thuyết minh đồ án chi tiết máy hộp khai triển

Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay khoa học kỹ thuật đang phát triển như vũ bão, mang lại những
lợi ích cho con người về tất cả nhữnh lĩnh vực tinh thần và vật chất. Để nâng cao
đời sống nhân dân, để hoà nhập vào sự phát triển chung của các nước trong khu
vực cũng như trên thế giới. Đảng và Nhà nước ta đã đề ra những mục tiêu trong
những năm tới là nước công nghiệp hoá hiện đại hoá.
Nhằm thực hiện mục tiêu đó, chúng em là sinh viên trường Đại Học Kỹ
Thuật Công Nghiệp - Thái Nguyên nói riêng và những sinh viên của các trường
kỹ thuật nói chung trong cả nước luôn cố gắng phấn đấu trong học tập và rèn
luyện, trau dồi những kiến thức đã được dạy trong trường để sau khi ra trường có
thể đóng góp một phần trí tuệ và sức lực của mình vào công cuộc đổi mới của đất
nước trong thế kỷ mới.
Qua đồ án này em đã tổng hợp được nhiều kiến thức chuyên môn, giúp em
hiểu rõ hơn những công việc của một kỹ sư tương lai. Song với những hiểu biết
còn hạn chế cùng với kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên đồ án của em không
tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy trong bộ
môn và các Thầy Cô giáo trong khoa để đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm chỉ bảo của các Thầy
Cô trong khoa và bộ môn Kỹ Thuật Cơ Khí trường Đại Học Kỹ Thuật Công
Nghiệp và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Th.S Nguyễn Đình
Ngọc
Ngày 07 tháng 01 năm 2014
Sinh viên thực hiện
Hứa Văn Vũ

Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 1
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] . Trịnh Chất, Lê Văn Uyển:
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ , tập 1
Nhà xuất bản Giáo dục , 1999
[2] . Trịnh Chất, Lê Văn Uyển:
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ , và tập 2
Nhà xuất bản Giáo dục , 1999
[3] . Nguyễn Bá Dương, Nguyễn Văn Lẫm , Hoàng Văn Ngọc , Lê Đắc
Phong :
TẬP BẢN VẼ CHI TIẾT MÁY
Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp , 1978
[4] . Nguyễn Trọng Hiệp:
CHI TIẾT MÁY, tập 1 và tập 2
Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội 1999
Quy ước ký hiệu trong tập thuyết mình thiết kế:
Bảng 10.8 [1] – đọc là: Bảng 10.8, tài liệu 1.
P12.2[1] – đọc là: Bảng Phụ lục 12.2, tài liệu 1.
Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 2
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
Phần 1
TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ
1.1 Chọn động cơ điện
1.1.1. Chọn kiểu loại động cơ điện
Trong công nghiệp thường sử dụng nhiều loại động cơ song chúng ta cần
chọn loại động cơ sao cho phù hợp nhất vừa đảm bảo yếu tố kinh tế và vừa đảm
bảo yếu tố kỹ thuật. Dưới đây là 1 vài loại động cơ thường gặp.
+ Động cơ điện một chiều: Loại động cơ này có ưu điểm là có thể thay
đổi tỷ số của mômen và vận tốc góc trong phạm vi rộng, đảm bảo khởi động êm,
hãm và đảo chiều dễ dàng. Nhưng chúng lại có nhược điểm là giá thành đắt, khó
kiếm và phải tăng thêm vốn đầu tư để đặt thiết bị chỉnh lưu, do đó được dùng

trong các thiết bị vận chuyển bằng điện, thang máy, máy trục, các thiết bị thí
nghiệm…
+ Động cơ điện xoay chiều:bao gồm 2 loại đồng bộ và không đồng bộ.
- Động cơ ba pha đồng bộ có ưu điểm hiệu suất cao, hệ số tải lớn nhưng
có nhược điểm; thiết bị tương đối phức tạp, giá thành cao vì phải có thiết bị để
khởi động động cơ. Do đó chúng được dùng cho các trường hợp cần công suất
lớn (>100KW) và khi cần đảm bảo chặt chẽ trị số không đổi của vận tốc góc.
- Động cơ ba pha không đồng bộ: gồm 2 kiểu rô to dây cuốn với rôto lồng
sóc.
- Động cơ ba pha không đồng bộ rôto lồng sóc có ưu điểm là kết cấu đơn
giản, giá thành hạ, dễ bảo quản, song hiệu quả thấp (cosϕ thấp) so với động cơ
ba pha đồng bộ, không điều chỉnh vận tốc.
Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 3
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
Từ những ưu nhược điểm trên cùng với điều kiện hộp giảm tốc của ta em
đã chọn “Động cơ ba pha không đồng bộ rô to lồng sóc”.
1.1.2. Chọn công suất động cơ
Công suất động cơ được chọn theo điều kiện nhiệt độ, khi động cơ làm
việc nhiệt sinh ra không quá mức cho phép. Muốn vậy:
dc
lv
dc
dm
PP
≥
Trong đó:
dc
lv
P

: Công suất làm việc trên trục động cơ.

dc
dm
P
: công suất định mức động cơ.
∑
=
η
ct
dtr
dc
lv
P
P
Trong đó:
ct
dtr
P
: công suất đẳng trị trên trục công tác
∑
η
: hiệu suất chung của trạm dẫn động.
Do tải trọng không đổi công suất tính toán là công suất làm việc trên trục
máy công tác nên:
ct
lv
ct
dtr
PP

=
Với:
5,12
1000
5,2.5000
1000
.
===
VF
P
t
ct
lv
(Kw)
Công suất cần thiết trên trục động cơ:
∑
=
η
ct
lv
dc
lv
P
P
mà hiệu suất chung của trạm dẫn động:
Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 4
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
4
0

22

lbrk
ηηηη
=
∑
Trong đó:
η
br:
: Hiệu suất của 1 cặp bánh răng.
η
0l:
: Hiệu suất của 1 cặp ổ lăn
η
k:
: Hiệu suất của nối trục đàn hồi.
Tra hiệu suất trong bảng “ trị số hiệu suất của các loại bộ truyền và ổ:
trong sách” tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí” PGS. TS Trịnh Chất Lê Văn
Uyển. ta được.
Bánh răng
η
br
Ổ lăn
η
0l
Nối trục đàn hồi
η
η
0,97 0,99 1
⇒ η

∑
= 1. 0,97
2
. 0,99
4
= 0,9
⇒
9,13
9,0
5,12
===
∑
η
ct
lv
dc
lv
p
P
(KW)
Vậy theo điều kịên trên động cơ phải có công suất:
9,13
≥
dc
dm
P
(KW)
1.1.3. Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ η
db
Khi số vòng quay đồng bộ của động cơ càng tăng thì khuôn khổ, khối

lượng và giá thành động cơ càng giảm (vì số đôi cực giảm) trong khi đó hiệu
suất và hệ số công suất (cosϕ) càng tăng. Vì vậy người sử dụng muốn dùng
động cơ có số vòng quay cao.
Tuy nhiên dùng động cơ với số vòng quá cao lại yêu cầu giảm tốc nhiều
hơn, tức là phải sử dụng hệ thống dẫn động với tỷ số truyền lớn hơn. Do đó kích
thước, khối lượng bộ truyền lớn, giá thành cácbộ truyền tăng. Vì vây khi thiết kế
phải phối hợp cả hai yếu tố trên, đồng thời căn cứ vào sơ đồ hệ thống dẫn động
Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 5
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
cần thiết để chọn số vòng quay thích hợp cho động cơ. Theo tiêu chuẩn có các
số vòng quay: 3000v/ph; 1500v/ph; 1000v/ph; 750v/p; 600v/ph; 500v/ph
+ Chọn n
db
phải thoả mãn điều kiện:
ct
db
sb
n
n
u
=
∈ u
nd
Trong đó:
n
ct
: Số vòng quay trên trục công tác
n
db

: Số vòng quay đồng bộ của động cơ
u
nd
: tỷ số truyền nên dùng.
+ Số vòng quay của trục công tác

)(112
25,31.42
5,2.10.60
.
.10.60
3
ph
v
tZ
v
n
ct
===

+ Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ:
)/(1500
2
50.60.60
phv
p
f
n
db
===

Vì kể đến sự trượt nên
db
n 1460(v / ph)
=
mà p là số đôi cực tra bảng 1.1 ta có 2p=4 ⇒p=2
⇒ tỷ số truyền sơ bộ của hệ thống xác định.

04,13
112
1460
===
ct
db
sb
n
n
u

Mà hộp giảm tốc 2 cấp có tỷ số truyền trong khoảng (8÷40)
Vậy u
nd
= (8÷40)

⇒
Số vòng quay đồng bộ của động cơ trong khoảng n
db
=(971,8÷4859)
Vậy ta chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ :
n
db

= 1500v/ph ( Vì u
sb
=13,04 ∈u
nd
(8÷40))
Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 6
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
1.1.4. Chọn động cơ
Căn cứ vào công suất đẳng trị
dbdc
dc
ct
dc
dm
nnPp ≈≥ ;
Theo bảng P1.3.[1] các thông số kỹ thuật của động cơ 4A ta chọn được
động cơ 4A160S4Y3
Bảng thông số kỹ thuật của động cơ điện 4A160S4Y3
Kýhiệu
Công suất
P(KW)
Vận tốc
quay
N(v/ph)
Cosϕ η%
T
max
/T
dn

T
k
/T
dn
4A160S4Y3 15,0 1460 0,88 89 2,2 1,4
1.1.5. Kiểm tra điều kiện mở máy, điều kiện quá tải cho động cơ
a) Kiểm tra điều kiện mở máy cho động cơ
Khi khởi động, động cơ cần sinh ra một công suất mở máy đủ lớn để
thắng sức ỳ của hệ thống. Kiểm tra điều kiện mở máy cho động cơ theo
công thức.
dc dc
mm bd
P P
≥
Trong đó: +
dc
mm
P
: là công suất mở máy của động cơ
dc dc
k
mm bd
dn
T
P = .P =1,4.15 = 21(Kw)
T
dc dc
bd bd lv
P = K .P = 1,4.13,9 =19,46(Kw)
Vậy thoả mãn điều kiện mở máy

b) Kiểm tra điều kiện quá tải cho động cơ
Với sơ đồ tải không đổi thì không cần kiểm tra quá tải cho động cơ vì
trong quá trình làm việc tải không lớn hơn được công suất cho phép.
1.2. Phân phối tỷ số truyền
1.2.1. Tỷ số truyền chung của toàn hệ thống
Tỷ số truyền chung của toàn hệ thống xác đinh theo công thức:
Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 7
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD

04,13
112
1460
====
∑
ct
dc
h
n
n
uu

Trong đó:
n
dc
: số vòng quay của động cơ n
dc
= 1460 v/ph
n
ct

: là số vòng quay của trục công tác n
ct
= 112 v/ph
Với hệ dẫn động gồm các bộ truyền mắc nối tiếp
u
∑
= u
1.
u
2
.u
3
Với u
1
,u
2
.u
3
là tỷ số truyền các bộ truyền trong hệ thống.
1.2.2. Tỷ số truyền của các bộ truyền ngoài hộp
Hệ dẫn động bao gồm động cơ nối với khớp nối rồi nối với hộp giảm tốc. Ký
hiệu là
h
u
là tỷ số truyền của hộp giảm tốc (HGT);
ng
u
là tỷ số truyền của bộ
truyền ngoài hộp.
Trong đó:

ngh
uuu .
=
∑
Mà
1
=
ng
u
. Do đó:
04,13===
∑
∑
u
u
u
u
ng
h
1.2.3. Tỷ số truyền của các bộ truyền trong hộp
Vớí hộp giảm tốc 2 cấp bánh răng trụ hai cấp khai triển, tỉ số truyền của
hộp có thể phân theo chỉ tiêu tiết diện ngang của hộp nhỏ nhất ( cũng chính là để
bôi trơn HGT). Khi này tỉ số truyền cấp chậm được xác định theo công thức
(1.20) [3]:
3
1
2
2
.
.96,0

h
ba
ba
uu
ψ
ψ
=
Trong đó:
1ba
ψ
;
2ba
ψ
- là hệ số chiều rộng bánh răng cấp nhanh và
cấp chậm.
Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 8
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
Trong thực tế,thường
;3,12,1
1
2
÷=
ba
ba
ψ
ψ
nếu chọn
3,1
1

2
=
ba
ba
ψ
ψ
thì ta có
công thức sau [2]:

2
u
=
3 3
h
1,3 1,3.13,04
u = = 2,6
0,96 0,96

Vậy
⇒
h
1
2
u 13,04
u = = = 5,02
u 2,6

1.3. Tính toán các thông số đặc trưng trên trục
1.3.1. Công suất trên các trục
P

i
= P
i-1
.η
i-1
→
I
Trong đó: P
i
: công suất trên trục thứ i.
.η
i
: hiệu suất ổ trên trục i.
P
i-1
: công suất trên trục thứ (i-1).
.η
i-1
: hiệu suất bộ truyền từ trục thứ (i-1) tới trục i.
+ Công suất danh nghĩa trên trục động cơ:
ct
dc
lv
dc lv
P 12.5
P P 13,9
0,9
∑
= = = =
η

(Kw)
+ Công suất trên trục I:
dc
I lv k ol
P = P .η .η =13,9.1.0,99 =13,761
(Kw)
+ Công suất trên trục II:

II I br ol
P = P .η .η =13,761.0,97.0,99 =13,21
(Kw)
+ Công suất trên trục III:

III II br ol
P = P .η .η =13,21.0,97.0,99 =12,69
(Kw)
+ Công suất trên trục IV(trục công tác):

IV III k ol
P P . . 12,69.1.0,99 12,56= η η = =
(Kw)
Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 9
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
1.3.2. Tính toán số vòng quay trên các trục
Tốc độ quay của trục thứ i: n
1
=
ii
i

u
n
,1
1
−
−
Trong đó: n
i
: tốc độ vòng trên trục i.
n
i-1
: tốc độ vòng trên truc (i-1)
u
i-1,i
: tỷ số truyền từ trục (i-1) tới truc i.
Tốc độ trên trục động cơ: n
dc
=1460 (v/ph)
Tốc độ trên trục I :
1460
1
1460
1
===
k
dc
u
n
n
(v/ph)

Tốc độ trên trục II :
84,290
02,5
1460
1
===
u
n
n
I
I
(v/ph)
Tốc độ trên trục III :
86,111
6,2
84,290
2
===
u
n
n
II
III
(v/ph)
Tốc độ trên trục IV :
86,111
1
86,111
3
===

u
n
n
III
IV
(v/ph)
1.3.3. Tính mômen xoắn trên các trục
Ta AD công thức: T
i
= 9,55. 10
6
.
i
i
n
P

Trục động cơ: T
dc
= 9,55. 10
6
.
23.90921
1460
9,13
=
(Nmm)
Trục I: T
I
= 9,55. 10

6
.
48,90005
1460
76,13
=
(Nmm)
Trục II: T
II
= 9,55. 10
6
.
55,433762
84,290
21,13
=
(Nmm)
Trục III: T
III
= 9,55. 10
6
.
36.1083403
86,111
69,12
=
(Nmm)
Trục IV (trục công tác) : T
IV
= 9,55. 10

6
.
67,1072304
86,111
56,12
=
(Nmm)
Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 10
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
1.3.4. Bảng thông số
Các kết quả tính ở trên là số liệu đầu vào cho các phần tính toán sau này,
ta lập bảng thống kê các kết quả đã tính toán như trong bảng sau đây.
Bảng: Các kết quả tính toán động lực học các trục
Thông số trục
Tỷ số
truyền
Công suất
P(KW)
Số vòng quay
n(v/ph)
Mômen xoắn
T (Nmm)
Động cơ
1
13,9 1460 90921,23
Trục I 13,76 1460 90005,48
5,02
Trục II 13,21 290,84 433762,55
2,6

Trục III 12,69 111,86 1083403,36
1
Trục IV 12,56 111,86 1072304,67

Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 11
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
Phần 2
THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG
2.1. Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng cấp nhanh
2.1.1. Chọn vật liệu
Chọn vật liệu thích hợp là 1 bước quan trọng trong việc tính toán thiết kế
chi tiết máy nói chung và truyền động bánh răng nói riêng. Chọn vật liệu nào là
phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể, tải trọng lớn hay nhỏ, khả năng công nghệ và thiết
bị chế tạo, vật tư cung cấp, yêu cầu kích thước nhỏ gọn hay không…
Đây là hộp giảm tốc công suất trung bình nên ta chọn vật liệu là thép
nhóm I có độ rắn HB<350 để chế tạo bánh răng đây cũng là nhóm vật liệu
thường được sử dụng trong thực tế. Để tăng khả năng chạy mòn của răng ta
nhiệt luyện bánh lớn đạt độ rắn thấp hơn bánh nhỏ. Cụ thể là thép 45 tôi cải
thiện.
Tra bảng 6.1.[1] ta chọn
Loại bánh răng Vật liệu Nhiệt luyện Độ rắn HB
Giới hạn bền
σ
b
(Mpa)
Giới hạn chảy
σ
ch
(Mpa)

Bánh lớn Thép 45 Thường hóa 170-217 600 340
Bánh nhỏ Thép 45 Tôi cải thiện 192-240 750 450
Vì theo kinh nghiệm ta chọn HB của bánh nhỏ thường cao hơn bánh lớn
từ 10÷15 đơn vị.
H
1
≥ H
2
+(10÷15)HB
⇒ Chọn độ rắn HB bánh nhỏ: HB
1
= 220
Chọn độ rắn HB bánh lớn: HB
2
= 210
Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 12
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
2.1.2. Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép, ứng suất uốn cho phép với bộ
truyền cấp nhanh
+ Ứng suất cho phép được xác định theo công thức 6.1 và 6.2
[σ
H
]=
HLxHvR
H
H
KKZZ
S

0
min








σ
[σ
F
]=
FLFCxFR
F
F
KKKYY
S

s
0
min









σ
Trong đó:
Z
R
: hệ số xét đến độ nhẵn của mặt răng làm việc
Z
V
: hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc vòng.
K
xH
: hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng
Y
R
: Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng.
Y
s
: hệ số xét đến độ nhạy của vật liệu đối với tập trung ứng suất
K
xF
: hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn
Trong bước tính thiết kế sơ bộ lấy:
+ Z
R
.Z
V
. K
xH
=1
+ Y

R
.Y
s
. K
xF
=1
Do đó:
[σ
H
]=








H
HL
H
S
K
.
0
min
σ
[σ
F
]=









F
FL
FCF
S
K
K
0
min
σ
Trong đó:
0
minH
σ
và
0
minF
σ
là ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng xuất uốn
cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở.

0
minH

σ
= 2HB+ 70 (Mpa)
0
minF
σ
=1,8.HB (Mpa)
Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 13
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
S
H
: hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc S
H
= 1,1
S
F
: hệ số an toàn khi tính về uốn S
F
= 1,75.
K
FC
: hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải do bộ truyền quay 1 chiều và tải
trọng đặt 1 phía nên lấy K
FC
=1
K
HL
; K
FL
: hệ số tuổi thọ xét đến ảnh hưởng của thời hạn phục vụ và chế độ

tải trọng của bộ truyền.
+ Với bánh nhỏ:
Theo bảng 6.2 .[1] ta có:
)(51070220.2702
1
0
lim
1
MPaHB
H
=+=+=
σ
S
H1
: hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc S
H1
= 1,1
H
HO1
m
HL1
HE1
N
K
N
=
⇒ m
H
: bậc của đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc m
H

=6
(Vì HB
1
= 210 ≤ 350)
Theo công thức 6.5[1]. Ta có: N
HO1
=30.
4,2
HB
H
⇒ N
HO1
= 30. 220
2,4
= 12558439,82
N
HE1
; N
FE1
: số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương.
Vì bộ truyền chịu tải tĩnh nên.
N
HE1
= N
FE1
= N= 60.c.n.t
∑
6
Trong đó:
C: số lần ăn khớp trong 1 vòng quay ⇒ C=1

N: Số vòng quay trong một phút n
1
= 1460 (v/ph)
t
∑
: tổng số giờ làm việc
t
∑
= 7.
3
2
.365.24.
3
2
= 27253,3 (giờ)
⇒ N
HE1
= N
FE1
= 60.1.1460.27253,3 = 23,87.10
8
Ta thấy: N
HE1
> N
HO1
; N
HE1
= 2387392000>12558439,82 = N
HO1
⇒ K

HL1
= 1
Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 14
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
[σ
H1
] =
1
1lim
.
1
H
HLH
s
K
σ
=
1,1
1.510
= 463,64 (MPa)
Theo bảng 6.2.[1]
σ
ο
lim
1
F
= 1,8 . 220 = 396 (MPa)
S
F1

: Hệ số an toàn khi tính về uốn ⇒ S
F1
= 1,75
Vì N
FE1
= 23,87.10
8
>N
F01
= 4.10
6
⇒ K
FL1
= 1
-N
F01
= N
F02
= 4.10
6
(với tất cả các loại thép)
Mặt khác bộ truyền quay một chiều ⇒ K
FC
= 1
⇒
[ ]
1F
σ
=
14,257

75,1
1,1.396
=
(MPa)
+) Với bánh răng lớn tính tương tự:
σ
ο
lim2H
= 2.HB + 70 = 2 . 210 + 70 = 490
S
H2
= 1,1
N
H02
= 30 . H
4,2
2HB
= 30 . 210
2,4
= 11231753,46
Vì N
HE2
=
11
uN
FE
=
02,5
2387392000
=475576095,6

Vì N
HE2
=475576095,6 ≥ N
H02
= 11231753,46
⇒ K
HL2
= 1
[ ]
2H
σ

=
1,1
1.490
= 445,45 (MPa)
Vì bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng nên:
⇒
[ ]
H
σ
=
[ ] [ ]
2
21 HH
σσ
+
=
2
45,44564,463 +

= 454,55 (MPa)
[ ]
H
σ
= 454,55 (MPa) ≤ 1,25.
[ ]
min
H
σ
=
= 1,25.
[ ]
2H
σ
= 1,25.445,45=556,81 (MPa)
⇒ Thoả mãn
σ
ο
2limF
= 1,8 . 210 = 378 (MPa)
Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 15
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
Vì N
FE2
= N
HE2
= 475576095,6≥ N
F02
= 4.10

6
⇒ K
FL2
= 1
Mặt khác bộ truyền quay một chiều ⇒ K
FC
= 1
⇒
[ ]
2F
σ
=
75,1
1.1.378
= 216 (MPa)
+) Ứng suất tiếp xúc khi quá tải:
[ ]
1H
σ
Max
= 2,8.σ
ch1
= 2,8.450 = 1260 (MPa)
[ ]
2H
σ
Max
= 2,8.σ
ch2
= 2,8.340 = 952 (MPa)

[ ]
H
σ
Max
= 952 (MPa)
+) Ứng suất uốn cho phép khi quá tải khi HB≤350 là:
[ ]
1F
σ
Max
= 0,8.σ
ch1
= 0,8.450 = 360 (MPa)
[ ]
2F
σ
Max
= 0,8.σ
ch2
= 0,8.340 = 272 (MPa)

[ ]
F
σ
Max
= 272 (MPa)
2.1.3. Tính toán nhanh bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng
a. Xác định sơ bộ khoảng cách trục với cấp nhanh
a
1w

= K
a
(u
1
±1)
[ ]
3
1
2
1
.
baH
HB
u
KT
ψσ
Vì cặp bánh răng ăn khớp ngoài ⇒ lấy dấu “+”
Trong đó:
K
a
: Hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng
ψ
ba
: Hệ số giữa chiều rộng vành răng b
w
và khoảng cách trục a
w
T
1
: mômen xoắn trên trục bánh chủ động I (N.mm)

[ ]
H
σ
: Ứng suất tiếp xúc cho phép (MPa)
u
1
: Tỷ số truyền cấp nhanh
Tra bảng 6.5 .[1] với răng nghiêng vật liệu 2 bánh là: thép- thép
⇒K
a
= 43(MPa
1/3
)
Tra bảng 6.6 .[1] ⇒ ψ
ba
=(0,25÷0,4).chọn ψ
ba
= 0,3
⇒ ψ
bd
= 0,5.ψ
ba
(u
1
+1) = 0,5.0,3 (5,02+1) = 0,903
Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 16
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
Lấy ψ
bd

= 0.9
K
H
β
: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng
khi tính về tiếp xúc.
Tra bảng 6.7 .[1] với ψ
bd
= 1 ⇒ Chọn được K
H
β
= 1,135 với sơ đồ 3.
T
I
= 90005,48 (N.mm)
⇒ a
1w
= 43.(5,02 + 1).
3
2
3,0.02,5.)55,454(
135,1.48,90005
= 179,4 mm
Lấy a
1w
= 180 (mm)
b. Xác định các thông số ăn khớp
- Môđun pháp tuyến: mn = (0,01 ÷ 0,02) a
1w
= (0,01 ÷ 0,02).180

= 1,8 ÷ 3,6
Theo bảng 6.8.[1] chọn m = 2,5
Chọn sơ bộ góc nghiêng của răng β = 18
0
⇒ cosβ = 0,951
Tổng số răng của 2 bánh là:zt = z
1 +
z
2
=
n
w
m
a
β
cos 2
1
⇒ Số răng bánh nhỏ:
z
1
=
1
1
+
u
z
t
=
)1
1

.(
cos 2
1
+um
a
n
w
β
=
)102,5.(5,2
951,0.180.2
+
= 22,7
⇒ Chọn z
1
nguyên⇒ z
1
= 23
⇒ Số răng bánh lớn.
z
2
= u
1
.z
1
= 5,02.23=115,46
Chọn z
2
nguyên⇒ z
2

= 116
⇒ Lấy tỉ số truyền thực:
u
m
=
1
2
z
z
=
23
116
= 5.04
Khi đó ta có góc β là:
cos β =
n 1 2
w1
m .(z + z )
2.a
=
9653,0
180.2
)11623.(5,2
=
+

Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 17
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
⇒ β = 15

0
8'∈ (8
0
÷ 20
0
)
Đối với bánh răng nghiêng không dịch chỉnh. Chọn α = 20
0
.
+) Đường kính vòng chia:
d
1
= m
n
.
β
cos
1
z
= 2,5.
9653,0
23
= 60 (mm)
d
2
= m
n
.
β
cos

2
z
= 2,5.
9653,0
116
= 300 (mm)
+) Đường kính vòng cơ sở:
d
b1
= d
1
.Cosα = 60.cos20
0
= 56,38 (mm)
d
b2
= d
2
.Cosα = 300.cos20
0
= 281,91 (mm)
+) Đường kính vòng đỉnh răng:
d
a1
= d
1
+ 2.m
n
= 60 + 2.2,5 = 65 (mm)
d

a2
= d
2
+ 2.m
n
= 300 + 2.2,5 = 305 (mm)
+) Đường kính vòng chân răng:
d
f1
= d
1
– 2,5.m
n
= 60– 2,5.2,5 = 53,75(mm)
d
f2
= d
2
– 2,5.m
n
= 300– 2,5.2,5 = 293,75 (mm)
c. Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc
σ
H
= Z
M
.Z
H
.Z
ε

.
2
1
21

)1(.2
wmw
H
dub
uKT +
≤
[ ]
H
σ
Trong đó:
Z
M
: Hệ số kể đến cơ tính vật liệu của bánh răng ăn khớp
Tra bảng: 6.5.[1] ⇒ Z
M
= 274 (MPa
3
1
)
Z
H
:

Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc
Z

H
=
tw
b
α
β
.2sin
cos.2
+ Góc nghiêng của răng trên hình trụ cơ sở:
tg β
b
= cos α
t
. tg β
+ Góc Prôfin răng với bánh răng nghiêng không dịch chỉnh ta có:
Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 18
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
⇒ α
t
= α
tw
= arctg









β
α
tg
tg
= arctg
'815cos
20
°
°tg
= 20
0
39’
Vậy tg β
b
= cos20
0
47’.tg15
0
8’ = 0
0
15’
⇒ β
b
= arctg (cosα
t
.tgβ)
= arctg (cos20
0
39’ . tg15

0
8’) = 14
0
13’
⇒ Z
H
=
65,20.2sin
21.14cos.2
= 1,714
+) Z
ε
: hệ số kể đến sự trùng khớp của răng:
ε
β
: hệ số trùng khớp dọc được xác định:
ε
β

=
π
β
.
sin.
1
n
w
m
b
Trong đó: b

w
gọi là chiều rộng bánh răng
⇒ b
2w
= ψ
ba
.a
1w
= 0,3.180 = 54 (mm)
⇒ ε
β
=
796,1
14,3.5,2
)'815sin(.54
=
°

Vì ε
β

≥ 1 do đó Z
ε
được tính theo công thức 6.36c:
Z
ε
=
α
ε
1

+) Hệ số trùng khớp ngang:
ε
α
= [1,88 – 3,2








+
21
11
zz
] cos β
= [1,88 – 3,2(
116
1
23
1
+
)].0,9653 = 1,65
⇒ Z
ε

=
α
ε

1
=
65,1
1
= 0,777
+) Đường kính vòng lăn bánh chủ động:
d
1w
=
1
1
1
1
.2
+u
a
w
=
104.5
180.2
+
= 60 (mm)
+) Vận tốc vòng của bánh răng:
Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 19
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
Theo công thức 6.40[1] v =
000.60

11

nd
w
π
=
=
000.60
1460.60.14,3
4,5844 (m/s)
Theo bảng 6.13 .[1] với v = 4,5844(m/s) dùng cấp chính xác 8
Với cấp chính xác 8 ta có: K
H
α
= 1,09 (Tra bảng 6.14.[1])
⇒ v
H
= δ
H
.g
o
.v.
1
1
u
a
w
Tra bảng 6.15.[1] ⇒ δ
H
= 0,002
Tra bảng 6.16.[1] ⇒ g
o

= 56
⇒ V
H
= 0,002 . 56 . 4,5844 .
5
180
= 3,081
Theo bảng 6.7.[1] với sơ đồ hình 3 ⇒ K
H
β

= 1,135
+) Hệ số kể đến tải trọng suất hiện trong vùng khớp.
K
Hv
= 1 +
αβ
HH
wwH
KKT
dbV
2

1
1
= 1+
09,1.135,1.48,90005.2
60.54.081,3
= 1,0448
+) Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc:

K
H
= K
H
β
.H
H
α
.K
HV
= 1,135.1,09.1,0448 = 1,29
+) Ứng suất tiếp xúc trên mặt răng làm việc:
σ
H
= Z
M
.Z
H
.Z
ε
.
2
1
21

)1(.2
wmw
H
dub
uKT +

σ
H
= 274.1,714.0,777.
2
60.5.54
)104.5.(29,1.48,90005.2 +
= 436,89(MPa)
+) Xác định chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép với v = 4,5844m/s
- Z
v
: Ảnh hưởng của vận tốc vòng khi v≤10 (m/s) ⇒ Z
v
= 1
Với cấp chính xác động học là 8, chọn cấp chính xác về mức tiếp xúc là 7,
khido cần gia công đạt độ nhám:
R
a
= (0,63 ÷ 1,25) (µm) ⇒ Z
R
= 0,95.
Khi đường kính vòng đỉnh răng d
a
≤ 700(mm) ⇒ K
XH
= 1
⇒ [σ
H
]
CX
= [σ

H
].Z
V
.Z
R
.Z
XH
= 454,55.1.0,95.1 = 431,82 (MPa)
Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 20
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
Ta có: ∆σ
H
=
[ ]
[ ]
H H
CX
H
CX
σ − σ
σ
. 100%
=
436,89 431,82
.100% 1,174%
436,89
−
=

⇒ ∆σ
H
= 1,174% ≤ 4%. Vậy bánh răng đảm bảo tính chính xác.
d. Kiểm nghiệm răng 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.
σ
F1
=
nww
FF
mdb
YYYKT

2
11
11
βε
≤ [σ
F1
]
Từ công thức trên ta phải tính K
F

FvFFF
KKKK
αβ
=
Theo bảng 6.7.[1] ⇒ K
F

β
= 1,32
Tra bảng 6.14.[1] với v = 4,5844 cấp chính xác 8 ⇒ K
F
α
= 1,27
V
F1
= δ
F
.g
o
.v.
1
1
u
a
w

Tra bảng 6.15.[1] ⇒ δ
F
= 0,006
Tra bảng 6.16.[1] ⇒ g
o
= 56
⇒ V
F1
= 0,006 .56.4,5844.
04.5
180

= 9,21
+) K
Fv
: Hệ số tải trọng đột ngột xuất hiện trong vùng ăn khớp.
⇒ K
Fv
= 1+
αβ
FF
wwF
KKT
dbV
2

1
111
= 1+
27,1.32,1.48,90005.2
60.54.21,9
= 1,099
Do đó: K
F
= K
F
β
.K
K
α
.K
Fv

= 1,32.1,27.1,099 = 1,842
+ Y
ε
: hệ số kể đến sự trùng khớp của răng
Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 21
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
Với ε
α
= 1,64 ⇒ Y
ε
=
α
ε
1
=
72,1
1
= 0,58
+ Y
β
: hệ số kể đến độ nghiêng của răng
Với β = 15
0
8’ ⇒ Y
β
=
180
1
ο

β
−
=
180
'815
1
°
−
= 0,92
+) Số răng tương đương:
Z
v1
=
β
3
1
cos
Z
=
3
92,0
23
= 29,54
⇒ Z
v1
= 30
Z
v2
=
β

3
2
cos
Z
=
3
92,0
116
= 149
⇒ Z
v2
= 150
+) Vì ta dùng răng không dịch chỉnh nên hệ số dịch chỉnh
x
1
= x
2
= 0
Tra bảng 6.18.[1] ta có được:
Y
F1
= 3,80
Y
F2
= 3,60
+) Tính sức bền uốn cho phép[σ
F1
] và [σ
F1
]

Y
s
: Hệ số xét đến độ nhạy của vật liệu đối với tập trung ứng suất
Y
s
= 1,08 – 0,0695.ln(m)
= 1,08 – 0,0695.ln(2,5) = 1,01
Y
R
: Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng: Y
R
= 1
K
XF
: Hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn
K
XF
= 1 (da ≤ 400mm)
Ta có: [σ
F1
] = [σ
F1
]
Sb
.Y
R
.Y
S
.K
XF

= 257,14. 1 . 1,01.1 = 259,71(MPa)
[σ
F2
] = [σ
F2
]
Sb
.Y
R
.Y
S
.K
XF
= 216.1.1,01.1 = 218,16 (MPa)
⇒ σ
F1
=
nww
FF
mdb
YYYKT

2
11
11
βε
Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 22
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
σ

F1
=
5,2.60.54
80,3.92,0.58,0.842,1.48,90005.2
= 78,71 (MPa)
⇒ σ
F1
= 78,71 < [σ
F1
] = 265 (MPa)
σ
F2
=
1
21
.
F
FF
Y
Y
σ
=
8,3
6,3.71,78
= 74,56 (MPa)
⇒ σ
F2
= 74,56 ≤ [σ
F2
] = 249,3 (MPa)

Vậy cặp bánh răng 1,2 đảm bảo độ bền uốn.
e. Kiểm nghiệm răng về quá tải
- Khi làm việc bánh răng có thể quá tải khi mở máy với hệ số quá tải:
K
qt
=
dn
T
T
max
= K
bđ
=1,4
- Để tránh biến dạng dư hoặc gãy giòn bề mặt thì ứng suất tiếp xúc cực đại
σ
Hmax
không vượt quá [σ
H
]
max
và xác đ ịnh theo công thức:
σ
Hmax
= σ
H
.
qt
K
≤ [σ
H

]
max
σ
Hmax
= 436,89.
4,1
= 516,94 (MPa)
σ
Hmax
= 516,94 < [σ
H
]
max
= 1624 (MPa)
Vậy điều kiện được thoả mãn.
- Để đề phòng biến dạng dư hoặc phá hỏng tĩnh mặt lượn chân răng thì
ứng suất uốn cực đại được xác định theo công thức:
σ
Fmax
= σ
F
. K
qt
≤ [σ
F
]
max
σ
F1max
= 78,71.1,4 = 110,19 (MPa)

σ
F1max
= 110,19 < [σ
F1
]
max
= 360 (MPa)
σ
F2max
= 74,56. 1,4 = 104,38 (MPa)
σ
F2max
= 59,12< [σ
F2
]
max
= 272 (MPa)
Vậy điều kiện được thoả mãn.
Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 23
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
2.1.4. Các thông số kích thước của bộ truyền
+ Khoảng cách trục: a
1w
= 180 (mm)
+ Mô đun pháp: m
n
= 2,5 (mm)
+ Chiều rộng vành răng: b
2w

= 54 (mm).Chọn b
1w
= 59 (mm)
+ Tỷ số bộ truyền thực: u
m
= 5,04
+ Góc nghiêng của răng: β = 15
0
8’
+ Số răng của bánh răng: Z
1
= 23
Z
2
= 116
+ Hệ số dịch chỉnh: x
1
= x
2
= 0
+ Đường kính vòng chia:
d
1
=
β
cos
.
1
Zm
n

=
9653,0
23.5,2
= 60 (mm)
d
2
=
β
cos
.
2
Zm
n
=
9653,0
116.5,2
= 300 (mm)
+ Đường kính đỉnh răng:
d
a1
= d
1
+ 2.m
n
= 60 + 2 . 2,5 = 65 (mm)
d
a2
= d
2
+ 2.m

n
= 300 + 2 . 2,5 = 305 (mm)
+ Đường kính vòng chân răng:
d
f1
= d
1
– 2,5.m
n
= 60 – 2,5.2,5 = 53,75 (mm)
d
f2
= d
2
– 2,5.m
n
= 300 – 2,5.2,5 = 293,75 (mm)
+) Đường kính vòng cơ sở:
d
b1
= d
1
.cosα = 60.cos20
0
= 56,28 (mm)
d
b2
= d
2
.cosα = 300.cos20

0
= 281,91 (mm)
Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 24
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
2.2. Bộ truyền bánh răng trụ cấp chậm
2.2.1. Chọn vật liệu
Chọn vật liệu thích hợp là một bước quan trọng trong việc tính toán thiết
kế chi tiết máy nói chung và truyền động bánh răng nói riêng, chọn loại vật liệu
nào phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể: tải trọng lớn hay nhỏ, khả năng công nghệ và
thiết bị chế tạo, vật tư cung cấp. Yêu cầu kích thước nhỏ gọn hay không.
Đây là hộp giảm tốc công suất trung bình nên ta chọn vật liệu là thép
nhóm I có độ rắn HB < 350 để chế tạo bánh răng, đây cũng là vật liệu thường
được sử dụng trong thực tế. Để tăng khả năng chạy mòn của răng ta nhiệt luyện
bánh lớn đạt độ rắn thấp hơn bánh nhỏ. Cụ thể là thép 45 tôi cải thiện.
Tra bảng 6.1 .[1] ta chọn:
Loại bánh
răng
Vật liệu Nhiệt luyện Độ rắn HB Giới hạn bền
Giới hạn
chảy
Bánh răng
nhỏ
Thép 45 Tôi cải thiện 192-240 750 450
Bánh răng
lớn
Thép 45 Thường hóa 170-217 600 340
Vì theo kinh nghiệm tra chọn HB của bánh nhỏ thường cao hơn bánh lớn
từ 10 ÷15 đơn vị.
⇒ H

3
≥ H
4
+( 10÷15) HB
- Chọn độ rắn bánh nhỏ HB
3
= 210
- Chọn độ rắn bánh lớn HB
4
= 200
2.2.2. Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép, ứng suất uốn cho phép với bộ
truyền cấp chậm
+ Ứng suất cho phép được xác định theo công thức 6.1 và 6.2
[σ
H
]=
HLxHvR
H
H
KKZZ
S

0
min









σ
Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 25