GIáo trình hướng dẫn làm đồ án chi tiết máy Đại học, cao đẳng

Hớng dẫn thiết kế đồ án chi tiết máy
Thiết kế hộp giảm tốc một cấp
I. Yêu cầu
Thiết kế một bộ phận máy phải thoả mãn những chỉ tiêu về độ bề, độ cứng, độ bền mòn. . .
Hay nói cách khác phải thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật, giá thành hạ, tính mỹ thuật cao. Muốn
thoả mãn các yêu cầu trên phải: lựa chọn vật liệu, kết cấu hợp lý, tính toán chính xác, chọn ph-
ơng pháp gia công cho năng suất và hiệu qủa cao.
II. Tài liệu tham khảo
1. Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí. Tập 1
2. Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí. Tập 2
3. Chi tiết máy (hai tập)
4. Đồ án Chi tiết máy Nguyễn Văn Quyết
III. Tiến hành thiết kế.
1. Nghiên cứu đề tài.
2. Xác định kết cấu chung
3. Tính toán thiết kế kết cấu những bộ truyền cơ bản (đai, bánh răng,
trục, lựa chọn ổ)
4. Viết thuyết minh
5. Vẽ một bản vẽ lắp hộp giảm tốc một cấp
IV. Nội dung thể hiện (4 phần)
Lời nói đầu.
Chơng 1. Phân tích các thông số ban đầu
Chơng 2. Tính toán thiết kế bộ truyền đai
Chơng 3. Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng
Chơng 4. Tính toán thiết kế trục
Chơng 5. Tính chọn ổ trục
Chơng 6. Tính vỏ hộp
Tài liệu tham khảo.
Mục lục.
1
Ch¬ng 1. Ph©n tÝch c¸c th«ng sè ban ®Çu

1.1. Chọn động cơ
Chọn động cơ được tiến hành theo các bước sau:
+ Tính công suất yêu cầu của động cơ
+ Xác định sơ bộ số vòng quay đồng bộ của động cơ
+ Dựa vào công suất cần thiết và số vòng quay đồng bộ, kết hợp với các yêu cầu khác
chọn động cơ phù hợp
- Công suất yêu cầu của động cơ:
η
t
yc
P
P
=
trong đó: P
yc
- công suất yêu cầu của động cơ, kW
P
t
- công suất tính toán trên trục máy công tác, kW
η - hiệu suất truyền động: η = η
1
.η
2
với η
1
, η
2
, η
3
hiệu suất các bộ truyền, và

các cặp ổ trong hệ dẫn động theo đề bài đã cho. Trị số hiệu suất của các bộ truyền và ổ xem
bảng 2.3 [1].
Công suất tính toán (kW) trên trục máy công tác tính theo công suất danh nghĩa hoặc công
suất tương đương khi tải trọng thay đổi ngắn hạn:

1000
v.F
P ; .PP
dndnt
=β=
trong đó, F là lực kéo (băng tải, xích tải hoặc lực căng cáp - N)
v - vận tốc (băng tải, xích tải, cáp kéo - m/s)
β - hệ số, tính tùy theo chế độ tải trọng
+ khi tải thay đổi ngắn hạn (ví dụ hệ dẫn động tời kéo):
với T
1
– momen xoắn lớn nhất trong các momen
xoắn tác dụng lâu dài trên trục;
T
i
- momen xoắn tác dụng trong thời gian t
i
- Số vòng quay đồng bộ của động cơ:
Với động cơ xoay chiều 3 pha không đồng bộ (50Hz), với cùng công suất có thể chọn các
loại động cơ có số vòng quay đồng bộ khác nhau: n
đb
= 3000, 1500, 1000, 750, 600 Chi tiết
xem các bảng P1.1 (động cơ điện K), P1.2 (DK), P1.3 (4A), P1.8 (MTKF), còn kích thước
động cơ xem các bảng P1.4, P1.5, P1.6, P1.7 và P1.9 [1]
Để xác định sơ bộ số vòng quay đồng bộ của động cơ cần biết số vòng quay của trục máy công

tác và tỷ số truyền sơ bộ của hệ thống dẫn động: n
sb
= n
lv
.u
t
2
v - vận tốc băng tải (m/s)
D - đường kính tang quay (mm)
z - số răng đĩa xích tải
p - bước xích tải (mm)
Các số liệu này cho trong đề.
Số vòng quay trục công tác xác định theo:
D.
v.60000
n
lv
π
=
(với trục công tác lắp tang quay)
p.z
v.60000
n
lv
=
(khi trục công tác lắp đĩa xích tải)
Tỷ số truyền sơ bộ của hệ dẫn động xác định theo công thức:
u.uu
21t
=

với u
1
, u
2
, là tỉ số truyền của từng bộ truyền tham gia vào hệ dẫn
động.
Tỷ số truyền nên dùng cho từng loại bộ truyền cho trong bảng 2.4 [1]
- Chọn động cơ:
Động cơ chọn cần đảm bảo các điều kiện:





≈
≤
≥
sbđb
qt
ycđc
nn
TT
PP
max
trong đó:
P
đc
- công suất của động cơ cho trong bảng tra. Ví dụ bảng P1.1 với động cơ điện K.
P
yc

- công suất yêu cầu của động cơ (đã tính)
T
qt
- mômen quá tải xuất hiện trên trục động cơ khi hệ thống làm việc (T
qt
= T
ct
.T
mm
/T
1
)
Chú ý: Để đảm bảo động cơ làm việc đảm bảo công suất ngay cả khi tải trọng là lớn nhất, nên
chọn P
đc
≥ 1,15P
dn
T
ct
= 9,55.10
6
.F.v

/ (1000.n
đc
.η) - mômen xoắn cần thiết; tỷ số T
mm
/ T
1
cho trong đề.

T
max
- mômen cực đại trên trục của động cơ (T
max
= T
dn
.T
k
/T
dn
)
T
dn
= 9,55.10
6
.P
đc
/ n
đc
- mômen xoắn danh nghĩa; tỷ số T
k
/ T
dn
cho trong bảng tra.
n
đb
và n
sb
- số vòng quay đồng bộ của đ/cơ (cho trong bảng) và số vòng quay sơ bộ đã tính.
1.2. Phân phối tỉ số truyền

Trên cơ sở số vòng quay thực của động cơ đã chọn và số vòng quay yêu cầu trên trục công tác
tính lại tỉ số truyền chung, phân phối cho bộ truyền ngoài hộp giảm tốc. Tỷ số truyền các bộ
truyền lấy tròn đến 2 số sau dấu thập phân.
* Tỷ số truyền chung của hệ dẫn động tính theo công thức:
lv
cđ
t
n
n
u
=
với n
đc
- số vòng quay thực của động cơ (xem phần kết quả chọn động cơ)
n
lv
- số vòng quay trục công tác (đã tính)
* Phân phối tỷ số truyền của hệ cho các bộ truyền:
3
u
t
= u
n
.u
h
với u
n
- tỉ số truyền của bộ truyền ngoài (đai hoặc xích).
u
h

- tỉ số truyền chung của hộp giảm tốc.
Có thể chọn trước u
n
(tham khảo bảng 2.4 [1] ), sau đó tính u
h
= u
t
/ u
n
hoặc chọn trước
u
h
sau đó tính u
n
= u
t
/ u
h
Chú ý: Nếu bộ truyền ngoài là bộ truyền đai thì ưu tiên chọn tỉ số truyền bộ truyền đai trước
theo dãy ở trang 49 [1].
1.3. Tính các thông số trên các trục
- Tính toán các thông số công suất, số vòng quay, mômen xoắn trên các trục của hệ dẫn
động. Số vòng quay tính từ trục động cơ theo số vòng quay động cơ và các tỷ số truyền đã
chọn. Công suất tính theo công suất yêu cầu trên trục công tác.
- Công suất trên các trục được tính từ trục công tác (trục làm việc), không tính hệ số β.
P
lv
= F.v / 1000 (kW)
P
2

= P
lv
/ η
23
với η
23
là hiệu suất tính từ trục 2 của HGT đến trục công tác
η
23
= η
k
.η
o

η
o
- hiệu suất của 1 cặp ổ; η
k
- hiệu suất của khớp
P
1
= P
2
/ η
12
với η
12
là hiệu suất tính từ trục 1 đến trục 2 của HGT
η
12

= η
bt
.η
o
với η
bt
- hiệu suất của bộ truyền
P
đc
= P
1
/ η
01
với η
01
là hiệu suất tính từ trục động cơ đến trục 1 của HGT
η
01
= η
x
.η
o
với sơ đồ hệ dẫn động sử dụng bộ truyền xích
η
01
= η
đ
.η
o
với sơ đồ hệ dẫn động sử dụng bộ truyền đai

Chú ý: P
đc
ở đây là công suất thực được sử dụng trên trục động cơ, không phải công suất
của động cơ đã chọn.
* Số vòng quay trên các trục được tính từ trục động cơ, theo số vòng quay động cơ đã
chọn.
* n
đc
- Số vòng quay thực của động cơ đã chọn ở mục 1.1.
* n
1
= n
đc
/n
x
với sơ đồ hệ dẫn động sử dụng bộ truyền xích hoặc
n
1
= n
đc
/ u
đ
với sơ đồ hệ dẫn động sử dụng bộ truyền đai
* n
2
= n
1
/ u
1
trong đó u

1
là TST của HGT
* n
lv
= n
2

Lưu ý: Số vòng quay trên trục làm việc phải xấp xỉ số vòng quay đã tính ở bước chọn động
cơ
* Mô men xoắn trên các trục tính theo công thức:
T
i
= 9,55.10
6
.P
i
/ n
i
(Nmm)
trong đó P
i
, n
i
là công suất và số vòng quay trên các trục.
4
1.4. Lp bng kt qu tớnh toỏn
T s truyn cỏc b truyn, cụng sut, s vũng quay v mụ men xon trờn cỏc trc. Bng kt qu
tham kho ti liu [1] (tp 1, mc 3.3) . Ton b bng phi c th hin trờn cựng 1 trang
giy (bt buc)
Chơng 2. Tính toán thiết kế bộ truyền đai

Thông số đầu vào: P
1(đai)
= P
đc
; n
1(đai)
= n
đc


Chỳ ý: P
c
õy l cụng sut thc c s dng trờn trc ng c ó tớnh trang 4, khụng
phi cụng sut ca ng c ó chn.
Tính toán thiết kế bộ truyền đai nh đã học
Chơng 3. Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng
Thông số đầu vào: P
1(BR)
= P
1
; n
1(BR)
= n
1

Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng nh đã học
Chơng 4. Tính toán thiết kế trục
4.1. Chn vt liu: Vi HGT ti trng khụng ln: thộp 45 hoc thộp 40X.
4.2. Tớnh thit k trc v bn:
4.2.1. Ti trng tỏc dng lờn trc

* Ti trng tỏc dng lờn trc gm mụmen xon v cỏc lc truyn t cỏc chi tit truyn
ng lp trờn trc (lc n khp trong b truyn bỏnh rng - F
t
, F
r
, F
a
; lc hng tõm trong b
truyn ai, xớch - F
r,
F
rx
v lc do sai s trong khp ni - F
rk
).
* Cỏc thnh phn lc ny ó c tớnh trong cỏc b truyn v la chn khp. Chỳng c
phõn tớch thnh cỏc thnh phn nm trong 2 mt phng: mt phng ngang v mt phng ng.
Cỏc lc thnh phn ny cn c th hin trờn s t lc chung.
* S t lc chung cn th hin trờn cựng 1 trang giy (bt buc).
4.2.2. Tớnh s b ng kớnh trc
* ng kớnh trc s b (mm) c chn theo kinh nghim hoc tớnh qua mụmen xon
trờn trc. Mụmen xon ly trong bng kt qu phn tớnh toỏn ng hc.
5
3
].[2,0
τ
i
i
T
d

≥
với Ti - mômen xoắn trên trục i (Nmm); [t] - ứng xuất xoắn cho phép (chọn trong khoảng
12 20 MPa)
* Đường kính trục tính được lấy tròn về 0 hoặc 5 (hoặc 12, 17) và dựa theo nó để xác định
một số kích thước chiều dài trục.
4.2.3. Định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt tải
* Lưu ý rằng các trục không đứng riêng rẽ mà được lắp trong HGT nên khoảng cách giữa
các gối đỡ và điểm đặt tải phải được xác định trên cơ sở tổng thể.
* Các kích thước này phụ thuộc sơ đồ động của hộp giảm tốc (tham khảo các hình 10.6
đến 10.11 tùy theo đề thiết kế - vẽ hoặc chụp sơ đồ tương ứng đưa vào thuyết minh), chiều dài
moayơ các chi tiết quay, chiều rộng ổ, các khe hở cần thiết và các yếu tố khác. Xem bảng 10.4
để xác định các kích thước này.
* Chiều dài moayơ các chi tiết quay, chiều rộng ổ tính hoặc chọn theo đường kính trục
sơ bộ đã tính ở bước trước.
4.2.4. Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục
* Các kích thước này có thể chọn từ kết quả tính sơ bộ, không yêu cầu bước tính chính
xác.
* Trên cơ sở đường kính trục sơ bộ và khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt tải đã
tính, dựa trên các lưu ý về kết cấu trục (xem phần III, mục 12 "Kết cấu trục" trong tập 2 [1]) để
xác định kích thước hợp lý.
* Chiều dài các đoạn trục có thể được điều chỉnh lại khi thể hiện bản vẽ lắp hộp giảm tốc.
* Các kích thước này được thể hiện bằng sơ đồ kết cấu trục vẽ ngay phía dưới sơ đồ đặt
tải trên các trục, các biểu đồ mômen uốn và xoắn trên cùng một trang giấy. Trên sơ đồ kết cấu
cần thể hiện các chi tiết lắp trên trục (dạng giản lược), kích thước đường kính kèm kiểu lắp.
4.2.5. Vẽ biểu đồ mômen và kết cấu trục
* Với tải trọng và khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt tải vẽ các biểu đồ mômen uốn
trong mặt phẳng ngang và mặt phẳng đứng, cũng như biểu đồ mômen xoắn để phục vụ việc tính
kiểm nghiệm.
* Yêu cầu vẽ sơ đồ tính, các biểu đồ mômen và kết cấu của tất cả các trục trong hộp giảm
tốc, mỗi trục trên 1 trang riêng. Trên sơ đồ tính cần thể hiện phản lực theo đúng chiều của

chúng. Trên các biểu đồ mômen cần ghi giá trị mômen tại các vị trí cần thiết.
* Sơ đồ kết cấu trục cần thể hiện các chi tiết lắp trên trục dưới dạng giản lược, kích thước
đường kính kèm kiểu lắp.
* Lưu ý: cần kiểm tra điều kiện liền trục của các chi tiết lắp và thể hiện trên sơ đồ kết cấu.
Ví dụ khi bánh răng liền trục thì không vẽ then
6
Ví dụ: Trục vào của HGT BR côn
Sơ đồ tính, biểu đồ mômen và kết cấu trục
4.2.6. Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi
* Kết cấu trục vừa thiết kế được kiểm nghiệm độ bền mỏi theo hệ số an toàn
trong đó [s] - hệ số an toàn cho phép 1,5 2,5
(khi cần tăng độ cứng lấy cao hơn: 2,3 3,0)
s
sj
và s
tj
- hệ số an toàn thành phần, xét riêng ứng suất pháp và tiếp
tại tiết diện nguy hiểm j của trục. Tiết diện nguy hiểm là tiết diện
có mômen lớn hoặc tiết diện bé hoặc có hệ số tập trung ứng suất lớn.
k
s
mjajdj
j
σψσ
σ
σσ
σ
+
=
−

1
k
s
mjajdj
j
τψτ
τ
ττ
τ
+
=
−
1
7
s
ss
ss
s
jj
jj
j
][
.
22
≥
+
=
τσ
τσ
Các hệ số tham khảo mục 10.3, tài liệu tham khảo [1].

4.2.7. Chọn then
* Thường sử dụng then bằng (bảng 9.1.a) hoặc then bằng cao (bảng 9.1.b) khi cần tăng độ
bền dập. Trường hợp tải lớn có thể dùng then hoa.
* Kích thước chiều rộng và chiều cao then chọn theo đường kính trục. Chiều dài then lấy
theo chiều dài moayơ: l = (0,8 0,9)l
m
.
* Mối ghép then đã chọn cần kiểm nghiệm bền
* Khi không đảm bảo điều kiện bền:
+ thay then bằng thường = then bằng cao để tăng độ bền dập
+ tăng chiều dài moayơ để tăng chiều dài then
+ sử dụng 2 then đặt cách nhau 180
0
(mỗi then sẽ chịu 0,75T)
+ tăng đường kính các đoạn trục
+ sử dụng then hoa (xem mục 9.2) [1]
Điều kiện bền dập của rãnh then trên moayơ và điều kiện bền cắt của then:
thdl
T
dd
][
)(
2
1
σσ
≤
−
=
dlb
T

cc
][
2
ττ
≤=
với T - mômen xoắn trên trục tại tiết diện lắp then (Nmm)
d - đường kính đoạn trục lắp then (mm)
l, b, h, t
1
- các kích thước mối ghép then
[s
d
] - ứng suất dập cho phép của vật liệu moayơ (bảng 9.5)
[t
c
] - ứng suất cắt cho phép của vật liệu then = 60 90 MPa với thép 45, tải trọng tĩnh; khi
tải trọng va đập nhẹ lấy giảm 1/3; khi tải trọng va đập lấy giảm 2/3.
CHƯƠNG 5. TÍNH CHỌN Ổ TRỤC
5.1. Chọn loại ổ lăn:
* Ổ dùng đỡ trục, tiếp nhận tải trọng và truyền đến bệ máy.
* Ổ lăn được chọn trên cơ sở tải tác dụng, số vòng quay của ổ, tuổi thọ cần thiết và các
yêu cầu về kết cấu.
* Có thể chọn loại ổ theo các gợi ý sau:
a) Khi tỷ số Fa/Fr < 0,3 - dùng ổ bi đỡ 1 dãy do giá thành hạ, nhưng khi có yêu cầu cao
về độ cứng ổ (như ổ đỡ trục lắp bánh răng côn, trục lắp bánh vít) vẫn nên dùng ổ đũa côn.
b) Khi Fa/Fr ≥ 0,3 - dùng ổ bi đỡ chặn hoặc ổ đũa côn
8
c) Việc chọn loại ổ liên quan đến việc cố định các vòng ổ theo phương dọc trục. Tùy khả
năng cố định này phân ra ổ cố định và ổ tùy động. Ổ tùy động cho phép trục di chuyển theo
phương dọc trục để bù lại sai số (trong HGT phân đôi) hoặc giản nở nhiệt (trong HGT trục vít).

* Ổ lăn được chọn và kiểm nghiệm theo khả năng tải động và k/n tải tĩnh.
Ổ bi đỡ 1 dãy
Ổ đũa côn
5.2. Chọn kích thước ổ
* Kích thước ổ có thể chọn trước theo đường kính trục đã tính và chọn ở phần tính trục
(phần kết cấu trục).
Chọn ổ lăn theo các bảng phụ lục từ trang 254 đến trang 264 [1].
9
*S b cú th chn c trung, sau ú tớnh kim nghim theo kh nng ti ng, nu tha
bn gim xung c nh hn, nu khụng bn cú th chn mt trong cỏc phng ỏn sau:
+ chn c nng hn
+ thay bi bng a
+ gim thi hn lm vic tớnh toỏn bng cỏch tng s ln thay :
l
ht
= l
h
/ z vi lh l thi hn lm vic ó cho, z l s ln thay .
+ tng ng kớnh ngừng trc (thay i li kt cu trc)
*Cui cựng cn tớnh kim nghim theo kh nng ti tnh.
5.3. Kim nghim theo kh nng ti ng
* Kh nng ti ng tớnh theo cụng thc:
m
t
LQC
=
vi Q l ti trng quy c (KN); L
= 60.n.L
h
/ 10

6
- tui th ln (triu vũng quay); m - h s (m = 3 vi ln, m = 10/3 vi
a).
* Ti trng quy c ca ln xỏc nh tựy theo loi ó chn v ti trng tỏc dng lờn
(xem cỏc cụng thc 11.3, 11.4, 11.5 v 11.6 [1]). Ti trng hng tõm F
r
l tng vộct cỏc
phn lc ti gi , cũn ti trng dc trc tỏc ng lờn F
a
tớnh toỏn tựy theo s lp: <>
(ch O), >< (ch X) hay <>= hoc ><= ( kộp lp trc vớt chng hn).
Núi chung ti trng dc trc tỏc ng lờn khụng phi l ngoi lc dc tỏc dng lờn trc
m cũn tớnh n phn lc dc trc t cỏc gi do lc hng tõm sinh ra (xem chi tit mc 11.3
[1])
* Kh nng ti ng tớnh toỏn khụng c ln hn giỏ tr cho trong bng tra. Nu khụng
m bo thc hin mt trong cỏc phng ỏn ó trỡnh by.
5.4. Kim nghim theo kh nng ti tnh
* Kh nng ti tnh xỏc nh t giỏ tr ln hn trong cỏc giỏ tr sau:
Qt = Xo.Fr + Yo.Fa
Qt = Fr
* Kh nng ti tnh tớnh toỏn khụng c ln hn giỏ tr Co cho trong bng tra ng vi
ó chn.
* Kh nng ti tnh c dựng lm ch tiờu chn ln khi khụng quay hoc quay vi
tc rt thp (n < 1 v/ph). Khi quay nhanh vic kim nghim nhm phũng b bin dng
d.
Chơng 6. Tính vỏ hộp
Quan hệ các kích thớc của các phần tử cấu tạo vỏ hộp đúc bằng gang.
+ Chiều dày thân hộp : 7,5 = 0,025A + 1 10
+ Chiều dày thành nắp ổ
1

:
1
=
10
+ Chiều dày mặt bích dới thân hộp b: b = 1,5
+ Chiều dày mặt bích trên dới thân hộp b
1
: b
1
= 1,5
1
+ Chiều dày mặt đế p: p = 2,355
+ Chiều dày gân thân hộp m: m = (0,85 ữ 1)
+ Chiều dày gân nắp hộp m
1
: m
1
= (0,85 ữ 1)
1
+ Đờng kính bulông nền: d
n
= 0,036A +12 (mm)
+ Đờng kính bulông cạnh ổ: d
1
= 0,7d
n
12 (mm)
+ Đờng kính bulông ghép các nắp và thân d
2
: d

2
= (0,5ữ 0,6)d
n
+ Đờng kính bulông ghép nắp ổ d
3
: d
3
= (0,4ữ 0,5)d
n
+ Đờng kính bulông ghép nắp cửa thăm d
4
: d
4
= (0,3ữ 0,4)d
n
+ Khoảng cách C
1
từ mặt ngoài của vỏ đến tâm bulông: C
1
= 1,2d
i
+ (5ữ8)
+ Chiều rộng mặt bích K, không kể chiều dày thân và nắp: K = C
1
+ C
2
; C
2
= 1,3d
+ Chiều cao h đế lắp bulông d

1
chọn theo cấu tạo sao cho có thể lắp đợc đầu bulông và đai
ốc vào.
+ Khoảng cách từ mép lỗ nắp ổ đến tâm bulông d
1
: l = (0,1 ữ 0,2)d
1
+ Chiều rộng mặt bích chỗ nắp ổ l
1
: l
1
= k + (2ữ3) mm
+ Các khe hở nhỏ nhất của bánh răng và thành trong của ổ: a = 1,2.
+ Đặt lực lên trục. Chiéu lên mặt phẳng toạ độ. Chọn hệ trục quy chiếu Oxyz:
+ Xác định phản lực liên kết.
+ Vẽ biểu đồ nội lực M
x
; M
y
; M
z
+ Xác định đờng kính tại những mặt cắt đặc biệt.
Chú ý:
Tại các mặt cắt có lắp then đờng kích tăng lên 4%, sau đó quy chuẩn và hạ kết cấu.
11