Bài giảng chi tiết máy chương 6 truyền động bánh răng (nguyễn thanh nam)

Định nghĩa: Truyền động bánh răng thực hiện truyền chuyển động hoặc thay đổi dạng chuyển động nhờ sự ăn khớp của các răng trên bánh răng hoặc thanh răng.. Phân loại: a Theo sự phân bố gi

6.3 Lực tác dụng và tải

trọng tính

6.4 Hiệu suất bộ tuyền

bánh răng

6.1 Khái niệm

6.2 Các thông số

hình học bánh

răng trụ

1

6.5 Vật liệu và nhiệt luyện bánh răng

6.6 Ứng suất cho phép 6.7 Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính

6.8 Tính toán bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng 6.9 Tính toán bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

6.10 Truyền động bánh răng nón

6.11 Trình tự thiết kế bộ truyền bánh răng

6.1 Khái niệm chung

1 Định nghĩa:

Truyền động bánh răng thực hiện truyền chuyển động hoặc thay đổi dạng chuyển động nhờ sự

ăn khớp của các răng trên bánh răng hoặc thanh răng

2 Phân loại:

a) Theo sự phân bố giữa các trục chia ra:

- Truyền động bánh răng trụ: các trục song song

- Truyền động bánh răng nón (côn): các trục cắt nhau

- Truyền động bánh răng trụ chéo, bánh răng nón chéo: các trục chéo nhau

b) Theo sự phân bố của các răng trên bánh răng chia:

- Bộ truyền ăn khớp ngoài: các răng nằm phía ngoài bánh răng

- Bộ truyền ăn khớp trong: một bánh có răng phía trong, một bánh có răng phía ngoài

c) Theo phương răng so với đường sinh:

Ta có bộ truyền bánh răng thẳng, răng nghiêng, răng chữ V, răng cong

d) Theo biên dạng răng:

Ta có bánh răng thân khai, bánh răng xiclôit và bánh răng cung tròn (thường sử dụng bánh răng thân khai vì vận tốc trượt nhỏ nên hiệu suất cao, bán kính cong ở vùng tiếp xúc đủ lớn nên khả năng tải lớn

Ưu điểm:

- Kích thước nhỏ, khả năng tải lớn;

- Tỉ số truyền không thay đổi do không có hiện tượng trượt trơn;

- Hiệu suất cao, có thể đạt 0,97 - 0,98;

- Tuổi thọ cao, độ tin cậy lớn (L = 30.000 giờ);

- Làm việc tốt trong phạm vi vận tốc lớn (150m/s), công suất cao (vài chục ngàn KW), tỉ số truyền khá rộng (vài ngàn)

Nhược điểm:

- Chế tạo tương đối phức tạp;

- Đòi hỏi độ chính xác cao;

- Có nhiều tiếng ồn khi vận tốc lớn;

Phạm vi sử dụng:

Sử dụng rộng rãi trong ngành chế tạo máy

6.2 Các thơng số hình học bánh răng trụ

1- Thông số hình học bánh răng thẳng:

p - Bước răng trên mặt trụ chia

m được tiêu chuẩn hóa theo dãy số sau (dãy 1 được ưu tiên):

Dãy1 1 1,25 1,5 2 2,5 3 4 5 6 8 10 12 18 20 25 32 40

Dãy2 1,125 1,375 1,75 2,25 3,5 4,5 5,5 7 9 11 14 19 22 28 36

da1= d1+ 2.(1 + x1 -  y).m ; da2= d2 + 2.(1 + x2-  y).m

2 Thông số hình học bánh răng nghiêng

Góc nghiêng của răng so với đường sinh mặt trụ được gọi là góc nghiêng của bánh răng và ký hiệu β

pt - Bước răng mặt mút (mặt vuông góc với trục bánh răng)

pt = pn/cos

pn - Bước răng trong mặt phẳng pháp tuyến (vuông góc với răng)

mt - Môđun ngang mt = pt/ = pn/(.cos) = mn/cos

mn - Môđun trong mặt phẳng pháp tuyến (giá trị được tiêu chuẩn hóa)

d- Đường kính vòng chia d = pt.Z/ = mn.Z/cos

t - Góc profin đo trong mặt mút tgt = tgn/cos

n - Góc profin của thanh răng sinh

 - Góc nghiêng trên mặt trụ chia

w - Góc nghiêng của răng trên mặt trụ lăn: tgw = tg.dw/d

3 Sự dịch chỉnh trong bộ truyền bánh răng

Dịch chỉnh nhằm cải thiện chất lượng ăn khớp bằng cách dùng đoạn thân khai khác Chế tạo bánh răng dịch chỉnh bằng cách dịch dao một khoảng là x.m

a) Dịch chỉnh đều:

Bánh răng nhỏ dịch dao dương (x1 > 0), bánh răng lớn dịch dao âm (x2 < 0) và tổng hệ số dịch chỉnh không đổi: xt = x1 + x2 = 0

Trên vòng chia chiều dày bánh răng nhỏ tăng và chiều dày bánh răng lớn giảm, nhưng tổng chiều dày không đổi và bằng p, tức vòng tròn chia trùng với vòng tròn lăn như bánh răng không dịch chỉnh Khoảng cách trục và góc ăn khớp không thay đổi:

a = (d1 + d2)/2 = (dw1 + dw2)/2; w = 

b) Dịch chỉnh góc: xt = x1 + x2  0

Thông thường xt > 0 và x1, x2 đều lớn hơn không Khi đó bề dày răng của bánh răng nhỏ và bánh răng lớn trên vòng chia lớn hơn p/2 và rãnh của chúng nhỏ hơn p/2 Do đó các vòng chia không tiếp xúc với nhau, bánh răng ăn khớp theo vòng lăn có d1<dw1 và d2<dw2 Khoảng cách trục: aw = (dw1 + dw2)/2 > (d1 +d2)/2 và góc ăn khớp w > 

Dịch dao dương làm tăng chiều dày chân răng do đó sẽ tăng độ bền uốn của răng, góc ăn khớp tăng làm tăng độ bền tiếp xúc của răng Nhưng dịch chỉnh dương làm nhọn răng và giảm hệ số trùng khớp do đó không chọn x quá lớn Thường dùng dịch chỉnh trong những trường hợp số răng nhỏ (Z1<30) để cải thiện chất lượng ăn khớp hay khi khoảng cách trục cho trước

6.2 Các thơng số hình học bánh răng trụ

Khi làm việc các răng lần lượt vào vùng tiếp xúc, đầu tiên chân răng bánh chủ

động tiếp xúc với đỉnh răng bánh bị động Khi quay đường tiếp xúc sẽ dịch

chuyển trên cung ăn khớp g Muốn truyền chuyển động liên tục, trước khi đôi

răng ra khớp (21 – 22) đôi tiếp theo (11 – 12) đã phải vào khớp thì hệ số trùng

khớp ngang  (là tỉ số của cung ăn khớp ga và bước răng trên cung này pb) phải

lớn hơn 1 tức:  = g / pb > 1, trong đó pblà bước răng trên vòng tròn cơ

sở: pb= p.cosα Giá trị của  xác định bằng công thức:

 = (z1.tgαa1 ± z2.tgαa2 ± (z2 ± z1).tgαtw)/(2.π) trong đó: cosαa1= db1/da1; cosαa2= db2/da2; tgαtw= tgαnw/cosβ

Trường hợp x1± x2= 0, ta có thể xác định bằng công thức gần đúng sau:

 = [1,88 – 3,2 (1/Z1 + 1/Z2)]cos

Độ chính xác có ảnh hưởng đến chất lượng của bộ truyền, TCVN quy định 12 cấp chính xác theo thứ tự giảm dần, thường dùng cấp chính xác 6, 7, 8, 9

Kết cấu bánh răng phụ thuộc vào đường kính bánh răng, quy mô sản xuất và phương pháp lắp với trục: nếu khoảng cách từ đáy răng đến rãnh then 2,5m với bánh răng thẳng và 1,6m với bánh răng nghiêng thì thường chế tạo bánh răng liền trục; bánh răng có d < 150mm làm liền khối không khoét rãnh; nếu da 600mm, chế tạo từ phôi rèn, dập có khoét lõm giảm khối lượng; khi da >600mm chế tạo bằng hàn hoặc đúc

6.3 Lực tác dụng và tải trọng tính

Lực pháp tuyến Fn do bánh 1 tác động vào bánh 2 sẽ truyền đi trong mặt phẳng ăn khớp vuông góc với các mặt răng khi làm việc

a) Trường hợp răng thẳng:

Lực Fn có thể phân ra các lực thành phần: lực vòng Ft và lực hướng tâm Fr (Xác định chiều của lực: Ft hướng ngược chiều với chiều chuyển đọâng đối với bánh dẫn và cùng chiều đối với bánh bị dẫn):

Ft1 = Ft2 = 2.T1/dw1 ; Fr1 = Fr2 = Ft1.tgw ; Fn1 = Fn2 = Ft1/cosw

trong đó: T1 - mômen xoắn trên bánh răng 1; dw1 - đường kính vòng

lăn của bánh 1; w - góc ăn khớp (khi (x1 + x2) = 0, w = )

b) Trường hợp bánh răng nghiêng:

Lực pháp Fn có thể phân tích thành các lực thành phần: lực vòng Ft, lực hướng tâm Fr và lực dọc trục Fa (Fa luôn hướng vào mặt răng làm việc) Giá trị của chúng được xác định:

Ft1 = Ft2 = 2.T1/dw1 ; Fr1 = Fr2 = Ft1.tgnw/cosw = Ft1.tgtw

Fa1 = Fa2 = Ft1 tgw ; Fn1 = Fn2 = Ft1/(cosnw.cosw)

Trường hợp (x1 + x2) = 0 ta có: w = , dw = d, tw = t

Trong khi làm việc, do những sai sót trong chế tạo, lắp ráp nên trong bộ truyền bánh răng xuất hiện những tải trọng động phụ, sự phân bố tải trọng có ích trên chiều dài răng không đều Aûnh hưởng của các nhân tố trên đến sức bền của răng được xét đến trong tính toán bằng hệ số tải trọng K: Ftt = Fdn.K ; trong đó: Fdn là tải trọng danh nghĩa:

Fdn = Ft1 = 2.103.T1/d1= 2.9,55.106 P1/d1n1

K là hệ số tải trọng: K = Kv.K.K ; Kv là hệ số tải trọng động; K là hệ số phân bố tải trọng giữa các răng; K là hệ số tập trung tải trọng

Nếu tính độ bền tiếp xúc ta ký hiệu K = KH: KH = KHv.KH.KH

Khi tính độ bên uốn, K = KF: KF = KFv.KF.KF

Khi tính toán bánh răng thẳng (trụ hay nón) thì KH = KF = 1

1- Hệ số tập trung tải trọng K

Nguyên nhân: biến dạng đàn hồi của trục; chuyển vị đàn hồi và mòn của ổ; sai số trong chế tạo; ổ lắp không đối xứng nhau qua bánh răng Hệ số tập trung tải trọng K được định nghĩa là tỉ số giữa tải trọng riêng (tải trọng tác dụng lên 1 đơn vị chiều dài tiếp xúc) cực đại qmax với tải trọng riêng trung bình qm K = qmax/qm

Các giá trị của KH và KF có thể xác định theo bảng phụ thuộc vào hệ số chiều rộng vành răng bd = bw/dw1,vị trí bộ truyền bánh răng trên trục và loại ổ

c Tải trọng tính:

2- Hệ số tải trọng động Kv

Do biến dạng của răng, sai số bước răng, profin răng tỉ số truyền u tức thời thay đổi Hệ số tải trọng động được biểu thị bằng tỉ số giữa tải trọng toàn phần (q = qm + qv) với tải trọng quy ước qm: Kv = q/qm = 1 + qv/qm ; với: qv - tải trọng động riêng

Hệ số tải trọng động về độ bền tiếp xúc KHv và về độ bền uốn KFv được xác định theo các công thức: KHv = 1 + H.bw.dw1/(2.T1.KH.KH) ; KFv = 1 + F.bw.dw/(2.T1.KF.KF)

trong đó: H,F - cường độ tải trọng động, đượïc xác định:

H = H.go.v.aw/u; F = F.go.v.aw/u

H, F - hệ số xét ảnh hưởng của loại răng và biến thể đầu răng; go - hệ số xét ảnh hưởng sự sai lệch bước răng bánh nhỏ và bánh lớn; v - vận tốc vòng (m/s) Hệ số KHv và Kfv có thể tra bảng 3- Hệ số xét đến phân bố tải trọng không đều giữa các răng K

Hệ số KH có thể tra theo bảng, trong tính toán sơ bộ có thể lấy KH = 1 Hệ số KF có thể xác định bằng những công thức sau:

Khi hệ số trùng khớp dọc  = bw.sin /(.mn)  1 có thể lấy: KF = 1

Khi:  > 1 thì: KF = [4 + ( - 1).(ncx - 5)]/(4.)

trong đó: ncx - cấp chính xác của bộ truyền

Khi ncx  5 ta có: KF = 1/; Khi ncx  9 thì: KF=1

6.3 Lực tác dụng và tải trọng tính