Cơ sở thiết kế máy và thiết kế máy chi tiết máy phần 2 lê văn uyển

LÊ VĂN UYỂN

PHẦN THỨ HAI

THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY

Hà nội tháng 9-2015


MỤC LỤC
PHẦN II

THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY

Chương 13

SƠ ĐỒ HỆ DẪN ĐỘNG MÁY VÀ TÍNH TOÁN ĐỘNG
LỰC HỌC
13.1 Khái niệm chung về máy công tác và sơ đồ bố trí hệ dẫn động máy....1
13.2 Chọn động cơ điện và phân phối tỷ số truyền trong sơ đồ dẫn động ...8
Chương 14 THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY VÀ BỘ PHẬN MÁY
14.1 Dữ liệu và các yêu cầu khi thiết kế các chi tiết máy............................23
14.2 Thứ tự tính toán thiết kế các chi tiết trong hệ dẫn động......................23
14.3 Tự động hóa thiết kế các chi tiết truyền động.....................................52
Chương 15 THIẾT KẾ KẾT CẤU CÁC CHI TIẾT VÀ BỘ PHẬN MÁY
15.1 Kết cấu các chi tiết truyền động..........................................................54
15.2 Kết cấu trục và các phương pháp cố định chi tiết trên trục.................70
15.3 Kết cấu bộ phận ổ, bôi trơn và che kín................................................79
15.4 Kết cấu các chi tiết khác......................................................................90
15.5 Bôi trơn các chi tiết trong hộp giảm tốc........................................... 102
15.6 Lắp ráp, kiểm tra và điều chỉnh ăn khớp............................................105

15.7 Bản vẽ lắp Hộp giảm tốc ...................................................................128
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................131


Chƣơng 13
SƠ ĐỒ HỆ DẪN ĐỘNG MÁY và
TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC
13.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY CÔNG TÁC
VÀ SƠ ĐỒ BỐ TRÍ HỆ DẪN ĐỘNG MÁY
Thực tế các máy công tác rất đa dạng về chủng loại và tính năng sử
dụng. Tải trọng và vận tốc có thể không đổi hay thay đổi trong quá trình vận
hành. Có thể đưa ra một số nhóm máy công tác sau đây làm ví dụ minh họa:
Nhóm I bao gồm các máy có công suất công tác không đổi hay thay đổi
không đáng kể còn vận tốc của cơ cấu chấp hành (CCCH) là không thay đổi
trong quá trình vận hành: Các loại băng tải; xích tải; lò quay…
Nhóm II bao gồm các máy có công suất làm việc với tải trọng thay đổi
nhưng vận tốc không thay đổi, bao gồm các cơ cấu trong máy nâng hạ như
cầu trục, cầu lăn, thang máy...
Nhóm III bao gồm các máy công tác có công suất và vận tốc công tác thay
đổi như các máy gia công kim loại (Các máy cắt gọt vạn năng: máy tiện,
máy phay; máy mài… hoặc các máy CNC), các loại ô tô; máy kéo…
Hình 13.1 là một sơ đồ hệ dẫn động (HDĐ) của máy vận chuyển liên tục,
ở đây dùng động cơ điện nối với HGT trục vít bằng khớp nối; Đầu ra HGT
được lắp đĩa xích dẫn còn đĩa bị dẫn lắp trên trục tang và trên trục tang được
lắp tang đường kính D(mm) và băng tải chuyển động với vận tốc v(m/s).
Nhìn chung HDĐ của một máy công tác bao gồm các bộ phận chính sau
đây:
- Nguồn động lực: Động cơ điện có tốc độ không đổi hay thay đổi;
Động cơ đốt trong hoặc turbin khí…
- TĐCS bao gồm các bộ truyền ngoài: bộ truyền đai; bộ truyền xích

hoặc truyền động bánh răng để hở hay truyền động bánh ma sát; một
HGT một hay nhiều cấp hoặc hộp số.
- Khớp nối dùng để nối giữa các đầu trục lại với nhau.
Ngoài ra có thể bố trí thêm một số bộ phận khác tùy yêu cầu sử dụng
như phanh, cơ cấu an toàn….

1


4

v

3
T1

D

Tm
T1


2

T2

1

T3

H

t
tm

t1

t2

t3

tck

F
v

D

B

5

1. Động cơ điện
2. Khớp nối
3. HGT (HGT trục vít)
4. Bộ truyền ngoài (Xích)
5. Bang tải:
D đ-ờng kính tang
F lực kéo
v vận tốc băng tải

Hỡnh 13.1 S dn ng mỏy cụng tỏc (bng ti)

Tựy thuc vo loi mỏy cụng tỏc m h thng dn ng mỏy (HD) cn
cú nhng yờu cu khỏc nhau. Vic la chn s b trớ HD l mt trong
nhng yu t quan trng trong quỏ trỡnh thit k mỏy. Tựy thuc vo yờu
cu ca CCCH; khụng gian b trớm ngi thit k a ra s HD
hp lý. Vic thit k mỏy cụng tỏc chớnh l thit k HD, bao gm chn
ngun ng lc (chn ng c) v thit k hoc chn (mua) truyn ng
cụng sut (TCS) hoc HGT.
Phn II cun ti liu s trỡnh by phng phỏp tớnh toỏn thit k HD
mỏy, bao gm la chn s HD; chn ng c in; thit k cỏc chi tit
v b phn khỏc; tớnh toỏn thit k kt cu cỏc chi tit trong HGT.
Do khuụn kh cú hn nờn cun ti liu ny ch trỡnh by tớnh toỏn thit
k HD cỏc mỏy cụng tỏc cú vn tc khụng thay i v cú cụng sut (lc
kộo) b phn cụng tỏc l khụng i hoc thay i theo ch n nh.
Thit k cỏc chi tit truyn ng c trỡnh by di hai dng c bn:
- Thit k cỏc chi tit truyn ng theo phng phỏp thụng thng.

2


- Thiết các chi tiết truyền động bằng cách sử dụng phần mềm thiết kế
trong Autodest Inventor.

13.1.1 Động cơ điện
Động cơ điện được sử dụng rất rộng rãi để tạo ra cơ năng cho các máy
công tác. Động cơ có rất nhiều loại: Động cơ một chiều; Động cơ xoay
chiều (động cơ không đồng bộ; Động cơ đồng bộ); Động cơ bước
(động cơ giảm tốc; động cơ rung và động cơ Servo).

Với dãy động cơ không đồng bộ 3K- 4K có chung ưu điểm là hiệu suất
cao, mô men mở máy khỏe và độ rung thấp. Kích thước và dãy công suất
phù hợp với dãy tiêu chuẩn IEC. Động cơ dùng để dẫn động cho các thiết bị
như máy cắt gọt kim loại, máy nghiền, máy trộn, băng tải…
Hiện nay trên thị trường có nhiều loại động cơ do nhiều công ty chế tạo.
Bảng PL 13.1&2 giới thiệu thông số kỹ thuật động cơ điện Việt Hung để
bạn đọc tham khảo khi chọn động cơ điện cho HDĐ.

13.1.2 Hộp giảm tốc
HGT là một tổ hợp hình thành từ các bộ truyền bánh răng hay trục vít
được bố trí theo một sơ đồ, có tỷ số truyền không đổi (u > 1), dùng để giảm
tốc độ đồng thời tăng mô men xoắn của trục ra. Một loại cơ cấu tương tự
nhưng dùng để tăng tốc (u < 1) gọi là Hộp tăng tốc.
Tùy thuộc vào số cấp, loại bộ truyền bố trí và sơ đồ bố trí mà HGT được
chia thành các loại sau đây:
- HGT một cấp: HGT bánh răng trụ (hình 13.2a); HGT bánh răng côn
(hình 13.3a,b&c); HGT trục vít (hình 13.4a,b&c).
- HGT hai cấp: HGT bánh răng trụ khai triển (hình 13.2b); Khai triển
phân đôi (hình 13.2c); hay HGT đồng trục (hình 13.d); HGT côn – trụ (hình
13.3d&e); HGT Bánh răng - trục vít (hình 13.4d) hay Trục vít - bánh răng
(hình 13.4e) và trục vít hai cấp (hình 13.4g).
- HGT ba cấp: HGT côn – Trụ 3 cấp; HGT bánh răng trụ 3 cấp…
Ngoài cách phân loại trên, tùy thuộc vào yêu cầu mà vị trí đầu vào và
đầu ra các trục có thể được bố trí khác nhau. Có loại HGT có hai đầu vào
(một đầu để nối với động cơ qua khớp nối, đầu kia để dự phòng hay để nối
với một thiết bị an toàn) hoặc hai đầu ra (một dẫn động kéo hai bộ phận
công tác) (hình 13.3c); hoặc tâm trục vào và ra nằm trên mặt phẳng song
song với đáy hộp hay nghiêng góc hoặc ví trí đường tâm trục vào có thể
nằm ngang phía dưới, phía trên hay thẳng đứng (hình 13.4a,b&c).

3


Tùy thuộc vào yêu cầu kích thước, làm việc…mà các bộ truyền có thể là
răng thẳng hay răng nghiêng. Việc lựa chọn phương án loại HGT và bố trí vị
trí các bộ truyền trong và ngoài, cũng như loại bộ truyền tùy thuộc vào các
yêu cầu cụ thể.
Ngoài các HGT trên còn có HGT bánh răng sóng hay HGT hành tinh.
HGT bánh răng chốt và Động cơ HGT (động cơ gắn liền HGT).
Bảng 13.1 cho phạm vi tỷ số truyền nên dùng của bộ truyền đai, xích và
HGT bánh răng.
Bảng 13.1 Tỷ số truyền nên dùng cho bộ truyền và HGT
Loại truyền động

Tỷ số truyền

Truyền động đai
- Đai dẹt
- Đai thang
- Đai răng
Truyền động xích
Hộp giảm tốc một cấp
- HGT bánh răng trụ
- HGT bánh răng côn răng thảng
- HGT trục vít
Hộp giảm tốc hai cấp
- HGT Côn - trụ
- HGT bánh răng trụ (khai triển; phân đôi và đồng trục)
- HGT Bánh răng - trục vít và Trục vít bánh răng
- HGT 2 cấp trục vít

2…4
3…5
4…10
2…5
4…6 (8)
3…4,5
14…30
10…25
10…40
50…100
200…800

13.1.2.1 Hộp giảm tốc bánh răng trụ
HGT bánh răng trụ gồm các loại sau đây:
HGT bánh răng trụ một cấp (hình 13.2a) dùng khi tỷ số truyền không
lớn, thường uh < 7 nếu là bánh trụ răng nghiêng, còn nếu sử dụng bánh trụ
răng thẳng thì uh  5. Do các bánh răng bố trí đối xứng so với gối đỡ trục
nên khi thiết kế nên chọn a lớn (a  0,4…0,5 ).
HGT bánh răng trụ 2 cấp thường dùng khi tỷ số truyền u h = 10…40, có
thể bố trí theo các sơ đồ khác nhau:
- HGT khai triển (hình 13.2b). Loại này có kết cấu đơn giản nhưng do
bánh răng phân bố không đối xứng so với gối đỡ trục nên làm cho sự phân
bố không đều của tải trọng tăng lên. Để khắc phục cần tăng độ cứng trục,
tăng độ chính xác chế tạo và giảm chiều rộng vành răng (chọn a nhỏ).

4


n2

x

x

n1

x

n1

n1
x

x

x

x

x

x

x

x

n1

x

n1
x
x

x

x

a)

c)

b)

e)

d)

MÆt ph©n c¸ch

x

x

x

x

x

x

x

x

MÆt ph©n c¸ch

h)

g)

Hình 13.2 HGT bánh răng trụ một và 2 cấp

- HGT khai triển phân đôi (hình 13.2c). Có thể phân đôi ở cấp nhanh hay
ở cấp chậm. Do sử dụng cặp bánh răng phân đôi nên dòng công suất được
chia đôi vì vậy kích thước trục có lắp bánh răng phân đôi sẽ nhỏ hơn. Mặt
khác có thể sử dụng cặp bánh răng chữ V (hai bánh răng nghiêng có hướng
răng ngược nh au với góc nghiêng  lớn (thường  = 30o…40o)). Vì vậy khi
thiết kế loại HGT này cần lưu ý:
+ Có thể sử dụng bánh răng có chiều rộng vành răng lớn (chọn a lớn).
+ Một trên các trục có lắp bánh răng phân đôi cần lắp ổ tùy động.
- HGT đồng trục (hình 13.2e), loại HGT này có đặc điểm là đường tâm
trục vào và ra nằm trên một đường thẳng và vì vậy kích thước hộp giảm
theo chiều dài và tăng theo chiều rộng. Do có một ổ trục nằm bên trong hộp

5

nên việc chế tạo, lắp ghép và bôi trơn ổ giữa sẽ khó khăn. Mặt khác trục
trung gian tương đối dài nên cần chọn đường kính trục lớn.
HGT bánh răng trụ 3 cấp có tỷ số truyền u h = 40…250, thường bố trí
theo sơ đồ khai triển hay phân đôi ở cấp trung gian.
Bề mặt phân cách trong HGT bánh răng trụ có thể song song với mặt
đáy (hình 13.2g) hoặc tạo với mặt đáy một góc (hình 13.2h).
II

MÆt
ph©n c¸ch

MÆt
ph©n c¸ch

x
x

x

n1

n1
x

n1

II
II

a)

b)

c)
III

II

z1 z3
I

z4

MÆt ph©n
c¸ch

z2

n3

II

z1 z3

z4

I

I

z2
III

d)

e)

Hình 13.3 HGT bánh răng côn một cấp và HGT côn trụ 2 cấp

HGT bánh răng trụ được sử dụng nhiều hơn so với các loại HGT khác
do có nhiều ưu điểm như chế tạo lắp ghép đơn giản; hiệu suất truyền động
cao.

13.1.2.2 Hộp giảm tốc bánh răng côn và HGT côn trụ hai cấp
HGT bánh răng côn được dùng khi cần truyền chuyển động và mô men
giữa các trục giao nhau và thường là 90o (hình 13.3).
- Khi tỷ số truyền u h  6 nên dùng HGT bánh răng côn 1 cấp và phổ biến
nhất là bánh côn răng thẳng (khi uh  4,5) hoặc răng cong khi u h  6. Tùy

6


theo yêu cầu đầu trục ra mà các trục có thể bố trí trong mặt phẳng nằm
ngang (hình 13.3a) hoặc trục ra có phương thẳng đứng (hình 13.3b).
- HGT côn trụ hai cấp chỉ sử dụng khi tỷ số truyền lớn uh = 10…40.
Trường hợp này có thể bố trí theo sơ đồ hình 13.3d hoặc trục vào nằm
ngang còn trục ra III thẳng đứng (hình 13.3e).
- HGT côn trụ 3 cấp chỉ dùng khi uh = 25…75.
Trong các HGT có bánh răng côn thì bánh răng côn thường bố trí ở cấp

nhanh còn cấp chậm sử dụng bánh trụ răng răng thẳng hay răng nghiêng.
Hướng răng cần chọn sao cho có lợi nhất về lực tác dụng lên ổ. Với HGT
bánh răng côn trụ ba cấp có thể bố trị cấp chậm theo sơ đồ dạng khai triển
hay khai triển phân đôi.

MÆt ph©n
c¸ch

MÆt ph©n
c¸ch

MÆt ph©n
c¸ch

n1

a)

b)

c)

MÆt ph©n
c¸ch

d)

MÆt ph©n
c¸ch

n3

n1

e)

g)

h)

Hình 13.4 HGT trục vít một cấp và HGT trục vít bánh răng

HGT bánh răng côn thường có giá thành cao hơn do chế tạo bánh răng
côn phức tạp hơn so với bánh răng trụ; Mặt khác, do lắp ráp và điều chỉnh
phức tạp hơn ( yêu cao về sự trùng đỉnh của các mặt côn lăn vì vậy yêu cầu độ chính xác
chế tạo và lắp ghép cao hơn ). Trong truyền động bánh răng côn, để tăng độ cứng
và tải phân bố đều hơn trên đường tiếp xúc, trục bánh răng côn nhỏ nên trí
theo các sơ đồ như hình 13.3c.

13.1.2.3 Hộp giảm tốc trục vít và trục vít bánh răng
HGT trục vít được dùng khi cần truyền chuyển động giữa hai trục chéo
nhau với góc chéo nhau 90o. Bao gồm các loại sau đây:

7


- HGT trục vít một cấp thường dùng khi tỷ số truyền uh = 14…30. Tùy
thuộc vào yêu cầu sử dụng mà vị trí của trục vít có thể bố trí theo các sơ đồ
khác nhau (hình 13.4a,b&c).
- HGT bánh răng- trục vít hoặc trục vít - trục vít khi cần tỷ số truyền

uh = 50…100 (hình 13.4d&e).
- Nếu tỷ số truyền lớn hơn (uh = 200…800) thì sử dụng HGT trục vít hai
cấp (hình 13.4g).
Vì HGT được dùng rất phổ biến trong các máy công tác nên được chế
tạo sẵn và được bán rộng rãi trên thị trường. Tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng
mà chọn loại HGT cho phù hợp (theo T và tỷ số truyền u h). Tuy nhiên trong
một số trường hợp, người thiết kế có thể thiết kế HGT theo các thông số kỹ
thuật yêu cầu. Nội dung của thiết kế các chi tiết và HGT của máy công tác
được trình bày cụ thể ở chương 14.

13.2 CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN
TRONG SƠ ĐỒ DẪN ĐỘNG MÁY
Một hệ dẫn động máy thường bao gồm các bộ phận như Động cơ điện;
Khớp nối hoặc Khớp nối kết hợp phanh; Bộ truyền ngoài (bộ truyền xích;
bộ truyền đai hay bộ truyền bánh răng để hở) và Hộp giảm tốc được bố trí
theo một trình tự sao cho có lợi nhất về kích thước khuôn khổ, giá thành, an
toàn và thuận tiện trong quá trình vận hành cũng như sửa chữa nhằm thỏa
mãn các yêu cầu của thiết kế. Máy công tác được coi là hợp lý khi và chỉ khi
sơ đồ dẫn động máy là hợp lý. Thực tế có thể gặp một trong hai trường hợp
sau đây khi thiết kế các máy công tác:
-

Thiết kế máy công tác khi đã biết trước sơ đồ hệ dẫn động.

-

Thiết kế máy công tác xuất phát từ việc chọn sơ đồ dẫn động máy.

Trong cả hai trường hợp trên đều phải chọn được động cơ điện và tiến
hành xác định được tỷ số truyền của các bộ truyền trong HDĐ. Trên cơ sở

đó xác định được các thông số kỹ thuật cần thiết để thiết kế các chi tiết cũng
như bộ phận máy (ví dụ muốn thiêt kế bánh răng, ngoài các yêu cầu như
kích thước, tiếng ồn, thời gian sử dụng...thì người thiết kế cần phải biết
trước: công suất truyền P; tốc độ quay n (hoặc mô men T); hiệu suất  và tỷ
số truyền u của bộ truyền.

13.2.1 Khi biết trƣớc sơ đồ dẫn động máy công tác
Vì sơ đồ dẫn động máy đã được xác định trước (bao gồm loại bộ
truyền ngoài; loại HGT và số cấp, cũng như vị trí bố trí) nên có thể
tiến hành chọn động cơ điện như sau:

8


13.2.1.1 Chọn tốc độ đồng bộ của động cơ
a) Xác định tốc độ quay của trục công tác (trục tang)

60.1000 .v
.D
b) Xác định tỷ số truyền chung u c
n ct 

uc 

(13.1)

n đb
n ct

(13.2a)

Trong đó nđb là tốc độ đồng bộ của động cơ điện. Hiện nay các động cơ
được chế tạo với 4 loại tốc độ đồng bộ sau: 750; 1000; 1500 và 3000vg/ph
c) Sơ bộ chọn trước tỷ số truyền bộ truyền ngoài: u ng và xác định tỷ số
truyền hộp giảm tốc tương ứng với tốc độ đồng bộ động cơ
uh 

uc
u ng

(13.3)

e) Lập bảng thống kê. Để tiện so sánh bảng thống kê cần thể hiện được:
- Tốc độ đồng bộ của động cơ: nđb = 750; 1000; 1500 và 3000vg/ph.
- Bộ truyền ngoài và tỷ số truyền u ng.
- Loại hộp giảm tốc và tỷ số truyền hộp uh.
Ghi chú: vì cho trước sơ đồ dẫn động nên loại bộ truyền ngoài và HGT đã
được xác định nên bảng có dạng sau.
Tốc độ đồng bộ động cơ,vg/ph
Tỷ số truyền chung
uc = nđb/nct
Loại bộ truyền ngoài
Tỷ số truyền ung
Loại, số cấp HGT
Tỷ số truyền uh

750

1000

1500

3000

uc =

uc =

uc =

uc =

-

-

-

-

ung =

ung =

ung =

ung =

uh= uc /ung

uh= uc /ung

-

uh= uc /ung

uh= uc /ung

Theo kết quả tính ở bảng trên và dựa vào bảng 13.1 (tỷ số truyền nên dùng
của các bộ truyền ngoài và các loại HGT), có thể chọn được tốc độ đồng bộ động
cơ hợp lý.

9


13.2.2.2 Xác định công suất yêu cầu của động cơ
a) Khi cơ cấu chịu tải trọng ổn định hoặc thay đổi không đáng kể thì công
suất yêu cầu đặt trên trục động cơ xác định theo công thức sau:

Pyc 

Pct


(13.4a)

b) Khi cơ cấu chấp hành chịu tải trọng thay đổi theo qui luật như hình 13.5,
thì công suất yêu cầu được tính theo công thức sau:

Pyc 

Ptđ


(13.4b

- Pct là công suất trên trục công tác trên cơ cấu chấp hành xác định như
sau:
Pct = F.v/1000,KW

(13.5a)

- Ptđ là công suất tương đương được xác đinh như sau:

P 
Ptđ   P .t i  P1   i 
i 1
i 1  P1 
k

k

2
i

2

 t
. i
 t

i







Trong các công thức trên:

(13.5b)
T1

v(m/s) là vận tốc của cơ cấu chấp hành.

Tm
T1

F(N) là lực kéo tác dụng trên cơ cấu.

T2

Pi là công suất tác dụng trong thời gian
tương ứng ti

T3

P1 là công suất lớn nhất tác dụng lâu dài
nhất trong các công suất Pi.
 là hiệu suất của HDĐ, bao gồm tổn

hao từ động cơ đến trục công tác xác định
nhờ công thức sau:
k

t
tm

t1

t2

t3

tck
Hình 13.5
Sơ đồ tải trọng thay đổi

    ij với i là hiệu suất của bộ
i 1

phận (hiệu suất bánh răng, hiệu suất ổ lăn…); j số bộ phận xuất hiện trong
hệ dẫn động (trong vi dụ trên thì

10


 = k. h. x. ol (k là hiệu suất của khớp; h là hiệu suất của HGT:
h  br ol2 ; x là hiệu suất của bộ truyền xích và ol hiệu suất của gối đỡ
trục tang); Hiệu suất của bộ phận máy có thể tra ở bảng 13.2.
Bảng 13.2 Hiệu suất của bộ truyền và ô

Hiệu suất, 
Tên gọi
Bộ truyền bánh răng trụ
Bộ truyền bánh răng côn
Bộ truyền trục vít: - Tự hãm
- Không tự hãm khi z1 = 1
z1 = 2
z1 = 3
Bộ truyền bánh ma sat
Bộ truyền đai
Bộ truyền xích
Một cặp ổ lăn
Một cặp ổ trượt

Được che kín

Để hở

0,96…0,98
0,95…0,97
0,4…0,5
0,7…0,75
0,75…0,82
0,85…0,92
0,90…0,96
0,95…0,97
0,99…0.995
0,98…0,99

0,93…0,95

0,92…0,94
0,2…0,3

0,70…0,88
0,95…0,96
0,90…0,93

13.2.2.3 Chọn động cơ điện
Dựa vào công suất yêu cầu và tốc độ đồng bộ sơ bộ đã xác định ở trên,
tra bảng PL 13.1&2 để chọn qui cách động cơ thỏa mãn điều kiện sau:
Động cơ điện được chọn có công suất động cơ P đc và tốc độ đồng bộ nđb
theo điều kiện sau:
Pđc  Pyc

(13.6)

nđb  nsb
Ngoài ra động cơ được chọn cần đủ mô men để khởi động theo điều
kiện:
(13.7)

Tmax Tk

Tđm Tđm

Tra bảng PL 13.1&2 xác định thông số và kích thước cơ bản của động
cơ điện như sau:
- Loại động cơ: (ký hiệu động cơ điện)
- Pđc = …KW; nđc = …vg/ph.
- Tmax/ Tđm = … > Tmax/ Tđm = …

- Đƣờng kính trục động cơ dđc = …mm

11


13.2.2.4 Phân phối tỷ số truyền trong HDĐ
a) Xác định chính xác tỷ số truyền chung theo công thức sau:

uc 

n đc
 u ng .u h
n ct

(13.7)

b) Dựa vào bảng (13.1) và kết quả tính uc để chọn lại tỷ số truyền của bộ
truyền ngoài và tính chính xác tỷ số truyền của hộp hoặc ngược lại và lập lại
bảng :
Tốc độ động cơ,vg/ph
nđc =
Tỷ số truyền chung u c = nđc/nct

uc =

Loại bộ truyền ngoài

-

Tỷ số truyền ung

ung =

Loại, số cấp HGT
Tỷ số truyền uh

uh = uc /ung

Ghi chú: - Tỷ số truyền của các bộ phận nên nằm trong giới hạn (bảng 13.1)
- Nếu là HGT nhiều cấp thì tiến hành phân phối tỷ số truyền giữa các
cấp trong hộp với nhau.
- Với sơ đồ có HGT trục vít thì utv được chọn sao cho z2 = utv.z1> 28;
thường chọn z1 = 2 (ví dụ hình 13.1).

13.2.2.5 Xác định thông s ố kỹ thuật trên các trục hộp giảm tốc
Để có dữ liệu thiết kế các chi tiết trong HDĐ và trong HGT, cần xác
định các thông số kỹ thuật (P; n và T) trên các trục của HGT.
Trong bảng 13.3, lần lượt ký hiệu các trục như sau:
- Trục động cơ điện
- Trục I là trục vào HGT.
- Trục II (với HGT một cấp thì trục II chính là trục ra)
- Trục công tác (trục tang)
Tiến hành xác định P i; ni và Ti với i lần lượt là các trục và lập bảng các
thông số kỹ thuật như sau (trong trường hợp đang xét ở hình 13.7 do trục

12


động cơ nối với trục vào bằng khớp nối nên uđc/I = uk; còn bộ truyền ngoài là
bộ truyền xích nên u ng = ux).

Bảng 13.3 Thông số kỹ thuật trên các trục HGT
Trục

Động cơ

Thông số

I

uk= 1

II
uh =

Công tác
ux =

Công suất P(KW)

Pyc = Pct/

←

←

F.v/1000

Tốc độ quay n(vg/ph)

nđc

→

→

nct = nđc/uh.ux

Mô men T(N.mm)

-

-

-

-

Chú ý:
- Khi xác định công suất trên các trục cần xuất phát từ công suất trục
công tác tính ngược về trục động cơ theo công thức sau:

PII 

Pct
ct II

(13.8)

với ct-II là hiệu suất từ trục công tác về trục II
Tương tự tính được PI và Pyc (công suất yêu cầu trên trục động cơ)

- Khi xác định tốc độ quay của các trục lại xuất phát từ trục động cơ và
tiến hành tính tốc độ các trục theo công thức sau:

nI 

n đc
u đc  I

(13.9)

với uđc-I là tỷ số truyền từ trục động cơ đên trục I. Nếu trục động cơ nối
với trục vào HGT bằng khớp thì uđc-I = uk = 1; ngược lại nếu dùng bộ truyền
đai thì uđc-I = uđ.
- Khi đã biết được P và n ta có thể tính được mô men trên các truc theo
công thức sau:

T  9,55.10 6

P
, Nmm
n

(13.10)

13


Vớ d 13.1 Xỏc nh cỏc thụng s k thut cho s h dn ng bng ti b trớ
theo s hỡnh 13.6. Bit : Lc kộo trờn mt bng ti F = 2150N; Vn tc di chuyn
bng ti v = 1,1m/s; ng kớnh tang D = 300mm v Tk / Tm = 1,9.

4
v

3
2

T1

D

1

H

Tk



T1

5

t
tm
tck

B

F
v

D

1. Động cơ điện
2. Khớp nối
3. Hộp giảm tốc- HGT trục vít
4. Bộ truyền ngoài- Xích
5. Băng tải:
D = ......( mm)
F = .... (N)
v = ......(m/s)
Thời gian sử dụng t (giờ)
Chế độ làm việc:

D

B

v
F

Hỡnh 13.6 S HD bng ti
Bi gii
Bc 1. Chn ng c in
a)

Tc quay ca trc cụng tỏc:

n ct

60.1000 .v 6.10 4 .1,1

70,06( vg / ph)
.D
.300

b) Xỏc nh t s truyn chung theo cụng thc (13.3a); Chn s b t s tuyn b
truyn ngoi ; Tớnh t s truyn ca hp v kt qu bng di õy:
Tc ng b ng c,vg/ph
750

1000

1500

10,7

14,28

21,42

B truyn ngoi

BT Xớch

BT Xớch

BT Xớch

T s truyn ung

ux = 3

ux = 3

ux = 3

HGT 1 cp BR cụn
uh= 3,56

HGT 1 cp BR cụn

HGT 1 cp BR cụn

uh= 4,76

uh= 7,1

T s truyn chung
uc= nb/nct

Loi, s cp HGT
T s truyn uh

14


Từ kết quả tính ở trên trên cho thấy không nên dùng động cơ có nđb = 1500vg/ph vì
khi đó tỷ số truyền của xích và HGT bánh răng côn đều rất lớn. Như vậy chỉ còn hai
phương án và chọn động cơ có tốc độ đồng bộ nđb = 1000vg/ph hợp lý hơn.

c)

Xác định công suất yêu cầu của động cơ

Do chế độ tải trọng không đổi và một HDĐ kéo hai băng tải nên công suất yêu cầu của
động cơ xác định theo công thức (13.4a) có dạng như sau:
Pyc 

Pct
P'
 2. ct , với



Pct' là công suất trên một trục công tác (trục tang).

Trong đó: P  2. F.v  2.(2150 ).(1,1)  4,730KW
ct
1000
1000
 là hiệu suất chung của hệ tính theo công thức sau:
   k  br .3ol . x  (1).0,96.(0,99) 3 .0,96  0,885
Các hiệu suất thành phần: k = 1; br = 0,96; ol = 0,99; x = 0,96.
Vậy công suất yêu cầu của động cơ sẽ là: P  Pct  4,73  5,34KW
yc
 0,885
Tra bảng PL13.1&2, với Pyc = 5,34KW và nđb = 1000vg/ph, tìm được động cơ sau:
- Loại động cơ: 3K160S6
- Pđc = 5,5KW; nđc = 960vg/ph.
- Tmax/ Tđm = 2,2 > Tmax/ Tđm = 2,0

- Đƣờng kính trục động cơ dđc = 38mm
Bƣớc 2. Phân phối tỷ số truyền
- Tỷ số truyền chung của hệ: u  n đc  960  13,702
c
n lv 70,06
- Chọn ux = 3,2 do đó u  u c  13,702  4,28
h
ux
3,2
(các tỷ số truyền xích và HGT đều nằm trong giới hạn nên dùng và ux < ubr).
Bƣớc 3. Xác định các thông số kỹ thuật trên các trục HGT
3.1 Công suất trên các trục
PII 

Pct
2,365

 2,488
η ct II
0,95

PI  2.

PII
2,488
 2.
 5,236 và Pyc  5,34
η III
0,95

3.2 Vận tốc quay các trục

15


nI 

n đc
960

 960 ;
u đc I
1

n II 

nI
960

 224,29 và n CT  70,09
u BR 4,28

3.3 Mô men trên các trục
Mô men trên các trục tính theo công thức (13.6) , thay số liệu vào và ta có kết quả sau:
T1 = 52087Nmm;

T2 = 105936Nmm; Tct = 322239Nmm.

Kết quả tính toán các thông số kỹ thuật trên các trục HGT cho trong bảng dưới đây:
Bảng 13.3a Thông số kỹ thuật trên các trục HGT

Trục
Thông số
Công suất P(KW)
Tốc độ quay
n(vg/ph)
Mô men T(N.mm)

Động cơ

I

Khớp
Pđc = 5,5
(Pyc = 5,34)
960
53128

II

Công tác

UBR = 4,28

ux = 3,2

2.2,618=
5,236
960

2,488

F.v/1000 = 2,365

224,29

70,09

52087

105936

322239

13.2.2 Chọn động cơ khi chƣa biết trƣớc sơ đồ dẫn động máy
Vì có nhiêu chỉ tiêu và thông số ảnh hưởng khi lựa chọn sơ đồ dẫn động
máy nên việc lựa chọn được một sơ đồ hợp lý là hết sức khó khăn vì vậy để
minh họa cho ý tưởng trên chúng ta sẽ xem xét quá trình chọn sơ đồ dẫn
động máy thông qua một ví dụ sau đây:
Một cơ sở sản xuất cần vận chuyển nguyên liệu từ điểm A về nhà máy
bằng hệ thống vận chuyển băng tải. Năng suất vận chuyển Q(T/giờ), tương
đương với lực kéo trên băng là F = 5200N; vận tốc di chuyển của băng tải là
v=1,15m/s. Tang có đường kính D=400mm. Thời hạn sử dụng t=15000giờ.
Yêu cấu của cơ sở:
- Tận dụng một số trang thiết bị hiện có của nhà máy như động cơ điện.
Cụ thể cơ sở còn một số động cơ điện như sau: động cơ chân đế tốc độ đồng
bộ là 750vg/ph và 1000vg/ph và công suất Pđc = (5,5; 7,5; 11 và 15KW)
(xem thêm PL 13.1&2).
- Môi trường làm việc: độ ẩm bình thường; ít bụi và có hệ thống cấp tải
ổn định.
- Hệ thống phải nhỏ gọn, làm việc êm và giá thành hợp lý.

16


Bài giải
1) Chọn sơ đồ dẫn động máy.
Chọn sơ đồ dẫn động máy là chọn các bộ phận và vị trí bố trí trong sơ đồ,
bao gồm:
- Động cơ điện.
- Bộ truyền ngoài: loại bộ truyền và tỷ số truyền (bộ truyền đai; bộ truyền
xích hay bánh răng để hở)
- HGT: loại hộp và tỷ số truyền của hộp
- Khớp nối: loại khớp. Trong một số máy công tác khớp kết hợp phanh
Vì vậy để chọn được phương án dẫn động máy hợp lý, cần xác định một
số thông số ban đầu sau đây:
a) Tốc độ quay của trục công tác (trục tang) theo công thức (13.1):

n ct 

60.1000 .v
.D

60.1000 .v 60000 .1,15

 54,93vg / ph
.D
.400
b) Tính tỷ số truyền chung của hệ dẫn động
Tỷ số truyền chung xác định bằng công thức (13.2a):
Trong ví dụ đang xét thì: n ct 

uc 

n đb
n ct

c) Xác định tỷ số truyền bộ truyền ngoài và hộp giảm tốc
- Chọn sơ bộ loại và tỷ số truyền bộ truyền ngoài: ung
- Xác định tỷ số truyền hộp nhờ công thức (13.3):
uh 

uc
u ng

Ghi chú: Ở một số máy công tác không bố trí bộ truyền ngoài thì uh = uc.
d) Lập bảng thống kê.
Để tiện so sánh, bảng thống kê cần thể hiện được:
- Tốc độ đồng bộ của động cơ (trường hợp đang xét chỉ lấy nđb =
750vg/ph và nđb = 1000vg/ph).
- Có hay không có bộ truyền ngoài. Trong trường hợp này nên dùng bộ
truyền ngoài là Đai hoặc Xích.

17


- Tỷ số truyền và loại hộp giảm tốc.
Kết quả tính toán cho ví dụ trên được cho trong bảng sau đây
Tốc độ đồng bộ động cơ
nđb = 750vg/ph

nđb = 1000vg/ph

13,65

18,2
ung = 3

Loại bộ truyền

ung = 3
Đai hoặc Xích

Đai hoặc Xích

Đai hoặc
bt Xích).

Tỷ số truyền: uh

uh = 4,55

uh = 6,06

Loại HGT có thể
dùng

HGT 1 cấp bánh răng
trụ hoặc côn

HGT bánh răng trụ

một cấp

Không có
bộ truyền
ngoài.

Tỷ số truyền: uh

uh = 13,65

uh = 18,2

Tỷ số truyền chung uc = nđb/nct
Có bộ
truyền
ngoài (bt

Tỷ số truyền: ung

Loại HGT có thể
dùng được

HGT bánh răng hai
cấp

HGT bánh răng hai
cấp hoặc
HGT trục vít một cấp

Từ bảng kết quả tính toán và yêu cầu thiết kế ta có nhận xét sau:

- Nếu công suất truyền không lớn thì nên bố trí bộ truyền ngoài là bộ truyền
đai thang hoặc bộ truyền xích. Và trong ví dụ đang xét, do làm việc trong
điều kiện độ ẩm bình thường; ít bụi và tải vào ổn định nên sử dụng bộ
truyền đai thang sẽ cho giá thành và ít ồn so với dùng bộ truyền xích.
- Nếu sử dụng bộ đai thang ở ngoài thì hợp lý nhất là dùng HGT bánh trụ
răng nghiêng một cấp có góc nghiêng lớn (vì giá thành chế tạo và lắp đặt sẽ
rẻ hơn so với dùng HGT bánh răng côn).
- Nếu không dùng bộ truyền ngoài thì có thể dùng HGT bánh răng trụ hai
cấp; HGT bánh răng côn - trụ hai cấp hoặc HGT trục vít một cấp. Tuy nhiên
trong trường hợp này không nên sử dụng phương án này.
- Có thể dùng động cơ điện có nđb = 750vg/ph hoặc nđb = 1000vg/ph.
Vậy ta có sơ đồ bố trí HDĐ như sau (hình 13.7).

18


1
4
3

2
1. Động cơ điện
2. Khớp nối
3. Hộp giảm tốc BR trụ
4. Bộ truyền ngoài- éai
5. Băng tải:
D là đ-ờng kính tang
F là lực kéo
v là vận tốc băng tải

B

5
v
F

D

Hỡnh 13.7

2) Xỏc nh cỏc thụng s k thut trờn cỏc trc
2.1) Chn ng c in v phõn phi t s truyn
- Tc ng b ca ng c: cho trc hai loi ng c cú
nb = 750vg/p v nb = 1000vg/p
- Cụng sut yờu cu ca ng c
Trong trng hp ang xột, do lc kộo v vn tc khụng thay i nờn
cụng sut trờn trc cụng tỏc xỏc nh theo (13.4a) nh sau:
Pyc = 5,98/0,9= 6,64KW
Trong ú:
- Pct = 5200.1,15/100 = 5,98KW.
k

- ij vi i l hiu sut ca b phn (hiu sut bỏnh rng, hiu sut
i 1

ln); j s b phn xut hin trong h dn ng (trong vi d trờn thỡ
= k. h. x. ol (k l hiu sut ca khp; h l hiu sut ca HGT:
h br ol2 ; x l hiu sut ca b truyn xớch v ol hiu sut ca gi
trc tang); Hiu sut ca b phn mỏy cú th tra bng 13.2.
C th: Trong s b trớ b truyn ai thang v HGT BR tr 1 cp nờn

k .br .3ol .
Trong ú: k = 1; br = 0,97; = 0,96; ol = 0,99.
Vy k .br .3ol . = 0,90.

19


Với Pyc = 6,64KW có thể dùng một trong hai loại động cơ sau đây để
dẫn động máy:
3K180S8: Pđc = 7,5KW; nđc = 730vg/ph; d = 38mm; H = 180mm
Hoặc 3K160M6: Pđc = 7,5KW; nđc = 960vg/ph; d = 32mm; H = 160mm
Dựa vào hai loại động cơ trên, tiến hành xác định chính xác tỷ số truyền
n
chung uc (công thức 13.7) như sau: u c  đc
n ct
Chọn lại tỷ số truyền đai và tính lai uh.
Kết qủa tính toán cụ thể về tỷ số truyền của bộ truyền đai và HGT tương
ứng với tốc độ động cơ (trường hợp này như đã phân tích trên, nên dùng bộ
truyền đai thang và HGT 1 cấp bánh trụ răng nghiêng) cho trong bảng sau:
Tốc độ động cơ điện
nđc = 730vg/ph

nđc = 960vg/ph

Tỷ số truyền chung u c = nđc/nct

12,29

17,47

Tỷ số truyền bộ truyền đai, uđ

uđ = 2,5

uđ = 3

Tỷ số truyền HGT, uh

uh = 4,91

uh = 5,82

Loại HGT nên dùng

HGT bánh trụ răng
nghiêng

HGT bánh trụ răng
nghiêng

Từ bảng phụ lục về động cơ điện có thể thấy rằng nếu chọn động cơ có
tốc độ lớn thì kích thước khuôn khổ, giá thành động cơ rẻ hơn nhưng tỷ số
truyền chung của hệ dẫn động sẽ lớn hơn. Mặt khác khi dùng động cơ có tốc
độ thấp thì mô men tác động trên các chi tiết sẽ tăng lên. Vì vậy trường hợp
này nên chọn động cơ điện có nđc = 960vg/ph.
Vậy chọn động cơ 3K160M6 để dẫn động máy với các thông số kỹ
thuật cơ bản sau:
3K160M6: Pđc = 7,5KW; nđc = 960vg/ph; d = 32mm; H = 160mm
2.2) Xác định các thông số kỹ thuật trên các trục HGT
Theo sơ đồ hình 13.7, ta có kết quả tính toán các thông số kỹ thuật trên các

trục HGT như sau.:

20


Bảng 13.3b Thông số kỹ thuật trên các trục HGT

P,KW
n,vg/ph
T,Nm

Động cơ
uđ = 3
7,5
(6,64)
960

Trục I

Trục II
ubr = 5,82

6,29

6,04

320
187,7

54,9

1050,67

Trục tang
Khớp
5,98
54,9

13.2.2.4 Phân phối tỷ số truyền trong HGT nhiều cấp
a) Xác định tỷ số truyền chung nhờ công thức (13.7).
b) Xác định tỷ số truyền HGT nhờ công thức (13.3) bằng cách chọn trước tỷ
số truyền bộ truyền ngoài.
Cần lưu ý là ngoài tỷ số truyền chung (uc) có ảnh hưởng lớn kích thước
và giá thành của thiết bị thì tỷ số truyền của các bộ truyền ngoài và HGT
cũng ảnh hưởng đáng kể đến kích thước và giá thành của thiết bị. Vì vậy
việc phân phối tỷ số truyền chung cho bộ truyền ngoài và cho HGT đóng vai
trò rất quan trọng. Cho đến nay chưa có tài liệu nào đề cập đến vấn đề này,
tuy nhiên có thể thấy được rằng trong cùng điều kiện như nhau thì kích
thước của bộ truyền đai và xích đều lớn hơn nhiều so với bộ truyền bánh
răng ( ví dụ trong cùng điều kiện như nhau thì kích thước bộ truyền đai lớn hơn so với
bánh răng khoảng 5 lần). Vì vậy khi phân phối tỷ số truyền nên đảm bảo điều
kiện sau:
- ung < u2 < u1
với u1; u2 là tỷ số truyền cấp nhanh và cấp chậm tương ứng trong HGT
hai cấp).
- Với HGT trục vít thì utv được chọn sao cho z2 = utv.z1 ≥ 28, thường
chọn z1= 2.
- Tỷ số truyền của các bộ truyền nên nằm trong giới hạn (bảng 13-1)
c) Phân phối tỷ số truyền các bộ truyền trong hộp nếu là HGT nhiều cấp.
Chú ý:
- Tham khảo bảng 13.1 để chọn trước tỷ số truyền của bộ truyền ngoài

hoặc của HGT (uh).
- Nếu là HGT bánh răng một cấp thì uh = ubr

21


- Riêng HGT hai cấp: Gọi u h là tỷ số truyền của HGT, u1 là tỷ số truyền
cấp nhanh và u2 là tỷ số truyền cấp chậm và uh = u1.u2.
Phân phối tỷ số truyền hộp cho các cấp trong HGT nhiều cấp có thể xuất
phát từ các yêu cầu sau:
- Yêu cầu về kích thước khuôn khổ, trọng lượng và việc bôi trơn bánh
răng trong HGT.
- Yêu cầu về công nghệ gia công chi tiết, đặc biệt là vỏ HGT.
Trong tài liệu [4] trình bày tương đối tỷ mỉ việc phân phối tỷ số truyền
các cấp trong HGT hai cấp. Do khuôn khổ cuốn tài liệu nên chỉ quan tâm
đến HGT một cấp vì vậy việc phân phối tỷ số của HGT hai cấp sẽ không
trình bày ở đây.

22


Chƣơng 14
THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT VÀ BỘ PHẬN
14.1 DỮ LIỆU VÀ CÁC YÊU CẦU KHI THIẾT KẾ CÁC
CHI TIẾT
Dữ liệu thiết kế chi tiết chính là các thông số kỹ thuật và các yêu cầu kỹ
thuật.

14.1.1 Dữ liệu thiết kế các chi tiết
Trong ví dụ ở sơ đồ hình 13.7 và dựa vào bảng 13.3b, ta có được dữ liệu

thiết kế các chi tiết trong sơ đồ như sau:
a) Dữ liệu thiết kế bộ truyền đai thang:
- Công suất truyền P: P = 6,64KW
- Tốc độ quay n:

n = 960vg/ph.

- Tỷ số truyền u:

u = 3,0

- Hiệu suất :

 = 0,96

b) Dữ liệu thiết kế bộ truyền bánh trụ răng nghiêng sẽ là:
- Công suất truyền P: P = 6,29KW
- Tỷ số truyền u:

ubr = 5,82

- Tốc độ quay n:

n = 320vg/ph

- Hiệu suất :

 = 0,98

Ngoài ra để thiết kế được chi tiết một cách hợp lý cần biết thêm:

- Thời gian sử dụng t  giờ trong cả đời máy.
- Chế độ làm việc của cơ cấu chấp hành để xác định hệ số chế độ làm
việc Kđ (với các máy công tác nói chung thường có 4 CĐLV sau: CĐ ổn định; CĐ va đập
nhẹ; CĐ va đập trung bình và CĐ va đập nặng ) và Tải trọng tác dụng trên CCCH
(không đổi hay thay đổi ...). Trong ví dụ đang xét thì HDĐ được dẫn động bởi
động cơ điện, băng tải có F = const nên hệ số chế độ làm việc Kđ = 1,25.

23