§å ¸n m«n häc
Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên

1 ĐỒ ÁN
ĐỀ TÀI: “THIẾT KẾ CHI
TIẾT MÁY”

§å ¸n m«n häc
Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên

2 Lời Nói Đầu
Hiện nay khoa học kỹ thuật đang phát triển như vũ bão, mang lại những lợi ích
cho con người về tất cả nhữnh lĩnh vực tinh thần và vật chất. Để nâng cao đời sống


3

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
……………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
§å ¸n m«n häc
Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên

4

2. Thiết kế bộ truyền cấp chậm: 23
2.1 Chọn vật liệu: 23
1.2 Ứng suất cho phép: 23
1.3 Xác định thông số cơ bản của bộ truyền: 25
1.4 Xác định các thống số ăn khớp: 25
1.5 Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc: 27
1.6 Kiểm nghiệm về độ bền uốn: 29
1.7 Kiểm nghiệm răng về quá tải: 31
1.8 Bảng thông số cơ bản của bộ truyền cấp chậm. 32
3. Kiểm tra điều kiện chạm trục. 33
4. Kiểm tra điều kiện bôi trơn. 34
PHẦN III THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT NỐI ĐỠ 36
CHƯƠNG I : THIẾT KẾ TRỤC 36
I . CHỌN VẬT LIỆU 36
II. TÍNH THIẾT KẾ TRỤC VỀ ĐỘ BỀN 36
III. TÍNH KIỂM NGHIỆM TRỤC VỀ ĐỘ BỀN MỎI. 50
IV. KIỂM NGHIỆM TRỤC VỀ ĐỘ BỀN TĨNH. 56
CHƯƠNG II: TÍNH CHỌN THEN 59
I . Tính chọn then cho trục I : 59
§å ¸n m«n häc
Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên

5 1. Kích thước then : 59
2. Kiểm nghiệm sức bền dập cho then : 59
3. Kiểm nghiệm sức bền cắt cho then . 60
II . Tính chọn then cho trục II : 60
1. Kích thước then : 60
S
S
A
A
I
IL
L
Á
Á
P
PG
G
H
H
É
É
P
P 79
TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

PHẦN I
TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ
về bôi trơn tốt nhất là quan trọng hơn cả nên ta xuất phát từ tiêu chí này để phân
phối tỉ số truyền trong hộp giảm tốc.

II.Chon động cơ điện:
1.Chọn kiểu loại động cơ:
 Với hệ dẫn động xích tải dùng với các hộp giảm tốc ta ta chọn loại động cơ
điện ba pha không đồng bộ rô to ngắn mạch vì những lý do sau:
 Kết cấu đơn giản, dễ bảo quản, làm việc tin cậy.
 Có thể mắc trực tiếp vào lưới điện công nghiêp.
 Giá thành tương đối thấp và dễ kiếm.
 Không cần điều chỉnh vận tốc .
 Hiệu suất và hệ số công suất không cần cao.
§å ¸n m«n häc
Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên

7 2 . Chọn công suất động cơ
Động cơ được chọn phải có công suất P
đc
và số vòng quay đồng bộ thoả mãn điều
kiện :
P
đc
≥ P
ct


2
.η
3

Tra bảng 2.3 [1], ta có:
 η
1
: Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ η
n
BR
= 0,97
 η
2
: Hiệu suất một cặp ổ lăn η
Ô
= 0,99
 η
3
: Hiệu suất

khớp nối η
KN
= 1
mà hiệu suất chung của trạm dẫn động:
4
0
2

ηηηη
brk

F
t
- là lực kéo trên xích tải, N.
V - là vận tốc băng tải hoặc xích tải, m/s.
⇒ Công suất cần thiết trên trục động cơ là: P
ct
=
∑
η
t
P
=
9,0
31,7
= 8.1(Kw)
Như vậy, động cơ cần chọn phải có công suất lớn hơn hoặc ít nhất bằng 8,1 KW.
§å ¸n m«n häc
Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên

8 3. Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ:
Khi số vòng quay đồng bộ của động cơ càng tăng thì khuôn khổ, khối lượng
vì giá thành giảm (vì số đôi cực giảm) trong khi đó hiệu suất và hệ số công suất
(cosϕ) càng tăng. Vì vậy người sử dụng muốn có số vòng quay cao.
Tuy nhiên dùng động cơ với số vòng qua cao lại yêu cầu giảm tốc nhiều hơn,
tác là phải sử dụng hệ thống dẫn động với tỷ số truyền lớn hơn. Do đó kích thước,
khối lượng bộ truyền lớn. Vì vây khi thiết kế phải phối hợp cả hai yếu tố trên, đồng
thời căn cứ vào sơ đồ hệ thống dẫn động cần thiết để chọn số vòng quay thích hợp


Trong đó:
η
ct
: Số vòng quay trên trục công tác
η
db
: Số vòng quay đồng bộ của động cơ
U
∑nd
: tỷ số truyền nên dùng.
+ Số vòng quay của trục công tác
)/(1,107
1,38.25
7,1.10.60
.
.10.60
33
phv
tz
V
n
ct
===

+ Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ:
)/(1500
2
50.60.60
phv

U
∑nd
= U
nd
. U
nd
xích
= (80÷40). (1,5÷5) = 12÷200
Vậy ta chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ :
η
db
= 1500v/ph ( Vì U
sb
=14 ∈U
∑nd
(12÷200)
4. Chọn động cơ thực tế:
Căn cứ vào công suất đẳng trị
dbdc
dc
ct
dc
dm
Pp
ηη
≈≥ ;

Theo bảng P1.3 các thông số kỹ thuật của động cơ 4A ta chọn được động cơ
4A132M4Y3
Bảng thông số kỹ thuật của động cơ điện 4A132M4Y3

dc
mm
≥ P
dc
bd

§å ¸n m«n häc
Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên

10 Trong đó :
 P
dc
mm
: Công suất mở máy của động cơ.
P
dc
mm
=
dn
K
T
T
.P
đc
= 2.11 = 22 (Kw)
 P
dc

∑
ct
dc
U
η
η

Trong đó:
η
dc
: số vòng quay của động cơ n
dc
= 1458 v/ph
n
ct
: là số vòng quay của trục công tác n
ct
= 107,1 v/ph
Với hệ dẫn động gồm các bộ truyền mắc nối tiếp
U
∑
= U
1.
U
2
.U
3
…
Với U
1

U
h
= U
1
. U
2
Trong đó: u
1
là tỷ số truyền cấp nhanh
u
2
là tỷ số truyền cấp chậm
u
2
=
625,26,13.1,1.1,1
3
3
==
h
u

⇒
18,5
625,2
6,13
1
==u

III . XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TRÊN CÁC TRỤC :

II
II
III
/2,107
625,2
5,281
===

 Số vòng quay trên trục công tác:
(
)
phvnn
IIIct
/2,107==

2.Tính công suất trên các trục :
Với sơ đồ tải trọng không đổi ta có :
Công suất danh nghĩa trên trục động cơ là :

)(1,8
9,0
31,7
Kw
n
P
PP
lv
ct
lv
đ


 Công suất danh nghĩa trên trục công tác:
)(4,699,0.97,0.67,6
KwPP
XTKNOIIICT
===
ηηη

3 . Tính mômen xoắn :
Mômen xoắn trên các trục được xác định theo công thức :
T = 9,55.10
6
i
i
n
P

 Mômen xoắn trên trục động cơ là:

)(5,53055
1458
1,8
.10.55,9.10.55,9
66
Nmm
n
P
T
đ
c

n
P
T
II
II
II
=== Mômen xoắn trên trục III :

)(4,594202
2,107
67,6
.10.55,9.10.55,9
66
Nmm
n
P
T
III
III
III
=== Mômen xoắn trên trục công tác:

)(3,570194
2,107

Số vòng quay
n(v/ph)
Mômen xoắn
T (Nmm)
Động cơ
1
8,1 1458 53055,5
Trục I 7,23 1458 47357
2,625
Trục II 6,94 281,5 235442,3
5,18
Trục III 6,67 107,2 594202,4
1
Trục công tác 6,4 107,2 570194,3
§å ¸n m«n häc
Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên

14 PHẦN II: THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN CƠ KHÍ

1. Thiết kế bộ truyền cấp nhanh:
1.1 Chọn vật liệu:
Do không có yêu cầu gì đặc biệt và tải trọng làm việc là không đổi nên ở đây
ta chọn vật liệu cho 2 bánh răng của bộ truyền cấp nhanh là thép nhóm I có độ rắn
HB < 350; và chọn cặp vật liệu cho bộ truyền cấp nhanh là như nhau với lưu ý rằng
bánh răng nhỏ có độ rắn lớn hơn độ rắn bánh răng lớn từ 10 đến 15 đơn vị.
Tra bảng (6.1)[1] ta có:
- Bánh nhỏ 1:

V
.K
XH
/ S
H
(1)
[σ
F
] = σ
o
Flim
. K
FC
. K
FL
.Y
R
/ S
F
(2)
 σ
o
Hlim
, σ
o
Flim
:ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép ứng với
số chu kì cơ sở.
Theo bảng 6.2 với thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 180 … 350
702

σ
Flim2
=1,8.HB =1,8.255=459(MPa)
 K
FC
: Hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải.
K
FC
= 1 do bộ truyền quay 1 chiều;
 K
HL
,K
FL
: Hệ số tuổi thọ, xét đến ảnh hưởng của thời gian phục vụ và chế độ
tải trọng của bộ truyền, được xác định theo công thức sau:
K
HL
=
H
m
HE
HO
N
N

K
FL
=
F
m

74,2
1
10.34,2285.30 ==
HO
N74,2
2
10.789,1255.30 ==
HO
N

Đối với thép 45:
FO
N
= 4.10
6


FEHE
NN , : Số chu kì thay đổi về ứng suất tương đương.

∑
== tncNN
FEHE
60

Với: c, n, t
Σ

NN
>
>
>
2
22
11
;
Ta lấy :
FOFE
HOHE
HOHE
NN
NN
NN
=
=
=
2
22
11

⇒ K
HL
= 1; K
FL
= 1
 S
H
,S

H1
] + [σ
H2
] )/2 = 554,55 (MPa)
Mặt khác: [σ
H
]
≤
1,25.[σ
H
]
min
=1,25.527,27=659
⇒
Vậy giá trị trung bình [σ
H
] không vượt quá 1,25.[σ
H
]
min
.
[σ
F1
] = 513.1.1/1,78 = 288,2 (MPa)
[σ
F2
] = 459. 1/1,78 = 257,87 (MPa)
* Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải:
§å ¸n m«n häc
Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên

= 0,8.σ
ch2
= 0,8.450 = 360 (MPa)

1.3 Xác định thông số cơ bản của bộ truyền:
Đối với hộp giảm tốc, thông số cơ bản là khoảng cách trục a
w
. Nó được xác
định theo công thức (6.15a)[1]:

[ ]
3
1
2
1
11

.
).1.(
baH
HB
aW
u
KT
uKa
ψσ
±=
(3)
Trong đó:
 Dấu (+) khi bộ truyền ăn khớp ngoài, dấu (-) khi bộ truyền ăn khớp

( u +1) = 0,5.0,3(5,18 + 1) = 0,927
Tra bảng 6.7 (TTTKHDĐCK) ta có K
Hβ
= 1,12
Thay các giá trị đã tính vào (3) ta có: )(7,127
3,0.18,5.55,554
12,1.47357
).118,5.(43
3
2
1
mma
w
=+=

Chọn a
W1
= 130 (mm)
§å ¸n m«n häc
Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên

17 1.4 Xác định các thống số ăn khớp
a) Xác định modun:
Sau khi xác định được khoảng cách trục a

- Chọn trước góc nghiêng β = 15
0
- Từ (4) ta suy ra số răng của bánh nhỏ:

09,27
)118,5.(5,1
15cos.130.2
)1.(
cos 2
1
1
=
+
=
+
=
o
w
um
a
Z
β
(răng)

Chọn Z
1
= 27 (răng)
Vậy số răng bánh lớn là :
Z
2

. ===
w
t
a
Z
mCos
β

0
54,15=
⇒
β

- Với góc nghiêng β như vậy, ta không cần dịch chỉnh bánh răng để đảm bảo
khoảng cách trục cho trước.
- Chiều rộng vành răng :
)(39130.3,0
11
mmab
wbaw
===
ψ

Chọn b
w1
= 39 (mm)
§å ¸n m«n häc
Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên

18

Tra bảng 6.5 [ I ] ta có: Z
M
= 274 (MPa
1/3
)
 Z
H
: Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc.

).2sin(
cos.2
tw
b
H
Z
α
β
=

β
b
: Góc nghiêng của răng trên hình trụ cơ sở.
tg
β
b
= cos α
t
.tg
β


tg
β
b
= cos 20,7.tg 15,54 = 0,26 ⇒ β
b
= 14,58
0
⇒
711,1
)7,20.2sin(
58,14cos.2
==
H
Z

• Z
ε
:Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng, được xác định thông qua ε
β
, ε
α
:
ε
α
:Hệ số trùng khớp ngang.
ε
α
= [1,88 – 3,2.(1/ Z
1
+ 1/ Z

Hβ
: Hệ số kể đến sự phân bố tải trọng không đều trên chiều rộng răng
Tra bảng 6.7 (TTTKHDĐCK )ta có: K
Hβ
= 1,12.
+) K
H
α
: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng
thời ăn khớp.
Tính đường kính vòng lăn bánh nhỏ:

036,42
11852,5
130.2
1
2
1
1
=
+
=
+
=
m
w
w
U
a
d

 K
HV
: Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp

H w w1
HV
1 H
β Hα
ν
.b .d
K =1+
2.T .K .Kw
H H 0
1
a
ν =δ .g .v.
u

δ
H
: Hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp.
Tra bảng 6.15(TTTKHDĐCK )ta có: δ
H
= 0,002
g
0
: Hệ số kể đến ảnh hưởng của sai lệch các bước răng 1 và 2.

)11852,5.(339,1.47357.2
.773,0.711,1.274
2
Mpa
H
=
+
=
σ

* Xác định chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép.
[σ
H
]
CX
= [σ
H
].Z
V
.Z
R
.K
HX
 Với v = 3,205 (m/s) < 5 (m/s), chọn Z
v
= 1
 K
HX
: Hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng. K
HX

884,1100.
527
93,536527
100.
0
0
−=
−
=
−
=∆
σ
σσ
σ
<
o
o
4

Vậy bộ truyền được thiết kế thoả mãn điều kiện bền tiếp xúc.
§å ¸n m«n häc
Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên

20 1.6 Kiểm nghiệm về độ bền uốn:
Để đảm bảo độ bền uốn cho răng, ứng suất sinh ra tại chân răng không được
vượt quá một giá trị cho phép, theo công thức (6.43) (TTTKHDĐCK )ta có:


1
= 47357 Nmm
+) m
n
: Mô đun pháp. m
n
= 1,5
+) b
W1
: Chiều rộng vành răng. b
w1
= 39mm
+) d
W1
: Đường kính vòng lăn bánh chủ động. d
w1
= 42,036 mm
+) Y
ε
: Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng.
597,0
675,1
1
==
ε
Y

+) Y
β
: Hệ số kể đến độ nghiêng của răng.

27
cos
33
1
1
===
o
v
Z
Z
β
(răng) .Chọn Z
v1
=30 răng

55,156
54,15cos
140
cos
33
2
2
===
o
v
Z
Z
β
(răng) . Chọn Z
v1

Fα
= 1,4
Theo (6.46)[1] :
F W W1
FV
1 F
β
F
α
ν .b .d
K =1+
2.T .K .K

0
1
. . .
W
F F
a
g v
u
ν δ
=

Tra bảng 6.15; 6.16 (TTTKHDĐCK )ta có: δ
F
= 0,006; g
0
= 73
§å ¸n m«n häc

8,3.889,0.597,0 914,1.47357.2
1
==
F
σ
<
[
]
)(19,303
1
Mpa
F
=
σ

)(85,140
8,3
6,3
675,148
2
Mpa
F
==
σ
<
[
]
)(28,271
2
Mpa

H Max
không vượt quá một giá trị cho phép. Nghĩa là:
σ
H Max
= σ
H
.
qt
K
≤ [σ
H
]
Max[
]
MPaMPa
HH
1260)(395,7962,2.93,536
max
max
=≤==⇔
σσ

 Đồng thời để đề phòng biến dạng dư hoặc phá hỏng tĩnh mặt lượn chân
răng thì:
[
]
max.

σ

Kết luận: Vậy bộ truyền được thiết kế thỏa mãn điều kiện quá tải.
§å ¸n m«n häc
Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên

22 1.8 Bảng thông số cơ bản của bộ truyền cấp nhanh

Thông số
Ký
hiệu

Công thức tính
Kết
quả

Đơn
vị

Khoảng cách trục
a
w

a = 0,5.m.(Z
1
+ Z
2

D
a1
= D
1
+ 2m 45,0367 mm
D
a2
D
a2
= D
2
+ 2m 220,968 mm
ĐK vòng chân
D
f1
D
f1
= D
1
– 2,5m 38,2867 mm
D
f2
D
f2
= D
2
– 2,5m 214,218 mm
ĐK vòng cơ sở
D
b1

1,5
Chiều rộng vành răng
b
w

b
W
=
ψ
ba
. a
W

39 mm
Tỷ số truyền u 5,1852
Số răng
Z
1
27
Z
2
Z
2
= U
1
. Z
1
140
Hệ số dịch chỉnh
X


2. Thiết kế bộ truyền cấp chậm:
2.1 Chọn vật liệu:
Do không có yêu cầu gì đặc biệt và tải trọng làm việc là không đổi nên ở đây
ta chọn vật liệu là thép nhóm I có độ rắn HB < 350; và chọn cặp vật liệu cho bộ
truyền cấp chậm là như nhau với lưu ý rằng bánh răng nhỏ có độ rắn lớn hơn độ rắn
bánh răng lớn từ 10 đến 15 đơn vị.
Tra bảng 6.1
[1]
ta có:
- Bánh nhỏ 1:
Thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 241 I 285 có σ
b3
= 850 Mpa
σ
ch3
= 580 Mpa
- Bánh lớn 2:
Thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 192I240 có σ
b4
= 750 Mpa
σ
ch4
= 450 Mpa
1.2 Ứng suất cho phép:
Ứng suất tiếp xúc cho phép [σ
H
], ứng suất uốn cho phép [σ
F
] được xác định

(2)
 σ
o
Hlim
, σ
o
Flim
:ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép ứng với
số chu kì cơ sở.
Theo bảng 6.2 với thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 180 I 350
S
H
=1,1;
8,1
0
lim
=
F
σ
;S
F
=1,75
Chọn độ rắn cho bánh nhỏ HB
3
=270 ; HB
4
=230
σ
0
Hlim3

,K
FL
: Hệ số tuổi thọ, xét đến ảnh hưởng của thời gian phục vụ và chế độ
tải trọng của bộ truyền, được xác định theo công thức sau:
K
HL
=
H
m
HE
HO
N
N

K
FL
=
F
m
FE
FO
N
N

+)
FH
mm , : Bậc đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc và uốn.
Khi độ rắn mặt răng HB<= 350 thì 6==
FH
mm

N

Đối với thép 45:
FO
N
= 4.10
6


FEHE
NN , : Số chu kì thay đổi về ứng suất tương đương.

∑
== tncNN
FEHE
60

Với: c, n, t
Σ
: Lần lượt là số lần ăn khớp trong một vòng quay, số vòng quay trong
một phút,và tổng số giờ làm việc của cặp bánh răng đang xét.

7
33
10.72,195.8,0.365.8.5,281.1.60 ===
FEHE
NN

7
44

HE
N
=
3
HO
N4
HE
N =
4
HO
N4
FE
N =
FO
N⇒ K
HL
= 1; K
FL
= 1
 S
H

] = ([σ
H3
] + [σ
H4
] )/2 = 504,525 (MPa)
Mặt khác: [σ
H
]
≤
1,25.[σ
H
]
min
= 1,25.418,82 = 523,53
[σ
F3
] = 486.1/1,75 = 277,7 (MPa)
[σ
F4
] = 414.1/1,75 = 236,6 (MPa)
§å ¸n m«n häc
Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên

25 * Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải:
[σ
H3
]

định theo công thức sau (6.15a) (TTTKDĐCK) [ ]
3
2
2
2
22

.
).1.(
baH
H
aW
u
KT
uKa
ψσ
β
±=

Trong đó:
 Dấu (+) khi bộ truyền ăn khớp ngoài, dấu (-) khi bộ truyền ăn khớp
trong.
 Ka: hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng.
Tra bảng 6.5 (TTTKDĐCK)ta có: Ka = 43 Mpa
1/3

 T

).1625,2.(43
3
2
2
mma
w
=+=

Chọn a
W2
= 155 (mm)
1.4 Xác định các thống số ăn khớp:
a) Xác định modun:
Sau khi xác định được khoảng cách trục a
w
ta có thể tính môđun theo công
thức sau:
m = (0,01 I 0,02)a
w
= (1,55I3,1) mm
Tra bảng 6.8 (TTTKDĐCK)ta chọn m = 2.
b) Xác định số răng Z, góc nghiêng
β
ββ
β
, hệ số dịch chỉnh x: