Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
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 nhân dân, để hoà nhập vào sự phát triển chung của các nước trong khu
vực cũng như trên thế giới. Đảng và Nhà nước ta đã đề ra những mục tiêu trong
những năm tới là nước công nghiệp hoá hiện đại hoá.
Nhằm thực hiện mục tiêu đó, chúng em là sinh viên trường Đại Học Kỹ
Thuật Công Nghiệp - Thái Nguyên nói riêng và những sinh viên của các trường
kỹ thuật nói chung trong cả nước luôn cố gắng phấn đấu trong học tập và rèn
luyện, trau dồi những kiến thức đã được dạy trong trường để sau khi ra trường có
thể đóng góp một phần trí tuệ và sức lực của mình vào công cuộc đổi mới của đất
nước trong thế kỷ mới.
Qua đồ án này em đã tổng hợp được nhiều kiến thức chuyên môn, giúp em
hiểu rõ hơn những công việc của một kỹ sư tương lai. Song với những hiểu biết
còn hạn chế cùng với kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên đồ án của em không
tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy trong bộ
môn và các Thầy Cô giáo trong khoa để đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm chỉ bảo của các Thầy
Cô trong khoa và bộ môn Kỹ Thuật Cơ Khí trường Đại Học Kỹ Thuật Công
Nghiệp và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Th.S Nguyễn Đình
Ngọc
Ngày 07 tháng 01 năm 2014
Sinh viên thực hiện
Hứa Văn Vũ

Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 1
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD

TÀI LIỆU THAM KHẢO

trong các thiết bị vận chuyển bằng điện, thang máy, máy trục, các thiết bị thí
nghiệm…
+ Động cơ điện xoay chiều:bao gồm 2 loại đồng bộ và không đồng bộ.
- Động cơ ba pha đồng bộ có ưu điểm hiệu suất cao, hệ số tải lớn nhưng
có nhược điểm; thiết bị tương đối phức tạp, giá thành cao vì phải có thiết bị để
khởi động động cơ. Do đó chúng được dùng cho các trường hợp cần công suất
lớn (>100KW) và khi cần đảm bảo chặt chẽ trị số không đổi của vận tốc góc.
- Động cơ ba pha không đồng bộ: gồm 2 kiểu rô to dây cuốn với rôto lồng
sóc.
- Động cơ ba pha không đồng bộ rôto lồng sóc có ưu điểm là kết cấu đơn
giản, giá thành hạ, dễ bảo quản, song hiệu quả thấp (cosϕ thấp) so với động cơ
ba pha đồng bộ, không điều chỉnh vận tốc.
Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 3
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
Từ những ưu nhược điểm trên cùng với điều kiện hộp giảm tốc của ta em
đã chọn “Động cơ ba pha không đồng bộ rô to lồng sóc”.
1.1.2. Chọn công suất động cơ
Công suất động cơ được chọn theo điều kiện nhiệt độ, khi động cơ làm
việc nhiệt sinh ra không quá mức cho phép. Muốn vậy:
dc
lv
dc
dm
PP
≥
Trong đó:
dc
lv
P

=
Với:
5,12
1000
5,2.5000
1000
.
===
VF
P
t
ct
lv
(Kw)
Công suất cần thiết trên trục động cơ:
∑
=
η
ct
lv
dc
lv
P
P
mà hiệu suất chung của trạm dẫn động:
Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 4
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
4
0

∑
= 1. 0,97
2
. 0,99
4
= 0,9
⇒
9,13
9,0
5,12
===
∑
η
ct
lv
dc
lv
p
P
(KW)
Vậy theo điều kịên trên động cơ phải có công suất:
9,13
≥
dc
dm
P
(KW)
1.1.3. Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ η
db
Khi số vòng quay đồng bộ của động cơ càng tăng thì khuôn khổ, khối

: Số vòng quay đồng bộ của động cơ
u
nd
: tỷ số truyền nên dùng.
+ Số vòng quay của trục công tác

)(112
25,31.42
5,2.10.60
.
.10.60
3
ph
v
tZ
v
n
ct
===

+ Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ:
)/(1500
2
50.60.60
phv
p
f
n
db
===

= 1500v/ph ( Vì u
sb
=13,04 ∈u
nd
(8÷40))
Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 6
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
1.1.4. Chọn động cơ
Căn cứ vào công suất đẳng trị
dbdc
dc
ct
dc
dm
nnPp ≈≥ ;
Theo bảng P1.3.[1] các thông số kỹ thuật của động cơ 4A ta chọn được
động cơ 4A160S4Y3
Bảng thông số kỹ thuật của động cơ điện 4A160S4Y3
Kýhiệu
Công suất
P(KW)
Vận tốc
quay
N(v/ph)
Cosϕ η%
T
max
/T
dn

b) Kiểm tra điều kiện quá tải cho động cơ
Với sơ đồ tải không đổi thì không cần kiểm tra quá tải cho động cơ vì
trong quá trình làm việc tải không lớn hơn được công suất cho phép.
1.2. Phân phối tỷ số truyền
1.2.1. Tỷ số truyền chung của toàn hệ thống
Tỷ số truyền chung của toàn hệ thống xác đinh theo công thức:
Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 7
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD

04,13
112
1460
====
∑
ct
dc
h
n
n
uu

Trong đó:
n
dc
: số vòng quay của động cơ n
dc
= 1460 v/ph
n
ct

ngh
uuu .
=
∑
Mà
1
=
ng
u
. Do đó:
04,13===
∑
∑
u
u
u
u
ng
h
1.2.3. Tỷ số truyền của các bộ truyền trong hộp
Vớí hộp giảm tốc 2 cấp bánh răng trụ hai cấp khai triển, tỉ số truyền của
hộp có thể phân theo chỉ tiêu tiết diện ngang của hộp nhỏ nhất ( cũng chính là để
bôi trơn HGT). Khi này tỉ số truyền cấp chậm được xác định theo công thức
(1.20) [3]:
3
1
2
2
.
.96,0

2
=
ba
ba
ψ
ψ
thì ta có
công thức sau [2]:

2
u
=
3 3
h
1,3 1,3.13,04
u = = 2,6
0,96 0,96

Vậy
⇒
h
1
2
u 13,04
u = = = 5,02
u 2,6

1.3. Tính toán các thông số đặc trưng trên trục
1.3.1. Công suất trên các trục
P

(Kw)
+ Công suất trên trục I:
dc
I lv k ol
P = P .η .η =13,9.1.0,99 = 13,761
(Kw)
+ Công suất trên trục II:

II I br ol
P = P .η .η =13,761.0,97.0,99 =13,21
(Kw)
+ Công suất trên trục III:

III II br ol
P = P .η .η =13,21.0,97.0,99 = 12,69
(Kw)
+ Công suất trên trục IV(trục công tác):

IV III k ol
P P . . 12,69.1.0,99 12,56= η η = =
(Kw)
Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 9
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
1.3.2. Tính toán số vòng quay trên các trục
Tốc độ quay của trục thứ i: n
1
=
ii
i

Tốc độ trên trục II :
84,290
02,5
1460
1
===
u
n
n
I
I
(v/ph)
Tốc độ trên trục III :
86,111
6,2
84,290
2
===
u
n
n
II
III
(v/ph)
Tốc độ trên trục IV :
86,111
1
86,111
3
===

6
.
48,90005
1460
76,13
=
(Nmm)
Trục II: T
II
= 9,55. 10
6
.
55,433762
84,290
21,13
=
(Nmm)
Trục III: T
III
= 9,55. 10
6
.
36.1083403
86,111
69,12
=
(Nmm)
Trục IV (trục công tác) : T
IV
= 9,55. 10

Trục III
1
Trục IV 12,56 111,86 1072304,67

Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 11
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
Phần 2
THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG
2.1. Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng cấp nhanh
2.1.1. Chọn vật liệu
Chọn vật liệu thích hợp là 1 bước quan trọng trong việc tính toán thiết kế
chi tiết máy nói chung và truyền động bánh răng nói riêng. Chọn vật liệu nào là
phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể, tải trọng lớn hay nhỏ, khả năng công nghệ và thiết
bị chế tạo, vật tư cung cấp, yêu cầu kích thước nhỏ gọn hay không…
Đây là hộp giảm tốc công suất trung bình nên ta chọn vật liệu là thép
nhóm I có độ rắn HB<350 để chế tạo bánh răng đây cũng là nhóm vật liệu
thường được sử dụng trong thực tế. Để tăng khả năng chạy mòn của răng ta
nhiệt luyện bánh lớn đạt độ rắn thấp hơn bánh nhỏ. Cụ thể là thép 45 tôi cải
thiện.
Tra bảng 6.1.[1] ta chọn
Loại bánh răng Vật liệu Nhiệt luyện Độ rắn HB
Giới hạn bền
σ
b
(Mpa)
Giới hạn chảy
σ
ch
(Mpa)

0
min








σ
[σ
F
]=
FLFCxFR
F
F
KKKYY
S

s
0
min








R
.Y
s
. K
xF
=1
Do đó:
[σ
H
]=








H
HL
H
S
K
.
0
min
σ
[σ
F
]=

σ
= 2HB+ 70 (Mpa)
0
minF
σ
=1,8.HB (Mpa)
Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 13
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
S
H
: hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc S
H
= 1,1
S
F
: hệ số an toàn khi tính về uốn S
F
= 1,75.
K
FC
: hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải do bộ truyền quay 1 chiều và tải
trọng đặt 1 phía nên lấy K
FC
=1
K
HL
; K
FL
: hệ số tuổi thọ xét đến ảnh hưởng của thời hạn phục vụ và chế độ

=6
(Vì HB
1
= 210 ≤ 350)
Theo công thức 6.5[1]. Ta có: N
HO1
=30.
4,2
HB
H
⇒ N
HO1
= 30. 220
2,4
= 12558439,82
N
HE1
; N
FE1
: số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương.
Vì bộ truyền chịu tải tĩnh nên.
N
HE1
= N
FE1
= N= 60.c.n.t
∑
Trong đó:
C: số lần ăn khớp trong 1 vòng quay ⇒ C=1
N: Số vòng quay trong một phút n

= 1
Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 14
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
[σ
H1
] =
1
1lim
.
1
H
HLH
s
K
σ
=
1,1
1.510
= 463,64 (MPa)
Theo bảng 6.2.[1]
σ
ο
lim
1
F
= 1,8 . 220 = 396 (MPa)
S
F1
: Hệ số an toàn khi tính về uốn ⇒ S

1,1.396
=
(MPa)
+) Với bánh răng lớn tính tương tự:
σ
ο
lim2H
= 2.HB + 70 = 2 . 210 + 70 = 490
S
H2
= 1,1
N
H02
= 30 . H
4,2
2HB
= 30 . 210
2,4
= 11231753,46
Vì N
HE2
=
11
uN
FE
=
02,5
2387392000
=475576095,6
Vì N

[ ]
H
σ
= 454,55 (MPa) ≤ 1,25.
[ ]
min
H
σ
=
= 1,25.
[ ]
2H
σ
= 1,25.445,45=556,81 (MPa)
⇒ Thoả mãn
σ
ο
2limF
= 1,8 . 210 = 378 (MPa)
Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 15
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
Vì N
FE2
= N
HE2
= 475576095,6≥ N
F02
= 4.10
6

H
σ
Max
= 952 (MPa)
+) Ứng suất uốn cho phép khi quá tải khi HB≤350 là:
[ ]
1F
σ
Max
= 0,8.σ
ch1
= 0,8.450 = 360 (MPa)
[ ]
2F
σ
Max
= 0,8.σ
ch2
= 0,8.340 = 272 (MPa)

[ ]
F
σ
Max
= 272 (MPa)
2.1.3. Tính toán nhanh bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng
a. Xác định sơ bộ khoảng cách trục với cấp nhanh
a
1w
= K

H
σ
: Ứng suất tiếp xúc cho phép (MPa)
u
1
: Tỷ số truyền cấp nhanh
Tra bảng 6.5 .[1] với răng nghiêng vật liệu 2 bánh là: thép- thép
⇒K
a
= 43(MPa
1/3
)
Tra bảng 6.6 .[1] ⇒ ψ
ba
=(0,25÷0,4).chọn ψ
ba
= 0,3
⇒ ψ
bd
= 0,5.ψ
ba
(u
1
+1) = 0,5.0,3 (5,02+1) = 0,903
Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 16
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
Lấy ψ
bd
= 0.9

Theo bảng 6.8.[1] chọn m = 2,5
Chọn sơ bộ góc nghiêng của răng β = 18
0
⇒ cosβ = 0,951
Tổng số răng của 2 bánh là:zt = z
1 +
z
2
=
n
w
m
a
β
cos 2
1
⇒ Số răng bánh nhỏ:
z
1
=
1
1
+
u
z
t
=
)1
1
.(

⇒ Lấy tỉ số truyền thực:
u
m
=
1
2
z
z
=
23
116
= 5.04
Khi đó ta có góc β là:
cos β =
n 1 2
w1
m .(z + z )
2.a
=
9653,0
180.2
)11623.(5,2
=
+

Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 17
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
⇒ β = 15
0

z
= 2,5.
9653,0
116
= 300 (mm)
+) Đường kính vòng cơ sở:
d
b1
= d
1
.Cosα = 60.cos20
0
= 56,38 (mm)
d
b2
= d
2
.Cosα = 300.cos20
0
= 281,91 (mm)
+) Đường kính vòng đỉnh răng:
d
a1
= d
1
+ 2.m
n
= 60 + 2.2,5 = 65 (mm)
d
a2

2
1
21

)1(.2
wmw
H
dub
uKT +
≤
[ ]
H
σ
Trong đó:
Z
M
: Hệ số kể đến cơ tính vật liệu của bánh răng ăn khớp
Tra bảng: 6.5.[1] ⇒ Z
M
= 274 (MPa
3
1
)
Z
H
:

Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc
Z
H

β
α
tg
tg
= arctg
'815cos
20
°
°tg
= 20
0
39’
Vậy tg β
b
= cos20
0
47’.tg15
0
8’ = 0
0
15’
⇒ β
b
= arctg (cosα
t
.tgβ)
= arctg (cos20
0
39’ . tg15
0

gọi là chiều rộng bánh răng
⇒ b
2w
= ψ
ba
.a
1w
= 0,3.180 = 54 (mm)
⇒ ε
β
=
796,1
14,3.5,2
)'815sin(.54
=
°

Vì ε
β

≥ 1 do đó Z
ε
được tính theo công thức 6.36c:
Z
ε
=
α
ε
1
+) Hệ số trùng khớp ngang:

=
65,1
1
= 0,777
+) Đường kính vòng lăn bánh chủ động:
d
1w
=
1
1
1
1
.2
+u
a
w
=
104.5
180.2
+
= 60 (mm)
+) Vận tốc vòng của bánh răng:
Trường: ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Lớp : K45KCK01 Trang 19
Đồ án môn học Thiết kế sản phẩm với CAD
Theo công thức 6.40[1] v =
000.60

11
nd

⇒ V
H
= 0,002 . 56 . 4,5844 .
5
180
= 3,081
Theo bảng 6.7.[1] với sơ đồ hình 3 ⇒ K
H
β

= 1,135
+) Hệ số kể đến tải trọng suất hiện trong vùng khớp.
K
Hv
= 1 +
αβ
HH
wwH
KKT
dbV
2

1
1
= 1+
09,1.135,1.48,90005.2
60.54.081,3
= 1,0448
+) Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc:
K

H
= 274.1,714.0,777.
2
60.5.54
)104.5.(29,1.48,90005.2 +
= 436,89(MPa)
+) Xác định chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép với v = 4,5844m/s
- Z
v
: Ảnh hưởng của vận tốc vòng khi v≤10 (m/s) ⇒ Z
v
= 1
Với cấp chính xác động học là 8, chọn cấp chính xác về mức tiếp xúc là 7,
khido cần gia công đạt độ nhám:
R
a
= (0,63 ÷ 1,25) (µm) ⇒ Z
R
= 0,95.
Khi đường kính vòng đỉnh răng d
a
≤ 700(mm) ⇒ K
XH
= 1
⇒ [σ
H
]
CX
= [σ
H

H
= 1,174% ≤ 4%. Vậy bánh răng đảm bảo tính chính xác.
d. Kiểm nghiệm răng 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.
σ
F1
=
nww
FF
mdb
YYYKT

2
11
11
βε
≤ [σ
F1
]
Từ công thức trên ta phải tính K
F

FvFFF
KKKK
αβ
=
Theo bảng 6.7.[1] ⇒ K
F
β

+) K
Fv
: Hệ số tải trọng đột ngột xuất hiện trong vùng ăn khớp.
⇒ K
Fv
= 1+
αβ
FF
wwF
KKT
dbV
2

1
111
= 1+
27,1.32,1.48,90005.2
60.54.21,9
= 1,099
Do đó: K
F
= K
F
β
.K
K
α
.K
Fv
= 1,32.1,27.1,099 = 1,842

−
=
180
'815
1
°
−
= 0,92
+) Số răng tương đương:
Z
v1
=
β
3
1
cos
Z
=
3
92,0
23
= 29,54
⇒ Z
v1
= 30
Z
v2
=
β
3

s
: Hệ số xét đến độ nhạy của vật liệu đối với tập trung ứng suất
Y
s
= 1,08 – 0,0695.ln(m)
= 1,08 – 0,0695.ln(2,5) = 1,01
Y
R
: Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng: Y
R
= 1
K
XF
: Hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn
K
XF
= 1 (da ≤ 400mm)
Ta có: [σ
F1
] = [σ
F1
]
Sb
.Y
R
.Y
S
.K
XF
= 257,14. 1 . 1,01.1 = 259,71(MPa)

=
5,2.60.54
80,3.92,0.58,0.842,1.48,90005.2
= 78,71 (MPa)
⇒ σ
F1
= 78,71 < [σ
F1
] = 265 (MPa)
σ
F2
=
1
21
.
F
FF
Y
Y
σ
=
8,3
6,3.71,78
= 74,56 (MPa)
⇒ σ
F2
= 74,56 ≤ [σ
F2
] = 249,3 (MPa)
Vậy cặp bánh răng 1,2 đảm bảo độ bền uốn.

max
σ
Hmax
= 436,89.
4,1
= 516,94 (MPa)
σ
Hmax
= 516,94 < [σ
H
]
max
= 1624 (MPa)
Vậy điều kiện được thoả mãn.
- Để đề phòng biến dạng dư hoặc phá hỏng tĩnh mặt lượn chân răng thì
ứng suất uốn cực đại được xác định theo công thức:
σ
Fmax
= σ
F
. K
qt
≤ [σ
F
]
max
σ
F1max
= 78,71.1,4 = 110,19 (MPa)
σ

1w
= 59 (mm)
+ Tỷ số bộ truyền thực: u
m
= 5,04
+ Góc nghiêng của răng: β = 15
0
8’
+ Số răng của bánh răng: Z
1
= 23
Z
2
= 116
+ Hệ số dịch chỉnh: x
1
= x
2
= 0
+ Đường kính vòng chia:
d
1
=
β
cos
.
1
Zm
n
=

= 300 + 2 . 2,5 = 305 (mm)
+ Đường kính vòng chân răng:
d
f1
= d
1
– 2,5.m
n
= 60 – 2,5.2,5 = 53,75 (mm)
d
f2
= d
2
– 2,5.m
n
= 300 – 2,5.2,5 = 293,75 (mm)
+) Đường kính vòng cơ sở:
d
b1
= d
1
.cosα = 60.cos20
0
= 56,28 (mm)
d
b2
= d
2
.cosα = 300.cos20
0

≥ H
4
+( 10÷15) HB
- Chọn độ rắn bánh nhỏ HB
3
= 210
- Chọn độ rắn bánh lớn HB
4
= 200
2.2.2. Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép, ứng suất uốn cho phép với bộ
truyền cấp chậm
+ Ứng suất cho phép được xác định theo công thức 6.1 và 6.2
[σ
H
]=
HLxHvR
H
H
KKZZ
S

0
min






