Đồ án

Thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Lộc

SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 1

LỜI NÓI ĐẦU
Đồ án Thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí là một trong ba đồ án quan trọng của
sinh viên ngành Kỹ thuật chế tạo. Đồ án này là được thực hiện nhằm mục đích rèn luyện
cho sinh viên có được những kỹ năng chuyên môn trong quá trình thiết kế và trải nghiệm
kiến thức của mình.
Trong quá trình thực hiện, sinh viên được giao thiết kế hệ thống dẫn động xích tải.
Đây là một hệ thống dẫn động khá phổ biến trong sản xuất công nghiệp. Tuy đơn giản về
mặt kết cấu nhưng hệ thống này có đầy đủ những yêu cầu cơ bản để khi thực hiện, sinh
viên nắm được những kỹ thuật then chốt làm nền móng cho quá trình học tập và đi sâu
vào lĩnh vực Cơ Khí.
Mục đích của bài tập này là làm cho sinh viên biết ứng dụng những hiểu biết của

3. Tìm hiểu hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp khai triển 05
4. Tìm hiểu bộ truyền đai thang 05
II. XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ-PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN
2.1 Chọn động cơ điện 07
2.2 Phân phối tỉ số truyền 09
III. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT MÁY
3.1 Thiết kế bộ truyền đai 11
3.2 Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ 15
3.3 Thiết kế trục và chọn then 30
3.4 Chọn ổ lăn và nối trục 46
3.5 Thiết kế vỏ hộp giảm tốc, bu lông và các chi tiết phụ khác 53
IV. CHỌN DUNG SAI LẮP GHÉP 57
V. HÌNH ẢNH THIẾT KẾ
VI. TÀI LIỆU THAM KHẢO

ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Lộc

SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 3

ĐỀ TÀI
ĐỀ SỐ 1: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI
PHƯƠNG ÁN: 28

Hệ thống dẫn động xích tải bao gồm:
· Động cơ điện 3 pha không đồng bộ
· Nối trục vòng đàn hồi
· Hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp khai triển
· Bộ truyền đai thang
· Xích tải


T
60
0,87T
T

12
T
2

T
1
+
t

Sơ đồ tải trọng
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Lộc

SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 4

I. TÌM HIỀU HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG MÁY:
Dựa vào sơ đồ hệ thống dẫn động xích tải, ta thấy hệ thống bao gồm: một động cơ
điện, một bộ truyền ngoài bằng đai thang, một bộ truyền trong kín (hộp giảm tốc bánh
răng trụ hai cấp khai triển), nối trục đàn hồi, bộ phận công tác (xích tải). Tại sao hệ thống
lại phải có các bộ phận trên ?
1. Động cơ điện:
1.1 Ưu điểm của động cơ điện:
· Biến đổi trực tiếp điện năng thành cơ năng.
· Khởi động đơn giản, êm, có thể hãm và đảo chiều dễ dàng.
· Không gây ra ôi nhiễm môi trường
· Hiệu suất lớn.

SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 5

· Kích thước khuôn khổ lớn.
· Tuổi thọ thấp.
·
3. Hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp khai triển:
3.1 Ưu điểm:
· Đơn giản nhất so với các loại hộp giảm tốc khác.
· Tỉ số truyền chung của hộp giảm tốc thường từ 8 ÷ 40.

3.2 Nhược điểm:
· Các bánh răng bố trí không đối xứng với các ổ, làm tăng sự phân bố không
đều tải trọng trên chiều dài răng.
· Do đó cần chú ý thiết kế trục đủ cứng, đặc biệt là trong trường hợp các bánh
răng được nhiệt luyện đạt độ rắn cao và chịu tải trọng thay đổi, vì khi đó khả
năng chạy mòn của bánh răng rất kém.
Tuy nhiên vì kết cấu đơn giản nên loại sơ đồ này được sử dụng nhiều trong thực tế.

4. Bộ truyền đai thang:
4.1 Ưu điểm:
· Loại đai này có tiết diện hình thang, mặt làm việc là hai mặt bên tiếp xúc với
các rãnh hình thang tương ứng trên bánh đai, nhờ đó hệ số ma sát giữa đai
và bánh đai hình thang lớn hơn so với đai dẹt và do đó khả năng kéo cũng
lớn hơn
· Có thể truyền động giữa các trục xa nhau (>15m).
[3]

· Làm việc êm và không ồn nhờ vào độ dẻo của đai, do đó có thể truyền vận
tốc lớn
· Tránh cho các cơ cấu không có sự dao động lớn sinh ra do tải trọng thay đổi

- Lực vòng trên xích tải: F(N) = 7300
- Vận tốc xích tải v(m/s) = 1,08
- Số răng đĩa xích tải dẫn z(răng) = 11
- Bước xích tải p(mm) = 110
- Thời gian phục vụ L(năm) = 6
- Quay một chiều, làm việc hai ca, tải va đập nhẹ (1 năm làm việc 300
ngày, 1 ca làm việc 8 giờ)
- Chế độ tải: T
1
=T , t
1
=60 s ; T
2
=0,87T , t
2
=12s
T
60

1 2 1 2
. .
. .
.
( ) ( )
t td
td
P P
T T
t t
T T
P t P t
P P
t t t t
=
ổ ử
ổ ử ổ ử
ỗ ữ
+
ỗ ữ ỗ ữ
ỗ ữ
+
ố ứ ố ứ
ố ứ
= =
+ +


;v Cụng sut cn thit trờn trc ng c:
7,72
9,30
0,83
t
ct
P
P kW
h
= = =v Phõn phi t s truyn:
2
2
2
1 2
1
1 2
0,87
.
60 .12
.
7300.1,08
1
. . 7,72
1000 ( ) 1000 (60 12)

;
vòng/phút
§ Trong đó:
v - vận tốc xích tải = 1,08m/s
z - số răng đĩa xích tải = 11 răng
p - bước xích = 110 mm

· Tỉ số truyền toàn bộ u
t
của hệ thống dẫn động
1 2
. . .
t d d hgt
u u u u u u
= =§ Dựa vào B2.4/21 – [1]
Hộp giảm tốc 2 cấp bánh răng trụ có u
hgt
= 8÷40
Truyền động đai thang có u
d
= 3÷5
Chọn sơ bộ tỷ số truyền
(24 200)
t
u£ £ : u
t
= 27

§ Trong đó:
T
mm
: momen mở máy của thiết bị cần dẫn động
T
k
: momen khởi động của động cơ
T : momen tải
T
dn
: momen danh nghĩa
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Lộc

SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 9

·
BẢNG THÔNG SỐ KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ ĐIỆNKi
ể
u đ
ộ
ng cơ

4A132M4Y3

n
đb


1458
27
54
dc
t
lv
n
u
n
= = =

· Ta sử dụng hộp giảm tốc khai triển trong bộ truyền và phân tỉ số truyền u
h
theo yêu cầu
bôi trơn:
Dựa vào B3.1/43-[1], ta chọn tỉ số truyền của hộp giảm tốc hai cấp bánh
răng trụ khai triển thỏa mãn đồng thời ba chỉ tiêu:
§ Khối lượng nhỏ nhất
§ Mô men quán tính thu gọn nhất
§ Thể tích các bánh răng lớn nhúng trong dầu ít nhất Chọn u
h
=8
3 ≤ u
d
≤ 5 → u
1
= 3,2

h h
= = ;

o Trục 1:
2
1
1
8,38
8,82
. 0,96.0,99
ol
P
P kW
h h
= = ;

ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Lộc

SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 10 v Số vòng quay trên các trục:
o
1
1458
431,36
3,38
dc
d
n

6
3
3
3
9,55.10 . 1409826,28
P
T
n
= =
N.mm
o
6
2
2
2
9,55.10 . 593685,64
P
T
n
= =
N.mm
o
6
1
1
1
9,55.10 . 195268,02
P
T
n
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Lộc

SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 11

III. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN:

3.1 Tính toán bộ truyền đai thang:
v Thông số đầu vào:
P
d
= P
dc
= 11 kW
n
d
= n
dc
= 1458 vòng/phút
u
d
= 3,38


→Chọn d
1
= 160 mm
→ Vận tốc đai:
1
1
. .
.160.1458
12,21
60000 60000
d
d n
v
p
p
= = =
m/s
Kiểm tra: ta thấy v
1
= 12,21 < 25 m/s : thỏa điều kiện đai thường.
3.1.2 Chọn hệ số trượt tương đối và tính d
2
:
( )
1
2
.
1
d
d u

560
3,5
160
d
d
= =
· Kiểm tra:
0 0 0 0
0 0 0 0
3,5 3,38
3 .100 3,55 4
3,38
-
£ = £

→ thỏa điều kiện cho phép
3.1.3 Xác định khoảng cách trục a
d
:
· Dựa vào bảng 4.14/60-[1]
Ta có u
d
= 3,5
D
2
= 560 mm
2
2
1
3,5 3

Û + + £ £ +
Û £ £

Vậy a
d
=546 mm → thỏa điều kiện 4.14/60-[1]
3.1.4 Xác định chiều dài dây đai L:
· Từ khoảng cách trục a
d
đã chọn:
2
2
1 2 2 1
( ) ( )
(160 560) (560 160)
2. . 2.546 .
2 4. 2 4.546
2296,23( )
d
d
d d d d
L a
a
L mm
p p
+ -
+ -
= + + = + +
=


1 2
2 1
.( ) .(160 560)
2240 1109,03
2 2
560 160
200
2 2
d d
L
d d
p p
l
+ +
= - = - =
- -
D = = =

2 2
1109,03 1109,03 8.200
515,74( )
4
a mm
+ -
Þ = =
3.1.5 Góc ôm α
1
trên bánh đai nhỏ: (theo CT 4.7/54-[1])
· Chọn vật liệu đai là sợi tổng hợp
0 0

= 11kW
[P
0
]=3,37 kW (nội suy theo bảng 4.19/62-[1])
K
d
= 1,1+0,1 : hệ số tải trọng động (làm việc 2 ca)
C
α
= 0,87 : hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm (tra B4.15/61-[1])
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Lộc

SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 14

C
l
= 1 : hệ số kể đến ảnh hưởng của chiều dài đai
(tra B4.16/61-[1])
C
u
= 1,14 : hệ số kể đến ảnh hưởng của tỉ số truyền
(tra B4.17/61-[1])
C
z
= 0,95 : hệ số kể đến ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải
trọng (tra B4.18/61-[1])
11.1,2
4,1 4
(3,37.0,87.1.1,14.0,95)
zÞ = =

d
v
P K
F F
v C z
a
= +

§ Trong đó:
F
v
= q
m
.v
2
= 0,178.12,21
2
= 26,54(N) :lực căng do lực li
tâm sinh ra
q
m
= 0,178 kg/m (tra B4.22/64-[1])
v = 12,21 m/s
P
1
= 11kW : công suất trên trục bánh chủ động
· Lực tác dụng lên trục:
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Lộc

SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 15

ch

(MPa)
Bánh dẫn
đ
ộ
ng

C45 Tôi cải thiện 241÷285 850 580
Bánh bị động
C45 Tôi cải thiện 192÷240 750 450

Sở dĩ chọn bánh bị động (bánh răng lớn) có độ bền thấp hơn là nhằm mục đích tăng khả
năng chạy mòn của răng, thường H
1
≥H
2
+(10÷15)HB
3.2.2 Xác định ứng suất cho phép:
· Theo B6.2/94-[1], thép C45 tôi cải thiện đạt độ rắn 180÷350HB có:
o Ứng suất tiếp xúc cơ sở: σ
0
Hlim
= 2HB+70
o Hệ số an toàn (tiếp xúc): s
H
= 1,1
o Ứng suất uốn cơ sở: σ
0
Flim

î

· Theo CT6.5/93-[1] :
2,4
30
HO HB
N H
=
: số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về
tiếp xúc
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Lộc

SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 16

2,4 2,4 7
1 1
2,4 2,4 7
2 2
30 30.245 1,63.10
30 30.230 1,39.10
HO HB
HO HB
N H
N H
= = =
= = =

· Theo CT6.6/93-[1]:
6
4.10

3 3
1 1
1
1 1
7
1 1
0,87.
60 12
60.1.28800.431,36.
72 72
70.10
HE
HE HO
T T
N
T T
N N
æ ö
æ ö æ ö
ç ÷
Þ = +
ç ÷ ç ÷
ç ÷
è ø è ø
è ø
Þ = >

Vậy lấy N
HO1
=N


Vậy lấy N
HO2
=N
HE2
, do đó lấy K
HL2
= 1
· Như vậy:
o Theo CT6.1a/93-[1], sơ bộ xác định được
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Lộc

SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 17

[ ]
[ ]
[ ]
0
lim
0
1
1lim
1
0
2
2lim
2
.
1
. 560. 509( )

[ ]
0
1
1lim
1
0
2
2lim
2
1
. . 560. 509( )
1,1
1
. . 530. 481,8( )
1,1
FL
F F FC
F
FL
F F FC
F
K
K MPa
S
K
K MPa
S
s s
s s
= = =

418,8
H H
MPa
s s
Þ = =

· Ứng suất uốn cho phép khi quá tải:
[
]
max
0,8.
F ch
s s
Þ =
khi HB≤350 (theo CT6.14/96-[1])
[
]
[ ]
1
1max
2
2max
0,8. 0,8.580 464
0,8. 0,8.450 360
F ch
F ch
MPa
MPa
s s
s s

. .
H
w a
H ba
T K
a K u
u
b
s y
= ±

§ Trong đó:
K
a
=43 :hệ số phụ thuộc vào cặp vật liệu bánh răng và loại răng
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Lộc

SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 18

(tra B6.5/96-[1])
T
1
= 195268,02 N.mm
[σ
H
]=495,4MPa
u
1
=3,30 :tỉ số truyền bánh răng trụ răng nghiêng
ᴪ

w
=225 mm (sau vài lần tính toán để thỏa điều kiện bền và bôi trơn ngâm dầu)
B. Xác định các thông số ăn khớp:
· Mô đun m
1
=(0,01÷0,02)a
w1
=2÷4 (theo CT6.17/97-[1])
· Chọn mô đun pháp theo tiêu chuẩn m
n
=3 (tra B6.8/99-[1])
· Chọn sơ bộ góc nghiêng răng β=20
0

cos 0,94
j
Þ =

· Tính số răng nhỏ (theo CT6.31/103-[1])
1
1
1
2. .cos
2.225.0,94
33,57
.( 1) 3.(3,30 1)
w
a
z
m u

1
.( ) 3.(34 109)
cos 0,95
2. 2.225
w
m z z
a
b
+
+
= = =→ β = 18,19
0· Khoảng cách trục chia:
N TRUYN NG C KH GVHD: PGS.TS. Nguyn Hu Lc

SVTH: Nguyn Thanh Tun <20702773> Page 19 0,5.3.(34 109)
225( )
0,95
w
a mm
+
= =

H
=
2.cos
sin(2 )
tw
b
a
(theo CT6.34/105-[1])
Đ
b
:gúc nghiờng ca rng trờn hỡnh tr c s
Đ
t
: gúc profile rng
Đ : gúc profile gc

Đ
cos .t
b t
tg g
b a b
=

ã Theo B6.11/104-[1]
0
0
20,96
cos
20 ( 1065 71)
t

a
a
ổ ử
ị = =
ỗ ữ
ố ứ
; :gúc n khp
ã Vi a=0,5.m.(z
2
+z
1
)/cos=0,5.3.(34+109)/cos(18,19)=225(mm)
:khong cỏch trc chia
ã Vy
Z
H
=
2.cos(18,19)
1,69
sin(2.20,96)
=

ã Z

:h s k n s trựng khp ca rng

sin
.
( . )
p w

1,88 3,2. .cos
z z
a
e b
ộ ự
ổ ử
= - +
ờ ỳ
ỗ ữ
ố ứ
ở ỷ
(theo CT6.38/105-[1])

1 1
1,88 3,2. .cos(18,19) 2,35
34 109
a
e
ộ ự
ổ ử
= - + =
ỗ ữ
ờ ỳ
ố ứ
ở ỷ1
0,77
1,67

2. . .
H w w
H H
b d
T K K
b a
u
+
:h s k n ti trng ng xut hin
trong vựng n khp
(theo CT6.41/107-[1])
Đ d
w1
=2a
w1
/(u
1
+1)=2.225/(3,30+1)=106,99(mm) :ng kớnh vũng ln
bỏnh nh
Đ v
1
=.d
w1
.n
1
/60000=.106,99.431,36/60000=2,42(m/s) :vn tc vũng
bỏnh nh (theo CT6.40/106-[1])
Đ
0 1
1

Hv
=
2,95.225.0,315.106,99
1 1,05
2.195268,02.1,1.1,13
+ =

→ K
H
= 1,1 .1,13.1,05=1,30
· Vậy ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên mặt răng của bộ truyền:

2
2.195268,02.1,30.(3,30 1)
274.1,69.0,77. 324,83
225.0,315.3,30.106,99
H
MPa
s
+
= =

· Xác định chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép theo CT6.1/91-[1]
[ ]
lim
. . . . 495,4.0,95.1.1.1 470,63( )
H
H R v XH HL
H
Z Z K K MPa

[ ]
1 1
1 1
1 1
2. . . . .
. .
F F
F F
w w
T K Y Y Y
b d m
e b
s s
= £

§ Trong đó:
K
F
= K
Fβ
. K
Fα.
K
Fv
:hệ số tải trọng khi tính về uốn (theo CT6.45/109-
[1])
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hữu Lộc

SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 22


. . .
w
F F
a
g v
u
u d
=
δ
F
=0,006 :hệ số ảnh hưởng của các sai số ăn khớp (tra
B6.15/107-[1])
g
0
=73 :hệ số ảnh hưởng của các bước răng 1&2 (tra
B6.16/107-[1]) 225
0,006.73.2,42. 8,86
3,30
F
u
Þ = =
→ K
Fv
=
8,86.225.0,315.106,99
1 1,10
2.195268,02.1,37.1,21

b
= = =
→chọn 40 răng
2
3 3
2
109
127,12
cos cos (18,19)
v
z
z
b
= = =
→chọn 127 răng
Với hệ số dịch chỉnh x
1
, x
2
=0 (theo B6.9/100-[1]), tra B6.18/109-[1]
1
2
3,75
3,6
F
F
Y
Y
=
ì

. . .
F F R s XF
Y Y K
s s
=

Trong đó:
Y
R
=1 :hệ số kể đến ảnh hưởng độ nhám mặt lượn chân răng
Y
S
=1,08-0,695.ln(3)=1 :hệ số xét đến độ nhạy vật liệu đối với tập trung ứng suất
K
XF
=1 :hệ số ảnh hưởng của kích thước đến độ uốn → σ
F
< [ σ
F
] : Vậy cặp bánh răng thỏa điều kiện bền về uốn.
E. Kiểm nghiệm răng về quá tải
Theo CT6.48/110-[1] với K
qt
=T
max
/T=2,2 (tra P.13/237-[1])



3.2.4 Tính toán bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng:
A. Xác định khoảng cách trục: a
w1
(theo 6.15/96-[1])
[ ]
2
3
2 2
2
2 2
.
.( 1).
. .
H
w a
H ba
T K
a K u
u
b
s y
= ±
§ Trong đó:
K
a
=49,5 :hệ số phụ thuộc vào cặp vật liệu bánh răng và loại răng (tra B6.5/96-
[1])
[
]

]=481,8MPa
u
1
=2,50 :tỉ số truyền bánh răng trụ răng nghiêng
ᴪ
ba
=b
w
/a
w
=chiều rộng vành răng/khoảng cách trục =0,4 (theo B6.6/97-[1])
K
Hβ
=1,04 :hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành
răng khi tính về tiếp xúc (tra B6.7/98-[1])
ᴪ
bd
=0,53 ᴪ
ba
.(u
1
+1)=0,53.0,4.(3,2+1)=0,74 (theo CT6.16/97-[1])
3
2
2
583685,64.1,1
49,5.(2,50 1). 240,04( )
(481,8) .2,50.0,4
w
a mm

1
=46 răng
2 2 1
. 2,50.46 115
z u zÞ = = =

→chọn z
2
=115 răng
· Tỉ số truyền tính lại

2
2
1
115
2,50
46
z
u
z
= = =

· Khoảng cách trục chia:

2
0,5.3.(46 115)
241,5( )
1
w
a mm

2.cos
sin(2 )
tw
b
a
(theo CT6.34/105-[1])