BÀI TẬP LỚN CHI TIẾT MÁY BÁCH KHOA HCM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

THUYẾT MINH BÀI TẬP LỚN
CHI TIẾT MÁY

ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG THÙNG TRỘN

GVHD: Thầy THÂN TRỌNG KHÁNH ĐẠT
SINH VIÊN THỰC HIỆN: VÕ PHÚC TƯỜNG

MÃ SỐ SINH VIÊN: 2112625

TP.HCM, 04/2023

1

MỤC LỤC

Số liệu thiết kế:..........................................................................................................................6
I. Tính chọn động cơ điện: ....................................................................................................... 6

1. Chọn hiệu suất các bộ truyền: ......................................................................................... 6
2. Phân phối tỉ số truyền: ..................................................................................................... 7
3. Bảng đặc tính kỹ thuật hệ thống truyền động: .............................................................. 7
II. Thiết kế bộ truyền đai:........................................................................................................8
1. Chọn dạng đai và vật liệu đai:.........................................................................................8
2. Tính đường kính bánh đai nhỏ: ...................................................................................... 8
3. Chọn hệ số trượt và tính đường kính bánh đai lớn:......................................................8

4. Tính khoảng cách trục và chiều dài dây đai: ................................................................. 8
5. Vận tốc đai và số vòng chạy trong một giây: ................................................................. 9
6. Tính tốn góc ơm đai:.......................................................................................................9
7. Tính tốn số đai: ............................................................................................................... 9
8. Chiều rộng bánh đai và đường kính ngồi bánh đai: ................................................... 9
9. Lực tác dụng trên đai và trục:.......................................................................................10
10. Ứng suất trong đai:.......................................................................................................10
11. Tuổi thọ đai: .................................................................................................................. 10
III. Thiết kế bộ truyền trục vít – bánh vít:...........................................................................11
1. Chọn vật liệu bánh vít, trục vít: .................................................................................... 11
2. Ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép: .............................................................. 11
3. Số mối ren, tỉ số truyền và hệ số đường kính:..............................................................11
4. Hiệu suất sơ bộ của bộ truyền: ...................................................................................... 12
5. Khoảng cách trục và môđun: ........................................................................................ 12
6. Các kính thước chính của bộ truyền: ........................................................................... 13
7. Kiểm nghiệm vận tốc trượt, hệ số tải trọng và hiệu suất:...........................................13
8. Tính chính xác ứng suất cho phép: ............................................................................... 13
9. Số răng tương đương, kiểm nghiệm độ bền uốn: ........................................................ 14
10. Tính tốn nhiệt: ............................................................................................................ 14
11. Độ bền và độ cứng trục vít:.......................................................................................... 14
12. Dầu bơi trơn: ................................................................................................................. 15
IV. Thiết kế trục: .................................................................................................................... 16
1. Thiết kế trục của trục vít: .............................................................................................. 16

2

a. Chọn vật liệu chế tạo trục:.........................................................................................16
b. Phân tích lực tác dụng lên trục: ................................................................................ 16
c. Thiết kế sơ bộ kết cấu trục: ....................................................................................... 16
d. Vẽ biểu đồ mômen uốn và xoắn: ............................................................................... 16

e. Thiết kế mối ghép then:..............................................................................................20
f. Kiểm nghiệm trục: ...................................................................................................... 21
g. Bản vẽ kết cấu trục vít: .............................................................................................. 23
2. Thiết kế trục bánh vít: ................................................................................................... 24
a. Chọn vật liệu chế tạo trục:.........................................................................................24
b. Phân tích lực tác dụng lên trục: ................................................................................ 24
c. Thiết kế sơ bộ kết cấu trục: ....................................................................................... 24
d. Vẽ biểu đồ mômen uốn và xoắn: ............................................................................... 25
e. Thiết kế mối ghép then:..............................................................................................29
f. Kiểm nghiệm trục: ...................................................................................................... 30
g. Bản vẽ kết cấu trục bánh vít:.....................................................................................31
V. Tính chọn ổ lăn trên 2 trục hộp giảm tốc: ....................................................................... 32
1. Tính chọn ổ lăn trên trục vít: ........................................................................................ 32
a. Lực hướng tâm tác dụng lên ổ: ................................................................................. 32
b. Lực dọc trục tác dụng lên ổ:......................................................................................32
c. Xác định các hệ số: ..................................................................................................... 32
d. Tải trọng quy ước tác dụng lên ổ:.............................................................................33
e. Tuổi thọ ổ lăn: ............................................................................................................. 33
2. Tính chọn ổ lăn trên trục bánh vít:...............................................................................33
a. Lực hướng tâm tác dụng lên ổ: ................................................................................. 33
b. Lực dọc trục tác dụng lên ổ:......................................................................................34
c. Xác định các hệ số: ..................................................................................................... 34
d. Tải trọng quy ước tác dụng lên ổ:.............................................................................34
e. Tuổi thọ ổ lăn: ............................................................................................................. 34
VI. Tính chọn nối trục đàn hồi:.............................................................................................36

3

MỤC LỤC BẢNG

Bảng I.1: Thông số kỹ thuật động cơ điện 3K160S2 ............................................................. 6
Bảng I.2: Bảng đặc tính kỹ thuật hệ thống truyền động thùng trộn ................................... 7
Bảng III.1: Các kích thước chính của bộ truyền trục vít - bánh vít .................................. 13

4

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình IV.1: Các lực tác dụng lên trục vít .............................................................................. 16
Hình IV.2: Các lực tác dụng lên trục vít trên mặt phẳng Oyz ........................................... 17
Hình IV.3: Biểu đồ MATLAB mơmen trục vít trong mặt phẳng thẳng đứng..................18
Hình IV.4: Các lực tác dụng lên trục vít trên mặt phẳng Oxz ........................................... 19
Hình IV.5: Biểu đồ MATLAB mơmen trục vít trong mặt phẳng ngang...........................19
Hình IV.6: Biểu đồ mơmen xoắn trục vít ............................................................................. 20
Hình IV.7: Biểu đồ MATLAB mơmen xoắn trục vít...........................................................20
Hình IV.8: Bản vẽ kết cấu trục vít ........................................................................................ 23
Hình IV.9: Các lực tác dụng lên trục bánh vít.....................................................................25
Hình IV.10: Các lực tác dụng lên trục bánh vít trên mặt phẳng Oyz ............................... 26
Hình IV.11: Biểu đồ MATLAB mơmen trục bánh vít trong mặt phẳng thẳng đứng ...... 26
Hình IV.12: Các lực tác dụng lên trục bánh vít trong mặt phẳng Oxz ............................. 27
Hình IV.13: Biểu đồ MATLAB mơmen trục bánh vít trong mặt phẳng ngang ............... 27
Hình IV.14: Biểu đồ mơmen xoắn trục bánh vít..................................................................28
Hình IV.15: Biểu đồ MATLAB mơmen xoắn trục bánh vít ............................................... 28
Hình IV.16: Bản vẽ kết cấu trục bánh vít ............................................................................ 31

5

Tính chọn động cơ điện

Số liệu thiết kế:

Phương án 10:
- Công suất trên trục thùng trộn P: 6 kW
- Số vòng quay trên trục thùng trộn n: 21 vòng/phút
- Thời gian phục vụ L: 5 năm
- Quay một chiều, làm việc 2 ca, tải va đập nhẹ (1 năm làm việc 300 ngày, 1 ca làm việc

8 giờ).
I. Tính chọn động cơ điện:

1. Chọn hiệu suất các bộ truyền:
- Hiệu suất bộ truyền đai thang 0,94 ÷ 0,96 ta chọn η1 = 0,95
- Hiệu suất hộp giảm tốc trục vít – bánh vít một cấp 0,70 ÷ 0,80 chọn η2 = 0,75
- Hiệu suất 2 cặp ổ lăn trên hộp giảm tốc: η3 = 0,99252 = 0,985
- Hiệu suất khớp nối trục đàn hồi η4 = 0,98
→ Hiệu suất chung của hệ thống: ηch = η1η2η3η4 = 0,95.0,75.0,985.0,98 ≈ 0,6878
- Công suất trên thùng trộn 6 kW → Công suất động cơ điện = 6 ≈ 8,72 kW

0,6878

- Chọn số vòng quay sơ bộ: 3000 vòng/phút
→ Chọn động cơ điện 3 pha 3K160S2 với cơng suất 11kW, có số vịng quay ndc = 2940
vòng/phút.

Bảng I.1: Thông số kỹ thuật động cơ điện 3K160S2

THÔNG SỐ KỸ THUẬT

Tên 3K160S2

Công suất 11 kW

Tốc độ 2940 vòng/phút

Điện áp 220/380 V

Dòng điện 35,3/20,4 A

Tần số 50 Hz

Hiệu suất 0,89

Hệ số công suất 0,94

Tỉ số momen cực đại 3

Tỉ số momen khởi động 2,6

Tỉ số dòng điện khởi động 7

Chế độ làm việc S1

Tổng chiều dài 575 mm

Khối lượng 107 kg

6

Tính chọn động cơ điện

2. Phân phối tỉ số truyền:

Chọn tỉ số truyền các bộ truyền:

- Tỉ số truyền bộ truyền đai thang 2 ÷ 5 ta chọn u1 = 5
- Tỉ số truyền hộp giảm tốc trục vít – bánh vít một cấp 8 ÷ 63 chọn u2 = 28

→ Tỉ số truyền chung của hệ thống truyền động: uch = u1u2 = 5.28 = 140

Ta có: uch = 𝑛𝑑𝑐 <=> 140 = 2940 => ntt = 21 vòng/phút
𝑛𝑡𝑡 𝑛𝑡𝑡

Vậy với tỉ số truyền chung hệ thống uch = 140 thì tốc độ thùng trộn là 21 vịng/phút.

3. Bảng đặc tính kỹ thuật hệ thống truyền động:

Bảng I.2: Bảng đặc tính kỹ thuật hệ thống truyền động thùng trộn

Động cơ I II Tải
8,72 6
P (kW) 2940 8,284 6,12 21
n (vòng/phút) 5 1
28,32 588 21 2728,37
u
T (Nm) 28

134,54 2782,85

7

Thiết kế bộ truyền đai

II. Thiết kế bộ truyền đai:
Thông số đầu vào:
- Công suất truyền: P1 = 8,72 kW
- Số vòng quay bánh đai nhỏ: n1 = 2940 vòng/phút
1. Chọn dạng đai và vật liệu đai:
Ta có P1 = 8,72 kW và n1 = 2940 vịng/phút
→ Chọn đai thang loại B: bp = 14 mm, bo = 17 mm, h = 10,5 mm, yo = 4 mm, A = 138

mm2, d1 = 125 ÷ 280 mm.
2. Tính đường kính bánh đai nhỏ:
Đường kính bánh đai nhỏ d1 ≈ 1,2.d1min = 1,2.125 = 150 mm, theo tiêu chuẩn ta chọn

đường kính là 160 mm.
Tính v1: 𝑣1 = 𝜋𝑑1𝑛1 60000 = 𝜋.160.2940 60000 = 24,63 𝑚𝑠 < 25 𝑚𝑠 (phù hợp)
→ Đường kính bánh đai dẫn d1 = 160 mm.
3. Chọn hệ số trượt và tính đường kính bánh đai lớn:
Chọn hệ số trượt tương đối là ξ = 0,01. Đường kính bánh đai lớn:
d2 = ud1(1 – ξ) = 5.160.(1 – 0,01) = 792 mm
Theo tiêu chuẩn ta chọn d2 = 800 mm.
Tính lại tỉ số truyền: 𝑢 = 𝑑2 = 800 = 5,05

𝑑1(1−𝜉) 160(1−0,01)

Sai lệch so với giá trị chọn trước 1%

→ Đường kính bánh đai bị dẫn d2 = 800 mm.

4. Tính khoảng cách trục và chiều dài dây đai:

Chọn sơ bộ khoảng cách trục a: với đường kính d2 = 800 mm và tỉ số truyền u = 5 ta
chọn a = 0,9d2 = 0,9.800 = 720 mm

Tính chiều dài dây đai theo khoảng cách trục sơ bộ:

𝐿 = 2𝑎 + 𝜋(𝑑1+𝑑2) + (𝑑2−𝑑1)2 = 2.720 + 𝜋(160+800) + (800−160)2 = 3090,2 𝑚𝑚
2 4𝑎 2 4.720

→ Chọn chiều dài đai L = 3250 mm để nối dây đai.

Tính lại chính xác khoảng cách trục a theo chiều dài dây đai L:

𝑘 + √𝑘2 − 8Δ2 1742 + √17422 − 8. 3202
𝑎 = 4 = 4 = 807,6 𝑚𝑚

Với 𝑘 = 𝐿 − 𝜋(𝑑1+𝑑2) = 3250 − 𝜋(160+800) = 1742; Δ = 𝑑2−𝑑1 = 800−160 = 320
2 2 2 2

Kiểm nghiệm điều kiện:

2(𝑑1+𝑑2) ≥ 𝑎 ≥ 0,7(𝑑1 + 𝑑2)
⇔ 2(160 + 800) ≥ 𝑎 ≥ 0,7(160 + 800)

⇔ 1920 ≥ 𝑎 = 807,6 ≥ 672 → Khoảng cách trục phù hợp

→ Khoảng cách trục a = 807,6 mm và chiều dài dây đai L = 3250 mm.

8

Thiết kế bộ truyền đai

5. Vận tốc đai và số vòng chạy trong một giây:

Vận tốc đai v1 = 24,63 m/s, số vòng chạy của đai trong một giây:
𝑖 = 𝑣 = 24,63 = 7,58 𝑠−1 < [𝑖] = 10 𝑠−1

𝐿 3,25

→ Số vòng chạy của đai phù hợp.

6. Tính tốn góc ơm đai:

Tính góc ôm đai:

𝛼1 = 𝜋 − 𝑑2 − 𝑑1 = 𝜋 − 800 − 160 = 2,35 𝑟𝑎𝑑 = 134,65𝑜
𝑎 807,6

→ Góc ơm đai 𝛼1 = 134,65𝑜.

7. Tính tốn số đai:

Tính tốn các hệ số sử dụng:

- Hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ơm đai:

− 𝛼1 −134,65
𝐶𝛼 = 1,24 (1 − 𝑒 110) = 1,24 (1 − 𝑒 110 ) = 0,875

- Hệ số xét đến ảnh hưởng của tỉ số truyền u:
u = 5 → 𝐶𝑢 = 1,14

- Hệ số xét đến ảnh hưởng của chiều dài dây đai L:

6 𝐿 6 3250
𝐶𝐿 = √ = √ = 1,064
𝐿0 2240

- Hệ số xét đến sự ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng giữa các dây đai:
Chọn sơ bộ 𝐶𝑧 = 1

- Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc:
𝐶𝑣 = 1 − 0,05(0,01𝑣2 − 1) = 1 − 0,05(0,01. 24,632 − 1) = 0,75

- Hệ số xét đến ảnh hưởng của chế độ tải trọng:
Tải va đập nhẹ, làm việc hai ca → 𝐶𝑟 = 0,6

Với đai loại B, d1 = 160 mm, v1 = 24,63 m/s, ta chọn [𝑃0] = 4,88 𝑘𝑊
Số dây đai được xác định theo công thức:

𝑧 ≥ 𝑃1 = 𝑃1 = 8,72 = 3,74
[𝑃] [𝑃0]𝐶𝛼𝐶𝑢𝐶𝐿𝐶𝑧𝐶𝑣𝐶𝑟 4,88.0,875.1,14.1,064.1.0,75.0,6

→ Số dây đai z = 4 đai.

8. Chiều rộng bánh đai và đường kính ngồi bánh đai:

Với dạng đai thang B:

- Chiều rộng bánh đai: B1 = B2 = 2f + (z – 1)e = 2.12,5 + 3.19 = 82 mm
- Đường kính ngồi bánh đai dẫn: dn1 = d1 + 2b = 160 + 2.4,2 = 168,4 mm

- Đường kính ngồi bánh đai bị dẫn: dn2 = d2 + 2b = 800 + 2.4,2 = 808,4 mm
→ Chiều rộng 2 bánh đai là 82 mm, đường kính ngồi bánh đai dẫn 168,4 mm, đường
kính ngồi bánh đai bị dẫn 808,4 mm.

9

Thiết kế bộ truyền đai

9. Lực tác dụng trên đai và trục:

Lực căng đai ban đầu, chọn ứng suất ban đầu cho phép [𝜎0] = 0,8 𝑀𝑃𝑎:

𝐹0 = 𝑧𝐴1[𝜎0] = 4.138.0,8 = 441,6 𝑁

Lực vòng có ích:

𝐹𝑡 = 1000𝑃1 = 1000.8,72 = 354,04 𝑁
𝑣1 24,63

Lực trên nhánh căng:

𝐹1 = 𝐹0 + 𝐹𝑡 = 441,6 + 354,04 = 616,62 𝑁
2 2

Lực trên nhánh chùng:

𝐹2 = 𝐹0 − 𝐹𝑡 = 441,6 − 354,04 = 264,58 𝑁
2 2

Lực căng phụ:

𝐹𝑣 = 𝜌𝐴𝑣2 = 1100.138. 10−6. 24,632 = 92 𝑁

Lực tác dụng lên trục:

𝐹𝑟 ≈ 2𝐹0 sin (𝛼1) = 2.441,6. 𝑠𝑖𝑛 (134,65) = 814,93 𝑁
2 2

10. Ứng suất trong đai:

Ứng suất uốn:

𝜎𝐹1 = 𝜀𝐸 = 2𝛾0 𝐸 = 2.4 . 100 = 5 𝑀𝑃𝑎
𝑑1 160

Ứng suất lớn nhất trong đai:

616,62 92
𝜎𝑚𝑎𝑥 = 𝜎1 + 𝜎𝑣 + 𝜎𝐹1 = 4.138 + 4.138 + 5 = 6,28 𝑀𝑃𝑎

→ Ứng suất lớn nhất trong đai là 6,28 MPa.

11. Tuổi thọ đai:

Tuổi thọ đai được xác định theo công thức:

( 𝜎 𝜎 𝑟 )𝑚 . 107 ( 9 8 ) . 107
𝐿ℎ = 𝑚𝑎𝑥 = 6,28 = 3260,33 𝑔𝑖ờ
2.3600. 𝑖 2.3600.7,58

→ Tuổi thọ đai là 3260,32 giờ ≈ 203,77 ngày làm việc.

Như vậy, trong khoảng thời gian phục vụ 5 năm, cần thay thế dây đai 7 ÷ 8 lần. Nguyên
nhân lớn nhất ảnh hưởng đến tuổi thọ đai là do vận tốc vịng trên phút lớn n1 = 2940 vịng/phút,
cơng suất lớn P1 = 8,6 kW. Do đó cần thay thế định kỳ dây đai mỗi 200 ngày làm việc để đảm
bảo an toàn cho con người và thiết bị.

10

Thiết kế bộ truyền trục vít – bánh vít

III. Thiết kế bộ truyền trục vít – bánh vít:

Thơng số đầu vào:

- Công suất truyền: P1 = 8,284 kW
- Tỉ số truyền: u = 28
- Số vịng quay trục vít: n1 = 588 vịng/phút
- Số vịng quay bánh vít: n2 = 21 vịng/phút

1. Chọn vật liệu bánh vít, trục vít:

Dự đốn vận tốc trượt vs:

𝑣𝑠 ≈ (37 ÷ 46)𝑛1 3 (37 ÷ 46). 588 3√2825,34 = 3,07 ÷ 3,82 𝑚/𝑠
5 √𝑇2 =
10 105

Với 𝑇2 = 𝑇1𝑢𝜂 = 134,54.28.0,75 = 2825,34 𝑁𝑚

Vậy vs ≈ 3,445 m/s, ta chọn cấp chính xác 8.

→ Vì vs < 5 m/s, ta chọn vật liệu bánh vít nhóm 2 là đồng thanh khơng thiếc
BcuAl10Fe4Ni4 đúc trong khuôn kim loại với 𝜎𝑏 = 600 𝑀𝑝𝑎, 𝜎𝑐ℎ = 400 𝑀𝑃𝑎.

→ Chọn vật liệu cho trục vít là thép C45 được thường hố để đạt độ rắn > 45 HRC, sau
đó được mài và đánh bóng ren vít để tăng khả năng tải.

2. Ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép:

Với vật liệu bánh vít nhóm 2, ứng suất tiếp xúc cho phép bánh vít [𝜎𝐻] được xác định
theo cơng thức:

[𝜎𝐻] = (276 ÷ 300) − 25𝑣𝑠 = (276 ÷ 300) − 25.3,445 = 189,88 ÷ 213,88 ≈ 201,9 MPa
Ứng suất uốn cho phép của bánh vít [𝜎𝐹]:

9 106 9 106
[𝜎𝐹] = (0,25𝜎𝑐ℎ + 0,08𝜎𝑏) √ = (0,25.400 + 0,08.600) √ 6 = 101,3 𝑀𝑃𝑎
𝑁𝐹𝐸 30,24. 10

Với 𝑁𝐹𝐸 = 60 ∑ (𝑇2𝑖)9 𝑛𝑖𝑡𝑖 = 60.5.300.16.21 = 30,24. 106 chu kỳ

𝑇2

→ Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh vít [𝜎𝐻] = 201,9 MPa, ứng suất uốn cho phép
của bánh vít [𝜎𝐹] = 101,3 𝑀𝑃𝑎.

3. Số mối ren, tỉ số truyền và hệ số đường kính:

Vì u = 28 nên số mối ren trục vít z1 = 2 ren.

Số răng bánh vít z2 = uz1 = 28.2 = 56 răng.

Tỉ số truyền u = 28 đã là giá trị tiêu chuẩn dãy 2.

Hệ số đường kính q ≈ 0,26z2 = 0,26.56 = 14,56 → Chọn q = 14.

→ Số mối ren trục vít z1 = 2 ren, số răng bánh vít z2 = 56 răng, tỉ số truyền u = 28, hệ
số đường kính q = 14.

11

Thiết kế bộ truyền trục vít – bánh vít

4. Hiệu suất sơ bộ của bộ truyền:

Hiệu suất của bộ truyền có thể được xác định theo tỉ số truyền u:

𝑢 28
𝜂 ≈ 0,9 (1 − 200) = 0,9 (1 − 200) = 0,774

→ Hiệu suất của bộ truyền là 0,774.

5. Khoảng cách trục và mơđun:

Tải trọng tính:

- Hệ số tải trọng động: Vận tốc trượt vs = 3,445 m/s, cấp chính xác 8 → 𝐾𝑣 = 1,25
- Hệ số tập trung tải trọng: Tải trọng tĩnh → 𝐾𝛽 = 1

→ Hệ số tải trọng tính: 𝐾𝐻 = 𝐾𝑣𝐾𝛽 = 1,25.1 = 1,25

Tính khoảng cách trục 𝛼𝑤 sơ bộ theo độ bền tiếp xúc cho phép:

𝑞 3 5400 2 𝑇2𝐾𝐻 14 3 5400 2 2825,34.1,25
𝛼𝑤 = (1 + ) √( ) 𝑞 = (1 + ) √( ) = 270 𝑚𝑚
𝑧2 [𝜎𝐻] (𝑧2) 56 202,1 (14 56)

Tính mơđun m theo khoảng cách trục 𝛼𝑤:

𝑚 = 2𝛼𝑤 = 2.270 = 7,71
𝑧2 + 𝑞 56 + 14

Ta chọn m = 8 theo tiêu chuẩn. Tiến hành tính lại chính xác khoảng cách trục 𝛼𝑤:

𝛼𝑤 = 𝑚(𝑧2 + 𝑞) = 8. (56 + 14) = 280 𝑚𝑚
2 2

→ Môđun m = 8; khoảng cách trục 𝛼𝑤 = 280 𝑚𝑚

12

Thiết kế bộ truyền trục vít – bánh vít
6. Các kính thước chính của bộ truyền:
Bảng III.1: Các kích thước chính của bộ truyền trục vít - bánh vít

Thơng số hình học Công thức

Đường kính vịng chia Trục vít
Đường kính vịng đỉnh

Đường kính vịng đáy 𝑑1 = 𝑚𝑞 = 8.14 = 112 𝑚𝑚

Góc xoắn ốc vít γ 𝑑𝑎1 = 𝑑1 + 2𝑚 = 112 + 2.8 = 128 𝑚𝑚
Chiều dài phần cắt ren trục vít
𝑑𝑓1 = 𝑑1– 2,4𝑚 = 112 − 2,4.8 = 92,8 𝑚𝑚
Đường kính vịng chia
Đường kính vịng đỉnh 𝛾 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛 𝑧1 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛 2 = 8,13°
Đường kính vịng đáy 𝑞 14

Khoảng cách trục 𝑏1 ≥ (𝐶1 + 𝐶2𝑧2)𝑚 = (11 + 0,06.56). 8 = 114,88 𝑚𝑚
Đường kính lớn nhất bánh vít
Bánh vít
Chiều rộng bánh vít b2
𝑑2 = 𝑚𝑧2 = 8.56 = 448 𝑚𝑚
𝑑𝑎2 = 𝑚(𝑧2 + 2) = 8. (56 + 2) = 464 𝑚𝑚
𝑑𝑓2 = 𝑚(𝑧2 − 2,4) = 8. (56 − 2,4) = 428,8 𝑚𝑚

𝑎𝑤 = 0,5𝑚(𝑞 + 𝑧2) = 0,5.8. (14 + 56) = 280 𝑚𝑚

6𝑚 6.8
𝑑𝑎𝑀2 ≤ 𝑑𝑎2 + 𝑧1 + 2 = 464 + 2 + 2 = 476 𝑚𝑚

𝑏2 ≤ 0,75𝑑𝑎1 = 0,75.128 = 96 𝑚𝑚

7. Kiểm nghiệm vận tốc trượt, hệ số tải trọng và hiệu suất:

Vận tốc trượt vs được xác định theo công thức:

𝑚𝑛1 2 2 8.588 2
𝑣𝑠 = √𝑧1 + 𝑞 = √2 + 14 = 3,48 𝑚/𝑠2

19100 19100

Hệ số tải trọng tính: 𝐾𝑣 = 1,25; 𝐾𝛽 = 1

Hiệu suất η được tính theo cơng thức:

tan 𝛾 tan 8,13°
𝜂 = (0,9 ÷ 0,95) tan(𝛾 + 𝜌′) = (0,9 ÷ 0,95) tan(8,13° + 1,5°) = 0,76 ÷ 0,8

Vì 𝑣𝑠 = 3,48 𝑚/𝑠 → 𝜌′ = 1°19′ ÷ 1°43′ lấy 𝜌′ = 1°30′ = 1,5°

8. Tính chính xác ứng suất cho phép:

Ứng suất cho phép [𝜎𝐻] được xác định bằng công thức:
[𝜎𝐻] = (276 ÷ 300) − 25𝑣𝑠 = (276 ÷ 300) − 25.3,48 = 189 ÷ 213 ≈ 201 MPa

Sai lệch 0,45% so với giá trị ban đầu

→ Phù hợp với giá trị đã chọn.

13

Thiết kế bộ truyền trục vít – bánh vít

9. Số răng tương đương, kiểm nghiệm độ bền uốn:

Xác định số răng tương đương bánh vít:
𝑧𝑣2 = 𝑐𝑜𝑠3 𝑧2 𝛾 = 𝑐𝑜𝑠356 (8,13°) = 57,72

Chọn hệ số 𝑌𝐹2 = 1,4
Kiểm nghiệm độ bền uốn của bánh vít theo cơng thức:

𝜎𝐹 = 𝑧2𝑞𝑚3 1500𝑇2𝑌𝐹𝐾𝐹𝐾𝑣 = 56.14. 83 1500.2825,34.1,4.1,4.1,4 = 28,97 𝑀𝑃𝑎
𝜎𝐹 = 28,97 𝑀𝑃𝑎 ≤ [𝜎𝐹] = 101,3 𝑀𝑃𝑎

→ Độ bền uốn phù hợp.

10. Tính tốn nhiệt:

Do vận tốc ma sát khi làm việc lớn, trong bộ truyền trục vít bánh vít sinh ra rất nhiều

nhiệt làm dầu nóng lên. Công thức xác định nhiệt độ dầu bôi trơn khi làm việc:

𝑡1 = 𝑡0 + 1000𝑃1(1 − 𝜂) 𝐾 = 30 + 𝑇𝐴(1 + 𝜓) 15.20. 0,281,7 8284. (1 − 0,774) . (1 + 0,3) = 71,22℃ ≤ [𝑡𝑚𝑎𝑥] = 95℃

Trong đó:

- Hệ số toả nhiệt 𝐾𝑇 = 15 𝑊/(𝑚2. ℃)

- Diện tích bề mặt thoát nhiệt: 𝐴 = 1,7 = 20. 0,281,7 = 2,297

20𝑎𝑤

- Hệ số thốt nhiệt qua bệ máy: Thơng thường là 𝜓 = 0,3

→ Nhiệt độ dầu khi làm việc phù hợp.

11. Độ bền và độ cứng trục vít:

Để tính tốn độ bền trục vít, trước tiên ta phân tích lực tác dụng:

- Lực vịng trục vít và lực dọc trục bánh vít:

𝐹𝑡1 = 𝐹𝑎2 = 2𝑇1. 103 2.134,54. 103
= = 2401,96 𝑁
𝑑1 112

- Lực dọc trục trục vít và lực vịng bánh vít:

𝐹𝑎1 = 𝐹𝑡2 = 2𝑇2. 103 2.2825,34. 103
= = 12613,125 𝑁
𝑑2 448

- Lực hướng tâm trục vít và bánh vít:

𝐹𝑟1 = 𝐹𝑟2 = 𝐹𝑡2𝑡𝑎𝑛𝛼 = 12613,125. tan(20°) = 4590,8 𝑁

Kiểm nghiệm độ bền trục vít:

- Chọn sơ bộ khoảng cách giữa hai ổ trục: 𝑙 = 𝑑2 = 448 𝑚𝑚
- Tính tổng momen uốn tương đương trên trục vít:

14

Thiết kế bộ truyền trục vít – bánh vít

𝑀𝐹 = 10−3√(𝐹𝑡1𝑙 2 ) + (𝐹𝑟1𝑙 + 𝐹𝑎1𝑑1 2 )
4 4 4

= 10−3√(2401,96.448 2 ) + (4590,8.448 + 12613,125.112 2 )
4 4 4

= 908,1 𝑁𝑚

- Tính momen tương đương:

𝑀𝑡𝑑 = √𝑀𝐹2 + 0,75𝑇12 = √908,12 + 0,75. 134,542 = 915,54 𝑁𝑚

- Tiến hành kiểm tra độ bền trục vít theo ứng suất uốn:

32𝑀𝑡𝑑. 103 32.915,54. 103
𝜎𝐹 = 3= 3 = 11,69 𝑀𝑃𝑎 ≤ [𝜎𝐹] = 60 𝑀𝑃𝑎
𝜋𝑑𝑓1 𝜋. 92,8

→ Ứng suất uốn nằm trong giới hạn cho phép.

Kiểm nghiệm độ cứng trục vít:

- Tính momen quán tính tương đương của mặt cắt trục vít:

(0,375 + 0,625𝑑𝑎1 4 (0,375 + 0,625.128 92,8 ) 𝜋. 92,84
𝑑𝑓1 ) 𝜋𝑑𝑓1
𝐽𝑒 = 64 = 64 = 4503557,5 𝑚𝑚4

- Tính độ võng trục vít:

𝑙3√𝐹𝑟12+𝐹𝑡12 4483√4590,82 + 2401,962
𝑦 = 48𝐸𝐽𝑒 = 48.2,1. 105. 4503557,5 = 0,01 𝑚𝑚
Trong đó: Mơđun đàn hồi trục vít E = 2,1.105 MPa vì làm bằng thép

𝑦 = 0,01 𝑚𝑚 ≤ [𝑦] = (0,01 ÷ 0,005)𝑚 = (0,01 ÷ 0,005). 8 = 0,08 ÷ 0,04 𝑚𝑚

→ Độ võng nằm trong giới hạn cho phép.

12. Dầu bơi trơn:

Tính hệ số 𝜒𝑡𝑣 theo cơng thức:

𝜒𝑡𝑣 = 10−3𝜎𝐻2 10−3. 2012
= = 11,6
𝑣𝑠 3,48

→ Chọn dầu có độ nhớt động là 20cSt (10-6 m2/s) khi t = 100oC.

Khi nhiệt độ t0 = 40oC, dầu bơi trơn có độ nhớt:
100 3

𝑣40 = 𝑣100 ( 40 ) = 20.15,625 = 312,5 cSt
→ Chọn dầu bôi trơn ISO VG 320.

15

Thiết kế trục

IV. Thiết kế trục:
1. Thiết kế trục của trục vít:
a. Chọn vật liệu chế tạo trục:
Chọn vật liệu chế tạo trục là thép C45, giới hạn bền 𝜎𝑏 = 736 𝑀𝑃𝑎, giới hạn chảy

𝜎𝑐ℎ = 490 𝑀𝑃𝑎
→ Ứng suất uốn cho phép [𝜎𝐹] = 48 𝑀𝑃𝑎, ứng suất xoắn cho phép [𝜏] = 22 𝑀𝑃𝑎
b. Phân tích lực tác dụng lên trục:
Lực vịng trục vít: 𝐹𝑡1 = 2401,96 𝑁
Lực dọc trục vít: 𝐹𝑎1 = 12613,125 𝑁
Lực hướng tâm trục vít: 𝐹𝑟1 = 4590,8 𝑁
c. Thiết kế sơ bộ kết cấu trục:
Tính sơ bộ đường kính trục vít:

3 16𝑇 3 16.134,54
𝑑 = 10 √ = 10 √ = 31,46 𝑚𝑚
𝜋[𝜏] 𝜋. 22

→ Chọn đường kính nhỏ nhất là 𝑑 = 55 𝑚𝑚 để đảm bảo độ bền.
Khoảng cách giữa hai ổ lăn trục vít:

𝑙 = (0,9 ÷ 1)𝑑𝑎𝑀2 = (0,9 ÷ 1). 476 = 428,4 ÷ 476 mm
→ Chọn 𝑙 = 450 𝑚𝑚
Khoảng cách từ bánh đai bị dẫn đến ổ lăn → Chọn 𝑓 = 120 𝑚𝑚
d. Vẽ biểu đồ mômen uốn và xoắn:

Hình IV.1: Các lực tác dụng lên trục vít

16

Thiết kế trục

Trong mặt phẳng Oyz, phương trình cân bằng mômen:

∑ 𝑀𝑥 = 0

⇔ −𝐹𝑟1. 0,225 − 𝑀𝑎1 + 𝑅𝑦𝐵. 0,45 = 0

⇔ −4590,8.0,225 − 706,335 + 𝑅𝑦𝐵. 0,45 = 0

⇔ 𝑅𝑦𝐵 = 3865,03 𝑁

Trong đó:

𝑀𝑎1 = 𝐹𝑎1 𝑑1 = 12613,125. 112 = 706,335 𝑁𝑚
2000 2000

Phương trình cân bằng lực theo trục y:

𝑅𝑦𝐴 + 𝑅𝑦𝐵 − 𝐹𝑟1 = 0

⇔ 𝑅𝑦𝐴 = 𝐹𝑟1 − 𝑅𝑦𝐵 = 4590,8 − 3865,03 = 725,77 𝑁

Hình IV.2: Các lực tác dụng lên trục vít trên mặt phẳng Oyz

17

Thiết kế trục
Hình IV.3: Biểu đồ MATLAB mơmen trục vít trong mặt phẳng thẳng đứng

Trong mặt phẳng Oxz, phương trình cân bằng mơmen:
∑ 𝑀𝑧 = 0

⇔ 𝐹𝑟. 0,12 + 𝐹𝑡1. 0,225 + 𝑅𝑥𝐵. 0,450 = 0
⇔ 814,93.0,12 + 2401,96.0,225 + 𝑅𝑥𝐵. 0,450 = 0

⇔ 𝑅𝑥𝐵 = −1418,29 𝑁
Phương trình cân bằng lực theo trục x:

𝑅𝑥𝐴 + 𝑅𝑥𝐵 + 𝐹𝑡1 − 𝐹𝑟 = 0
⇔ 𝑅𝑥𝐴 = −2401,96 + 1418,29 + 814,93 = −168,74 𝑁

18

Thiết kế trục

Hình IV.4: Các lực tác dụng lên trục vít trên mặt phẳng Oxz

Hình IV.5: Biểu đồ MATLAB mơmen trục vít trong mặt phẳng ngang

19