Đồ án cơ sở thiết kế máy

Thiết kế trạm dẫn động băng tải

LỜI NÓI ĐẦU
Đồ án môn học cơ sở thiết kế máy là một môn học rất quan trọng của ngành cơ
khí. Nhằm rèn luyện cho sinh viên những kỹ năng, khả năng vận dụng các lý thuyết đã
học để giải quyết những yêu cầu từ thực tế đặt ra như: thiết kế các chi tiết máy, các bộ
phận trong máy,… vừa phải đảm bảo các chỉ tiêu về kỹ thuật vừa phải đảm bảo các chỉ
tiêu về kinh tế.
Vì đây là lần đầu tiên bắt tay vào công việc thiết kế nên có nhiều mới mẽ và còn
nhiều bỡ ngỡ. Do kiến thức còn hạn hẹp nên trong quá trình thiết kế và thuyết minh
chắc chắn sẽ có nhiều sai sót khó tránh khỏi. Kính mong được các thầy chỉ bảo tận
tình, phê bình để chúng em có thể hoàn thành tốt đồ án này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Huỳnh Việt Phương đã giúp đỡ chúng em
trong thời gian thực hiện đồ án này.
Cần Thơ

Nhóm SV thực hiện đồ án

1


Đồ án cơ sở thiết kế máy

Thiết kế trạm dẫn động băng tải

ĐỒ ÁN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY
THIẾT KẾ TRẠM DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI
Phần I: KHÁI QUÁT
Trạm dẫn động băng tải là một cơ cấu máy được dùng rộng rãi trong ngành cơ

khí: trong các nhà máy, phân xưởng… Đặc biệt trong các dây chuyền sản xuất, nó có
vai trò rất quan trọng, có khả năng ảnh hưởng đến chỉ tiêu kinh tế và chất lượng sản
phẩm của các nhà máy cũng như các phân xưởng…
Một trạm dẫn động băng tải gồm các cơ cấu chủ yếu sau: động cơ điện có tác
dụng tạo ra công suất đẻ các bộ phận khác có thể làm việc, bộ truyền động đai dùng để
chuyền ra công suất từ động cơ điện đến hộp giảm tốc, hộp giảm tốc gồm hai bộ
truyền bánh răng: bộ truyền bánh răng nón, răng thẳng (cấp nhanh) và bộ truyền bánh
răng trụ răng thẳng (cấp chậm), tạo thành một tổ hợp để giảm số vòng quay và truyền
công suất đến máy công tác, tang và băng tải là các bộ phận công tác.
Trong một phân xưởng yêu cầu trang bị một hệ thống dẫn động băng tải để vận
chuyển các chi tiết máy từ chỗ này đến chỗ khác. Với các số liệu tính toán:
•
•
•
•
•
•
•
•

Lực vòng trên băng tải: P = 7000 (N)
Vận tốc trên băng tải: V = 0,8 (m/s)
Đường kính tang: D = 300 (mm)
Thời gian sử dụng: t = 5 (năm)
Chiều rộng băng tải: B = 400 (mm)
Chế độ làm việc: 16 giờ/ngày, 300 ngày/năm
Trục tang: ngang
Đặc tính tải trọng: va đập nhẹ, quay hai chiều, tải theo đồ thị trên.
M
(Nmm)


M

0,9M

0,8M

1

6

1

Đồ thị đặc tính tải trọng
2

t (h)


Đồ án cơ sở thiết kế máy

Thiết kế trạm dẫn động băng tải

Phần II: CÁC NỘI DUNG THIẾT KẾ

Chương 1:
CHỌN SƠ ĐỒ TRUYỀN ĐỘNG – CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN –
PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN

I.


CHỌN SƠ ĐỒ TRUYỀN ĐỘNG:
2

1

4

3

p
v

5

Hình. Sơ đồ động
1-Động cơ điện; 2- Bộ truyền đai; 3- Hộp giảm tốc; 4-Khớp nối;5- Tang và băng tải

II. CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN:
1. Momen cực đại trên băng tải:
M=

P.D 7000.0,3
=
= 1050 (N.m)
2
2

2. Momen đẳng trị trên băng tải:
2


M

dt

=

2

2

M t +M t +M t
t +t +t
1

2

1

1

2

3

2

3

3


=

2
2
2
840 .1 + 1050 .6 + 945 .1 = 1013,26 (Nm)
1+ 6 +1

Với : M1 = 0.8M = 840 (Nm)
3


Đồ án cơ sở thiết kế máy

Thiết kế trạm dẫn động băng tải

M2 = M = 1050 (Nm)
M3 = 0.9M = 945 (Nm)
3. Công suất đẳng trị trên băng tải :

Ndt = M9550n
dt .

N

tg

⇒N


tg

60.1000.v 60.1000.0,8
=
= 38,21
3,14.D
3,14.400
1013,26.38,21
=
= 4,05 (Kw)
9550

=

td

4. Công suất cần thiết của động cơ Nct :

N

ct

=

N

dt

η


Trong đó: η = η 1η 2η 3η 4

Vớiη 1 ,η 2 ,η 3 ,η 4 chọn trong bảng

η
η
η
η

⇒

N

ct

=

1
2
3
4

= 0,95

- hiệu suất của bộ truyền đai

= 0,96

- bánh răng cấp nhanh


= 0,96

- bánh răng cấp chậm

= 0,994 - các cặp ổ trục (4 cặp)

4,05
≈ 4,82 (Kw)
0,95.0,96.0,96.0.994

⇒ Chọn động cơ điện : A02 – 42 – 4

Công suất P = 5,5 (Kw)
Số vòng quay : 1450 (vòng/phút)

III. PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN:
Tỉ số truyền chung :

i

ch

=

n
n

dc

=


tg

4

1450
= 38
38,21


Đồ án cơ sở thiết kế máy

Thông
số

Trục
động
cơ

Tỉ số
2
truyền i
n
1450
(vòng/p
hút)
N (Kw)
4,82
Mx
31745,5


Thiết kế trạm dẫn động băng tải

Trục bánh
răng nhỏ
cấp nhanh

Trục
Trục bánh
bánh
răng lớn cấp
răng lớn
chậm
cấp
nhanh
4,36
4,36

Trục tang

1

725

166,3

38

38


4,53
59671

4,31
247507,5

4,10
1030394,7

4,05
1017828,9

5


Đồ án cơ sở thiết kế máy

Thiết kế trạm dẫn động băng tải

Chương 2: THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN
I. THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG:
 Thông số ban đầu:

•
•
•
•

N = 4.34 Kw
Số vòng quay của trục dẫn: n1=1450 vòng/phút.

Số vòng quay của trục bị dẫn: n2=725 vòng/phút.
Bộ truyền làm việc 2 ca.

1. Chọn loại đai:
Gỉa thuyết vận tốc đai v>5 m/s, có thể dùng loại đai A
hoặc Ь
A

Ь

- Kích thước đai: a x h (mm)

13 x 8

17 x 10

- Diện tích tiết diện F (mm2)

81

138

2. Định đường kính bánh đai nhỏ, theo tiêu
chuẩn lấy D bằng (mm)

100

140

7,59


10,62

196

274

200

280

710,5

710,5

- Loại đai
- Tiết diện đai

Kiểm nghiệm vận tốc của đai:
π. .
V= D1 n1 ≈ 0,076 D1 (m/s)
60.1000

V < Vmax = (30 ÷ 35) m/s

3.Tính đường kính D2 của bánh lớn:
- D2 =

n
n


1

.(1- ξ ).D1

2

(lấy hệ số trượt

ξ = 0,02 (đai thang)

- Lấy theo tiêu chuẩn
- Số vòng quay thực tế n’2 của trục bị dẫn:
n’2 = (1- ξ ).n1 .

D
D

1
2

≈ 1421.

D
D

1

(Vòng/phút)


2

6


Đồ án cơ sở thiết kế máy

Thiết kế trạm dẫn động băng tải

n’2 sai lệch 2% ở cả 2 loại đai, nhỏ hơn giá trị sai
lệch giới hạn là (3 ÷ 5)%

n
n

1

- Tỉ số truyền thực tế: i’ =

2,04

2,04

240

336

961,42

1345,98


950

1320

7,99

8,05

235

323

220,75

303,20

263,50

362,60

155,740

155,290

1,51

1,51

2


4. Chọn sơ bộ khoảng cách trục A:
A ≈ 1,2 D2 (mm)

5. Tính chiều dài L của đai theo khoảng cách
trục A sơ bộ

( D 2 − D1)

π
- L = 2A + (D1 + D2) +
2

2

(mm)

4A

- Lấy L của đai theo tiêu chuẩn
- Kiểm nghiệm số vòng chạy u trong 1 giây:
u=

V
L

< umax = 10 m/s

6. Xác định chính xác khoảng cách trục A theo
chiều dài đai lấy theo tiêu chuẩn:

A=
2.L − π ( D2 + D1) +

[2.L −π (D 2 + D1)] − 8 ( D 2 − D1)
2

2

8

- Khoảng cách nhỏ nhất cần để mắc đai:
Amin = A – 0,015L (mm)
- Khoảng cách lớn nhất cần để tạo lực căng:
Amax = A + 0,03L (mm)

7. Tính góc Ôm α 1 ở bánh đai nhỏ:
-

α

1

= 1800 -

D −D
2

1

A


Góc Ôm thõa điều kiện

α

1

.570
>= 1200

8. Xác định số đai Z cần thiết. Chọn ứng xuất căng

ban đầu σ 0 = 1,2 N / mm và theo trị số D1 ta tìm được
2

ứng suất có ích cho phép [σ p ] 0 theo tiêu chuẩn:
7


Đồ án cơ sở thiết kế máy

Thiết kế trạm dẫn động băng tải

Các hệ số:
ct : hệ số có xét đến sự ảnh hưởng của tải

0,9

0,9


cα: hệ số có xét đến sự ảnh hưởng của góc Ôm α1

0,925

0,925

cv: hệ số có xét đến sự ảnh hưởng của vận tốc Đai

1,012

1,100

6,16

2,83

7

3

116

65

+ Bánh dẫn: Dn1 = D1 + 2h0

107

150


+ Bánh bị dẫn: Dn2 = D2 + 2h0

207

290

+ Bánh dẫn: Dt1 = Dn1 – 2e

82

125

+ Bánh bị dẫn: Dt2 = Dn2 – 2e

182

265

97,20

165,60

1995,35

1455,68

- Số đai cần thiết:
Z = V .[

1000.N


σ p] .c .c . c .F

-

0

t

α

v

Lấy số đai Z bằng

9. Định các kích thước chủ yếu của bánh đai:
- Chiều rộng bánh đai: B = (Z – 1).t + 25
- Đường kính ngoài cùng của bánh đai:

- Đường kính trong của bánh đai:

Lấy e = 12,5

10. Tính lực căng ban đầu S0 và lực tác dụng lên
trục R:
- S0 = σ0 . F (N)

- R = 3.S0 . Z . sin α 1 (N)
2


⇒ Chọn đai loại ъ

8


Đồ án cơ sở thiết kế máy

Thiết kế trạm dẫn động băng tải

I.

THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG THẲNG CẤP NHANH
 Thông số ban đầu:
• Công suất cần truyền: N = 4,53 (kW)
• Số vòng quay trục dẫn: n1 = 725 (vòng/phút)
• Tỉ số truyền : i = 4,36
• Tải trọng thay đổi, làm việc ở chế độ dài hạn: Làm việc 16h/ngày,
300 ngày/năm, thời hạn sử dụng 5 năm.
 Tính toán:
1. Chọn vật liệu bánh răng :
• Bánh nhỏ: Thép 45 thường hóa
σbk = 600 (N/mm2) ; σch = 300 (N/mm2) ; HB = 200
• Bánh lớn: Thép 35 thường hóa
σbk = 500 (N/mm2) ; σch = 260 (N/mm2) ; HB = 170
2. Định ứng suất mỏi tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép:
a.
Ứng suất tiếp xúc cho phép:
[σ]tx = [σ]Notx.k’N
Trong đó: [σ]Notx là ứng suất tiếp xúc cho phép (N/mm 2) khi bánh răng làm việc
lâu dài, theo tiêu chuẩn ta có: [σ]Notx = 2,6 HB.

k’N : hệ số chu kỳ ứng suất tiếp xúc, tính theo công thức:
k N' = 6

N0
N tđ

Trong đó: N0 là số chu kỳ cơ sỏ của đường cong mỏi tiếp xúc, tra theo bảng 3-9 ta
được N0 = 107
Ntđ là số chu kỳ tương đương
- Trường hợp bánh răng chịu tải trọng thay đổi:
 M
Ntđ = 60u ∑  i
 M max

2


 .ni .Ti


Trong đó: Mi, ni, Ti lần lượt là mômen xoắn, số vòng quay trong một phút và tổng
số giờ bánh răng làm việc ở chế độ i
Mmax là mômen xoắn lớn nhất tác dụng lên bánh răng ( không tính đến
mômen xoắn do quá tải trong thời gian rất ngắn)
u là số lần ăn khớp của một răng khi bánh răng quay một vòng với n 2
=166,3 vòng/phút.
 Xét bánh răng lớn:
Ntđ2 = 60.166,3.24000.[(0,8)3.0,125 + 0,75.(0,9)3.0,125] = 216752094 > N0 = 107
 k’N2 = 1
=


n

i

i

= 166,3

Trong đó: n2
- Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh răng lớn:
[σ]tx2 = [σ]Notx.k’N2 = 1.2,6.170 = 442 (N/mm2)
 Xét bánh răng nhỏ:
9


Đồ án cơ sở thiết kế máy

Thiết kế trạm dẫn động băng tải

Ntđ1 = isb.Ntđ2 = 4,36.2,16.109 = 9,5.109
Ta thấy: Ntđ1 > Ntđ2 > N0 = 107 => k’N1 = 1
- Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh răng nhỏ:
[σ]tx1 = [σ]Notx.k’N1 = 2,6.200.1 = 520 (N/mm2)
Lấy ứng suất bé hơn là [σ]tx2 = 442 (N/mm2) để tính toán sức bền.
b. Ứng suất uốn cho phép:
Vì bộ truyền chỉ quay một chiều nên răng chỉ làm việc một mặt (răng chịu ứng
suất thay đổi thay đổi mạch động).
σ 0 .k n'' (1,4 ÷ 1,6 )σ −1 .k N''
[σ ] u =

≈
n.K σ

n.K σ

Trong đó: σ0 và σ-1 lần lượt là giới hạn mỏi uốn trong chu kỳ mạch động và trong
chu kỳ đối xứng, lấy gần đúng đối với thép: σ-1 ≈ (0,4 ÷ 0,45). σbk
Với σbk là giới hạn bền kéo của một số loại thép tra theo bảng 3 – 8 ta được σbk1 =
600 (N/mm2) và σbk2 = 500 (N/mm2)
n là hệ số an toàn. Với bánh răng là thép cán thường hóa n1 = n2 ≈ 1,5
Kσ là hệ số tập trung ứng suất ở chân răng: Vì cả hai bánh đều là thép thường hóa
nên Kσ1 = Kσ2 ≈ 1,8.
Hệ số chu kỳ ứng suất uốn:
k N'' = m

N0
N tđ

Trong đó: N0 là số chu kỳ cơ sở của đường cong mỏi uốn, có thể lấy N0 = 5.106
Ntđ là số chu kỳ tương đương.
Do tải trọng thay đổi theo thời gian nên:
N tđ

 Mi
= 60.u.∑ 
 M max

m



 .ni .Ti


Trong đó: m là bậc đường cong mỏi uốn, vì là thép thường hóa nên m ≈ 6
- Giới hạn mỏi uốn của thép 45:
σ −1 = 0,43.σ b = 0,43.600 = 258 N/mm2
- Giới hạn mỏi uốn của thép 35:
σ −1 = 0,43.σ b = 0,43.500 = 215 N/mm2
- Hệ số an toàn: n =1,5
Vì ứng suất thay đổi theo chu kỳ mạch động nên ta tính ứng suất theo công thức:

[σ ] = σn. k. K
−1

u

"
N

σ

• Bánh nhỏ: [ σ ]u1=95,6 N/mm
• Bánh lớn: [ σ ]u2=79,7 N/mm2
• Sơ bộ lấy hệ số tải trọng: K = KttKđ = 1,5
2

b
• Chọn hệ số chiếu dài bánh răng: ϕ A = = 0,4
A


 Xét bánh lớn:
10


Đồ án cơ sở thiết kế máy

Thiết kế trạm dẫn động băng tải

Ntđ2 = 60.166,3.24000.[(0,8)6.0,125 + 0,75+(0,9)6.0,125]=2394720008
Do Ntđ2 > N0 = 5.106 => k”N2 = 1
 Xét bánh nhỏ:
Ntđ1 = isb.Ntđ2 = 4,36.2,39.109 = 10,4.109
Ta thấy: Ntđ1 > Ntđ2 > N0 = 5.106 => k”N1 = 1
3. Xác định chiều dài A:
2

1,05.10 6  K .N
A ≥ (i + 1). 
= (4,36 + 1).3
 .
[
]
σ
.
i
.
ψ
.
n
tx



A 2
3

2

 1,05.10 6  1,5.4,53
= 167,14


 442.4,36  0,4.166,3

=> A ≥ 168 mm
4. Tính vận tốc vòng v của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng:
 Vận tốc vòng của bộ truyền răng :
2π . A. n1
2.3,14.168.725
v=
=
= 2,4 (m/s)
60.1000.(i + 1)

60.1000.(4,36 + 1)

Ta tra bảng 3 – 11 ta chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng là 9.
5. Định chính xác hệ số tải trọng K :
 Hệ số tải trọng K: K = Ktt.Kđ
Chiều rộng bánh răng b = ψ A . A = 0,4.168 = 67,2
Lấy b = 68

Đường kính vòng lăn bánh nhỏ:
d1=
Do đó ψ d

2. A
2.168
=
= 62,7
i + 1 4,36 + 1
b
=
= 1,08

d

1

Với ψ d = 1,08 theo bảng 3 – 12 (TKTN) tìm được Ktt = 1,29
Ktt =

K ttbang + 1
2

1,29 + 1
= 1,145
2

=

Kết hợp với bảng 3 – 14 ta được: Kđ = 1,28

Vậy K = 1,145.1,28 = 1,47
Ta thấy K=1,47 ít chênh lệch hơn so với đã chọn nên không cần tính lại chiều dài
A:
Lấy chính xác A = 168 mm
6. Xác định môđun, số răng, chiều rộng bánh răng:
Ta có môđun pháp: mn = (0,01 ÷ 0,02).A
Ta tính được: mnmin = 0,01.168= 1,68 mm
mnmax = 0,02.168= 3,36 mm
Theo tiêu chuẩn bảng 3 – 1, ta lấy mn = 3 mm
11


Đồ án cơ sở thiết kế máy

Thiết kế trạm dẫn động băng tải

Số răng bánh dẫn: Z1 =

2A
2.168
=
= 20,89
mn (i + 1) 3.(4,36 + 1)

Ta chọn Z1 = 21 răng
Số răng bánh lớn: Z2 = i.Z1 = 21.4,36 = 91,56
Ta chọn Z2 = 92 răng.
Chọn sơ bộ góc nghiêng β = 100 , cos β = 0,985
Tính chính xác góc nghiêng :
cos β =


( 92 + 21) 3 = 1 ⇒ β
2.168

=0

Chiều rộng bánh răng: b = ψA.A = 0,4.168 = 67,2 mm
Lấy b= 68 mm
Ta lấy chiều rộng b của bánh dẩn lớn hơn của bánh lớn một khoảng 5 (mm)
lấy b = 73 mm.
7. Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng:
Dựa vào số răng tương đương ta tra bảng 3 – 18, ta được hệ số dạng răng y:
Bánh nhỏ y1 = 0,392
Bánh lớn y2 = 0,515
Ứng suất uốn tại chân răng bánh nhỏ:

σ
σ u1 =

6

u

=

19,1.10 .K .N
2

y. mn .Z .n.b


≤

[σ ]

u

19,1.10 6.K .N
19,1.10 6.1,5.4,53
=
= 27,5 (N/mm2)
y1 .mtb2 .Z1 . n1 .b 0,392.32 .21.725.68

σu1 < [σ]u1 = 95,6 (N/mm2)
Ứng suất uốn tại chân răng bánh lớn:
σ u2 =

27,5.0,392
= 20,9 (N/mm)
0,515

σu2 < [σ]u2 = 79,7(N/mm2)
8. Kiểm nghiệm sức bền uốn khi quá tải đột ngột:
Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải: [ σ ]txqt= 2,5.[ σ ]Notx
• Bánh nhỏ: [σ]txqt1 = 2,5. [σ]Notx1 = 2,5.442= 1105 (N/mm2)
• Bánh lớn: [σ]txqt2 = 2,5. [σ]Notx2 = 2,5.520 = 1300 (N/mm2)
Ứng suất uốn cho phép khi quá tải: (Đối với thép có độ rắn HB < 350)
• Bánh nhỏ: [σ]uqt1 = 0,8. σch1 = 0,8.300 = 240 (N/mm2)
• Bánh lớn: [σ]uqt2 = 0,8. σch2 = 0,8.260 = 208 (N/mm2)
9. Kiểm nghiệm sức bền tiếp xúc:
1,05.10 6

=
σ tx
A.i

( i + 1) 3 .K .N
.b.n2

1,05.10 6
=
168.4,36

( 4,36 + 1) 3 .1,5.4,53 = 420,8
73.166,3

(N/mm2)

• Bánh nhỏ: σtx< [ σ ]txqt1= 1105 (N/mm2)
• Bánh lớn: σtx <[σ]txqt2 = 1300 (N/mm2)
Hệ số quá tải Kqt = 1,8 ta có các trị số ứng suất quá tải của các bánh răng:
12


Đồ án cơ sở thiết kế máy

Thiết kế trạm dẫn động băng tải

• Bánh nhỏ: σuqt1 = 1,8.27,5 = 49,5 N/mm2
• Bánh lớn: σuqt2 = 1,8.20,9 = 37,6 N/mm2
σuqt1 < [σ]uqt1 = 240 N/mm2
σuqt2 < [σ]uqt2 = 208 (N/mm2)

10. Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền:
Môđun mặt mút lớn: mn = 3 mm
Số răng: Z1 = 21 ; Z2 = 92
Chiều rộng bánh răng: b = 73 mm
Chiều dài : A = 168 mm
Góc ăn khớp: α = 200
Đường kính vòng chia: d1 = dc1 = mn.Z1 = 3.21= 63 mm
d2 = dc2 = mn.Z2 = 3.92 = 276 mm
Đường kính vòng đỉnh:
De1 = dc1 + 2mn = 63 + 2.3 = 69 mm
De2 = dc2 + 2mn = 276 + 2.3 = 282 mm
- Đường kính vòng lăn trung bình:
Di1= dc1- 2mn – 2c = 63 – 2.3 0,25.3 = 56,25 mm
Di2 = dc2 - 2mn - 2c = 276 - 2.3 - 0,25.3 = 269,25 mm
11. Tính lực tác dụng:
 Đối với bánh nhỏ:
• Lựcvòng:

P1 =

2 M x1
= 1894,32 (N)
d C1

• Lực hướng tâm:
Pr1 = P1.tgα.= 1894,32.tan200 = 690,5 (N)

III. THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG THẲNG CẤP CHẬM
 Thông số ban đầu:
• Công suất cần truyền: N = 4,31 (kW)

• Số vòng quay trục dẫn: n1 = 166,3 (vòng/phút)
• Tỉ số truyền : i = 4,36
• Tải trọng thay đổi, làm việc ở chế độ dài hạn: Làm việc 16h/ngày, 300
ngày/năm, thời hạn sử dụng 5 năm.
 Tính toán:
1. Chọn vật liệu bánh răng :
• Bánh nhỏ: Thép 55 thường hóa
σbk = 640 (N/mm2) ; σch = 320 (N/mm2) ; HB = 230
• Bánh lớn: Thép 45 thường hóa
σbk = 560 (N/mm2) ; σch = 280 (N/mm2) ; HB = 200
2. Định ứng suất mỏi tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép:
13


Đồ án cơ sở thiết kế máy

Thiết kế trạm dẫn động băng tải

a.Ứng suất tiếp xúc cho phép:
[σ]tx = [σ]Notx.k’N
Trong đó: [σ]Notx là ứng suất tiếp xúc cho phép (N/mm 2) khi bánh răng làm việc
lâu dài, theo tiêu chuẩn ta có: [σ]Notx = 2,6 HB.
k’N : hệ số chu kỳ ứng suất tiếp xúc, tính theo công thức:
N0
N tđ

k N' = 6

Trong đó: N0 là số chu kỳ cơ sỏ của đường cong mỏi tiếp xúc, tra theo bảng 3-9 ta
được N0 = 107

Ntđ là số chu kỳ tương đương
Trường hợp bánh răng chịu tải trọng thay đổi:
 M
Ntđ = 60u ∑  i
 M max

2


 .ni .Ti


Trong đó: Mi, ni, Ti lần lượt là mômen xoắn, số vòng quay trong một phút và tổng
số giờ bánh răng làm việc ở chế độ i
Mmax là mômen xoắn lớn nhất tác dụng lên bánh răng ( không tính đến mômen
xoắn do quá tải trong thời gian rất ngắn)
u là số lần ăn khớp của một răng khi bánh răng quay một vòng với n 2 =166,3
vòng/phút.
 Xét bánh răng lớn:
Ntđ2 = 60.38.24000.[(0,8)3.0,125 + 0,75 + (0,9)3.0,125] = 1,5.107 > N0 = 107
 k’N2 = 1
=

n

i

i

= 38


Trong đó: n2
- Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh răng lớn:
[σ]tx2 = [σ]Notx.k’N2 = 1.2,6.200 = 520 (N/mm2)
 Xét bánh răng nhỏ:
Ntđ1 = isb.Ntđ2 = 4,36.1,5.107 = 6,54.107
Ta thấy: Ntđ1 > Ntđ2 > N0 = 107 => k’N1 = 1
- Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh răng nhỏ:
[σ]tx1 = [σ]Notx.k’N1 = 2,6.230.1 = 598 (N/mm2)
Lấy ứng suất bé hơn là [σ]tx2 = 520 (N/mm2) để tính toán sức bền.
b. Ứng suất uốn cho phép:
Vì bộ truyền chỉ quay một chiều nên răng chỉ làm việc một mặt (răng chịu ứng
suất thay đổi thay đổi mạch động).
''
''
[σ ] u = σ 0 .k n ≈ (1,4 ÷ 1,6)σ −1 .k N
n.K σ

n.K σ

Trong đó: σ0 và σ-1 lần lượt là giới hạn mỏi uốn trong chu kỳ mạch động và trong
chu kỳ đối xứng, lấy gần đúng đối với thép: σ-1 ≈ (0,4 ÷ 0,45). σbk
Với σbk là giới hạn bền kéo của một số loại thép tra theo bảng 3 – 8 ta được σbk1 =
640 (N/mm2) và σbk2 = 560 (N/mm2)
14


Đồ án cơ sở thiết kế máy

Thiết kế trạm dẫn động băng tải


n là hệ số an toàn. Với bánh răng là thép cán thường hóa n1 = n2 ≈ 1,5
Kσ là hệ số tập trung ứng suất ở chân răng: Vì cả hai bánh đều là thép thường hóa
nên Kσ1 = Kσ2 ≈ 1,8.
Hệ số chu kỳ ứng suất uốn:
k N'' = m

N0
N tđ

Trong đó: N0 là số chu kỳ cơ sở của đường cong mỏi uốn, có thể lấy N0 = 5.106
Ntđ là số chu kỳ tương đương.
Do tải trọng thay đổi theo thời gian nên:
N tđ

 Mi
= 60.u.∑ 
 M max

m


 .ni .Ti


Trong đó: m là bậc đường cong mỏi uốn, vì là thép thường hóa nên m ≈ 6
- Giới hạn mỏi uốn của thép 55:

σ


−1

= 0,43.σ b = 0,43.640 = 275,2 N/mm2

- Giới hạn mỏi uốn của thép 45:

σ

−1

= 0,43.σ b = 0,43.560 = 240,8 N/mm2

- Hệ số an toàn: n =1,5
Vì ứng suất thay đổi theo chu kỳ mạch động nên ta tính ứng suất theo công thức:

[σ ] = σn. k. K
−1

u

•
•
•
•

"
N

σ


Bánh nhỏ: [ σ ]u1= 101,9 N/mm2
Bánh lớn: [ σ ]u2= 89,2 N/mm2
Sơ bộ lấy hệ số tải trọng: K = KttKđ = 1,26
b
Chọn hệ số chiếu dài bánh răng: ϕ A = = 0,4
A
 Xét bánh lớn:
Ntđ2 = 60.38.24000.[(0,8)6.0,125 + 0,75+(0,9)6.0,125]= 464681214
Do Ntđ2 > N0 = 5.106 => k”N2 = 1
 Xét bánh nhỏ:
Ntđ1 = isb.Ntđ2 = 4,36.4,6.109 = 20,5.109
Ta thấy: Ntđ1 > Ntđ2 > N0 = 5.106 => k”N1 = 1

3.

Xác định chiều dài A:
2

2

1,05.10 6  K .N
 1,05.10 6  1,26.4,31
3
A ≥ (i + 1).3 
.
=
(
4
,
36

+
1
).
= 227,6mm



 520.4,36  0,4.38
 [σ ] tx .i  .ψ A .n2

=> A ≥ 228 mm
4. Tính vận tốc vòng v của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng:
Vận tốc vòng của bộ truyền răng nón:
15


Đồ án cơ sở thiết kế máy

v=

Thiết kế trạm dẫn động băng tải
2π . A. n1

60.1000.(i + 1)

=

2.3,14.228.166,3
= 0,74 (m/s)
60.1000.(4,36 + 1)


Ta tra bảng 3 – 11 ta chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng là 9.
5.

Định chính xác hệ số tải trọng K :
Hệ số tải trọng K: K = Ktt.Kđ
Chiều rộng bánh răng b = ψ A . A = 0,4.228 = 91,2 mm
Lấy b = 92 mm
Đường kính vòng lăn bánh nhỏ:
d 1=
Do đó ψ d =

b

d

2. A
2.228
=
= 85,07 mm
i + 1 4,36 + 1
= 1,08

1

Với ψ d = 1,08 theo bảng 3 – 12 (TKTN) tìm được Ktt = 1,32
Ktt =

K ttbang + 1
2


=

1,32 + 1
= 1,16
2

Kết hợp với bảng 3 – 14 ta được: Kđ = 1,1
Vậy K = 1,16.1,1 = 1,276
Ta thấy K=1,276 ít chênh lệch hơn so với đã chọn nên không cần tính lại chiều
dài A:
Lấy chính xác A = 228 mm
6.

Xác định môđun, số răng, chiều rộng bánh răng:
Ta có môđun pháp: mn = (0,01 ÷ 0,02).A
Ta tính được: mnmin = 0,01.228= 2,28 mm
mnmax = 0,02.228= 4,56 mm
Theo tiêu chuẩn bảng 3 – 1, ta lấy mn = 3 mm
Số răng bánh dẫn: Z1 =

2A
2.228
=
= 28,35 mm
mn (i + 1) 3.(4,36 + 1)

Ta chọn Z1 = 28 răng
Số răng bánh lớn: Z2 = i.Z1 = 28.4,36 = 122,08 mm
Ta chọn Z2 = 122 răng.

Chiều rộng bánh răng: b = ψA.A = 0,4.228 = 91,2 mm
Ta lấy chiều rộng b cua bánh dẩn lớn hơn của bánh lớn một khoảng 5 (mm), lấy b
= 91,2 +5= 96,2 mm.
Tỷ số truyền thực tế: i” = 4,3
Số vòng quay thực tế bánh bị dẩn: n” =37,95 vòng/phút

7. Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng:
Dựa vào số răng tương đương ta tra bảng 3 – 18, ta được hệ số dạng răng y:
16


Đồ án cơ sở thiết kế máy

Thiết kế trạm dẫn động băng tải

Bánh nhỏ y1 = 0,392
Bánh lớn y2 = 0,515
Ứng suất uốn tại chân răng bánh nhỏ:

σ
σ u1 =

6

u

=

19,1.10 .K .N
2


y. mn .Z .n.b

≤

[σ ]

u

19,1.10 6.K .N
19,1.10 6.1,26.4,31
=
= 65,6 (N/mm2)
y1 .mtb2 .Z1 . n1 .b 0,392.32 .28.166,3.96,2

σu1 < [σ]u1 = 101,9 (N/mm2)
Ứng suất uốn tại chân răng bánh lớn:
σ u2 =

65,6.0,392
= 49,9 (N/mm2)
0,515

σu2 < [σ]u2 = 89,18 (N/mm2)
1.

Kiểm nghiệm sức bền uốn khi quá tải đột ngột:
Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải: [ σ ]txqt= 2,5.[ σ ]Notx
• Bánh nhỏ: [σ]txqt1 = 2,5. [σ]Notx1 = 2,5.640= 1495 (N/mm2)
• Bánh lớn: [σ]txqt2 = 2,5. [σ]Notx2 = 2,5.560 = 1300 (N/mm2)

Ứng suất uốn cho phép khi quá tải: (Đối với thép có độ rắn HB < 350)
• Bánh nhỏ: [σ]uqt1 = 0,8. σch1 = 0,8.320 = 256 (N/mm2)
• Bánh lớn: [σ]uqt2 = 0,8. σch2 = 0,8.280 = 224 (N/mm2)

9. Kiểm nghiệm sức bền tiếp xúc:

σ tx =

1,05.10 6
A.i

( i + 1) 2 .K .N
.b.n 2

=

1,05.10 6
228.4,36

( 4,36 + 1) 2 .1,26.4,53 = 496,46
96,2.38

(N/mm2)

• Bánh nhỏ: σtx< [ σ ]txqt1= 1495 (N/mm2)
• Bánh lớn: σtx <[σ]txqt2 = 1300 (N/mm2)
Hệ số quá tải Kqt = 1,8 ta có các trị số ứng suất quá tải của các bánh răng:
• Bánh nhỏ: σuqt1 = 1,8.45,3 = 81,6 N/mm2
• Bánh lớn: σuqt2 = 1,8.34,5 = 62,1 N/mm2
σuqt1 < [σ]uqt1 = 256 N/mm2

σuqt2 < [σ]uqt2 = 224 (N/mm2)

10. Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền:
- Môđun mặt mút lớn: mn = 4 mm
17


Đồ án cơ sở thiết kế máy

-

Thiết kế trạm dẫn động băng tải

Số răng: Z1 = 28 ; Z2 = 122
Chiều rộng bánh răng: b = 96,2 mm
Chiều dài nón: A = 228 mm
Góc ăn khớp: α = 200
Đường kính vòng chia: d1 = dc1 = mn.Z1 = 3.28= 84 mm
d2 = dc2 = mn.Z2 = 3.122 = 366 mm
Đường kính vòng đỉnh:
De1 = dc1 + 2mn = 84 + 2.3 = 90 mm
De2 = dc2 + 2mn = 368 + 2.3 = 374 mm
Đường kính vòng lăn trung bình:
Di1= dc1- 2mn – 2c = 90 – 2.3 - 0,25.3 = 83,25 mm
Di2 = dc2 - 2mn - 2c = 366 - 2.3 - 0,25.3 = 359,25 mm

11. Tính lực tác dụng:
 Đối với bánh nhỏ:
• Lựcvòng:


P1 =

2 M x1
= 5893,03 (N)
d C1

• Lực hướng tâm:
Pr1 = P1.tgα.= 5893,03.tan20 = 2144,8 (N)

18


Đồ án cơ sở thiết kế máy

Thiết kế trạm dẫn động băng tải

Chương 3:THIẾT KẾ TRỤC VÀ THEN
SƠ ĐỒ SƠ BỘ HỘP GIẢM TỐC

19


Đồ án cơ sở thiết kế máy

Thiết kế trạm dẫn động băng tải

A.TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC VÀ THEN
(TRỤC I )
I.XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CƠ SỞ:
Muốn tính toán sức bền của các trục, ta cần phải biết giá trị chiều dài của trục.

Trong đó, chiều rộng ổ lăn, độ dày thành hộp giảm tốc, các khoãng cách khe hở…là
một số kích thước cơ bản hợp thành chiều dài trục. sau đây là một số kích thước cơ
bản:
- Chiều dày thành hộp: δ 1 = 0,04. AII + 3 mm = 0,04.228 +3 = 13 mm
- Khoảng cách giửa các chi tiếc quay và thành trong cua hộp giảm tốc: a = 10 mm
- Chiều rộng ổ lăn T chọn theo đường kính sơ bộ của trụ
-Khoảng cách giửa các chi tiet1 quay trên cùng một trục: c =15 mm
-Khe hở giửa các chi tiết quay và thành trong của hộp giảm tốc:
δ 2 = 1,2. δ 1 = 1,2.13 = 16 mm
-Khoảng cách từ cạnh ổ đến thành trong của hộp giảm tốc: L1 = δ 1 =13 mm
-Khoảng cách từ nắp ổ lăn đến mặt cạnh của chi tiết quay đến ngoài hộp:
L2 = 20 mm
-Chiều dài tổng cộng của nắp ổ : δ 3 = 0,6. δ 1 + 0,8.. δ 1 = 1,4. δ 1 = 1,4.13 =19
mm

II.TÍNH TOÁN TRỤC :
1. Trục I:
 Thông số thiết kế:
• Momen xoắn : Mx= 59617 Nm
• Lực tác dụng lên trục của bánh răng nhỏ : Pr1 = 690,5 N
• Lực tác dụng lên trục của bộ đai : Prd = 1455,68 N
• Lực vòng trên bánh răng nhỏ : P1 =1897 N
• Tính sơ bộ :
dsb =

3

M
0,1[τ ]


=3

x

X

59617
=31,02 mm
0,1.20

• chọn sơ bộ ổ lăn đũa côn đở chặn cở chung có d = 35 mm,bề dày ổ lăn :
T = 23 mm.

20


Đồ án cơ sở thiết kế máy

Thiết kế trạm dẫn động băng tải

Sơ đồ sơ bộ trục:
Prd

Pr1

P1

xG2

XG1


YG1
a1

YG2

a2

a3

B
T
65
23
+ L2 + δ 3 + T +
+ 20 + 19 + 23 +
=
= 106 mm
2
2
2
2
T
23
73
a2 =
+ δ 1 + a + b1 =
+13 + 10 +
= 71 mm
2

2
2
2

a1 =

a3 =

b

+ c + b23 + δ 2 =

1

2

73
96,2
+ 16 = 165 mm
+ 15 +
2
2

 Tính gần đúng:
Xác định các khoảng lực gối tựa :
• Tổng momen các lực ở gối thứ nhất đói với trục x:
∑ m G1 / x = 0 ⇔ - Prd.a1 – yG2Pr1.a2 + yG2( a2 + a3) = 0
⇒ yG2 =

P .a + p a

a +a
rd

1

r1

2

2

=

3

1455,68.106 + 690,5.71
= 861,6 N
71 + 165

• Tổng các lực theo phương y :

∑F

y

=0⇔

P

rd


−

y

G1

− P R1 +

y

G2

=0

⇒ yG1 = - Pr1 + Prd + yG2 = - 690,5 +1455,68 + 861,6 = 1627 N

• Tổng momen các lực ở gối thứ nhất đói với trục y :
∑ m G1 / y = 0 ⇔ - p1.a2 + xG2.(a2 + a3 )
⇒ xG2 =

P .a
a +a
1

2

2
3


=

1897.71
= 571 N
71 + 165

• Tổng các lực theo phương x :
∑ F x = 0 ⇔ - xG1 +p1- xG2 = 0
⇒ xG1 = p1-xG2 =1897 – 571 = 1326 N

21


Đồ án cơ sở thiết kế máy

Thiết kế trạm dẫn động băng tải

II. BIỂU ĐỒ MOMEN TRÊN TRỤC I:

y+
Z+
Prd

x+
Pr1
YG1 XG1

P1

XG2


Mux

142138.4
94146

154302

Muy

59617

• Giá trị momen trên đoạn a1:
22

Mx


Đồ án cơ sở thiết kế máy

Thiết kế trạm dẫn động băng tải

Mux = Prd.Z , (0 ≤ Z ≤ a1)
Muy = 0
• Giá trị momen trên đoạn a2:
Mux = Prd.Z - yG1(Z - a1)
Muy = xG1.(Z - a1)
, (a1 ≤ Z ≤ a2)
• Giá trị momen trên đoạn a3:
Mux = Prd.Z - yG1(Z - a1) - Pr1(Z - a1- a2)

Muy = xG1.(Z - a1) – P1(Z - a1- a2)
• Momen uốn tổng cộng của các tiết diện nguy hiểm M – M và N – N
MU =

(M

2
ux

2

+ M uy
2

Mu(M-M) =

(154302,1 + 0

Mu(N-N) =

(142138,4 + 94146 ) = 170489,8 N.mm

= 154302,1 N.mm

2

2

• Đường kính trục ở tiết diện nguy hiểm :
d =3


d

td

4

(M

Mtd =
β=

M
0,1.(1 − β ).[δ ]

o

2
u

2

+ 0,75. M x )

= 0 (trục không khuoét lổ)

d
[δ ] = 50 N/mm2 là ứng suất cho phép của thép 45 tôi.

• Ở tiết diện M – M :

2

Mtd = (154302,1 + 0,75.59617 ) = 162710,72 N.mm
⇒ dM = 3

2

162710,72
= 31,92 mm
0,1.1.50

Lấy d = 35 mm
• Ở tiết diện N – N
2

Mtd = (170489,8 + 0,75.59617 ) = 178136 N.mm
⇒ dN = 3

2

178136
= 32,9 mm
0,1.1.50

Lấy dN = 35 mm

V. TÍNH CHÍNH XÁC DƯỜNG KÍNH TRỤC :
23



Đồ án cơ sở thiết kế máy

Thiết kế trạm dẫn động băng tải

 Chọn then lắp bánh răng theo TCV150 – 64:
• Ta có : b = 10 mm, h = 8 mm, t = 4,5, t1 = 3,6 mm và k ≈ 4,2, đường
kính lắp ngỗng trục lấy d = 35, bánh răng lắp với trục theo kiểu lắp trung
gian cấp III (

A
)
T3

• Độ nhẳn của trục ∇δ :
• Kiểm nghiệm độ bền ở tiết diện N – N theo công thức :

nδ + nτ ≥ [ n]
n= ( + )
nδ nτ
2

2

• Trong đó:

δ
nδ = k
δ
.δ +ψ .δ
δ

.
β
εδ
τ
nτ = k
τ
.τ +ψ .τ
τ
.
εε β
−1

a

m

−1

a

m

• Trục quay một chiều nên ứng suất pháp biến đổi theo chu kì đối xứng còn ứng
suất tiếp biến đổi theo chu kì mạch động :

(

)

3

bt d −t
πd
u
=
=
−
;
=
0
;
w
=
=
δ a δ max δ min w δ m
32
2d
170489,8
⇒δ a =
= 47,24
2
3
10
.
4
,
5
3,14.35
35− 4,5
−
N/mm2

32
2.35
59617
= 3,8
τ a = τ m = 2M x = 
2
3

w0  3,14.35 10.4,5. 35− 4,5 
2
−
 16

2.35


• Giới hạn mõi uốn ứng vói chu kì đó xứng và giới hạn mõi xoắn ứng với chu kì
mạch động của thép 45 :
δ −1 = 0,45.δ b = 0,45.600 = 270 N/mm2
τ −1 = 0,25.δ b = 0,25.600 = 150

=M

(

2

)

(


)

• Hệ số xét đến ảnh hưởng của chĩ số ứng suất trung bình đến sức bền mõi
ψ δ vàψ τ đối với thép cacbon trung bình.

ψ

δ

= 0,1;ψ = 0,05
τ

24


Đồ án cơ sở thiết kế máy

Thiết kế trạm dẫn động băng tải

• Hệ số tăng bền β = 1
• Hệ số xét đến ảnh hưởng của tiết diện trục đến giới hạn mõi ( tra bãng 7 – 4)

ε

δ

= 0,86; ε τ = 0,75

• Hệ số tập chung ứng suất tại rãnh then:


k δ = 1,63; k τ = 1,5
⇒ k δ = 1,89; k τ = 2
εδ
ετ

• Tập chung ứng suất do kiểu lăp căn T3 lắp bánh răng vào trục với áp suất lắp
p= 30 N/mm2 (tra bãng 7-10)

k δ = 2,65 ⇒ k τ 1 = 0,6(2,65 − 1) = 1,99
εδ
ετ

• Thế vào công thức:

270

nδ = 2,65.47,24 + 0,1.0 = 2,16
•

150

=
= 19,3
Ta có: nτ 2.3,8 + 0,05.3,8
⇒n=

2,16.19,3

(2,16 +19,3 )

2

2

= 2,15

• Lấy hệ số an toàn cho phép [n] = 2,0 ⇒ n < [n]
• Kết luận trục đảm bão điều kiện bền

VI. KIỄM NGHIỆM THEN:
1. Vị trí lắp bánh đai:
• Vật liệu làm mayơ bánh đai là gang (tra bãng 7 -20 và 7- 21)
Ta có : ứng suất dập cho phép : δ d = 53 N/mm

[ ]
ứng suất cắt cho phép : [δ ] = 87 N/mm
c

• Tải trọng va đập nhẹ then làm bằng thép CT6 chiều dài làm việc của then = 65
mm
• Kiễm nghiệp sức bền dập và sức bền cắt:

δ

d

=

τc =


2. M x

d .k . Lt
2. M x
d .b. Lt

=
=

2.59671
= 12,5 <
35.4,2.65
2.95167
= 5,2 <
35.10.65

[δ ]

[τ ]

d

c

• Then đảm bão độ bền.

B.TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC VÀ THEN
( TRỤC II )
25