Ứng dụng tin học trong tính toán thiết kế chi tiết cơ khí chính xác

..

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN QUANG HÙNG

ỨNG DỤNG TIN HỌC TRONG TÍNH TỐN
THIẾT KẾ CHI TIẾT CƠ KHÍ CHÍNH XÁC

LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠ KHÍ
NGÀNH CƠ KHÍ CHÍNH XÁC VÀ QUANG HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. TRẦN ĐỊNH TƯỜNG

HÀ NỘI – 2008


MỤC LỤC
Trang

MỞ ĐẦU
Chương 1. KHÁI QUÁT CÁC BỘ TRUYỀN VÀ C CU C KH
1.1. Truyền động bánh ma sát.
1.2. Truyền động đai.
1.3. Truyền động bánh răng
1.4. Truyền động trục vít
1.5. Truyền động xích
1.6. Cơ cấu đòn - bản Lũ
1.6.1. Cơ cấu sin và tang

1.6.2. Cơ cấu thanh gạt
1.6.3. Cơ cấu tay quay - con trợt
1.6.4 Cơ cấu culit
1.6.5. Cơ cấu bốn khâu bản lề
1.7. Cơ cấu chuyển động ngắt qu ng
1.7.1. Cơ cấu man.
1.7.2. Cơ cấu cóc
1.8. Các chi tiết ghép nối.
1.9. Cỏc chi tit .
1.9.1. Trục và phân loại trục.
1.9.2. ổ đỡ
1.10. Khớp nối trục.
1.11. Các chi tiết đàn hồi.
Chơng 2. CƠ Sở Lý THUYếT TíNH TOáN CáC THÔNG Số HìNH
HọC một số bộ truyền và cơ cấu trong cơ khí
2.1. Bộ truyền đai
2.1.1. Khái niệm chung
2.1.2. Tính toán thiết kế bộ truyền đai
2.2. Truyền động bánh răng
2.2.1. Khái niệm
2.2.2. Tính toán bánh răng trụ răng thẳng
2.3. Truyền động xÝch
2.3.1. Kh¸i niƯm chung
2.3.2. TÝnh to¸n bé trun xÝch
2.4. GhÐp bằng ren
2.4.1. Cấu tạo của mối ghép ren
2.4.2. Các thông số cơ bản của ren
2.4.3. Tính mối ghép ren
2.5. ống Xinphôn
2.5.1. Khái niệm

2.5.2. Tính toán ống xiphon
2.6. ổ tựa hình trô

1
4
4
5
5
6
7
8
8
8
9
10
10
11
12
13
14
14
15
15
17
17
19
19
19
19
24

24
25
27
27
27
30
30
30
31
34
34
35
36


2.6.1. Khái niệm
2.6.2. Tính toán ổ tựa hình trụ
2.7. Cơ cấu sin
2.8. Cơ cấu tang
2.9. Cơ cấu thanh gạt
2.10. Cơ cấu tay quay con trợt
2.11. Cơ cấu culit
2.12. Cơ cấu bốn khâu bản lề
Chơng 3. NG DNG TIN HC TNH TON THIT K CHI TIT MY
3.1. Khảo sát mét sè phÇn mỊm CAD
3.1.1. Giíi thiƯu vỊ phÇn mỊm Auto CAD
3.1.2. Giíi thiƯu vỊ phÇn mỊm Mechanical Desktop
3.1.3. Giíi thiƯu vỊ phÇn mỊm Solidworks.
3.1.4. Giíi thiƯu vỊ phÇn mỊm AutoDesk Inventor
3.1.5. Giới thiệu về phần mềm Pro-Engineer

3.2. So sánh tính năng sử dụng của một số chơng trình tính toán thiết kế trên máy vi tính
3.2.1. So sánh về cấu hình cài đặt các phần mềm
3.2.2. So sánh hình ảnh (khi biểu diễn vật thể 3D)
3.2.3. Độ phân giải màn hình (khi biểu diễn vật thể 3D)
3.2.4. Các thao tác sử dụng
3.2.5. Phạm vi sử dụng và các tính năng của mỗi phần mềm
3.2.6. Lựa chọn phần mềm
3.3. Lý thuyết tính toán trong Inventor 10
3.3.1. Cơ sở lý thuyết tÝnh to¸n thiÕt kÕ bộ truyền động bánh răng trụ
3.3.2. Cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế b truyn ng ai rng
3.4. Hớng dẫn cách sử dụng Inventor10 để tính toán thiết kế
3.4.1. Tính toán thiết kế bánh răng trơ.
3.4.2. Tính tốn thiết kế bộ truyền động đai răng
3.5. Ví dụ áp dụng
3.5.1. Ví dụ 1
3.5.2. Ví dụ 2
Chương 4. HỖ TRỢ KHI SỬ DỤNG INVENTOR10 TRONG TÍNH TỐN THIẾT KẾ
4.1. Giới thiệu về phần mềm
4.2. Các thông số tính tốn
4.2.1. Tính tốn cho bộ truyền động bánh răng trụ
4.2.2. Tính tốn cho bộ truyền đai răng
4.3. Mã nguồn.
4.4. Giới thiệu và hướng dẫn cách sử dụng phần mềm.
4.4.1. Giao diện chương trình
4.4.2. Hướng dẫn sử dụng
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

36

36
40
40
41
42
45
47
49
49
50
51
54
55
59
60
60
60
61
61
61
61
62
62
83
88
88
110
120
120
125

127
127
128
128
129
130
136
136
137
138
139
141


1

M U
Công nghiệp là ngành có vai trò quan trong trong tiến trình công nghiệp hóa
hiện đại hóa đất nớc, một quốc gia dù có cơng nghệ cao, tin học phần mềm hàng
đầu, dù tài nguyên có nhiều, dù có nơng nghiệp, sinh học phát triển mà khơng có
cơng nghiệp chế tạo máy phát triển thì cũng khơng là nước cụng nghip húa. Để
thúc đẩy sự phát triển của ngành cụng nghip ch to mỏy nói riêng thì việc áp dụng
những thành của khoa học vào sản xuất là cần thiết.
Khoảng hơn chục năm trở về trớc, việc tính toán thiết kế các sản phẩm cơ
khí mất khá nhiều công sức và thời gian đ làm tăng giá thành và chậm tiến độ sản
xuất sản phẩm. Ngày nay, công nghệ thông tin đ xâm nhập vào mọi lĩnh vực khoa
học công nghệ và trong lĩnh vực tính toán thiết kế cơ khí không là ngoại lệ.
Computer Aided Design (CAD) - Thiết kế dới sự trợ giúp của máy tính đ trở
thành một công cụ không thể thiếu đợc của các kỹ s cơ khí, nó giúp việc tính toán
thiết kế trở nên nhanh hơn, đơn giản hơn, chính xác hơn, chuyên nghiệp hơn làm

cho các sản phẩm sản xuất ra nhanh hơn, tốt hơn, rẻ hơn.
Cùng với sự phát triển của các thế hệ máy tính điện tử ngày càng nhanh và
mạnh hơn, rất nhiều ngành công nghiệp đ áp dụng thành công quá trình thiết kế với
sự trợ giúp của các phần mền máy tính. Việc thiết kế với sự hỗ trợ của máy tính có
một lợi thế rất lớn là tiết kiệm đợc chi phí và thời gian thử nghiệm. Các mô hình
sản phẩm đợc thiết kế và thử nghiệm bằng các phần mềm chuyên dụng để thu ®−ỵc
mét thiÕt kÕ tèi −u nhÊt, sau ®ã thiÕt kÕ này mới đợc đa vào chế tạo sản xuất.
Ngày nay trên thế giới số lợng các phần mềm hỗ trợ thiết kế rất phong phú
và đa dạng nh AutoCAD, Mechanical Desktop, SolidWorks, Autodesk Inventor,
Pro Engineer . . . mỗi phần mềm đều có những u điểm trong mỗi lĩnh vực. Việc áp
dụng chúng vào tính toán thiết kế chi tiết cơ khí và đặc biệt là cơ khí chính xác nh
thế nào? Đó chính là vấn đề mà luận văn cần giải quyết.
Với mục đích đó luận văn bao gồm các nội dung sau:
ã Khảo sát các bộ truyền và cơ cấu cơ khí, cơ sở tính toán thiết kế các bộ truyền và
cơ cấu đó nhằm mục đích áp dụng các phần mềm thiết kế một cách hữu hiệu.


2

ã Khảo sát các phần mềm tính toán thiết kế, so sánh, lựa chọn phầm mềm phù hợp.
ứng dụng phần mền đ lựa chọn để tính toán và thiết kế chi tiết cơ khí chính xác.
ã Khắc phục một số hạn chế của Inventor khi tính toán thiết kế chi tiết cơ khí một
cách phù hợp hơn.
Để giải quyết những vấn đề trên luận văn đợc chia thành 4 chơng nh sau:
Chơng 1 - Khái quát chung về các bộ truyền và cơ cấu trong cơ khí
Chơng 2 - Cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế thông số hình học một số bộ
truyền và cơ cấu trong cơ khí
Chơng 3 - ứng dụng tin học trong tính toán và vẽ thiết kế chi tiết máy
Chơng 4 - Hỗ trợ khi sư dơng Inventor 10 trong tÝnh to¸n thiÕt kÕ.
NhiƯm vụ của từng chơng nh sau:

Chơng 1 khảo sát các bộ truyền dùng trong ngành cơ khí nói chung và cơ
khí chính xác nói riêng, chức năng của các bộ truyền và cơ cấu đó.
Chơng 2 trình bày cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế thông số hình học một
số bộ truyền và cơ cấu trong cơ khí. Chơng này khảo sát các cách tính toán các
thông số hình học cơ bản của bộ truyền và cơ cấu cơ khí
Chơng 3 khảo sát các phần mềm tính toán thiết kế, so sánh, lựa chọn phầm
mềm phù hợp. ứng dụng phần mền đ lựa chọn để tính toán và thiết kế một số chi
tiết cơ khí chính xác.
Chơng 4 nêu ra các điểm còn hạn chế của phần mềm thiết kế đó và biện
pháp khắc phục để quá trình tính toán thiết kế chi tiết cơ khí nhanh hơn, chính xác
hơn. Chơng này đa ra một biện pháp khắc phục nhơc điểm cho phần mềm tính
toán thiết. Đó là lập trình tạo một phần mềm hỗ trợ quá trình tính toán đợc tin học
hóa một cách triệt để, giảm thiểu thời gian tính toán thiết kế, đơn giản hóa quá trình
tính toán thiết kế cho ngời sử dụng.
Để hoàn thành đợc bản luận văn này Em xin chân thành cảm ơn PGS. TS
Trần Định Tờng đ tận tình hớng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện. Những
lời hớng dẫn chỉ bảo tận tình của thầy đ giúp em rất nhiều trong quá trình làm
luận văn.


3

Xin cảm ơn các thầy, cô trong bộ môn Cơ Khí Chính Xác và Quang Học đ
có nhiều ý kiến quý báu cho bản luận văn của em, những lời góp ý chân thành và
kinh nghiệm quý báu của các thầy các cô đ giúp em hoàn thành tốt luận văn này.
Xin cảm ơn toàn thể các thầy, cô giáo, các bạn đồng nghệp trong bộ môn
Hình hoạ và vẽ kỹ thuật khoa Cơ khí trờng Đại Học Công Nghiệp Hà Nội đ động
viên, góp ý và tạo những điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành luận văn đúng
thời hạn.
Trong thời gian làm luận văn, mặc dù đ cố gắng nhiều và đ hoàn thành

nhiệm vụ đ đặt ra song do trình độ và thời gian có hạn mà các vấn đề nghiên cứu
thì phức tạp nguồn tài liệu và phơng tiện nghiên cứu còn khó khăn nên kết quả còn
nhiều hạn chế vì vậy em rất mong tiếp tục nhận đợc sự góp ý của các thầy các cô
và các bạn.
H ni, thỏng 4 nm 2008.

Nguyn Quang Hùng


4

Chương 1
KHÁI QUÁT CÁC BỘ TRUYỀN VÀ CƠ CẤU CƠ KHÍ

Trong cuộc sống chúng ta thường xuyên bắt gặp các bộ truyền và cơ cấu cơ
khí, chúng có mặt ở khắp nơi, ở các ngành, các lĩnh vực của đời sống, từ nông thôn
đến thành phố. Chúng đã trở thành một phần không thể thiếu đối với đời sống con
người. Để truyền chuyển động trong cơ khí chúng ta sử dụng các bộ truyền truyển
động, chóng cã nhiƯm vơ trun cơ năng từ nguồn chuyển động tới các bộ phận
công tác của máy. Thông thờng là biến đổi tốc độ, lực và mô men, đôi khi biến đổi
dạng và quy lt chun ®éng. Để tính tốn thiết kế chúng trước hết ta sẽ khảo sát
qua các bộ truyền và cơ cu trong c khớ.
1.1. Truyền động bánh ma sát.(Hỡnh 1.1)
Truyn động bánh ma sát thực hiện truyền công
suất giữa các trục nhờ lực ma sát sinh ra tại chỗ tiếp
xúc của các bánh lắp trên trục dẫn và trục bị dẫn. Để
tạo ra lực ma sát cần tác dụng lực ép các bánh lại với
nhau
Truyền động bánh ma sát có những ưu điểm:
+ Cấu tạo đơn giản

H×nh 1.1

+ Làm việc êm
+ Có khả năng điều chỉnh vơ cấp tốc độ
Nhưng cũng có một số nhược điểm:
+ Lực tác dung lên trọc và ổ là khá lớn
+ Tỷ số truyền không ổn định do có sự trượt giữa các bánh khi làm việc
+ Khả năng tải thấp


5

1.2. Truyền động đai. (Hỡnh 1.2)
Dựa trên nguyên lý truyền ®éng
b»ng ma s¸t, bé trun gåm b¸nh ®ai
dÉn, b¸nh ®ai bị dẫn và dây đai mắc

1

2

1

3

2
D2

D1

căng trên hai bánh. Khi bánh chủ động
quay với vận tốc 1 nhờ có ma sát giữa
dây đai và bánh đai làm cho dây đai

Hình 1.2

quay dẫn đến bánh bị động quay với vận
tốc 2, truyền cơ năng từ trục dẫn sang
trục bị dẫn.
Truyn ng ai cú nhng u im:
+ Có khả năng truyền động gi÷a 2 trơc xa nhau (Amax = 15 m);
+ Trun động êm do vật liệu có tính đàn hồi và giữ đợc an toàn cho
các chi tiết máy khi quá tải (vì lúc này đai trợt trơn hoàn toàn);
+ Kết cấu đơn giản, dễ bảo quản;
+ Giá thành hạ.
Nhng cng cú mt s nhc im:
+ Khuôn khổ và kích thớc khá lớn;
+ Tỷ số truyền luôn không ổn định (vì đai trợt đàn hồi);
+ Hiệu suất thấp;
+ Lực tác dụng lên trục, lên ổ lớn vì phải căng đai;
+ Tuổi thä thÊp khi lµm viƯc víi vËn tèc cao.

1.3. Trun động bánh răng (Hỡnh 1.3)
Truyền động bánh răng dựa trên nguyên tắc ăn khớp của các răng trên bánh
răng hoặc răng trên thanh răng.
Theo vị trí tơng đối giữa các trục có các loại: truyền động bánh răng trụ khi
các trục song song với nhau(hình 1.3 a,b,c,d); truyền động bánh răng côn khi các
trục cắt nhau(hình 1.3 e,g); khi các trục chéo nhau sử dụng bánh răng trụ chéo hoặc
bánh răng côn chéo (hình 1.3 h,).

6

Truyền động bánh răng có u điểm
-

Kích thớc nhỏ gọn.

-

Khả năng tải lớn, hiệu suất cao.

-

Làm việc chắc chắn.

-

Tỷ số truyền cố định.

-

Làm việc tốt trong phạm vi công suất, tốc độ và tỷ số truyền khá rộng.

Nhợc điểm
-

Đòi hỏi độ chính xác cao khi chế tạo.

-

Có nhiều tiếng ồn khi làm việc với vận tốc lớn.

-

Chịu va đập kém do độ cứng của bộ truyền cao.

Hình 1.3

1.4. Truyền động trơc vÝt (h×nh 1.4)

H×nh 1.4


7

Trun ®éng trơc vÝt dïng ®Ĩ trun chun ®éng cho 2 trôc chÐo nhau
(th−êng chÐo mét gãc 90o). Th−êng trôc vít dẫn động còn bánh vít bị dẫn.

u điểm của trun ®éng trơc vÝt
+ Tû sè trun lín imax = 1000, thờng dùng i = 8 ữ 100.
+ Làm việc êm không ồn vì nó tiếp xúc liên tục trong quá trình ăn khớp.
+ Có khả năng tự h m
Nhợc điểm
+ Hiệu suất truyền động thấp.
+ Bánh vít làm bằng kim loại màu đắt tiền

1.5. Truyền động xích (hình 1.5)
Xích là một chuỗi các

mắt xích đợc nối với nhau
bằng bản lề. Xĩch truyền
chuyển động và công suất từ
trục dẫn sang trục bị dẫn nhờ
sự ăn khớp của các mắt xích
với răng đĩa.
Bộ truyền xích đơn

Hình 1.5

giản gồm: 2 đĩa xích và 1 xích
u điểm của bộ truyền xích
+ Có thể truyền động giữa 2 trục tơng đối xa (Amax = 8 m)
+ Không có sự trợt nh truyền động đai.
+ Hiệu suất khá cao, có thể đạt 0,98.
+ Lực tác dụng lên trục, lên ổ nhỏ hơn truyền động đai.
+ Cã thĨ cïng 1 lóc trun chun ®éng cho nhiỊu trục
Nhợc điểm:
+ Đòi hỏi chế tạo và lắp ghép chính xác
+ Yêu cầu về chăm sóc phức tạp
+ Chóng mòn nhất là khi bôi trơn không tốt và làm việc ở nơi bụi bẩn.
+ Có nhiều tiếng ồn khi làm viÖc


8

1.6. Cơ cấu đòn - bản lề
Trong các dụng cụ và thiết bị chính xác thờng xuyên dùng nhiều loại ba,
bốn khâu cơ cấu đòn bản lề để truyền và biến đổi chuyển động nhằm thực hiện các
hàm truyền tuyến tính hoặc phi tuyến một cách chính xác hoặc gần đúng. Các cơ

cấu đó là: cơ cấu sin và tang, cơ cấu thanh gạt, cơ cấu tay quay-con trợt , cơ cấu
culit. v.v.
1.6.1. Cơ cấu sin và tang (hình 1.6)
Các cơ cấu này thờng dùng để biến chuyển động thẳng tịnh tiến của cần đẩy
(1) thành chuyển động quay của tay đòn (2).
1.6.1.1. Cơ cấu sin (hình 1.6 a)
ở cơ cấu sin thì tay đòn (2) có bề mặt làm việc hình cầu hoặc bán cầu tỳ vào
mặt đầu của cần đẩy (1).
B

O

S

B



S

0





O

2

2
1

r

a

a)

Hỡnh 1.6

b)

1

1.6.1.2. Cơ cấu tang (hình 1.6 b).
Trong cơ cấu tang thì cần đẩy (1) với mặt đầu có dạng hình cầu hay bán cầu, còn tay
đòn (2) có bề mặt phẳng. ở cơ cấu này có khoảng cách không thay đổi,
1.6.2. Cơ cấu thanh gạt (hình 1.7).
Đó là cơ cấu có quan hệ với các cơ cấu không gian. Trên hình 1.7a trình bày
cơ cấu thanh gạt gồm có hai trục (1) và (2) đợc cặp chặt với hai thanh (3) và (4) bố
trí bố trí thẳng góc với nhau Quỹ đạo những điểm tiếp xúc của hai thanh gạt sẽ là


9

đờng thẳng NE, đó là vết cắt hay giao tuyến của hai mặt phẳng vuông góc với nhau
do chuyển động của hai thanh tạo nên.
b
3

4

b

2
2



a

1

a

4

a

3

1

Hỡnh 1.7

1.6.3. Cơ cấu tay quay - con trợt (hình 1.8)
Trong thực tế thờng dùng hai sơ đồ nguyên lý của cơ cấu này. Trên hình
1.8a trình bầy sơ đồ cơ cấu tay quay - con trợt chính tâm(y=0), còn trên hinh 1.8b

là loại lệch tâm (y ≠ 0).
B

B

l

l

r

r

Co

A

Co

C

ϕ

ϕ

Bo

α

C

A

y

S
K

S

b)

a)
B
r

ϕ

A

c)
Hình 1.8


10

D

D

A

D
C
C
B

A

B

E

A

C
B

a)

b)

c)

Hình 1.9
Trên hình 1.9 trình bày một số sơ đồ nguyên lý của cơ cấu này. Hình 1.9a là
cơ cấu tay quay con trợt có các đoạn AB = BC = BD, hình 1.9b là cơ cấu dạng
lămđa của Trecbsep với kích thớc của các khâu : AE = 2BE. AC = BC = DC =
2,5 BE, hình 1.9c là cơ cấu culit có các AC = AB,

BD = 3,4 AB.

1.6.4 Cơ cấu culit (hình 1.10)
2

Khi quay tay quay chủ động (1), con
chạy (2) chuyển dịch theo sống trợt của

B



A

culit (3) và nhận đợc sự di động tiếp tuyến
O

quanh tâm C.
4

bốn khâu bản lề.

3






1.6.5. Cơ cấu bốn khâu bản lề
Trên hình 1.11 trình bày sơ đồ cơ cấu

1



C
4

Hỡnh 1.10


11

B

l

R

A
k

r


'



O

C

d
Hỡnh 1.11
1.7. Cơ cấu chuyển động ngắt
quÃng
Cơ cấu chuyển động ngắt
qu ng theo chu kỳ dùng để biến
chuyển động quay(thờng là quay
đều hay chuyển động dao động
liên tục) thành chuyển động quay
hay chuyển động tịnh tiến có dừng
lại theo chu kì với thời hạn nhất
định.
Các cơ cấu này đợc dùng
trong các dụng cụ, hệ thống tự
động và các thiết bị với các chức
năng khác nhau. Ngời ta thờng
dùng các loại cơ cấu chuyển động
ngắt qu ng nh: cơ cấu man, cơ
cấu chốt, cơ cấu cam, cơ cấu bánh
răng không toàn phần, cơ cấu bánh
cóc, cơ cấu grip v.v.

Hỡnh 1.12


12

1.7.1. Cơ cấu man.
Cơ cấu man thờng dùng để biến đổi chuyển động quay đều của khâu dẫn
(tay quay) thành chuyển động quay có dừng lại theo chu kỳ nhất định của khâu dẫn
(đầu man).
1.7.1.1. Cơ cấu man ăn khớp ngoài (hình 1.12).
Cơ cấu này gồm ba khâu:
1- Khâu chủ động là tay quay cùng với chốt A.
2- Khâu bị động hay bị dẫn là đầu mancó Z r nh hớng kính, thờng lấy
Z = 3 ữ 12 .

3- Giá đỡ.
Khi khâu (1) quay thì chốt A đi vào r nh của khâu (2) và làm quay khâu (2) một
góc

2
. Khi chốt A đi ra khỏi r nh thì khâu (2) dừng lại và đợc định vị bởi
Z

cung h m B cã bỊ mỈt tiÕp xó víi cung lâm D của khâu (2) giữ cho khâu (2)
khỏi quay cho đến chốt A cha đi vào r nh tiếp theo của khâu (2) (hình 1.12a).
Khâu (2)
1.7.1.2. Cơ cấu man ăn khớp
trong (hình 1.13).
ở cơ cấu này khâu chủ động (1)

là tay quay và khâu bị động (2) là đầu
man quay cùng chiều với nhau.
Cơ cấu này với gia tốc nhỏ làm việc
êm hơn so với cơ cấu man ăn khớp
ngoài. Cơ cấu này có thời gian chuyển
động lớn hơn thời gian đứng yên vì hệ
số chuyển động của cơ cấu >0,5.
Hình 1.13


13

1.7.2. Cơ cấu cóc
Cơ cấu cóc dùng để biến chuyển động quay hay dao động của khâu dẫn
thành chuyển động quay hay tịnh tiến ngắt qu ng của khâu bị dẫn. Ngoài ra nó
còn đợc dùng nh cơ cấu hạn chế chuyển động của khâu bị dẫn theo một chiều
và cho phép chuyển đồnh tự do ở hớng ngợc lại.
Cơ cấu cóc dùng trong các rơle thời gian, các máy tự ghi và các dụng cụ với
các chức năng khác nhau. Theo kêt cấu và nguyên lý làm việc cơ cấu cóc đớc
chia thành:
-

Cơ cấu cóc với bánh răng cóc (hình 1.14a, b, c).

-

Cơ cấu cóc ma sát dùng các viên bi hoặc con lăn (hình 74d,e).

-

Cơ cấu cóc h m với bánh lệch tâm (hình 1.14f, g).

Ngoài ra, nguời ta còn phân biệt:
Cơ cấu cóc ăn khớp ngoài (hình 1.14a, d, f).
Cơ cấu cóc ăn khớp trong (hình 1.14b,c, e, g) và cơ cấu cóc ăn khớp
mặt đầu (hình 1.14c).

Hình 1.14


14

1.8. Các chi tiết ghép nối.
Để hợp thành một bộ phận máy, các chi tiết
đợc ghép lại với nhau, có thể ghép cố định (mối
ghép ren, then, hàn) hoặc ghép động (bản lề, ổ
trục, cặp bánh răng ăn khớp). Sau khi ghép các chi
tiết máy tạo với nhau thành một khối để thực hiện
một nhiệm vụ nào đó. Các hình thức ghép là: đinh
tán, hàn, ren và then. Trong chế tạo máy các liên kết

a)

cố định đợc gọi là các mối ghép.
Các mối ghép đợc chia làm 2 loại:
+ Ghép cố định tháo đợc là loại mối ghép có
thể tháo rời mà các chi tiết máy ghép không bị hỏng.
Các loại mối ghép đó là ghép bằng then và then
hoa(hình.1.15.a), mối ghép ren.(hình 1.15.b)

b)

+ Ghép cố định không tháo đợc là loại mối
ghép khi cần tháo phải phá hỏng một phần hoặc

Hỡnh 1.15

hoàn toàn các chi tiết máy ghép. Gồm có mối ghép
đinh tán và mối ghép hàn.(hình 1.16)

d
R

h

P

P

D

a)

Hỡnh 1.16

b)

1.9. Cỏc chi tit .
Bao gồm trục, dầm, tấm, sống trợt và các ổ đỡ.
Trong các hệ thống máy để đỡ các chi tiết máy nh bánh răng, bánh đai, đĩa

xích ng−êi ta dïng c¸c trơc. Trơc cïng víi c¸c chi tiết đó tạo ra sự ăn khớp và
truyền chuyển động. Nh vậy trục vừa để đỡ vừa để truyền mô men từ nơi này sang


15

nơi khác. Qua nhiều trục, nhiều các bộ truyền năng lợng đợc truyền từ nguồn đến
nơi công tác.
1.9.1. Trục và phân loại trục.
1.9.1.1. Phân loại theo đặc điểm chịu tải:
+ Trục tâm chỉ có nhiệm vụ để đỡ
các chi tiết, có thể quay hoặc không
quay. Trục tâm chỉ chịu uốn.
+ Trục truyền vừa để đỡ vừa để
truyền mô men xoắn, nó vừa đỡ vừa
truyền mô men xoắn.
1.9.1.2. Phân loại theo kết cấu trục: Có
trục trơn, trục bậc; trục đặc, trục rỗng.

Hình 1.17

1.9.1.3. Phân loại theo hình dáng đờng tâm trục: trục thẳng, trục khuỷu.(hình
1.17)
1.9.2. ổ đỡ
Khi lắp trục không bao giờ lắp trực tiếp ngõng trục vào tới bộ phận gối đỡ,
mà thờng có thêm bộ phận trung gian đó là ổ trục. Để khi làm việc sau một thời
gian ổ trục có hỏng thay thế đợc dễ dàng. Vậy ổ trục là bộ phận để đỡ các trục, nhờ
có nó mà tăng thời gian sử dụng cho các chi tiết khác. Thờng có 2 loại ổ: Kiểu ổ
trợt và kiểu ổ lăn.

a)

b)
Hình 1.18


16

Ngồi ra trong co khí chính xác cịn có ổ tựa dùng cho chuyển động quay. Ổ
tựa dùng cho chuyển động được chia thành các dạng sau: ổ tựa dùng ma sat trượt
(hình 1.19 a,b,c,d,e), ổ tựa
dùng ma sát lăn (hình
1.19.f.g), Ổ tựa dùng ma sát
đàn hồi(hình 1.19 i), Ổ tựa
dùng ma sát chất lỏng và
khơng khí(hình 1.19 h), Ổ tựa
dùng ma sát từ(hình 1.19 k, l)

l

k

Hình 1.19


17

1.10. Khíp nèi trơc.
Khíp nèi trơc dïng ®Ĩ nèi trơc hoặc các chi
tiết máy khác với nhau để tạo ra kích thớc và kết

cấu hợp lý hơn. Ví dụ: ở kết cấu nối giữa trục động
cơ với trục vít. Ngoài ra có khớp nối dùng để đóng,
mở các cơ cấu máy, để giảm tải trọng động, để điều
chỉnh thay đổi tốc độ của máy
Có một vài loại khớp nối trục sau:
ã

Hỡnh 1.20

Loại khớp trục chặt: Là loại khớp hay
dùng để nối chặt 2 đoạn trục với nhau và
luôn cùng chuyển động.(hình 1.20)

ã

Loại khớp trục đàn hồi: Dùng trong các
máy có va đập nhiều nhằm giảm va
đập.(hình 1.21)

ã

Hỡnh 1.21

Loại ly hợp: Dùng để tạo ra sự liên kết
hay tách liên kết khi điều chỉnh máy thay đổi tốc độ.(hình 1.22)

Hỡnh 1.22
1.11. Các chi tiết đàn hồi.
Trong cơ khí các chi tiết đàn hồi trờng có công dụng:
+ Tạo nên lực ép trong các khớp nối, phanh, bánh ma sát

+ Giảm chấn động, rung động
+ Tích luỹ cơ năng và làm việc nh một động cơ (cót đồng hồ)
+ Thực hiện các dịch chuyển trở về vị trí cũ của van, cơ cấu cam
+ Đo lực (trong các khí cụ đo nh lùc kÕ…).


18

Và thờng sử dụng một số chi tiết đàn hồi nh: lò xo(hình 1.23), ống xiphon (hình
1.24b), màng đàn hồi(hình 1.24 a), màng tổng hợp, ống Burodon, ổ tựa cao su và bộ
giảm chấn.

Hỡnh 1.23

Wo

W

h

P

r
R

a)

Hỡnh 1.24

b)

19

Chơng 2
CƠ Sở Lý THUYếT TíNH TOáN CáC THÔNG Số HìNH HọC một số
bộ truyền và cơ cấu trong cơ khí
Tính toán thiết kế một bộ truyền hay cơ cấu trong cơ khí ta phải dùng các lý
thuyết về các bộ truyền và cơ cấu đó áp dụng vào trờng hợp cu thể của bài toán để
có thể tính toán đợc các thông số hình học, kiểm tra đợc độ bền, kiểm tra đợc
các hỏng hóc hay gặp phải của bộ truyền đó để có thể có những điều chỉnh phù hợp
đáp ứng đợc yêu cầu của đầu bài.
Để xây dựng những phần mềm tin học hỗ trợ tính toán thiết kế ta cần có
những phơng pháp, những hàm, những công thức tính toán và chúng là cơ sở không
thể thiếu để lập trình ra những phần mềm đó.
Trong chơng này sẽ khảo sát và đa ra cơ sở lý thuyết tính toán các thông số
hình học của một số bộ truyền và cơ cấu trong cơ khí.
2.1. Bộ truyền đai
2.1.1. Khái niệm chung
Dựa trên nguyên lý truyền động
bằng ma sát, bộ truyền gồm bánh đai
dẫn, bánh đai bị dẫn và dây đai mắc

1

1

2

3

2
D2

D1

căng trên hai bánh. Khi bánh chủ động
quay với vận tốc 1 nhờ có ma sát giữa
dây đai và bánh đai làm cho dây đai

Hình 2.1

quay dẫn đến bánh bị động quay với vận
tốc 2, truyền cơ năng từ trục dẫn sang
trục bị dẫn.
Bộ truyền đai có 3 loại: bộ truyền đai det, bộ truyền đai thang và bộ truyền đai răng.
2.1.2. Tính toán thiết kế bộ truyền đai
2.1.2.1 Tính toán thiết kế bộ truyền đai dẹt


20

Bớc 1: Chọn loại đai và xác định đờng kính bánh đai:
+ Căn cứ vào N, i và điều kiện làm việc để chọn loại đai cho thích hợp.
+ Xác định đờng kính bánh đai nhỏ theo công thức Xavêrin:

D1 = (1100 ữ 1300 )3
Trong đó:

N1

n1

(mm)

(2.1)

N1 là công suất trên trục dẫn (KW);
n1 là tốc độ quay của trục dẫn (vòng/phút).

+ Tính đờng kính bánh đai lớn:
D2 = i.D1

(2.2)

Tiêu chuẩn D2 theo bảng 15.
+ Tính lại số vòng quay thực tÕ cđa bé trun:

n' 2 = (1 − ξ )

D1
.n1
D2

(2.3)

víi = 0,1 ữ 0,2
So sánh n2 với n2 cho phÐp sai lƯch ∆n ≤ 5%
Hc tÝnh i thùc tÕ:

itt =

D2
D1 (1 − ξ )

(2.4)

Sai sè tû sè trun lµ:

∆i =

i − itt
.100%
i

Cho phÐp sai sè: ∆i ≤ [∆i] = ± 5%.

H×nh 2.2

(2.5)


21

Bớc 2: Xác định chiều dài dây đai L:
+ Sơ bé tÝnh A theo ®iỊu kiƯn:
Amin ≤ Achän ≤ Amax
Amin = 2(D1+D2);

(2.6)

Amax = 1,5 (D1 + D2)

+ Xác định chiều dài hình học của đai:

L = 2A +


2

(D1 + D2

(
D2 D1 )2
)+
4A

(2.7)

Sau đó tăng L lên một lợng L = (100 ữ 400) để nối đai.
+ Nghiệm góc ôm α:
α 01 = 180 0 − 57 0

D2 − D1
A

§iỊu kiƯn α1 ≥ [α] = 150o

B−íc 3: NghiƯm ®iỊu kiƯn mỏi của đai

u=

trong đó:

v
[u ] = (3 ữ 5) (1/s)
L

(2.8)

L là chiều dài tính toán của đai (m);
v là vận tốc dây đai: v =

Dn
60.103

(m / s ) ; §iỊu kiƯn v ≤ [v] = 30 m/s.

B−íc 4: TÝnh kÝch th−íc tiÕt diƯn ®ai

B≥
trong ®ã :

P=

P
S [K ]

(2.9)

1000 N
; [K] = Ko. C1. C2 . C3. C4

v

Điều kiện phải đảm bảo B và S của cùng một loại theo tiêu chuẩn.
Bớc 5: Tính lực tác dụng lên trục:
T = 3σ 0 .F . sin

α1
2

2.1.2.2. TÝnh to¸n thiÕt kÕ bé truyền đai thang
Bớc 1: Chọn loại đai và xác định ®−êng kÝnh b¸nh ®ai

(2.10)


22

+ Dựa vào N và tạm dự kiến vận tốc (thờng chọn v = (5ữ 10) m/s) tra bảng
5 để chọn loại đai.
+ Căn cứ vào loại đai chọn D1 (b¶ng 6).
+ TÝnh D2:

D2 = i. D1 ; Chän D2 theo bảng 6.

Sau đó tính lại số vòng quay thực tế hoặc i thực tế nh đai dẹt.

itt =

D2
D1 (1 )

= 0,005 ữ 0,01

(2.11)

Điều kiện i% 5%
Bớc 2: Xác định chiều dài dây đai (L)
+ Chọn A theo i (bảng 14).
+ Tính kích thớc chiều dài L đai nh công thức đai dẹt.
Sau đó tiêu chuẩn L theo bảng 7b.
+ Tính lại Acx:
A=

{

1
2 L (D1 + D2 ) +
8

[2 L − π (D1 + D2 )]2 − 8(D2 − D1 )2

}

(2.12)

NghiƯm gãc «m:
α 01 = 180 0 − 57 0

D2 − D1
A

§iỊu kiƯn α1 ≥ [α]= 120o

B−íc 3: NghiƯm ®iỊu kiƯn mái ®ai

u=

v
≤ [u ] = 10
L

(1/s)

(2.13)

§iỊu kiƯn v ≤ [v] = 25 m/s.
B−íc 4: Tính số dây đai cần thiết
Z

P
F1 [K ]

(2.14)

(F1 tra bảng 7).
Bớc 5: Tính lực tác dụng lên trục

T = 2T0 .Z .sin

α1

2

(2.15)