nghiên cứu thiết kế tự động hộp giảm tốc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRẦN THÁI THUẬN VƯƠNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG HỘP GIẢM TỐC

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103

S K C0 0 4 4 8 2

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRẦN THÁI THUẬN VƯƠNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG HỘP GIẢM TỐC

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRẦN THÁI THUẬN VƯƠNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG HỘP GIẢM TỐC

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103
Hướng dẫn khoa học:
PGS.TS. ĐẶNG THIỆN NGÔN

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2014


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 09 năm 2014
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

i


CẢM TẠ
Từ những môn học bổ sung kiến thức chuyên môn cho đến việc thực hiện
chuyên đề 1, chuyên đề 2 là một chuỗi quá trình tích lũy kiến thức nhằm mục đích
hoàn thành đề tài tốt nghiệp.
Luận văn tốt nghiệp là một học phần quan trọng trước khi kết thúc chương

trình đào tạo sau đại học của trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí
Minh, việc thực hiện luận văn đòi hỏi học viên phải tìm hiểu nghiên cứu vấn đề mà
đề tài tốt nghiệp đặt ra.
Xin cảm ơn thầy PGS TS.Đặng Thiện Ngôn, đã chỉ dẫn giúp đỡ nhiệt tình để
em thực hiện luận tốt nghiệp này, cảm ơn quý thầy cô đã có nhiều ý kiến đóng góp
cho em về kiến thức chuyên ngành và thêm nhiều kiến thức khác, từ đó giúp em có
thêm nhiều hành trang vững chắc khi bước ra khỏi trường và ứng dụng vào thực tiễn.

ii


TÓM TẮT
“NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG HỘP GIẢM TỐC”
Hiện nay, việc thiết kế hộp giảm tốc được thực hiện bằng tay nên tốn nhiều
thời gian và công sức. Do đó, cần tiến hành nghiên cứu thiết kế tự động hộp giảm tốc.
Phần mềm có khả năng tính toán, thiết kế bằng ngôn ngữ lập trình Visual Basic và vẽ
tự động bằng ngôn ngữ lập trình AutoLisp.

ABSTRACT
“A PROPOSAL FOR AUTOMATIC DESIGN OF GEARBOX”
Today, the design of the gearbox is done by hand so much time and effort.
Therefore, it is necessary to research designed automatic gearbox. The software is
able to calculating and designing Visual Basic programming language and automatic
drawing AutoLisp programming language.

iii


MỤC LỤC

TRANG
Lời cam đoan

i

Cảm tạ

ii

Tóm tắt

iii

Mục lục

iv

Danh sách các hình

vii

Danh sách các bảng

x

Chương 1. MỞ ĐẦU ...................................................................................................1
1.1 Đặt vấn đề..............................................................................................1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu đề tài ....................................................................1
1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ..............................................2
1.3.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài ..................................................................2

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài ...................................................................2
1.4 Phạm vi và nội dung nghiên cứu ...........................................................2
1.5 Phương pháp nghiên cứu .......................................................................2
1.6 Kết cấu của luận văn .............................................................................2
Chương 2. TỔNG QUAN ...........................................................................................4
2.1
2.1.1
2.1.2
2.1.3
2.2
2.2.1
2.2.2
2.2.3
2.2.4
2.2.5
2.2.6
2.3
2.4
2.4.1
2.4.2
2.4.3

Hộp giảm tốc .........................................................................................4
Định nghĩa .............................................................................................4
Phân loại ................................................................................................5
Ứng dụng ...............................................................................................6
Các thành phần của hộp giảm tốc..........................................................6
Bánh răng ..............................................................................................6
Trục .......................................................................................................6
Then .......................................................................................................7

Ổ lăn ......................................................................................................7
Vỏ hộp ...................................................................................................7
Các chi tiết phụ ......................................................................................7
Các yêu cầu thiết kế ..............................................................................7
Vấn đề thiết kế.......................................................................................8
Thiết kế tay ............................................................................................8
Thiết kế với sự hỗ trợ của phần mềm ....................................................8
Thiết kế tự động ....................................................................................8
iv


2.4 Các nghiên cứu trong và ngoài nước.....................................................8
2.4.1 Các nghiên cứu ngoài nước ...................................................................8
2.4.2 Các nghiên cứu trong nước ...................................................................9
2.4.3 Các hạn chế tồn tại ................................................................................9
Chương 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..............................................................................10
3.1 Trình tự tính toán.................................................................................10
3.1.1 Bộ truyền bánh răng trụ .......................................................................10
3.1.2 Tính toán bộ truyền bánh côn..............................................................18
3.1.3 Tính toán bộ truyền trục vít – bánh vít ................................................25
3.1.4 Tính toán trục ......................................................................................29
3.2 Lập trình AutoLisp ..............................................................................30
3.2.1 Căn bản về AutoLisp ...........................................................................30
3.2.2 File chương trình AutoLisp ................................................................33
Chương 4. THIẾT KẾ CHI TIẾT SỬ DỤNG PHẦN MỀM INVENTOR ..............36
4.1 Phần mềm Autodesk Inventor .............................................................36
4.1.1 Giới thiệu .............................................................................................36
4.1.2 Các bước thiết kế sử dụng Module Design Accelerator .....................36
4.1.3 Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ - spur gear .......................................37
4.1.3 Thiết kế bộ truyền bánh răng côn - bevel gear ....................................39

4.1.4 Thiết kế bộ truyền trục vít bánh vít – worm gear ................................41
4.1.5 Thiết kế trục – shaft .............................................................................43
4.1.6 Thiết kế ổ lăn – bearing .......................................................................44
4.2 Trình tự lắp ráp hộp giảm tốc ..............................................................45
4.2.1 Tạo các đơn vị lắp ...............................................................................45
4.2.2 Lắp ghép các cụm chi tiết ....................................................................46
4.2.3 Mô phỏng lắp ráp hộp giảm tốc ..........................................................46
Chương 5. XÂY DỰNG QUY TRÌNH THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG ..............................54
5.1 Quy trình thiết kế tự động ...................................................................54
5.2 Quy trình tính toán thiết kế .................................................................55
5.2.1 Giao diện chương trình........................................................................55
5.2.2 Quy trình tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng ................................55
5.2.3 Quy trình tính toán thiết kế trục ..........................................................57
5.3 Quy trình vẽ tự động ...........................................................................59
5.3.1 Lưu đồ giải thuật .................................................................................59
5.3.2 Giao diện chương trình........................................................................60
5.3.2 Vẽ tự động ...........................................................................................60
Chương 6. KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ ..........................................................62
6.1
6.1.1
6.1.2
6.2

Tính toán thiết kế tay ...........................................................................62
Thông số thiết kế .................................................................................62
Tính toán thiết kế tay ...........................................................................62
Tính toán thiết kế tự động ...................................................................65
v

6.3 So sánh đánh giá kết quả .....................................................................69
Chương 7. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................70
7.1
7.2

Kết luận ...............................................................................................70
Kiến nghị .............................................................................................70

Tài liệu tham khảo………………………………………………………………….77
Phụ luc 1: Hướng dẫn cài đặt và sử dụng phần mềm tính toán ................................73
Phụ luc 2: Hướng dẫn cài đặt và sử dụng phần mềm vẽ tự động..............................77
Phụ luc 3: Code thêm Menubar trong AutoCad ........................................................80
Phụ luc 4: Code tạo cây thư mục cho Menubar trong AutoCad ...............................80
Phụ luc 5: Code AutoLisp vẽ bánh răng trụ ..............................................................84
Phụ luc 6: Code Visual Basic tính toán bộ truyền bánh răng ...................................90
Phụ luc 7: Code Visual Basic kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng ..........................101

vi


DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH

TRANG

Hình 2.1: Các loại hộp giảm tốc thông dụng trong thực tế .........................................4
Hình 2.2: Phân loại theo truyền động .........................................................................5
Hình 2.3: Phân loại theo số cấp...................................................................................5
Hình 2.4: Phân loại theo vị trí giữa các trục ...............................................................6

Hình 2.5: Các bộ truyền bánh răng .............................................................................6
Hình 2.6: Vỏ hộp giảm tốc ..........................................................................................7
Hinh 3.1: Biểu thức trong AutoLisp .........................................................................31
Hình 4.1: Thẻ thiết kế của bộ truyền bánh răng trụ ..................................................37
Hình 4.2: Thẻ tính toán của bộ truyền bánh răng trụ ................................................38
Hình 4.3: Thẻ thiết kế của bộ truyền bánh răng côn .................................................39
Hình 4.4: Thẻ tính toán của bánh răng côn ...............................................................40
Hình 4.5: Thẻ thiết kế của bộ truyền trục vít – bánh vít ...........................................41
Hình 4.6: Thẻ tính toán của trục vít – bánh vít .........................................................42
Hình 4.7: Thẻ thiết kế của trục ..................................................................................43
Hình 4.8: Thẻ tính toán của trục................................................................................44
Hình 4.9: Thẻ biểu đồ của trục ..................................................................................44
Hình 4.10: Thẻ thiết kế của ổ lăn ..............................................................................45
Hình 4.11: Thẻ tính toán của ổ lăn ............................................................................45
Hình 4.12: Thư viện mô hình chi tiết máy hộp giảm tốc bánh răng trụ....................49
Hình 4.13: Các cụm lắp ráp trên thân hộp giảm tốc bánh răng trụ ...........................49
vii


Hình 4.14: Mô hình hộp giảm tốc bánh răng trụ .......................................................49
Hình 4.15: Thư viện mô hình chi tiết máy hộp giảm tốc bánh răng côn ..................50
Hình 4.16: Các cụm lắp ráp trên thân hộp giảm tốc bánh răng côn ..........................51
Hình 4.17: Mô hình hộp giảm tốc bánh răng côn .....................................................51
Hình 4.18: Thư viện mô hình chi tiết máy hộp giảm tốc trục vít – bánh vít ............52
Hình 4.19: Các cụm lắp ráp trên thân hộp giảm tốc trục vít – bánh vít ....................53
Hình 4.20: Mô hình hộp giảm tốc trục vít – bánh vít................................................53
Hình 5.1: Sơ đồ quy trình thiết kế tự động hộp tốc độ..............................................54
Hình 5.2: Giao diện chương trình tính toán thiết kế .................................................55
Hình 5.3: Lưu đồ giải thuật quy trình tính toán thiết kế ...........................................56
Hình 5.4: Lưu đồ giải thuật quy trình tính toán thiết kế ...........................................58

Hình 5.5: Sơ đồ quy trình vẽ tự động........................................................................59
Hình 5.6: Giao diện chương trình vẽ tự động ...........................................................60
Hình 5.7: Giao diện nhập giá trị ................................................................................60
Hình 5.8: Giao diện thư viện .....................................................................................61
Hình 6.1: Khởi động chương trình tính toán thiết kế ................................................65
Hình 6.2: Biểu tượng chương trình tính toán thiết kế ...............................................65
Hình 6.3: Giao diện chương trình tính toán thiết kế .................................................66
Hình 6.4: Giao diện nhập dữ liệu tính toán thiết kế ..................................................66
Hình 6.5: Kết quả của chương trình tính toán thiết kế ..............................................66
Hình 6.6: Các thông số cơ bản của bộ truyền ...........................................................67
Hình 6.7: Chọn chức năng tính toán kiểm nghiệm ...................................................67
Hình 6.8: Giao diện kiểm nghiệm của phần mềm thiết kế bộ truyền bánh răng ......67
viii


Hình 6.9: Giao diện phần lưu kết quả của phần mềm ...............................................68
Hình 6.10: Giao diện phần lưu kết quả .....................................................................68
Hình 6.11: Giao diện lưu kết quả thành công ...........................................................69

ix


DANH SÁCH CÁC BẢNG

BẢNG

TRANG

Bảng 3.1: Hệ số tập trung tải trọng ...........................................................................11
Bảng 3.2: Hệ số tải trọng động bánh răng trụ răng thẳng .........................................14

Bảng 3.3: Hệ số tải trọng động bánh răng trụ răng nghiêng ....................................15
Bảng 3.4: Bảng chọn giá trị z1p .................................................................................20
Bảng 3.5: Bảng hệ số tải trọng tính bộ truyền bánh răng côn ...................................22
Bảng 3.6: Bảng hệ số tải trọng động bộ truyền trục vít ............................................27
Bảng 6.1: Kết quả thiết kế thủ công bộ truyền bánh răng.........................................65
Bảng 6.2: Kết quả của chương trình thiết kế bộ truyền bánh răng ...........................69
Bảng 6.3: Kết quả so sánh của giá trị tính toán tay và tính toán bằng phần mềm ....69

x


Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1

Đặt vấn đề
Tự động hóa trong tất cả lĩnh vực hiện đang được xã hội quan tâm đặc biệt

bởi nhờ nó năng suất lao động được nâng cao, chất lượng sản phẩm ổn định và tốt
hơn, nhiều ý tưởng mới có cơ hội trở thành hiện thực. Tự động hóa trong thiết kế
máy, chi tiết máy cũng không nằm ngoài quy luật chung đó, Khi mới xuất hiện, tin
học không có nhiều ứng dụng trong cuộc sống mà chủ yếu phục vụ cho ngành khoa
học cơ bản nhằm giải quyết các bài toán lớn, mất nhiều thời gian tính toán hay những
bài toán đòi hỏi sự chính xác gần như tuyệt đối.
Trước kia, để thiết kế chế tạo ra chi tiết máy mới, các kỹ sư phải tốn rất nhiều
thời gian để thiết kế và tính toán các thông số kỹ thuật sao cho chính xác. Trong quá
trình thiết kế các bản vẽ bằng tay họ phải lặp đi lặp lại một số chi tiết hay khi vẽ sai
phải thực hiện bản vẽ đó lại từ đầu. Điều này khiến cho người thiết kế mất rất nhiều

thời gian và làm giảm chất lượng bản vẽ. Từ thực tế đó, rất nhiều kỹ sư thiết kế mong
muốn có được công cụ hỗ trợ mình trong công việc thiết kế nhằm nâng cao chất lượng
bản vẽ. Nắm bắt nhu cầu này, các công ty phần mềm đã cho ra đời một loạt các phần
mềm hỗ trợ như AutoCad, Inventor, Solidworks, ProE, Catia,…
Tuy nhiên, bản chất công việc thiết kế với AutoCad hoặc các phần mềm cùng
tương đương vẫn là công việc thiết kế thủ công. Kỹ sư thiết kế phải vẽ hoặc chọn các
chi tiết, cụm chi tiết và hoàn thiện bản thiết kế trên cơ sở dựa vào các yêu cầu kỹ
thuật.
1.2

Mục tiêu nghiên cứu đề tài
Nghiên cứu thiết kế tự động hộp giảm tốc nhằm giảm thời gian tính toán thiết

kế, vẽ hộp giảm tốc bằng phương pháp thủ công.
1


1.3

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.3.1

Ý nghĩa khoa học của đề tài
Đề xuất phương pháp thiết kế tự động hộp giảm tốc.

1.3.2

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Giảm thời gian tính toán thiết kế, cho phép tự động hóa công việc tính toán

thiết kế một số mẫu hộp giảm tốc.
Không yêu cầu người sử dụng, có kiến thức và trình độ cao về thiết kế.
1.4

Phạm vi và nội dung nghiên cứu
Trong khuôn khổ của luận văn, việc nghiên cứu được giới hạn trong phạm vi

nghiên cứu thiết kế tự động hộp giảm tốc. Các nội dung kết nối với hộp giảm tốc
không thuộc phạm vi nghiên cứu.
Đề tài thực hiện với các nội dung chủ yếu sau:


Nghiên cứu tổng quan về nguyên lý hoạt động của hộp giảm tốc.



Nghiên cứu lý thuyết và tính toán thiết kế hộp giảm tốc.



Đề xuất cách thức, phương pháp thiết kế tự động hộp giảm tốc bánh
răng trụ răng thẳng một cấp, trên nền tảng sử dụng ngôn ngữ lập trình
AutoLisp của phần mềm AutoCad.

1.5

Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu phân tích lý thuyết như phân tích các nguồn tài liệu,

sách, tạp chí có liên quan đến đề tài.
Phương pháp thực nghiệm kiểm tra kết quả tính toán thiết kế của phần mềm
với kết quả tính toán thiết kế tay.
1.6

Kết cấu của luận văn
Nội dung thuyết minh của luận văn bao gồm:


Chương 1: Mở đầu
2


Giới thiệu lý do chọn đề tài và ý nghĩa của đề tài.


Chương 2: Tổng quan
Giới thiệu chung về lĩnh vực nghiên cứu, các công trình nghiên cứu
trong và ngoài nước, từ đó đưa ra phương hướng giải quyết các tồn tại
sẽ thực hiện trong đề tài.



Chương: Cơ sở lý thuyết
Trình bày cơ sở lý thuyết phục vụ cho quá trình tính toán thiết kế.



Chương 4: Thiết kế chi tiết sử dụng phần mềm Autodesk Inventor
Tạo các bản vẽ 3D chi tiết, lắp ráp thành hộp giảm tốc hoàn chỉnh.



Chương 5: Xây dựng quy trình thiết kế tự động
Xây dựng cơ sở dữ liệu liên quan để từng bước hình thành phần mềm
tính toán thiết kế.



Chương 6: Kiểm nghiệm và đánh giá
Tính toán tay và đem so sánh kết quả với phần mềm.



Chương 7: Kết luận và kiến nghị.
Khả năng đạt đượcvà hướng mở rộng của đề tài.



Tài liệu tham khảo



Phụ lục

3


Chương 2

TỔNG QUAN
2.1

Hộp giảm tốc

2.1.1

Định nghĩa
Hộp giảm tốc là một bộ phận quan trọng của máy, dùng để truyền công suất

từ động cơ điện đến trục chính, là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp, có tỷ
số truyền không đổi được dùng để giảm vận tốc góc và tăng momen xoắn.
Hộp giảm tốc là hệ thống các bộ truyền bánh răng trong hộp kín dùng để
giảm tốc độ và truyền công suất từ động cơ đến bộ phận công tác. Thông thường, hộp
giảm tốc được chế tạo sẵn, do đó khi cần, ta có thể lựa chọn theo tỷ số truyền và công
suất mà không cần chế tạo.

Hình 2.1: Các loại hộp giảm tốc thông dụng trong thực tế

4


2.1.2

Phân loại
Có nhiều cách phân loại hộp giảm tốc, ở đây chúng ta xem xét một số cách

phân loại sau:


Theo loại truyền động: hộp giảm tốc bánh răng trụ, bánh răng côn, trục
vít – bánh vít…

a) Bánh răng trụ

b) Bánh răng côn

c) Trục vít – bánh vít

Hình 2.2: Phân loại theo truyền động


Theo số cấp: một cấp, hai cấp…

a) Một cấp

b) Hai cấp

Hình 2.3: Phân loại theo số cấp


Theo vị trí tương đối giữa các trục trong không gian: hộp giảm tốc đặt
ngang, thẳng đứng…

5


a) Nằm ngang

b) Thẳng đứng

Hình 2.4: Phân loại theo vị trí giữa các trục
2.1.3

Ứng dụng
Hộp giảm tốc được ứng dụng trong hầu hết mọi lĩnh vực, từ công nghiệp đến

nông nghiệp. Đặc biệt được sử dụng rất nhiều trong cơ khí, ngoài ra còn nhiều lĩnh
vực khác như: kỹ thuật, công nghệ, chế biến, xây dựng…
2.2

Các thành phần của hộp giảm tốc

2.2.1

Bánh răng
Bộ truyền bánh răng làm việc theo nguyên lý ăn khớp, thực hiện truyền

chuyển động và công suất nhờ vào sự ăn khớp của các răng trên bánh răng.

a) Bánh răng trụ

b) Bánh răng côn

c) Trục vít – bánh vít

Hình 2.5: Các bộ truyền bánh răng
2.2.2

Trục

Trục là chi tiết máy để đỡ các chi tiết quay, truyền momen xoắn hoặc thực

hiện cả hai nhiệm vụ trên.
6


2.2.3

Then
Then là chi tiết lắp trên rãnh của chi tiết quay và trục, nó cản sự dịch chuyển

hoặc quay tương đối hai chi tiết này. Nhờ vào then mà chuyển động và công suất
được truyền từ chi tiết quay sang chi tiết trục và ngược lại.
2.2.4

Ổ lăn
Ổ lăn có công dụng là đỡ trục tâm và trục truyền, đảm bảo chuyển động quay

và đỡ tải trọng tác dụng lên các chi tiết quay để thực hiện chuyển động quay chung
quanh trục.
2.2.5

Vỏ hộp
Vỏ hộp giảm tốc có nhiệm vụ đảm bảo vị trí tương đối giữa các chi tiết và

các bộ phận của máy, tiếp nhận tải trọng do các chi tiết lắp trên vỏ truyền đế, chứa
dầu bôi trơn và bảo vệ các chi tiết tránh bụi.

a) Nắp hộp

b) Thân hộp

Hình 2.6: Vỏ hộp giảm tốc
2.2.6

Các chi tiết phụ
Các chi tiết phụ: vòng chắn dầu, nắp quan sát, nút thông hơi, nút tháo dầu,

que thăm dầu, bulong vòng.
2.3

Các yêu cầu thiết kế
Bên cạnh vật liệu chế tạo các chi tiết và điều kiện chịu tải, việc phân phối tỷ

số truyền cho các cấp bộ truyền trong hộp có ảnh hưởng rất lớn đến kích thước và
7


khối lượng của hộp giảm tốc. Có nhiều phương pháp phân phối tỷ số truyền, xuất
phát từ các yêu cầu về công nghệ, về kích thước và khối lượng gọn nhẹ và vấn đề bôi
trơn các bánh răng ăn khớp. song các phương pháp này đều dựa vào điều kiện sức
bền đều: các cấp bánh răng trong hộp cần có khả năng tải tiếp xúc như nhau.
Phân phối tỷ số truyền các cặp bánh răng trong hộp giảm tốc cần phải thỏa
mãn các điều kiện sau: kích thước bao hộp, điều kiện bôi trơn, độ bền đều giữa các
cặp bánh răng, kết cấu thân hộp hợp lý, thuận tiện để bố trí các chi tiết máy trong hộp
giảm tốc.
2.4

Vấn đề thiết kế

2.4.1

Thiết kế tay
Công việc tính toán thiết kế hoàn toàn thực hiện bằng thủ công, từ việc tính

toán công thức, tra bảng dữ liệu, vẽ các chi tiết…
2.4.2

Thiết kế với sự hỗ trợ của phần mềm
Bên cạnh việc phải tính toán, người thiết kế sử dụng các thư viện được cung

cấp bởi các phần mềm hỗ trợ như: Autodesk Mechanical Desktop, Autodesk
Inventor…
2.4.3

Thiết kế tự động
Công việc thiết tính toán thiết kế hoàn toàn tự động, người thiết kế chỉ nhập

các thông số đầu vào, chương trình sẽ tự động tính toán và vẽ tự động.
2.4

Các nghiên cứu trong và ngoài nước

2.4.1

Các nghiên cứu ngoài nước
Trên trang web CAD Tips có 2 bài đăng của tác giả Tony Hotchkiss: Spur

Gear 01/09/2004, Beveled Gear 01/09/2006 sử dụng AutoLisp để vẽ tự động bánh
răng trụ và bánh răng côn nhưng chỉ dùng cho AutoCad Release 14.

8


2.4.2

Các nghiên cứu trong nước
Ứng dụng ngôn ngữ AutoLisp trong việc lập trình chương trình tự động vẽ

bản vẽ 3D kiến trúc công trình cầu giao thông. Bài báo giới thiệu Chương trình tự
động vẽ 3D kiến trúc cầu giao thông, với điểm nổi bật của chương trình là có khả
năng tự động hóa cao, khả năng tương tác cao giữa chương trình và người sử dụng
thông qua các thông báo giúp người dùng biết được những sai sót khi nhập số liệu để
người dùng điều chỉnh lại [6].
Chương trình AutoLisp tích hợp vào AutoCad biểu diễn tổng quát hình cắt
dọc bánh răng côn. Bài báo nghiên cứu xây dựng chương trình AutoLisp tích hợp vào
AutoCad nhằm biểu diễn hình cắt dọc của kết cấu bánh răng côn thường được dùng
rộng rãi trong các bản vẽ thiết kế máy cũng như thiết kế hộp giảm tốc của các loại đồ
án tốt nghiệp và đồ án môn học đối với sinh viên cơ khí [7].
Sử dụng mã nguồn mở của AutoCad để tạo menu bar dùng cho sinh viên khối
kỹ thuật. Bài báo hướng dẫn cách thức thiết kế một Menu Bar tích hợp các lệnh
chuyên dùng, chuyển đổi trạng thái Menu Bar của chương trình AutoCad từ tiếng
Anh sang ngôn ngữ tiếng Việt phù hợp với các sinh viên đang theo học chuyên ngành
xây dựng [8].
Các đề tài nghiên cứu tối ưu hóa tính toán, thiết kế hộp giảm tốc như: Tự
động hóa thiết kế hộp giảm tốc bánh răng trụ răng nghiêng hai cấp [9], tính toán tối
ưu hộp giảm tốc trục vít hai cấp [10], kết cấu và tính toán tối ưu động cơ – hộp giảm
tốc [11].
2.4.3

Các hạn chế tồn tại
Các đề tài nghiên cứu tối ưu hóa tính toán, thiết kế hộp giảm tốc là các đề tài

cấp bộ đã được thực hiện trước đây khá lâu nên khó có điều kiện tiếp cận. Các nghiên
cứu, bài báo, bài viết được đăng trên nhiều diễn đàn về AutoLisp chủ yếu phục vụ
cho dân xây dựng, kiến trúc. Chưa tìm thấy đề tài hoàn chỉnh về nghiên cứu thiết kế
tự động hộp giảm tốc.

9


Chương 3

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.1

Trình tự tính toán

3.1.1

Bộ truyền bánh răng trụ
Chọn loại vật liệu chế tạo bánh răng, phương pháp nhiệt luyện, tra cơ tính

vật liệu như: giới hạn bền, giới hạn chảy, độ cứng vật liệu [1].
Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép để thiết kế sơ bộ theo công thức:
[𝜎𝐻 ] = 𝜎0𝐻𝑙𝑖𝑚

0.9𝐾𝐻𝐿

(3-1)

𝑆𝐻

Trong đó:
σ0Hlim – giới hạn mỏi tiếp xúc.
KHL – hệ số tuổi thọ.
Giá trị KHL không được lớn hơn 2,4 để đảm bảo điều kiện không
có biến dạng dẻo bề mặt răng khi làm việc.
SH = 1,1÷1,2 – hệ số an toàn.
Xác định ứng suất uốn cho phép : [𝜎𝐹 ] =

𝜎0𝐻𝑙𝑖𝑚 𝐾𝐹𝐶
𝑆𝐹

𝐾𝐹𝐿

(3-2)

Trong đó:
σ0Flim – giới hạn mỏi uốn.
SF = 1,5÷2,2 – hệ số an toàn trung bình.
KFC – hệ số xét ảnh hưởng khi quay hai chiều đến độ bền mỏi.
KFC = 1 khi quay một chiều, KFC = 0,7÷0,8 khi quay hai chiều.
KFL – hệ số tuổi thọ.
Khi độ cứng của răng H ≤ 350 HB và đối với bánh răng được mài mặt lượn
chân răng thì 2 ≥ KFL ≥ 1
Khi độ cứng của răng H > 350 HB và đối với bánh răng không được mài
mặt lượn chân răng thì 1,6 ≥ KFL ≥ 1
10

Xác định chỉ tiêu tính toán là theo độ bền tiếp xúc hoặc độ bền uốn phụ
thuộc vào bôi trơn, độ cứng bề mặt vật liệu…
3.1.1.1 Tính toán thiết kế theo độ bền tiếp xúc:
Chọn ứng suất tiếp xúc cho phép [σH] theo bánh bị dẫn, là bánh răng có độ
bền thấp hơn [1]: [𝜎𝐻 ] = 0,5√[𝜎 2 𝐻1 ] + 𝜎 2 𝐻2 ]

(3-3)

Hoặc có thể lấy gần đúng: [𝜎𝐻 ] ≈ 0,45([𝜎 2 𝐻1 ] + 𝜎 2 𝐻2 ])

(3-4)

Tuy nhiên, giá trị [σH] phải thỏa điều kiện: [𝜎𝐻 ]𝑚𝑖𝑛 ≤ [𝜎𝐻 ] ≤ 1,25[𝜎𝐻 ]𝑚𝑖𝑛
Trong đó [𝜎𝐻 ]𝑚𝑖𝑛 là giá trị nhỏ nhất trong hai giá trị [σH1] và [σH2]
Nếu giá trị trên không thỏa, ta chọn các giá trị biên.
Chọn hệ số chiều rộng vành răng ψba theo tiêu chuẩn.


Khi độ cứng bề mặt răng < 350 HB thì ψba = 0,30 ÷ 0,50



Khi độ cứng bề mặt răng ≥ 350 HB thì ψba = 0,25 ÷ 0,30

Tính ψbd và chọn sơ bộ hệ số tải trọng tính KH = KHβ theo bảng:
Hệ số ψbd

Hệ số KH = KHβ

HB > 350

HB < 350

0,2

1,00

1,00

0,4

1,01

1,00

0,6

1,03

1,01

0,8

1,06

1,03

1,0

1,10

1,04

1,2

1,13

1,05

1,4

1,15

1,07

1,6

1,20

1,08

Bảng 3.1: Hệ số tập trung tải trọng
Tính toán khoảng cách trục aw theo công thức:


Bánh răng trụ răng thẳng
3

𝑎𝑤 = 50(𝑢 ± 1)√

𝑇1 𝐾𝐻𝛽
𝜓𝑏𝑎 [𝜎𝐻

3

]2 𝑢

= 50(𝑢 ± 1)√

11

𝑇2 𝐾𝐻𝛽
𝜓𝑏𝑎 [𝜎𝐻 ]2 𝑢2

(3-5)




Bánh răng trụ răng nghiêng
𝑇1 𝐾𝐻𝛽

3

𝑎𝑤 = 43(𝑢 ± 1)√

𝑇2 𝐾𝐻𝛽

3

𝜓𝑏𝑎 [𝜎𝐻 ]2 𝑢

= 43(𝑢 ± 1)√

(3-6)

𝜓𝑏𝑎 [𝜎𝐻 ]2 𝑢2

Trong đó:
T1 – momen xoắn trên bánh dẫn.
T2= T1u – momen xoắn trên bánh bị dẫn Nmm.
𝜓𝑏𝑎 =

𝑏𝑤
𝑎𝑤

– hệ số chiều rộng vành răng.

Đối với hộp giảm tốc ta chọn khoảng cách trục theo tiêu chuẩn có giá trị tiêu
chuẩn nằm trong dãy: 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400
Đối với hộp giảm tốc không tiêu chuẩn, khoảng cách trục có thể chọn trong
dãy: 80; 85; 90; 95; 100; 105; 110; 120; 125; 130 và cách khoảng 10 nếu d ≤ 260 và
cách khoảng 20 khi d ≤ 420
Tùy thuộc vào độ cứng bề mặt ta chọn môđun m theo khoảng cách trục aw
và chọn m theo dãy số tiêu chuẩn.


Nếu độ cứng H1, H2 ≤ 350 HB thì môđun m = (0,01÷0,02)aw



Nếu độ cứng H1 > 45 HRC, H2 < 350 HB thì môđun m =
(0,0125÷0,025)aw



Nếu độ cứng H1, H2 > 45 HRC thì môđun m = (0,016÷0,0315)aw

Trong các bộ truyền bánh răng thường chọn m ≥ 2. Môđun càng nhỏ thì số
răng càng lớn, khi đó tăng khả năng chống dính, tăng hệ số trùng khớp ngang, giảm
tiếng ồn và khối lượng lao động cắt răng, giảm hao phí vật liệu (giảm đường kính
đỉnh), tuy nhiên độ bền uốn giảm xuống.
Môđun lớn sẽ mòn nhanh hơn, có thể làm việc thời gian lâu sau khi bị tróc
rỗ, không nhạy với quá tải và tính không đồng nhất vật liệu.
Xác định tổng số răng theo công thức:


Bánh răng trụ răng thẳng
2𝑎𝑤

𝑧1 + 𝑧2 = 𝑧1 (1 + 𝑢) =
Sau đó xác định số răng 𝑧1

=

𝑚

𝑑1
𝑚

và 𝑧2 = 𝑢𝑧1

12

(3-6)
(3-7), (3-8)