Pbl1 thuyetminh giuaky (1)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

PBL 1: THIẾT KẾ VÀ MƠ PHỎNG
HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG
NHĨM 20.06B
ĐỀ TÀI: CÁC LOẠI HỘP GIẢM TỐC
Giảng viên hướng dẫn: TS. LÊ HỒI NAM
TS. PHẠM ANH ĐỨC
TS. TRẦN ĐÌNH SƠN
Sinh viên thực hiện:

NGUYỄN VĂN NHẬT HUY
NGUYỄN HUỲNH VĂN HẬU

Lớp: 20CDTCLC (20.06B)

Đà Nẵng, tháng 2/2020

1


LỜI NĨI ĐẦU
PBL 1 ( thiết kế mơ phỏng hộp tốc dẫn động ) là một phần quan trọng không thể thiếu trong
chương trình đào tạo CDT. PBL 1 giúp sinh viên nắm được các kiến thức cơ sở về máy và
các quá trình cơ bản của thiết kế máy. Bắt đầu đi vào nghiên cứu chuyên sâu, áp dụng tổng
hợp kiến thức từ các môn học trước như Sức bền vật liệu, Kỹ thuật đo cơ khí, Đồ họa kỹ
thuật, Truyền động thủy khí,... và đặc biệt là Thiết kế máy.
Hộp giảm tốc là linh kiện khá quen thuộc và thường gặp trong các thiết bị cơ khí như xe máy,
ô tô, thang cuốn, băng chuyền,... với cơ cấu truyền động nhờ sự ăn khớp trực tiếp giữa động

cơ và các bánh răng. Hộp giảm tốc dùng để giảm vận tốc góc và tăng momen xoắn, là bộ
phận trung gian giữa động cơ và máy công tác.
Với đề tài được giao là hộp giảm tốc 2 cấp khai triển, qua quá trình nghiên cứu tìm hiểu chúng
em đã đúc kết được các nội dung sau:
- cách xác định các thông số cơ bản của hộp giảm tốc.
- Cách Cách phân phối tỉ số truyền cho các cấp trong hộp giảm tốc.
- Cách thiết kế các bộ truyền trong và ngồi của hộp giảm tốc.
- Các chỉ tiêu tính tốn và các thông số cơ bản của hộp giảm tốc.
- Các chỉ tiêu tính tốn, chế tạo bánh răng và trục.
- Cách xác định thông số của then.
- Kết cấu, Cách chọn động cơ điện cho hộp giảm tốc.
- công dụng và tính tốn và xác định chế độ bơi trơn cho các chi tiết của hộp giảm tốc.
- Cách thể hiện bản vẽ đúng tiêu chuẩn
Do đây là đồ án đầu tiên của tụi em nên không thể tránh được các sai sót do chưa nắm vững tất
cả các kiến thức, tham khảo các tài liệu, giáo trình liên quan khơng đúng cách và cịn nhiều
sai số nên bài làm cịn chưa được hồn chính xác. Chúng em rất mong nhận được sự nhận xét
và chỉ bảo của các thầy, mong các thầy sẽ nhắc nhở và hướng dẫn thêm để tụi em có thể tiếp
thu và hồn thiện kiến thức thêm vững chắc.
Chúng em rất cảm ơn các thầy ( Lê Hoài Nam, Phạm Anh Đức và Trần Đình Sơn) đã hướng
dẫn và nhận xét giúp tụi em hoàng thành đồ án.

2


MỤC LỤC
Bài 1: TÌM HIỂU VỀ HỘP GIẢM TỐC........................................................................6

1.Khái quát:.....................................................................................................6
2. Phân loại:.....................................................................................................7
3.Hộp giảm tốc được giao:.............................................................................11

Bài 2: TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN.............13

A.Tính chọn động cơ:....................................................................................13
1.Tính cơng suất cần thiết động cơ:........................................................................13
2.Tính sơ bộ số vòng quay của động cơ:................................................................14
3.Chọn động cơ điện:...............................................................................................15

B.Phân phối tỷ số truyền:...............................................................................15
1.Tính tỉ số truyền:..................................................................................................15
2.Tỉ số truyền nhanh và chậm:...............................................................................15

C. Tính các thơng số trên trục:........................................................................15
1.Tính tốn số vịng quay của các trục:..................................................................15
2.Tính tốn cơng suất của các trục:........................................................................16
3.Tính tốn momen xoắn của các trục:..................................................................16
Bài 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN.....................................................17

A.Thiết kế bộ truyền ngoài ( Bộ truyền Đai dẹt):.............................................17
1.Chọn loại đai:........................................................................................................17
2.Xác định đường kính bánh đai:...........................................................................17
3.Định khoảng cách trục A và chiều dài đai L:.....................................................18
4.Xác định tiết diện đai:..........................................................................................19
Định các thơng số hình học bộ truyền....................................................................20

B.Thiết kế các bộ truyền trong hộp giảm tốc...................................................21
1.Bộ truyền bánh răng cấp nhanh..........................................................................21
Định các thơng số hình học của bộ truyền.............................................................25
2.Bộ truyền bánh răng cấp chậm...........................................................................26

3

Định các thơng số hình học của bộ truyền.............................................................30
3. Điều kiện ngâm dầu:...........................................................................................32
Bài 4: CHỌN KHỚP NỐI.............................................................................................32
Bài 5: TÍNH TỐN THIẾT KẾ TRỤC VÀ THEN.....................................................33

A.Thiết kế trục................................................................................................33
1.Chọn vật liệu.........................................................................................................33
2.Tính sức bền trục..................................................................................................33

`

B.Tính then...............................................................................................44

Bài 6: THIẾT KẾ GỐI ĐỠ TRỤC...............................................................................47

1.Chọn ổ lăn:..................................................................................................47
2.

Chọn kiểu lắp ổ lăn :..............................................................................49

3.

Cố định trục theo phương dọc trục:.......................................................50

4.

Bơi trơn ổ lăn:.......................................................................................50

5.

Che kín ổ lăn:.........................................................................................50

Bài 7. TÍNH CHỌN NỐI TRỤC...................................................................................50

1.

Momen tính :.........................................................................................50

2.

Theo trị số mơmen tính và đường kính trục chọn kích thước nối trục...50

3.

Chọn vật liệu :........................................................................................51

4.

Kiểm nghiệm sức bền dập của vòng cao su............................................51

5.

Kiểm nghiệm sức bền uốn của chốt.......................................................51

Bài 8: THIẾT KẾ VỎ HỘP VÀ CÁC CHI TIẾT KHÁC...........................................51

1.

Vỏ hộp...................................................................................................51

2. Cửa thăm..................................................................................................52
3. Nút thông hơi............................................................................................52
4. Chốt định vị...............................................................................................53
5. Bu long vòng.............................................................................................53

4


5


Bài 1: TÌM HIỂU VỀ HỘP GIẢM TỐC

1.Khái quát:
Hộp giảm tốc là một cơ cấu gồm các bộ phận truyền bánh răng hay trục vít, tạo thành một tổ
hợp biệt lập để giảm số vịng quay và truyền cơng suất từ động cơ đến máy công tác. Ưu
điểm hộp giảm tốc là hiệu suất cao, có khả năng truyền những công suất khác nhau, tuổi thọ
lớn, làm việc chắc chắn và sử dụng đơn giản.
Các hộp giảm tốc được phân chia theo các đặc điểm chủ yếu sau:
- Loại truyền động (hộp giảm tốc bánh răng trụ, bánh răng nón, trục vít, bánh răng – trục vít)
- Số cấp (một cấp, hai cấp, ...)
- Vị trí tương đối giữa các trục trong không gian (nằm ngang, thẳng đứng,....)
- Đặc điểm của sơ đồ động (triển khai, đồng trục, có cấp tách đôi,...)

6


2. Phân loại:

a. Hộp giảm tốc bánh răng nón một cấp
Hộp giảm tốc bánh răng nón thẳng và răng nghiêng thường dùng để chuyển động cơng suất bé
hoặc trung bình. Khi dùng răng thẳng tỉ số truyền i không nên quá 3, còn khi dùng răng
nghiêng tỷ số truyền i không thể tới 5. Phần lớn các trúc của hộp giảm tốc bánh răng nón đều
lắp trong ổ lăn.

Ưu điểm: dễ dàng sử dụng và cho hiệu suất cao.
Nhược điểm: thường dùng để truyền cơng suất bé hoặc trung bình.
b.Hộp giảm tốc bánh răng trụ tròn hai cấp và ba cấp
 Sơ đồ đồng trục

7


 Ưu điểm: cho phép kích thước chiều dài, trọng lượng của hộp giảm tốc bé hơn so với

các loại khác.
 Nhược điểm: khả năng chịu tải trọng của cấp nhanh chưa dùng hết vì lực sinh ra trong
quá trình ăn khớp của các bánh răng cấp chậm lớn hơn nhiều so với cấp nhanh, trong
khi khoảng cách của hai cấp bằng nhau. Ngồi ra cịn có các nhược điểm như là khó bơi
trơn, khoảng cách giữa các trục trung gian lớn, hạn chế khả năng chọn phương án bố trí
kết cấu chung của thiết bị dẫn động.
 Sơ đồ hộp giảm tốc có cấp nhanh tách đơi:

 Ưu điểm:
- Tải trọng phân bố đều trên các ổ trục.
- Sử dụng hết khả năng vật liệu chế tạo các bánh răng cấp chậm và cấp nhanh.
- Có bánh răng phân bố đối xứng với ổ, sự tập trung tải trọng theo chiều dài răng ít
hơn so với sơ đồ khai triển thông thường.
 Nhược điểm: chiều rộng của hộp tăng lên một ít, cấu tạo bộ phận ổ phức tạp hơn, số

lượng chi tiết và khối lượng gia công tăng.
 Sơ đồ hộp giảm tốc 2 cấp khai triển:

8


 Ưu điểm: có tỷ số truyền lớn
 Nhược điểm: tải trọng phân bố không đều các ổ trục
d.Hộp giảm tốc bánh răng nón trụ
Hộp giảm tốc bánh răng nón-trụ có thể là hai cấp hoặc ba cấp. Bánh răng nón có răng thẳng,
răng nghiêng hoặc răng xoắn. Bánh răng trụ có răng thẳng hoặc răng nghiêng.

Ưu điểm: nếu dùng bánh răng nghiêng hoặc răng xoắn thì tỉ số truyền lớn.
e. Hộp giảm tốc trục vít
Tùy theo vị trí tương đối giữa trục vít, hồ sơ hộp giảm tốc trục vít chia làm
3 loại: trục vít đặt trên, trục vít đặt dưới và trục vít cạnh.

9


 Ưu điểm: Ở hộp giảm tốc trục vít đặt dưới xác suất của bột kim loại, sản phẩm của mài
mịn vào chỗ ăn khớp ít hơn so với loại có trục vít đặt trên.
 Nhược điểm: hiệu suất của hộp giảm tốc trục vít tương đối thấp nên ít dùng truyền cơng
suất lớn.
f. Hộp giảm tốc bánh răng-trục vít, trục vít-bánh răng và trục vít hai cấp
Có tỉ số truyền của hộp giảm tốc này tới 150, trường hợp đặc biệt có thể lớn hơn

10

 Ưu điểm: tỷ số truyền lớn.
 Nhược điểm: kích thước hộp giảm tốc lớn và có cấu tạo phức tạp.
3.Hộp giảm tốc được giao:

11


Bộ truyền động cơ sử dụng bộ giảm tốc 2 cấp khai triển bánh răng thẳng
Cấu tạo: hộp giảm tốc bao gồm một hộp giảm tốc hai cấp được lắp ráp ăn khớp với các
linh kiện. Hộp giảm tốc được truyền động bởi động cơ qua bánh răng.


Nguyên lý hoạt động: hộp giảm tốc 2 cấp khai triển bánh răng thẳng là cơ cấu truyền
động bằng phương pháp ăn khớp trực tiếp có tỉ số truyền khơng đổi. Hộp giảm tốc này làm để
giảm vận tốc góc và tăng mơmen xoắn cho động cơ.


Ưu điểm: momen xoắn cũng như tuổi thọ lâu dài cho động cơ, có tỉ số truyền lớn, giá
thành rẻ và chất lượng ổn định.


Nhược điểm: tải trọng lớn, phân bố không đồng đều, chiếm nhiều diện tích.
Ứng dụng: được ứng dụng trong các ngành: sản xuất, gia cơng, chế biến, luyện kim, khai
khống,...


12


Bài 2: TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ

TRUYỀN
A.Tính chọn động cơ:
1.Tính cơng suất cần thiết động cơ:
Số liệu cho trước:
Lực kéo: P = 3600 N
Vận tốc: V = 1 m/s
Đường kính tang: D = 300 mm
Thời gian phục vụ 5 năm, một năm làm 300 ngày, một ngày làm 8 giờ
Chọn động cơ:

13


Từ đồ thị thay đổi tải trọng (Hình 2) ta tính được mơmen đẳng trị :

M 21 . t 1+ M 22 .t 2 + M 23 . t 3
M đt =
t 1+t 2 +t 3

√

M đt =

√

(1.3 M )2 .2+(M )2 .900+(0.3 M )2 .900
=0,73911013531 M (N .m)
2+ 900+900
N đt =

Với : N đt =
N=

0,7391 M .n
=0,73911013531 N (kW )
9550

M .n
– Công suất trên trục máy công tác (kW)
9550

P.V
3600.1
=
= 3,6 (KW)
1000
1000

Suy ra:
N đt =0,7391013531. N =0,7391013531.3,6=2,660764871(kW )

Hiệu suất chung: η = η 4ol.η k.η2br .ηđ = 0,9925 4 .1 . 0,972 .0,955=¿ 0,8719045
Tra bảng trị số hiệu suất (Bảng 2-1) trang 27. [ 1 ]
Bộ truyền bánh răng trụ thẳng (kín): ηbr =0,97
Bộ truyền đai dẹt : ηđ =0,955
Bộ truyền ổ lăn : η ol =0,9925
Bộ truyền khớp nối : η kn=1
N ct =

N đt 2,660764871

=
= 3,051670075 (kw)
0,8719045
η

2.Tính sơ bộ số vịng quay của động cơ:
Theo cơng thức tính sơ bộ số vòng quay của trục động cơ [1]:
n sb=nlv . i sb

Trong đó:
n sb – Số vịng quay sơ bộ của trục động cơ [vòng/phút]
nlv – Số vòng quay sơ bộ của trục cơng tác [vịng/phút]
i lv – Tỉ số truyền sơ bộ
Cơng thức tính số vịng quay sơ bộ của trục công tác:

14


v=

π . D. nlv
60000.V
60000.1
⇔ nlv =
=
= 63,66197724 (vòng/phút)
π .D
π .300
60000

n sb = nlv . i sb = 63,66197724.( i h .i đ ¿
n sb= 63,66197724.(2,25.8)= 1145,91559(vòng/phút)

3.Chọn động cơ điện:
N đc ≥ N ct = 3,051670075 KW
n đc

n sb = 1145,91559 (vòng/phút)

→ tra bảng 2P trang 321-323 ta chọn được động cơ A02-41-4 với:
N đc = 4 kw ; n đc = 1450 (v/phút) ; hiệu suất 86%

B.Phân phối tỷ số truyền:
1.Tính tỉ số truyền:
i ch =

nđc
1450
=
= 22,77654674 (v/phút)
63,66197724
nlv

nđc – Số vòng quay của động cơ điện [vòng/phút]
nlv – Số vòng quay sơ bộ của trục cơng tác [vịng/phút]
Chọn : i đ = 2,25 (v/phút)
i ch = i đ . i hợp → i hợp =

=

i ch
iđ

22,77654674
= 10,12290966 (v/phút)
2,25

i nhanh=( 1,2 ÷ 1,3 ) .i chậm
i h=i nhanh .i chậm =10,12290966 (v/phút)

2.Tỉ số truyền nhanh và chậm:
i nhanh=1,3. i chậm=3,62764146 (v/phút)
i chậm=¿ 2,7905 (v/phút)

C. Tính các thơng số trên trục:
1.Tính tốn số vòng quay của các trục:
n I=

nđc 1450
=
=644,4444 [vòng/phút]
i đ 2,25

15


n II =

nI
i nhanh

n III =

n II
i chậm

=

644,4444
=177,6484 [vòng/phút]
3,62764

=

177,6484
=63,66 [vòng/phút]
2, 7905

2.Tính tốn cơng suất của các trục:
N I =N đc . η đ . ηol =4.0,955.0,9925=3,79135 [kW]
N II =N I .η đ . ηbr=3,79135.0,955 .0,97=3,5121 [kW]
N III=N II . ηđ . η br =3,5121.0,955 .0,97=3,25345 [kW]

3.Tính tốn momen xoắn của các trục:
M đc =9,55 ×10

6

N đc
4

6
=9,55 ×10 ×
=26344,82759 [N . mm]
nđc
1450

M I =9,55 ×106
M II =9,55 ×10

NI
3,79135
=9,55 ×10 6 ×
=56183,9[N . mm]
nI
644,4444

6

N II
3,5121
6
=9,55× 10 ×
=188803[ N .mm ]
n II
177,6484

M III =9,55 ×10 6

N III
3,25345

=9,55 ×106 ×
=488068,6 [ N . mm ]
n III
63,66

Trục
Thơng số

Trục động
cơ

I

II
inhanh =
3,62764

III

i

iđ = 2,25

n (vịng/phút)

1450

644,4444

177,6484

63,66

N (kW)

4

3,79135

3,5121

3,25345

 Sơ đồ mindmap của chọn động cơ và tỉ số truyền:

16

ichậm = 2,7905


Bài 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN
A.Thiết kế bộ truyền ngoài ( Bộ truyền Đai dẹt):
1.Chọn loại đai:
Chọn đai vải cao su vì có sức bền và tính đàn hồi cao, ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm.
2.Xác định đường kính bánh đai:
a.
Đường kính đai nhỏ:
Đường kính đai nhỏ: Áp dụng cơng thức Xaverin 5-6 trang 84 TLTKCTM NTH 1998:
D 1=1100





√
3

N1
n1

Trong đó:
D1 – Đường kính bánh đai nhỏ [mm]
N 1=N đc=2,2 – Công suất trên trục dẫn [kW]
n1=nđc =1430−¿ Số vòng quay trong 1 phút của trục dẫn [vịng/phút]

√

D1= (1100÷ 1300). 3

N đc
4
= 1300. 3
=182,32[mm]
nđc
1450

√

N 1=N đc=4, n1=nđc =1450

17


Kiểm nghiệm vận tốc đai:
v=

π . D 1 . n1
≤ ( 25 ÷30 )
60.1000

v=

π . 182,32.1450
=13,84 [m/s]
60.1000

→Thỏa mãn yêu cầu

Tra bảng 5-1 trang 85 →Ta lấy: D1=180 [mm ]
b.

Đường kính bánh đai lớn:

D 2=i đ . D 1 (1−ε ) = 2,25.180.(1-0,01) =400,9 [mm]
ε =0,01 :Hệ số trượt của đai vải cao su

Tra bảng 5-1 trang 85
Ta lấy: D2=400 ¿mm)
Kiểm tra số vòng quay thực n2 của bánh bị dẫn trong 1 phút :
n2 =(1−ε )×

D1
180
× n1= 0,99.
.1450 =645,975 [vịng/phút]
400
D2

So sánh số vòng quay n2:
∆ n=

n2−n 1 645,975−644,444
=
=0,23 %
n2
644,444

⇒ đạt yêu cầu

3.Định khoảng cách trục A và chiều dài đai L:
a.
Chiều dài tối thiểu Lmin của đai:
Lmin =

Chọn :
b.

v
umax

=

13,84
= 2,78 [m]
5

umax =5

Khoảng cách trục A:

A=2. L−π ( D 2 + D 1 ) + √ ¿ ¿ ¿

=2.2780−π ( 400+ 180 ) + √ ¿ ¿ ¿ = 927,94[mm]
A ≥ 2 ( D1 + D2 ) =2 ( 180+ 400 )=1160

Chọn lại A= 2( D1 + D2 ) = 1160 [mm]
c.

Tính chiều dài của đai:

18


2

2

( D 1 + D2)
( 400−180 )
π

=2.1160+ π ( 180+ 400 ) +
= 3241,492[mm]
L=2. A+ ( D 1 + D 2 ) +
2
4.1160
2
4. A

tăng chiều dài đai thêm 100mm: L=3341,493 ¿mm]
d.

Kiểm nghiệm góc ơm trên bánh nhỏ:

Kiểm nghiệm lại điều kiện theo α 1 ≥ 150° (5-6) trang 86 tl TK CTM Nguyễn Trọng Hiệp 1998
α 1=180 °−

D 2−D1
400−180
.57 °=180 °−
.57 °=169,19° >150 ° , Chọn α 1=170 °
A
1160

4.Xác định tiết diện đai:
a.
Chiều dày của đai:
Dựa vào bảng 5-2 trang 86 tl TK CTM Nguyễn Trọng Hiệp 1998 để chọn [δ/D1]max:
Vì chọn vật liệu làm đai là vải cao su =>
δ
δ

≤
D1 D 1

[ ]

max

=> δ ≤

δ
D1

[ ]

=
max

1
40

1
.180=4,5 [mm]
40

Tra bảng 5-3 trang 87 (1), Ta lấy: δ =4,5[mm]
b.
Chiều rộng đai:
Theo công thức tính chiều rộng của đai:
b≥

1000. N
v .δ . [ σ p ] o .C t . Cα .C v .C b
b≥

1000.4
=36,77[mm]
13,84.4,5 .2,25 .0,8.0,97 .1 .1

Trong đó:
b :Chiều rộng của đai (mm)
[σ p ]0 :Ứng suất có ích cho phép của đai (N/mm2)
C t=0,8:Hệ số xét đến ảnh hưởng của chế độ tải trọng
C α =0,97 :Hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ơm
C v =1 :Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc
C b=1 :Hệ số xét đến sự bố trí bộ truyền

Ứng suất căng đầu: σ 0=1,8N/mm2

19


Ta lấy: [σ p ]0 =2,25 N /mm2
Ta lấy: b=40 [mm]
c.

Xác định chiều rộng đai B của bánh đai:

Tra bảng 5-10 trang 91
Ta lấy: B=50 [mm]
d.

Tính lực căng dây và lực tác dụng trên trục:

Lực căng: So =σ o δb=1,8.4,5.40=324 [N ]
Trong đó: So −¿Lực căng của dây đai [N]
Lực tác động lên trục: R=3 S o sin

α1
170 °
=3.324 .sin
≈ 968( N )
2
2

Trong đó: R−¿Lực tác động lên trục của đai [N]
Định các thơng số hình học bộ truyền
Thơng số

Ký
hiệu

Giá trị

Đơn vị

Loại đai: đai vải cao su
Đường kính bánh đai nhỏ

D1

180

mm

Đường kính bánh đai lớn

D2

400

mm

Chiều rộng đai

b

40

mm

Chiều dày đai

δ

4,5

mm

Chiều rộng bánh đai

B

50

mm

Chiều dài đai

L

3241,49

mm

Khoảng cách trục

A

1160

mm

Góc ơm bánh đai nhỏ

α1

170

°

Lực căng ban đầu

S0

324

N

Lực tác dụng lên trục

R

968

N

B.Thiết kế các bộ truyền trong hộp giảm tốc
1.Bộ truyền bánh răng cấp nhanh.

20