Ứng dụng MAPLE trong tính toán thiết kế cơ khí

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

ỨNG DỤNG MAPLE TRONG TÍNH TỐN
THIẾT KẾ CƠ KHÍ
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: T2014-91

S KC0 0 5 5 3 0

Tp. Hồ Chí Minh, 11/2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

ỨNG DỤNG MAPLE TRONG TÍNH TỐN
THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Mã số: T2014-91

Chủ nhiệm đề tài: Th.s Nguyễn Đức Tơn

TP. HCM, Tháng 11 / Năm 2014


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

ỨNG DỤNG MAPLE TRONG TÍNH TỐN
THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Mã số: T2014-91

Chủ nhiệm đề tài:Th.s Nguyễn Đức Tơn
Thành viên đề tài:

TP. HCM, Tháng 11 / Năm 2014


DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU
ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH

*******
1- Chủ trì đề tài: Nguyễn Đức Tơn
2- Đơn vị phối hợp chính:


MỤC LỤC
*****

Thông tin kết quả nghiên cứu

1

Mở đầu

3

Chương 1: Giới thiệu Maple

6

Chương 2: Tính tốn động cơ . Phân phối tỉ số truyền cho hộp giảm tốc 2

10

cấp.
Chương 3: Tính tốn thiết kế truyền động xích

15

Chương 4: Tính tốn thiết kế truyền động bánh răng

18

Chương 5: Tính tốn thiết kế trục truyền động trong hộp giảm tốc 2 cấp

29

Kết luận và kiến nghị

45

Tài liệu tham khảo

46


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Khoa Cơ khí chế tạo máy
Tp. HCM, Ngày 01

tháng 11

năm 2014

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thông tin chung:
- Tên đề tài: Ứng dụng Maple trong tính tốn thiết kế cơ khí
- Mã số: T2014-91
- Chủ nhiệm: Nguyễn Đức Tơn
- Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM
- Thời gian thực hiện: tháng 01/2014 đến tháng 11/2013
2. Mục tiêu:
Nghiên cứu sử dụng Maple trong tính tốn thiết kế cơ khí
- Tìm hiểu các chức năng tính tốn của Maple.
- Sử dụng Maple tính tốn thiết kế truyền động cơ khí .
Tính mới và sáng tạo:
- Sử dụng Maple trong tính tốn thiết kế cho phép người sử dụng tập trung giải quyết các
vấn đề kỹ thuật của bài tốn thay vì tính tốn xử lý số liệu.
- Dễ sửa chữa, cập nhật, thử nghiệm.
1. Kết quả nghiên cứu:

- Ứng dụng Maple trong tính tốn thiết kế các bộ truyền động cơ khí.
2. Sản phẩm:
- Tập thuyết minh kèm đĩa CD chứa nội dung và kết quả nghiên cứu.
6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:

- Kết quả nghiên cứu hồn tồn có thể đưa vào nội dung giảng dạy các mơn học, đồ án tính tốn
thiết kế cơ khí.
- Có thể ứng dụng trong thực tế.
Trưởng Đơn vị
(ký, họ và tên)

Chủ nhiệm đề tài
(ký, họ và tên)

Nguyễn Đức Tôn

1


INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1. General information:
Project topic: Application of Maple in mechanic design
Code number: T2014-91
Coordinator: NGUYEN DUC TON
Implementing institution: University of Technical Education Ho Chi Minh City
Duration: From January 2014 - November 2014
2. Objective(s):
Application of Maple in mechanic design calculation:
- Search for calculation functions of Maple.
- Use Maple in mechanic design calculation.
3. The New and Creation of Maple:
- The application of Maple allows users to concentrate on solving technical problems instead of
calculating statistics.
- Easy to fix, update statistics, test different methods to find the best solution.

4. Research results:
- Application of Maple in mechanic design.
5. Products:
- Description notes and a CD of contents and research results.
6. Effects, transfer alternatives of research results and applicability:
- Research results can be applied to lectures of every subject, calculation of mechanic design
projects.
- Can be applied to reality.

2


MỞ ĐẦU

Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở trong và ngồi nước
Nhiều mơn học trong trường đại học kỹ thuật đòi hỏi sinh viên phải thực hiện cơng
việc tính tốn dữ liệu ở dạng số. Cụ thể các môn: Sức bền vật liệu, dao động, nguyên lý chi tiết máy.
Trong các đồ án môn học thuộc lĩnh vực tính tốn, thiết kế như Thiết kế hệ dẫn
động cơ khí cơng việc tính tốn càng chiếm khá nhiều cơng sức và thời gian của sinh
viên.
Tính tốn thiết kế trong lĩnh vực cơ khí là một yêu cầu được coi trọng không những
trong môi trường học tập mà còn cả trong thực tế sản xuất.
Trong các trường đại học ở Việt nam, cụ thể ở trường đại học Sư phạm kỹ thuật
việc thực hiện các môn học, đồ án thường được sinh viên tính bằng tay. Điều này dễ dẫn
tới sai sót nhầm lẫn trong khâu xử lý, tính tốn số liệu.
Việc sửa chữa, cập nhật thử nghiệm các phương án để tìm kết quả tối ưu càng khó
khả thi đối với người học.
Ở một số trường đại học cịn áp dụng bảng tính Excel trong tính tốn thiết kế.
Phương pháp này tuy giảm thiểu cơng sức tính tốn nhưng khơng thể hiện được q trình
thiết kế một cách tường minh.

Các phần mềm toán thường được sinh viên kỹ thuật sử dụng, phổ biến nhất là
Matlab, Mathematica, Maple ...
Maple là ngôn ngữ sử dụng dạng ký hiệu rất quen thuộc và gần gũi vời con người.
Khả năng tính tốn cũng như chức năng đồ họa của Maple rất mạnh hồn tồn có thể đưa
vào giải quyết phần tính tốn của các bài tốn thiết kế cơ khí.
Tuy nhiên có một thực trạng ở Việt nam cũng như trường ta, việc tìm hiểu để ứng
dụng Maple giải quyết các bài tốn tốn thiết kế cơ khí gần như chưa được chú ý.

Tính cấp thiết
Tính tốn thiết kế máy là một trong những nội dung không thể thiếu trong chương
trình đào tạo kỹ sư cơ khí .

3


Trong thiết kế máy, cơng việc tính tốn xử lý số liệu là một công việc khá nặng nề
chiếm nhiều thời gian và dễ dẫn tới nhầm lẫn sai sót làm sai lệch kết quả., đặc biệt nếu
thực hiện thủ cơng bằng máy tính cầm tay như ở trường ta.
Ngồi vấn đề sai sót nhầm lẫn, việc tính tốn thủ cơng cịn có mặt hạn chế đối với
sinh viên trong công việc sửa chữa cập nhật cũng như thử nghiệm các phương án để tìm
lời giải tối ưu cho bài tốn thiết kế.
Trước tình hình thực tế , việc nghiên cưú tìm hiểu khả năng ứng dụng của Maple
trong học tập giảng dạy tính tốn thiết kế máy cho sinh viên ngành cơ khí là yêu cầu cấp
thiết.
Ở nước ta, tài liệu học tập, sách vở tham khảo về ứng dụng Maple trong cơ khí rất
ít. Các tài liệu thường thiên về hướng lập trình gây khó khăn cho sự tiếp cận Maple về
mặt ứng dụng.
Đề tài “Ứng dụng Maple trong tính tốn thiết kế cơ khí” nhằm giải quyết các vấn
đề nêu trên..
Nghiên cứu áp dụng Maple vào học tập sẽ giúp việc học các mơn nặng về tính toán

sẽ trở nên hiệu quả đối với sinh viên cũng như người dạy.

Mục tiêu
Đề tài “Ứng dụng Maple trong tính tốn thiết kế cơ khí” nhằm giải quyết các vấn
đề:
- Thay thế việc tính tốn thủ cơng bằng tính tốn tự động.
- Giúp người học tập trung giải quyết các vấn đề của bài tốn thay vì tập trung vào
việc tính tốn số liệu.
- Giảm độ phức tạp trong tính tốn, nâng cao hiệu quả trong q trình thiết kế.
- Mở rộng phạm vi các bài tốn kỹ thuật có thể giải quyết.

Cách tiếp cận
- Tìm hiểu các mơn học (lý thuyết và đồ án), trong đó khối lượng tính tốn chiếm
nhiều thời gian và cơng sức.
- Tìm hiểu khả năng tính tốn, vẽ đồ thị của Maple trong các bài tốn kỹ thuật.
- Tính hiệu quả và khả năng ứng dụng Maple vào giảng dạy và học tập các môn
học.
4


Phương pháp nghiên cứu
- Tìm hiểu việc tính tốn, xử lý số liệu.
- Tìm hiểu khả năng ứng dụng Maple trong phạm vi các bài toán cần giải quyết.
- Ứng dụng Maple giải các bài tốn thiết kế có khối lượng tính tốn lớn.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài “Ứng dụng Maple trong tính tốn thiết kế cơ khí”
là các bài tốn thuộc các môn học lý thuyết và đồ án yêu cầu sinh viên phải thực hiện
khối lượng tính tốn phức tạp.
Sử dụng Maple trong tính tốn xử lý số liệu của bài toán

Nội dung nghiên cứu.
Đề tài “Ứng dụng Maple trong tính tốn thiết kế cơ khí” bao gồm các bước thực
hiện các nội dung sau đây:
- Tìm hiểu các mơn học đặc thù cần tính tốn nhiều của sinh viên cơ khí.
- Tìm hiểu cách sử dụng Maple trong các bài tốn , đồ án của các mơn học.
- Đánh giá tính hiệu quả của việc ứng dụng Maple trong tính tốn thiết kế.

5


CHƯƠNG 1:
GIỚI THIỆU VỀ MAPLE
I. Giới thiệu
Maple là một phần mềm tính tốn do hãng Maple Soft.
Cho đến nay Maple đã phát hành qua nhiều phiên bản, ngày càng hoàn thiện. Với
Maple người sử dụng có thể:
- Thực hiện tính toán với khối lượng lớn, tốc độ xử lý nhanh và độ chính xác cao.
Giải phương trình
với điều kiện ban đầu

,

, cho kết quả nghiệm:

- Cung cấp khả năng đồ họa 2D & 3D

6

- Các file Maple cho phép trình bày tài liệu tính tốn ở dạng kết hợp văn bản, nội
dung tính toán, đồ họa ở dạng tài liệu tương tự các văn bản dạng ấn phẩm kỹ thuật chính
thức.
- Các xử lý số liệu: tính tốn, giải phương trình, hệ phương trình ... đa phần có thể
thực hiện qua thao tác click chuột.
2. Maple có thể làm việc ở hai mode:
- Document mode
- Worksheet mode
Thường sử dụng kết hợp cả hai để tạo tài liệu thiết kế có dạng như ấn phẩm dùng
trong xuất bản.

II. Ứng dụng Maple trong tính tốn, thiết kế ngành cơ khí
Bài viết trích dẫn một phần các tính tốn sinh viên thường phải thực hiện trong
q trình làm đồ án mơn học Ngun lý- Chi tiết máy ở trường đại học Sư phạm kỹ
thuật.
Sử dụng Maple để trình bày văn bản, thực hiện tính tốn bao gồm các bước xử lý
số liệu, cập nhật, thử nghiệm các phương án ..., xuất kết quả ở dạng bảng, đồ thị.
Điều này giúp sinh viên tập trung thực hiện các bước trong qui trình thiết kế, lựa
chọn phương án tối ưu, giảm thiểu tối đa cơng sức tính tốn nếu thực hiện đồ án một
cách thủ công như hiện nay.
Bài tốn:
Tính tốn các trục trong hộp giảm tốc bánh răng phân đôi với các số liệu sau:
- Công suất trên trục vào của hộp giảm tốc:
- Số vòng quay

kW.

vg/ph.

- Tỉ số truyền

- Trên đầu vào của trục 1 lắp bánh đai, lực tác dụng từ đai
lên trục

N

- Chiều rộng vành răng

mm,

- Bán kính bánh răng
mm,
- Góc nghiêng của bánh răng phân đơi

mm
mm
>

o

Giải:
- Tính giá trị phản lực tại các gối đỡ
Thiết lập hệ phương trình có chứa các phản lực tại gối đỡ. Maple sẽ giải và cho biết các
giá trị và chiều của các phản lực tại các gối đỡ.
Trục I:
7


⇒

N;

⇒

;

N

- Vẽ biểu đồ nội lực:
Thiết lập biểu thức tính tốn giá trị nội lực theo vị trí mặt cắt:
Trục II

Maple sẽ vẽ biểu đồ nội lực và cho biết giá trị nội lực tại các vị trí tiết diện tương ứng:

Nmm;

Nmm;

Nmm;

Nmm;

Nmm

- Xác định hệ số an toàn ở các tiết diện nguy hiểm của các trục theo công thức

Chọn

, cho thấy các tiết diện nguy hiểm trên ba trục đều đảm bảo an

tồn về mỏi.

Kết quả tính tốn hệ số an toàn đối với các tiết diện của ba trục sẽ được Maple ghi
trong bảng ở cột S:
8


- Tính kiểm nghiệm độ bền của then:

Tiết diện 33 không thỏa điều kiện:
MPa
Tại tiết diện 33, chọn tăng chiều dài then
nhau

mm và sử dụng hai then đặt cách

:
Mpa ≤

MPa (

Nhìn vào cách tính tốn thiết kế trục được trích dẫn ở dạng tài liệu Maple có thể
thấy giao diện rất trực quan. Đa phần các thao tác xử lý được thực hiện thông qua các
pallete, nhấp chuột. Việc lập trình khơng nhất thiết được đặt ra, hoặc hạn chế ở mức tối
thiểu để tự động hóa nội dung tính tốn.
- Tài liệu thiết kế thể hiện rõ qui trình thiết kế, các bước thực hiện. Người sử dụng
chỉ cần tập trung vào các vấn đề kỹ thuật nảy sinh trong thiết kế.
- Việc tìm hiểu và ứng dụng Maple trong học tập không mất nhiều thời gian.
9


CHƯƠNG 2:

TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ. PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN TRONG
HỘP GIẢM TỐC HAI CẤP
Số liệu thiết kế:
Công suất trên trục thùng trộn, P=9,5 (kw)
Số vòng quay trên trục thùng trộn, n=42(v/p)
Thời gian phục vụ, L=6 năm
Quay một chiều, làm việc 2 ca, tải va đập nhẹ.
(1 năm làm việc 250 ngày, 1 ca làm việc 8 giờ)
Chế độ tải: T1= T ; T2= 0,7T
t1= 36 giây ; t2 =15 giây

10


GIẢI
I. Tính tốn động cơ
Cơng suất trên trục động cơ được xác định theo công thức:
Pct =

Pt

Pt - công suất tính tốn trên trục máy cơng tác, kW;

- hiệu suất truyền động.

Tải trọng thay đổi nên Pt = Ptd
t = 36 s; t = 15 s; tck = 51s
1

2

Plv = 9.5 kW; P = 1 Plv ; P = 0.7 Plv
2

1

2

2

P

i

i=1

Pt = Ptd = Plv

t

Plv

i

= 8.76 kW

2

t
i=1

Hiệu suất truyền động
= 0.96; br = 0.97;
x
=

2
x

br

4
ol

kn

ol

i

= 0.99;

kn

= 0.98

= 0.82

Công suất trên trục động cơ:
Pct =

Pt

= 10.62 kW

Xác định số vòng quay sơ bộ của động cơ nsb :
ux = 3; uh = 11; nlv = 42 vg/ph
ut = ux uh = 33
nsb = nlv ut = 1386 vg/ph
Chọn động cơ:
Động cơ được chọn phải có cơng suất Pdc và số vịng quay đồng bộ thỏa mãn điều
kiện:
Pdc

Pct

ndb

nsb

Chọn động cơ 4A160S4Y3 :
ndb = 1500 vg/ph
Pdc = 15 kW; ndc = 1460 vg/ph
11


II. Phân phối tỉ số truyền
Tỉ số truyền của hệ dẫn động:
ut =

ndc

= 34.76

nlv

ut = ux uh

Từ uh = 11, đối với hộp giảm tốc đồng trục sử dụng công thức để phân u1, u2:
uh = 3.32

u1 = u2 =

Tính lại ux theo u1, u2:
ux =

ut

= 3.16

u1 u2

Xác định công suất, mơmen và số vịng quay trên các trục:
Cơng suất Pi trên các trục :
P4 =

Plv

= 9.60 kW

ol

P4

P3 =

= 10.10 kW

ol

x

P3

P2 =

ol

br

P2

P1 =

ol

Pdc =

= 10.51 kW

P1

= 10.95 kW
br

= 11.17 kW

kn

Số vòng quay ni trên các trục:
ndc = 1460 vg/ph
n1 = ndc = 1460 vg/ph
n2 =
n3 =
n4 =

n1
u1
n2
u2
n3
ux

= 440 vg/ph
= 133 vg/ph
= 42 vg/ph

Mômen Ti trên các trục:
6

T1 =

9.55 10 P1
n1

= 71617.41488 Nmm
12


6

T2 =

9.55 10 P2
n2

= 228205 Nmm

6

T3 =

9.55 10 P3
n3

= 724993 Nmm

6

T4 =

9.55 10 P4
n4

= 2181938 Nmm

Bảng thông số:
Trục Động
Thông số
cơ

Trục 1

Trục 2

Trục 3

Trục
băng tải

Cơng suất P
(kW)

10.95

10.51

10.10

9.60

Tỉ số truyền u
Số vịng quay n
(vg/ph)
Moment T
(Nmm)

11.17

|
1460

1

| 3.32

| 3.32 |

3.16

|

1460

440

133

42

71617

228205

724993

2181938

13


III. Tính tốn bộ truyền xích
Số liệu tính tốn:
Cơng suất (P3)

10.10 kW

Số vòng quay bánh dẫn (n3)

133 vg/ph

Tỉ số truyền (ux)
Điều kiện làm việc

3.16

- Quay một chiều, làm việc hai ca
- Tải va đập nhẹ, bôi trơn nhỏ giọt
- Trục đĩa xích điều chỉnh được

14


CHƯƠNG 3:
TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH
Tính tốn thiết kế:
1. Chọn xích ống con lăn ba dãy.
2. Chọn số răng đĩa xích:
Zmin = 19; Zmax = 120
Z1 = 29 2 ux = 23
Kiểm tra điều kiện:
Zmin: true
Z1
Chọn Z2 = ux Z1 = 73
Kiểm tra điều kiện:
Zmax: true
Z2
Xác định bước xích p:
Cơng suất tính tốn Pt
P K Kz Kn
Pt =
Kdx

K0 = 1

Hệ số kể đến ảnh hưởng của vị trí bộ truyền

Ka = 1

Hệ số kể đến khoảng cách trục và chiều dài xích với

a = (30 ... 50)p

Kdc = 1

Hệ số kể đến ảnh hưởng điều chỉnh lực căng xích

Kbt = 1

Hệ số kể đến ảnh hưởng của bơi trơn

Kd = 1.2

Hệ số tải trọng động, kể đến tính chất của tải trọng

Kc = 1.25

Hệ số kể đến chế độ làm việc

K = K0 Ka Kdc Kbt Kd Kc = 1.50
Hệ số số răng đĩa xích Kz =

Zo1
Z1

=

25
Z1

= 1.09

Hệ số vòng quay Kn với n01 = 200 vg/ph; Kn =

200
n01

= 1.50

Hệ số phân bố không đều tải trọng cho các dãy: chọn xích con lăn 3 dãy Kdx= 2.5
P K Kz Kn
Cơng suất tính tốn Pt =
= 9.90 kW
Kdx

Theo bảng 5.5 trang 81, ứng với công suất cho phép Pt = 11 kW
xích: p = 25.4 mm

Pt chọn bước

15


Kiểm tra số vòng quay tới hạn ứng với bước xích
Tra bảng 5.8 trang 83 số vịng quay tới hạn ứng với p = 25.4 mm: ntoihan = 800
vg/ph
Kiểm tra điều kiện n1 ntoihan : 133 800 (true)
Kiểm nghiệm bước xích: p

P K

3

600

Z1 n1

p0 Kdx

, tra bảng p0 = 30 MPa
p

600

P K

3

Z1 n1

24.25 : true

25.40

p0 Kdx

Chọn sơ bộ khoảng cách trục a = (30 ... 50)p
a = 40 p = 1016 mm
Số mắt xích:
Z1

2a
X=
p

Z2

Z2

Z1

2

p

2

2

= 130

a
4
Kiểm tra số mắt xích là chẵn X = 130
Tính chính xác khoảng cách trục a
a = 0.25 p

Z1

X

Z2

X

2

Z1

Z2

2

2

8

Z2

Z1

2

2

= 1021.40 mm

Giảm khoảng cách trục a = 0.002 ... 0.004 a :
a = a 1 0.003 = 1018.34 mm
Số lần va đập của xích:
i=

Z1 n1

15 X

= 2 < [i] = 25 (tra bảng)

thỏa điều kiện: true

Kiểm tra xích theo hệ số an tồn s:
Q
s=
s
kd Ft

F0

Fv

Vận tốc xích v =
Lực vòng Ft =

n1 Z1 p

60000
1000 P3

= 1.29 m/s

= 7797 N

v
Tải trọng phá hỏng Q = 170100 N tra theo bảng 5.2 trang 78

Fv : Lực căng do lực ly tâm sinh ra

q: khối lượng 1m xích tra trong bảng 5.2 trang 78, q = 7.5 kg
2

Fv = q v = 12.58 N
16


F0 : Lực căng do trọng lượng nhánh xích bị động sinh ra
kf : hệ số tải trọng động, chọn kf = 6

9.81 kf q a
= 449.54 N
1000
Q
= 17.32
s=
F0 =

Kd Ft

F0

Fv

[s]: Hệ số an toàn cho phép, tra trong bảng 5.10 trang 86, [s] = 8.2

Kiểm tra hệ số an toàn:
s
17.32
8.2 : true
s
Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa theo công thức:
kr Ft Kd Fvd E
=
0.47
H
H
A Kdx
: ứng suất tiếp xúc trên mặt răng đĩa xích
H
Fvd : lực va đập trên m dãy xích
Số dãy xích m = 3
Fvd = 13 10

7

3

n1 p m = 8.50 N

kr: Hệ số kể đến ảnh hưởng của số răng đĩa xích tra trong trang 87, kr = 0.43

E: mơđun đàn hồi, tính theo công thức:
2 E1 E2
E=
, với E1, E2 lần lượt là môđun đàn hồi của vật liệu con lăn và răng đĩa.

E1

E2
5

E = 2.1 10 MPa
2

A : diện tích chiếu của bản lề, mm , tra bảng 5.12 trang 87
A = 450 mm
= 0.47
H

2

kr

Ft Kd

Fvd

Kdx A

E

= 407.49 MPa

: ứng suất tiếp xúc cho phép, MPa, bảng 5.11 trang 86.
Kiểm tra điều kiện H
407

600 : true
H
Xác định lực tác dụng lên trục Fr:
H

H

= 600 MPa

7

6 10 kx P
Fr = kx Ft =
Zp n
kx : hệ số kể đến trọng lượng xích. Chọn kx = 1.15
Fr = kx Ft = 8966 N

17


CHƯƠNG 4:
TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ BÁNH RĂNG CỦA HỘP GIẢM
TỐC
Số liệu tính tốn:
Trục

I

II

III

5.7

5.42

5.15

Thơng số
Cơng suất trục dẫn
(kW)

|

Tỉ số truyền (uh = 20)
Số vòng quay bánh dẫn,
vg/ph
Momen xoắn T, Nmm
Điều kiện làm việc
Sơ đồ tải trọng
; t = 0.3 tck
t = 0.3 tck
1

2

5.75

|

3.48

960

167

48

56703

309871

1024353

- Thời gian phục vụ: 12000
- Tải trọng thay đổi theo sơ đồ. Tải trọng va đập nhẹ
; t = 0.4 tck
3

18


Giải:
Thiết kế bộ truyền bánh răng tiến hành theo các bước sau:
- Chọn vật liệu
-Xác định ứng suất cho phép
- Tính sơ bộ một kích thước cơ bản của truyền động bánh răng, trên cơ sở đó xác
định các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của bộ truyền rồi tiến hành kiểm
nghiệm răng về độ bền tiếp xúc, độ bền uốn và quá tải.
- Xác định các kích thước hình học của bộ truyền

I- CHỌN VẬT LIỆU VÀ TÍNH ỨNG SUẤT CHO PHÉP
1. Chọn vật liệu
Do khơng có yêu cầu đặc biệt và theo quan điểm thống nhất hóa trong thiết kế, ở
đây chọn vật liệu hai cấp bánh răng như nhau. Cụ thể theo bảng 6.1 trang 92 chọn:
Thép 45 tôi cải thiện
Bánh nhỏ
b1

850 MPa

Thép 45 tôi cải thiện

Độ rắn
HB1 = 241 ... 285
ch1

= 580 MPa

Độ rắn
HB1 = 192 ... 240

Bánh lớn
b2

= 750 MPa

ch2

2. Xác định ứng suất cho phép
Ứng suất tiếp xúc cho phép H và ứng suất uốn cho phép

theo các công thức 6.1a và 6.2a trang 93.
H

=

F

=

o

KHL

Hlim

SH
KFC KFL

o
Flim

= 450 MPa

F

được tính sơ bộ

SF

- Tính ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở:

o
Hlim

,

o
Flim

Tra bảng 6.2 trang 94:
Chọn độ rắn bánh nhỏ HB1 = 245
Chọn độ rắn bánh lớn HB2 = 230
19


o
Hlim
o
Flim

= 2 HB

70 ; SH = 1.1

= 1.8 HB ; SF = 1.75

Bánh nhỏ:
o
Hlim1
o

Flim1

= 560 MPa
= 441.0 MPa

Bánh lớn:
o
Hlim2
o
Flim2

= 530 MPa
= 414 MPa

- Tính hệ số tuổi thọ: KHL
Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc NHO
Theo công thức 6.5 trang 93:
2.4
HB

NHO = 30 H
NHO1 = 1.63

10

NHO2 = 1.40

7
7

10
4. Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương NHE
Tính theo cơng thức 6.7 trang 93
NHE = 60 c ni

, LH =

3

Ti

ti

ti

Tmax

tck

= 60 1 ni LH

Ti
Tmax

3

ti
tck

ti = 12000 giờ

3

NHE1 = 60 1 n1 LH

Tmax

i=1
3

10
3

i=1

tck

= 3.48

10

= 6.05

10

8

7

7

T

i

NHE4 = 60 n3 LH

ti

Tmax

i=1

ti
tck

3

Ti

NHE2 = 60 1 n2 LH

NHE3 = NHE2 = 6.05

3

Ti

Tmax

3

t

i

tck

= 1.74

10

7

20