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. 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.
Hộp giảm tốc là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp, có tỷ số truyền
không đổi và đợc dùng để giảm vận tốc góc, tăng mô men xoắn . Với chức năng nh
vậy ,ngày nay hộp giảm tốc đợc sử dụng rộng rãi trong các ngành cơ khí , luyện kim ,
hoá chất , trong công nghiệp đóng tàu Trong giới hạn của môn học em đ ợc giao
nhiệm vụ thiết kế hộp giảm tốc trục vít - bánh vít . Trong quá trình làm đồ án đợc sự
giúp đỡ tận tình của các thầy trong bộ môn , đặc biệt là thầy Nguyễn Xuân Ngọc , em
đã hoàn thành xong đồ án môn học của mình. Do đây là lần đầu , với trình độ và thời
gian có hạn nên trong quá trình thiết kế không thể tránh khỏi những sai sót xảy ra , em
xin chân thành cảm ơn những ý kiến đóng góp của các thầy trong bộ môn .
Sinh viên

Bùi Hữu Mạnh
1
phần I : chọn đ ộng cơ và phân phối tỷ số truyền
I chọn động cơ
Công suất có ích trên trục tang tời là :

859,1
1000
065.,28600
1000
.
===
vF
N

Công suất cần thiết của động cơ là :

73,2
67,0
895,1
===

lv
ct
N
N
(KW)
Tính tốc độ sơ bộ động cơ
theo bảng 2.4 [I] /21 ta chọn u
xích
= 2 ữ 5 , u
hộp
= 35 ữ 80,
u
chung
= u
hộp
.u
ngoài
= (2 ữ 5). (35 ữ 80) = 70 ữ 400
Số vòng quay của trục công tác là

14,4
300.14,3
065,0.1000.60

T
T
; khối lợng m = 41 (kg);
II phân phối tỷ số truyền và tính mô mên xoắn trên trục
Tỷ số truyền chung u
chung
=
349
14,4
1445
==
lv
dc
n
u
Ta chọn tỷ số của bộ truyền ngoài : u
xích
=4,0.
do đó tỷ số truyền của hộp giảm tốc là
2

25,87
0,4
0,349
===
ũich
chung
h
u
u

n
n

(v/ph)
n
3
=
55,16
84,4
27,80
2
==
br
n
n
(v/ph)
n
4
=
14,4
0,4
55,16
3
==
xih
n
n
(v/ph)
Công suất trên các trục
N

N
1
=
)(7,2
99,0.8,0
14,2
.
2
Kw
N
olantv
==

Mô men xoắn trên các trục
T
1
=
)(29,17844
1445
70,2.10.55,9
.10.55,9
6
1
1
6
Nmm
n
N
==
T

4
=
)(94,4288272
14,4
859,1.10.55,9
.10.55,9
6
4
4
6
Nmm
n
N
==
Ta lập đợc bảng kết quả tính toán sau:
Trục
Thông số
Trục
động cơ
I II III Làm việc
Khớp U
nh
= 18 U
ch
= 4,84 u
x
=4,0
N(kW) 2,7 2,7 2,14 2,04 1,85
n (vg/ph) 1445 1445 80,27 16,55 4,14
T(N.mm) 17844,3 254603 1177160 4288272

= 1,5 (bôi trơn định kỳ)
k
c
= 1,45 (làm việc ba ca )
k
o
= 1 (bộ truyền có góc nghiêng nhỏ hơn 60
0
)
Do đó hệ số sử dụng xích là
k = k
o
. k
b
.k
a
.k
đc
.k
c
.k
đ
= 1.1.1.1,5.1,45.1,25 = 2,71
Hệ số răng đĩa dẫn
k
z
= z
01
/z
1

Xác định khoảng cách trục a = 40 .t = 40 .38,1 = 1524 mm
tính số mắt xích
4
X =
a
tzz
t
a
zz
2
2
12
21
)(25,0
.2
][5,0


+++
X =
9,155
152414,3
1,38)2185(25,0
1,38
1524.2
]8521[5,0
2
2
=


z
t
==

d
2
=
)(08,1031
)85/14,3sin(
1,38
/sin(
)2
mm
z
t
==

Tính lực tác dụng lên trục
F
r
= k
x
. F
t
, với F
t
=
)(6,9466
1,38.16,16.21
04,210.6

Chọn vật liệu làm bánh vít là đồng thanh thiếc bP 10-1
Chọn vật liệu làm trục vít là thép 45, tôi bề mặt đạt độ rắn HRC 45
2. Tính ứng suất cho phép
Theo bảng 7.1[I]/146 với bánh vít làm bằng vật liệu nh trên đúc trong khuôn cát có

b
=200(MPa),
ch
= 120 (MPa).
Tính ứng suất tiếp xúc cho phép [
H
]
N
HE
=60.

=
N
i
iii
tnTT
1
4
22
)/(
trong đó n
i
, T
2i
, số vòng quay trong 1 phút và mô men xoắn trên bánh vít trong chế

b
] = [
Ho
]. K
HL
= 170.1,042 = 177,24 (MPa)
Tính ứng suất uốn cho phép
N
FE
= 60.

=
N
i
iii
tnTT
1
9
22
)/(
= 60.23000 (1
9
.5 + 0,5
9
.3) = 6,908.10
6
K
FL
=
806,010.908,6/10/10

6
[
F
]
max
= 0,8.
ch
= 0,8.120 = 96(MPa);
3 .Tính thiết kế
- Xác định a

: Chọn sơ bộ K
H
= 1,2 .
Với u = 18 chọn z
1
= 2 do đó z
2
= z
1
.u = 2 .18 = 36 răng
Mô men xoắn trên trục 2 là T
2
= 254603 (Nmm)
Chọn hệ số đờng kính trục vít q = 10
Tính khoảng cách trục sơ bộ
vì tải trọng thay đổi không đáng kể do đó chọn hệ số tập trung tải trọng là
K
H












+
a

=
)(132
10
3,1.1.254603
]177.36
170
)1036(
3
2
mm=








1
1
smqz
nm
=+=+
tính góc vít
tg = z
1
/q = 2/10 = 0,2 = 11
0
18
từ bảng 11.3 [CTMTI] /198 với góc vít trên ta chọn đợc hệ số ma sát
7
f = 0,026. và góc ma sát = 1
0
30
hiệu suất bộ truyền =
82,0
)(
.95,0 =



tg
tg
Kiểm nghiệm ứng suất uốn
Tính số răng tơng đơng
z
tđ
= z

= 0,75.75,6 = 56 ( mm )
ứng suất uốn trong răng bánh vít

F
=
=
n
FvFF
mdb
KKYT

4,1
22
22

)(37,9
17,4.8,226.56
81,1.1.6.1.254603.4,1
MPa=
< [
F
]
m
n
= m cos () = 6,3 . cos (11
0
18) = 4,17 (mm)
Kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc
hệ số K
t


= 1 + (36/86)
3
(1-0,8125) = 1,01
ta có K
Hv
= 1,3. ứng suất tiếp xúc

H
=
qKTaqzz
H
/]/)[()/170(
2
3
22

+
=
6,14710/2,1.254603]9,149/)1036[()36/170(
3
=+
(MPa) < [
H
]
4. Các thông số bộ truyền
Khoảng cách trục: a

= 144,9 (mm)
Mô đun : m = 6,3 (mm)

Đờng kính chia : d
1
= 63 (mm); d
2
= 277 (mm)
Đờng kính đỉnh : d
a1
= 48,88 (mm); d
a2
= 239,4 (mm)
Đờng kính đáy : d
f1
= 47,88 (mm); d
f2
= 211,68 (mm)
5.Tính nhiệt truyền động trục vít
Diện tích thoát nhiệt cần thiết của hộp giảm tốc

)(].3,0)1(7,0[
)1(1000
0
1
ttKtqK
P
A
dt
++

=


F
t1
= F
a2
= 2.T
1
/d
1
= 2.17844/63 = 566(N)
F
t2
= F
a1
= 2.T
2
/d
2
= 2.254603/226,8 = 2245(N)
F
r1
= F
r2
= F
t2
.tg/cos = 2245.tg(20)/cos(11
0
18) = 833(N)
II . tính bộ truyền trong ( bộ truyền bánh răng nghiêng)
1.Chọn vật liệu.
Bánh nhỏ : Thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn 241 ữ 285 HBcó:

V
K
xH
= 1
[ ]
HHLHH
SK

=
lim

S
H
: Hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc. S
H
=1,1.

limH

: ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với số chu kì cơ sở;

limH

= 2.HB + 70

H lim3
= 570 MPa;

H lim4
= 530 MPa;

N
N
HE
: Số chu kì thay đổi ứng suất tơng đơng.

( )
CKiiiiiHE
ttTTtuncN /./.)./.(.60
3
1
=
C: Số lần ăn khớp trong một vòng quay.
T
i
, n
i
, t
i
: Lần lợt là mômen xoắn , số vòng quay và tổng số giờ làm việc ở chế độ i
của bánh răng đang xét.

( )
ckiiiiHE
ttTTtuncN /./.)./.(.60
3
113
=

7
3

MPa518
1,1
1.570
=
; [
H
]
4
=
MPa8,481
1,1
1.530
=
Vì bộ truyền là bộ truyền bánh trụ răng nghiêng nên trị số [
H
] đợc tính theo giá trị
nhỏ nhất trong các giá trị sau:

[ ] [ ] [ ]
( )
MPa
HHH
5002/
43
=+=

và [
H
]=1,18[
H

Hệ số an toàn S
F
= 1,75 - bảng 6.2 [I]/94


F lim1
= 1,8.250 = 450Mpa.


F lim2
= 1,8 230 = 414 Mpa.
10
K
FL
=
F
m
FEFO
NN
với m
F
= 6.
m
F
: Bậc của đờng cong mỏi khi thử về uốn.
N
FO
: Số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn.
N
FO

666
3
10.410.259
8
3
.)5,0(
8
5
1.23000).84,4/1445.(1.60 =>=






+=
FOFE
NN
Ta có : N
FE3
> N
FO3
=> K
FL3
= 1
[
F3
] = 450.1.1 / 1,75 = 257 MPa,
[
F4

K
H

= 1,03
d

3
= 68
)(8084,4.500.87,0/84,5.03,1.1,1.25460368][/)1(.
3
2
3
2
3
mmuuKKT
HdHH
==+


tính sơ bộ khoảng cách trục a

2
a

2
= d

3
(u+1)/2 = 80 (4,84+1)/2 = 233,6(mm)
lấy a

m
= Z
4
/ Z
3
= 150/ 31 = 4,83
Tính lại : cos = m ( Z
3
+ Z
4
) / 2 a

2

= 2,5.( 31+ 150 )/ 2. 235 = 0,962
11
15,68
o
= 15
0
41


Đờng kính vòng chia:
d
3
= d

3
= m. Z



[
H
]

H
= Z
M
Z
H
Z


2
3
3

)1.( 2

dub
uKT
mw
mH
+
;
Trong đó : - Z
M
: Hệ số xét đến ảnh hởng cơ tính vật liệu;
- Z

o
tg
b
= cos
t
.tg = cos(20
o
).tg(15,68
o
)= 0,263
b
= 14,77
o
Z
H
=
tw
b


2sin
cos2
=
)20.2sin(
)77,14cos(.2
0
0
= 1,73 ;



K
H

= 1,03 (Tính ở trên);
Vận tốc bánh dẫn : v =
33,0
60000
27,80.80.14,3
60000

23
==
nd
w

m/s;
vì v < 4 m/s tra bảng 6.13 [I]/106) chọn cấp chính xác 9 ;
Trị số của hệ số phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời không
ăn khớp K
H

= 1,12 (tra bảng 6.14[I]/107).
Theo bảng 6.15 [I]/107 => Trị số của các hệ số kể đến ảnh hởng của sai số ăn
khớp
12

H
=0,002
Tra bảng 6.16 chọn trị số của hệ số kể đến ảnh hởng của sai lệch bớc răng
g

HH
wwH
Hv
KKT
db
K

K
H
= K
H


. K
HV
. K
H

= 1,03.1,006.1,12 1,16
Thay số :
H
= 275.1,70.0,77.
2
)80.(83,4.60
)184,4.(16,1.254603.2 +
463 MPa

H
< [
H

= 2.T
3
.K
F
Y

Y

Y
F3
/( b
w
d
w3
.m)
Tính các hệ số :
Tra theo
d
on với bảng 6.7 [I]/98, ta có K
F

= 1,24 ; với v < 2,5 m/s tra bảng
6.14 [I] / 107 cấp chính xác 9 thì K
F

= 1,37.
Tra bảng 6.16 [I]/107 chọn g
o
= 73
Theo bảng 6.15 [I]/108 =>


FF
FV
KKT
db
K

K
F
= .K
F

.K
F

.K
FV
= 1,24.1,37.1,005 = 1,708
Với

= 1,68 Y

= 1/

= 1/1,68 = 0,59;
= 15,68
o
Y

= 1 - /140

tra bảng 6.18[I]/109 thì ta có Y
F3
= 3,75, Y
F4
= 3,60;
13
ứng suất uốn :

F3
= 2.254603.1,708.0,888.0,59.3,75 / (60.80.2,5) =142,39 MPa;

F4
=
F3
. Y
F4
/ Y
F3
= 142,39.3,60/ 3,75 = 136,69 MPa;
Ta thấy độ bền uốn đợc thoả mãn
vì
F3
< [
F3
] =257 MPa,
F4
< [
F4
] = 236,5 MPa;
6. Kiểm nghiệm răng về quá tải.

. K
qt
= 113,94. 1,4 = 159,52 MPa
vì
F3max
< [
F3
]
max
= 464 MPa,
F4max
< [
F4
]
max
= 360 MPa
nên răng thoả mãn về điều kiện quá tải.
Kết luận : Bộ truyền cấp chậm làm việc an toàn.
7.Tính lực tác dụng lên bộ truyền
F
t3
= F
t4
= 2.T
2
/d
3
= 2.254603/80 = 6310 (N)
F
a3

145 + 47,88/2 = 168,94 < 384,25/2 = 192,15
d
a4
-( a
tv
+ d
f1
)

d
f4
/12
395,5/2-168 = 28,81 < 32
Kết luận : Bộ truyền làm việc an toàn
9.Thông số và kích thớc bộ truyền
Khoảng cách trục a

=235 (mm)
Mô đun m=2,5 (mm)
Tỷ số truyền u= 4,83
Hệ số dịch chỉnh x= 0 (mm)
Góc nghêng răng = 15
0
41
Số răng bánh nhỏ z
3
= 31 (răng)
Số răng bánh lớn z
4
= 150 (răng)

2
= 56 mm ; b
3
= 60 mm b
4
= 60
Góc nghiêng của cặp bánh răng =15,68
0
Chọn vật liệu chế tạo bằng thép C45, tôi có
b
= 600Mpa , ứng suất xoắn cho phép
[]= 12 20 Mpa

I. tính sơ bộ truc
Theo công thức 10.9 đờng kính trục thứ k với k =1 3;

[ ]
3
2,0

k
k
T
d =
(mm)
[ ]
MPa
mNT
14
.17844

==d
(mm)
Với d
2
= 40, tra bảng P2.11[I]/261, ta đợc chiều rộng ổ lăn B = 18mm.
[ ]
MPa
mNT
25
.1177160
3
=
=

=>
7,61
25.2,0
1177160
3
3
==d
(mm)
Chọn d
3
= 60, tra bảng P2.11[I]/261, ta đợc chiều rộng ổ lăn B = 22 mm

Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực.
Chọn :theo bảng 10.2[I]/189 ta chọn
+ Khoảng cách từ mặt cạnh của chi tiết quay đến thành trong của
hộp hoặc khoảng cách giữa các chi tiết quay:

11
/2 = 118 (mm);
l
12
= h + K
3
+ l
m12
/2 +B ;
với l
m12
là chiều dài nối trục đàn hồi l
m12
= 1,4.d = 1,4.20 =28 (mm);
l
12
= 59 (mm); l
1
= 59+236 = 295 (mm)
Trục II
l
2
= B/2 + K
2
+K
1
+l
bv
+K
1


trong đó :
l
31
= l
br
/2+K
1
+l
bv
+K
1
+K
2
+B = 30+10+56+10+5+11 = 122 (mm).
l
32
= l
br
/2+K
1
+K
2
+B/2 = 30+10+5+11 =56 (mm).
l
33
= h+K
3
+l
mx

18
Theo phơng y :






=++=
=+=


0).(
2
0
13122
1
1131
1
211
llR
d
FlFM
RFRY
yaro
yry
thay số vào giải hệ trên ta đợc
F
y1
= 325 (N), F

= R
y1
.z với ( 0 z 118 )
= 325 .118 = 38350 (Nmm).
M
x2
= M
x1
+ F
a1.
d
a1
/2 = 38350+ 70717 = 109067 (Nmm).
M
y1
= F
nt
. z với ( 0 z 59 )
= 99.59 = 5841 (Nmm).
M
y2
= R
y2
. z với ( 0 z 118 ).
= 508.118 = 59944 (Nmm).
Mô mem xoắn T = 17844 (Nmm).
Mô men tại tiết diện 1
M
u
= M

Ta thấy M
tđ2 >
M
tđ1
Do đó ta tính chính xác trục tại tiết diện 2
d
)(3,29
50.1,0
125410
].[1,0
3
3
mm
M
td
==

ta chọn đờng kính trục là d = 30 (mm)
Kiểm nghiệm hệ số an toàn
19
s =
22
.


ss
ss
+
Trong đó s


.
1
+
=

trong đó
-1
,
-1
là giới mỏi uốn và mỏi xoắn trong chu kỳ đối xứng của mẫu nhẵn đ-
ờng kính 7 10 mm ,đợc tính gần đúng theo công thức

-1
= (0,4- 0,45).
b
= 0,45.600 = 270 (MPa).

-1
= ( 0,23 0,28) .
b
= 0,25.600 = 150 (MPa).

a
,
a
- biên độ ứng suất uốn và ứng suất xoắn trong tiết diện trục ;
m
,
m
- ứng suất

là hệ số xét đến ảnh hởng của ứng suất trung bình đến độ bền mỏi


= 0,10 ,

= 0,05
k

, k


hệ số xét đến ảnh hởng của kích thớc tiết diện trục đến độ bền mỏi
tra bảng 15.2 ta có k

= 1,76; k


= 1,54


,


- hệ số xét đến ảnh hởng của kích thớc tiết diện trục , tra bảng 15.2 ta có



= 0,88;



ssss
46,5.3,34/
22
34.35,46 +
= 3.3 > [ s]
[s] hệ số an toàn cho phép
Kết luận :lấy đờng kính trục là d=30 (mm)

20
2.TÝnh trôc trung gian
 Lùc t¸c dông lªn bé truyÒn (trong phÇn tÝnh bé truyÒn )
Lùc t¸c dông lªn b¸nh vÝt
F
a2
= F
t1
= 566 (N); F
t2
= F
a1
= 2245 (N);
F
r1
= F
r2
= 833(N).
21
Lực tác dụng lên bánh răng lớn
F
a3

ytry

Giải hệ trên ta đợc R
y1
= 2173 (N), R
y2
= 4920 (N);
Chiếu lên phơng x ta có






=+++=
=+=


0.
2
).(
0
22
3
.322213212
1
2321
lR
d
FllFlFM

y1
= 2245.52 = 116740 (Nmm);
M
y2
= R
x2
. z = 2547.54 = 137538 (Nmm);
Giá trị mô men tơng đơng tại tiết diện 1 và 2
Mô men tại tiết diện 1
M
u
=
)(165447116740177237
2222
NmmMM
yx
=+=+
T = 256403 (Nmm)
M
tđ
=
)(27562254603.75,0165447.75,0
2222
NmmTM
u
=+=+
Mô men tại tiết diện 2
M
u
=


ta chọn đờng kính trục là d = 40 (mm)
Kiểm nghiệm hệ số an toàn
22
s =
22
.


ss
ss
+
Trong đó s

, s

là hệ số an toàn khi chỉ xét riêng ứng suất uốn và ứng suất xoắn
ta có
ma
k
s







.
1


-1
= ( 0,23 0,28) .
b
= 0,25.600 = 150 (MPa).

a
,
a
- biên độ ứng suất uốn và ứng suất xoắn trong tiết diện trục ;
m
,
m
- ứng suất
uốn và ứng suất xoắn trung bình.
ứng suất uốn đợc coi nh thay đổi theo chu kỳ đối xứng ,do đó

m
= 0,
a
=
max
= M/W = 320990/0,1.40
3
= 50,1
ứng suất xoắn đợc thay đổi theo chu kỳ mạch động (khi trục quay một chiều)

m
=
a


= 1,54


,


- hệ số xét đến ảnh hởng của kích thớc tiết diện trục , tra bảng 15.2 ta có



= 0,88;


= 0,81;

69,2
0.1,01,50.
88.0
76.1
270
=
+
=

s

76,7
9,9.05,09,9.
81,0

F
x
= 8442 (N); F
y
= 6696 (N);
24
Tìm phản lực tại gối đỡ
Tìm phản lực tại các gối đỡ
Chiếu lên phơng y ta có






=++=
=+=


0.).(
0
332312314
1
241
lFllRlFM
RFFRY
yyto
yyty

Giải hệ trên ta đợc R

Thay số vào và giải hệ trên ta đợc nghiêm
R
x1
= 958 (N); R
x2
= 11697 (N).
Giá trị mô men
M
x1
= R
y1
.l
31
= 4881.122 = 595482 (Nmm);
M
x2
= R
y2
.l
23
= 5267.77 =405559 (Nmm);
M
y1
= R
x1
.l
31
+F
a4
.d

u
=
)(766173650 034405559
2222
NmmMM
yx
=+=+
T = 1177160 (Nmm)
M
tđ
=
)(10194501177160.75,0766173.75,0
2222
NmmTM
u
=+=+
ta thấy M
tđ2
>M
tđ1
do đó ta tiến hành kiểm nghiệm trục tại tiết diện 2
d
)(8,58
50.1,0
1019450
].[1,0
3
3
mm
M