Thiết kế hệ thống truyền động cơ khí

MỤC LỤC
MỤC LỤC ........................................................................................................... 1
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ....................................................................... 4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ............................................................................. 5
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................... 6
CHƢƠNG 1: TÍNH TOÁN HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ ..................................... 7
1.1. Chọn động cơ điện ....................................................................................... 7
1.1.1. Chọn kiểu động cơ .................................................................................... 7
1.1.2. Xác định công suất động cơ ...................................................................... 7
1.1.3. Xác định sơ bộ số vòng quay đồng bộ ...................................................... 8
1.1.4. Chọn động cơ thực tế ................................................................................ 8
1.1.5. Kiểm tra điều kiện mở máy, điều kiện quá tải cho động cơ ..................... 8
1.2. Phân phối tỷ số truyền .................................................................................. 9
1.2.1. Tỷ số truyền của các bộ truyền ngoài hộp giảm tốc ................................. 9
1.2.2. Tỷ số truyền của bộ truyền trong hộp giảm tốc ........................................ 9
1.2.3. Tính toán các thông số trên trục ................................................................ 9
CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT TRUYỀN ĐỘNG .......................... 11
2.1. Thiết kế bộ truyền xích............................................................................... 11
2.1.1. Chọn loại xích ......................................................................................... 11
2.1.2. Xác định các thông số của xích và bộ truyền xích .................................. 11
2.1.3. Kiểm nghiệm xích về độ bền .................................................................. 12
2.1.4. Xác định các thông số của đĩa xích và lực tác dụng lên trục .................. 12
2.2. Thiết kế bộ truyền trục vít cấp nhanh ........................................................ 13
2.2.1. Tính sơ bộ vận tốc trƣợt .......................................................................... 13
2.2.2. Xác định ứng suất cho phép .................................................................... 14
2.2.3. Xác định các thông số cơ bản.................................................................. 15
2.2.4. Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc ................................................................. 16
2.2.5. Kiểm nghiệm răng bánh vít về độ bền uốn ............................................. 17
2.2.6. Kiểm nghiêm răng bánh vít về quá tải .................................................... 18
1| Page

2.2.7. Xác định các kích thƣớc hình học của bộ truyền .................................... 18
2.2.8. Nhiệt truyền động trục vít ....................................................................... 19
2.3. Thiết kế bộ truyền trục vít cấp chậm.......................................................... 19
2.3.1. Tính sơ bộ vận tốc trƣợt .......................................................................... 19
2.3.2. Xác định ứng suất cho phép .................................................................... 20
2.3.3. Xác định các thông số cơ bản.................................................................. 20
2.3.4. Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc ................................................................. 21
2.3.5. Kiểm nghiệm răng bánh vít về độ bền uốn ............................................. 23
2.3.6. Kiểm nghiêm răng bánh vít về quá tải .................................................... 23
2.3.7. Xác định các kích thƣớc hình học của bộ truyền .................................... 24
2.3.8. Nhiệt truyền động trục vít ....................................................................... 24
2.3.9. Kiểm tra sai số vận tốc ............................................................................ 24
CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT ĐỠ NỐI......................................... 25
3.1. Thiết kế trục ............................................................................................... 25
3.1.1. Các lực tác dụng lên trục ......................................................................... 25
3.1.2. Tính sơ bộ đƣờng kính trục ..................................................................... 26
3.1.3. Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực.......................... 26
3.1.4. Xác định đƣờng kính và chiều dài các đoạn trục .................................... 27
3.1.5. Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi ............................................................ 32
3.1.6. Kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh ............................................................ 36
3.1.7. Kiểm nghiệm trục về độ cứng ................................................................. 37
3.2. Tính chọn ổ lăn ........................................................................................... 39
3.2.1. Tính chọn ổ lăn cho trục 1....................................................................... 39
3.2.2. Chọn ổ cho trục 2 .................................................................................... 41
3.2.3. Chọn ổ cho trục 3 .................................................................................... 42
3.3. Tính chọn then ............................................................................................ 44
3.3.2. Kiểm tra điều kiện bền dập và điều kiện bền cắt .................................... 45
CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ VỎ HỘP, CÁC CHI TIẾT PHỤ VÀ CHỌN CHẾ
ĐỘ LẮP TRONG HỘP ..................................................................................... 46

4.1. Thiết kế các kích thƣớc của vỏ hộp............................................................ 46
2|Page


4.1.1. Chọn bề mặt ghép nắp và thân ................................................................ 46
4.1.2. Xác định các kích thƣớc cơ bản của vỏ hộp ........................................... 46
4.1.3. Một số chi tiết phụ................................................................................... 47
4.1.4. Chọn các chế độ lắp trong hộp giảm tốc ................................................. 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 50

3|Page


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
CHƢƠNG 1: TÍNH TOÁN HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ ..................................... 7
Bảng 1.1: Các thông số trên trục ....................................................................... 10
CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT TRUYỀN ĐỘNG .......................... 11
CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT ĐỠ NỐI......................................... 25
Bảng 3.1: Chiều rộng ổ lăn ............................................................................... 26
Bảng 3.2: Giá trị momen cản uốn và cản xoắn ................................................. 35
Bảng 3.3: Bảng tính hệ số an toàn..................................................................... 36
Bảng 3.4: Bảng kiểm tra về độ bền tĩnh ............................................................ 37
Bảng 3.5: Bảng tính độ cứng xoắn .................................................................... 38
Bảng 3.6: Bảng giá trị then cho các trục ........................................................... 44
Bảng 3.7: Bảng kiểm tra điều kiện bền cho then .............................................. 45
CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ VỎ HỘP, CÁC CHI TIẾT PHỤ VÀ CHỌN CHẾ
ĐỘ LẮP TRONG HỘP ..................................................................................... 46
Bảng 4.1: Kích thƣớc vỏ hộp ............................................................................ 46
Bảng 4.2: Thông số bu lông vòng ..................................................................... 48
Bảng 4.3: Thông số cửa thăm............................................................................ 48

Bảng 4.4: Thông số nút thông hơi ..................................................................... 48
Bảng 4.5: Các kiểu lắp trong hộp giảm tốc ....................................................... 48

4|Page


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
CHƢƠNG 1: TÍNH TOÁN HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ ..................................... 7
CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT TRUYỀN ĐỘNG .......................... 11
CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT ĐỠ NỐI......................................... 25
Hình 3.1: Sơ đồ các lực tác dụng lên trục 1 ...................................................... 27
Hình 3.2: Biểu đồ momen trục 1 ....................................................................... 28
Hình 3.3: Các lực tác dụng lên trục 2................................................................ 29
Hình 3.4: Biểu đồ momen trục 2 ....................................................................... 30
Hình 3.5: Các lực tác dụng lên trục 3................................................................ 31
Hình 3.6: Biểu đồ momen trục 3 ....................................................................... 31
CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ VỎ HỘP, CÁC CHI TIẾT PHỤ VÀ CHỌN CHẾ
ĐỘ LẮP TRONG HỘP ..................................................................................... 46

5|Page


LỜI NÓI ĐẦU
Thiết kế và phát triển những hệ thống truyền động là vấn đề cốt lõi trong
cơ khí. Mặt khác, một nền công nghiệp phát triển không thể thiếu một nền cơ
khí hiện đại. Vì thế tầm quan trọng của các hệ thống dẫn động cơ khí là rất lớn.
Hiểu biết lý thuyết và vận dụng nó trong thực tiễn là một yêu cầu cần thiết đối
với một ngƣời kỹ sƣ.
Để nắm vững lý thuyết và chuẩn bị tốt trong viểc trở thành một ngƣời kỹ
sƣ trong tƣơng lai. Đồ án môn học thiết kế hệ thống truyền động cơ khí trong

ngành cơ khí là một môn học giúp cho sinh viên ngành cơ khí làm quen với
những kỹ năng thiết kế, tra cứu và sử dụng tài liệu đƣợc tốt hơn, vận dụng kiến
thức đã học vào việc thiết kế một hệ thống cụ thể. Ngoài ra môn học này còn
giúp sinh viên cũng cố kiến thức của các môn học liên quan, vận dụng khả
năng sáng tạo và phát huy khả năng làm việc theo nhóm.
Trong quá trình trình thực hiện đồ án môn học này, chúng em luôn đƣợc
sự hƣớng dẫn tận tình của thầy Trần Ngọc Hiền và các thầy bộ môn trong
khoa Cơ Khí. Em xin chân thành cảm ơn các thầy đã giúp đỡ chúng em hoàn
thành đồ án môn học này.
Ngày 20/12/2016
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Dũng

6|Page


CHƢƠNG 1: TÍNH TOÁN HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ
1.1. Chọn động cơ điện
1.1.1. Chọn kiểu động cơ

Chọn loại động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc. Loại
này dùng phổ biến trong các ngành công nghiệp, với hệ dẫn động cơ khí (hệ
dẫn động băng tải, xích tải, vít tải,... dùng với các hộp giảm tốc).
1.1.2. Xác định công suất động cơ

Công suất trên trục động cơ đƣợc xác định theo công thức:
Pct = Pt /η
trong đó:

Pct – công suất cần thiết trên trục động cơ, kW
Pt – công suất trên trục máy công tác, kW
Pt  Plv  Ft .v / 103  6000.0,1/ 103  0,6 (kW )

η – hiệu suât của các bộ phận trong hệ dẫn động

  1.2 .3.4 .....
trong đó:

1,2 ,3 ,4 ,..... : là hiệu suất của các bộ truyền và các cặp ổ
trong hệ thống dẫn động.
Theo sơ đồ đề bài thì :    tv2 .ol3 . x .k

tv : hiệu suất của bộ truyền trục vít: tv = 0,4
ol : hiệu suất một cặp ổ lăn: ol = 0,995

x : hiệu suất của bộ truyền xích: x = 0,97
k : hiệu suất của khớp nối: k = 1
   0,42.0,9953.0,97.1  0,153

7|Page


 Pct  0,6 / 0,153  3,92 (kW )

Hệ số xét đến sự thay đổi tải không đều β:
2

2

2

2

2

T  t
T  t
T  t
T  t
T  t
   i  . i   0  . 0   1  . 1   2  . 2   3  . 3
 T1  tck
 T1  tck  T1  tck  T1  tck  T1  tck
8,3.104
2
2 4
2 2
 1,5 .
 1 .  (0,7) 2 .   0,5  .  0,83
8
8
8
8
2

 Pct  3,92.0,83  3,2536

(kW )

1.1.3. Xác định sơ bộ số vòng quay đồng bộ

Số vòng quay của trục máy công tác:

60.103.v 60.103.0,1
nlv 

 4,364 (v / ph)
zt
11.125
Tỷ số truyền toàn bộ của hệ thống ut
ut = uh.ux
với: uh – tỷ số truyền của hộp giảm tốc trục vít hai cấp
ux – tỷ số truyền của bộ tuyền xích
tra bảng 2.4 [1] ta chọn nhƣ sau:

uh = 300 ux = 2

vậy ut = 600
Số vòng quay sơ bộ của động cơ: nsb = nlv.ut = 4,364.600 = 2618,4 (vg/ph)
1.1.4. Chọn động cơ thực tế

Tra bảng P1.3 [1] ta chọn động cơ 4A100S2Y3 với các thông số:
Công suất: 4,0 kW,
Số vòng quay: n = 2880 (vg/ph)
Tk / Tdn = 2,0

Tmax / Tdn = 2,2

1.1.5. Kiểm tra điều kiện mở máy, điều kiện quá tải cho động cơ

8|Page


Kiểm ta điều kiện mở máy và điều kiện quá tải của động cơ vừa chọn:

Pdc  4.0  Pct  3,2536
ndc  2880  nsb  2618,4

Tmm Tk

T
Tdn
 thỏa mãn điều kiện mở máy và điều kiện quá tải của động cơ.
1.2. Phân phối tỷ số truyền

Tỷ số truyền chung của toàn bộ hệ thống:

u 

ndc 2880

 660
nlv 4,364

1.2.1. Tỷ số truyền của các bộ truyền ngoài hộp giảm tốc

Ký hiệu:

uh là tỷ số truyền của hộp giảm tốc

ung là tỷ số truyền ngoài hộp giảm tốc

Tỷ số truyền của bộ truyền ngoài:
Ta chọn

u x  2;

ung  u x

 ung  2

1.2.2. Tỷ số truyền của bộ truyền trong hộp giảm tốc

u  uh .ung

 uh 

u 660

 330
ung
2

u1  17,5
uh  330  
u2  18,86

với

u1: tỷ số truyền cấp nhanh

u2: tỷ số truyền cấp chậm

1.2.3. Tính toán các thông số trên trục

9|Page


Bảng 1.1: Các thông số trên trục

Trục
Thông số
Công suất (kW)

Đ/cơ

Trục vít 1

Trục vít 2

Trục 3

Công tác

4

3,98

1,584

0,63

0,6

Tỷ số truyền (-)

1

17,5

18,86

2

Số vòng quay (v/ph) 2880

2880

164,57

8,73

Momen (Nmm)

13197,6

91919,55

689175,26 1312714,78

10 | P a g e

13263,9

4,365


CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT TRUYỀN ĐỘNG
2.1. Thiết kế bộ truyền xích
2.1.1. Chọn loại xích

Chọn loại xích con lăn
2.1.2. Xác định các thông số của xích và bộ truyền xích

Số răng đĩa xích nhỏ (chủ động): z1 = 11
Số răng đĩa xích bị động: z2 = z1.ux = 11.2 = 22 < 120
Bƣớc xích: t = 125
Ta có: Pt = P.k.kz.kn
Với

kz = 25/z1 = 25/11 = 2,273
kn = 50/4,365 = 11,46
k = kokakđckbtkđkc = 1.1.1.0,8.1,2.1,25 = 1,2

do đó : Pt = 0,6.1,2.2,273.11,46 = 18,76 (kW)
Theo bảng 5.5 [1] với n01 = 50 (vg/ph), chọn bộ truyền xích 1 dãy có bƣớc
xích p = 50.8 (mm) thoả mãn điều kiện bền mòn:
Pt < [P] = 22,9 đồng thời p < pmax
Khoảng cách trục: a = 30.50,8 = 1524 (mm)
Số mắt xích: x = 2a/p + 0,5(z1 + z2) + (z2 – z1)2p/(4π2a)
= 2.1524/50,8 + 0,5(11 + 22) + (22 - 11)2.50,8/(4.π2.1524) = 76,6

Vì số mắt xích là chẵn nên x = 78
Tính lại khoảng cách trục:
a  0,25 p{x c  0,5( z2  z1 )  [xc  0,5( z2  z1)]2  2[(z 2  z1) /  ]2 }
 0,25.50,8{78  0,5(22  11)  [78  0,5(22  11)]2  2[(22  11) /  ]2 }  1560
Để xích không chịu lực căng quá lớn, ta giảm a một lƣợng bằng:

11 | P a g e


a  (0,002...0,004)a  3,12...6,24 ta chọn là 5
Do đó a = 1555 (mm)
Số lần va đập i của bản lề xích trong 1 giây
i  z1n1 / (15x)  11.4,365 / (15.78)  0,041 < [i] = 15
2.1.3. Kiểm nghiệm xích về độ bền

s  Q / (kd Ft  Fo  Fv )  [s]

trong đó:

Q – tải trọng phá hỏng, N ; tra bảng 5.2 ta có Q = 226,8.103 N
kđ – hệ số tải trọng động, kđ = 1,2
Ft – lực vòng, Ft = 6000 N
Fv – lực căng do lực ly tâm sinh ra, N;
Fv = qv2 = 9,7.0,12 = 0,097 (N)
Fo – lực căng do trọng lƣợng nhánh xích bị động sinh ra, N
Fo = 9,81.kfq.a = 9,81.4.9,7.1,555 = 591,88 (N)
[s] – hệ số an toàn cho phép, [s] = 7

Do đó: s  226,8.103 / (1,2.6000  591,88  0,097)  29,1 > [s] = 7
Vậy xích đảm bảo điều kiện bền

2.1.4. Xác định các thông số của đĩa xích và lực tác dụng lên trục
a) Xác định các thông số của đĩa xích

Đƣờng kính vòng chia của đĩa xích:
d1  p / sin( / z1)  50,8 / sin( / 11)  180,3 (mm)
d1  p / sin( / z2 )  50,8 / sin( / 22)  356,96 (mm)

Vật liệu chế tạo đĩa xích thép 45, phƣơng pháp nhiệt luyện là tôi cải thiện.
Ứng suất tiếp xúc σH trên mặt răng đĩa xích:
12 | P a g e


 H  0,47 kr ( Ft K d  Fvd ) E / ( Akd )  [ H ]
trong đó:

[σH] - ứng suất tiếp xúc cho phép, MPa, [σH] = 600 (MPa)
Ft – lực vòng,
Fvd – lực va đập trên m dãy xích,
Fvd = 13.10-7n1p3m = 13.10-7.4,365.50,83.1 = 0,744 (N)
kd – hệ số phân bố không đều tải trọng cho các dãy, kd = 1
Kd – hệ số tải trọng động, Kd = 1,2
kr – hệ số kể đến ảnh hƣởng của số răng đĩa xích, kr = 0,678
E – modun đàn hồi, MPa, E = 2,1.105
A – diện tích chiếu của bản lề, A = 645 (mm2)

Do đó:  H  0,47 0,678(6000.1,2  0,744)2,1.105 / (645.1)  592,6  [ H ]
b) Lực tác dụng lên trục

Fr = kx.Ft
với:

kx – hệ số kể đến trọng lƣợng xích, kx = 1,15

do đó: Fr = 1,15.6000 = 6900 (N)
2.2. Thiết kế bộ truyền trục vít cấp nhanh

Các thông số đầu vào:
P = 3,98 kW; n = 2880 (vg/ph);

u = 17,5;

T = 13197,6 (Nmm)

Số giờ làm việc : 23360 (giờ)
2.2.1. Tính sơ bộ vận tốc trượt
2
vsb  8,8.103 3 Pu
1 1n1

 8,8.103 3 3,98.17,5.28802  7,33 m / s

Với vsb = 7,33 > 5, nên ta dùng đồng thanh thiếc để chế tạo bánh vít, cụ
13 | P a g e


thể là đồng thanh thiếc kẽm chì ЂpOЦC 5-5-5, có σb = 250 (MPa), σch = 100
(MPa). Chọn vật liệu chế tạo trục vít là thép carbon trung bình 45 đƣợc tôi bề
mặt đạt độ rắn 50 HRC, sau đó thấm than, bề mặt ren trục vít đƣợc mài và đánh
bóng.
2.2.2. Xác định ứng suất cho phép

a) Ứng suất tiếp xúc cho phép

[σH] = [σHO].KHL
trong đó:

[σHO] - ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với 107 chu kỳ
[σHO] = 0,9.σb = 0,9.250 = 225 (MPa)
KHL – hệ số tuổi thọ,
K HL  8 107 / N HE

với NHE – là số chu kỳ thay đổi ứng suất tƣơng đƣơng
4

 T 
N HE  60  2i  n2iti 
 T2 max 
42
4 2
 4
=60.23360.151,579 14   0,7    0,5 
8
8
 8
 122298642,2  12,23.107
do đó: K HL  8 107 / (12,23.107 )  0,73
Ta đƣợc: [σH] = 225.0,73 = 164,25 (MPa)
b) Ứng suất uốn cho phép

Với bánh vít bằng vật liệu đồng thanh thiếc ứng suất uốn cho phép đƣợc
xác định theo công thức:

Với:

[F] = [F0].KFL

[F0] =0,25b + 0,08ch = 0,25.250+0,08.100 = 70,5 (MPa)
Hệ số tuổi thọ:

14 | P a g e

6

K FL  9 10

N FE


Trong đó:
9

 T 
N HE  60  2i  n2iti 
 T2 max 
92
9 2
 4
=60.23360.151,579 19   0,7    0,5  
8
8
 8
 108473612,6  10,85.107

6

 K FL  9 10

10,85.107

 0,594

 [F] = 70,5.0,594 = 41,877 (MPa).
Ứng suất cho phép khi quá tải
Với bánh vít đồng thanh thiếc:
[H]max = 4ch =4.100 = 400 (MPa)
[F]max = 0.8ch =0,8.100 = 80 (MPa)
2.2.3. Xác định các thông số cơ bản
a) Xác định khoảng cách trục

Với u = 17,5; chọn Z1 = 2  Z2 = u.Z1 =17,5.2 = 35 (răng);
Với Z1 = 2, chọn sơ bộ hiệu suất η = 0,78,
T2 = 91919,55 (Nmm)
Tính sơ bộ q: q = 0,3.Z2 = 0,3.35 = 10,5. Theo bảng 7.3 chọn q = 10
Chọn sơ bộ KH = 1.3
Tính sơ bộ khoảng cách trục:
2

 170  T2 K H
aw   Z 2  q  3 

q
 Z 2[ H ] 
2

 170  91919,55.1,3
  35  10  3 
 98,4 (mm)

10
 35.164,25 
15 | P a g e


ta lấy aw = 100 mm.
b) Xác định môđun

Mô đun dọc của trục vít đƣợc xác định:

m

2aw
2.100

 4,44
q  z2 10  35

Tra bảng 7.3 [1] ta chọn m = 5
Tính lại khoảng cách trục:
aw = 0,5m(Z2 + q) = 0,5.5(35 + 10) = 112,5 (mm);
Chọn aw =110 mm.
Tính hệ số dịch chỉnh:
x= aw/m - 0,5(q+Z2) = 110/5 - 0,5(10 + 35)= - 0,5 (mm);
và - 0,7 < x < 0,7

 thoả mãn điều kiện dịch chỉnh.
2.2.4. Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc
3

H

170  Z 2  q  T2 .K H

 [ H ]


Z 2  aw 
q

(*)

Vận tốc trƣợt tính theo công thức:
vs =  dw1 n1 /(60000.cos w)
trong đó:
w = arctg [Z1/(q + 2x)] = arctg[2/(10 – 2.0,5)] = 12,5
dw1 = (q + 2x)m = (10 – 2.0,5)5 = 45 (mm)
 vs = .45.2880/(60000.cos 12,5) = 6,951 (m/s).
Nhƣ vậy vật liệu đã chọn làm bánh vít phù hợp với điều kiện làm việc;
Với [H] = 164,25 (MPa)
16 | P a g e


Theo bảng 7.4[1]: f = 0,0194; υ = 1,02705
Góc vít trên trục chia:  = arctg(Z1/q) = arctg(2/10) = 11,3
 = 0,95tg / tg( + )

Hiệu suất bộ truyền:

= 0,95tg(11,3) / tg(11,3 + 1,02705) = 0,87
Do đó: T2 = 91919,55.0,87 = 79970 (Nmm)
Hệ số tải trọng: KH = KH . KHv

KH 

Z 
1  2 
 

3


T2 m 
1



 T2 max 

Với:  = 86 (bảng 7.5[1]).


 4
T2tb
T2iti n2i
2

2
 
 1   0,7    0,5   0,8

 T

T2 max
8
8
 2 max  ti n2i   8
3

KH 

 35 
 1    1  0,8   1,014
 86 

KHv – hệ số tải trọng động, KHv = 1,2
 KH = 1,014.1,2 =1,22
3

Do đó:

170  35  10  79970.1,22
H 


35  110 
10

 125,53  MPa   [ H ]  164,25  MPa .

 Thoả mãn điều kiện bền tiếp xúc.
2.2.5. Kiểm nghiệm răng bánh vít về độ bền uốn

F 
trong đó:

1,4.T2 .YF .K F
 [ F ]
b2d2m cos 

KF = KFβ.KFv = KHβ.KHv = 1,014.1,2 = 1,22 – hệ số tải trọng;
d2 = m.Z2 = 5.35 = 175 (mm) – đƣờng kính vòng chia bánh vít;

17 | P a g e


b2 – chiều rộng bánh vít,
b2 ≤ 0,75da1 = 0,75m(q + 2) = 0,75.5(10 + 2) = 45 (mm)
ta chọn b2 = 25 (mm)
YF – hệ số dạng răng, với Zv = 37,12; tra bảng 7.8[1] ta đƣợc YF = 1,6
Do đó :  F 

1,4.79970.1,6.1,22
 10,2  [ F ]  41,877 (MPa )
25.175.5.cos11,3

2.2.6. Kiểm nghiêm răng bánh vít về quá tải

Để tránh biến dạng dƣ hoặc dính bề mặt răng, ứng suất tiếp xúc cực đại
không đƣợc vƣợt quá một giá trị cho phép:

 H max   H K qt  [ H ]max
 H max  125,53. 1,5  153,74 (MPa) < [ H ]max  400 (MPa)
Thoả mãn điều kiện tiếp xúc
Để trạnh biến dạng dƣ hoặc phá hỏng tĩnh chân răng bánh vít, ứng suất
uốn cực đại không đƣợc vƣợt quá giá trị cho phép:

 F max   F .K qt  10,2.1,5  15,3 < [ F ]max  80 (MPa)
Thoả mãn điều kiện
2.2.7. Xác định các kích thước hình học của bộ truyền

Khoảng cách trục: aw = 110 (mm)
Hệ số dịch chỉnh: x = -0,5
Đƣờng kính vòng chia: d1 = 50 (mm); d2 = 175 (mm)
Đƣờng kính vòng đỉnh: da1 = 60 (mm); da2 = 180 (mm)
Đƣờng kính vòng đáy: df1 = 38 (mm0; df2 = 158 (mm)
Chiều rộng bánh vít: b2 = 25 (mm)
Góc ôm: δ = 25,77
18 | P a g e


2.2.8. Nhiệt truyền động trục vít

Diện tích thoát nhiệt cần thiết của hộp giảm tốc (với Aq ~ 0,3 A)

A


1000 P1 1   
0,7 Kt 1     0,3Ktq    td  t0 

 Pn
1
i i 
 1,25
  
4
2
2
t


 ck   1.  0,7.  0,5.


8
8
 8

  tck   


  0,25;



Ktq  40 w



Kt  13 W
m

;
C

20

m 2 0C

;

td  700 C ;

t0  200 C

Khi đó:
A

1000.3,98 1  0,87 
 0,3542 (m 2 )
0,7.13 1  0,25   0,3.40 1,25  70  20 

2.3. Thiết kế bộ truyền trục vít cấp chậm

Các thông số đầu vào:
P = 1,584 (kW); n = 164,57 (vg/ph);

u = 18,86;

T = 91919,55 (Nmm)

Số giờ làm việc 23360 (giờ)
2.3.1. Tính sơ bộ vận tốc trượt

vsb  8,8.103 3 P2u2n22
 8,8.103 3 1,584.18,86.164,57 2  0,82 m / s

Với vsb = 0,82 < 2, nên ta dùng gang để chế tạo bánh vít, cụ thể là gang
xám tƣơng đối mềm CҶ 18-36, có σb = 180 (MPa), σch = σbu = 360 (MPa).
Chọn vật liệu chế tạo trục vít là thép carbon trung bình 45 đƣợc tôi bề mặt
đạt độ rắn 50 HRC, sau đó đƣợc mài và đánh bóng.

19 | P a g e


2.3.2. Xác định ứng suất cho phép
a) Ứng suất tiếp xúc cho phép

[σH] = [σHO]KHL
trong đó:

[σHO] - ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với 107 chu kỳ
[σHO] = 0,9.σb = 0,9.180 = 162 (MPa)
KHL – hệ số tuổi thọ,
K HL  8 107 / N HE

với NHE – là số chu kỳ thay đổi ứng suất tƣơng đƣơng

4

 T 
N HE  60  2i  n2iti 
 T2 max 
42
4 2
 4
 60.23360.7,21 14   0,7    0,5  
8
8
 8
 5817251  5,82.106
do đó: K HL  8 107 / (5,82.106 )  1,07
[σH] = 162.1,07 = 173,34 (MPa)
b) Ứng suất uốn cho phép

Với bánh vít bằng vật liệu gang, bộ truyền quay 1 chiều
[F] = 0,12 σbu = 0,12.360 = 43,2 (MPa)
Ứng suất cho phép khi quá tải: với bánh vít làm bằng gang
[H]max = 1,5. [σH] = 1,5.173,34 = 260 (MPa)
[F]max = 0,6.b = 0,6.180 = 108 (MPa)
2.3.3. Xác định các thông số cơ bản
a) Xác định khoảng cách trục

Với u = 18,86; chọn Z1 = 2  Z2 = u.Z1 =18,86.2 = 37,72 (răng);
20 | P a g e


Ta chọn 38

T2 = 689175,26 (Nmm)

Tính sơ bộ q: q = 0,3.Z2 = 0,3.38 = 11,4. Theo bảng 7.3 chọn q = 12,5
Chọn sơ bộ KH = 1.3
Tính sơ bộ khoảng cách trục:
2

 170  T2 K H
aw   Z 2  q  3 

q
 Z 2[ H ] 
2

 170  689175,26.1,3
  38  12,5 3 
 183,2 (mm)

12,5
 38.173,34 
ta lấy aw = 180 mm.
b) Xác định môđun

Mô đun dọc của trục vít đƣợc xác định:

m

2aw
2.180


 7,13
q  z2 12,5  38

Tra bảng 7.3 [1] ta chọn m = 8
Tính lại khoảng cách trục:
aw = 0,5m(Z2 + q) = 0,5.8(38 + 12,5) = 202 (mm);
Chọn aw = 200mm.
Tính hệ số dịch chỉnh:
x= aw/m - 0,5(q+Z2) = 200/8 - 0,5(12,5+38)= - 0,25 (mm);
và - 0,7 < x < 0,7
 thoả mãn điều kiện dịch chỉnh.
2.3.4. Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc
3

H

21 | P a g e

170  Z 2  q  T2 .K H

 [ H ]


Z 2  aw 
q

(*)

Vận tốc trƣợt tính theo công thức:
vs =  dw1 n1 /(60000.cos w)
Trong đó:
w = arctg [Z1/(q + 2x)] = arctg[2/(12,5 - 2.0,25)] = 9,5
dw1 = (q + 2x)m = (12,5 - 2.0,25).8 = 96 (mm)
Vì vậy:

vs = .96.164,57 / (60000.cos 9,5) = 0,839 (m/s).

Nhƣ vậy vật liệu đã chọn làm bánh vít phù hợp với điều kiện làm việc;
Với [H] = 173,34 (MPa)
Theo bảng 7.4[1]: f = 0,04822; υ = 2,764
Góc vít trên trục chia:  = arctg(Z1/q) =arctg(2/12,5) = 9,1
Hiệu suất bộ truyền:  = 0,95tg / tg( + )
= 0,95tg(9,1) / tg(9,1 + 2,764) = 0,724
Do đó: T2 = 689175,26.0,724 = 498963 (Nmm)
Hệ số tải trọng: KH = KH . KHv

KH 

3

T
 Z2  
 1    1  2m 
    T2 max 

Với:  = 125 (bảng 7.5[1]).



 4
T2tb
T2iti n2i
2
2
 
 1   0,7    0,5   0,8

 T

T2 max
8
8
 2 max  ti n2i   8
3

KH 

 38 
1 
 1  0,8   1,006
 125 

KHv – hệ số tải trọng động, KHv = 1,2
Nên: KH = 1,006.1,2 =1,2072

22 | P a g e


3

170  38  12,5  498963.1,2072
H 



38  200 
12,5
 124,6  MPa   [ H ]  173, 34  MPa  .
thoả mãn điều kiện bền tiếp xúc.
2.3.5. Kiểm nghiệm răng bánh vít về độ bền uốn

F 

1,4.T2 .YF .K F
 [ F ]
b2d2mn

trong đó:
mn = m.cosγ = 8.cos(9,1) = 7,9 – mô đun pháp của răng bánh vít;
KF = KFβ.KFv = KHβ.KHv = 1,006.1,2 = 1,2072 – hệ số tải trọng;
d2 = m.Z2 = 8.38 = 304 (mm) – đƣờng kính vòng chia bánh vít;
b2 – chiều rộng bánh vít,
b2 ≤ 0,75da1 = 0,75m(q + 2) = 0,75.8(12,5 + 2) = 87 (mm)
ta chọn b2 = 60 (mm)
YF – hệ số dạng răng, với Zv = 39,5 tra bảng 7.8[1] ta đƣợc YF = 1,53
Do đó :  F 

1,4.498963.1,53.1,2072
 8,95  [ F ] = 43,2 (MPa)

60.304.7,9

2.3.6. Kiểm nghiêm răng bánh vít về quá tải

Để tránh biến dạng dƣ hoặc dính bề mặt răng, ứng suất tiếp xúc cực đại
không đƣợc vƣợt quá một giá trị cho phép:

 H max   H K qt  [ H ]max
 H max  124,6. 1,5  152,6 (MPa) < [ H ]max  260 (MPa)
Thoả mãn điều kiện tiếp xúc
Để trạnh biến dạng dƣ hoặc phá hỏng tĩnh chân răng bánh vít, ứng suất
uốn cực đại không đƣợc vƣợt quá giá trị cho phép
23 | P a g e


 F max   F .K qt  8,95.1,5  13,425 < [ F ]max  108 (MPa)
Thoả mãn điều kiện
2.3.7. Xác định các kích thước hình học của bộ truyền

Khoảng cách trục: aw = 200 (mm)

Hệ số dịch chỉnh: x = - 0.25

Đƣờng kính vòng chia: d1 = 100 (mm); d2 = 304 (mm)
Đƣờng kính vòng đỉnh: da1 = 116 (mm); da2 = 316 (mm)
Đƣờng kính vòng đáy: df1 = 80,8 (mm); df2 = 280,8 (mm)
Chiều rộng bánh vít: b2 = 60 (mm)

Góc ôm: δ = 32,4

2.3.8. Nhiệt truyền động trục vít

Diện tích thoát nhiệt cần thiết của hộp giảm tốc (với Aq ~ 0,3 A)

A

1000 P1 1   
0,7 Kt 1     0,3Ktq    td  t0 



 Pn
1
i i 
 1,25
  
 tck   1. 4  0,7. 2  0,5. 2 


8
8
 8

  tck   


  0,23;



ktq  40 w

Khi đó:

A



Kt  13 W
m

;
C

20

m 2 0C

;

td  900 C ; t0  200 C

1000.1,584 1  0,724 
 0,2154 (m 2 )
0,7.13 1  0,23  0,3.40 1,25  90  20 

2.3.9. Kiểm tra sai số vận tốc

Ta có: nthuc 
Ta có: n 

24 | P a g e

ndc
2880

 4,363 (v/ph)
uthuc 17,5.18,86.2

nthuc  n
4,363  4,365
.100% 
.100%  0,05%  4%
n
4,365


CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT ĐỠ NỐI
3.1. Thiết kế trục
3.1.1. Các lực tác dụng lên trục
a) Trục vít số 1( trục vít cấp nhanh)

Lực dọc trục:

Fa1 = 2T2/d2 = 2.79970/175 = 913,9 (N)

Lực vòng: Ft1 = Fa1.tg(γ + υ) = 913,9.tg(11,3 + 1,02705) = 199,7 (N)
Lực hƣớng tâm:
Fa1.cos
.tg .cos 

cos(   )
913,9.cos(1,02705)

.tg 20.cos(11,3)  333,8 (N)
cos(11,3  1,02705)

Fr1  Fr 2 

Lực tác dụng của khớp nối: ta chọn khớp nối là loại nối trục vòng đàn hồi
có: Fk  (0,2  0,3).Ft
với: Ft 

2T1 2.13197,6

 527,9 (N)
Dt
50
(giá trị của Dt tra bảng 16.10a theo ddc =28 (mm))

 Fk  (0,2  0,3).527,9  105,58 158,37 ta chọn Fk = 120 (N)
b) Trục vít số 2 (trục vít cấp chậm)

Lực dọc trục: Fa2 = Ft1 = 199,7 (N)
Fa3 = Ft4 = 2.498963/304 = 3282,65 (N)
Cả 2 lực này cùng phƣơng ngƣợc chiều nên Fa = 3082,95 (N)
Lực hƣớng tâm: Fr2 = 333,8 (N)

Fr 3  Fr 4 

25 | P a g e

Fa 3.cos
.tg .cos 
cos(   )

3082,95.cos(2,764)
.tg 20.cos(9,1)  1130,85 (N)
cos(9,1  2,764)