Đồ án Chi tiết máy hộp giảm tốc bộ truyền bánh răng trụ

Hoàng văn Thắng CTM 3 - K45

Thuyết Minh Đồ án chi tiết máy
phần A. Chọn Động cơ và phân phối tỷ số truyền

I. Chọn động cơ
Các số liệu cho trớc
Lực kéo băng tải
F = 5000 N
Vận tốc băng tải
V = 1.2 m/s
Đờng kính tang
D = 325 mm
Thời gian phục vụ
Lh = 21000 h
Vì bộ truyền chịu tải trọng thay đổi
Công thức tính công suất cần thiết là Pct =

Fv

1000

Trong đó F là lực kéo băng tải F =5000 N
v : là vận tốc băng tải v = 1.2 m/s

: là hiệu suất chung của hệ thống dẫn động

Với hệ thống dẫn động băng tải trên ta có

= .
khớp

2

1căp br

.

4

1căp ôl.

.

xích

Tra bảng 2.3 sách tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí ta có



= 0,99.0,972.0,994.0,96 = 0,86
2

là hệ số đợc tính bằng = pi . t i
p1 t i
1,4 2.3 + 4.3600 + 0,7 2.3.3600
=
= 0,82
8.3600
Suy ra Pct =

5000.1,2.0,834
=5,82 KW
1000.0,86

chọn số vòng quay của động cơ

Đại học Bách Khoa Hà Nội

1


Hoàng văn Thắng CTM 3 - K45

Số vòng quay trên trục tang là ntan g =

60.100.v
= 70,55v / p
.D

Chọn số vòng quay sơ bộ của động cơ nsbđọngcơ =ntangnhộpnngoài
Từ 2.4 chọn tỷ số truyền của hộp giảm tốc bánh răng 2 cấp
uhộp = 20
và tỷ số truyền của bộ truyền ngoài (bộ truyền xích)

ungoài = uxich = 2
Vậy số vòng quay sơ bộ trên trục động cơ là

nsbđc =

60.1000.1,2.20.2

= 2822 vòng/phút
3,14.325

căn cứ vào số vòng quay của các loại động cơ ta chọn số vòng quay
sơ bộ của động cơ là nsb=3000v/p
theo bảng p 1.3 phần phụ lục với pct =5.82kw và nsb = 3000v/p . Do
đó ta chọn động cơ 4A112M2Y3 có
pđc = 7.5 kw , nđc = 2922 v/p
Tk/Tn = 2 > Tmm/T1 = 1.4
II. Phân phối tỷ số truyền
Tỷ số truyền của hệ dẫn động là Uch=

n
n

dc

tan g

Uch=

2922
=41,42
70,55

Mặt khác ta lại có Uch=Uxich.Uhộp
Chọn sơ bộ Ux=2 theo bảng 2.4
Mà Uhôp= Unhanh .Uchậm
Với hộp khai triển thì Unhanh=1.3Uchậm
2

Ta có Uhôp=1.3 u cham
2

Với uchung =uh.ux=ux.1,3. u cham
Uchâm =

2
=3,912
1.3

Unhanh = 1,3.3,92=5,16
Từ hình vẽ ta có : Unhanh = n1/n2

Đại học Bách Khoa Hà Nội

2


Hoàng văn Thắng CTM 3 - K45

Với n1 = nđc = 2922 v/p
Unhanh =

2922

n

2

2922
= 56,3(v/p) của trục 2
5,19

n2 =

bánh răng 2 và 3 cùng lắp trên trục 2 nên n2 = n3
Ta có Uchâm =

n
n

3

n4 =

4

n
u

3

cham

=

563
= 143 vòng/phút
3.29

Xác định công suất và mô men trên các trục
Công suất trên trục III
Fv
p tan g
5000.1,2
PIII =
=
=
= 6,31 kw
1000
1000.0,99.0,96

ol
xich
ol

PII =

xich

6,31
p
=
= 6,57 kw
0,97.0,99

III

br

PI =

ổl

p
=

II

br

ol

6,57
= 6,84 kw
0,97.0,99

p
TIII = 9,55.106 n = 9,55.106.6,31/143 = 0,43.106 Nmm
III

III

p
TII = 9,55.106 n
p
TI = 9,55.106 n

II

II

= 9,55.106. 6,57/563 = 0,11. 106 Nmm

I

= 9,55.106. 6,84/2922 = 0,02. 106 Nmm
Tính toán công suất, momen, tỷ số truyền và số vòng
quay đợc ghi lại trong bảng sau:
I

Đại học Bách Khoa Hà Nội

3


Hoàng văn Thắng CTM 3 - K45

Trục
Thông số

Máy

I

II

III

Tang

7,5

6,84

6,57

6,31

2

143

70,55

Công suất P (KW)
Tỷ số truyền U
Số vòng quay n(v/p)

5,10
2922

Momen xoắn
T(Nmm)

2922

3,92
563

0,02.106 0,11.106 0,43.106

tính toán các bộ truyền
phần b :Tính truyền động bánh răng cấp nhanh và cấp
chậm trong hộp giảm tốc khai triển

Các số liệu tính toán:
Cấp nhanh:
PI = 6,84 KW
nI = 2922 vòng / Phút
Cấp chậm
PII = 6,57 KW
nII = 563 vòng / Phút
uhộp = 20, thời hạn sử dụng 21000 giờ.
Tải trọng va đập vừa nh hình vẽ:
Do không có yêu cầu gì đặc biệt và theo quan điểm thống nhất hoá
trong thiết kế ở đây chọn vật liệu hai cấp bánh răng nh nhau.
Cụ thể theo bảng 6.1 chọn
Bánh nhỏ : Thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB = 241- 285 có

b1 = 850 MPa , ch1 =580 MPa
bánh lớn thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB = 192 240 có

b 2 = 750 MPa , ch 2 = 480MPa
Phân tỷ số truyền un = 20 cho các cấp
Xuất phát từ quan điểm bôi trơn ta tính toán ở phần trớc đợc
u1 = unhanh = 5,1

Đại học Bách Khoa Hà Nội

4


Hoàng văn Thắng CTM 3 - K45

u2 = uchậm = 3,92
xác định ứng xuất cho phép
theo bảng 6.2 với thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB = 180 350

H lim = 2 HB + 7 , SH = 1,1

F0 lim = 1,8 HB , SF = 1,75
SH , SF : là hệ số an toàn khi tính theo sức bền tiếp xúc và uốn

H0 lim , F0 lim lần lợt là ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn
cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở.
Chọn độ rắn bánh nhỏ HB1 = 250, độ rắn bánh lớn là HB2= 230 khi đó

H0 lim1 = 2 HB1 + 70 = 2250 + 70 = 570 MPa
H0 lim 2 = 2 HB2 + 70 = 2230 + 70 = 530 MPa
F0 lim1 = 1,8 HB1 = 1,8.250 = 200MPa

F0 lim 2 = 1,8 HB2 = 1,8.230 = 414 MPa
số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc là
NHo = 30HB2,4
NFo số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn
NFo = 4.106 đối với tất cả các loại thép
tính toán ta có
NF01 = 30.2502,4 = 1,7.107

NF02 = 30.2302,4 = 1,4.107
Số chu kỳ thay đổi ứng suất tơng đơng khi tính theo sức bền uốn và tiếp
xúc là : NFE, NHE
Vì bộ truyền làm việc với tải trọng thay đổi nhiều bậc N FE và NHE đợc
tính nh sau:

(T / T
= 60C (T / T

NHE = 60C
NFE

i

max

i

)3 ni ti

max

) m F niti

Ti , ni, ti : lần lợt là momen xoắn số vòng quay và tổng số giờ làm việc ở
chế độ i của bánh răng đang xét
mF : số mũ của phơng trình đờng cong mỏi uốn

Đại học Bách Khoa Hà Nội

5


Hoàng văn Thắng CTM 3 - K45

Ti , Tmax : là momen xoắn ở các chế độ tải trọng và momen lớn nhất
trong các momen.
NHE2 = 60C

n1
u1

NHE2 = 60.1

t (T / T
i

i

max

) 3 ti / ti

2922
3
21000.(13.0,5 + 0,73. )
5,1
8

= 4,5.108>1,4.107 do đó KHL2 = 1

NHE1= u1 NHE2= 5,1.4,8.108 = 22,92.108 > NHo1
Do đó KHL1 = 1
Nh vậy theo 6.1a. Sơ bộ xác định đợc:
[ H ] = H0 lim / K HL .S H
[ H 1 ] = H lim1 / K HL1.S H = 1570
.1,1 = 518 MPa
0

[ H 2 ] =

H0 lim 2 / K HL 2 .S H = 1530
.1,1 = 482 MPa

cấp nhanh sử dụng răng nghiêng nên ta có
[ H ] =

[ H 1 ] + [ H 2 ]
1,25[ H 2 ]
2

[ H ]min = [ H 2 ]
[ H ] =

518 + 482
= 499,5 < 602,5 MPa
2

với cấp chậm dùng răng nghiêng ta tính ra NHE đều lớn hơn NH0 nên
KHL = 1 do đó
[ H 2 ] = [ H 2 ] = 482

theo 6.7 ta có
6
NFE = 60C (Ti / Tmax ) ni ti

NFE2 = 60.1.

2922
3
6
.21000. 1 .0,5 + 0,7. = 3,93.108 > NFO
8
5,1


Do dó KFL2 = 1 tơng tự ta có KFL1 = 1
Do dó theo 6.2a với bộ truyền quay một chiều KFC = 1

Đại học Bách Khoa Hà Nội

6


Hoàng văn Thắng CTM 3 - K45

KFC : là hệ số xét đến đặt tải trọng
200.1.1
[ F1] = F lim1 .KFC.KFL/SF =
= 114,3 Mpa
1,75
[ F2] =

Flim2

KFC.KFL/SF =

414
.1.1 = 236,6 Mpa
1,75

ứng suất quá tải cho phép theo 6.10 và 6.11 có
[ H]max = 2,8. ch2 = 2,8.450 = 1260 Mpa
[ F1]max = 0,8. ch1 = 0,8.580 = 464 Mpa
[ F2]max = 0,8. ch2 = 0,8.450 = 360 Mpa
I.Tính toán cấp nhanh bộ truyền bánh trụ răng nghiêng
Xác định sơ bộ khoảng cách trục
Theo 6.15a ta có aw1 = Ka(u1 + 1). 3

T .K
[ ] . u .
1

H

2

H

1

ba

Ka : là hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng và loại răng
T1 : là mô men xoắn trên bánh chủ động (Nmm)
[ H] : là ứng suất tiếp xúc cho phép Mpa , U1 là tỷ số truyền ,
ba : là hệ số chiều rộng vành răng ba = bw/aw
0,02.10 6.1,15
aw1 = 43(5,1+1)
499,5 2.5,1.0,3
3

Trong đó theo bảng 6.6 chọn ba = 0,3 , răng nghiêng Ka = 43 ,



bd

= 0,5 ba(u + 1) = 0,5.0,3.(5,1 + 1) = 0,915

Do đó theo bảng 6.7 ta chọn K H = 1,15
aw1 = 102,83 mm ta chọn aw1 = 102 mm
Xác định các thông số ăn khớp
Theo 6.17 ta có m =( 0,01ữ 0,02 ).aw = (0,01ữ 0.02 ).102
m = 1,02 2,04 ta chọn m = 2 , chọn sơ bộ = 100 do đó
cos = cos100 = 0,9848, theo 6.31 số bánh răng nhỏ
z1 = 2 aw cos / m(u1+1) =

2.102.0,9848
= 16.47 chọn z1 = 16

2.(5.1 + 1)

Số bánh răng lớn z2 = u1. z1 = 5,1.16 = 81,6 lấy z2 = 81 răng

Đại học Bách Khoa Hà Nội

7


Hoàng văn Thắng CTM 3 - K45

Do đó tỷ số truyền thực sẽ là ut =81/16 = 5,0625
cos = m.( z1 +z2)/2 aw = 2.(16+81)/2.102 = 0,95098
suy ra = 18,014o
Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc
Theo 6.33 ứng suất tiếp xúc trên mặt răng làm việc
H =ZM.ZH.Z

2.T1 .K H (u + 1)
bw .u1 .d w21

Trong đó : - ZM : Hệ số xét đến ảnh hởng cơ tính vật liệu;
- ZH : Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc;
- Z : Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng;
- KH : Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc;
- bw : Chiều rộng vành răng.
- dw : Đờng kính vòng chia của bánh chủ động;
Theo bảng 6.5 ta có ZM = 274 Mpa1/3 theo 6.35 góc nghiêng của răng
trên hình trụ cơ sở tg b = cos t .tg với tg t = tg tw suy ra

t = tw = arctg

tg
tg 20
= arctg
= 20,943
tg
0,95098

suy ra tg b = cos t .tg = cos20,93.tg18,014 = 0,3037 suy ra
b = 16,894 do đó .ZH =

cos b
cos16,894
=
= 1,693
sin 2 tw
sin 2.20,943

ZH : là hệ số hình dạng bề mặt tiếp xúc ,theo công thức
b . sin 0,3.102. sin 18,104
= w
=
= 1,51 > 1 nên Z tính theo công thức
.m
3,14.2
Z =

1
với

= [1,88 3,2(1 / Z 1 + 1 / Z 2 ) ]. cos = [1,88 3,2.1 / 16 + 1 / 81].0,95098 = 1,56
Suy ra Z =

1
= 0,8
1,56

đờng kính vòng lăn bánh nhỏ dw1 = 2aw1/(ut + 1) =

Đại học Bách Khoa Hà Nội

8

2.102
= 33,649
6,0625


Hoàng văn Thắng CTM 3 - K45

ta có v =

.d w1.n1 3,14.33,694.2922
=
= 5,145m / s
60000
60000

với v = 5,145 m/s tra bảng 6.13 dùng cấp chính xác 8 theo bảng 6.14 shd
với cấp chính xác 9 và v < 10 m/s ta tra ra KH = 1,13 và KF = 1,37
theo6.24 H = H .g o .v

aw
u

H : hệ số kể đến ảnh hởng của sai số ăn khớp tra bảng 6.15

go :hệ số kể đến ảnh hởng của sai lệch các bánh răng 1 và 2 tra bảng 6.16
H = 0,002.56 5,145

102
= 2,586
5,0625

Tra bảng 6.15 đợc H = 0,002 tra bảng 6.16 đợc go = 56
KHV : hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp
Theo 6.14 có KHV 1 +

H .bw .d w1
2,586.0,3.102.33,649
= 1+
= 1,051
2.T1 .K H .K H
1,15.2.1,13.0,02.10 6

KH = KH KH KHV = 1,15.1,13.1,051 = 1,366
KH : hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi đồng
thời ăn khớp.

KH tra theo bảng (6.7)
Thay các giá trị vừa tính đợc vào H ta đợc
H

2.0,02.10 6.1,4.(5,0625 + 1)
=274.1,693. 0,8
= 509,99 MPa
0,3.102.5,0626.33,649

Xác định chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép
Theo 6.1 với v = 5,145 m/s < 10 m/s chon sơ bộ Zv = 1
Với cấp chính xác động học là 8 chọn cấp chính về mức tiếp xúc là 7
do đó chọn ZR = 0,95.với da < 700 mm suy ra KxH =1
Do đó [ H ] cx = [ H ].Z v Z R .K xH = 499,5.1.0,95.1 = 474,5 MPa

[ H ] cx > H do đó cần tăng thêm khoảng cách trục và tiến hành kiểm
nghiệm lại ta đợc : aw = 115 mm ;
H = 431,3MPa < [ H ] cx = 474,5MPa
Kiểm nghiệm răng vễ độ bễn uốn

Đại học Bách Khoa Hà Nội

9


Hoàng văn Thắng CTM 3 - K45

F 1 =2.T1.KF.

Y .Y .YF 1

bw ư .bw1 .m

;

KF : Hệ số tải trọng khi tính về uốn, KF = .KF.KF.KFV
Y : Hệ số kể đến sự trùng khớp
Y :hệ số kể đến độ nghiêng của răng
YF1 :hệ số dạng răng của bánh răng chủ động 1
Theo bảng 6.7 ta có K F = 1,32
Theo bảng 6.14 với v <10 m/s và cấp chính xác 8 ta suy ra K F = 1,37

F = F .g o .v

aw
trong đó theo bảng 6.15 ta có F = 0,006 ;
u1

Theo bảng 6.16 tra đợc go = 56
suy ra F = 0,006.56.5,145
KFv = 1 +

102
= 7,731
5,1

F .bw .d w1
7,731.0,3.102.33,649
= 1+
= 1,11
2.T1 .K F .K F

2.0,02.10 6.1,32.1,37

Do đó KF = K F .K F .K Fv = 1,32.1,37.1,11 = 2
Với = 1,56 ; Y =
Y = 1

1
= 0,641 ; với = 18,014 o suy ra
1,56

18,014
= 0,87
140

Số răng tơng đơng Zv1 =

Z2
Z1
; Zv2 =
3
cos
cos 3

Với aw = 110 mm Z 1 =

2.110.0,95098
= 17,15 chọn Zv1 = 17 răng
2.(5,1 + 1)

Z2 = u.Z1 = 5,1.17,15 = 87,46 chọn Z2 = 87 răng

Chọn tỷ số truyền thiết kế là utk =
Zv1 =

87
= 5,12
17

17
87
= 19 ; Zv2 =
= 99
3
0,95098
0,98098 3

Đại học Bách Khoa Hà Nội

10


Hoàng văn Thắng CTM 3 - K45

Theo bảng 6.18 ta đợc YF1 = 4,08 , YF2 = 3,6
Với m = 2 mm , YS = 1,08 0,0695.ln2 = 1,032
YR = 1 ( bánh răng phay ) , KxF = 1

[ F 1 ] = [ F 1 ].YR .YS .K xF = 464.1.1,032.1 = 478,77 MPa

[ F 2 ] = [ F 2 ].YR .YS .K xF

= 360.1,032.1.1 = 371,52MPa

Thay các giá trị vứa tính đợc vào công thức F 1 ; F 2 ta có

F1 =

2.T1 K F Y .Y .YF 1
bw .d w1 .m

2.0,02.10 6.2.0,641.0,87.4,08
=
= 76,72 MPa
0,3.110.35,95.2

F 1 < [ F1 ]
F 2 = F!.

YF 2
3,6
= 76,72.
= 67,69 < [ F 2 ] = 371,52 MPa
YF 1
4,08

Kiểm nghiệm răng về quá tải
Theo 4.68 với Kqt=

Tmax
=1,4
T

H 1 max = . k qt = 431,73.1,4 = 603,82 MPa [ H ] max

F 1 max = F 1 .k qt = 76,72.1,4 = 107,71MPa < [ F 1 ] max
F 2 max = k .k qt = 67,69.1,4 = 94,766 MPa < [ F 2 ] max

Các thông số kích thớc bộ truyền cấp nhanh
khoảng cách trục
Mođun pháp
Chiều rộng vành răng
Tỉ số truyền

aw1 = 110 mm
m = 2 mm
bw = 33 mm
utk = 5,12

Góc nghiêng của răng

=18,0140

Số răng bánh răng
z1 = 17 , z2 =87 răng
Hệ số dịch chỉnh
x1 =0 , x2 = 0
Theo các công thức trong 6.11 ta có
Đờng kính vòng chia
d1 = 35,75 ( mm ) ; d2 = 182,97 ( mm )
Đờng kính đỉnh răng
da1 = 39,75 ( mm ) ; da2 = 186,97 ( mm )

Đại học Bách Khoa Hà Nội

11


Hoàng văn Thắng CTM 3 - K45

Đờng kính đáy răng
df1 = 30,75 ( mm ) ; df2 = 177,97 ( mm )
II.Tính bộ truyền cấp chậm
Số liệu : TII = 6,57 Kw
NII = 563Kw
uch = 3,92
Xác định khoảng cách trục
aw2 = Ka(u2 +1) . 3

TII K H

[H ]2 .u2 .ba

Theo bảng 6.6 chọn ba = 0,3 với răng nghiêng Ka = 43

bd = 0,5. ba (u 2 + 1) = 0,5.0,3(3,92 + 1) = 0,738
do đó theo bảng 6.7 K H = 1,12; K F = 1,24

a w2

0,11.10 6.1,12
= 43(3,92 + 1).3

= 147,4 mm
4820 2 3,92.0,4

chọn aw2 =147 mm
Xác định các thông số ăn khớp
m = (0,01ữ 0,02).aw = (0,01 ữ 0,02).147 = 1,47ữ 2,94
chọn m = 2,5 mm
chọn sơ bộ = 10 0 cos = 0,9848
theo 6.31 số bánh răng nhỏ
Z1 =

2.a w . cos 2.147.0,9848
=
= 23,54
m(u 2 +1)
2,5(3,92 + 1)

Chọn Z1=25 răng
Z2 = u.Z1 = 3,92 .25 =90
Tỷ số truyền thực ut =90/25 = 3,94
2,5(90 + 25)
cos =
= 0,96088

2.147
Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

Đại học Bách Khoa Hà Nội

12

= 16 0


Hoàng văn Thắng CTM 3 - K45

H = Z M .Z H Z .

2T1 K H ( U 2 + 1)
bw .u 2 .d w2

Trong đó : - ZM : Hệ số xét đến ảnh hởng cơ tính vật liệu;
- ZH : Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc;
- Z : Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng;
- KH : Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc;
- bw : Chiều rộng vành răng.
- dw2 : Đờng kính vòng chia của bánh chủ động;
Với Zm = 247

tg b = cos t .tg
tg
với t = tw = arctg
cos

t = tw = 20,746


tg 20
= arctg

0,968088


( )

tg b = cos( 20,746).tg 16 0 = 0,268 b = 15 0
ZH

( )

2. cos 15 0
=
= 1,7076
sin 2.20,746

bw . sin 0,4.174. sin 16 0
=
Theo 6.37 =
.m
3,14.2,5
Do đó Z =

= 2,44

1
= 0,64
2,44


1

1
= 1,88 3,2 + .0,9088 = 1,64
23 90

Đờng kính vòng lăn bánh nhỏ d w2 =

2.a w 2 2.147
=
= 59,878
u 2 + 1 4,91

.d w 2 .n2
= 1,76m / s
60000
với v=1.76 m/s theo bảng 6.13 dùng cấp chính xác 9

v=

Theo bảng 6.14 với cấp chính xác 9 và v<2.5 m/s suy ra K H = 1,13

Đại học Bách Khoa Hà Nội

13


Hoàng văn Thắng CTM 3 - K45

K F = 1,37 . Theo bảng 6.42 H = H .g 0 .v.

aw2

u2

Trong đó theo bảng 6.14 chọn H = 0,002 ; theo bảng 6.16 g0= 73

H = 0,002.73.1,76.

K HV = 1 +

147
= 1.576
3,94

H .bw .d w 2
2T1 .K H .K H

= 1+

1,576.0,4.174.59,878
= 1,02
2.0,11.10 6.1,13.1,12

K H = K HV .K H .K H = 1,02.1,12.1,13
H

2.0,11.10 6.1,29.4,9
=
.274.0,64.1,071 = 389,3MPa [ H ]
0,4.147.3,91.59,878 2

Kiểm nghiệm về độ bền uốn

F1 =

2.T2 .K F .Y .Y .YF
bw .d w 2 .m

F = F .g 0 .V .

a w2
u2

Theo bảng 6.15 ta cps F = 0.006 ; g0 = 73

F = 0,006.73.1,76.

K FV = 1 +

147
= 4,727
3.91

F .bw .d w 2
4,727.0,4.147.59,878
= 1+
= 1,0445
2.T2 .K F .K F
2.0,11.10 6.1,24.1,37

do đó K F = K F .K FV .K F = 1,24.1,37.1,0445 = 1,774
với = 1.64 Y =

1
= 0,61
1,64

0
với = 16 Y = 1

16
= 0,886
140

Số răng tơng đơng Zv1 =

Đại học Bách Khoa Hà Nội

Z1
23
= 29
=
cos 3 0,949 3

14


Hoàng văn Thắng CTM 3 - K45

Zv2 =

90

Z2
= 101
=
cos 3 0,96088 3

Tra bảng 6.18 ta đợc YF1=3,8 ; YF2=3,6
Với m=2,5 ;Ys=1,08-0,0695ln(2,5)=1,022 ;YR=1(bánh răng phay),KxF=1
Do đó theo 6.2 và 6.2a

[ F 1 ] = [ F 1 ].YR .YS .K xF = 144,3.1,022 = 116,8MPa
[ F 2 ] = [ F 2 ].YR .YS .K xF = 236,3.1,022 = 241,49MPa


Thay các giá trị vừa tính đợc vào công thức

2.0,11.10 6.1,774.0,610.0,886.3.8
F1 =
= 91,74MPa
0,4.147.59,878.2,5
Y
3,6
F 2 = F 1 F 2 = 91,74.
= 86,27 MPa
YF 1
3,8
Các thông số tính toán đợc đối với bộ truyền cấp chậm
Khoảng cách trục
aW2=147 mm
mođun

m =2,5

chiều rộng vành răng bW = 58 mm
Tỷ số truyền
u =3,91
Góc nghiêng của răng = 16 0
Số răng của bánh răng Z1= 23 ; Z2 = 90
Đờng kính chia
d1 =59,84 mm ; d2 =234,84
Đờng kính đỉnh răng
da1 = 64,84 mm ; da2 =239,16 mm
Đờng kính đáy răng
df1 =53,59 mm ; df2 =227,91 mm

III.Tính bộ truyền ngoài (Bộ truyền xích)
Số liệu tính toán

PIII = 6,31 kw
nIII = 141 vòng/phút
Đờng tâm của đĩa xích làm với phơng nằm ngang một góc là 600 ,bộ
truyền làm việc hai ca, môi trờng có bụi ,tải trọng va đập vừa.
Chọn loại xích
Vì tải trọng va đập vừa , vận tốc thấp dùng xích con lăn .
Xác định các thông số của xích và bộ truyền

Đại học Bách Khoa Hà Nội

15

Hoàng văn Thắng CTM 3 - K45

theo bảng 5-4 với u=2 chọn số răng đĩa nhỏ Z1 = 27 do đó số răng đĩa
lớn Z2 =u.Z1 =54
Z2 =54 < 120 = Zmax
Theo công thức 5.3 công thức tính toán
Pt = K.Kz.Kn
Trong đó Z1 = 27, K2 = 25/27 = 0,926
Với n01 = 200 vòng /phút

K=

n01 200
=
= 1,418
n1 143

Theo công thức 5.4 và bảng 5-6
K= Ka.Kđ.Ko.Kđc.Kc.Kbt
Với K0 hệ số kể đến ảnh hởng của vị trí bộ truyền
Ko =1 đờng nối 2 tâm đĩa xích làm với phơng ngang 1 góc 600
Ka =1 vì chọn khoảng cách trục a= 40p
Kđc hệ số ảnh hởng đến việc điều chỉnh độ căng của xích
Kđc = 1 điều chỉnh bằng một trong các đĩa xích
Kc = 1,25
Kđ hệ số tải trọng động , tải trọng va đập vừa Kđ = 1,3
Kbt hệ số ảnh hởng của bôi trơn
Môi trờng có bụi chọn chất lợng bôi trơn là II
suy ra Kbt = 1,3 (bảng 5.7)
nh vậy Pt = 1,25.6,31.1.1.1.1,3.0,926.1,418 = 17,5 kw

theo bảng 5.5 với n01 = 200 vòng /phút chọn bộ truyền xích 1 dãy có
bớc xích P = 31,75 thoả mãn điều kiện bền Pt < [P] = 19,3 kw đồng
thời theo bảng 5.8 thoả mãn P < Pmax
khoảng cách trục a = 40.P = 40.31,75 = 1270 mm
theo công thức 5.12 số mắt xích

( Z Z ) 2.1270 + 0,5.(27 + 54) + (54 27) 31,75
2a
x = + 0,5.( Z1 + Z 2 ) + 2 2 1 =
P
31,75
4. . .a
4.3,14 21270
2

x =120,517
lấy số mắt xích chẵn x = 120 tính lại khoảng cấch trục theo công
thức 5.13

Đại học Bách Khoa Hà Nội

16


Hoàng văn Thắng CTM 3 - K45

2

Z 2 Z1

2
a = 0,25.P. x 0,5.( Z 1 + Z 2 ) + ( x 0,5, [ Z 1 + Z 2 ] ) 2






a= 0,25.31,75120 0,5( 54 + 27 ) +



2

27
2

120 0,5( 54 + 27 ) 2
3,14



= 1261mm



để xích không chịu lực căng quá mức giảm a một lợng a = 0,003.a

a 4( mm ) a = 1257( mm )
Số lần va đập của xích theo 5.14

i=

Z 1 .n1 27.141
=
= 2,115 < [i] = 25 bảng 5.9
15.x 15.120

Bảng kiểm nghiệm xích về độ mòn
Q
theo 5.15 S =
K d .Ft + F0 + Fv
theo bảng 5.2 tải trọng phá hỏng Q = 88500(N)
khối lợng một 1 m xích = 3,8 kg
Kđ : hệ số tải trọng động với chế độ làm việc trung bình Kđ = 1,2

v=

( )

Z 1 .P.n1 27.31.75.143
=
=2m
s
60000
60000

1000.P 1000.6,31
=
= 3155( N )

v
2
Fv lực căng do lực ly tâm sinh ra (N)
Fv = q. v2 = 3,8.22 = 15,2 (N)
F0 = 9,81 kf.q.a
Trong đó kf = 2(bộ truyền nghiêng một góc 600 so với phơng ngang)
F0 = 9,81.2.3,8.1,257 = 93.72 (N)
88500
= 22,72
Do đó S =
1,2.3155 + 93,72 + 15,2
suy ra lực vòng Ft =

Theo bảng 5.10 với n = 200vòng /phút

Đại học Bách Khoa Hà Nội

17


Hoàng văn Thắng CTM 3 - K45

[S] = 8,5 vậy S > [S] bộ truyền đảm bảo đủ bền
Đờng kính đĩa xích
theo công thức 5.17 và bảng 13.4
p
31,75
d1 =
=
= 273( mm )

3,14

sin sin
27


Z
1
d2 =

p
31,75
=
= 546( mm )

3,14

sin sin
54


Z
2


3,14
] = 288,88( mm )
d a1 = p.[0,5 + cot g ] = 31,75.[0,5 + cot g
Z

Z
1
1
da2 = 561,89 mm
tính
với bán kính con lăn df1 = d1 -2r
theo bảng 5.2 ta có d1 = 19,05 mm
r = 0,5025d1 + 0,05 = 9,62 mm
df1 = 273 - 19,25 = 253,75 mm
tơng tự df2 = 526,76 mm
Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa xích theo công thức 5.18

H = 0,47.

K r .( Ft .Rd + Fvd ).E
[ H ]
A.K d

với Ft lực vòng ; Fvd lực va đập trên m dãy xích (m = 1)
Ftd tính theo công thức Fvd =13.10-7.n1.p3 (m)
Fvd = 13.10-7.141.31,753.1 = 5,87
Rđ là hệ số không đều tải trọng Rđ = 1
Kđ : là hệ số tải trọng động theo bảng 5.6 ta có Kđ = 1,3
Kr : hệ số kể đến ảnh hởng của số răng đĩa xích phụ thuộc Z
Trong đó Z = 27 suy ra Kr = 0,396 ; E = 2,1.105 .Mpa
A = 262 (mm2) bảng 5.12

Đại học Bách Khoa Hà Nội

18

Hoàng văn Thắng CTM 3 - K45

H

0,396.( 3155.1 + 5,78).2,1.10 5
= 0,47.
= 412,9 MPa
262.1,3

nh vậy dùng thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB =210
sẽ đạt đợc ứng suất tiếp xúc cho phép

[ ] = 500

Mpa

đảm bảo đợc độ bền tiếp xúc cho răng đĩa 1 tơng tự H 2 [ ]
với cùng vật liệu và nhiệt luyện
Xác định lực tác dụng lên trục
theo công thức 5.20 ; Fn = Kx.Ft
Kx = 1,05 với bộ truyền nghiêng với phơng ngang một góc là 600
Fr = 1,05 .3155 = 3312,75 (N)
phần III. Tính toán và thiết kế trục
Tính toán trục trong hộp giảm tốc bánh răng khai triển
Công suất trục vào (trục I ) là PI = 7,5 Kw , nI = 2922 vòng/phút
ở đầu vào nối với động cơ có lắp nối trục vòng đàn hồi
công suất trên trục II là PII = 6,57 Kw , nII = 563 vòng/phút
PIII = 6,31 Kw , nIII = 143 vòng/phút

Xác định sơ bộ đờng kính trục
Theo công thức 109 ta có d k = 3

Tk
0,2.[ ]

với dđc = 32 mm

Chọn vật liệu chế tạo các trục là thép 45 tôi cải thiện có b 850MPa
ứng suất xoắn cho phép [ ] = 15 30MPa
Vì trục vào lắp khớp nối để nối với trục động cơ điện nên ta chọn sơ bộ
dI = 0,8dđc = 0,8.32 = 24 mm
Ta chọn đờng kính 2 ngõng trục lắp với ổ lăn bằng d11 =d13=25 mm
Vì đờng kính chân bánh răng df11=30,75 do đó ta chọn đờng kính trục
Tơng ứng với vị trí bắnh răng là d12=25 mm và chế tạo trục liền bánh
răng .Ta tính sơ bộ trục 2 và trục 3

0,11.10 6
d2 = 0,11.10 Nmm chọn [ ] =16 Mpa 3
= 32,5mm
16.0,2
6

Đại học Bách Khoa Hà Nội

19


Hoàng văn Thắng CTM 3 - K45

Chọn d2=35 mm .
T3 =0,43.106Nmm .chọn [ ] =30 Mpa
d3 = 3

0,43.10 6
= 41,5mm chọn d3=42 mm
0,2.30

Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực
Tính khoảng cách đối với trục 2
L01=0,5.(lm1+b0) + k1 + k2 với d2=35 mm trong trong bảng 10.2 ta chọn
B0=21 mm theo công thức 10.10 ta có lm=(1,2 ữ 1,5 )d
Chọn lm1=1,2d =1,2.35 =42 (mm)
Chọn k1= 8 , k2=10 l01=0,5.(442+21) +10 +10 =50 (mm)
L02= l01 + 0,5(lm1+lm2) + k1
Chọn lm1= 60 mm ; k1= 8 mm
Suy ra l02= 52+ 0,5.102+ 9 = 109 mm
L03 = lm1+ lm2+3 k1+2k2+b0 = 42 + 60 +3.8 + 2.10 + 21 = 168(mm)
Tính khoảng cách đối với trục 1 là :
L04 = 0,5.(lm4 + b0) + k3 + hn , l01= 50 (mm)
Lm4 =1,4d1=1,4.24 =34(mm) , chọn k3 =16 (mm) , hn = 15(mm)
Suy ra l04 = 0,5.(35 +17) +17 + 18 = 60 (mm) ; l03 =168 (mm)
tính khoảng cách các đoạn nối với trục 3 :
l02 =109 mm , l05 = l03 +0,5.(lm5 + bo ) + k3 + hn
chọn k3 = 16 mm , hn = 18 mm ;
theo công thức 10.10 ta chọn lm5 = 1,2.d = 50 mm
Suy ra l05 = 168 + 0,5.(50 +25) + 16 + 18 = 240 mm
Tính toán lực tác dụng lên các trục
Với trục I
Ft1I

2T1 2.0,02.10 6
=
=
= 1119( N )
d w1
35,75

Ft 2 II = Ft1I .

tg tw
tg 20,943
= 1119.
= 450( N )
cos
cos18,014

Fa1I = Ft1I .tg = 1119.tg18,014 = 364( N )

Đại học Bách Khoa Hà Nội

20


Hoàng văn Thắng CTM 3 - K45

Tính lực phụ do nối trục vòng đàn hồi tác dụng lên trục
2T1
theo bảng 16.10a với T1 = 20 Nmm tra bảng ta
Dt

0,3.2.20000
= 190( N )
đợc Dt = 63 mm suy ra Ft 4 I =
63
Các lực tác dụng lên trục II
Ft 4 I = ( 0,2 0,3).

Đối với bánh 1 của trục II
Ft1II = 1119 (N ) ; Fr1II = 450 ( N ) ; Fa1II = 354 ( N ) ;
Các lực này ngợc chiều với các lực ở trục I
Đối với bánh 2 của trục II
Ft 2 II

2T2 2.0,11.10 6
=
=
= 3676( N )
d w2
182,97

Fr 2 II = Ft 2 II .

tg tw
tg 20,476 0
= 3676.
= 1149( N )
cos cham
0,96098

Fa 2 II = Ft 2 II .tg = 3676.tg16 0 = 1054( N )

Lực tác dụng lên bánh 2 của trục III
Ft2III = 3676 ( N ) ; Fr2III = Fr2II = 1149 ( N ) ;
Fa2III = Fa2II = 1050 ( N )
Lực tác dụng do bộ truyền xích gây ra
Lực hớng tâm tác dụng lên trục là Fr = kx.Ft
Vì bộ truyền xích đặt ngiêng một góc 600 so với phơng ngang nên
kx = 1,05 và ta phải phân tích Frxích thành hai thành phần Ft5 và Fr5
với Ft =3155 ( N )
Ft5 = Frxích.sin = 1,05.3155.sin600 = 2869 ( N )
Fr5 = Frxích.cos = 1,05.3155.cos600 = 1656 ( N )
Tính phản lực tác dụng lên các gối đỡ ( ổ bi ) do các lực Fr , Ft , Fa gây
ra từ các lực đã tính ta có
với trục I
FroI= 494 ( N ) , Fr0I = 312 ( N )
Fr3I = 435 ( N ) , Fr3I = 138 ( N )
Với trục II
Fr0II = 280 ( N ) , Ft0II = 2031 ( N )

Đại học Bách Khoa Hà Nội

21


Hoàng văn Thắng CTM 3 - K45

Fr3II = 2746 ( N ) , Ft3II = 619 ( N )
Với trục III
FtoIII = 1848 ( N ) , FroIII = 1203 ( N )
Ft3III = 2655 ( N ) , Fr3III = 1710 ( N )

Tính mô men tơng đơng tác dụng lên các trục
Đối với trục I
Tại tiết diện 0
Mo = 11400 , Mtđo = 11400 2 + 0,75.22240 2 = 22381( Nmm )
Tại tiết diện 1 lắp bánh răng
M 1 = 46968 2 + 11338 2 = 48317( Nmm )

M td 1 = 48317 2 + 0,75.22240 2 = 52014( Nmm )

Đối với trục II
tại tiết diện 1
M1 = 105612 2 + 19668 2 = 107391( Nmm )
Mtđ1 = 1073912 + 0,75.104609 2 = 140500( Nmm )
Tại tiết diện 2
M2 = 160332 2 + 58502 2 = 170672( Nmm )
Mtđ2 = 170672 2 + 0,75.104609 2 = 193226( Nmm )
Đối với trục III
Tại tiết diện 2
M2 = 11526 2 + 3416412 = 341835( Nmm )
Mtđ2 =

341835 2 + 0,75.439576 2 = 456662( Nmm )

Tại tiết diện 3
M3 = 202914 2 + 247015 2 = 319672( Nmm )
Mtđ3 =

319672 2 + 0,75.49576 2 = 497162( Nmm )

Tại tiết diện 5

M5 = Mtđ5 = 439576 ( N mm )

Đại học Bách Khoa Hà Nội

22


Hoàng văn Thắng CTM 3 - K45

Tính tiết diện tại các đoạn trục
Đối với trục I
d4 = 19,6 ( mm ) ; do = 21,49 ( mm ) ; d1 = 23,2 ( mm )
Đối với trục II
d1 = 27,93 ( mm ) ; d2 = 29,96 ( mm )
Đối với trục III
d2 = 42,89 ( mm ) ; d3 = 39,85 ( mm ) ; d5 = 41,2 ( mm )
Xuất phát từ yêu cầu về độ bền và lắp ghép ta chọn đờng kính các
đoạn trục nh sau :
Trục I : do = 25 ( mm ) ; d1 = 28 ( mm ) ; d4 = 24( mm )
Trục II : do = 30 ; d1 = 34 ; d2 = 34 ; d3 = 30
Trục III : do = 45 ( mm ) ; d2 = 48 ( mm ) ; d3 = 45 ( mm ) ;
d5 = 42 ( mm )
Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi
Với thép 45 có b = 850 MPa; 1 = 0,436 b
1 = 0,436.850 = 370,6 MPa; 1 0,58. 1 = 0,58.370,6 = 215

Theo bảng 10.7 ta tra đợc = 0,1, = 0,05
Các trục của hộp giảm tốc đều quay ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ
đối xứng do đó ai tính theo :

ai = max j =

Mj
wj

với M

j

=

M xj + M yj và mj = 0

vì trục quay một chiều nên ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch
động mj = aj =

Tj
max
=
2
2 w0 j

Xác định hệ số an toàn ở các tiết diện nguy hiểm của trục
Dựa theo kết cấu trục trên các hình vẽ và biểu đồ mô men tơng ứng ta
có thể thấy các tiết diện sau đây là tiết diện nguy hiểm cần đợc kiểm tra
về độ bền mỏi
Trên trục II : tại tiết diện lắp bánh răng 1 và 2
Trên trục III : các tiết diện lắp bánh răng 2 tiết diện lắp ổ lăn 3 và
tiết diện lắp đĩa xích 5

Đại học Bách Khoa Hà Nội

23


Hoàng văn Thắng CTM 3 - K45

Chọn kiểu lắp ghép : các trục có lắp ổ lăn theo k6 , lắp bánh răng bánh
đĩa xích nối trục đàn hồi theo k6
kích thớc của then tra bảng 9.1 , trị số mô men cản uốn và cản xoắn tra
bảng 10.6 ứng với tiết diện trục nh sau :
Tiết diện

Đờng
kính trục

b xh

t1

W(mm3)

1

34

10 x 8

5

3238

7095

4

24

8x7

4

1089

2446

2

48

14 x 9

5,5

9403

20255

5

42

12 x 8

5

6292

13562

Wo(mm3)

Bảng kích thớc then và mô men cản uốn tại các tiết diện trục
Xác định các hệ số

kdj

và kdj đối với các tiết diện nguy hiểm theo

công thức 10.25 , 10.26 sách hớng dẫn tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ
khí của thầy Trịnh Chất và Lê Văn Uyển
Các trục đợc gia công trên máy tiện tại các tiết diện nguy hiểm yêu cầu
đạt Ra = 2,5 0,63 àm do đó theo bảng 10.8 hệ số tập ứng suất do
trạng thái bề mặt là kx = 1,1 , vì không dùng các phơng phcacstawng
bền bề mặt nên ky = 1 .
Theo bảng 10.12 khi dùng dao phay ngón hệ số tập trung ứng suất tại
rãnh then ứng với vật liệu có b = 850 MPa là k = 2,01 và k = 1,88
Theo bảng 10.10 tra hệ số kích thớc và ứng với đờng kính tiết
diện nguy hiểm từ đó xác định đợc tỷ số

k



và

k
tại rãnh then trên


các trục này . Theo bảng 10.11 ứng với kiểu lắp đã chọn và b = 850 MPa
k
k
và đờng kính của tiết diện nguy hiểm tra đợc
và
do lắp căng tại


các tiết diện này trên cơ sở đó dùng giá trị lớn hơn trong hai giá trị của
k
k
để tính kd và giá trị lớn hơn trong hai giá của
để tính kd kết





quả tính đợc ghi trong bảng 10.15

Đại học Bách Khoa Hà Nội

24


Hoàng văn Thắng CTM 3 - K45

Xác định hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp s theo 10.20 và hệ
số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp s theo 10.21 cuối cùng tính hệ số
an toàn theo s theo 10.19 ứng với các tiết diện nguy hiểm
Kết quả ghi trong bảng cho thấy các tiết diện nguy hiểm trên hai trục đều
đảm bảo an toàn về mỏi :

Tiết
diện

d
mm

1

Tỉ số k



tỉ số k
do

do

kd kd s s

S

Rãnh
then

Lắp
căng

Rãnh
then

Lắp
căng

34

2,32

2,44

2,36 1,86

2,54 2,46 3,76 11

3,56

34

2,32

2,44

2,36 1,86

2,54 2,46 3,76 11

3,56

45

2,42

2,44

2,44 1,86

2,54 2,54 3,47 6,39 3,05

48

2,46

2,44

2,46 1,86

2,56 2,56 3,98 3,92 2,97

42

2,39

2,44

2,42 1,86

2,54 2,52 2,1

TrụcII

2
TrụcII

3
TrụcIII

2
TrụcIII

5

2,64 1,64

TrụcIII

Bảng kết quả tính toán hệ số an toàn đối với các tiết diện của 3 trục
Tính kiểm nghiệm về độ bền của then với các tiết diện trục dùng mối
ghép then cần tiến hành kiểm nghiệm mối ghép về độ bền dộp theo

9.1sách hớng dẫn và độ bền cắt
Theo 9.2 ,kết quả tính tóan nh sau với lt = (0.8 0.9)lmi
d =

2T
2T
[ d ] , c =
[ c ] , với [ c ] = 60 90( MPa ) ( thép 45 )
d .l t ( h t1 )
d .l t .b

d

lt

bxh

t1

T(Nmm)

d (Mpa)

24

27

8x7

4

20000

17,14

Đại học Bách Khoa Hà Nội

25

c (Mpa)

6,43