục III:

III II II III 0
P P . . 8,28.0,97.0,993 7,98(kw)
η η
+
= = =
- Công suất danh nghĩa trên trục IV:
IV III III IV 0
P P . . 7,98.1.0,993 7,92(kw)
η η
+
= = =
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP – THÁI NGUYÊN
Lớp: LT09B 6
§å ¸n m«n häc  ThiÕt kÕ s¶n phÈm víi CAD

3.2 Tính số vòng quay trên các trục
- Số vòng quay trên trục động cơ:
dc
n 1458(v / ph)=
- Số vòng quay trên trục I:
I dc
n n 1458(v / ph)= =
- Số vòng quay trên trục II:
I
II
1
n 1458
n 294(v / ph)
u 4,96
= = ≈
- Số vòng quay trên trục III:
II
III
2
n 294
n 117,6(v / ph)
u 2,5
= = ≈
- Số vòng quay trên trục IV:
IV III
n n 117,6(v / ph)= =
3.3 Tính mômen xoắn trên các trục
- Mômen xoắn trên trục động cơ:
lv 6 6
dc

dc
I
P .9,55.10 8,656.9,55.10
T 56697,39(Nmm)
n 1458
= = =
- Mômen xoắn trên trục I:
6 6
I
I
I
P .9,55.10 8,6.9,55.10
T 56330,6(Nmm)
n 1458
= = =
- Mômen xoắn trên trục II:
6 6
II
II
II
P .9,55.10 8,28.9,55.10
T 268959,18(Nmm)
n 294
= = =
- Mômen xoắn trên trục III:
6 6
III
III
III
P .9,55.10 7,98.9,55.10

T 648035,71(Nmm)
n 117,6
= = =
- Mômen xoắn trên trục II:
6 6
III
IV
IV
P .9,55.10 7,92.9,55.10
T 643163,27(Nmm)
n 117,6
= = =
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP – THÁI NGUYÊN
Lớp: LT09B 7
§å ¸n m«n häc  ThiÕt kÕ s¶n phÈm víi CAD
Động cơ Trục I Trục II Trục III Trục IV
U 1 4,96 2,5 1
P (kW) 8,656 8,6 8,28 7,98 7,92
N(v/ph) 1458 1458 294 117,6 117,6
T (Nmm) 56697,39 56330,6 268959,18 648035,71 643163,27
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP – THÁI NGUYÊN
Lớp: LT09B 8
§å ¸n m«n häc  ThiÕt kÕ s¶n phÈm víi CAD
CHƯƠNG 2
THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN CƠ KHÍ
2.1. Thiết kế bộ truyền cấp nhanh
2.1.1 Chọn vật liệu
Do không có yêu cầu gì đặc biệt và tải trọng làm việc là không đổi nên ở
đây ta chọn cặp vật liệu cho bộ truyền cấp nhanh là như nhau.
Tra bảng 6.1 [1] ta có:

- Bánh nhỏ 1:
Thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 241 … 285 có σ
b1
= 850 Mpa
σ
ch1
= 580 Mpa
- Bánh lớn 2:
Thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 192 … 240 có σ
b2
= 750 Mpa
σ
ch2
= 450 Mpa
2.1.2 Ứng suất cho phép
Ứng suất tiếp xúc cho phép [σ
H
], ứng suất uốn cho phép [σ
F
] được xác định theo
công thức.
[σ
H
] = σ
o
Hlim
.K
HL
. Z
R

.Z
V
.K
XH
/ S
H
(1.1)
[σ
F
] = σ
o
Flim
. K
FC
. K
FL
.Y
R
/ S
F
(1.2)
Với: σ
o
Hlim
, σ
o
Flim
:ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép ứng với
số chu kì cơ sở.
Theo bảng 6.2 [1] với thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 180 … 350 có:

σ
0
Hlim1
= 2.HB + 70 = 2.270 +70 = 610 (MPa)
σ
o
Flim1
=1,8.HB =1,8.270 = 486 (MPa)
σ
0
Hlim2
= 2.HB + 70 = 2.230 +70 = 530 (Mpa)
σ
o
Flim2
=1,8.HB =1,8.230 = 414 (MPa)
K
FC
: Hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP – THÁI NGUYÊN
Lớp: LT09B 9
§å ¸n m«n häc  ThiÕt kÕ s¶n phÈm víi CAD
Chọn: K
FC
= 1 do bộ truyền quay 1 chiều;
K
HL
,K
FL
: Hệ số tuổi thọ.

K
HL
=
H
HO
m
HE
N
N
K
FL
=
F
m
FE
FO
N
N
FH
mm ,
: Bậc đường cong mỏi.
6==
FH
mm
FOHO
NN ,
: Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về ứng suất tiếp xúc,
ứng suất uốn.
74,2
2HO

74,2
1HO
4,2
HBHO
10.4,1230.30N
10.05,2270.30N
H.30N
==
==
=
Đối với thép 45:
FO
N
= 4.10
6
FEHE
NN ,
: Số chu kì thay đổi về ứng suất tương đương.
∑
== tncNN
FEHE
60
Với: c, n, t
Σ
: Lần lượt là số lần ăn khớp trong một vòng quay, số vòng
quay trong một phút,và tổng số giờ làm việc của cặp bánh răng đang xét.
7
1 1
2
60.1.1458.5.365.0,8.24. 204,35.10

3
HE FE
N N= = =
7
2 2
2
60.1.294.5.365.0,8.24. 41,2.10
3
HE FE
N N= = =
Ta thấy:
FOFE
HOHE
HOHE
NN
NN
NN
>
>
>
2
22
11
Ta lấy
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP – THÁI NGUYÊN
Lớp: LT09B 10
§å ¸n m«n häc  ThiÕt kÕ s¶n phÈm víi CAD

FOFE
HOHE

HOHE
NN
NN
NN
=
=
=
2
22
11

⇒K
HL1
=1; K
HL2
=1; K
FL
=1.
Với: S
H
,S
F
: Hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc và uốn.
Theo bảng 6.2 [1].
S
H
= 1,1; S
F
= 1,75 ;
Z

R
= 1 hệ số xét đến ảnh hưởng độ nhám mặt răng.
Z
V
= 1 hệ số xét đến ảnh hưởng vận tốc vòng.
K
XH
= 1 hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước răng.
YR = 1 hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng.
Thay các tham số vào (1.1), (1.2) ta có:
[σ
H1
] = 610.1.1/1,1 = 554,55 (MPa)
[σ
H2
] = 530.1.1/1,1 = 481,82 (MPa)
[σ
H
] = ([σ
H1
] + [σ
H2
] )/2 = 518,19 (MPa)
[σ
F1
] = 486.1/1,75 = 277,71 (MPa)
[σ
F2
] = 414. 1/1,75 = 236,57 (MPa)
* Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải:

[σ
H1
]
Max
= 2,8.σ
ch1
= 2,8 .580 = 1624 (MPa)
[σ
H2
]
Max
= 2,8.σ
ch2
= 2,8 .450 =1260 (MPa)
* Ứng suất uốn cho phép khi quá tải:
[σ
F1
]
Max
= 0,8.σ
ch1
= 0,8.580 = 464 (MPa)
[σ
F2
]
Max
= 0,8.σ
ch2
= 0,8.450 = 360 (MPa)
2.1.3 Xác định thông số cơ bản của bộ truyền

Đối với hộp giảm tốc, thông số cơ bản là khoảng cách trục a
w
. Nó được xác
định theo công thức sau:
1
3
1 1
2
1
.
.( 1). (3)
[ ] . .
H
W a
H ba
T K
a K u
u
β
σ
= +
Ψ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP – THÁI NGUYÊN
Lớp: LT09B 11
§å ¸n m«n häc  ThiÕt kÕ s¶n phÈm víi CAD
Trong đó:
Ka: Hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng.
Tra bảng 6.5 [1] ta có: Ka = 43 Mpa
1/3
T

1
: Mô men xoắn trên trục bánh chủ động.
T
1
= 56330,6 (Nmm)
[σ
H
]: ứng suất tiếp xúc cho phép.
[σ
H
] = 518,19 MPa
u: Tỉ số truyền của bộ truyền.
u = 4,96
ψ
ba
:Hệ số chiều rộng bánh răng.
Tra bảng 6.6 [1] ta có: ψ
ba
= 0,3
K
HB
: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng.
Ta có: ψ
bd
= 0,5. ψ
ba
( u +1) = 0,5.0,3(4,96 + 1) = 0,894
Tra bảng 6.7 [1] ta có K
H
β

= 1,07
Thay các giá trị đã tính vào (3) ta có:
3
w1
2
56330,6.1,07
a =43.(4,96+1). =136,42 (mm)
518,19 .4,96.0,3
Chọn: a
W1
= 137 (mm)
2.1.4 Xác định các thống số ăn khớp
a. Xác định modun
Ta có: m = (0,01 … 0,02)a
w
= (1,37 … 2,74) (mm)
Tra bảng 6.8 [1] ta chọn m = 2.
b. Xác định số răng Z, góc nghiêng
β
, hệ số dịch chỉnh x
Giữa khoảng cách trục a
w
, số răng bánh nhỏ Z
1
, số răng bánh lớn Z
2
, góc
nghiêng β của răng và modun trong bộ truyền ăn khớp ngoài liện hệ với nhau
theo công thức:
( )

1 2
w
m Z +Z
a = (4)
2cosβ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP – THÁI NGUYÊN
Lớp: LT09B 12
§å ¸n m«n häc  ThiÕt kÕ s¶n phÈm víi CAD
- Chọn trước góc nghiêng β = 15
0
- Từ (4) ta suy ra số răng của bánh nhỏ:
o
w
1
1
2.a .cosβ 2.137.cos15
Z = = =22,2
m.(u +1) 2(4,96+1)
(răng)
- Chọn: Z
1
= 22 (răng)
=> Số răng bánh lớn là: Z
2
= u
1
.Z
1
= 4,96.22 = 109,12 (răng).
- Chọn: Z

2
= 109 (răng)
Tính lại: tỷ số truyền thực là:
1
109
u = 4,96
22
≈

Tổng số răng: Z
t
= Z
1
+Z
2
= 131 (răng)
- Tính lại góc nghiêng β:
0
t
w
Z 2.131
cosβ=m = =0,96 β=17,02
2a 2.137
⇒
- Chiều rộng vành răng :
w1 ba w1
b = ψ .a =0,3.137=41,1 (mm)
- Chọn: b
w1
= 45 (mm)

2.1.5 Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc
Ứng suất xuất hiện trên mặt răng của bộ truyền phải thoả mãn điều kiện
sau:

[ ]
1 H 1
H M H H
2
w 1 w1
2.T .K .(u 1)
Z .Z .Z .
b .u .d
ε
+
σ = ≤ σ
(5)
Trong đó:
Z
M
: Hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp.
Tra bảng 6.5 [1] ta có: Z
M
= 274 (MPa
1/3
)
Z
H
: Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc.
).2sin(
cos.2

tw
b
H
Z
α
β
=
β
b
: Góc nghiêng của răng trên hình trụ cơ sở.
tg
β
b
= cos α
t
.tg
β
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP – THÁI NGUYÊN
Lớp: LT09B 13
§å ¸n m«n häc  ThiÕt kÕ s¶n phÈm víi CAD
Đối với cặp bánh răng nghiêng không dịch chỉnh:
α
t
= α
W
=
cos
 
 ÷
 

tg
arctg
α
β
Chọn α =20
0
;
α
t
=
0
0
20
20,84
cos17,02
 
=
 ÷
 
tg
arctg

tg
β
b
= cos 20,84
0
.tg 17,02
0
= 0,29 ⇒ β

b
= 15,97
0
⇒
0
0
2.cos15,97
1,7
sin(2.20,84 )
= =
H
Z
Z
ε
:Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng, được xác định thông qua ε
β
, ε
α
.
ε
α
:Hệ số trùng khớp ngang.
ε
α

= [1,88 – 3,2.(1/ Z
1
+ 1/ Z
2
)]. cos

β
ε
α

= [1,88 – 3,2.(1/ 22 + 1/ 109)]. Cos17,02
0
= 1,63.
ε
B
: Hệ số trùng khớp dọc
ε
β
= b
W
.sin β /(m.π)
ε
β
= 41,1.sin 17,02
0
/ ( 2. 3,14 ) = 1,92 > 1
⇒
ε
α
1 1
Z = = =0,78
ε 1,63
K
H
: Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc.
K

H
= K
H
β
.K
H
α
.K
HV
K
H
β
: Hệ số kể đến sự phân bố tải trọng không đều trên chiều rộng răng
Tra bảng 6.7 [1] ta có: K
H
β
= 1,07.
K
H
α
: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng
thời ăn khớp.
- Tính đường kính vòng lăn bánh nhỏ:
W1
w1
m
2a 2.137
d = = =46 (mm)
U +1 4,96+1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP – THÁI NGUYÊN
Lớp: LT09B 14
§å ¸n m«n häc  ThiÕt kÕ s¶n phÈm víi CAD
Vận tốc vòng:
W1 1
π.d .n 3,14.46.1458
v= = =3,51 (m/s)
60000 60000
Tra bảng 6.13[1], bộ truyền dùng cấp chính xác 9.
Tra bảng 6.14[1] ta có K
H
α
= 1,16; K
F
α
= 1,4.
K
HV
: Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp
H w w1
HV
1 Hβ Hα
ν .b .d
K =1+
2.T .K .K
w
H H 0
1
a
ν =δ .g .v.

u
δ
H
: Hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp.
Tra bảng 6.15[1] ta có: δ
H
= 0,002
g
0
: Hệ số kể đến ảnh hưởng của sai lệch các bước răng 1 và 2.
Tra bảng 6.16 [1] ta có: g
0
= 73.
H
137
ν =0,002.73.3,51. 2,7
4,96
⇒ =
HV
2,7.45.46
K =1+ 1,04
2.56330,6.1,07.1,16
⇒ =
H
K =1,07.1,16.1,04=1,29⇒
Thay số vào công thức (5) ta có:
H
2
2.56330,6.1,29.(4,96+1)
σ =274.1,7.0,78. =491,5 MPa

45.4,96.46

* Xác định chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép
[σ
H
]
CX
= [σ
H
].Z
V
.Z
R
.K
HX
Với v = 3,51 (m/s) < 5 (m/s), chọn Z
v
= 1
K
HX
: Hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng. K
HX
= 1
Vì cấp chính xác động học là 9 chọn cấp chính xác về mức tiếp xúc là 8, khi đó
cần gia công đạt độ chính xác với độ nhám R
a
= (2,5 1,25)µm.
Do đó: Z
R
= 0,95

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP – THÁI NGUYÊN
Lớp: LT09B 15
§å ¸n m«n häc  ThiÕt kÕ s¶n phÈm víi CAD
[σ
H
]
CX
= 518,19.1.1. 0,95 = 492,28 (MPa)
Sự chênh lệch giữa σ
H
và [σ
H
]
[ ] 492,28 491,5
.100% .100% 0,2% 4%
[ ] 492,28
− −
= = <
H H
H
σ σ
σ
Vậy bộ truyền được thiết kế thoả mãn điều kiện bền tiếp xúc.
2.1.6. Kiểm nghiệm về độ bền uốn
Để đảm bảo độ bền uốn cho răng, ứng suất sinh ra tại chân răng không
được vượt quá một giá trị cho phép.
[ ]
1 Fε β F1
F1 F1
w w1 n

2.T .K .Y .Y .Y
σ = σ
b .d .m
≤
(6)
[ ]
F1 F2
F2 F2
F1
σ .Y
σ = σ
Y
≤
(7)
Trong đó:
T
1
: Mô men xoắn trên trục chủ động. T
1
= 56330,6 Nmm
m
n
: Mô đun pháp. m
n
= 2
b
W
: Chiều rộng vành răng. b
w
= 45mm

d
W1
: Đường kính vòng lăn bánh chủ động. d
w1
= 46 mm
Y
ε
: Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng.
ε
1
Y = =0,61
1,63
Y
β
: Hệ số kể đến độ nghiêng của răng.
β
17,02
Y =1- =0,88
140
Y
F1
, Y
F2
: Hệ số dạng răng của bánh 1 và 2.
Tính Z
V1
,Z
V2
:
1

V1
3 3 0
Z 22
Z = = =25,16
cosβ cos 17,02
2
V2
3 3 0
Z 109
Z = = =124,67
cosβ cos 17,02
Tra bảng 6.18 [I] ta có: Y
F1
= 3,9, Y
F2
= 3,6
K
F
: Hệ số tải trọng khi tính độ bền uốn.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP – THÁI NGUYÊN
Lớp: LT09B 16
§å ¸n m«n häc  ThiÕt kÕ s¶n phÈm víi CAD
K
F
= K
F
α
.K
F
β

.K
FV
Tra bảng 6.7 [1] ta có K
F
β
=1,16
Tra bảng 6.14 [1] ta có K
F
α
= 1,4
2
F W W1
FV
1 Fβ Fα
ν .b .d
K =1+ 4
2.T .K .K
−b ac
0
1
. . .
=
W
F F
a
g v
u
ν δ
Tra bảng 6.15; 6.16 [1] ta có: δ
F

= 0,006; g
0
= 73
F
137
ν =0,006.73.3,51 =8,08
4,96
⇒
FV
8,08.45.46
K =1+ =1,09
2.56330,6.1,16.1,4
⇒
F
K =1,16.1,4.1,09=1,77⇒
Thay vào công thức (6), (7) ta có:
F1
2.56330,6.1,77.0,61.0,88.3,9
σ = =100,73MPa < 277,71MPa
45.46.2
F2
100,73.3,6
σ = =92,98MPa < 236,57MPa
3,9
Ta thấy σ
F1
< [σ
F1
]; σ
F2

< [σ
F2
]
Vậy bộ truyền được thiết kế thỏa mãn điều kiện bền uốn.
2.1.7 Kiểm nghiệm răng về quá tải
Khi làm việc bánh răng có thể bị quá tải khi mở máy. Vì vậy, cần kiểm tra
quá tải dựa vào ứng suất tiếp xúc cực đại, ứng suất uốn cực đại.
Ta có hệ số quá tải (6.48)[1]:
qt
qt
T
1,3T
K 1,3
T T
= = =
Trong đó: T: là mômen xoắn danh nghĩa
T
qt
: là mômen xoắn quá tải, với hệ số K
bd
=1,3.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP – THÁI NGUYÊN
Lớp: LT09B 17
§å ¸n m«n häc  ThiÕt kÕ s¶n phÈm víi CAD
+ Để tránh biến dạng dư hoặc gẫy răng bánh răng, ứng suất tiếp xúc cực đại
σ
HMax
không vượt quá một giá trị cho phép. Nghĩa là:
σ
H Max

= σ
H
.
qt
K
≤ [σ
H
]
Max
[ ]
H max H
max
491,5. 1,3 560,4(MPa) 1260MPa⇔ σ = = ≤ σ =
+ Đồng thời để đề phòng biến dạng dư hoặc phá hỏng tĩnh mặt lượn chân răng
thì:
[ ]
max.
1max FqtFF
K
σσσ
≤=
⇒
[ ]
MPaMPaK
FqtFF
464max)(9,1303,1.73,100.
11max1
=≤===
σσσ

⇒
)(87,1203,1.98,92.
2max2
MPaK
qtFF
===
σσ
<
[ ]
MPa
F
360max
2
=
σ

Kết luận: Vậy bộ truyền được thiết kế thỏa mãn điều kiện quá tải.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP – THÁI NGUYÊN
Lớp: LT09B 18
§å ¸n m«n häc  ThiÕt kÕ s¶n phÈm víi CAD
Bảng thông số cơ bản của bộ truyền cấp nhanh
Thông số
Ký
hiệu
Công thức tính
Kết
quả
Đơn
vị
Khoảng cách trục a

w
a = 0,5.m.(Z
1
+ Z
2
)/cos β 137 mm
ĐK vòng chia
D
1
D
1
= m.Z
1
/cosβ
46,02 mm
D
2
D
2
= m.Z
2
/cosβ
227,99 mm
ĐK vòng đỉnh
D
a1
D
a1
= D
1

+ 2m
50,02 mm
D
a2
D
a2
= D
2
+ 2m
231,99 mm
ĐK vòng chân
D
f1
D
f1
= D
1
– 2,5m
39,02 mm
D
f2
D
f2
= D
2
– 2,5m
222,99 mm
ĐK vòng cơ sở
D
b1

D
b1
= D
1
.cosα 43,24 mm
D
b2
D
b2
= D
2
.cosα 214,24 mm
ĐK vòng lăn D
w
D
w
= 2a/(u+1)
46 mm
Modun pháp m
n
(0,01 0,02) a
W
2
Chiều rộng vành răng b
w
b
W1
= ψ
ba
. a

W1
45 mm
Tỷ số truyền u 4,96
Số răng
Z
1
22
Z
2
Z
2
= U
1
. Z
1
109
Hệ số dịch chỉnh
X
1
0
X
2
0
Góc nghiêng
β
17,02 Độ
Hệ số trùng khớp dọc
ε
β
1,92

Hệ số trùng khớp ngang
ε
α
1,63
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP – THÁI NGUYÊN
Lớp: LT09B 19
§å ¸n m«n häc  ThiÕt kÕ s¶n phÈm víi CAD
* Các lực tác dụng lên bộ truyền cấp nhanh
- Lực vòng:
1
t1 t2
w1
2T 2.56330,6
F =F = = =2449,16(N)
d 46
- Lực hướng tâm:
1 w
r1 r2
. 2449,16.0,38
F =F = = =969,46(N)
cos 0,96
T t
F tg
α
β
- Lực dọc trục:
a1 a2 1
F =F = .tg = 2449,16.0,3=734,75(N)
t
F

β
2.2. Thiết kế bộ truyền cấp chậm
2.2.1 Chọn vật liệu
Do không có yêu cầu gì đặc biệt và tải trọng làm việc là không đổi nên ở
đây ta chọn cặp vật liệu cho bộ truyền cấp nhanh là như nhau.
Tra bảng 6.1 [1] ta có:
- Bánh nhỏ 3:
Thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 241 … 285 có σ
b3
= 850 Mpa
σ
ch3
= 580 Mpa
- Bánh lớn 4:
Thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 192 … 240 có σ
b4
= 750 Mpa
σ
ch4
= 450 Mpa
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP – THÁI NGUYÊN
Lớp: LT09B 20
§å ¸n m«n häc  ThiÕt kÕ s¶n phÈm víi CAD
2.2.2 Ứng suất cho phép
Ứng suất tiếp xúc cho phép [σ
H
], ứng suất uốn cho phép [σ
F
] được xác định theo
công thức.

[σ
H
] = σ
o
Hlim
.K
HL
. Z
R
.Z
V
.K
XH
/ S
H
(8)
[σ
F
] = σ
o
Flim
. K
FC
. K
FL
.Y
R
/ S
F
(9)

σ
o
Hlim
, σ
o
Flim
: Ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép ứng với số
chu kì cơ sở.
Theo bảng 6.2 [ I ] với thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 180 … 350 có:
σ
0
Hlim3
= 2.HB + 70 = 2.270 +70 = 610 (MPa)
σ
o
Flim3
=1,8.HB =1,8.270 = 486 (MPa)
σ
0
Hlim4
= 2.HB + 70 = 2.230 +70 = 530 (Mpa)
σ
o
Flim4
=1,8.HB =1,8.230 = 414 (MPa)
K
FC
: Hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải.
K
FC

= 1 do bộ truyền quay 1 chiều;
K
HL
, K
FL
: Hệ số tuổi thọ.
K
HL
=
H
m
HE
HO
N
N
K
FL
=
F
m
FE
FO
N
N
FH
mm ,
: Bậc đường cong mỏi.
6==
FH
mm

FOHO
NN ,
: Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về ứng suất tiếp xúc,
ứng suất uốn.
2,4
HO HB
2,4 7
HO3
2,4 7
HO4
N 30.H
N 30.270 2,05.10
N 30.230 1,4.10
=
= =
= =
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP – THÁI NGUYÊN
Lớp: LT09B 21
§å ¸n m«n häc  ThiÕt kÕ s¶n phÈm víi CAD
Đối với thép 45:
FO
N
= 4.10
6
FEHE
NN ,
: Số chu kì thay đổi về ứng suất tương đương.
∑
==
tncNN

FEHE
60
Với: c, n, t
Σ
: Lần lượt là số lần ăn khớp trong một vòng quay, số vòng quay
trong một phút,và tổng số giờ làm việc của cặp bánh răng đang xét.
7
HE3 FE3
2
N N 60.1.1458.5.365.0,8.24. 204,35.10
3
= = =
7
HE4 FE4
2
N N 60.1.294.5.365.0,8.24. 41,2.10
3
= = =
Ta thấy:
HE3 HO3
HE4 HO4
FE4 FO
N N
N N
N N
>
>
>
;
Ta lấy

HE3 HO3
HE4 HO4
FE4 FO
N N
N N
N N
=
=
=

⇒ K
HL3
= 1; K
HL4
= 1; K
FL
= 1
+ S
H
,S
F
: Hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc và uốn.
Theo bảng 6.2 [1].
S
H
= 1,1; S
F
= 1,75 ;
Z
R

= 1 hệ số xét đến ảnh hưởng độ nhám mặt răng.
Z
V
= 1 hệ số xét đến ảnh hưởng vận tốc vòng.
K
XH
= 1 hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước răng.
YR = 1 hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng
Thay các tham số vào (1), (2) ta có:
[σ
H3
] = 610.1.1/1,1 = 554,55 (MPa)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP – THÁI NGUYÊN
Lớp: LT09B 22
§å ¸n m«n häc  ThiÕt kÕ s¶n phÈm víi CAD
[σ
H4
] = 530.1.1/1,1 = 481,82 (MPa)
[σ
H
] = ([σ
H3
] + [σ
H4
] )/2 = 518,19 (MPa)
[σ
F3
] = 486.1/1,75 = 277,71 (MPa)
[σ
F4

] = 414. 1/1,75 = 236,57 (MPa)
* Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải:
[σ
H3
]
Max
= 2,8.σ
ch3
= 2,8 .580 = 1624 (MPa)
[σ
H4
]
Max
= 2,8.σ
ch4
= 2,8 .450 =1260 (MPa)
* Ứng suất uốn cho phép khi quá tải:
[σ
F3
]
Max
= 0,8.σ
ch3
= 0,8.580 = 464 (MPa)
[σ
F4
]
Max
= 0,8.σ
ch4

= 0,8.450 = 360 (MPa)
2.2.3 Xác định thông số cơ bản của bộ truyền
Đối với hộp giảm tốc, thông số cơ bản là khoảng cách trục a
w
. Nó được xác
định theo công thức sau:
1 Hβ
3
W1 a 2
2
H 2 ba
T .K
a =K .(u +1). (10)
[σ ] .u .Ψ
Trong đó:
Ka: Là hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng.
Tra bảng 6.5 [I] ta có: Ka = 43 Mpa
1/3
T
1
: Mô men xoắn trên trục bánh chủ động.
T
1
= 268959,18 (Nmm)
[σ
H
]: ứng suất tiếp xúc cho phép.
[σ
H
] = 518,19 MPa

u: Tỉ số truyền của bộ truyền.
u = 2,5
ψ
ba
: Hệ số chiều rộng bánh răng.
Tra bảng 6.6 [I] ta có: ψ
ba
= 0,3.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP – THÁI NGUYÊN
Lớp: LT09B 23
§å ¸n m«n häc  ThiÕt kÕ s¶n phÈm víi CAD
K
HB
: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành
răng.
Ta có: ψ
bd
= 0,5. ψ
ba
( u +1) = 0,5.0,3(2,5 + 1) = 0,525
Tra bảng 6.7 [1] ta có K
H
β
= 1,03
Thay các giá trị đã tính vào (10) ta có:
3
w2
2
268959,18.1,03
a =43.(2,5+1). =167,37(mm)

518,19 .2,5.0,3
Chọn a
W2
= 168 (mm)
2.2.4 Xác định các thống số ăn khớp
a. Xác định modun
- Ta có: m = (0,01 … 0,02)a
w
= (1,68 … 3,36)(mm).
- Tra bảng 6.8 [1] ta chọn m = 2.
b. Xác định số răng Z, góc nghiêng
β
, hệ số dịch chỉnh x
Giữa khoảng cách trục a
w
, số răng bánh nhỏ Z
1
, số răng bánh lớn Z
2
, góc
nghiêng β của răng và modun trong bộ truyền ăn khớp ngoài liện hệ với nhau
theo công thức:
( )
1 2
w
m Z +Z
a =
2cosβ
(11)
- Chọn trước góc nghiêng β = 15

0
- Từ (4) ta suy ra số răng của bánh nhỏ:
o
w
3
1
2.a .cosβ 2.168.cos15
Z = = =46,4
m.(u +1) 2(2,54+1)
(răng)
- Chọn Z
3
= 46 (răng)
Vậy số răng bánh lớn là: Z
4
= u
2
.Z
3
= 2,5.46 = 115 (răng)
Chọn Z
4
= 115 (răng)
Tính lại: tỷ số truyền thực là:
2
115
u = 2,5
46
=

Tổng số răng: Z
t
= Z
3
+Z
4
= 161 (răng)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP – THÁI NGUYÊN
Lớp: LT09B 24
§å ¸n m«n häc  ThiÕt kÕ s¶n phÈm víi CAD
- Tính lại góc nghiêng β:
0
t
w
Z 2.161
cosβ=m = =0,96 β=17,02
2a 2.168
⇒
- Chiều rộng vành răng :
w2 ba w2
b = ψ .a =0,3.168= 50,4 (mm)
- Chọn b
w2
= 55 (mm)
2.2.5 Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc
Ứng suất xuất hiện trên mặt răng của bộ truyền phải thoả mãn điều kiện
sau:

[ ]
2 H 2

H M H H
2
w2 2 w2
2.T .K .(u 1)
Z .Z .Z .
b .u .d
ε
+
σ = ≤ σ
(12)
Trong đó:
Z
M
: Hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp.
Tra bảng 6.5 [1] ta có: Z
M
= 274 (MPa
1/3
)
Z
H
: Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc.
).2sin(
cos.2
tw
b
H
Z
α
β

=
β
b
: Góc nghiêng của răng trên hình trụ cơ sở.
tg
β
b
= cos α
t
.tg
β
- Đối với cặp bánh răng nghiêng không dịch chỉnh: α
t
= α
W
=
cos
tg
arctg
α
β
 
 ÷
 
- Chọn α =20
0
;
α
t
=

0
0
20
20,84
cos17,02
tg
arctg
 
=
 ÷
 

tg β
b
= cos 20,84
0
.tg 17,02
0
= 0,29 ⇒ β
b
= 15,97
0
⇒
0
0
2.cos15,97
1,7
sin(2.20,84 )
H
Z = =

Z
ε
: Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng, được xác định thông qua ε
β
, ε
α
.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP – THÁI NGUYÊN
Lớp: LT09B 25