BỘ TRUYỀN TRỤC vít

Phân loại theo hình dạng đường sinh: Bộ truyền trục vít trụ : trục vít có dạng hình trụ tròn xoay, đường sinh thẳng.. Bộ truyền trục vít Glôbôit : trục vít hình trụ tròn, đường sinh là m

• I Khái niệm chung

• II Các thông số hình học chủ yếu

• III Động học truyền trục vít - bánh vít

• IV Hiệu suất bộ truyền trục vít - bánh vít

• V Phân tích lực tác dụng

• VI Các dạng hư hỏng trục vít - bánh vít

• VII Vật liệu chế tạo

• VIII Ứng suất cho phép

• IX Tính bền bộ truyền trục vít - bánh vít

• X Trình tự thiết kế bộ truyền trục vít

NỘI DUNG

I Khái niệm chung

1.Công dụng :

Bộ truyền trục vít-bánh vít gọi tắt là bộ truyền trục vít hoạt động theo nguyên lí ăn khớp.Dùng để truyền chuyển động và công xuất cho 2 trục chéo nhau thường góc giữa hai trục là 900

Trục vít-bánh vít

2 Phân loại :

A Phân loại theo hình dạng đường sinh:

Bộ truyền trục vít trụ : trục vít có dạng hình trụ tròn xoay, đường sinh thẳng Trong thực tế, chủ yếu dùng bộ truyền trục vít trụ, và được gọi tắt là bộ truyền trục vít.

Bộ truyền trục vít Glôbôit : trục vít hình trụ tròn, đường sinh là một cung tròn Loại này còn gọi là

bộ truyền trục vít lõm.

Trục vít Glôbôit

B Phân loại theo hình dạng ren :

Bộ truyền trục vít Acsimet : trong mặt phẳng chứa đường tâm của trục vít biên dạng ren là một đoạn thẳng Trong mặt phẳng vuông góc với đường tâm trục vít biên dạng ren là đường xoắn Ácsimét.

Bộ truyền trục vít thân khai : trong mặt phẳng tiếp tuyến với mặt trụ cơ sở biên dạng ren là một đoạn thẳng Trong mặt phẳng vuông góc với đường tâm trục vít, biên dạng ren là một phần của đường thân khai của vòng tròn, tương tự như răng bánh răng

Bộ truyền trục vít Cônvôlút : trong mặt phẳng vuông góc với phương của ren , biên dạng ren là một đoạn thẳng Giao tuyến giữa mặt ren và mặt phẳng vuông góc đường tâm trục là đường xoắn Convolute

C Phân loại theo số mối ren

-Trục vít có một mối ren

-Trục vít có nhiều mối ren

D Phân loại theo vị trí tương đối giữa trục vít và bánh vít

Trục vít có thể nằm trên, dưới, ngang hoặc thẳng đứng so với bánh vít

3 Ưu nhược điểm

II Các thông số hình học chủ yếu

ta sử dụng modun theo tiêu chuẩn hóa của dãy sau

-Với q là hệ số đường kính :

Giá trị của q cũng được tiêu chuẩn quy định được tra theo bảng trên Ứng với mỗi giá trị m có một hoặc một vài giá trị q, với mục đích giảm số lượng dao sử dụng gia công bánh vít

-Bước dọc trục vít: p=m.π

-Số răng của trục vít Z1 , số răng của bánh vít Z2 Giá trị của Z1 được tiêu chuẩn hóa, thường dùng các giá trị Z1 = 1,2,4

Trong một số trường hợp cơ thể lấy là 3 hoặc 6.Số răng bánh vít nên lấy Z2 ≥ 28 để tránh hiện tượng cắt chân

răng

-Chiều cao đỉnh răng : ha1=m

-Chiều cao chân răng : hf1=1,2m

-Đường kính vòng chia: d1=mq

-Đường kính vòng đỉnh:da1=d1 + 2m -Đường kính vòng đáy:df1=d1 – 2,4m

-Bước xoắn ốc: pz=Z1.p

-Góc xoắn ốc vít (góc nâng ren vít) :thông thường < 300

-Chiều dài phần cắt ren của trục vít:

b1 (C1 + C2Z2)m trong đó các giá trị C1và C2 xác định như sau :

nếu Z1 =1 hoặc 2 thì C1 =11 và C2 =0,06

nếu Z1 =4 thì C1 =12,5 và C2 =0,09

2 Bánh vít:

III Động học truyền trục vít :

Dãy 1 8 10 12.5 16 20 25 31.5 40 50 63 80Dãy 2 9 11.2 14 18 22.4 28 35.5 45 56 71

Tỷ số truyền u của hộp giảm tốc trục vít được chọn theo dãy số tiêu chuẩn:

Các giá trị tỷ số truyền thực tế không nên được sai lệch

so với giá trị tiêu chuẩn 4%.

n d

3 Vận tốc trượt

Khi thiết kế ta có thể chọn sơ bộ giá trị và theo công thức thực nghiệm :

2 5

1 1

s

10

6 4 7

.

3

05

0 02

0

Vận tốc trượt v s có thể xác định theo công thức:

v v

60000

.

v = π m n z + q

Phụ thuộc vào vận tốc trượt, ta có thể chọn cấp chính xác cho bộ truyền trục vít như sau:

IV Hiệu suất bộ truyền trục vít

Hiệu suất được xác định theo công thức :

γ η

′ +

=

tg

tg

) (

95 ,

0

ϕ γ

γ η

′ +

=

tg

tg

Hoặc có thể tính f’ theo công thức gần đúng:

Trục vít làm bằng thép, bánh vít làm bằng đồng thanh

Trục vít bằng thép, bánh vít bằng gang

Khi tính toán sơ bộ vì chưa biết v s và γ , hiệu suất

bộ truyền trục vít tính theo tỉ số truyền như sau:

hoặc

36 , 0

048 ,

06 , 0

V Phân tích lực tác dụng

1 Lực tác dụng :

Lực phân bố theo đường ăn khớp hay chiều dài tiếp xúc ,ta qui ước các lực tập trung tại tâm ăn khớp

-Lực vòng trục vít bằng lực dọc trục vít:

-Lực vòng bánh vít bằng lực dọc trục vít:

-Lực hướng tâm của trục vít băng lực hướng tâm của bánh vít.

-Lực pháp tuyến toàn phần

(*)Hệ số Kβ được xác định như sau :

Z2 là số răng của bánh vít

: Hệ số biến dạng của trục vít tra bảng phụ thuộc vào Z1 và q

θ

Trong đó :

Với là momen xoắn trung bình trên bánh vít

là momen xoắn lớn nhất trong các momen xoắn T2i

Với T2i , ti , n2i : là momen xoắn ,thời gian (số giờ) làm việc và số vòng quay trong 1 phút của bánh vít ở chế độ thứ i

VI Các dạng hư hỏng trục vít ,bánh vít

Bộ truyền trục vít làm việc trong điều kiện vận tốc trượt lớn và điều kiện hình thành lớp màng dầu bôi trơn không thuận lợi tạo điều kiện sinh ra lực ma sát lớn làm sinh nhiều nhiệt nên hiện tượng dính và mòn xảy ra tương đối nhiều ,theo thời gian sẽ xảy ra hiện tượng tróc rổ bề mặt :vì vậy nguyên nhân gây

ra hư hỏng chủ yếu ở bộ truyền trục vít là hiên tượng “ mòn , dính, tróc rổ bề mặt”.

1 Mòn răng

a/Nguyên nhân:

-Bôi trơn không tốt

-Các hạt mài mòn rơi vào

c/Cách khắc phục:

-Tăng độ bền mòn của răng bằng cách tăng độ rắn bề mặt

-Bảo vệ không cho các hạt

mài mòn rơi vào mối ăn khớp

b/Hư hỏng:

Gãy răng

-Dùng dầu bôi trơn chống dính

-Làm nguội dầu bôi trơn

-Chế tạo đôi răng ăn khớp bằng cặp vật liệu thích hợp

VII Vật liệu chế tạo

Như ta đã biệt đối với bộ truyền trục vít thì dạng hư hỏng chủ yếu là: mòn, dính ,tróc rổ bề mặt răng và nguyên nhân chủ yếu là do vận tốc trượt lớn

và điều kiện bôi trơn không thuân lợi gây nên ma sát lớn vì vậy ta phải chọn cặp vật liệu chế tạo trục vít,bánh vít sao cho khi sử dụng phải có hệ số ma sát thấp, ít dính , lâu mòn

1 Trục vít :

- Khi truyền công suất nhỏ (dưới 3kW) được làm bằng thép cacbon C35,C45,C50… Tôi cải thiện để đạt được độ rắn bề mặt cao

- Khi truyền công suất trung bình và lớn làm bằng thép hợp kim 40Cr,40CrNi,12CrNi3Al,20CrNi3Al,30CrMnPbAl…Sau khi cắt ren tôi bề mặt ren,sau đó mài ren và đánh bóng

2 Bánh vít:

Bánh vít thường được chế tạo từ đồng thanh khi sử dụng đồng thau ,gang.

- Đồng thanh BrSn10P1,BrSnNiP là vật liệu tốt nhất

để chế tạo bánh vít,tuy nhiên giá thành đắt ,chỉ dùng khi vs= 6 - 25 (m/s)

- Đồng thanh không thiếc BrAl9Fe4 cơ tính cao nhưng có độ chống dính thấp … dùng khi vs <5 (m/s)

- Gang xám và gang biến tính (GX15-32;GX18-36)

sử dụng khi vs ≤ 2(m/s) chủ yếu dùng cho bộ truyền tay quay

VIII Ứng suất cho phép

1 Ứng suất tiếp xúc cho phép

a/Bánh vít có răng chế tạo từ đồng thanh thiếc :

(σ < 300Mpa)

v HL

b

σb – giới hạn bền kéo của vật liệu

Cv – hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc trượt

KHL – hệ số tuổi thọ

Hệ số Cv xác định phụ thuộc vào vận tốc trượt vs :

Cv 1,33 1,21 1,11 1,02 0,95 0,88 0,83 0,8

Hệ số tuổi thọ KHL xác định theo công thức:

N

1 i

N ∑

=  

=

 ni , T2i , ti – số vòng quay trong một phút, moment

xoắn trên bánh vít và thời gian tính bằng giờ trong chế

độ làm việc thứ i

 T2 – moment lớn nhất trong các giá trị T2

 Nếu NHE ≥ 2,6.108 thì lấy NHE = 2.6.108 chu kỳ

b/Bánh vít có răng chế tạo từ đồng thanh không có

Ứng suất tiếp xúc cho phép khi kiểm tra quá tải

Đồng thanh thiếc : [σHmax] = 4σch

Đồng thanh không thiếc : [σHmax] = 2σch

Gang : [σHmax] = 1,654σbF

2 Ứng suất uốn cho phép

a/Bánh vít bằng đồng thanh quay một chiều

9

FE

6 b

ch F

N

10 )

08 , 0 25

, 0 ( ] [ σ = σ + σ

b/Bánh vít bằng gang

 Bánh vít quay một chiều: [σF] = 0,12σbF Bánh vít quay hai chiều : ta nhân giá trị trên cho 0,8

Ứng suất uốn cho phép khi quá tải

 Đối với đồng thanh: [σFmax] = 0,8.σch

 Đối với gang: [σFmax] = 0,6.σbF

IX Tính bền bộ truyền trục vít

Ở bộ truyền trục vít thì các dạng hư hỏng như mòn dính, tróc rỗ bề mặt là chủ yếu và chưa có công thức tính thỏa đáng.Nên khi tính toán bền cho bộ truyền trục vít ta tính theo độ bền tiếp xúc là chủ yếu còn tính theo

độ bền uốn chỉ mang tính chất kiểm nghiệm nhưng đối với bộ truyền trục vít có modun nhỏ (Z 2 > 100) hoặc các

bộ truyền quay tay thì ta tính theo độ bền uốn.

1.Tính bền theo độ bền tiếp xúc :

Bán kính cong tương đương :

Cường độ tải trọng q n :

Xác định theo công thức

• K H : hệ số tải trọng tĩnh đã tính ở phần trước

• F n : lực pháp tuyến

• l H tổng chiều dài tiếp xúc

Tổng chiều dài tiếp xúc l H được xác định theo công thức sau :

Trong đó : : Hệ số tính đến sự giảm chiều dài đường, thông thường

tiếp xúc do cung ăn khớp không bao hết góc 2

và lH vào công thức (7.35) Ta có

hệ số trùng khớp ngang, có giá trị từ 1,8÷2,2 hoặc có thể xác định theo công thức :

Với:

b là chiều dài răng bánh vít :

Thông thường góc ôm 0 và giá trị

Môđun đàn hồi tương đương E được xác định theo công thức:

2 Tính bền răng bánh vít theo độ bền uốn

E1 , E2 là modun đàn hồi vật liệu chế tạo trục vít và bánh vít

K F : hệ số tải trọng tính

b 2 : chiều rộng bánh vít (mm)

[ ]σF Ứng suất uốn cho phép ( MPa)

YF : hệ số dạng răng phụ thuộc vào số răng tương đương tra theo bảng 7.10

2

3os

v

z Z

c γ

=

3 Tính toán nhiệt cho bộ truyền

• Khi làm việc do vận tốc ma sát lớn trong bộ truyền

sinh ra nhiều nhiệt làm dầu nóng lên Khi nhiệt độ vượt quá 95 C dẫn đến mất khả năng tải của dầu,

dễ gây ra hiện tượng dính.

• Phương trình cân bằng nhiệt

1000 (1 ) P − = η K t t A T ( − ) (1 + ω )

η Hiệu suất của bộ truyền

1

P Công suất trên trục vít kW

T

K Hệ số tỏa nhiệt có giá trị 12-18 W/( m2 0. C )

A diện tích bề mặt thoát nhiệt

1

t Nhiệt độ dầu, ; nhiệt độ môi

trường xung quanh

0 C t0

ψ Hệ số thoát nhiệt qua bệ máy thông

thường là 0,3

Nhiệt độ dầu khi hoạt động

1

1000 (1 )

[t ] (1 )

3 Kết cấu và bôi trơn bộ truyền trục vít

Trục vít nằm dưới bôi trơn bằng cách ngâm trục vít trong dầu

a/ Trục vít nằm dưới:

b/Trục vít nằm bên trên:

Bôi trơn bằng cách ngâm bánh vít trong dầu

với cách bố trí này chúng ta có thể giảm được mất mát

công suất do phải khuấy dầu

c/Trục bánh vít nằm ngang, bánh vít thẳng đứng

d/Trục vít thẳng đứng, bánh vít nằm ngang

Hai cách bố trí trên rất ít được sử dụng vì khó bôi trơn và dầu hay bị rò rỉ dầu

X Trình tự thiết kế bộ truyền trục vít

VÍ DỤ

 Công suất trên băng tải là 5 KW

 Số vòng quay trên trục chủ động là 968 vg/ph

 Số vòng quay trên trục bị động là 47,7 vg/ph

 Tuổi thọ bộ truyền là 20000 giờ

 Bộ truyền làm việc đảo chiều

1 Xác định tỉ số truyền : 1

2

968

20, 29 47,7

n u

2

1001048, 2 47,7

P

n

Tương ứng với vận tốc trượt vs = 4 (m/s) < 5 ta chọn cấp chính xác 8 Vật liệu bánh vít là đồng thanh không thiếc BrAlFe9-4 đúc trong khuôn cát có :

1701

T K

q a

7.Xác định các thông số hình học của bộ truyền :

γ η

γ ρ

+ +

Trong đó góc ma sát được tính theo công thức :

10 Kiểm tra độ bền uốn của trục vít :

f F

M

Nmm

M T

d MPa MPa

11 Kiểm nghiệm độ bền uốn của bánh vít :

1, 2.1001048, 2.1,55.1.1, 4

7, 24 52,3400.90.10

1000 1

11000.5 1 0,82

5005, 2 11,31 1,66 1152,85005,2 20 1821,7

THE END