đồ án cơ sở thiết kế máy1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC
BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG

Ngành:

CƠ ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Chuyên ngành: CƠ ĐIỆN TỬ

Giảng viên hướng dẫn

: NGUYỄN TẤN THÍCH

Sinh viên thực hiện

:

MSSV:

Lớp:

TP. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2019

1


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ĐỒ ÁN

Giảng viên hướng dẫn :..................................................................................
Họ và tên sinh viên

:..................................................................................

Lớp

:..................................................................................

MSSV

:..................................................................................

Nội dung đánh giá

:..................................................................................

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

TP Hồ Chí Minh, ngày 8 tháng 6 năm 2019
Giảng viên hướng dẫn
(ký tên và ghi rõ họ tên)

2


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN CHẤM ĐỒ ÁN
Giáo viên hướng dẫn :..................................................................................
Họ và tên sinh viên

:..................................................................................

Lớp

:..................................................................................

MSSV

:..................................................................................

Nội dung nhận xét

:..................................................................................

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

......................................................................................................................
Điểm đánh giá : ......................Xếp loại : ....................................................

TP Hồ Chí Minh, ngày 8 tháng 6 năm 2019
Giảng viên phản biện
(ký tên và ghi rõ họ tên)

3


LỜI CẢM ƠN
e&f
Hiện nay khoa học kỹ thuật phát triển rất nhanh, mang lại những lợi ích cho con
người về tất cả những lĩnh vực tinh thần và vật chất. Để nâng cao đời sống nhân dân,
để hòa nhập vào sự phát triển chung của các nước trong khu vực cũng như trên thế
giới. Đảng và nhà nước ta đã đề ra những mục tiêu trong những năm tới là công
nghiệp hóa hiện đại hóa.
Hưởng ứng mục tiêu trên, em đã cố gắng vận dụng những kiến thức lý thuyết
vào thiết kế các hệ thống truyền động là những yêu cầu rất cần thiết đối với sinh viên,
kỹ sư cơ điện điện tử.
Qua đồ án này, em đã tổng hợp được nhiều kiến thức chuyên môn. Giúp em
hiểu rõ hơn những công việc của kỹ sư tương lai. Song với những hiểu biết còn hạn
chế cùng với kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên đồ án của em không tránh khỏi
những thiếu sót. Em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo trong khoa để đồ
án của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Tấn Thích và các thầy cô khoa cơ –
điện điện tử đã giúp em hoàn thành đồ án này.
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên

4

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT…………………………………………………i
DANH MỤC CÁC BẢNG…………………………………………………………ii
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH……………………iii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BRN

Bánh răng nghiêng

HTBT

Hệ thống bôi trơn

HTBR

Hệ thống bánh răng

SV

Sinh viên

BR

Bánh răng

ƯS

Ứng suất

CSTKM

Cơ sở thiết kế máy

5


DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH

6


CHƯƠNG 1. CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN
1.1. Chọn động cơ
Ta chọn động cơ điện không đồng bộ ba pha vì những ưu điểm sau :
-

Dễ sử dụng , rẻ dễ tìm, phù hợp với lưới điện sản xuất
Để đạt hiệu quả kinh tế cao ta cần chọn động cơ có kích thước và công suất phù
hợp
1.2. Công suất cần thiết của động cơ
1.2.1. Xác định công suất cần thiết :
Pct =

[ CT 2.8 ]

[ Tài liệu 1, trang 19 ]
Trong đó:
công suất cần thiết trên trục động cơ, kW
hiệu suất truyền động của toàn hệ thống
Vì đây là hệ thống đẫn động băng tải thuộc trường hợp tải trọng không thay đổi nên :
[ CT 2.10 ]
[ Tài liệu 1, trang 20 ]
Với

công suất tính toán , kW
công suất làm việc trên trục công tác , kW

Mà

[ CT 2.11 ]
[ Tài liệu 1, trang 20 ]

Trong đó : lực kéo của băng tải ,
vận tốc của băng tải ,
Suy ra :
• Hiệu suất dẫn động :

Tra theo [ bảng 2.3, trang 19 ,tài liệu 1 ] ta chọn được hiệu suất của các bộ truyền sau:

7


•

•
•
•

Hộp giảm tốc bánh răng trụ răng nghiêng 1 cấp : ( che kín )
Bộ truyền xích: = 0,92 ( để hở )
Một cặp ổ lăn: = 0,99 ( che kín )
Khớp nối : = 1

Suy ra hiệu suất truyền động :
Suy ra công suất cần thiết động cơ điện :
Pct = =
1.2.2. Xác định sơ bộ số vòng quay đồng bộ của động cơ:
Gọi số vòng sơ bộ của động cơ là và là tỷ số truyền của toàn hệ thống
[ CT 2.18 ]
[ Tài liệu 1, trang 21 ]
Mà
[ CT 2.16 ]
[ Tài liệu 1, trang 21 ]
Trong đó : đường kính tang ,
vận tốc băng tải ,
số vòng quay trên trục công tác ( v / p )
Số vòng quay của trục công tác :
( vòng / phút )
Tỷ số truyền sơ bộ của hệ thống :

Dựa vào [ bảng 2.4 trang 21, tài liệu 1 ]ta chọn được tỷ số truyền của các bộ truyền như
sau:
Hộp giảm tốc bánh răng trụ răng nghiêng 1 cấp :
Bộ truyền động xích:

Suy ra tỷ số truyền của hệ dẫn động :

Từ đó có được số vòng quay sơ bộ của động cơ:

8


( vòng / phút )
Chọn số vòng quay sơ bộ là ( vòng / phút)
Dựa vào [ bảng phụ lục P 1.2 trang 235, tài liệu 1 ] ta chọn được động cơ có thông số
4A160M8Y3
Bảng 1. 1Chọn động cơ
Động cơ

Công suất(kw)

n (v/p)

cosφ

η%

Tmax/Tdn

TK/Tdn

4A160Y8Y3

11

730

0,75

87

2,2

1,4

• Chọn động cơ 4A do chế tạo được trong nước, dễ kiếm, giá thành rẽ.
1.2.3. Phân phối tỷ số truyền của hệ thống dẫn động :
Tỷ số truyền của hệ thống:
[ CT 3.23 ]
[ Tài liệu 1, trang 48 ]
Trong đó : số vòng quay của động cơ , ( vòng / phút )
số vòng quay của máy công tác , ( vòng/ phút )

Dựa vào [ bảng 2.4 ,trang 21 , tài liệu 1 ] ta chọn được :
•

Tỷ số truyền của hộp giảm tốc :
[ CT 3.24 ]
[ Tài liệu 1, trang 48 ]

Với tỷ số truyền của bộ truyền ngoài , tỷ số truyền của hệ thống ,
 = = 3,14 , chọn

1.3. Xác định công suất , số vòng quay, moment xoắn trên từng trục :
Xác định công suất :

Công suất trên trục động cơ :
• Công suất trên các trục :
 Truc 1:

9


 Trục 2:

 Trục 3 :

Số vòng quay trên từng trục :
 Trục động cơ :
( vòng / phút )
 Trục 1 :

( vòng / phút )
 Trục 2 :

( vòng / phút )
 Trục 3 :

( vòng / phút )
• Moment xoắn trên từng trục :
 Trục động cơ :

 Trục 1 :

 Trục 2 :

 Trục 3 :

Bảng thống kê số liệu :

10


Trục
Động cơ

Trục I

Trục II

Trục III

11

10,89

10,34

10,23

Thông số
Công suất P(kW)

Tỷ số truyền u

1

3,15

4

Số vòng quay n (v/p)
730

730

Moment xoắn T(Nmm)

11

231,74

57,94


CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN
2.1. BỘ TRUYỀN XÍCH
2.1.1. Thiết kế bộ truyền xích:
Thông số cần thiết : P = P2 = 10,34 ( kw ) ; n1 = 231,74 ( vòng/phút ) và có tỷ số truyền
của bộ truyền là : u = ux = 4.
2.1.2. Chọn loại xích:
Do điều kiện làm việc chịu va đập nhẹ, vận tốc truyền thấp và hiệu suất của bộ truyền
xích yêu cầu cao nên chọn loại xích ống con lăn.
• Chọn số răng đĩa xích:
răng
Tra theo [ bảng 5.4, trang 80,tài liệu 1 ], ta chọn theo số lẻ : răng

[ CT 5.1 ]
[ Tài liệu 1, trang 80 ]
Ta suy ra : răng
Với đối với xích con lăn.
 Ta chọn xích con lăn cho bộ truyền xích
• Xác định bước xích:
Ta có:
= P.k.kz.kn

[ CT 5.3 ]

[ Tài liệu 1, trang 81 ]
Trong đó : kz hệ số răng
hệ số vòng quay
công suất tính toán ( kw )
P công suất truyền , 10,34 ( kw )

12


[P]công suất cho phép ( kw )
Chọn bộ truyền xích của băng tải là bộ truyền xích tiêu chuẩn, có số răng và số vòng
quay đĩa xích nhỏ nhất là:
và ( vòng/phút )

Do vậy ta tính được:

Tính hệ số k :
[ CT 5.4 ]

[ Tài liệu 1, trang 81 ]
Tra theo[ bảng 5.6 trang 82, tài liệu 1] ta tìm được các hệ số thành phần sau :
Hệ số ảnh hưởng của vị trí bộ truyền : ( đường tâm các đĩa xích làm với phương nằm
ngang một góc < 400 ).
ka – Hệ số ảnh hưởng của khoảng cách trục và chiều dài xích :
kđc – Hệ số ảnh hưởng của việc điều chỉnh lực căng xích : ( điều chỉnh bằng một trong
các đĩa xích ).
kbt – Hệ số ảnh hưởng của bôi trơn : ( bộ truyền ngoài làm việc trong môi trường không
bụi )
kđ – Hệ số tải trọng động : ( tải trọng va đập ).
kc – Hệ số kể đến chế độ làm việc của bộ truyền: ( số ca làm việc là 2 ca )
Suy ra :

Do vậy ta có:

13


Tra theo [ bảng 5.5 trang 81, tài liệu 1] với ( kW ) và ( vòng/phút ), ta được các thông
số sau:
•
•
•
•

Bước xích:
Đường kính chốt:
Chiều dài ống:
Công suất cho phép:
2.1.3. Xác định khoảng cách trục và số mắt xích:

• Chọn khoảng cách trục :

• Số mắt xích:
[ CT 5.12 ]
[ Tài liệu 1, trang 85 ]
Suy ra :
Chọn số mắt xích là chẵn:
Chiều dài xích:

[ CT 5.13 ,tài liệu 1, trang 85 ]
 ]
Ta được :
 Để xích không quá căng cần giảm a một lượng:

Do đó:

14


Số lần va đập của xích i:
[ CT 5.14 ]
[ Tài liệu 1, trang 85 ]
Trong đó : ố lần va đập
số lần va đập cho phép, 1/s.
Ta có được lần
Tra theo [ bảng 5.9 trang 85, tài liệu 1] với loại xích ống con lăn, bước xích (mm ) =>
Số lần va đập cho phép của xích: lần
 Xích thỏa điều kiện va đập:
lần lần

2.1.4. Kiểm nghiệm xích về độ bền:
[ CT 5.15 ]
[ Tài liệu 1,trang 85 ]
Tra theo [ bảng 5.2 trang 78, tài liệu 1] với ( mm ) ta được:



khối lượng 1m xích: ( kg ).
tải trọng phá hỏng ( kN ), ( kW )

Trong đó: hệ số an toàn tính toán
hệ số an toàn cho phép
hệ số tải trọng động :
Tính lực vòng : Ft

Trong đó : lực vòng ( N )
công suất truyền ( kW ),
vận tốc xích ( m/s ), ( m/s )
Suy ra :

15


•

Tính lực căng do ly tâm sinh ra : Fv
2

Với khối lượng 1m xích ,
vận tốc xích, ( m / s )

Suy ra :
Fv = 2,6.3,222 = 26,95 ( N )
•

Tính lực căng do trọng lượng nhánh xích bị động sinh ra : F0
[ CT 5.16 ]
[ Tài liệu 1,trang 85 ]

Trong đó : hệ số phụ thuộc độ võng của xích ,
khoảng cách trục ,
khối lượng 1m xích,
Suy ra :

Do đó :

Tra theo [ bảng 5.10 trang 86 ,tài liệu 1 ] với ( vòng/phút ) và có bước xích ( mm ) ,ta
được Hệ số an toàn cho phép.
 Bộ truyền xích đảm bảo đủ bền :

2.1.5. Xác định thông số của đĩa xích:
•

Đường kính đĩa xích :

Ta sử dụng [ CT 5.17, trang 86,tài liệu 1 ]:
d1 =

16

d2 =
Trong đó : d2 đường kính vòng chia đĩa xích lớn ( mm )
d1 đường kính vòng chia đĩa xích nhỏ ( mm )
Vậy ta được : d1 =

•

Đường kính vòng đỉnh răng:

Trong đó :

đường kính vòng đỉnh răng đĩa xích nhỏ ( mm )
kính vòng đỉnh răng đĩa xích lớn ( mm )

Ta suy ra được :

•

Bán kính đáy:
với

Theo [ bảng 5.2 trang 78, tài liệu 1] ta được:
Suy ra :

•

Đường kính chân răng:

Trong đó : đĩa xích nhỏ ( mm )
đường kính chân răng đĩa xích lớn ( mm )

Suy ra :

17


2.1.6. Kiểm nghiệm răng đĩa xích về độ bền tiếp xúc:
] [ CT 5.18 ]
[ Tài liệu 1,trang 87 ]
Trong đó : hệ số tải trọng động:
hệ số phân bố không đều tải trọng cho các dãy ,
( xích 1 dãy )
hệ số ảnh hưởng của số răng đĩa xích,
Tra bảng ở [ trang 87, tài liệu 1] theo số răng răng ta được
diện tích chiếu của bản lề ( mm 2 ); tra bảng [5.12 trang 87, tài liệu 1 ] với và
xích là một dãy ta được : ( mm2 )
lực vòng ( N ),
lực va đập trên m dãy xích: ( xích một dãy )
Ta có :
[ CT 5.19 ]
[ Tài liệu 1,trang 87 ]

Vậy :

môđun đàn hồi :
: Cả hai đĩa xích cùng làm bằng thép.
[ suất tiếp xúc cho phép ( MPa )
Do vậy:

18

Tra theo [ bảng 5.11 trang 86, tài liệu 1 ],ta chọn vật liệu làm đĩa xích là thép 45 tôi , ram
đạt độ rắn HRC 50 sẽ đạt được ứng suất tiếp cho phép [
2.1.7. Xác định lực tác dụng lên trục:
[ CT 5.20 ]
[ Tài liệu 1,trang 88 ]
Trong đó : lực vòng ( N ),
lực tác dụng lên trục ,
Hệ số kể đến trọng lượng của xích:
Ta chọn vì bộ truyền nằm nghiêng một góc nhỏ hơn 400
Suy ra :

Bảng 1.1 Thông số bộ truyền xích
Thông số

Ký hiệu

Giá trị

Loại xích

----

Xích ống con lăn

Bước xích

p

19,05 ( mm )

Số mắt xích

x

146

Chiều dài ống

B

( mm )

Đường kính chốt

dc

( mm )

Chiều dài xích

L

2781,3 ( mm )

[ P]

13,5 ( kw )

a

1012,082 ( mm )

Công suất cho phép
Khoảng cách trục

19


Số răng đĩa xích nhỏ

Z1

25 răng

Số răng đĩa xích lớn

Z2

100 răng

Vật liệu đĩa xích

Thép 45

Đường kính vòng chia đĩa xích nhỏ

d1

202,66 ( mm )

Đường kính vòng chia đĩa xích lớn

d2

808,64 ( mm )

Đường kính vòng đỉnh đĩa xích nhỏ

da1

213,76 ( mm )

Đường kính vòng đỉnh đĩa xích lớn

da2

820,94 ( mm )

r

8,03 ( mm )

Đường kính chân răng đĩa xích nhỏ

df1

186,6 ( mm )

Đường kính chân răng đĩa xích lớn

df2

792,58 (mm)

Lực từ xích tác dụng lên trục

Fr

3357,1375 (N)

Bán kính đáy

CHƯƠNG 3. BỘ TRUYỀN BÁNH TRỤ RĂNG NGHIÊNG TRONG HỘP
GIẢM TỐC 1 CẤP
3.1. Thiết kế bộ truyền bánh răng nghiêng trong hộp giảm tốc 1 cấp :
Thông số cần thiết : vòng/phút ) ; (vòng/phút ) ; tỷ số truyền ( vòng/phút )
3.1.1. Ưu điểm và nhược điểm của bộ truyền:
• Ưu điểm:
 Kích thước nhỏ, khả năng tải lớn.
 Tỷ số truyền không thay đổi do không có hiện tượng trượt trơn.

20


 Hiệu suất cao, có thể đạt từ .
 Làm việc với vận tốc lớn ( đến ), công suất đến chục ngàn kw.


Tuổi thọ cao, làm việc với độ tin cậy cao ( giờ )

•

Nhược điểm:

 Chế tạo tương đối phức tạp.
 Đòi hỏi độ chính xác cao.
 Có nhiều tiếng ồn khi vận tốc lớn

 So với bánh răng trụ răng thẳng thì bánh răng nghiêng có vài ưu điểm:

Làm việc êm và không ồn
Cường độ tải trọng trên bánh răng nghiêng nhỏ hơn bánh răng thẳng.
3.2. Chọn vật liệu:
Bánh nhỏ: Thép 45 tôi cải thiện:
Bánh lớn: Thép 45 thường hóa:
3.3. Tính ứng suất tiếp xúc cho thép:
Dựa vào [ bảng 6.2, trang 94, tài liệu1], ta tính được ứng suất tiếp xúc cho phép với số
chu kỳ cơ sở:
•
•

Bánh răng nhỏ:
Bánh răng lớn:

-

Tính ứng suất cho phép:
[

[ CT 6.1a, trang 93 ]

Trong đó:
hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc.[ bảng 6.2, tài liệu 1], ta chọn được
KHL hệ số tuổi thọ xét đến ảnh hưởng của thời gian phục vụ.
KHL=

[ CT 6.3,trang 93 ]

Với mH bậc của đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc, độ rắn mặt răng.
Ta có

21


NHO số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc
NHO =
-

[ CT 6.5, trang 93 ]

Đối với bánh răng nhỏ :
NHO1

-

Đối với bánh răng lớn :
NHO2
NHE số chu kỳ làm việc tương đương. Vì bánh răng làm việc với chế độ tải trọng và số
vòng quay n không đổi nên NHE được xác định bằng công thức:

NHE = 60

[ CT 6.6, trang 93 ]

Với : c số lần ăn khớp của răng trong mỗi vòng quay của bánh răng, ta chọn lần
tổng thời gian làm việc tính bằng giờ. Thời gian phục vụ 9 năm, mỗi năm làm việc 300
ngày, mỗi ngày 2 ca, mỗi ca 8 giờ
9 giờ



n số vòng quay của trục ( vòng/phút),
-

Đối với bánh răng nhỏ: ( vòng/phút )
NHE1 = 60

-

Đối với bánh răng lớn: ( vòng/phút )
NHE2 = 60
• Hệ số an toàn về tiếp xúc của 2 bánh răng :

 KHL1=
 KHL2=

3.3.1. Suy ra ứng suất tiếp xúc cho phép:
• Bánh răng nhỏ:
[
-

Bánh răng lớn:

[
Vì là bánh răng trụ răng nghiêng nên ứng suất tiếp xúc cho phép là :

22


[
3.4. Xác định thông số cơ bản của bộ truyền:
 Khoảng cách trục

[ CT 6.15a, trang 96 ]
Trong đó:
hệ số phụ thuộc vào loại vật liệu của cặp bánh răng và loại răng.
6.5 trang 96, tài liệu 1 ], ta có
tỷ số truyền u =
moment xoắn trên trục của bánh răng chủ động trục I
Ta có :
hệ số chiều rộng vành răng. Theo bảng [ 6.6 trang 97, tài liệu 1], ta chọn
[ CT 6.16 trang 97 ]

hệ số kể đến sự không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng.
Tra bảng [ 6.7 trang 98, tài liệu 1], ta chọn

 Chọn
 Đường kính vòng lăn bánh răng nhỏ:

[ CT 6.15b, trang 96 ]

Với : hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng và loại răng.
Tra bảng [ 6.5, trang 96, tài liệu 1 ], ta có:

3.4.1. Xác định thông số ăn khớp:
 Tính toán mô-đun:

m = ( 0,01

[ CT 6.17, trang 97 ]

Suy ra :

23


Theo tiêu chuẩn chọn ,ta chọn trước
 Số răng bánh nhỏ:

[ CT 6.31, trang 103 ]
Suy ra : răng
 Chọn răng
 Số răng bánh lớn:

[ CT 6.20, trang 99 ]
Suy ra : 3,15 răng
 Chọn răng
 Tính lại tỷ số truyền của hộp giảm tốc :

Uh =
 Sai số : = 0,32

 Thỏa điều kiện sai số cho phép về tỷ số truyền đề bài
 Tính lại góc

[ CT 6.32 trang 103 ]
Với: răng

Nhờ có góc nghiêng của răng, ở đây không cần dịch chỉnh để đảm bảo khoảng cách trục
cho trước; nói khác đi, dịch chỉnh bánh răng nghiêng chỉ nhằm cải thiện chất lượng ăn
khớp.
 Tính lại khoảng cách trục:
-

,
Ta chọn :
 Các thông số cơ bản của bộ truyền : Bảng [ 6.11, trang 104, ]

• Đường kính vòng chia:

24


• Khoảng cách trục chia :
• Đường kính vòng lăn : vì bánh răng không dịch chỉnh

• Đường kính vòng đỉnh:
( mm )
( mm )
• Đường kính vòng đáy:
( mm )

( mm )
• Hệ số dịch chỉnh :
• Góc profin gốc : theo , ta chọn
• Đường kính cơ sở:
( mm )
( mm )
• Góc profin răng:
20,43
• Góc ăn khớp:
• Hệ số trùng khớp răng:

Với :
cos =>
cos =>
Thế số vào ta được:

25