Đồ án Thiết kế hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp khai triển

MỤC LỤC
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN..........................................................................................
LỜI NÓI ĐẦU....................................................................................................................
MỤC LỤC ........................................................................................................................ 1
ĐỀ TÀI ............................................................................................................................. 2
I. XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN .................. 3
1. Chọn động cơ..................................................................................................................3
2. Phân phối tỉ số truyền .....................................................................................................4
3. Tính các thông số trên các trục .......................................................................................4
4. Bảng kết quả tính toán động học ....................................................................................5
II. THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH .................................................................................. 6
III. THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG ................................................................. 10
1. Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng cấp chậm..............................................................10
2. Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng cấp nhanh ........................................................16
IV. THIẾT KẾ TRỤC – CHỌN THEN .......................................................................... 21
1. Sơ đồ đặt lực chung ......................................................................................................21
2. Chọn vật liệu và xác định đường kính sơ bộ ................................................................22
3. Tính toán chiều dài các trục và khoảng cách giữa các điểm đặt lực ............................23
4. Phân tích lực tác dụng lên trục từ các chi tiết quay của hệ thống truyền động ............24
5. Xác định lực tác dụng lên trục, đường kính các đoạn trục ...........................................26
6. Chọn và kiểm nghiệm then ...........................................................................................35
7. Tính kiểm nghiệm độ bền trục .....................................................................................35
V. TÍNH TOÁN Ổ LĂN ................................................................................................. 40
1. Trục I ............................................................................................................................40
2. Trục II ...........................................................................................................................42
3. Trục III..........................................................................................................................44
VI. TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 47


THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

ĐỀ TÀI
ĐỀ SỐ 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI
PHƯƠNG ÁN SỐ: 10

Hệ thống dẫn động băng tải gồm:
1. Động cơ điện 3 pha không đồng bộ
2. Nối trục đàn hồi
3. Hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp khai triển
4. Bộ truyền xích ống con lăn
5. Băng tải: Quay một chiều, tải va đập nhẹ, 1 ca làm việc 8 giờ
Số liệu thiết kế (Phương án số 10):
• Lực vòng trên băng tải F: 6500 N
• Vận tốc băng tải v: 1,1 m/s
• Đường kính tang dẫn D: 350 mm
• Thời gian phục vụ L: 4 năm
• Số ngày làm/năm Kng: 280 ngày
• Số ca làm trong ngày: 3 ca
• t1: 28 giây
• t2: 12 giây
• T1: T
• T2: 0,9T
2


THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

I. XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN
PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN
1. Chọn động cơ
1.1 Công suất động cơ

• η = ηt2. ηol3. ηx = 0,972.0,993.0,92 = 0,84
Với ηt – Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ
ηol – Hiệu suất một cặp ổ lăn
ηx – Hiệu suất bộ truyền xích ống con lăn
• 𝑃𝑙𝑣 =

𝐹.𝑣
1000

=

• 𝑃𝑡đ = 𝑃𝑙𝑣 . √
• 𝑃𝑐𝑡 =

𝑃𝑡đ
η

=

6500.1,1
1000

= 7,15 𝑘𝑊

𝑇
𝑇
( 1 )2 .𝑡1 +( 2 )2 .𝑡2
𝑇

𝑇

𝑡1 +𝑡2

6,94
0,84

= 7,15 . √

28+12

= 7,15.0,97 = 6,94 kW

= 8,26 𝑘𝑊

1.2 Số vòng quay sơ bộ
• 𝑢𝑡 = 𝑢ℎ . 𝑢𝑥 = 16.3 = 48
𝑣
• 𝑛𝑙𝑣 = 60000.
= 60000.
• nsb

1.28+0,92 .12

1,1

= 60 vg/ph
= nlv . ut = 60.48 = 2880 vg⁄ph
𝜋.𝐷

𝜋.350

Với ut là tỉ số truyền toàn bộ của hệ thống dẫn động
uh là tỉ số truyền của hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp khai triển
nsb là số vòng quay sơ bộ
1.3 Chọn động cơ
𝑛đ𝑐 ≈ 𝑛𝑠𝑏
• Yêu cầu: { 𝑃 ≥ 𝑃
đ𝑐
𝑐𝑡
• Vậy chọn được động cơ: 4A132M2Y3
o Công suất danh nghĩa Pđc = 11 kW
o Số vòng quay thực nđc = 2907 vg/ph
o Hệ số công suất cos(φ) = 0,9
o Hiệu suất η = 88%
o Tmax/Tdn = 2,2
o Hệ số quá tải Tk/Tdn = 1,6
3


THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

2. Phân phối tỉ số truyền
• Tra bảng 3.1, trang 43 [1], với uh = 16, ta được:
tỷ số truyền của cấp nhanh 𝑢1 = 5,23
{
tỷ số truyền của cấp chậm 𝑢2 = 3,06
• ut =

nđc
nlv

2907

=

60

= 48,45

Mà ut = un.uh.ukn = ux.uh.ukn
ut
48,45
⇒ ux =
=
= 3,03
uh . ukn
16.1
3. Tính các thông số trên các trục
• Công suất:
o Plv = 7,15 kW (đã tính)
Plv

o PIII =
o PII =
o PI =

ηt .ηol2
PII
ηt .ηol 2
PI

o Pđc =

7,15

=

ηx .ηol 2
PIII

=

=

ηkn.ηol

0,92.0,992
7,93

0,97.0,992
8,34
0,97.0,992
8,77

=

1.0,99

= 7,93 kW

= 8,34 kW

= 8,77 kW

= 8,86 kW

• Số vòng quay:
o nđc = 2907 vg/ph
o nI = nđc = 2907 vg/ph
o nII =
o nIII =

nI

=

u1
nII
u2

2907

=

= 556 vg/ph

5,23
556
3,06

= 182 vg/ph

o nlv = 60 vg/ph (đã tính)
• Momen xoắn:
o Tđc = 9,55. 106 .
o TI = 9,55. 106 .

𝑃đ𝑐
𝑛đ𝑐

𝑃𝐼

= 28811 Nmm

𝑛𝐼
6 𝑃𝐼𝐼

o TII = 9,55. 10 .

= 143250 Nmm

𝑛𝐼𝐼
6 𝑃𝐼𝐼𝐼

o TIII = 9,55. 10 .
o Tlv =

= 29107 Nmm

= 416107 Nmm

𝑛𝐼𝐼𝐼
𝑃
9,55. 106 . 𝑙𝑣 =
𝑛𝑙𝑣

1138042 Nmm

4


THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

4. Bảng kết quả tính toán động học

Công suất
P, kW
Tỷ suất
truyền u
Số vòng
quay n,
vg/ph
Momen
xoắn T,
Nmm

Trục động
cơ
8,86

Trục I

Trục II

Trục III

Công tác

8,77

8,34

7,93

7,15

1

u1 = 5,23

u2 = 3,06

ux = 3,03

2907

2907

556

182

60

29107

28811

143250

416107

1138042

5


THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

II. THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH
• Với ux = 3,03 tra được z1 = 25 (Theo bảng 5.4 trang 80 [1])
• z2 = ux.z1 = 3,03.25 = 75,75 < zmax = 120 (đối với xích ống con lăn)
Chọn z2 = 75
• Xác định hệ số điều kiện sử dụng xích k:
k = ko. ka.kđc. kđ. kc.kbt
= 1.1.1,25.1,2.1,45.1
= 2,175
Với ko là hệ số kể đến ảnh hưởng của vị trí bộ truyền
ka là hệ số kể đến khoảng cách trục và chiều dài xích
kđc là hệ số kể đến ảnh hưởng của việc điều chỉnh lực căng xích

kđ là hệ số tải trọng động
kc là hệ số kể đến chế độ làm việc của bộ truyền
kbt là hệ số kể đến ảnh hưởng của bôi trơn
• Hệ số k z =
kn =

z01
z1
n01
nIII

=
=

25

=1

25
200
182

= 1,1

• Chọn xích một dãy Kx = 1, do tải trọng nhỏ, vận tốc thấp.
k. k z . k n PIII 2,175.1.1,1.7,93
Pt =
=
= 19 (kW)
Kx

1
• Theo bảng 5.5 trang 81 [1], với điều kiện Pt ≤ [P], chọn:
o Bước xích pc = 31,75 mm
o Đường kính chốt do = 9,55 mm
o Chiều dài ống bo = 27,46 mm
o Công suất cho phép [P] = 19,3 kW
• Theo bảng 5.2 trang 196 [2], số vòng quay tới hạn tương ứng bước xích
31,75 mm là nth = 630 vg/ph.
n = nIII = 182 < nth nên thoả
• Vận tốc trung bình v của xích:
nIII . z1 . pc 182.25.31,75
v=
=
= 2,41 (m/s)
60000
60000
6


THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

• Lực vòng có ích:
1000. PIII 1000.7,93
Ft =
=
= 3290,5 (N)
v
2,41
• Tính toán kiểm nghiệm bước xích pc với [po] chọn là 29 MPa theo bảng 5.3
trang 201 [2]

3

pc ≥ 600. √

3 7,93.2,175
PIII . k
= 600. √
= 30,45 (mm)
z1 . nIII . [po ]. K x
25.182.29.1

Do pc = 31,75 mm nên điều kiện trên được thoả
• Chọn khoảng cách trục sơ bộ a = (30 ÷ 50).pc
a = 40. 31,75 = 1270 mm
• Số mắt xích X theo công thức:
L
2a z1 + z2
z2 − z1 2 pc
X=
=
+
+(
) .
pc pc
2
2π
a
=

2.1270

31,75

+

25+75
2

= 132 mắt xích

75−25 2 31,75

+(

2π

) . 1270

• Chiều dài xích L = pc.X = 31,75.132 = 4191 (mm)
• Tính chính xác a:
z1 − z2
z1 + z2 2
z2 − z1 2
√
a = 0,25. pc [X −
+ (X −
) − 8(
) ]
2
2
2π

25 − 75
25 + 75 2
75 − 25 2
= 0,25.31,75 [132 −
+ √(132 −
) − 8(
) ]
2
2
2π
= 1872 mm
Chọn a = 1866 mm (giảm khoảng cách trục một khoảng a(0,002 ÷ 0,004))
• Số lần va đập xích trong 1 giây:
z1 . nIII 25.182
i=
=
= 2,3 < [i] = 16
15X
15.132
7


THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

Với [i] ứng với pc = 31,75 theo bảng 5.6 trang 203 [2]
• Kiểm tra xích theo hệ số an toàn:
Q
S=
F1 + Fv + Fo
Trong đó:

o Tải trọng phá huỷ Q = 88,5 kN = 88500 N (tra bảng 5.1 trang 78 [1])
o Lực trên nhánh căng F1 ≈ Ft = 3432,9 N
o Lực căng do lực ly tâm gây nên:
Fv = qm.v2 = 1,9.2,41 = 4,579 N
o Lực căng ban đầu của xích Fo:
Fo = Kf.a.qm.g = 6.1,866.1,9.9,81 = 209 N
Vậy S =

88500
3432,9+4,579+209

= 24,27 > [s] = 8,5 thoả điều kiện theo hệ số an toàn

(theo bảng 5.10 trang 86 [1])

• Lực tác dụng lên trục:
Fr = k x . Ft = 1,15.3290,5 = 3784 N
Trong đó, kx là hệ số kể đến trọng lượng xích, kx = 1,15 khi bộ truyền nằm
ngang.
• Đường kính đĩa xích:
pc
o d1 =
=
⁄ )
sin(π z1

o d2 =

31,75
sin(π⁄75)

31,75

sin(π⁄25)

= 253 mm

= 758 mm

o da1 = 𝑝𝑐 [0,5 + cot(𝜋⁄𝑧1 )] = 31,75[0,5 + cot(π⁄25)] = 267 mm
o da2 = 31,75[0,5 + cot(π⁄75)] = 773 mm
o r = 0,5025. d𝑙 + 0,05 = 0,5025.19,05 + 0,05 = 9,62 𝑚𝑚
o df1 = d1 − 2𝑟 = 253 − 2.9,62 = 233,76 𝑚𝑚
o df2 = d2 − 2𝑟 = 758 − 2.9,62 = 738,76 𝑚𝑚

8


THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

Bảng kết quả tính toán bộ truyền xích
Thông số

Giá trị
Đĩa xích chủ động

Đĩa xích bị động

Số dãy xích

1

Bước xích

pc = 31,175 mm

Số răng

z1 = 25

z2 = 75

Đường kính vòng chia

d1 = 253 mm

d2 = 758 mm

Đường kính vòng đỉnh

da1 = 267 mm

da2 = 773 mm

Đường kính vòng đáy

df1 = 233,76 mm

df2 = 738,76 mm

Đường kính con lăn

dl = 22,23 mm

9


THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

III. THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG
1. Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng cấp chậm
Các thông số cần để tính toán:
Công suất truyền
PII = 8,34 kW
Số vòng quay

nII = 556 vg/ph

Tỷ số truyền

u2 = 3,06

Moment xoắn

TII = 143250 Nmm

1.1 Chọn vật liệu
• Chọn thép C45, tôi cải thiện.
• Hộp giảm tốc chịu công suất trung bình, nhỏ nên ta chọn vật liệu là thép nhóm I:
o Bánh nhỏ có độ cứng HB3 = 260

o Bánh lớn có độ cứng HB4 = 245
1.2 Xác định ứng suất cho phép
a) Số chu kỳ làm việc cơ sở
o NHO là số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc
o NHE là số chu kì thay đổi ứng suất khi thử về tiếp xúc
o NFO là số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn
o NFE là số chu kì thay đổi ứng suất khi thử về uốn
• NHO1 = 30(HB3)2,4 = 30.2602,4 = 1,88.107 chu kỳ
• NHO2 = 30(HB4)2,4 = 30.2452,4 = 1,63.107 chu kỳ
• 𝑁𝐻𝐸 = 60𝑐 ∑ (

𝑇𝑖

𝑇𝑚𝑎𝑥

= 60.1.

𝑚𝐻⁄
2

)

. 𝑛𝑖 . 𝑡𝑖

556
28
12
. 143250. (13 .
+ 0,93 .
)

3,06
28 + 12
28 + 12

= 14,3. 108 𝑐ℎ𝑢 𝑘ỳ
 Vì NHE >> NHO3 nên KHL3 = 1, NHE >> NHO4 nên KHL4 = 1
• NFO3 = NFO4 = 4.106 chu kỳ (với tất cả các loại thép)
b) Giới hạn mỏi tiếp xúc và uốn:
• σOHlim = 2HB + 70
10


THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

⇒ σOHlim3 = 2HB3 + 70 = 2.260 + 70 = 590 MPa
⇒ σOHlim4 = 2HB4 + 70 = 2.245 + 70 = 560 MPa
• σOFlim = 1,8.HB
⇒ σOFlim3 = 1,8.HB3 = 1,8.260 = 468 MPa
⇒ σOFlim4 = 1,8.HB4 = 1,8.245 = 441 MPa
c) Ứng suất tiếp xúc cho phép:
σOHlim .0,9
[σH ] =
K HL
sH
Khi tôi cải thiện thì sH =1,1 do đó:
o [σH3 ] =
o [σH4 ] =

590.0,9
1,1

560.0,9
1,1

. 1 = 482,73 MPa
. 1 = 458,18 MPa

⇒ [σH ] = [σH4 ] = 458,18 MPa
d) Ứng suất uốn cho phép:
σOFlim
[σF ] =
K FL
sF
Với sF = 1,75, K FL = 1, ta có:
468
[σF3 ] =
. 1 = 267,43 MPa
1,75
441
[σF4 ]=
.1 = 252 MPa
1,75
1.3 Khoảng cách trục
• Do bánh răng nằm không đối xứng, chọn ba = 0,4 theo bảng 6.15 trang 260 [2]
ψ (u +1)
0,4(3,06+1)
• Khi đó: ψbd = ba 2
=
= 0,812
2

2

• Theo bảng 6.4 trang 237 [2], ta chọn : K Hβ = 1,06 và K Fβ = 1,11
3
3
T2 K Hβ
143250.1,06
√
aw = 50(u2 + 1)√
=
50(3,06+1)
ψba [σH ]2 u2
0,4.470,46 2 .3,06

11


THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

= 167,4 (mm)
 Vì là sản xuất đơn chiếc, không cần lấy theo giá trị tiêu chuẩn nên ta chọn
khoảng cách trục aw = 200 mm.
1.4 Các thông số ăn khớp
a) Mô đun răng m
• m = (0,01 ÷ 0,02).aw = (2 ÷ 4) mm
• Theo bảng 6.8 trang 99 [1] ta chọn theo tiêu chuẩn m = 2 mm
b) Số răng
2.a
2.200
• Với z3 + z4 = z3 (1 + 𝑢2 ) = w =

= 200
m
2
z3 + z4
200
⇒ z3 =
=
= 49,26
1 + 𝑢2 1 + 3,06
 Chọn z3 = 50 răng
• z4 = 200 − 50 = 150 răng
c) Tỷ số truyền sau khi chọn số răng
u2 = z4 / z3 = 150 / 50 = 3 (thoả)
1.5 Các thông số khác
• Đường kính vòng chia:
d3 = m. z3 = 2.50 = 100 mm
d4 = m. z4 = 2.150 = 300 mm
• Đường kính vòng đỉnh:
da3 = d3 + 2m = 100 + 2.2 = 104 mm
da4 = d4 + 2m = 300 + 2.2 = 304 mm
• Đường kính vòng đáy:
df3 = d3 − 2,5m = 100 − 2,5.2 = 95 mm
df4 = d4 − 2,5m = 300 − 2,5.2 = 295 mm
• Chiều rộng vành răng:
b4 = aw . ψba = 200.0,4 = 80 mm
b3 = b4 + 5 = 80 + 5 = 85 mm
1.6 Tính kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc
a) Vận tốc vòng bánh răng
π.d .n
π.100.556

v= 3 2=
= 2,91 m/s
60000

60000

12


THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

b) Tính kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc
Theo bảng 6.13 trang 106 [1], chọn cấp chính xác 8 với vgh = 6 m/s
σH =

ZM ZH Zε 2T2 K H (u2 + 1)
√
d3
b3 . u 2

Trong đó:
• ZM = 274 MPa do hai bánh răng đều làm từ thép (tra bảng 6.5 trang
96 [1])
• ZH = 1,76 khi không dịch chỉnh (tra bảng 6.12 trang 106 [1])
• Zε = √

4−εα
3

(khi εβ = 0)

1

1

3

4

Với εα = [1,88 − 3,2 ( + )] = 1,79
𝑧
𝑧
 Zε = √

4−1,79
3

= 0,86

• Ta có:
o KHβ tra bảng 6.7 trang 98 [1]
o KHα = 1 với bánh răng trụ răng thẳng
o KHV tra theo bảng P2.3 trang 250 [1]
 KHβ.KHα.KHV = 1,02.1.1,08 = 1,1
 Ta tính được σH =

274.1,76.0,86
100

√

2.143250.1,1.(3+1)
85.3

= 291,6 MPa

σH < [σH ] = 516,49 MPa nên thoả điều kiện tiếp xúc
1.7 Giá trị các lực tác dụng lên bộ truyền
2.T
2.143250
• Lực vòng: Ft3 = Ft4 = 2 =
= 2865 N
d3

• Lực hướng tâm: Fr3 = Fr4 =

100
tan20o
Ft3
cosβ

= 2865.

• Lực dọc trục: Fa3 = Fa4 = Ft3 . tanβ = 0 N

tan20o
cos0𝑜

= 1042,8 N

1.8 Tính kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

a) Hệ số dạng răng YF
13,2
13,2
• YF3 = 3,47 +
= 3,47 +
= 3,73
• YF4 = 3,47 +
• Bánh dẫn:

z3
13,2

[σF3 ]
YF3

z4

=

= 3,47 +
267,43
3,73

50
13,2
150

= 3,56

= 71,7

13


THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

• Bánh bị dẫn:

[σF4 ]
YF4

=

252
3,56

= 70,8

b) Tính kiểm nghiệm ứng suất uốn
Kiểm tra độ bền uốn theo bánh răng có độ bền thấp hơn (z4)
• Ta có
o KFβ tra bảng 6.7 trang 98 [1]
o KFV tra bảng P2.3 trang 250 [1]
o Kα = 1 với bánh răng trụ răng thẳng
 KF = KFβ.KFV.Kα = 1,06.1,2.1 = 1,272
F Y K
2865.3,56.1,272
• σF4 = t4 F4 F =
= 81,1 MPa
b4 .m

80.2

• σF4 < [σFmin ] = [σF4 ] = 252 MPa do đó độ bền uốn thoả
1.9 Tính kiểm nghiệm răng về quá tải
𝑇
• 𝐾𝑞𝑡 = 𝑚𝑎𝑥 = 1
•
•

•

𝑇

𝜎𝐻𝑚𝑎𝑥 = 𝜎𝐻 . √𝐾𝑞𝑡 = 373,8√1 = 373,8 MPa
[𝜎𝐻 ]𝑚𝑎𝑥 = 2,8. 𝜎𝑐ℎ4 = 2,8.580 = 1624 MPa
𝜎𝐻𝑚𝑎𝑥 < [𝜎𝐻 ]𝑚𝑎𝑥 (thoả)
2.𝑇2 .𝐾𝐹 .𝑌𝜀 .𝑌𝛽 .𝑌𝐹3
σF3 =
𝑏3 .𝑑3 .𝑚

Trong đó:
o 𝐾𝐹 = 1,272 (đã tính)
1
1
o 𝑌𝜀 = =
= 0,56
𝜀𝛼

1,78
𝛽𝑜

o 𝑌𝛽 = 1 −
=1
140
o 𝑌𝐹3 = 3,73 (đã tính)
2.143250.1,272.0,56.1.3,73
 σF3 =
= 44,78
85.100.2

• 𝜎𝐹3𝑚𝑎𝑥 = σF3 . 𝐾𝑞𝑡 = 44,78.1 = 44,78
• σF4max =

σF3 .𝑌𝐹4
𝑌𝐹3

=

44,78.3,56
3,73

= 42,74

• [𝜎𝐹3 ]𝑚𝑎𝑥 = [𝜎𝐹4 ]𝑚𝑎𝑥 = 0,8. σch3 = 0,8.580 = 464 𝑀𝑃𝑎
 𝜎𝐹3𝑚𝑎𝑥 < [𝜎𝐹3 ]𝑚𝑎𝑥 (thoả)
 𝜎𝐹4𝑚𝑎𝑥 < [𝜎𝐹4 ]𝑚𝑎𝑥 (thoả)
Vậy kiểm nghiệm răng về quá tải đạt yêu cầu.

14

THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

Bảng thông số hình học bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng cấp chậm
Thông số

Kích thước

Khoảng cách trục

aw = 200 mm

Modun

m = 2 mm

Tỉ số truyền

u2 = 3

Số răng bánh răng

z3 = 50

z4 = 150

Bề rộng bánh răng

b3 = 85 mm

b4 = 80 mm

Đường kính vòng đáy

df3 = 95 mm

df4 = 295 mm

Đường kính vòng chia

d3 = 100 mm

d4 = 300 mm

Đường kính vòng đỉnh

da3 = 104 mm

da4 = 304 mm

15


THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

2. Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng cấp nhanh
Các thông số cần để tính toán:
Công suất truyền
PI = 8,77 kW
Số vòng quay

nI = 2907 vg/ph

Tỷ số truyền

u1 = 5,23

Moment xoắn

TI = 28811 Nmm

2.1 Chọn vật liệu
• Chọn thép C45, tôi cải thiện.
• Hộp giảm tốc chịu công suất trung bình, nhỏ nên ta chọn vật liệu là thép nhóm I:
o Bánh nhỏ có độ cứng HB1 = 225
o Bánh lớn có độ cứng HB2 = 210
2.2 Xác định ứng suất cho phép
a) Số chu kỳ làm việc cơ sở
o NHO là số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc
o NHE là số chu kì thay đổi ứng suất khi thử về tiếp xúc
o NFO là số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn
o NFE là số chu kì thay đổi ứng suất khi thử về uốn
• NHO1 = 30(HB1)2,4 = 30.2252,4 = 1,33.107 chu kỳ
• NHO2 = 30(HB2)2,4 = 30.2102,4 = 1,12.107 chu kỳ
• 𝑁𝐻𝐸 = 60𝑐 ∑ (
= 60.1.

𝑇𝑖
𝑇𝑚𝑎𝑥

𝑚𝐻⁄
2

)

. 𝑛𝑖 . 𝑡𝑖

2907
28
12
. 26880. (13 .
+ 0,93 .
)
5,23
28 + 12
28 + 12

= 8,24. 108 𝑐ℎ𝑢 𝑘ỳ
 Vì NHE >> NHO1 nên KHL1 = 1, NHE >> NHO2 nên KHL2 = 1
• NFO1 = NFO2 = 4.106 chu kỳ (với tất cả các loại thép)

16


THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

b) Giới hạn mỏi tiếp xúc và uốn:
• σOHlim = 2HB + 70
⇒ σOHlim1 = 2HB1 + 70 = 2.225 + 70 = 520 (MPa)
⇒ σOHlim2 = 2HB2 + 70 = 2.210 + 70 = 490 (MPa)

• σOFlim = 1,8.HB
⇒ σOFlim1 = 1,8.HB1 = 1,8.225 = 405 (MPa)
⇒ σOFlim2 = 1,8.HB2 = 1,8.210 = 378 (MPa)
c) Ứng suất tiếp xúc cho phép:
σHlim .0,9
[σH ] =
K HL
sH
Khi tôi cải thiện thì sH =1,1 do đó:
o [σH1 ] =
o [σH2 ] =
⇒ [σH ] =

520.0,9
1,1
490.0,9
1,1

. 1 = 425,45 (MPa)
. 1 = 401 (MPa)

[σH1 ] +[σH2 ]
2

= 413,23 MPa

Xét điều kiện [σHmin ] ≤ [σH ] ≤ 1,25. [σHmin ], với [σHmin ] = 401 MPa
[σH ] = 413,23 MPa thoả điều kiện.
d) Ứng suất uốn cho phép:
σOFlim

[σF ] =
K FL
sF
Với sF = 1,75, K FL = 1, ta có:
405
[σF1 ] =
. 1 = 231,43 (MPa);
1,75
378
[σF2 ]=
.1 = 216 (MPa)
1,75

17


THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

2.3 Khoảng cách trục
• Do bánh răng nằm không đối xứng, chọn ba = 0,3 theo bảng 6.15 trang 260
[2]
ψ (u+1)
0,3(5,23+1)
• Khi đó: ψbd = ba
=
= 0,93
2

2

• Theo bảng 6.4 trang 237 [2], ta chọn : K Hβ = 1,08 và K Fβ = 1,15
3
3
T1 K Hβ
28,811.1,08
√
aw = 430(u + 1)√
=
430.(5,23+1)
ψba [σH ]2 u
0,3.413,232 .5,23

= 130,7 (mm)
• Theo tiêu chuẩn ta chọn aw = 200 mm
2.4 Các thông số ăn khớp
a) Mô đun răng m
• m = (0,01 ÷ 0,02).aw = (2 ÷ 4) mm
• Theo bảng 6.8 trang 99 [1] ta chọn theo tiêu chuẩn m = 2 mm
b) Số răng
2a cos 20
• Từ điều kiện 8o ≤ β ≤ 20o, ta có w
≤ z1 ≤
m(u±1)

với z1 =

2aw cos 8
m(u±1)

2aw cos β

m(u±1)

 30,17 ≤ z1 ≤ 31,79
 Chọn z1 = 31 răng
• z2 = z1.u1 = 31.5,23 = 162,13 răng. Chọn z2 = 163 răng
c) Tỷ số truyền sau khi chọn số răng
u1 = z2 / z1 = 163 / 31 = 5,25
d) Góc nghiêng răng β
m(z1 + z2 )
2(31 + 163)
β = arccos (
) = arccos (
) = 14𝑜
2. aw
2.200
e) Hệ số dịch chỉnh
Với bánh răng trụ răng nghiêng, nhờ có góc nghiêng β của răng nên
không cần dịch chỉnh để đảm bảo khoảng cách trục cho trước.

18


THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

2.5 Các thông số khác
• Đường kính vòng lăn:
2.a
2.200
d1 = dw1 = w =
= 64 mm

u1 +1

5,25+1

d2 = dw2 = d1 . u1 = 64.5,25 = 336 mm
• Đường kính vòng đỉnh:
da1 = dw1 + 2m = 64 + 2.2 = 68 mm
da2 = dw2 + 2m = 336 + 2.2 = 340 mm
• Đường kính vòng đáy:
df1 = d1 − 2,5. m = 64 − 2,5.2 = 59 mm
df2 = d2 − 2,5. m = 336 − 2,5.2 = 331 mm
• Chiều rộng vành răng:
b2 = aw . ψba = 200.0,3 = 60 mm
b1 = b2 + 5 = 60 + 5 = 65 mm
2.6 Giá trị các lực tác dụng lên bộ truyền
• Lực vòng: Ft1 = Ft2 =

2.T1
dw1

=

• Lực hướng tâm: Fr1 = Fr2 =

2.28811

= 900,34 N

64
tan20o

Ft1
cosβ

= 900,34.

tan20o
cos14 𝑜
𝑜

= 337,73 N

• Lực dọc trục: Fa1 = Fa2 = Ft1 . tanβ = 900,34. tan14 = 224,48 N
2.7 Kiểm tra điều kiện bôi trơi ngâm dầu:

1

1

Điều kiện: (𝑅 − 𝑟) ≤ 𝐻 ≤ 𝑅 ⇔ (da2 − da4 ) ≤ 𝐻 ≤ . da2
3
3
⇒ 36 ≤ 𝐻 ≤ 113,3 (với cao độ gốc là đường đi qua đáy bánh
răng 2)
19


THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

Bảng thông số hình học bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng cấp nhanh
Thông số

Kích thước

Khoảng cách trục

aw = 200 mm

Góc nghiêng

β = 14o

Modun

m = 2 mm

Số răng

z1 = 31

z2 = 163

Bề rộng bánh răng

b1 = 65 mm

b2 = 60 mm

Đường kính vòng đáy

df1 = 59 mm

df2 = 331 mm

Đường kính vòng chia

d1 = 64 mm

d2 = 336 mm

Đường kính vòng đỉnh

da1 = 68 mm

da2 = 340 mm

20


THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

IV. THIẾT KẾ TRỤC – CHỌN THEN
1. Sơ đồ đặt lực chung

21


THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

2. Chọn vật liệu và xác định đường kính sơ bộ
Chọn vật liệu thép 45 có 𝜎𝑏 = 600 𝑀𝑃𝑎

2.1 Trục I
[𝜏] = 20 ÷ 25 𝑀𝑃𝑎 với trục đầu vào và đầu ra
 Chọn sơ bộ ứng suất xoắn cho phép [𝜏] = 20 𝑀𝑃𝑎
3

𝑑1 ≥ √

3 16.28811
16𝑇𝐼
=√
= 19,4 (mm)
𝜋. [𝜏]
20𝜋

𝑑1 = (0,8 ÷ 1,2)𝑑đ𝑐 = (0,8 ÷ 1,2). 38 = 30,4 ÷ 45,6 𝑚𝑚
Chọn sơ bộ đoạn đường kính nhỏ nhất của trục I d1 = 35 mm
Theo bảng 10.2 trang 189 [1], với d1 = 35 mm ta được b01 = 21 mm

2.2 Trục II
[𝜏] = 10 ÷ 15 𝑀𝑃𝑎 với trục trung gian
 Chọn sơ bộ ứng suất xoắn cho phép [𝜏] = 15 𝑀𝑃𝑎
3

𝑑2 ≥ √

16𝑇𝐼𝐼 3 16.143250
=√
= 36,5 (mm)
𝜋. [𝜏]
15𝜋

Chọn sơ bộ d2 = 40 mm
Theo bảng 10.2 trang 189 [1], với d2 = 40 mm ta được b02 = 23 mm

2.3 Trục III
[𝜏] = 20 ÷ 25 𝑀𝑃𝑎 với trục đầu vào và đầu ra
 Chọn sơ bộ ứng suất xoắn cho phép [𝜏] = 25 𝑀𝑃𝑎
3

𝑑3 ≥ √

16𝑇𝐼𝐼𝐼 3 16.416107
=√
= 43,9 (mm)
𝜋. [𝜏]
25𝜋

Chọn sơ bộ d3 = 45 mm
Theo bảng 10.2 trang 189 [1], với d3 = 45 mm ta được b03 = 25 mm

22


THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

3. Tính toán chiều dài các trục và khoảng cách giữa các điểm đặt lực
3.1 Trị số khoảng cách
Theo bảng 10.3 trang 189 [1], ta chọn:
o k1 = 8 mm
o k2 = 10 mm

o k3 = 15 mm
o hn = 20 mm
3.2 Qui ước các kí hiệu
o k: số thứ tự của trục trong hộp giảm tốc
o i: số thứ tự của tiết diện trục trên đó lắp các chi tiết có tham gia truyền
tải trọng
o i = 0 và 1: các tiết diện trục lắp ổ
o i = 2 tới s: s là số chi tiết quay
o lk1: khoảng cách trục giữa các gối đỡ 0 và 1 trên trục thứ k
o lki: khoảng cách từ gối đỡ 0 đến tiết diện thứ i trên trục thứ k
o lmki: chiều dài mayo của chi tiết quay thứ i (lắp trên tiết diện i) trên trục
o lcki: khoảng công-xôn trên trục thứ k, tính từ chi tiết thứ i ở ngoài hộp
giảm tốc đến gối đỡ.
o bki: chiều rộng vành bánh răng thứ i trên trục k.

23


THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

3.3 Trục II
o Chiều dài mayơ bánh răng trụ răng thẳng nhỏ
𝑙𝑚22 = (1,2 ÷ 1,5)𝑑3 = (1,2 ÷ 1,5). 60 = 72 ÷ 90 𝑚𝑚
Chọn 𝑙𝑚22 = 85 𝑚𝑚
o Chiều dài mayơ bánh răng trụ răng nghiêng lớn:
𝑙𝑚23 = (1,2 ÷ 1,5)𝑑2 = (1,2 ÷ 1,5). 50 = 60 ÷ 75 𝑚𝑚
Chọn 𝑙𝑚23 = 75 𝑚𝑚
o 𝑙22 = 0,5(𝑙𝑚22 + 𝑏02 ) + 𝑘1 + 𝑘2 = 0,5(85 + 23) + 8 + 10 = 72 𝑚𝑚
o 𝑙23 = 𝑙22 + 0,5(𝑙𝑚22 + 𝑙𝑚23 ) + 𝑘1 = 72 + 0,5(85 + 75) + 8 = 160 𝑚𝑚
o 𝑙21 = 𝑙𝑚22 + 𝑙𝑚23 + 3𝑘1 + 2𝑘2 + 𝑏02 = 85 + 75 + 3.8 + 2.10 + 23

= 227 𝑚𝑚
3.4 Trục III
o Chọn sơ bộ chiều dài mayơ bánh răng trụ răng thẳng lớn:
𝑙𝑚32 = (1,2 ÷ 1,5)𝑑3 = (1,2 ÷ 1,5). 60 = 72 ÷ 90 𝑚𝑚
Chọn 𝑙𝑚32 = 90 𝑚𝑚
o Chiều dài mayơ bánh xích:
𝑙𝑚𝑥 = (1,2 ÷ 1,5)𝑑3 = 54 ÷ 67,5 𝑚𝑚. Chọn 𝑙𝑚𝑥 = 65 𝑚𝑚
𝑙𝑥 = 0,5(𝑙𝑚𝑥 + 𝑏03 ) + 𝑘3 + ℎ𝑛 = 0,5(65 + 25) + 15 + 20 = 80 𝑚𝑚
𝑙31 = 𝑙21 = 227 𝑚𝑚
3.5 Trục I
o Chiều dài mayơ bánh răng trụ răng nghiêng nhỏ:
𝑙𝑚12 = 𝑏1 = 65 𝑚𝑚
o Chiều dài mayơ khớp nối (nối trục vòng đàn hồi):
𝑙𝑚𝑘𝑛 = (1,4 ÷ 2,5)𝑑1 = (1,4 ÷ 2,5). 35 = 49 ÷ 87,5 𝑚𝑚
Chọn 𝑙𝑚𝑘𝑛 = 50 𝑚𝑚
o 𝑙11 = 𝑙21 = 227 𝑚𝑚
o 𝑙12 = 𝑙23 = 160 𝑚𝑚
o 𝑙𝑛 = 0,5(𝑙𝑚𝑘𝑛 + 𝑏01 ) + 𝑘3 + ℎ𝑛 = 0,5(50 + 21) + 15 + 20 = 70,5 𝑚𝑚
4. Phân tích lực tác dụng lên trục từ các chi tiết quay của hệ thống truyền động
4.1 Cặp bánh răng cấp nhanh:
o Lực vòng: Ft1 = Ft2 = 900,34 N (đã tính)
o Lực hướng tâm: Fr1 = Fr2 = 337,73 N (đã tính)
o Lực dọc trục: Fa1 = Fa2 = 224,48 N (đã tính)

24


THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

4.2 Cặp bánh răng cấp chậm:

o Lực vòng: Ft3 = Ft4 = 2865 N (đã tính)
o Lực hướng tâm: Fr3 = Fr4 = 1042,8 N (đã tính)
4.3 Lực do bộ truyền ngoài:
4.3.1 Lực nối trục
𝐹𝑘𝑛 = 0,2. F𝑡
2𝑇
2.29107
𝐹𝑡 = đ𝑐 =
= 582,14 (Với D0 tra theo phụ lục 11.6b trang 529 [3])
𝐷0

100

 𝐹𝑘𝑛 = 0,2.582,14 = 116,428 𝑁
4.3.2 Lực bộ truyền xích
𝐹𝑥 = 3784 (đã tính)

25