Giáo trình Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính: Phần 2 - TS. Trần Văn Tùng

Chương 4

THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI, XÍCH
4.1. Thiết kế bộ truyền đai thang
4.1.1. Khởi tạo chương trình
Khởi động phần mềm bằng cách kích đúp chuột vào biểu tượng của phần mềm trên
desktop hoặc vào Start/Program/Autodesk/Autodesk Inventor 2014.

4.1.2. Thiết lập file thiết kế
Sau khi khởi động phần mềm, thực hiện lệnh New, lựa chọn file Standard.iam.

Hình 4.1. Chọn file thiết kế

99


Chọn tab Design sau đó chọn V-Belts để tiến hành thiết kế bộ truyền đai thang.

Hình 4.2. Lựa chọn thiết kế đai thang
Sau khi chọn mục V-Belts, tạo và lưu thư mục lắp ghép. Hộp thoại V-Belts
Component Generator sẽ xuất hiện.

Hình 4.3. Hộp thoại V-Belts Component Generator

100


Trong hộp thoại V-Belts Component Generator có hai tab: Design và Calculation.

4.1.3. Tab Design
Tab Design để khai báo các thông số về hình học của đai, bánh đai, loại đai.

- Belt: Chọn loại đai.

Hình 4.4. Lựa chọn loại đai trong thư viện đai tiêu chuẩn
Trong thư viện của Inventor có các loại đai tiêu chuẩn để người thiết kế có thể lựa
chọn cho phù hợp với mục đích thiết kế.
- Belt Mid Plane: Chọn mặt phẳng đối xứng của đai.
Người thiết kế sử dụng chuột để lựa chọn mặt phẳng đối xứng của đai, có thể chọn
mặt phẳng gốc trên cây thư mục hoặc lựa chọn một mặt phẳng cơ sở nào đó có sẵn.

101


Hình 4.5. Chọn mặt phẳng đối xứng của đai
Trong trường hợp muốn dịch chuyển mặt phẳng đối xứng của đai, người thiết kế
nhập giá trị dịch chuyển vào mục Mid Plane Offset.
- Number of Belts: Lựa chọn số đai.
- Datum Length: Chiều dài đai - Chọn theo tiêu chuẩn.

Hình 4.6. Chọn chiều dài đai

102


- Pulleys: Thiết kế các thông số bánh đai.
Tiến hành thiết kế thơng số hình học của bánh đai, hộp thoại Groove pulley properties
sẽ hiện ra:

Hình 4.7. Thiết kế các thơng số bánh đai
Có hai lựa chọn: kích thước mặc định hoặc kích thước tuỳ chỉnh. Nếu người thiết kế
khơng lựa chọn mục Custom size thì các kích thước của bánh đai sẽ lấy giá trị mặc định.

Nếu người thiết kế lựa chọn mục Custom size thì có thể thay đổi các thơng số hình học tuỳ
chỉnh.
Trong một số trường hợp bánh đai truyền cho hơn một bộ truyền, ta có thể lựa chọn
số rãnh đai nhiều hơn số đai của bộ truyền đang thiết kế. Để thay đổi số rãnh đai của bánh
đai, người thiết kế lựa chọn mục Custom Number of Grooves và nhập số rãnh đai vào mục
Number of Grooves.
Thực hiện tương tự với bánh đai thứ 2 của bộ truyền.

103


4.1.4. Tab Calculation
Tab Calculation để khai báo và thực hiện các lệnh tính tốn.
- Type of calculation: Lựa chọn phương pháp tính tốn.

Hình 4.8. Các phương án lựa chọn phương pháp tính tốn

104


Có hai phương pháp tính tốn:
+ Strength Check: Từ thơng số đầu vào tiến hành chọn số đai, chọn loại đai và các
thơng số hình học khác sau đó tiến hành kiểm tra bền đối với đai và các chi tiết khác;
+ Design Number of Belts: Từ thông số đầu vào tiến hành chọn loại đai và các thơng
số hình học khác sau đó tiến hành tính tốn chọn số đai để đảm bảo an toàn khi làm việc.
- Load: Tải trọng.

Hình 4.9. Các phương án tính tốn tải trọng bộ truyền
105

Người thiết kế lựa chọn kiểu thông số tải trọng đầu vào và nhập số liệu tính tốn. Có
3 phương án nhập thông số tải trọng đầu vào:
+ Torque, Speed → Power: Biết mơmen xoắn, tốc độ quay tính tốn công suất;
+ Power, Torque → Speed: Biết công suất, mômen xoắn → tính tốn tốc độ quay;
+ Power, Speed → Torque: Biết cơng suất, tốc độ quay → tính tốn mômen xoắn.
- Power: Công suất trên trục chủ động.
- Speed: Tốc độ quay của trục chủ động.
- Torque: Mômen xoắn trên trục chủ động.
- Service Factor: Hệ số làm việc.
- Factors: Các hệ số.
Người thiết kế có thể lựa chọn hệ số mặc định hoặc hệ số tuỳ chỉnh. Trong trường
hợp người thiết kế lựa chọn hệ số tuỳ chỉnh (lựa chọn mục Custom) thì sẽ điền giá trị các
hệ số vào các ô tương ứng:
+ Arc of Contract Correction Factor: Hệ số dịch chỉnh cung tiếp xúc;
+ Number of Belts Correction Factor: Hệ số dịch chỉnh số lượng đai;
+ Number of Pulleys Correction Factor: Hệ số dịch chỉnh số lượng bánh đai.
- Belt Properties: Tính chất đai.
+ Base Power Rating: Tỷ lệ công suất cơ sở.
+ Length Correction Factor: Hệ số dịch chỉnh của độ dài dây đai.
- Belt Tensioning: Lực căng đai.
+ Tension Factor: Hệ số căng đai.
Sau khi hồn thành việc lựa chọn các thơng số hình học, thông số tải trọng và các hệ
số, tiến hành tính tốn kiểm tra bền bằng nút Calculate. Nếu phần mềm báo kết quả tính
tốn:
- Calculation Indicates Compliance: Tính tốn thành cơng.
- Calculation Indicates Design Failure: Tính tốn thất bại.

4.1.5. Kết quả
Kết quả tính tốn thiết kế bộ truyền được hiển thị ở hai dạng: Mơ hình và số liệu

tính toán.

106


Kết quả mơ hình bộ truyền được lưu trữ dạng file chi tiết và hệ lắp ghép trong ổ cứng
máy tính theo đường dẫn đã được người thiết kế lựa chọn. Ngồi ra số liệu hình học cũng
được hiển thị tại tab Design như sau:

Hình 4.10. Kết quả tính tốn thiết kế bộ truyền đai trong tab design
- V-Belts: Thông số đai.
+ Width (b): Bề rộng đai.
+ Height (h): Chiều cao đai.
+ Datum Length (Ld): Độ dài tiêu chuẩn đai.
+ External Length (Le): Chiều dài viền ngoài của đai.
+ Internal Length (Li): Chiều dài vành trong của đai.

107


+ Minimum Recommended Pulley Datum Diameter (Dwin): Đường kính tối thiểu
của bánh đai.
- Pulley 1: Bánh đai số 1 (bánh đai chủ động).
+ Datum Diameter (Dd): Đường kính cơ sở của bánh đai chủ động.
+ Width Pulley (B): Bề rộng bánh đai chủ động.
+ Arc of Contact (β): Cung tiếp xúc.
+ x Coordinate (x): Tọa độ tâm bánh đai chủ động theo phương Ox.
+ y Coordinate (y): Tọa độ tâm bánh đai chủ động theo phương Oy.
Một số thông số hình học khác cũng được thể hiện trên hình vẽ:

Hình 4.11. Kết quả tính tốn bánh đai số 1
- Pulley 2: Bánh đai số 2 (bánh đai bị động).
+ Datum diameter (Dd): Đường kính cơ sở của bánh đai bị động.
+ Width Pulley (B): Bề rộng bánh đai bị động.
+ Arc of contact (β): Cung tiếp xúc.
+ Theoretical Transmisstion Ratio (iT): Tỷ số truyền của bộ truyền lý thuyết.
+ x Coordinate (x): Tọa độ tâm bánh đai bị động theo phương Ox.
+ y Coordinate (y): Tọa độ tâm bánh đai bị động theo phương Oy.
108


Một số thơng số hình học khác cũng được thể hiện trên hình vẽ:

Hình 4.12. Kết quả tính tốn bánh đai số 2
Kết quả tính tốn về lực và tải trọng được hiển thị trên hộp thoại sau:

Hình 4.13. Kết quả tính tốn về lực và tải trọng

109


- Results: Kết quả chung.
+ Number of Belt (z): Số đai.
+ Number of Belt Required (zer ): Số đai cần thiết.
+ Belt Speed (v): Vận tốc đai.
+ Belt Flex Frequency (fb): Tần số uốn đai.
+ Effective Pull (Fp): Lực vòng.
+ Centrifugal Force (Fc): Lực ly tâm.
+ Belt Installation Tension (Ft): Lực căng đai.
+ Maximum Tension In Belt Span (Ftmax): Lực tối đa trong dải đai.

+ Efficiency (η): Hiệu suất bộ truyền.
+ Belt Slip (s): Hệ số trượt đai.
- V-Belt: Dây đai.
+ Base power rating (PRB): Tỷ lệ công suất cơ sở.
+ Minimum recommended pulley datum diameter (Dwmin): Giá trị đường kính bánh
đai tối thiểu.
+ Maximum belt speed (vmax): Tốc độ dây đai tối đa.
+ Maximum flex frequency (fmax): Tần số uốn đai tối đa.
+ Specific mass (m): Khối lượng riêng.
- Pulley 1: Bánh đai số 1.
+ Power ratio (Px): Tỷ số công suất.
+ Power (P): Công suất.
+ Torque (T): Mômen.
+ Speed (n): Tốc độ quay.
+ Pitch Diameter (DP): Đường kính vòng chia.
+ Arc of contact (β): Cung tiếp xúc.
+ Force on input (F1): Lực trên dây đai căng khi truyền tải.
+ Force on output (F2): Lực trên dây đai trùng khi truyền tải.
+ Resultant axle load (Fr): Lực hướng tâm lên ổ trục.
+ Static tensioning force (Fv): Lực căng tĩnh.
+ Span length (Lf): Chiều dài dây đai khi dãn.
110


- Pulley 2: Bánh đai số 2.
+ Power ratio (Px): Tỷ số công suất.
+ Power (P): Công suất.
+ Torque (T): Mômen.
+ Speed (n): Tốc độ quay.
+ Transmisstion Ratio (i): Tỷ số truyền.

+ Pitch Diameter (DP): Đường kính vịng chia.
+ Arc of Contact (β): Cung tiếp xúc.
+ Force on Input (F1): Lực trên dây đai căng khi truyền tải.
+ Force on Output (F2): Lực trên dây đai trùng khi truyền tải.
+ Resultant Axle Load (Fr): Lực hướng tâm lên ổ trục.
+ Static Tensioning Force (Fv): Lực căng tĩnh.
+ Span Length (Lf): Chiều dài dây đai khi dãn.
- Kết quả mơ hình tính tốn.

Hình 4.14. Mơ hình 3D bộ truyền đai thang

4.2. Thiết kế bộ truyền xích
Thiết kế các bộ truyền động xích với xích ống, xích ống con lăn và cung cấp một
thiết kế đầy đủ về các chi tiết đó. Chương trình bao gồm hai phương pháp tính tốn: tính
tốn thiết kế và tính tốn sức bền. Tính tốn thiết kế thực hiện một thiết kế xích được căn
cứ vào đặc tính bộ truyền do người sử dụng xác định. Tính tốn sức bền thực hiện kiểm tra
sức bền của loại xích được chọn.

111


4.2.1. Khởi tạo chương trình
Khởi động phần mềm bằng cách kích đúp chuột vào biểu tượng của phần mềm trên
desktop hoặc vào Start/Program/Autodesk/Autodesk Inventor 2014.

4.2.2. Thiết lập file thiết kế
Sau khi khởi động phần mềm, thực hiện lệnh New, lựa chọn file Standard.iam.

Hình 4.15. Chọn file thiết kế
Chọn tab Design sau đó chọn Roller Chains để tiến hành thiết kế bộ truyền xích.

Hình 4.16. Lựa chọn thiết kế bộ truyền xích
112


Sau khi chọn mục Roller Chains, tạo và lưu thư mục lắp ghép. Hộp thoại Roller
Chains Generator sẽ xuất hiện.

Hình 4.17. Hộp thoại Roller Chains Generator
Trong hộp thoại Roller Chains Generator có 2 tab: Design và Calculation.

4.2.3. Tab Design
Tab Design để khai báo các thơng số về hình học của xích, bánh xích, loại xích.
- Chain: Chọn loại xích.

Hình 4.18. Lựa chọn loại xích trong thư viện xích tiêu chuẩn
113


Trong thư viện của Inventor có các loại xích tiêu chuẩn để người thiết kế có thể lựa
chọn cho phù hợp với mục đích thiết kế.
- Select Chain Mid Plane: Chọn mặt phẳng đối xứng của xích.
Người thiết kế sử dụng chuột để lựa chọn mặt phẳng đối xứng của xích, có thể chọn
mặt phẳng gốc trên cây thư mục hoặc lựa chọn một mặt phẳng cơ sở nào đó có sẵn.

Hình 4.19. Chọn mặt phẳng đối xứng của xích
Trong trường hợp muốn dịch chuyển mặt phẳng đối xứng của xích, người thiết kế
nhập giá trị dịch chuyển vào mục Mid Plane Offset.
- Number of Chain Strands: Số dãy xích.

Hình 4.20. Chọn số dãy xích
114


- Number of Chain Links: Số mắt xích.
Số mắt xích có thể chọn chỉ số chẵn, hoặc chỉ số lẻ, hoặc tuỳ chọn.

Hình 4.21.Chọn số mắt xích
- Sprockets: Thiết kế các thơng số bánh xích.
Tiến hành thiết kế thơng số hình học của bánh xích, hộp thoại Roller Sprocket
Properties sẽ hiện ra:

115


Hình 4.22. Thiết kế các thơng số bánh xích
Có hai lựa chọn: kích thước mặc định hoặc kích thước tuỳ chỉnh. Nếu người thiết kế
không lựa chọn mục Custom size thì các kích thước của bánh đai sẽ lấy giá trị mặc định. Nếu
người thiết kế lựa chọn mục Custom size thì có thể thay đổi các thơng số hình học tùy chỉnh.
Trong một số trường hợp bánh xích truyền cho hơn một bộ truyền, ta có thể lựa chọn
số bánh xích nhiều hơn số dãy xích của bộ truyền đang thiết kế. Để thay đổi số bánh xích,
người thiết kế lựa chọn mục Custom Number of Strands và nhập số bánh xích vào mục
Number of Strands.
Thực hiện tương tự với bánh xích thứ 2 của bộ truyền.

116


4.2.4. Tab Calculation
Tab Calculation để khai báo và thực hiện các lệnh tính tốn.

Hình 4.23. Hộp thoại Calculation
- Working Conditions: Lựa chọn điều kiện làm việc.

Hình 4.24. Các phương án lựa chọn phương pháp tính tốn

117


Người thiết kế lựa chọn kiểu thông số tải trọng đầu vào và nhập số liệu tính tốn. Có
3 phương án nhập thông số tải trọng đầu vào:
+ Torque, Speed → Power: Biết mơmen xoắn, tốc độ quay tính tốn công suất;
+ Power, Torque → Speed: Biết công suất, mômen xoắn → tính tốn tốc độ quay;
+ Power, Speed → Torque: Biết cơng suất, tốc độ quay → tính tốn mômen xoắn.
- Power: Công suất trên trục chủ động.
- Speed: Tốc độ quay của trục chủ động.
- Torque: Mômen xoắn trên trục chủ động.
- Efficiency (η): Hiệu suất bộ truyền. Giá trị mặc định là 0,980.
- Required Service Life (Lh): Yêu cầu tuổi thọ của xích (tính bằng giờ). Sử dụng giá trị
mặc định hoặc nhập yêu cầu tuổi thọ của bộ truyền xích trực tiếp vào ơ. Ta cũng có thể
nhấn vào phần mở rộng để chọn thời gian và máy tương ứng sau đó nhấn “OK”.

Hình 4.25. Chọn tuổi thọ của xích tương ứng với loại xích
- Maximum Chain Elongation (ΔLmax): Độ dãn tối đa của dải xích.
- Application: Điều kiện sử dụng.

118


Hình 4.26. Lựa chọn điều kiện sử dụng

- Environment: Điều kiện mơi trường làm việc.
Có hai lựa chọn: Sạch sẽ (Clean) hoặc bẩn (Soiled).

Hình 4.27. Lựa chọn điều kiện mơi trường làm việc
119


- Lubrication: Điều kiện bơi trơn.

Hình 4.28. Lựa chọn điều kiện bôi trơn
Lựa chọn một trong các điều kiện bôi trơn sau:
+ Recommended: Đề nghị;
+ No Lubrication: Không bôi trơn;
+ Manual: Sổ tay;
+ Drip Feed: Thẩm thấu;
+ Disc or Bath: Ngâm trong dầu bôi trơn;
+ Forced Feed: Bôi trơn cưỡng bức.
- Chain Properties: Tính chất của xích.
+ Tensile strength (Fu): Sức căng xích.
+ Specific mass: Khối lượng riêng.
+ Chain power rating: Tỷ lệ cơng suất dải xích.
120


+ Chain Construction Factor: Hệ số cấu trúc dải xích.
- Power Correction Factors: Các yếu tố hiệu chỉnh công suất.
+ Shock Factor (y): Hệ số va chạm.
+ Service Factor (f1): Hệ số dịch vụ.
+ Sprocket size Factor (f2): Hệ số kích thước bánh xích.
+ Strands Factor (f3): Hệ số tính chất dây xích.

+ Lubrication Factor (f4): Hệ số bơi trơn.
+ Center Distance Factor (f5): Hệ số khoảng cách tâm bánh xích.
+ Ratio Factor (f6): Hệ số tỷ số truyền.
+ Service Life Favtor (f7): Hệ số tuổi thọ.
- Limit Chain Bearing Area Pressure: Giới hạn áp lực bề mặt.
+ Permissible Pressure (p0): Áp suất chấp nhận được.
+ Specifiv Friction factor (λ): Hệ số ma sát riêng.
- Vibration Analysis: Phân tích độ rung.
+ Chain Stiffness (c): Độ cứng xích.
+ Limit of Critical Speed (Δn): Giới hạn tốc độ tới hạn.
Sau khi hoàn thành việc lựa chọn các thơng số hình học, thơng số tải trọng và các hệ
số, tiến hành tính tốn kiểm tra bền bằng nút calculate. Nếu phần mềm báo kết quả tính
tốn:
- Calculation Indicates Compliance: Tính tốn thành cơng.
- Calculation Indicates Design Failure: Tính tốn thất bại.

4.2.5. Kết quả
Kết quả tính tốn thiết kế bộ truyền được hiển thị ở hai dạng: Mơ hình và số liệu
tính tốn.
Kết quả mơ hình bộ truyền được lưu trữ dạng file chi tiết và hệ lắp ghép trong ổ cứng
máy tính theo đường dẫn đã được người thiết kế lựa chọn. Ngoài ra số liệu hình học cũng
được hiển thị tại tab Design như sau:

121


Hình 4.29. Kết quả tính tốn thiết kế bộ truyền đai trong tab design
- Chain: Thơng số xích.
+ Pitch (p): Chiều cao.
+ Maximum Roller Diameter (d1): Đường kính con lăn lớn nhất.

122


+ Maximum Pin Body Diameter (d2): Đường kính thân chốt xích lớn nhất.
+ Transerse Pitch (Pt): Bề ngang.
+ Minimum width between inner plates (bt): Chiều rộng tối thiểu giữa các tấm.
+ Maximum inner plate depth (h2): Chiều sâu các tấm tối đa.
+ Maximum outer or intermediate plate depth (h3): Độ sâu tấm ngoài hoặc trung
gian tối đa.
+ Maximum width over bearing pins (b): Chiều rộng tối đa trên chốt chịu lực.
+ Maximum inner plate width (t1): Chiều rộng tấm tối đa.
+ Maximum outer or intermediate plate width (t2): Chiều rộng tấm ngồi hoặc trung
gian tối đa.

4.2.6. Kết quả mơ hình tính tốn

Hình 4.30. Mơ hình 3D bộ truyền xích

123