Thiết kế hộp giảm tốc hai cấp tốc độ

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án chi tiết máy là một môn học rất cần thiết cho sinh viên ngành cơ khí
nói chung để giải quyết một vấn đề tổng hợp về công nghệ cơ khí, chế tạo máy. Đồ
án thể hiện những kiến thức cơ bản của sinh viên về vẽ kĩ thuật, dung sai lắp ghép,
nguyên lí máy, sức bền vật liệu và chi tiết máy, giúp cho sinh viên làm quen với
cách thực hiện đồ án một cách khoa học và tạo cơ sở cho các đồ án tiếp theo.
Hộp giảm tốc là một cơ cấu được sử dụng rộng rãi trong ngành cơ khí nói
riêng và công nghiệp nói chung, việc thiết kế hộp giảm tốc sao cho tiết kiệm mà
vẫn đáp ứng độ bền là hết sức quan trọng. Và nhà trường đã tạo điều kiện cho
chúng em được tiếp xúc và làm quen với việc nghiên cứu: “Thiết kế hộp giảm tốc
hai cấp tốc độ”. Do lần đầu tiên làm quen với khối lượng kiến thức tổng hợp, còn
có những mảng chưa nắm vững nên dù đã rất cố gắng, song bài làm của nhóm em
không thể tránh khỏi những sai xót.Nhóm em rất mong được sự đóng góp ý kiến
quý báu của thầy cô, giúp nhóm em có được những kiến thức cần thiết để sau này
ra trường có thể ứng dụng trong công việc cụ thể của sản xuất.
Cuối cùng nhóm em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa cơ khí và
đặc biệt là thầy Đặng Văn Ánh đã tận tình giúp đỡ nhóm em hoàn thành đồ án của
nhóm.

1


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................

...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
TP Hồ Chí Minh
Ngày…Tháng…Năm…

2


3


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................1
NHẬN XÉT.....................................................................................................2
ĐỀ....................................................................................................................3
MỤC LỤC.......................................................................................................4
CHƯƠNG I:CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN.......7
I.Sơ đồ bố trí máy..........................................................................................8
II.Chọn động cơ.............................................................................................8
III.Phân phối tỉ số truyền...........................................................................11
CHƯƠNG II:THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN NGOÀI HỘP SỐ.....................13
CHƯƠNG III:THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG........................17

I.Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng ở cấp nhanh..............18
1. Chọn thép cho bánh nhỏ và bánh lớn.....................................................18
2. Định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép.................................18
3. Chọn sơ bộ hệ số tải trọng.......................................................................21
4. Chọn hệ số chiều rộng bánh răng tải trọng trung bình.........................21
5. Tính khoảng cách trục.............................................................................21
6. Tính vận tốc vòng của bánh răng và chọn cấp chính xác......................21
7. Định chính xác hệ số tải trọng K.............................................................22
8. Xác định môđun, số răng.........................................................................22
9. Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng........................................................24
10. Kiểm nghiệm sức bền của răng khi chịu quá tải đột ngột trong thời
gian ngắn......................................................................................................25
4


11. Các thông số hình học của bộ truyền bánh răng nghiêng...................26
12. Tính lực tác dụng lên trục.....................................................................27
II.Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng ở cấp chậm..................28
1. Chọn thép cho bánh nhỏ và bánh lớn.....................................................28
2. Định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép.................................28
3. Chọn sơ bộ hệ số tải trọng.......................................................................31
4. Chọn hệ số chiều rộng bánh răng tải trọng trung bình.........................31
5. Tính khoảng cách trục.............................................................................31
6. Tính vận tốc vòng của bánh răng và chọn cấp chính xác......................32
7. Định chính xác hệ số tải trọng K.............................................................32
8. Xác định môđun, số răng.........................................................................33
9. Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng........................................................34
10. Kiểm nghiệm sức bền của răng khi chịu quá tải đột ngột trong thời
gianngắn.......................................................................................................34
...........................................................................................................................

11. Các thông số hình họ chủ yếu của bộ truyền........................................36
12. Tính lực tác dụng lên trục.....................................................................37
CHƯƠNG IV:THIẾT KẾ TRỤC VÀ THEN...........................................38
A. Tính đường kính sơ bộ của trục............................................................39
B. Tính gần đúng trục.................................................................................40
I. Trục I ........................................................................................................43
II. Trục II .....................................................................................................47
III. Trục III ..................................................................................................51
5


C. Tính chính xác trục................................................................................53
I. Tính trục I ................................................................................................54
1. Tại tiết diện n – n.......................................................................................54
2. Tại tiết diện m - m.....................................................................................55
II. Tính trục II .............................................................................................56
1. Tại tiết diện e - e........................................................................................56
2. Tại tiết diện i - i.........................................................................................57
III. Tính trục III...........................................................................................58
D.Tính then..................................................................................................59
I. Tính then trục I ........................................................................................59
II. Tính then trục II .....................................................................................61
III. Tính then trục III...................................................................................62
CHƯƠNG V:CHỌN Ổ LĂN......................................................................63
I. Trục I........................................................................................................64
II. Trục II.....................................................................................................65
III. Trục III..................................................................................................66
IV. Chọn kiểu lắp ổ lăn...............................................................................67
....CHƯƠNG VI:THIẾT KẾ VỎ HỘP, CÁC CHI TIẾT TIÊU CHUẨN
KHÁC..........................................................................................................68

TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................72

6


CHƯƠNG I
CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI
TỈ SỐ TRUYỀN

7


I.

Sơ đồ bố trí máy.(hình 1)

Hình 1.
II.

Chọn động cơ.

Vì động cơ làm việc ở chế độ phụ tải thay đổi ta đi tìm Mômen đẳng trị và
công suất đẳng trị.

Ta đi tìm:
Mômen xoắn trục đầu ra:

Vậy 392,0526 Nm
= T = Nm
= 0,5T = 326,7105 Nm

Thời gian thực hiện một chu kì:
8


Vậy

= 0,3 = 0,1896s
= 0,3 = 0,1896s
= 0,4 = 0,2528s

Mômen đẳng trị:

Công suất đẳng trị:

Hiệu suất truyền động η:

= (0,95 ÷ 0,96)
= = (0,96 ÷ 0,98
= = (0,99 ÷ 0,995

chọn 0,96
chọn
chọn

1
=> = 0,8764
Vì là công suất đẳng trị của phụ tải đặt trên máy nên phải chia cho hiệu suất
truyền động .

Ta phải chọn công suất lớn hơn công suất định mức.

Xác định sơ bộ số vòng quay động cơ.

Theo đề = 95 (V/ph).
9


Ta chọn đai thang:
=(2÷6)
Hộp giảm tốc 2 cấp có:
= ( 8 ÷ 40 )
=> = 95 = ( 1520 ÷ 22800) (V/ph)
Chọn động cơ .
Công suất Kw.
Số vòng quay trục động cơ 2910 (V/ph).
Hiệu suất động cơ = 0,87.
Khối lượng động cơ 57 Kg.

III. Phân phối tỉ số truyền.(bảng 1)
Tỉ số truyền chung:

Trong đó:

: là số vòng quay của trục động cơ.
: là số vòng quay của trục đầu ra hộp giảm tốc.

Chọn trước .

()
10

Để các bánh răng của 2 cấp đều được ngâm trong dầu ta có thể chọn tỉ số
truyền theo hệ thức:

=>

Tính số vòng quay ở các trục:

Công suất ở các trục:

Mômen xoắn ở các trục

Bảng 1

11


Trục

Trục động cơ

I

II

Thông số
I

III
=2,575

n (V/ph)

2910

831,43

246,49

94,99

N (Kw)

5,5

5,28

5,07

4,87

T (Nm)

18,05

60,65

196,43

489,51

12


CHƯƠNG II
THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN NGOÀI
HỘP SỐ

13


Chọn bộ truyền ngoài hộp số.
Chọn đai thang vì đai thang có nhiều ưu điểm, ma sát cao, làm việc ổn định,
không ồn, kết cấu đơn giản, dễ bảo quản, có thể thiết kế quá tải, truyền động giữa
hai trục có khoảng cách xa nhau.
Thiết kế bộ truyền đai.
1. Chọn sơ bộ vận tốc của đai v > 5 m/s có thể dùng đai loại A và Ђ. Tính
theo 2 phương án chọn phương án có lợi hơn.
A
Tiết diện đai a x h (mm)

Ђ

13 x 8
17 x 10,5
Diện tích tiết diện 81 138

2. Định đường kính bánh nhỏ.
125
160

Kiểm nghiệm vận tốc của đai (m/s)
19,05
V<

24,38

3. Tính đường kính của bánh lớn.
428,8

Chọn đường kính
450
560
Số vòng quay thực của trục I là:

theo tiêu chuẩn

truyền

548,8

792,2
814,8
Sai lệch rất ít so với yêu cầu
Tỉ số
3,57

3,67
4. Chọn sơ bộ khoảng cách trục A với .

=> A = 1,2

672
14

540


5. Tính chiều dài đai L theo khoảng cách
trục A sơ bộ:
2032
2534,5
Lấy chiều dài danh nghĩa theo tiêu chuẩn
để
tính toán 2120
2650
Kiểm nghiệm số vòng quay u trong 1 giây
8,99
9,2
Đều nhỏ hơn
6. Xác định khoảng cách trục A theo chiều dài
đai đã lấy theo tiêu chuẩn và đường kính .
539,9
672
Khoảng cách nhỏ nhất để mắc đai
509,42
Khoảng cách lớn nhất để tạo lực căng

634

600,9
710

7. Tính góc ôm .
Đều thỏa mãn điều kiện
8. Xác định số đai Z cần thiết.
Chọn ứng suất căng ban đầu của đai thang
Tra bảng ta tìm
được ứng suất có ích cho phép
1,51
15


1,51

Các

hệ số
0,8

0,8
0,95

0,85
diện F81 138
công thức:

0,98
0,94
Tiết
Dùng

Tính ra được số đai theo công thức

Chọn số đai Z

1,6
4 2
9. Chiều rộng bánh đai.
B = (Z – 1).t + 2.S (mm)

68
t=

45
16 20
S =
h0 =

Dn1 =D1 + 2h0

132
Bánh

10 12,5
3,55
Đường kính ngoài cùng bánh đai ban đầu
170
bị dẫn
Dn2 =D2 + 2h0

457

570

10. Tính lực căng ban đầu S0 và lực tác dụng
lên trục R:
S0 = σ0.F (N)
165,6
diện tích một đai lực tác dụng trục
R=

97,2
F:

là

1114,5

950
Chọn đai A vì khuôn khổ nhỏ hơn tuy lực tác dụng tạo lên trục lớn hơn một
ít.
16


17


CHƯƠNG III
THIẾT KẾBỘ TRUYỀN
BÁNH RĂNG

18

I. Cặp bánh răng trụ răng nghiêng.
1. Chọn vật liệu làm bánh răng.
Thép 55 bánh nhỏ.
σb = 660 N/mm2, σch=330 N/mm2, HB = 210.
Thép 45 bánh lớn.
σb = 580 N/mm2, σch=290 N/mm2, HB = 180.
2. Định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép.
a. Ứng suất tiếp xúc cho phép.
Số chu kì tương đương bánh lớn.

Trong đó:
vòng (u = 1).

u: số lần ăn khớp của một răng khi bánh răng quay một
Ti: Mômen xoắn ở chế độ i.
Tmax: Mômen xoắn lớn nhất.
ni: Số vòng quay ở chế độ i.
ti: Thời gian làm việc ở chế độ i.

Ntđ2 = 60.1 (0,63 . 0,3 + 13 . 0,3 + 0,53. 0,4) . 294,68 . 7000
= 51337970,88
Số chu kì tương đương của bánh nhỏ lớn hơn chu kì tương đương của
bánh lớn là: i12 = 3,432 lần.
Ntđ1 = Ntđ2 . i12 = 51337970,88. 3,373 = 173162975,8
Số chu kì cơ sở của bánh lớn và bánh nhỏ tra bảng được N 0 = 107 đều nhỏ
hơn số chu kì tương đương của bánh nhỏ và bánh lớn hệ số chu kì ứng suất
K’N = 1.
Ứng suất mỏi tiếp xúc cho phép:
19

Vậy ứng suất tiếp xúc của mỗi bánh:
Bánh nhỏ:

Bánh lớn:

Để tính sức bền ta dùng trị số nhỏ là:

b. Ứng suất uốn cho phép.
Số chu kì tương đương của bánh lớn.

Trong đó:
vòng (u = 1).

u: số lần ăn khớp của một răng khi bánh răng quay một
Ti: Mômen xoắn ở chế độ i.
Tmax: Mômen xoắn lớn nhất.
ni: Số vòng quay ở chế độ i.
ti: Thời gian làm việc ở chế độ i.

Ntđ2 = 60.1 (0,66 . 0,3 + 16 . 0,3 + 0,56. 0,4) . 294,68 . 7000
= 39635537,35
Ntđ1 = Ntđ2 . i12 = 39635537,35. 3,373 = 133690667,5
Vậy Ntđ1 và Ntđ2 đều nhỏ hơn số chu kì cơ sở N0 = 5.106 do đó chọn .
Giới hạn mỏi uốn của thép 55
σ-1 = 0,43 . 660 = 283,8 N/mm2
20

Giới hạn mỏi uốn của thép 45
σ-1 = 0,43 . 580 = 249,4 N/mm2
Hệ số an toàn n = 1,5.
Hệ số tập trung ứng suất ở chân răng Kσ = 1,8.
Vậy ứng suất uốn tính được:
Bánh nhỏ:

Bánh lớn:

3. Chọn sơ bộ hệ số tải trọng.
K =1,3
4. Chọn hệ số chiều rộng bánh răng tải trọng trung bình.

5. Tính khoảng cách trục theo công thức:
Lấy = 1,25

Chọn khoảng cách trục A = 120 mm.
6. Tính vận tốc vòng của bánh răng và chọn cấp chính xác.

Chọn cấp chính xác 9.
7. Định chính xác hệ số tải trọng K.
Chiều rộng răng b = = 0,4.120 = 48 mm.
Đường kính vòng lăn bánh nhỏ.
21


Với theo bảng tìm được Kttbảng = 1,22.
Tính hệ số tập trung tải trọng thực tế theo công thức.

Tra bảng tìm được hệ số tải trọng động:

Kđ = 1,2 (giả sử b > )
K = Ktt . Kđ = 1,11 . 1,2 = 1,33
Ít kháctrị số dự đoán (K = 1,35) cho nên không cần tính lại khoảng cách trục
A.
Như vậy có thể lấy chính xác A = 120.
8. Xác định môđun, số răng nghiêng.
Môđun bánh răng trụ.

Lấy mn = 2.
Chọn sơ bộ góc nghiêng .
Tổng số răng của hai bánh.

Số răng bánh nhỏ:

Lấy Zt = 27
Trị số Z1 lớn hơn trị số giới hạn cho trong bảng 3-15
Z1 = 27> 14,3 khi ξ = 0
22


Số răng bánh lớn:
Z2 = i . Z1= 3,373 . 27 = 91,07
Lấy Z2 = 91
Tính chính xác góc nghiêng .

Vậy chiều rộng bánh răng b thỏa điều kiện:

9. Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng
Số răng tương đương
Bánh nhỏ:

Bánh lớn:

Hệ số dạng răng khi ξ = 0.
Bánh nhỏ y1 = 0,451.
Bánh lớn y2 = 0,511.
Lấy hệ số
Kiểm nghiệm ứng suất uốn:
Bánh răng nhỏ:

23


Bánh răng lớn:

Cả hai bánh đạt yêu cầu về ứng suất uốn của răng.
10.Kiểm nghiệm sức bền răng khi chịu quá tải đột ngột trong thời gian
ngắn.
Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải.

Bánh nhỏ:

Bánh lớn:

Ứng suất uốn cho phép.

Bánh nhỏ:

Bánh lớn:

Kiểm nghiệm sức bền tiếp xúc theo công thức:

24


Khi động cơ bắt đầu làm việc:

Kiểm nghiệm sức bền uốn:
Bánh nhỏ:

Bánh lớn:

11.Các thông số hình học của bộ truyền bánh răng nghiêng.
Môđun pháp tuyến mn = 2.
Số răng Z1 = 27; Z2 = 91.
Góc ăn khớp (bánh răng tiêu chuẩn).
Góc nghiêng .
Đường kính vòng chia (vòng lăn):

Khoảng cách trục A = 120 mm.
25