Thiết kế hệ thống trộn liệu Hớng dẫn: Đoàn Yên Thế
Lời nói đầu
Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí là nội dung không thể thiếu trong chơng trình đào tạo
kỹ s cơ khí đặc biệt là đối với kỹ s nghành chế tạo máy. Đồ án môn học Chi Tiết Máy là môn
học giúp cho sinh viên có thể hệ thống hoá lại các kiến thức của các môm học nh: Chi tiết máy,
Sức bền vật liệu, Dung sai, Chế tạo phôi, Vẽ kỹ thuật .... đồng thời giúp sinh viên làm quen
dần với công việc thiết kế và làm đồ án chuẩn bị cho việc thiết kế đồ án tốt nghiệp sau này.
nội dung của đồ án đợc chia làm 5 phần.
Phần I: Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền : I.
Chọn động cơ.
II. Phân bố tỉ số truyền.
Phần II: Tính toán thiết kế các bộ truyền.trong hộp giảm tốc: 1
I. Chọn vật liệu làm bánh răng
II. Tính toán ứng suất cho phép.
III. Thiết kế các bộ truyền trong hộp giảm tốc
IV. Tính bộ truyền đai
PhầnIII: Tính toán trục
I-Chọn vật liệu.
II-Tính thiết kế trục.
III- Tính toán ổ lăn.
IV-Bôi trơn và điều chỉnh ăn khớp.
Phần IV: Thiết kế vỏ hộp giảm tốc
Phần V: Thống kê các kiểu lắp ,trị số sai lệch giói hạn và dung sai các kiểu lắp
Trong quá trình tính toán và thiết kế các chi tiết máy cho hộp giảm tốc phân đôi cấp chậm
em đã sử dụng và tra cứu các tài liệu sau:
- tập 1 và 2 chi tiết máy của GS.TS-nguyễn trọng hiệp.
- tập 1 và 2 Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí của PGS.TS-
Trịnh chất và TS-lê văn uyển.
- Dung sai và lắp ghép của GS.TS ninh đức tốn.
Do lần đầu tiên làm quen thiết kế với khối lợng kiến thức tổng hợp còn có những mảng cha
nắm vững cho nên dù đã rất cố gắng tham khảo các tài liệu và bài giảng của các môn có liên

hiệu suất của bộ truyền đai .Tra bảng 2.3
1

= 0,95
-
ôlă
2
n
hiệu suât ổ lăn ,tra bảng 2.3
ôlă
2
n
= 0,99
- .
2
hiệu suất của hộp giảm tốc ,tra bảng 2.3
2
= 0,96
Vây hiệu suất truyền động :
= 0,95.(0,99)
3
.0,96 = 0,8849

Pct =
8849,0
5
= 5,65 (kw)
2 - Xác định số vòng quay sơ bộ của động cơ
Ta có công thc tính P:
n

= 4 )
Vậy số vòng quay sơ bộ
n
sb
= 56.26 = 145 (v/ph)
Tra bảng (p.11) ta xác định dợc động cơ cần thết
Động cơ 4A với n
sb
= 1500 (v/ph)
Các chỉ số của động cơ :
Số hiệu động cơ : 4A132S4Y3
Công suất Pđc = 7,5 kw
12/5/2012Nguyễn Hồng Quân Lớp 43M
- 0 -
Thiết kế hệ thống trộn liệu Hớng dẫn: Đoàn Yên Thế
Số vòng quay n
đc
= 1455 ( v/ph)
Hệ số công suất cos = 0,86
Hiệu suất làm việc = 0,875
Kiểm tra động cơ :
Với động cơ 4A132S4Y3 trên thì :
2=
Td
Tk
>
5,1=
T
Tmm
Vậy động cơ dã chọn đạt yêu cầu.

- Không có yêu cầu đặc biệt về điêu kiện làm việc, không yêu cầu kích thớc
nhỏ gọn
Nên ta chọn vật liệu cho bộ trụyền có HB < 350, vì bộ truyền cấp chậm và bộ truyền cấp nhanh
làm việc với mô men xoắn chênh lệch rất lớn , cho nên ta chọn vật liệu cho hai bộ truyền là
khác nhau . Với bộ truyền cấp chậm ta chọn thép là thép C45 tôI cảI thiện.
thép C45 tôI cảI thiện có đặc điêm thép :
Thép Nhiệt luyện Độ rắn Giới hạn bền
b
Giới hạn chảy
c
Bánh răng nhỏ C45 Tôi cải thiện 245 850 Mpa 580 MPa
Bánh răng lớn C45 Tôi cải thiện 230 750MPa 450Mpa
Nguyễn Hồng Quân-Lớp 43M
- 1 -
3
Thiết kế hệ thống trộn liệu Hớng dẫn: Đoàn Yên Thế
Với bộ truyền cấp nhanh ,do làm việc trong điều kiện tải trọng nhẹ cho nên để giảm giá thành
chế tạo ta chọn loại thép C45 thờng hoá ,với các đặc đểm thép :
Thép Nhiệt luyện Độ rắn Giới hạn bền
b
Giới hạn chảy
c
Bánh răng nhỏ 45X TôI cải thiện 180 750 Mpa 500MPa
Bánh răng lớn C45 Tôi cải thiện 165 MPa 450Mpa
II- Xác định ứng xuất cho phép
1-ứng suất cho phép của bộ truyền cấp chậm.
a-ứng xuất tiếp xúc cho phép [ H ] đối với bộ truyền cấp chậm .
[
0
H ] = (H lim/SH)*Z

] =(
0
H
lim /S
H
)*KH
L

0
H
lim : ứng xuất tiếp xúc cho phép ứng với số chu kì cơ sở
Theo bảng 6.2
0
H lim = 2HB +70
SH : Hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc
Theo bảng 6.2
S
H
= 1,1
KH
L
=
H
m
HE
HO
N
N

+

Với bánh răng lớn HB
2
= 230
N
HO
2
2
= 30(230)
2,4
1.39 *10
7
+N
HE :
Số chu kỳ thay đổi ứng suất tơng đơng ứng với ứng suất tiếp.
với bộ chuyền chịu tải không đổi:
N
HE
= 60*c*n*t
n: số vòng quay n= 26V/ph
c: số lần ăn khớp trong 1 vòng quay ( c= 1)
t: tổng thời gian làm việc
t= 6*300*8 = 14400(h)
N
HE
= 60*1*26*14400 = 22464000
Vậy KH
L
- Của bánh răng nhỏ :
1
22464000

1
H
=
( )
[ ]
MPa5091.11.1/70245*2 +
+ Bánh răng lớn :

[ ]
=

2
H
( )
[ ]
MPa4821.1*1.1/70230*2 +
b- ứng suất uốn cho phép [
F
] của bộ truyền cấp chậm.
[ ]
FLFCXFSỷ
F
F
KKKYY
SF
*****
0
lim







=




o
F lim
: ứng suất uốn cho phép với chu kì cơ sở
theo bảng (6.2)

o
F lim
= 1,8.HB
S
F
:hệ số an toàn khi tính ứng suất uốn.
Theo bảng (6.2)
S
F
=1,75
Khi bộ truyền quay một chiều
1=
K
Fc
Nguyễn Hồng Quân-Lớp 43M
- 1 -

=60.c.n.f=22464000
ta thấy
N
FE
>
N
Fo
1=
K
FL
Do đó ứng suất uốn cho phép :
Của bánh nhỏ :
[ ]
Mpa
F
2521*1*
75,1
245.8,1
=






=


Của bánh lớn :
[ ]

] = 237 Mpa
Ta chọn ứng suất cho phép chung cho cả hai bánh rằng :
[

1H
] = 481,2 Mpa
Nguyễn Hồng Quân-Lớp 43M
- 1 -
6
Thiết kế hệ thống trộn liệu Hớng dẫn: Đoàn Yên Thế
[

1F
] = 237 Mpa
2- ứng suất cho phép của bộ truyền cấp nhanh.
a-ứng suất tiếp xúc cho phép :
[
0
H ] = (
o
H lim/SH)*ZR* ZV * KXH * KFL
các hệ số Z
R
, Z
V
,K
XH
, S
S
đợc xác định nh đối với cấp chậm.

4,2
Với bánh răng nhỏ HB = 180

N
HO
1
= 30*(180)
2,4
= 2,5 * 10
6
Với bánh răng lớn HB
2
= 165
N
HO
2
2
= 30(165)
2,4
=2 *10
6
+N
HE :
= 22464000( theo phần tính câp nhanh)
ta thấy rằng N
Ho
1
<N
HE


F
] của bộ truyền cấp chậm.
[ ]
FLFCXFSỷ
F
F
KKKYY
SF
*****
0
lim








=


Với các hệ số Y
R
,Y

,K
XF
,K
FC

: ứng suất uốn cho phép với chu kì cơ sở
Nguyễn Hồng Quân-Lớp 43M
- 1 -
7
Thiết kế hệ thống trộn liệu Hớng dẫn: Đoàn Yên Thế
theo bảng (6.2)

o
F lim
= 1,8.HB
N
K
FE
FL
NFo
:=
với
m
F
:bậc đờng cong mỏi khi thử về ứng suất uốn .
với HB < 350
m
F
= 6

m
F
:số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn.
N
Fo


=

Của bánh nhỏ :
[ ]
Mpa1851*1*
75,1
180.8,1
F
=






=
ứng suất tiếp cho phép của bánh răng nhỏ và bánh răng lớn :
Bánh nhỏ : [

1H
] = 391Mpa
[

1F
] = 185Mpa :
Bánh lớn : [

1H
] = 363,6Mpa

a

1
=49,5 (u
1
+ 1)
[ ]
3
a1
2
H
HvH1
.u.
K.K.T


Trong đó: - T
1
là mômen xoắn trên trục bánh chủ động (là trục II)
-
d
= b

/d

1
= 0,5.
a
.(u+1) là hệ số chiều rộng bánh răng.
- K

Thay số vào công thức ta sẽ xác định đợc khoảng cách giữa 2 trục a

1
:
a

1
49,5.(5+1).
7,271
4,0.5.2,481
1.065,1.3,505010
3
2
=
(mm)
2. Xác định các thông số ăn khớp
Môđun của bánh răng trụ răng thẳng (m) đợc xác đinh nh sau:
m = (0,01 ữ 0,02).a

1
= (0,01 ữ 0,02).271,7 = 2,71 ữ 5,42.
Theo dãy tiêu chuẩn hoá ta sẽ chọn m = 3 mm.
* Số răng trên bánh lớn và bánh nhỏ lần lợt là Z
1
và Z
2
ta có :
( ) ( )
2,38
15.3

1
+Z
2
)/2 = 270( mm)
ta không phải dịch chỉnh bánh răng ăn khớp
góc ăn khớp
tw
=
20
z
0
t
270*2
20cos*3*180
a*2
cos*m*
==


Z
t
= Z
1
+ Z
2
= 38+142 = 1 80 (răng);
Tỉ số truyền thc tế khi đó là :
U
t
= Z

: Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc;
- Z

: Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng;
- K
H
: Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc;
- b

: Chiều rộng vành răng.
- d

1
: Đờng kính vòng chia của bánh chủ động;
Ta đã biết đ ợc các thông số nh sau:
- T
1
= 505010,3 (N.mm).
- b


=
a
. a
= 0,4.270 = 108 mm ;
- U
nh

Vì hệ số trùng khớp :


= 1,88 3,2
773,1
142
1
42
1
2,388,1
Z
1
Z
1
21
=






+=









+=



16,2
737,3
270
58,0*73*006,0
u
a
.v.g.
025,1
1.065,1*3,505010*2
114*108*16,2
1
K.K.T.2
d.b.
1K
oFF
FF1
1
Fv
Vận tốc bánh dẫn: v =
58,0
60000
2,97*114*14,3
60000
n.d.
11

114
865,0.76,1.274
=
+
(Mpa).
Tính chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép của cặp răng: [
H
] = [
H
]. Z
R
Z
V
K
xH
.
Với v = 0,58 m/s Z
V
= 1 (vì v < 5m/s ).Với cấp chính xác động học là 9 và chọn mức
chính xác tiếp xúc là 9. Khi đó độ nhám bề mặt là R
a
= 10ữ40 àm Z
R
= 0,9 với d
a
< 700mm
K
xH
= 1.
Vậy [

].
Do
m.d.b
Y.K.T.2
1
1FF1
1F

=

F2
=
F1
. Y
F2
/ Y
F1
Trong đó :
- T
1
: Mômen xoắn tác dụng trên trục chủ động.
- K
F
: Hệ số tải trọng khi tính về uốn. K
F
= K
F

.K
F


==
==
6,3Y142Z
82,3YZ
2F2
1F1
Theo Bảng 6.18 (Trang 109-Tâp1: Tính toán ...).
Còn







===
=+=

+=



76,5
742,3
270
.58,0*73*016,0
u
a
.v.g.


.K
F


K
Fv
= 1,1496*1,06*1 = 1,22
Vậy ta có:
45,147
3*114*108
82,3*22,1*3,505010*2
m.d.b
Y.K.T.2
1
1FF1
1F
===

(MPa).

F2
=
F1
. Y
F2
/ Y
F1
= 147,45*3,6/3,82= 138,95 (MPa).
Nguyễn Hồng Quân-Lớp 43M

xF
= 1
[
F1
] = [
F1
].1.1.1 =252 MPa.
[
F2
] = [
F2
].1.1.1 = 237MPa.
Nhận thấy rằng cả hai bánh răng đều đáp ứng đợc điều kiện bền uấn vì :
( )
[ ]
( )
( )
[ ]
( )



=<=
=<=
MPa237MPa95,138
MPa2524MPa45,147
1F2F
1F1F
5. Kiểm nghiệm răng về quá tải.
Để bộ truyền khi quá tải (xảy khi mở máy hoặc hãm máy... Lúc đó momen xoắn tăng đột

=
ch
max
F
ch
max
H
.8,0
.8,2
.
Vậy suất quá tải cho phép [
H
]
max
và [
F1
]
max
của mỗi bánh răng xác định nh sau:
[ ]
( )
[ ]
( )



===
===
.MPa464580.8,0.8,0
.MPa1624580.8,2.8,2

=
qtFmaxF
qtHmaxH
K.
K.
(*)
Ta có hệ số quá tải K
qt
= T
max
/ T = 1,5.
Thay số vào công thức (*) ta có:
( )
[ ]
( )
( )
[ ]
( )
( )
[ ]
( )







=<===
=<===

= 3.38 = 114 mm;
d
2
= m.Z
2
= 3.142 = 426 mm;
-Đờng kính đỉnh răng:
- bánh nhỏ: da
1
=120 mm
Nguyễn Hồng Quân-Lớp 43M
- 1 -
12
Thiết kế hệ thống trộn liệu Hớng dẫn: Đoàn Yên Thế
- bánh lớn : da
2
= 429 mm
- Đờng kính đáy răng : d
f1
= d
1
- (2,5-2.x
1
).m = 55,848 mm.
d
f2
= d
2
- (2,5-2.x
2

0
t
270*2
20cos*3*180
a*2
cos*m*
==


Z
t
= Z
1
+ Z
2
= 38+142 = 1 80 (răng);
Tỉ số truyền thc tế khi đó là :
U
t
= Z
2
/Z
1
= 142/38 = 3,737 3.
3-Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc.
Yêu cầu cần phải đảm bảo điều kiện
H
[
H
] = 363,6MPa.

= 0,5.
ba
.(u+1) =0,59
- b


=
ba
. a
= 0,25.270 = 67,5 mm ;
- U
nh
= 3,737 và d

1
= m.Z
1
= 3.38 = 114 (mm).
- Hệ số K
H
đợc xác định bởi công thức: K
H
= K
H

.K
HV

22,1
1.03,1*8,139147*2
114*5,67*04,8
1
K.K.T.2
d.b.
1K
oFH
FF1
1
Hv
Vận tốc bánh dẫn: v =
04,8
60000
5,363*114*14,3
60000
n.d.
11
==


m/s < 10m/s theo Bảng 6.13
(Trang 106-Tập 1:Tính toán thiết kế hệ dẫn...) ta có cấp chính xác động học là 7.
Bảng 6.15 (Trang 107-Tập 1:Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí)
H
= 0,006.
Nguyễn Hồng Quân-Lớp 43M
- 1 -
13
Thiết kế hệ thống trộn liệu Hớng dẫn: Đoàn Yên Thế

xH
.
Với v = 8,04 m/s Z
V
= 0,92.v
0,05
=0,92.8,04
0,05
=1,02(vì v < 10m/s) Với cấp chính xác động
học là 7 và chọn mức chính xác tiếp xúc là 9. Khi đó độ nhám bề mặt là R
a
= 10ữ40 àm Z
R
= 0,9 với d
a
< 700mm K
xH
= 1. Vậy [
H
] = 363,3*1,02.0,9.1 = 333,8MPa.
Ta thấy rằng
[ ]
[ ]
19100/100*
8,333
2708,333
H
HH
=


*67,5=44,2 mm
ta chọn
ba
=45 mm
khi đó ta kiểm tra lại ứng suất của bộ truyền cấp nhanh:

H
=
330
737,3*114*45
)1737,3(*03,1*8,139147*2
865,0*76,1*274 =
+
Mpa
khi đó
[ ]
[ ]
1100/100*
8,333
7,3308,333
H
HH
=

=



o/o
<4

Trong đó :
- T
1
: Mômen xoắn tác dụng trên trục chủ động.
- Các hệ số đợc tính nh đối với bộ truyền câp chậm.
Do



==
==
6,3Y142Z
82,3YZ
2F2
1F1
Theo Bảng 6.18
(Trang 109-Tâp1: Tính toán ...).
Còn







===
=+=

+=


Thiết kế hệ thống trộn liệu Hớng dẫn: Đoàn Yên Thế
Với
bd
= 0,59 ta có K
F

=1,079
Do đây là bánh răng thẳng lên K
F


=1.
K
F
= K
F

.K
F


K
Fv
= 1,079*2,36*1 = 2,54
Vậy ta có:
34,165
3*114*45
6,3*54,2*8,139147*2
m.d.b
Y.K.T.2

].Y
S
.Y
xF
. Y
R
. Với m = 3 mm Y
S
=
1,08 0,0695.Ln(3) 1. Còn Y
R
= 1 và K
xF
= 1
[
F1
] = [
F1
].1.1.1 = 185MPa.
[
F2
] = [
F2
].1.1.1 = 169,7MPa.
Nhận thấy rằng cả hai bánh răng đều đáp ứng đợc điều kiện bền uấn vì :
( )
[ ]
( )
( )
[ ]

max
và [
F1
]
max
đợc xác định nh sau:
[ ]
[ ]



=
=
ch
max
F
ch
max
H
.8,0
.8,2
.
Vậy suất quá tải cho phép [
H
]
max
và [
F1
]
max

max
2F
2ch
max
2H
* Còn ứng suất quá tải phát sinh khi chạy máy đợc xác định nh sau:





=
=
qtFmaxF
qtHmaxH
K.
K.
(*)
Ta có hệ số quá tải K
qt
= T
max
/ T = 1,5.
Thay số vào công thức (*) ta có:
( )
[ ]
( )
( )
[ ]
( )

- 1 -
15
Thiết kế hệ thống trộn liệu Hớng dẫn: Đoàn Yên Thế
- Môđun bánh răng: m = 3 mm.
- Chiều rộng bánh răng: b
1
= 45 mm
- Số răng bánh răng: Z
1
= 38 và Z
1
= 142 răng.
- Đờng kính chia : d
1
= m. Z
1
= 3.38 = 114 mm;
d
2
= m.Z
2
= 3.142 = 426 mm;
-Đờng kính đỉnh răng:
- bánh nhỏ: da
1
=120 mm
- bánh lớn : da
2
= 429 mm
- Đờng kính đáy răng : d

chiều dàI đai : 3000 mm
2 Xác định các thông số của bộ truyền :
Nguyễn Hồng Quân-Lớp 43M
- 1 -
16
Thiết kế hệ thống trộn liệu Hớng dẫn: Đoàn Yên Thế
a-đ ờng kính đai nhỏ:
theo bảng 4.13 ta đã chọn đợc đờng kính bánh đai nhỏ; d 1 = 200 mm
từ đó xác định đợc vận tốc đai theo công thức :
s/m2,15
60000
1455*200*
60000
**
V
n
d
1
1

=

=
đờng kính bánh đai lớn :
d2=d1*u(1-) , với u là tỉ số truyền cua bộ truyền đai ,u= 4
= 0,1..0,2 chọn = 0,15
khi đó d2= 200* 4 /(1-0,15) = 812,2 mm
theo đúng tiêu chuẩn bảng (4.21) ta chọn đờng kính banh ssai lớn: d2 = 800 mm
b-khoảng cach trục a
trị số a đợc tính thoả mãn về điều kiện sau :

2
3750
2
l
dd
21
=+

=+

=


mm500
d
2
d
1
2
==


vậy a =
mm37,1089500.82,2179.
4
1
2,2179
2
=


đ
/([p
o
].c

.c
1
.c
u
.c
z
)
Trong đó :
- p
1
công suất trên trục bánh công tác chủ động
p
1
= p
đc
.n
đc
= 7,5.0,875=6,56(kw)
k
đ
hệ số tảI động .Theo bảng (4.7) ta có k
đ
=1
c


/[p
o
]=6,56/5,1=1,28vậy c
z
=0,947
vậy số đai trong bộ truyền đai :
z= 7,5.1/(5,1.0,92.1,105.1,14.0,94)=1,42
chọn số đai là z=1
*-chiều rộng bánh đai
B = (z-1)t+2.e
t=19
ê=1,25 theo bảng 4.21
vậy B = (1-1).15 + 2.12,5= 25 mm
*-đờng kính ngoàI của đai
d
a
= d +2.h
o
h
p
=4,2 (tra bảng 4.21)
vậy đờng kính bánh đai lớn :
d
a1
=800+2.4,2=808,4 mm
bánh đai nhỏ :
Nguyễn Hồng Quân-Lớp 43M
- 1 -
18
Thiết kế hệ thống trộn liệu Hớng dẫn: Đoàn Yên Thế

v
= 0,178(15,2)
2
= 41,125 (N)
Do đó F
o
= 780.6,56.1/(15,2.0,9215.1)+41,125 = 406,43N
Lực tác dụng lên trục :
F
r
= 2.F
o
.z.sin(
1
/2) = 2.406,43.1.sin(148,6/2)=782,53(N)
Phầniii: tính toán trục
I) Chọn vật liệu Đối với các trục dùng trong hộp giảm tốc ta chọn vật liệu chế tạo trục là
thép 45 tôI cảI thiện có
b

=750Mpa
ch
= 450Mpa và ứng suất xoắn cho phép
[

]=12
ữ
20Mpa.
II) Tính thiết kế trục :
Tính thiết kế trục nhằm xác đinh đờng kính và chiều dàI các đoạn trục đáp ứng yêy cầu về độ

N6,8867
114
3,505010.2
.2
d
T
2
2
==

F
t4
= F
t3
= 8867,6 N
-Lực hớng tâm:
+ đối với cấp nhanh
F
r1
= F
t1
.tg
tw
= 2443,3.tg20
o
= 889,3 N
F
r2
= F
r1