Đồ án thiết kế hệ thống truyền động cơ khí GVHD: Trần Thiên Phúc
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ
Đề tài:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI
GVHD : Trần Thiên Phúc
SVTH : Trần Văn Linh
MSSV : 20601273
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 6-2009
SVTH: Trần Văn Linh Page 1
Đồ án thiết kế hệ thống truyền động cơ khí GVHD: Trần Thiên Phúc
MỤC LỤC
Trang
Phần I : CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN…
I.1 Chọn động cơ điện………………………………………. 3
I.2 Phân phối tỷ số truyền cho hệ thống truyền động………. 4
Phần II : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY………………
II.1 Tính toán bộ truyền đai………………………………… 6
II.2 Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng………………… 9
II.3 Tính toán thiết kế trục……………………………………. 17
II.4 Chọn ổ lăn……………………………………………… 27
II.5 Tính toán thiết kế then …………………… … … … … 30
II.6 Chọn nối trục đàn hồi ……………………………… 32
II.7 Thiết kế vỏ hộp giảm tốc …………………………. … 33
II.8 Các chi tiết phụ ……………………………… … … 34
Phần III: CHỌN DẦU BÔI TRƠN, BẢNG DUNG SAI LẮP GHÉP

=
=
 
 ÷
 
=
∑
∑
Với
2000.1,1
2,2
1000 1000
t
Fv
P kW
= = =
là công suất lớn nhất trong các công suất tác dụng lâu dài lên trục máy công tác

2 2 2
1 .60 0,75 .12 0,9 .12
2,2 2,1
60 12 12
td
P kW
+ +
= =
+ +
+ Công suất cần thiết trên động cơ

td

=
: hiệu suất của một cặp ổ lăn
0,95
d
η
=
: hiệu suất của bộ truyền đai

2 4
0,99.0,97 .0,99 .0,95 0,85
η
∑
= =
Vậy
2,1
2,47
0,84
td
ct
P
P kW
η
∑
= = =
2. Xác định số vòng quay sơ bộ
+ Số vòng quay của trục máy công tác

( )
4 4
6.10 . 6.10 .1,1

. 22.66,67 1466,7 /
sb lv
n n n v p
∑
= = =
+ Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ
n
đb
= 1500 v/p
3. Chọn động cơ
Theo bảng P1.2 phụ lục với P
ct
= 2,47kW và n
đb
= 1500 v/p ta chọn động cơ
DK.42-4 có P
đc
= 2,8 kW và n
đc
= 1420 v/p
I.2 Phân phối tỉ số truyền
1. Phân phối tỉ số truyền
+ Tỉ số truyền chung của hệ dẫn động
1420
21,3
66,67
dc
lv
n
u

Do là hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp đồng trục nên ta có thể phân u
hgt
theo
công thức
1 2
9,68 3,1
hgt
u u u
= = = =
+ Tính lại giá trị u
đ
theo u
i
trong hộp giảm tốc
1 2
21,3
2,2
. 3,1.3,1
d
u
u
u u
∑
= = =
SVTH: Trần Văn Linh Page 4
Đồ án thiết kế hệ thống truyền động cơ khí GVHD: Trần Thiên Phúc
2. Xác định công suất động cơ, momen và số vòng quay

2 2
1

dc
I
d
I
II
II
III
i
P
P kW
P
P kW
P
P kW
n
n v p
u
n
n v p
u
n
n v p
u
P
T
η η
η η
η η
= = =
= = =

đ
=2,2
• Điều kiện làm việc: Quay một chiều, làm việc hai ca, tải va đập nhẹ.
Tính toán thiết kế:
1. Chọn loại đai và tiết diện đai
Theo hình 4.1 với P =2,47 kW, n
1
= 1420 v/p, ta chọn đai loại A có các thông
số là
b
t
= 11 mm ; b =13 mm
h = 8 mm ; y
0
=2,8 mm
A = 81 mm
2
; d
1
= 100 ÷ 200 mm
L =560 ÷ 4000mm
2. Đường kính bánh đai nhỏ
d
1
= 1,2d
min
= 1,2.100 = 120 mm
Theo tiêu chuẩn ta chọn d
1
= 125 mm

ε
= = =
− −
Sai lệch so với giá trị chọn trước 2,73%
6. Khoảng cách trục

1 2 1 2
0,55( ) 2( )
0,55(125 280) 8 2(125 280)
d d h a d d
a
+ + ≤ ≤ +
+ + ≤ ≤ +

230,75 810a
≤ ≤
Chọn sơ bộ a = 1,2d
2
= 1,2.280 = 336 mm
SVTH: Trần Văn Linh Page 6
Đồ án thiết kế hệ thống truyền động cơ khí GVHD: Trần Thiên Phúc
7. Chiều dài đai

2
2 1 2 1
( ) ( )
2
2 4
d d d d
L a

4
k k
a
+ − ∆
=
Trong đó:

1 2
125 280
1400 763,8
2 2
d d
k L mm
π π
+ +
= − = − =

2 1
280 125
77,5
2 2
d d
mm
− −
∆ = = =

2 2
763,8 763,8 8.77,5
374
4

≥
Với:
Hệ số xét đến ảnh hưởng góc ôm đai

1
110
1,24(1 ) 0,94C e
α
α
−
= − =
Hệ số xét đến ảnh hưởng vận tốc

2 2
1 0,05(0,01 1) 1 0,05(0,01.9,29 1) 1,007
v
C v= − − = − − =
Hệ số xét đến ảnh hưởng tỉ số truyền u
C
u
=1,13 (vì u = 2,2)
Hệ số xét đến ảnh hưởng của số dây đai
C
z
= 1
Hệ số xét đến ảnh hưởng chế độ tải trọng
C
r
= 0,7 ( va đập nhẹ)
SVTH: Trần Văn Linh Page 7

a1
= d
1
+ 2h
0
= 120 + 2.3,3 = 126,6 mm
Bánh đai lớn
d
a2
= d
2
+ 2h
0
=280 + 2.3,3 = 286,6 mm
14. Lực căng ban đầu

1
0
780
d
v
PK
F F
vC z
α
= +
Với F
v
= q
m

• Thời gian phục vụ 7 năm, 1 năm làm việc 300 ngày, ngày làm việc hai
ca, 1 ca làm việc 8 giờ, tải va đập nhẹ
• Chế độ tải:
T
1
= T ; T
2
= 0,75T ; T
3
= 0,9T
t
1
= 60s ; t
2
= 12s ; t
3
= 12s
A. Chọn vật liệu và tính ứng suất cho phép
1. Chọn vật liệu
Do không có yêu cầu gì đặc biệt và theo quan điểm thống nhất hóa trong thiết
kế ta chọn vật liệu 2 cấp bánh răng như nhau
Bánh nhỏ:
Thép 45, tôi cải thiện đạt độ rắn HB 241÷285, σ
b1
= 850MPa , σ
ch
= 580MPa
Bánh lớn:
Thép 45, tôi cải thiện đạt độ rắn HB 192÷240, σ
b2

σ
σ
= + = + =
= + = + =
S
H
= 1,1

0
lim
0
lim1 1
0
lim2 2
1,8
1,8 1,8.245 441
1,8 1,8.230 414
1,75
F
F
F
F
HB
HB MPa
HB MPa
S
σ
σ
σ
=

Đồ án thiết kế hệ thống truyền động cơ khí GVHD: Trần Thiên Phúc
. Số chu kì làm việc tương đương

3
ax
ax
60
60
F
i
HE i i
m
m
i
FE i i
m
T
N c n t
T
T
N c n t
T
 
=
 ÷
 
 
=
 ÷
 

 
= + + =
 ÷
 
chu kì
Tương tự N
HE2
= 11,9 chu kì
Vì N
HE1
> N
HO1
nên K
HL1
= 1
N
HE2
> N
HO2
nên K
HL2
=1
+
6 6 6
1 1
60 0,75 12 0,9 12
60
84 84 84
FE h
T T T

FL1
= 1
N
FE2
> N
FO2
nên K
FL2
= 1
d. Ứng suất cho phép được xác định sơ bộ

[ ]
0
lim
HL
H H
H
K
S
σ σ
=

[ ]
0
1
1 lim1
1
560 509,1
1,1
HL

e. Ứng suất uốn cho phép

[ ]
0
lim
FC FL
F F
F
K K
S
σ σ
=

[ ]
0
1
1 lim1
1.1
441 252
1,75
FC FL
F F
F
K K
MPa
S
σ σ
= = =
SVTH: Trần Văn Linh Page 10
Đồ án thiết kế hệ thống truyền động cơ khí GVHD: Trần Thiên Phúc

= 0,8.580 = 464 MPa
[σ
F2
]
max
= 0,8σ
ch2
= 0,8.450 = 360 MPa
B. Tính toán cấp chậm:
Số liệu:
• Công suất: P
1
= P
II
= 2,36 kW
• Số vòng quay: n
1
= n
II
= 208,2 v/p
• Momen xoắn: T
1
= T
II
= 108252 Nmm
• Tỉ số truyền: u = 3,1
1. Xác định sơ bộ khoảng cách trục

[ ]
1


3
w
2
108252.1,06
49,5(3,1 1) 164,4
481,8 .0,3.3,1
a mm
= + =
Chọn a
w
= 165 mm
2. Xác định các thông số ăn khớp
+ Modun m
Theo (6.17) m = (0,01÷0,02)a
w
= (0,01÷0,02)165 = 1,65÷3,3
Theo bảng 6.8 chọn m = 2,5
+ Số răng z
1
, z
2

w
1
2
2.165
32,2
( 1) 2,5(3,1 1)
a

z
u
z
= = =
Sai lệch so với trước 0,8%
4. Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền
SVTH: Trần Văn Linh Page 11
Đồ án thiết kế hệ thống truyền động cơ khí GVHD: Trần Thiên Phúc
+ Đường kính vòng chia
d
1
= z
1
m = 32.2,5 = 80 mm
d
2
= z
2
m = 100.2,5 = 250 mm
+ Đường kính vòng đỉnh
d
a1
= d
1
+ 2m = 80 + 2.2,5 = 85 mm
d
a2
= d
2
+ 2m = 250+ 2.2,5 = 255 mm

+ Vận tốc vòng bánh răng

1 1
4 4
.80.208,2
0,87 /
6.10 6.10
d n
v m s
π π
= = =
Theo bảng 6.13 ta chọn cấp chính xác 9 với v < 2 m/s
5. Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc
1
w1 w
2 ( 1)
M H
H
H
Z Z Z
T K u
d b u
ε
σ
+
=
+ Z
M
= 274 : hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp(bảng 6.5)
+ Z

0,866
3
Z
ε
−
= =
+ K
H
: hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc
K
H
= K
Hβ
.K
Hα
.K
Hv
• K
Hβ
= 1,05 : hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên bề rộng
răng
• K
Hα
= 1 (bánh răng trụ răng thẳng)
• K
Hv
: hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp

w w1
1

= + =
Suy ra K
H
= K
Hβ
.K
Hα
.K
Hv
= 1,05.1.1,032 =1,0836
Vậy
274.1,76.0,866 2.108252.1,0836(3,125 1)
413
80 49,5.3,125
H
MPa
σ
+
= =
σ
H
= 413 MPa < [σ
H
] = 481,8 MPa
do đó độ bền tiếp xúc được thỏa mãn
6. Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn
1 1
1
1
2

β
= 1 : hệ số kể đến độ nghiêng của răng
+ Y
F
: hệ số dạng răng
1
1
2
2
13,2 13,2
3,47 3,47 3,8825
32
13,2 13,2
3,47 3,47 3,602
100
F
F
Y
z
Y
z
= + = + =
= + = + =
+ K
F
: hệ số tải trọng khi tính về uốn
K
F
= K
Fβ

0,011.73.0,87 5,076
3,125
F F o
a
v g v
u
δ
= = =
Do đó
5,076.49,5.80
1 1,083
2.108252.1,12.1
Fv
K = + =
Suy ra K
F
= K
Fβ
.K
Fα
K
Fv
= 1,12.1.1,083 = 1,213
Vậy
1 1
1
1
2
2.108252.1,213.0,572.1.3,8825
58,9

] = 252 MPa
σ
F2
< [σ
F2
] = 236,5 MPa
Vậy độ bền uốn được thỏa
7. Các thông số và kích thước bộ truyền cấp chậm
• Khoảng cách trục : a
w
= 165 mm
• Modun: m =2,5
• Chiều rộng vành răng: b
w
= 49,5 mm
• Tỉ số truyền: u = 3,125
• Số răng: z
1
= 32 răng ; z
2
= 100
• Đường kính vòng chia: d
1
= 80 mm ; d
2
= 250 mm
• Đường kính vòng đỉnh: d
a1
= 85 mm; d
a2

165
nhanh ch
a a mm= =

• Modun: m =2,5
• Tỉ số truyền: u = 3,125
• Số răng: z
1
= 32 răng ; z
2
= 100
• Đường kính vòng chia: d
1
= 80 mm ; d
2
= 250 mm
• Đường kính vòng đỉnh: d
a1
= 85 mm; d
a2
= 255 mm
• Đường kính vòng đáy: d
f1
= 73,75 mm; d
f2
= 243,75 mm
1. Chiều rộng vành răng
b
w
= ψ

49,5 1
49,5(3,125 1) 1,1.36395
. 0,105
165 481,8 .3,125
H
ba
H
K T
u
a
u
β
ψ
σ
+ 
+
 
= = =
 
 
 
 
SVTH: Trần Văn Linh Page 14
Đồ án thiết kế hệ thống truyền động cơ khí GVHD: Trần Thiên Phúc
Chọn ψ
ba
= 0,15
Chiều rộng vành răng b
w
= ψ

M
= 274 : hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp(bảng 6.5)
+ Z
H
= 1,76 : hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc ( bảng 6.1)
+ Z
ε
: hệ số kể đến sự trùng khớp của răng

4
3
Z
α
ε
ε
−
=
Với
1 2
1 1 1 1
1,88 3,2 1,88 3, 2 1,748
32 100z z
α
ε
 
 
= − + = − + =
 ÷
 ÷
 


w w1
1
1
2
H
Hv
H H
v b d
K
T K K
α β
= +

w
0
165
0,004.56.2,7 4,395
3,125
H H
a
v g v
u
δ
= = =

4,395.25.80
1 1,118
2.36395.1.1,02
Hv

1
1
2
2 1
1
2
F F
F
w w
F
F F
F
T K Y Y Y
b d m
Y
Y
ε β
σ
σ σ
=
=
+ Y
ε
: hệ số kể đến sự trùng khớp của răng
1 1
0,572
1,748
Y
ε
α

F
= K
Fβ
.K
Fα
K
Fv
• K
Fβ
= 1,05 : hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng
vành răng khi tính về uốn
• K
Fα
= 1 ( bánh răng thẳng)
• K
Fv
: hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp khi tính
về uốn
w w1
1
1
2
F
Fv
F F
v b d
K
T K K
β α
= +

2
2.36395.1,382.0,572.1.3,8825
44,7
25.80.2,5
F F
F
w w
T K Y Y Y
MPa
b d m
ε β
σ
= = =
2
2 1
1
3,602
44,7. 41,5
3,8825
F
F F
F
Y
MPa
Y
σ σ
= = =
σ
F1
< [σ

I
= 36395
T
II
= 108252
T
III
= 322597
Từ đó ta tính được đường kính sơ bộ các trục
d
I
= 25 mm d
II
= 30 mm d
III
= 40 mm
3. Xác định sơ bộ bề rộng ổ lăn
Tra bảng 10.2 bề rộng ổ lăn
d
I
= 25 mm → b
0I
= 17 mm
d
II
= 30 mm → b
0II
= 19 mm
d
III

III
= 80 mm
+ Tra bảng 10.3 chọn các giá trị
k = 10 : khoảng cách từ bề mặt chi tiết quay đến thành trong của hộp hoặc
khoảng cách giữa các chi tiết quay
k = 10 : khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành trong hộp
k = 15 : khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ
h = 15 : chiều cao nắp ổ và đầu bulong
+ Khoảng congxon trên trục thứ k tính từ chi tiết quay thứ i ở ngoài hộp giảm
tốc đến gối đỡ
l
c12
= 0,5(l
m12
+ b
0I
) + k
3
+ h
n
= 0,5(34+17) +15+15 = 55,5 mm
l
c33
= 0,5(l
m33
+ b
0III
)+ k
3
+ h

l
22
= 0,5(l
m22
+ b
0II
) +k
1
+k
2
= 0,5(40+19)+10+10 = 49,5
l
23
= l
11
+l
32
+ k
1
+ 0,5(b
0I
+b
0III
) = 97+56,5+10+0,5(17+23) = 183,5mm
l
21
= l
23
+ l
32

w1
0
13 13 13 w
2 2.36395
910
80
. 910. 20 331
x t
y r t
T
F F N
d
F F F tg tg N
α
= = = =
= = = =
+ Lực tác dụng từ bộ truyền đai
12
576
y r
F F N
= =
+ Trong mp(Oyz) :
12 10 13 11
13 10 12
0
/1 48,5 97 152,5 0
y y y y y
y y y
F F F F F

∑ = − + − =


∑ = − =


11
10
455
455
x
x
F N
F N
=


=


SVTH: Trần Văn Linh Page 18
Đồ án thiết kế hệ thống truyền động cơ khí GVHD: Trần Thiên Phúc
* Biểu đồ momen trục I:
+Momen uốn tổng tại các tiết diện j trên chiều dài trục
SVTH: Trần Văn Linh Page 19
Đồ án thiết kế hệ thống truyền động cơ khí GVHD: Trần Thiên Phúc
2 2
yj
11 12
2 2

0,75 30610 0,75.36395 43937
tdj j j
td
td
td
td
M M T
M
M M T T Nmm
M M T Nmm
M M T Nmm
= +
=
= + = =
= + = + =
= + = + =
+ Đường kính trục tại các tiết diện j
3
0,1[ ]
tdj
j
M
d
σ
≥
Với [σ] = 63 MPa : ứng suất cho phép của thép chế tạo trục ( bảng 10.5)
•
10
3
3

•
13
3
3
13
43937
19,1
0,1[ ] 0,1.63
td
M
d mm
σ
≥ = =
Chọn d
13
= 25 mm
b. Trục II: Chọn hệ trục Oxyz như hình vẽ
+ Lực tác dụng từ bộ truyền bánh răng trụ
2
22 22
w2
0
22 22 22 w
2 2.108252
866
250
. 866. 20 315
x t
y r t
T

y y y
F F F F F
M F F F
∑ = − + + − =


∑ = + − =

SVTH: Trần Văn Linh Page 20
Đồ án thiết kế hệ thống truyền động cơ khí GVHD: Trần Thiên Phúc
20
21
482
818
y
y
F N
F N
=


=

+ Trong mp(Oxz):
21 23 22 20
23 22 20
0
/1 56,5 190,5 240 0
x x x x x
x x x

2 2 2 2
23 23 23
0
23859 2490 23989
46228 106819 116393
j xj
x y
x y
M M M
M M
M M M Nmm
M M M Nmm
= +
= =
= + = + =
= + = + =
+ Momen tương đương:
2 2
20 21
2 2 2 2
22 22 22
2 2 2 2
23 23 23
0,75
0
0,75 23989 0,75.108252 96770
0,75 116393 0,75.108252 149453
tdj j j
td td
td

≥ = =
Chọn d
22
= 30 mm
•
23
3
3
23
149453
28,7
0,1[ ] 0,1.63
td
M
d mm
σ
≥ = =
Chọn d
22
= 30 mm
• Chọn d
20
= d
21
= 25 mm
c. Trục III: Chọn hệ trục Oxyz như hình vẽ
+ Lực tác dụng từ bộ truyền bánh răng trụ
3
32 32
w3

đàn hồi ( bảng 16.10)
33
2.322597
(0,2 0,3) 1466
110
x
F N= ÷ =
+ Trong mp(Oyz):
31 32 30
32 30
0
/1 56,5 113 0
y y y y
y y
F F F F
M F F
∑ = − + =


∑ = − + =

=>
30
31
470
470
y
y
F N
F N

=


=


* Biểu đồ momen trục III:
SVTH: Trần Văn Linh Page 23
Đồ án thiết kế hệ thống truyền động cơ khí GVHD: Trần Thiên Phúc
+ Momen uốn tổng:
2 2
yj
30 33
31
2 2 2 2
32 32 32
0
119511,6
26532,4 132662 135289
j xj
y
x y
M M M
M M
M M Nmm
M M M Nmm
= +
= =
= =
= + = + =

0,1[ ]
tdj
j
M
d
σ
≥
•
31
3
3
31
303866
36,4
0,1[ ] 0,1.63
td
M
d mm
σ
≥ = =
Chọn d
31
= d
30
= 40 mm
•
32
3
3
32

= 750 MPa, σ
ch
= 450 MPa
σ
-1
= 0,436σ
b
= 0,436.750 = 327 MPa
τ
-1
= 0,58σ
-1
= 0,58.327 = 190 MPa
Theo bảng 10.7 ta có hệ số xét đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình đến độ
bền mỏi ψ
σ
= 0,1 ; ψ
τ
= 0,05
b. Các trục của hộp giảm tốc đều quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối
xứng, do đó:
max
0;
j
mj aj j
j
M
W
σ σ σ
= = =

, s
τj
: hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại j
1 1
aj
. . .
j
dj aj mj dj
s
K K
σ
σ σ σ
σ σ
σ ψ σ σ
− −
= =
+

1
. .
j
dj aj mj
s
K
τ
τ τ
τ
τ ψ τ
−
=

K
K
K
σ
σ
σ
ε
 
+ −
 ÷
 
=
1
x
dj
y
K
K
K
K
τ
τ
τ
ε
 
+ −
 ÷
 
=
- Các trục được gia công trên máy tiện, tại các tiết diện nguy hiểm yêu

Tiết
diện
d
mm
ε
σ
ε
τ
K
σ
σ
ε
K
τ
τ
ε
K
σd
K
τd
s
σ
s
τ
s
10 20 2,345 1,805 1,28 1 3,36 11,19 3,48
SVTH: Trần Văn Linh Page 25