CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
Bảng tiêu chuẩn thiết kế cầu thang
Degree() H( in) B(in) A = (in)
30 6.5 11 12.78
32 6.75 10.75 12.69
33 7 10.5 12.61
35 7.25 10.25 12.55
36 7.5 10 12.5
38 7.75 9.75 12.45
40 8 9.5 12.41
41 8.25 9.25 12.39
43 8.5 9 12.37
45 8.75 8.75 12.374
46 9 8.5 12.38
48 9.25 8.25 12.4
50 9.5 8 12.42
Từ bảng trên ta chọn góc nghiêng cầu thang là 30 độ với các thông số đi kèm.
Để xe có thể leo lên cầu thang dễ dàng và êm hơn thì ta phải chọn L 2.A
L 2.32,4612=64,92(cm)
Ta thấy với L càng dài thì xe sẽ hoạt động leo cầu thang tốt hơn, nhưng vì để tối ưu hoá thiết kế
nên không chọn L quá dài. Ta chọn L=80(cm).
Rỏ ràng ta thấy góc nghiêng càng nhỏ thì xe leo lên càng thuận tiện, tuy nhiên khí ốc nghiêng
này nhỏ thì sẻ làm tăng chiều dài của xe: = 30.
Để đảm bảo xe có thể leo được và rút ngắn được chieuè dài xe thì ta chọn =30 độ.
Khi đó tan = q= = = 28,6(cm).
Kích thước, góc độ của xe sau khi đã tính toán.
FM là lực cần thiết để di chuyển xe lên cầu thang.
FR là lực cản tiếp tuyến.
FV là là lực thành phần của lực hấp dẫn.
Theo đề tải trọng xe cần phải tải là 100kg, g = 9,813 .
Lực cần thiết để có thể kéo tải và xe lên cầu thang là:

FM=FR+FV= m.g(sin()+ cos())
Trong đó:
FR= .m.g.cos()
FV= m.g.sin()
Hệ số ma sát trong trường hợp này được tính theo công thức:
=
Khi xe di chuyển lên và đạt góc ( lớn nhất thì lúc đó hệ số ma sát sẽ lớn nhất và khi đó góc được
xác định bằng: Sin()== = 12
Nên = = 0,15
Suy ra: FM=FR+FV= m.g(sin()+ cos())
=100.9,81(sin30 + 0,15.cos30)= 618(N).
Theo tính năng sử dụng của xe là hỗ trợ người đưa người tàn tật, người già leo cầu thang nên tốc
độ của xe phải bằng tốc độ của người đi bộ khi leo cầu thang. Tốc độ đi bộ trung bình khi leo cầu
thang là 1.3km/h = 0,36 m/s.
Theo công thức tính công suất P=Ft.v/1000 ta có
Công suất trên trục công tác là:
P = 618.0,36/1000=0,22(KW)
1) PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN KẾT CẤU CƠ KHÍ
Xe leo cầu thang có thể leo bằng 3 phương án : Leo bằng bánh, bằng xích hoặc bằng đai.
Xe leo bằng bánh có khả năng chuyển động êm, nhẹ nhàng nhưng việc thiết kế, chế tạo kết cấu
khó , việc tính toán trọng tâm khi leo cầu thang củng khó khăn.
Xe leo cầu thang bằng xích có thê dễ dàng hơn trong việc thiết kế và chế tạo mô hình hơn xe leo
bằng bánh, dễ dàng xác định được trọng tâm hơn trong khi leo nhưng tạo ra tiếng ồn khi di
chuyển, dễ bị trượt khi leo do ma sát kém.
Xe leo bằng đai có thể khắc phục được tất cả các nhược điểm trên matt cách dễ dàng, nên ta chọn
phương án di chuyển cho xe leo cầu thang là di chuyển bằng đai.
2.1) Chọn loại đai
Theo hình dạng tiết diện đai, đai được phân ra các loại: đai dẹt( tiết diện hình chữ nhật),đai hình
thang(đai hình chêm),đai nhiều chêm(đai hình răng) và đai răng.
Đai dẹt coa các loại: đai da, đai vải cao su, đai vải bông, đai sợi len, đai sợi tổng hợp. Đai da có

độ bền mòn cao, chịu va đập tốt nhưng không dùng được ở nơi có axít hoặc ẩm ướt, giá thành đia
đắt nên ít được sử dụng. Đai vải cao su gồm nhiều lớp vải bông và cao su sunfua hóa, được xếp
từng lớp, cuộn từng vòng kín hoặc cuộn xoắn ốc. Nhờ có đặc tính: bền, dẻo, ít bị ảnh hưởng của
độ ẩm và sự thay đổi nhiệt độ, đai vải cao su được sử dụng khá phổ biến và rộng rãi. Đai sợi
bông nhẹ, mềm, thích hợp với bánh đai đường kính nhỏ và với vận tốc lớn nhưng khả năng tải và
tuổi thọ thấp. Đai sợi len nhờ có độ đàn hồi tốt nên chịu được tải trọng va đập , đồng thời ít chịu
ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm, axít…tuy nhiên khả năng chịu tải lại thấp hơn các loại đai khác.
Gần đây bắt đầu sử dụng các loại đai sợi tổng hợp. Đó là loại đai bằng chất dẻo trên cốt là sợi
caprôn với các lớp phủ là nhựa polyamit trộn với cao su nitrin hoặc nhựa nitrat. Đai sợi tổng hợp
có giới hạn bền cao( từ 120-150 Mpa) có thể làm việc với vận tốc <60m/s, công suất tới
3000KW.
Đai nhiều chêm gồm nhiều đoạn nhô hình chêm phân bố dọc theo mặt trong của đai và tiếp xúc
với các rãnh chêm của bánh đai. Lớp sợi( sợi vitkozo, sợi thủy tinh…) là lớp chịu tải chủ yếu.
Đai hình chêm được chế tạo thành vòng kín với chiều dài tiêu chuẩn. Với cùng một công suất
truyền , chiều rộng của đai nhiều chêm nhỏ hơn so với bộ truyền đai hình thang với ưu điểm liền
khối và dẻo của đai dẹt, nhờ đó có thể dùng bánh đai nhỏ với đường kính bé hơn và có thể làm
việc với tỉ số truyền lớn hơn ( u<15).
Đai hình thang có tiết diện hình thang, mặt làm việc là hai mặt bên tiếp xúc với các rãnh hình
thang tương ứng trên bánh đai , nhồ đó hệ số ma sát giữa đai và bánh đai hình thang lớn hơn so
với đai dẹt do đó khả năng kéo củng lớn hơn . Tuy nhiên củng do ma sát lớn nên hiệu suất đai
hình thang thấp hơn đai dẹt .
Có 3 loại đai hình thang: đai thang thường, đai thang hẹp, đai thang rộng. Ở đai thang thường , tỉ
số giữa chiều rộng tính toán
b
t
đo theo lớp trung hòa và chiều cao h của tiết diện hình thang
= 1,4 ở đai thang hẹp = 1,5- 1,1 và ở đai thang rộng = 2- 4,5 . Đai thang rộng thường được
dùng trong các biến tốc đai. Nhờ lớp sợi có độ bền cao hơn, tải trọng phân bố đều hơn trên chiều
rộng của lớp chịu tải trong đai thang hẹp nên khả năng chịu tải của nó lớn hơn so với đai thang
thường, do đó cùng matt công suất cần truyền , chi phí vật liệu làm đai và bánh đai giảm xuống

( gần bằng 2 lần) , đai thang hẹp có thể làm việc với vận tốc cao hơn v <= 40m/s, trong khi đai
thang thường thường làm việc với vận tốc v <= 30m/s. Do vậy bên cạnh đai thang thường được
sử dụng phổ biến hiện nay , đai thang hẹp được sử dụng ngày càng nhiều.
Đai rang tương tự đai dẹt nhưng bề mặt trong có các gờ hình thang hoặc hình tròn, trên các bánh
đai có các rãnh tương ứng. Bộ truyền đai rang làm việc nhờ vào sự ăn khớp giữa đai và các rang
của bánh đai.thép, sợi thủy tinh hoặc sợi poliamit.
Ưu điểm: Kích thước bộ truyền nhỏ, không có hiện tượng trượt giữa đai và bánh đai,tỷ số truyền
lớn, hiệu suất cao,lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ,công suất truyền lên đến 200 Kw.
Đai rang được chế tạo từ cao su trộn với nhựa Nairit hoặc được đúc từ cao su poliuretan. Lớp
chịu tải là dây thép sợi thủy tính hoặc sợi poliamit.
Đai rang có gờ hình tròn đảm bảo phân bố ứng suất đều trong đai, tang khả năng tải lên 40 %,
vào khớp êm hơn.
Do yêu cầu của xe leo cầu thang là cần phải có ma sát cao, vận tốc chuyển động thấp ta chọn loại
đai rang có gờ hình tròn và có hai mặt răng .
2.2) Chọn cơ cấu truyền động.
Truyền động giữa các trục thông thường dùng các cơ cấu truyền là truyền động bằng bánh răng,
truyền động bằng xích, bằng đai, bằng vít…. Ở đây ta chỉ xét đến 2 cơ cấu thích hợp là truyền
động bằng bánh răng vầ truyền động bằng xích.
Truyền động bánh răng dùng để truyền động giữa các trục , thông thường có kèm theo sự thay
đổi về trị số và chiều của momen hoặc vận tốc. Tùy theo vị trí tương đối của các trục, phân ra:
truyền động bánh răng trụ( răng thẳng, răng nghiêng, răng chữ V) để truyền chuyển động giữa
các trục song song ; truyền động bánh răng côn( răng thẳng, răng nghiêng, răng cung tròn ) để
truyền chuyển động giữa các trục giao nhau; truyền động bánh răng trụ chéo hoặc bánh răng côn
chéo để truyền chuyển động giữa các trục chéo nhau. Trong quá trình làm việc, răng của bánh
răng có thể bị hỏng ở mặt răng như tróc rổ,mòn, dính hoặc hỏng ở chân răng như gãy, trong đó
nguy hiểm nhất là tróc rổ mặt răng và gãy răng. Đó là các phá hỏng mỏi do tác dụng lâu ngày
của ứng suất tiếp xúc. Và ứng suất uốn thay đổi có chu kì gây ra. Ngoài ra răng có thể bị biến
dạng dư, gãy giòn lớp bề mặt , hoặc phá hỏng tĩnh ở chân răng do quá tải. Vì vậy khi thiết kế cần
tiến hành tính truyền động bánh răng về độ bền tiếp xúc của mặt răng làm việc và độ bền uốn của
chân răng, sau đó kiểm nghiệm răng về quá tải.

Truyền động bằng xích thuộc loại truyền động bằng ăn khớp gián tiếp, thường được dùng để
truyền động cho các trục xe nhau có thể dùng truyền động xích để giảm tốc hoặc tăng tốc. So với
truyền động đai, khả năng quá tải và hiệu suất của truyền động xích cao hơn, cùng một lúc có thể
truyền động và công suất cho nhiều trục. Tuy nhiên truyền động xích đòi hỏi chế tạo và chăm sóc
phức tạp, làm việc có va đập, chóng mòn, nhất là khi bôi trơn không tốt và môi trường làm việc
nhiều bụi. Trong thực tế thường dùng truyền động xích để truyền công xuất dưới 100 kw, vận tốc
tới 15 m/s. Tuổi thọ của truyền động xích trong các máy tĩnh vào khoảng 3000-5000 giờ. Bộ
truyền xích làm việc có khả năng xuất hiện các dạng hỏng sau : mòn bản lề và răng đĩa, con lăn
bị rổ hoặc bị vỡ, các má xích bị đứt vì mỏi, trong đó mòn bản lề là nguy hiểm hơn cả và thường
xuyên là nguyên nhân chủ yếu làm mất khả năng làm việc của bộ truyền xích. Vì vậy chỉ tiêu
tính toán cơ bản của bộ truyền xích là tính về mòn, xuất phát từ điều kiện áp suất sinh ra trong
bản lề không được vượt quá matt giới hạn cho phép.
Xuất phát từ yêu cầu làm việc của xe là leo cầu thang, hoạt động trên địa hình phức tạp nên yêu
cầu bánh của xe phải có momen lớn và củng suất phát từ công nghệ chế tạo và kinh tế , do đó ta
sử dụng bộ truyền xích truyền động giữa động cơ và bánh xe .