DẠNG 1 PHÂN TÍCH, CHỌN CHIỀU NGHIÊNG HỢP LÝ CHO BỘ TRUYỀN Dạng này có thể có các yêu cầu sau Cho một sơ đồ truyền động, cho trước chiều quay Yêu cầu chọn chiều nghiêng hợp lý cho bộ truyền còn lại .
Trang 1DẠNG 1 PHÂN TÍCH, CHỌN CHIỀU NGHIÊNG HỢP LÝ CHO BỘ TRUYỀN.
Dạng này có thể có các yêu cầu sau:
Cho một sơ đồ truyền động, cho trước chiều quay Yêu cầu chọn chiều nghiêng hợp lý cho bộ truyền còn lại.
Cho một sơ đồ truyền động, cho trước chiều quay Yêu cầu phân tích lực và nhận xét sự hợp lý của chiều nghiêng các bộ truyền.
Mục đích:
Bài toán phân tích lực và chọn chiều nghiêng hợp lý cho bộ truyền là một bước quan trọng khi lựa chọn, bố trí các bộ truyền và thiết kế các chi tiết
đỡ nối trong hệ thống
Một hệ thống truyền động cơ khí có thể sử dụng nhiều bộ truyền (BR trụ răng thẳng, BR trụ răng nghiêng, BR côn, Trục vít – bánh vít, … ) Trên các trục trung gian có thể lắp nhiều chi tiết quay sinh lực dọc trục tác dụng
lên trục đó Lực dọc trục F a phụ thuộc vào chiều quay và hướng nghiêng của bộ truyền, nên việc lựa chọn hướng nghiêng hợp lý là rất quan trọng Với hệ thống có chiều quay xác định, chiều nghiêng của bộ truyền
trong hệ thống được gọi là hợp lý nếu nó làm giảm lực dọc trục trên các trục trung gian và ổ lăn trên trục đó Lực dọc trục sẽ quyết định đến việc lựa chọn kiểu loại ổ lăn
Việc chọn loại ổ thích hợp để dùng rõ ràng là không đơn giản và chỉ
có thể được giải quyết tốt trên cơ sở nắm vững đặc điểm làm việc của ổ thể hiện ở khả năng tải (lớn hay nhỏ, tiếp nhận tải hướng tâm Fr, tải trọng dọc trục Fa, hoặc đồng thời cả Fr và Fa, chịu được tải êm hay va đập), khả năng quay nhanh, độ cứng và giá thành ổ; đồng thời quan tâm đến vấn đề cố định
ổ và các chi tiết lắp với nó, vấn đề đơn giản về kết cấu và chế tạo gối đỡ Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc thiết kế các chi tiết đỡ nối (trục và ổ)
Khi có lực dọc trục tác dụng lên trục, cần phải bố trí các ổ lăn có khả năng chống lại lực dọc trục (các ổ đỡ chặn, các ổ chặn…), lực dọc trục càng lớn thì cần ổ lăn có khả năng tải càng lớn, kích thước khuôn khổ càng lớn, trục đỡ càng lớn, kết cấu các gối đỡ ổ phức tạp kồng kềnh, làm kích thước khuôn khổ hộp sẽ tăng, ảnh hưởng tới chi phí, giá thành
Trang 2O2
n 1
n2
n2
n1
Lực dọc trục nhỏ, có thể lựa chon loại ổ có kích thước nhỏ, giảm được kích thước trục, giảm chi phí Khi tỉ số Fa/Fr < 0.3 thì ta chỉ cần dùng ổ đỡ, không cần dùng ổ chặn, kết cấu gối ổ sẽ gọn nhẹ, giảm kích thước khuôn khổ hộp Một số trường hợp vẫn có thể dùng ổ đỡ - chặn để tăng cứng vững
Tóm lại, mục đích chính là lựa chọn và bố trí các bộ truyền với hướng nghiêng hợp lý để giảm lực dọc trục tác dụng lên trục và ổ lăn; giúp giảm bớt chi phí về chon ổ và làm kết cấu hệ thống nhỏ gọn đơn giản, giảm giá thành.
Nguyên tắc:
Từ chiều quay cho trước, lựa chọn hướng nghiêng hợp lý để làm các thành phần lực dọc trục trên các trục trung gian (lắp nhiều chi tiết máy quay sinh lực dọc trục) ngược chiều nhau để tổng lực dọc trục trên trục đó là nhỏ nhất.
1 Quy tắc xác định các thành phần lực
BT BR trụ răng thẳng
Sơ đồ hóa:
Ký hiệu dấu: (.) và (+) thể hiện bánh răng
quay vào hay ra so với mặt phẳng giấy vẽ
Lực tác dụng:
Khi ăn khớp, lực pháp tuyến Fn đặt tại tâm ăn khớp, phân ra hai thành phần lực: Fn F F r t
- Lực hướng tâm: Fr của bánh nào hướng vào tâm bánh đó
- Lực tiếp tuyến (lực vòng) Ft: phương tiếp tuyến chung của hai vòng tròn lăn, tại tâm ăn khớp P
o Ngược chiều bánh chủ động
o Cùng chiều bánh bị động
Trang 3n1
n2
n2
n1
BT BR trụ răng nghiêng
Sơ đồ hóa:
- Vẽ thêm đường thể hiên chiều
nghiêng
- Bề mặt làm việc: là bề mặt
răng trong quá trình ăn khớp tiếp xúc nhau tại vị trí ăn khớp
Lực tác dụng:
Áp lực pháp tuyến Fnđặt tại tâm ăn
khớp, phân ra ba thành phần lực: Fn F F F r t a
- Lực hướng tâm Fr1 tác dụng vuông góc lên trục dẫn I, hướng về tâm bánh 1; lực hướng tâm Fr2 tác dụng vuông góc lên trục bị dẫn II, hướng về tâm bánh 2
- Lực tiếp tuyến (lực vòng) Ft1, Ft2 trùng với tiếp tuyến chung của
2 vòng tròn lăn, tại tâm ăn khớp P
o Ngược chiều quay bánh chủ động (Ft1)
o Cùng chiều quay bánh bị động (Ft2)
- Lực dọc trục Fa1, Fa2 phương dọc trục, hướng vào bề mặt làm việc trên mỗi bánh
o Fa1 hướng vào bề mặt làm việc của răng đang ăn khớp trên bánh 1 (bề mặt răng được đánh dấu gạch chéo)
o Fa2hướng vào bề mặt làm việc của răng trên bánh 2 Chiều của Fa1, Fa2 phụ thuộc vào chiều quay và hướng nghiêng của đường răng
Chú ý: F t1 song song, ngược chiều F t2 và F t1 F t2
F a1 song song, ngược chiều F a2 và F a1 F a2
F r1 song song, ngược chiều F r2 và F r1 F r2
Trang 4 BT BR côn răng thẳng
Sơ đồ hóa:
Lực tác dụng:
Lực pháp tuyến tại tâm ăn khớp P, phân
ra làm 3 thành phần: Fn F F F r t a
- Lực hướng tâm Fr1đặt tại tâm ăn
khớp phương vuông góc với trục
I và hướng về phía trục I; Fr2
vuông góc với trục II và hướng
về phía trục II
- Lực dọc trục Fa1, Fa2 phương
song song với trục I và II; trên bánh nào thì chiều của lực dọc trục hướng về đáy côn lớn của bánh đó
- Lực tiếp tuyến (lực vòng ) Ft1, Ft2 trùng với tiếp tuyến chung của hai vòng tròn lăn
o Ftngược chiều quay của bánh chủ động
o Ftcùng chiều quay của bánh bị động
Chú ý: F t1 song song, ngược chiều F t2 và F t1 F t2
F a1 song song, ngược chiều F a2 và F a1 F a2
F r1 song song, ngược chiều F r2 và F r1 F r2
BT Trục vít – bánh vít
Sơ đồ hóa:
1- Trục vít 2- Bánh vít
Trang 5 Lực tác
dụng:
Lực pháp tuyến vuông góc với biên dạng răng tại tâm ăn khớp, phân làm 3 thành phần: F n F F F r t a
- Lực hướng tâm Fr1đặt tại tâm ăn khớp phương vuông góc với trục I và hướng về phía trục I; Fr2 vuông góc với trục II và hướng về phía trục II
- Lực tiếp tuyến Ft1 của trục vít tiếp tuyến với vòng lăn của trục vít 1, chiều ngược chiều quay của trục chủ động (trục vít I); Ft2
theo phương tiếp tuyến với vòng lăn của bánh vít 2, chiều cùng chiều quay của bánh vít bị động 2
- Lực dọc trục Fa1 tác dụng lên trục I, song song với trục I, hướng vào bề mặt làm việc của ren trục vít; Fa2 tác dụng lên trục II, song song với trục II
Chiều của Fa1, Fa2 phụ thuộc vào chiều quay và hướng nghiêng của ren trục vít
Chú ý: F a1 song song, ngược chiều F t2 , F a1 F t2
F a2 song song, ngược chiều F t1 , F a2 F t1
F r1 song song, ngược chiều F r2 , F r1 F r2
2 Bài tập mẫu
Ví dụ 1 Phân tích lực và chọn chiều nghiêng hợp
lý cho bộ truyền bánh răng trụ trong sơ đồ sau:
Giải:
1
4 3
2
Trang 6 Giả sử chiều nghiêng của cặp bánh răng 3-4 bất kỳ, như hình vẽ.
Phân tích lực
- Xuất phát từ chiều quay của trục III xác định được chiều quay các trục I, II
- Khi biết chiều quay và chiều nghiêng của cặp BR 1-2, xác định được bề mặt răng làm việc khi ăn khớp của cặp 1-2 và các thành phần lực ăn khớp: Fr1, Fr2, Fa1, Fa2, Ft1, Ft2như hình vẽ
o Fr1, Fr2: lần lượt hướng từ điểm tâm ăn khớp về tâm bánh
1 và bánh 2
o Ft1: phương tiếp tuyến với vòng lăn bánh 1, chiều ngược với chiều quay bánh 1
o Ft2: cùng phương ngược chiều với Ft1
o Xác định bề mặt làm việc của cặp răng trên bánh 1-2 khi
ăn khớp tìm Fa1, Fa2 (trên banh nào thì hướng vào bề mặt làm việc răng trên bánh đó)
- Từ chiều nghiêng vừa chọn kết hợp với chiều quay: trên cặp BRT 3-4 xác định được Fr3, Fr4 vuông góc với trục II,III
Ft4vuông góc với mặt phẳng vẽ, chiều đi vào, cùng chiều quay với bánh 4 (vì bánh 4 là bánh bị động), Ft3 Ft4,
- Xác định bề mặt làm việc lực Fa3, Fa4 song song với các trục, hướng vào bề mặt làm việc của răng trên bánh 3 và bánh 4
Nhận xét:
Lực dọc trục trên trục I, III phụ thuộc tải trọng tác dụng, không thể thay đổi được
Xác định tổng lực dọc trục tác dụng lên trục trung gian (II) Trên trục II, Fa2và Fa3cùng chiều, sẽ làm cho tổng lực dọc trục trên trục II sẽ lớn: F aII F a2 F a3 Điều này gây nên một số vấn đề:
Yêu cầu chọn kết cấu ổ có khả năng chống lực dọc trục lớn
Ổ lăn phải có khả năng tải lớn, kích thước lớn nên giá thành cao
Đường kính ngõng trục lớn, kết cấu gối đỡ ổ cũng phức tạp, làm kích thước khuôn khổ hộp sẽ tăng lên, tốn vật liệu và tăng chi phí gia công Một số trường hợp kích
Trang 7thước khuôn khổ hộp rất quan trọng trong việc bố trí hộp trên hệ thống
Yêu cầu chiều nghiêng hợp lí trường hợp này là làm cho Fa2 Fa3để làm giảm bớt lực dọc trục trên trục II Sao choF aII F a2F a3 nhỏ nhất Tức chiều nghiêng hợp lý của cặp 3-4 phải có hướng ngược lại
so với hướng giả sử
Ví dụ 2.
Phân tích lực và chọn hướng nghiêng ren hợp lý cho trục vít trong sơ đồ sau HD:
Từ chiều quay trục I,
xác định chiều quay các
trục II, III
Từ chiều quay và hướng
nghiêng răng của cặp
BRT răng nghiêng, xác
định các thành phần lực
ăn khớp: Fr1, Fr2, Fa1,
Fa2, Ft1, Ft2
Giả sử hướng nghiêng ren trục vít từ trái sang phải như hình vẽ
Từ chiều quay và hướng nghiêng ren vừa chọn xác định được các thành phần lực ăn khớp của TV- BV
- Fr3, Fr4 lần lượt hướng vào tâm trục vít 3 và bánh vít 4
- Ft3: tiếp tuyền với đường lăn trục vít, hướng vào bề mặt vẽ, ngược chiều quay với trục II, Fa4 cùng phương ngược chiều với Ft3
- Xác định được chiều quay bánh vít (TH này cùng chiều kim đồng hồ), Ft4 Fa4
Xác định tổng lực dọc trục tác dụng lên trục II: Với hướng nghiêng
đã chọn thu được Fa2và Fa3cùng chiều, sẽ làm cho tổng lực dọc trục trên trục II sẽ lớn: F aII F a2F a3
không đảm bảo Cần chọn lại chiều nghiêng, ngược lại, để
a a aII
F F F
Giải thích mục đích việc hạn chế, giảm lực dọc trục
n1
II
I III
Trang 9Cho sơ đồ hệ thống truyền động cơ khí như hình vẽ Hãy phân tích lực và chọn hướng nghiêng răng hợp lý cho các bộ truyền còn lại trong hộp
Trang 11Cho sơ đồ hệ thống truyền động cơ khí như hình vẽ Hãy phân tích lực và chọn hướng nghiêng răng hợp lý cho các bộ truyền còn lại trong hộp