Đồ án thiết kế hệ thống dẫn động xích tải hộp giảm tốc côn - trụ 2 cấp

RƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ

BỘ MƠN THIẾT KẾ MÁY


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ
Đề tài 16:

“THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI”
GVHD:
SVTH:
MSSV:
LỚP:
Phương án: 3

TP. Hồ Chí Minh, Ngày 8 tháng 3 năm 2021


Đồ án thiết

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án thiết kế là một mơn học giúp cho sinh viên chun ngành Cơ khí có những
kiến thức cơ bản về việc thiết kế các hệ thống truyền động cơ khí, để từ đó có cách nhìn về
hệ thống sản xuất, về việc điều khiển các hệ thống tự động trong các nhà máy, xí nghiệp
hay phân xưởng. Trong chương trình đào tạo cho sinh viên, nhà trường đã tạo điều kiện
cho chúng em được tiếp xúc và làm quen với việc nghiên cứu: “Thiết kế hệ thống dẫn
động xích tải”.
Do lần đầu tiên làm quen thiết kế với khối lượng kiến thức tổng hợp, cịn có những
mảng chưa nắm vững cho nên dù đã rất cố gắng, song bài làm của em không thể tránh khỏi

những sai sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của thầy giúp em có được những
kiến thức thật cần thiết để sau này ra trường có thể ứng dụng trong cơng việc cụ thể của
sản xuất.
Trong phạm vi đồ án, các kiến thức từ các môn cơ sở như Nguyên lý máy, Cơ lý
thuyết, Vẽ kỹ thuật, ... được áp dụng khiến sinh viên có cái nhìn tổng quan về một hệ
thống dẫn động cơ khí. Từ đây, cộng với những kiến thức chuyên ngành, em sẽ tiếp cận
được với các hệ thống thực tế, có được cái nhìn tổng quan hơn để chuẩn bị cho đồ án tiếp
theo và luận văn tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn thầy đã tận tâm hướng dẫn em hồn thành đồ án mơn
học.
Đây là đồ án thiết kế một hệ thống cơ khí đầu tiên nên sẽ khơng tránh được những
thiếu sót và thiếu kinh nghiệm trong việc tính tốn, chọn lựa các chi tiết. Em kính mong
được sự chỉ dẫn thêm của quý thầy cô để em được củng cố kiến thức và đúc kết thêm những
kinh nghiệm quý báu phục vụ cho công việc sau này.

Trân trọng cảm ơn!

1


Đồ án thiết

2


Đồ án thiết

Mục lục
I.

XÁC ĐỊNH ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN ...................................7
1.1

Chọn động cơ điện ................................................................................................7

1.1.1

Xác định công suất động cơ ..........................................................................7

1.1.2

Xác định số vòng quay sơ bộ ........................................................................8

1.1.3

Phân bố tỉ số truyền .......................................................................................8

1.2

Bảng thông số ........................................................................................................8

1.2.1

Công suất trên các trục .................................................................................9

1.2.2

Số vòng quay trên các trục ...........................................................................9

1.2.3

Moment xoắn trên các trục ...........................................................................9

1.2.4

Bảng đặc tính kỹ thuật hệ thống truyền động ..........................................10

II.

TÍNH TỐN BỘ TRUYỀN ĐAI .........................................................................11

2.1

Thơng số đầu vào ................................................................................................11

2.2

Tính tốn bộ truyền đai .....................................................................................11

2.2.1

Chọn loại đai ................................................................................................11

2.2.2

Xác định thông số bộ truyền .......................................................................11

2.2.3

Xác định số dây đai ......................................................................................13

2.2.4

Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục ................................14

2.2.5

Tuổi thọ đai ..................................................................................................14

2.3
III.

Bảng thông số bộ truyền đai thang ...................................................................15
TÍNH TỐN HỘP GIẢM TỐC ...........................................................................16

3.1

Thơng số đầu vào ................................................................................................16

3.2

Chọn vật liệu .......................................................................................................16

3.3

Xác định ứng suất cho phép ..............................................................................16

3.4

Tính tốn bộ truyền cấp nhanh – Cặp bánh răng cơn ....................................18

3.4.1

Xác định chiều dài cơn ngồi ......................................................................18

3.4.2

Xác định thơng số ăn khớp .........................................................................19

3.4.3

Tính lại thơng số cơ bản của bộ truyền .....................................................19

3.4.4

Xác định lực tác dụng lên bộ truyền ..........................................................20

3.4.5

Kiểm nghiệm răng về độ bề tiếp xúc ..........................................................20
3


Đồ án thiết

3.4.6

Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn ..............................................................21

3.4.7

Kiểm nghiệm răng về quá tải .....................................................................22

3.4.8

Bảng thông số bánh răng cơn .....................................................................22

3.5 Tính tốn bộ truyền bánh cấp chậm – Bộ truyền bánh răng trụ răng
nghiêng ...........................................................................................................................23
3.4.1

Xác định sơ bộ khoảng cách trục ...............................................................23

3.4.2

Xác định thông số ăn khớp .........................................................................24

3.4.3

Xác định lực tác dụng lên bộ truyền ..........................................................24

3.4.4

Kiểm nghiệm răng về độ bề tiếp xúc ..........................................................24

3.4.5

Kiểm nghiệp răng về độ bề uốn ..................................................................27

3.4.6

Kiểm nghiệm răng về quá tải .....................................................................28

3.4.7

Bảng thông số bánh răng trụ nghiêng .......................................................29

3.6
IV.

Điều kiện bôi trơn ngâm dầu .............................................................................30
TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ TRỤC ...................................................................31

4.1

Thơng số cơ bản ..................................................................................................31

4.2

Tính tốn, thiết kế trục và then .........................................................................31

4.2.1

Chọn vật liệu tính tốn sơ bộ ......................................................................31

4.2.2

Thiết kế trục I ..............................................................................................33

4.2.3

Thiết kế trục II .............................................................................................36

4.2.4

Thiết kế trục III ...........................................................................................38

4.2.5

Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi và bền tĩnh. ..........................................40

4.2.6

Kiểm nghiệm độ bền của then. ...................................................................42

V. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ Ổ LĂN .....................................................................44
5.1

Trục I ...................................................................................................................44

5.1.1

Thông số đầu vào .........................................................................................44

5.1.2

Chọn loại ổ lăn. ............................................................................................44

5.1.3

Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ. .....................................................44

5.1.4

Khiểm nghiệm khả năng tải tĩnh. ...............................................................46

5.1.5

Số vòng quay tới hạn của ổ: ........................................................................46

5.2

Trục 2...................................................................................................................47

5.2.1

Thông số đầu vào .........................................................................................47

5.2.2

Chọn loại ổ lăn. ............................................................................................47
4


Đồ án thiết

5.2.3

Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ. .....................................................47

5.2.4

Khiểm nghiệm khả năng tải tĩnh. ...............................................................49

5.2.5

Số vòng quay tới hạn của ổ: ........................................................................49

5.3

Trục III ................................................................................................................50

5.3.1

Thông số ban đầu.........................................................................................50

5.3.2

Chọn loại ổ lăn .............................................................................................50

5.3.3

Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ. .....................................................51

5.3.4

Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh. .................................................................52

5.3.5

Số vòng quay tới hạn của ổ. ........................................................................52

VI.

THÂN MÁY, BULONG VÀ CÁC CHI TIẾT KHÁC. ......................................54

6.1

Kết cấu vỏ hộp giảm tốc đúc. ............................................................................54

6.2

Một số kết cấu khác liên quan đến vỏ hộp .......................................................56

6.2.1

Vịng móc. .....................................................................................................56

6.2.2

Chốt định vị. .................................................................................................56

6.2.3

Cửa thăm. .....................................................................................................56

6.2.4

Nút thông hơi. ..............................................................................................57

6.2.5

Nút tháo dầu. ................................................................................................58

6.2.6

Que thăm dầu ...............................................................................................58

6.2.7

Ống lót ..........................................................................................................59

6.2.8

Vịng chắn dầu, chắn mỡ.............................................................................60

VII. DUNG SAI LẮP GHÉP.........................................................................................60
7.1

Dung sai ổ lăn: ....................................................................................................60

7.2

Lắp ghép bánh răng trên trục:..........................................................................61

7.3

Lắp ghép nắp ổ và thân hộp: .............................................................................61

7.4

Lắp ghép vòng chắn dầu trên trục: ..................................................................61

7.5

Lắp chốt định vị: ................................................................................................61

7.6

Lăp ghép then: ....................................................................................................61

KẾT LUẬN .......................................................................................................................64
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................................65

5


Đồ án thiết

THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI

Hệ thồng dẫn động xích tải gồm: 1- Động cơ điện 3 pha không đồng bộ;
2- Bộ truyền đai thang; 3- Hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp côn trụ; 4- Nối trục đàn hồi;
5- Xích tải (Quay 1 chiều, tải va đập nhẹ, 1 ca làm việc 8 giờ)
Số liệu thiết kế:
Lực vịng trên xích tải, F (N):

4000

Vận tốc vịng, v (m/s):

1,3

Số răng đĩa xích tải dẫn, z (răng):

9

Bước xích tải, p (mm):

110

Thời gian phục vụ L, năm:

7

Số ngày làm/năm Kng, ngày:

300

Số ca làm việc trong ngày, ca:

3

t1, giây:

30

t2, giây:

45

T1:
T2:

T
0,6T
6


Đồ án thiết

I.

XÁC ĐỊNH ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN
1.1

Chọn động cơ điện

1.1.1 Xác định công suất động cơ
Vì động cơ làm việc theo sơ đồ tải trọng nên ta chọn động cơ dựa vào công thức đẳng trị.
Công suất động cơ phải lớn hơn công suất cần thiết: Pđ ≥ P
Công suất tác dụng: P =

.

=

. ,

= 5,2 kW

Do tải trọng thay đổi nên ta có thể tính cơng suất tương đương theo cơng thức sau:

P đ = P.
Ta có: P

∑

( ) .
∑

.

= 5,2.

,

.

= 4,08 kW

= P đ = 4,08 kW

Hiệu suất chung của hệ thống:
η

=η

.η

. ηđ . η . η

= 0,97.0,97.0,95. 0,995 . 1 = 0,8761

η

= 0,97: Hiệu suất bộ bánh răng trụ răng nghiêng

η

= 0,97: Hiệu suất bộ bánh răng cơn

Trong đó:

ηđ = 0,95: Hiệu suất bộ truyền đai
η = 0,995: Hiệu suất cặp ổ lăn
η

= 1: Hiệu suất nối trục

Công suất cần thiết của động cơ: Pđ =

đ

Số vịng quay cần thiết của xích tải: n =

,

=

= 4,66 kW

,
.
.

Tỉ số truyền chung xác định theo công thức: u

=

. ,
.

= uđ . u

= 78,78 vg/ph
=

đ

7


Đồ án thiết

1.1.2 Xác định số vòng quay sơ bộ
Theo Bảng 3.2 tài liệu [3], ta chọn sơ bộ tỉ số truyền như sau:
 Hộp giảm tốc côn-trụ 2 cấp: u

= 12

 Tỉ số truyền bánh đai, uđ = 1,5
 Tỉ số truyền cấp nhanh, u = 4
 Tỉ số truyền cấp chậm, u = 3
Từ đây, ta có tỉ số truyền chung sơ bộ: u

= uđ . u

Do đó số vòng quay của động cơ là: nđ = n . u

= 1,5.12 = 18
= 78,78.18 = 1418,04 vg/ph

⇒ Ta chọn động cơ có số vịng quay: n = 1425 vg/ph
Theo phụ lục P1.3 tài liệu [1], ta chọn động cơ cơng suất Pđ = 5,5 kW, có các thơng số
như sau:
Công suất Vận tốc quay
Kiểu động cơ
P, (kW)

(vg/ph)

5,5

1425

4A112M4Y3

cosφ Tk/Tdn Tmax/Tdn

η%

0,85

85,5

2,0

2,2

1.1.3 Phân bố tỉ số truyền
Tỉ số truyền thực sự của hệ thống dẫn động: u
Hộp giảm tốc bánh răng côn – trụ 2 cấp: u
Bộ truyền đai thang: uđ =

=

,

=

đ

=

,

= 18,08

= 12

≈ 1,5

⇒ Động cơ với số vòng quay n = 1425 vg/ph; u

= 18,08; uđ = 1,5; u

= 12;

u = 4; u = 3
1.2

Bảng thông số

8


Đồ án thiết

1.2.1 Công suất trên các trục
P =

.

P =

Pđ =
1.2.2

,

. ,

,

. ,
,

=

đ.

.

,

=

.

,
,

=

.

P =

,

=

,

. ,

= 4,10 kW
= 4,25 kW
= 4,40 kW
= 4,65 kW

Số vòng quay trên các trục

nđ = 1425 vg/ph
đ

nI =

đ

n =
n

=

=

,

=

= 950 vg/ph
= 237,5 vg/ph

=

,

= 79,17 vg/ph

Kiểm tra lại sai số giữa số vịng quay tính tốn và số vòng quay thực tế:
|n − n | |78,78 − 79,17|
=
≈ 0,50 %
n
78,78
Sai số nhỏ hơn 5% nên ta có thể chấp nhận giữ nguyên các tỉ số truyền đã chọn.
1.2.3 Moment xoắn trên các trục
Tđ = 9,55. 10 .

Pđ
4,65
= 9,55. 10 .
= 31163,16 Nmm
nđ
1425

T = 9,55. 10 .
T = 9,55. 10 .

T = 9,55. 10 .

= 9,55. 10 .

,

= 9,55. 10 .
= 9,55. 10 .

= 44231,58 Nmm
,

= 170894,74 Nmm

,
,
,

= 494568,65 Nmm

9


Đồ án thiết

T

= 9,55. 10 .

P

4,08
= 9,55. 10 .
= 492156,12 Nmm
n
79,17

1.2.4 Bảng đặc tính kỹ thuật hệ thống truyền động
Trục
Động cơ

I

II

III

Công tác

4,65

4,40

4,25

4,10

4,08

Thông số
Công suất P, (kW)

Tỉ số truyền u
Momen xoắn T, Nmm
Số vòng quay n, (vg/ph)

1,5

4

3

1

31163,16 44231,58 170894,74 494568,65 492156,12
1425

950

237,5

79,17

79,17

10


Đồ án thiết

II.

TÍNH TỐN BỘ TRUYỀN ĐAI
2.1

Thơng số đầu vào

Bộ truyền đai thang có:
 Cơng suất: Pđ = 4,65 kW
 Số vòng quay bánh dẫn: nđ = 1425 vg/ph
 Moment xoắn: T = 31163,16 Nmm
 Tỉ số truyền: uđ = 1,5
2.2

Tính tốn bộ truyền đai

2.2.1 Chọn loại đai
Theo u cầu ta chọn loại đai thang. Dựa vào công suất và số vịng quay của bánh dẫn theo
hình 4.3 tài liệu [3], ta chọn đai thang thường loại B.
2.2.2 Xác định thông số bộ truyền
Theo bảng 4.13 tài liệu [1] ta có các thơng số sau:
bt, mm b, mm h, mm y0, mm A, mm2 Chiều dài đai, l (mm)
14

17

10,5

4

138

800 ÷ 6300

d1, mm
140 ÷ 280

Khoảng đường kính đai nhỏ: 140 ≤ d ≤ 280. Vậy ta chọn d = 147,84 mm
Vận tốc đai: v =

. đ .

=

.

.

,

= 11,03 m/s

Vì v = 11,03 m/s < 25 m/s Nên ta chấp nhận d = 147,84 mm
Đường kính bánh bị dẫn: d =

. đ
(
)

Trong đó:
 Đường kính bánh dẫn: d = 147,84 mm
 Tỷ số truyền bộ truyền đai: uđ = 1,5

11


Đồ án thiết

 Hệ số trượt: ε = (0,01 ÷ 0,02)
⇒ d = 224 ÷ 226,29. Chọn d = 224 mm theo dãy tiêu chuẩn bảng 4.21 tài liệu [1]
Tỉ số truyền thực tế: uđ =

=

Kiểm tra lại sai số tỉ số truyền:

= 1,52

,
| ,

,

|

,

≈ 1,3 %

Sai số nhỏ hơn 5% nên ta có thể chấp nhận giữ nguyên các tỉ số truyền đã chọn.
Khoảng cách trục chọn nhỏ nhất xác định theo công thức:
2(d + d ) ≥ a ≥ 0,55(d + d ) + h
⇔ 2(147,84 + 224) ≥ a ≥ 0,55(147,84 + 224) + 10,5

⇔ 743,68 ≥ a ≥ 215,012
Ta có thể chọn sơ bộ a = 1,5d = 1,5.224 = 336 mm khi uđ = 1,5
Chiều dài tính tốn của đai:
L = 2a +

π(d + d ) (d − d )
+
2
4a

= 2.336 +

(

,

)

+

(

, )
.

= 1260,40 mm

Chọn chiều dài đai theo tiêu chuẩn: L = 1320 mm = 1,32 m
Kiểm tra tuổi thọ: i = =

,
,

Tính lại khoảng cách trục: a =

= 8,36 s

< [i] = 10 s , do đó điều kiện được thỏa.

√

Trong đó:
k=L−π
Δ=

(d + d )
(147,84 + 224)
= 1320 − π
= 735,92 mm
2
2

d −d
224 − 147,84
=
= 38,08
2
2

12

Đồ án thiết

,

⇒a=

,

.

,

= 365,98 mm. Chọn a = 366 mm

Giá trị a vẫn thỏa mãn trong khoảng cho phép.
Góc ơm đai bánh đai nhỏ:
α = 180 −

(d − d ). 57
(224 − 147,84). 57
= 180 −
= 168,13
a
366

= 2,93 rad
2.2.3 Xác định số dây đai
P. K đ

[P ]. C . C . C . C

z≥

Trong đó:
 Kđ = 1 – hệ số tải trọng động xem bảng 4.7 tài liệu [1]
 [P0] = 1,85 – công suất cho phép, kW. Đối với đai thang thường với v
= 10 m/s theo bảng 4.19 tài liệu [1]
 C = 0,98 – hệ số ảnh hưởng đến góc ơm đai theo bảng 4.15 tài liệu
[1] với α = 168,13
 C =

= 0,92 – Hệ số xét đến ảnh hưởng chiều dài đai

=

 C = 1,11 – hệ số kể đến ảnh hưởng của tỉ số truyền.
 C = 0,94 – Giả sử z = 3
⇒z≥

,
,

. ,

. ,

.
. ,

. ,

≈ 2,64 . Chọn z = 3 (điều giả sử để có Cz là đúng)

Ta chọn góc chêm đai γ = 340.
Theo bảng 4.21 tài liệu [1], ta có các thơng số biên dạng của bánh đai (mm):
H

h0

t

e

d

b1

16 4,2 19 12,5 125…160 17
Chiều rộng bánh đai: B = (z − 1). t + 2e = (3 − 1). 19 + 2.12,5 = 63 mm
13


Đồ án thiết

Đường kính ngồi của bánh đai:
d

= d + 2. h = 147,84 + 2.4,2 = 156,24 mm

d

= d + 2. h = 224 + 2.4,2 = 232,4 mm

2.2.4 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục
Do vận tốc v < 30 m/s nên ta bỏ qua lực ly tâm Fv tác dụng lên dây đai.
Lực vịng có ích trên dây đai:
F =

1000P
1000.4,65
=
= 421,58 N
v
11,03

Theo cơng thức 4.19 tài liệu [1], ta có lực căng đai ban đầu:
F = [σ ]zA = 1,5.3.138 = 621 N
(Do đai thang nên ta chọn [σ0] = 1,5 MPa
Lực căng đai trên nhánh căng: F = F +
Lực căng trên nhánh chùng: F = F −

,

= 621 +
= 621 −

Lực tác dụng lên trục và ổ: F ≈ 2F sin

,

= 831,79 N
= 410,21 N

= 2.621. sin

,

= 853,84 N

2.2.5 Tuổi thọ đai
σ

L =

= σ +σ +σ

= σ + 0,5σ + σ + σ

= 1,5 +

F
+ ρ. v . 10
2. z. A

= 1,5 +

421,58
+ 1200. 11,03 . 10
2.3.138

(

) .
.

.

=

(
.

,

) .
. ,

+

2y
.E
d
+

2.4
. 100 = 7,57 MPa
147,84

= 663,18 giờ = 27 ngày

Trong đó:

14


Đồ án thiết

 σr = 9 MPa - Theo bảng trang 156 tài liệu [3] (đai thang)
 m = 8 – Số mũ của đường cong mỏi (đai thang)
 σ = 1,5
2.3 Bảng thông số bộ truyền đai thang
d1 (mm)

d2 (mm)

L (mm)

a (mm)

α1

B (mm)

147,84

224

1320

366

168,13

63

d (mm) d (mm)
156,24

232,4

15


Đồ án thiết

III. TÍNH TỐN HỘP GIẢM TỐC
3.1

Thơng số đầu vào

Bộ truyền bánh răng trong hộp giảm tốc với:
 Công suất: P1 = 4,40 kW
 Số vòng quay trục I: n1 = 950 vg/ph
 Số vòng quay trục II: n2 = 237,5 vg/ph
 Tỉ số truyền: u1 = 4; u2=3
 Moment xoắn trục I: T1 = 44231,58 Nmm
 Moment xoắn trục II: T2 = 170894,74 Nmm
 Làm việc: 7 năm, mỗi năm làm 300 ngày, ngày 3 ca, mỗi ca 8 giờ.
3.2 Chọn vật liệu

Do khơng có u cầu gì đặc biệt và theo quan điểm thống nhất trong thiết kế, ở đây ta chọn
vật liệu 2 cấp bánh răng là như nhau.
Theo phần 6.1 trong tài liệu [1], ta chọn thép C45 tôi cải thiện, độ rắn HB = (230÷300)
có:
σ = 850 MPa, σ

= 580 MPa đối với bánh dẫn.

σ = 750 MPa, σ

= 450 MPa đối với bánh bị dẫn.

3.3

Xác định ứng suất cho phép

Theo bảng 6.2 tài liệu [1], đối với thép C45 tôi cải thiện, độ cứng HB = (180÷350), ta có:
σ

= 2. HB + 70, S = 1,1; σ

= 1,8. HB, S = 1,75.

Chọn độ rắn bánh nhỏ HB1= 250, độ rắn HB2= 240, khi đó:
σ

= 2. HB + 70 = 2.250 + 70 = 570 MPa

σ

= 1,8. HB = 1,8.250 = 450 MPa

σ

= 2. HB + 70 = 2.240 + 70 = 550 MPa
16


Đồ án thiết

σ

= 1,8. HB = 1,8.240 = 432 MPa

Số chu kì ứng suất cơ khi thử về tiếp xúc:
N

= 30. N

,

= 30. 250

,

= 17067789,4

N

= 30. N

,

= 30. 240

,

= 15474913,67

Số chu kì thay đổi tương đương:
T

N

= 60c

(
T

) .n t

N

= 60c

T
(
)
T

.n t

Trong đó:
 c = 1 – Số lần ăn khớp trong 1 vòng quay
 T , n , t – Lần lượt là moment xoắn, số vòng quay và tổng thời gian làm
việc ở chế độ i
 m = 6 – Bậc của đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc và uốn

Nên K

⇒N

= 60.1. (1 . 30 + 0,6 . 45). 950.44231,58 = 1,0014. 10

> N

N

= 60.1. (1 . 30 + 0,6 . 45).950.44231,58 = 8,0929. 10

> N

=K

Tương tự: K
S

=1
=K

=1

= 1,2 (bảng 6.2 tài liệu [1])
⇒ [σ ] = σ

.

=

[σ ] = σ

.

=

.

= 518,18

.

= 500

,

,

Đối với cặp bánh răng côn: [σ ] = 500
Đối với cặp bánh răng nghiêng: [σ ] =

[

] [

]

=

,

= 509.09
17


Đồ án thiết

Bộ truyền là bộ truyền 1 chiều nên K =1
.

[σ ] =

.

[σ ] =

.K

=

.K

=

. .

= 257,1429 MPa

. .

= 246,8571 MPa

,

.

Ứng suất quá tải cho phép:

3.4

[σ ]

= 2,8. [σ ] = 2,8.450 = 1260 MPa

[σ ]

= 0,8. [σ

] = 0,8.450 = 464 MPa

Tính tốn bộ truyền cấp nhanh – Cặp bánh răng cơn

3.4.1 Xác định chiều dài cơn ngồi

R =K

u + 1.

TK
(1 − ψ )ψ u[σ ]

Trong đó
 K = 100MPa

/

− Với truyền động bánh răng côn răng thẳng bằng

thép
 K = 0,5K = 50 – Hệ số phụ thuộc vào vật liệu bánh răng và loại răng
 T1 – Moment xoắn trên trục bánh chủ động
 [σ ] = 500 - Ứng suất tiếp cho phép
 K

=

 K

= 1,23 – Hệ số kể đến sự phân bố không đồng đều tải trọng trên

= 0,3 – Hệ số chiều rộng vành răng

chiều rộng vành răng bánh răng côn, tra bảng 6.21 tài liệu [1] với

.

=

0,71

⇒ R = 50. 4 + 1.

44231,58.1,23
= 131,42 mm
(1 − 0,3). 0,3.4. 500

Đường kính chia ngoài sơ bộ:
18


Đồ án thiết

TK
= 100.
(1 − ψ )ψ u[σ ]

d =K

44231,58.1,23
= 63,74 mm
(1 − 0,3). 0,3.4. 500

3.4.2 Xác định thông số ăn khớp
Tra bảng 6.22 tài liệu [1] với d = 63,74 mm ta có z

= 22 ⇒ z = 1,6. z

= 1,6.22 =

35,2. Chọn z = 35 răng ⇒ z = u. z = 4.35 = 140 răng
Đường kính trung bình: d
Modun trung bình: m

= (1 − K . 0,5). d = (1 − 0,3.0,5). 60,86 = 54,19 mm

=

=

Modun vòng ngoài: m =

, .

,

=

= 1,55 mm
,
, . ,

= 1,82 mm

Chọn m = 2 mm theo tiêu chuẩn bảng 6.8 tài liệu [1] do đó ta tính lại số răng:
= m . (1 − 0,5K ) = 2. (1 − 0,5.0,3) = 1,7 mm

m
z =

=

,
,

= 31,88. Chọn z = 32 răng

z = u. z = 4.32 = 128 răng ⇒ ∆u = 0%
Góc cơn chia:
δ = arctan

z
z

= arctan

32
= 14,04
128

δ = 90 − δ = 75,96
3.4.3 Tính lại thơng số cơ bản của bộ truyền

Đường kính vịng chia ngồi:
d

= m . z = 2.32 = 64 mm

d

= m . z = 2.128 = 256 mm

Đường kính trung bình:
d

= d (1 − 0,5ψ ) = 64. (1 − 0,5.0,3) = 54,4 mm
19


Đồ án thiết

d

= d (1 − 0,5ψ ) = 256. (1 − 0,5.0,3) = 217,6 mm

Chiều dài cơn ngồi: R = 0,5. m . z
Chiều dài cơn trung bình: R

+z

= 0,5.2. √32 + 128 = 131,94 mm

= R (1 − 0,5ψ ) = 131,94. (1 − 0,5.0,3) = 112,15 mm

Chiều rộng vành răng: b = K . R = 0,3.131,94 = 39,58 mm
3.4.4 Xác định lực tác dụng lên bộ truyền
Lực vòng: F = F =
Lực hướng tâm:F
Lực dọc trục: F

.

=F
=F

=

.

,

= 1626,16 N

,

= F . tan 20 . cosδ = 1626,16 tan 20 . cos14,04 = 574,19N
= F . tan 20 . sinδ = 1626,16 tan 20 . sin14,04 = 143,59 N

3.4.5 Kiểm nghiệm răng về độ bề tiếp xúc

σ = Z .Z .Z

2T K u + 1

0,85bd u

Trong đó:
 Z = 274 – Hệ số kể đến cơ tính của vật liệu tra bảng 6.5 tài liệu [1]
 Z = 1,76 – Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc tra bảng 6.12 tài
liệu [1] với x + x = 0
 ε = 1,88 − 3,2

+

cos β = 1,88 − 3,2

+

cos 0 =

1,755 – Hệ số trùng khớp ngang
 Z =
 v=

,

=
.

.

=

.

, .

= 0,87 – Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng
= 2,71 – Vận tốc vòng. Với v = 2,71 m/s,

dựa vào bảng 6.13 tài liệu [1] đối với bánh răng trụ răng côn ta chọn cấp
chính xác là 8.
 Tra bảng 6.14 tài liệu [1] Trị số của hệ số phân bố không đều tải trọng
cho các đôi răng đồng thời ăn khớp với các thơng tin: cấp chính xác 8,
vận tốc 2,62 m/s ta có hệ số K = 1,05.
 Tra bảng 6.15 tài liệu [1] Trị số của các hệ số kể đến ảnh hưởng của
sai số ăn khớp δ . Tra bảng với thông số HB < 350𝐻𝐵 và dạng răng
nghiêng ta có δ = 0,004

20


Đồ án thiết

 Tra bảng 6.16 tài liệu [1] Hệ số của trị số kể đến ảnh hưởng của sai
lệch bước răng g . Tra bảng theo thông tin cấp chính xác 8 và modun m
< 3,55 ta có g = 56
(

 v = g . δ . v.
 K

. .

=1+

.

.

)

= 56.0,004.2,71

=1+

.

.
.

,
,

.
. ,

,
. ,

, (

)

= 5,00 m/s

= 1,09 – Hệ số kể đến

tải trọng động trong vùng ăn khớp.
⇒K =K

.K

.K

⇒ σ = 274.1,76.0,87

= 1,05.1,23.1,09 = 1,41
2.44231,58.1,41. √4 + 1
= 476,77 MPa < [σ ]
0,85.39,58. 54,4 . 4

Vậy độ bền tiếp xúc được kiểm nghiệm.
3.4.6 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn
σ

=

2. T . K . Y . Y . Y
≤ [σ ]
0,85. m . d . b

σ

=

σ .Y
Y

≤ [σ ]

Trong đó:
 m

= 1,7 – Mơ đun pháp trung bình

=m

 Y =1−
 Y =

= 1 – Hệ số kể đến độ nghiêng của răng

=

 z

=

 z

=

= 0,57 – Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng

,
(

)

(

)

=
=

(

,

)

(

,

)

= 32,99
= 567,3

 Y = 3,8; Y = 3,6 – Hệ số dạng răng CT 6.18 tài liệu [1]
 Tra bảng 6.21 tài liệu [1] với Kbe = 0,3 ta có hệ số phân bố không đều

tải trọng trên chiều rộng vành răng 𝐾𝐹𝛽 = 1,47
 Tra bảng 6.14 tài liệu [1] trị số của hệ số phân bố không đều tải trọng
cho các đôi răng đồng thời ăn khớp với các thông tin: cấp chính xác 8,
vận tốc 2,71 m/s ta có hệ số 𝐾𝐹𝛼 = 1,22
 Tra bảng 6.15 tài liệu [1] trị số của các hệ số kể đến ảnh hưởng của
sai số ăn khớp ta có 𝛿𝐹 = 0,011

21


Đồ án thiết

 Tra bảng 6.16 tài liệu [1] hệ số của trị số kể đến ảnh hưởng của sai
lệch bước răng g .Tra bảng theo thơng tin cấp chính xác 8 và modun m =
2 ta có g = 56.
(

 v = g . δ . v.
 K

)

. .

=1+

.

.

=1+

.

, (

= 0,011.56.2,71.
,
.

.

,

,

. ,

.

,
. ,

)

= 13,77 m/s

= 1,18 – Hệ số kể đến

tải trọng động trong vùng ăn khớp.

= 1,22.1,47.1,19 = 2,13

⇒ K = K .K .K
Vậy σ
σ

=

=
.

.

.
,

.

.

.

.

.
,

=

=

.
. ,

,

.

,
,

. ,

. , .

. ,
, .

. . ,
,

= 131,18MPa < [σ ]

= 124,28MPa < [σ ]

Vậy độ bền uốn được kiểm nghiệm.
3.4.7 Kiểm nghiệm răng về quá tải
Ta có hệ số quá tải: K

=

K

=

,

= 1,67

= 467,41. 1,67 = 604,03 ≤ [σ ]

σ

=σ

= 1260 MPa

σ

= σ .K

= 145,66.1,67 = 243,14 ≤ [σ ]

= 464 MPa

σ

= σ .K

= 137,99.1,67 = 230,44 ≤ [σ ]

= 464 MPa

Thỏa điều kiện quá tải.
3.4.8 Bảng thông số bánh răng cơn
Tên thơng số

Tính tốn các thơng số

Số răng

z = 32 răng; z = 128 răng

Thông số ăn khớp

Không dịch chỉnh

Chiều dài cơn ngồi

R = 131,94 mm

Chiều rộng vành răng cơn

b = 39,58 mm

Chiều dài cơn trung bình

R

= 110,37 mm

22


Đồ án thiết

Đường kính chia ngồi

d

Góc cơn chia

= 256 mm

δ = 14,04 ; δ = 75,96

Đường kính vịng chia

d

trung bình, mm

= 54,4 mm; d

= 217,6 mm

h = 2h m + c = 2 . cos β . m + 0,2m

Chiều cao răng ngoài

Chiều cao đầu răng ngoài

= 64 mm; d

= 2.2. cos0 + 0,2.2 = 4,4 mm
h

= (h + x cos β)m = (1 + 0. cos 0). 2 = 2 mm

h

= 2h m − h

Chiều cao chân răng

Đường kính răng ngoài

= 2.1.2 − 2 = 2 mm

h

=h −h

= 4,4 − 2 = 2,4 mm

h

=h −h

= 4,4 − 2 = 2,4 mm

d

=d

+ 2h

cos δ = 67,88 mm

d

=d

+ 2h

cos δ = 251,88 mm

Thơng số động học
Lực vịng F

F

= F = 1678,62 N

Lực hướng tâm F

F

= 592,72N ; F

= 148,22 N

Lực dọc trục F

F

= 148,22N ; F

= 592,72 N

3.5

Tính tốn bộ truyền bánh cấp chậm – Bộ truyền bánh răng trụ răng

nghiêng
3.4.1

Xác định sơ bộ khoảng cách trục
a = K . (u + 1).

.
[

] .

.

Trong đó:
 K = 43 – Hệ số phụ thuộc vào vật liệu: Tra bảng 6.5 tài liệu [1], vật
liệu cặp bánh răng và loại răng: thép - thép, răng nghiêng.
23

Đồ án thiết

 ψ = 0,4 – Tra bảng 6.6 tài liệu [1], vị trí đối xứng với các ổ bi trong
hộp giảm tốc
 ψ

= 0,5. ψ (u + 1) = 0,5.0,4. (3 + 1) = 0,8

 K

= 1,03 – Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều

rộng vành răng khi tính về tiếp xúc: Tra bảng 6.7 tài liệu [1],
,

⇒ a = 43. ( 3 + 1).

,

. ,

= 142,27 mm

. . ,

Vậy chọn theo tiêu chuẩn a = 160 mm
3.4.2

Xác định thông số ăn khớp
m = (0,01 ÷ 0,02). a = (0,01 ÷ 0,02).160 = 1,6 ÷ 3,2

Theo bảng 6.8 tài liệu [1], chọn modun pháp m = 2
Từ điều kiện 80 ≤ β ≤ 200
2. a . cos β
2. a . cos β
2.160. cos 20
2.160. cos 8
≤z ≤
⟺
≤z ≤
m. (u + 1)
m. (u + 1)
2. (3 + 1)
2. (3 + 1)
⇒ 37,59 ≤ z ≤ 39,61
Chọn Z = 38 răng
Số răng bánh lớn z = z . u = 38.3 = 114 răng ⇒ ∆u = 0%
.(

Góc nghiêng β: cos β =
3.4.3

.(

=

)
.

= 0,95 ⇒ β = 18,19

Xác định lực tác dụng lên bộ truyền

Lực vòng: F = F =
Lực hướng tâm: F
Lực dọc trục: F
3.4.4

)
.

=F
=F

.

.

=

=
.

.

,

=

.

,

,

.
,

= 4058,86 N
= 1555,01 N

= F . tan β = 1555,01. tan 18,19 = 510,96 N

Kiểm nghiệm răng về độ bề tiếp xúc
24