Báo cáo khoa học: "một số kết quả Nghiên cứu đánh giá việc áp dụng một số tiêu chuẩn quốc gia phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế về thiết kế bánh răng với sự trợ giúp của máy tính" ppsx

một số kết quả Nghiên cứu đánh giá việc áp dụng một số tiêu chuẩn quốc gia phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế về thiết kế bánh răng với sự trợ giúp của máy tính TS.. trương tất đích Bộ môn

một số kết quả Nghiên cứu đánh giá việc

áp dụng một số tiêu chuẩn quốc gia phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế về thiết kế bánh răng

với sự trợ giúp của máy tính

TS trương tất đích

Bộ môn Thiết kế máy Khoa Cơ khí - Trường Đại học GTVT

Tóm tắt: Bμi báo nμy trình bμy một số kết quả nghiên cứu đánh giá việc áp dụng một số

tiêu chuẩn quốc gia phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế về thiết kế bánh răng với sự trợ giúp của máy tính, từ đó kiến nghị loại bỏ các tiêu chuẩn cũ

Summary: The article presents some research results of application of the national

standards Comforming to the international standards in designing gears with the computer aided and then removal of the old standards is proposed

i đặt vấn đề

Sản phẩm công nghiệp của chúng ta có sức cạnh tranh mạnh hay yếu trên thị trường nội

địa, khu vực và quốc tế trước hết phụ thuộc vào chất lượng của chúng, đi kèm với nó là thương hiệu, mẫu mã, giá cả …

Để sản phẩm có chất lượng tốt, cần phải áp dụng đầy đủ các tiêu chuẩn nhà nước, quốc tế

và nước ngoài có lựa chọn cho phù hợp với điều kiện Việt Nam áp dụng tiêu chuẩn để sản xuất sản phẩm được ví như cấp giấy thông hành để sản phẩm lưu thông được trên thị trường

Vì vậy cần thiết phải áp dụng TCVN phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế mà trước hết cho các

bộ truyền bánh răng, xích… vì nó rất phổ biến, sau đó phải đánh giá việc áp dụng đó để có kết luận thoả đáng

Đề tài này còn có ý nghĩa là khuyến khích, thúc đẩy việc vận dụng các tiêu chuẩn mới phù hợp với các thành tựu khoa học mới và kinh nghiệm tiên tiến, kết hợp loại bỏ các tiêu chuẩn cũ không phù hợp nữa

ii Nội dung

2.1 Các hướng nghiên cứu áp dụng các tiêu chuẩn nâng cao chất lượng sản phẩm

Hiện nay có hướng nghiên cứu sau:

- Nghiên cứu các tiêu chuẩn quốc tế để được chấp nhận thành tiêu chuẩn Việt Nam

- Nghiên cứu đánh giá để huỷ bỏ một số tiêu chuẩn không còn phù hợp

- Nghiên cứu đánh giá những tiêu chuẩn quan trọng để đưa vào danh mục tiêu chuẩn bắt buộc áp dụng

- Nghiên cứu các tiêu chuẩn áp dụng sao cho phù hợp và hiệu quả nhất

- Nghiên cứu các tiêu chuẩn được áp dụng để đăng ký chất lượng hàng hóa xuất nhập khẩu

Đề tài này là một hướng nghiên cứu quan trọng trong số các hướng nghiên cứu trên

2.2 Các tiêu chuẩn hiện hành và các phương pháp thiết kế theo tiêu chuẩn cũ và mới

Đề tài giới thiệu 26 tiêu chuẩn về bánh răng hiện hành như TCVN 1067 - 84, TCVN 1067 - 74, TCVN 1804 - 76 … qua đó lựa chọn các tiêu chuẩn dùng trong thiết kế bánh răng như các tiêu chuẩn sau:

- TCVN 1067 - 84 thay thế TCVN 1067 - 71

- TCVN 1687 - 86 thay thế TCVN 1687 - 75

2.2.1 Biện pháp để đánh giá việc áp dụng các tiêu chuẩn mới về bánh răng

Để đánh giá việc áp dụng các tiêu chuẩn mới trong thiết kế bánh răng trước hết ta so sánh việc áp dụng các tiêu chuẩn cũ và mới trong phương pháp thiết kế bánh răng Sau đó so sánh kết quả áp dụng thử với các bánh răng cụ thể

a Thiết kế bánh răng với tiêu chuẩn cũ (TCVN 1067 - 84; TCVN 4749 - 89 (STSEV 7813- 81)) Như ta đã biết, thiết kế bộ truyền bánh răng theo TCVN 1607 - 84, các quan hệ hình học chủ yếu của bộ truyền được định ra dựa trên các công thức tính sức bền tiếp xúc hoặc sức bền uốn của răng

- Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng và răng nghiêng theo sức bền tiếp xúc, khoảng cách trục được xác định theo công thức:

[ ]

3

2 A 2

tx

6

n

N K i

10 05 , 1 )

1 i ( A

θ Ψ

⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛ σ

±

Đối với bánh răng côn chiều dài nón được xác định theo công thức:

[ ]

3

2 L 2

tx L

6 2

n 85 , 0

N K i 5 , 0 1

10 05 , 1 1 i L

θ Ψ

⎥

⎥

⎦

⎤

⎢

⎢

⎣

⎡

σ Ψ

ư +

trong đó:

i: tỉ số truyền; N: công suất; [σ]tx: ứng suất tiếp xúc cho phép; ΨA, ΨL: hệ số chiều rộng bánh răng; θ,θ’: hệ số phản ánh sự tăng khả năng tải của bánh răng nghiêng so với bánh răng thẳng hoặc của bánh răng côn răng nghiêng so với bánh răng côn răng thẳng Trường hợp bánh

răng trụ hoặc côn răng thẳng thì θ = θ’ = 1; K: hệ số tải trọng, với K = Ktt.Kđ

Các trị số Ktt và Kđ tra trong các sổ tay thiết kế bánh răng nhưng để tiện cho việc so sánh,

đánh giá với TCVN 1067 - 71 ta dẫn ra một số trị số đó trong bảng 1 và 2 sau:

Bảng 1 Hệ số tập trung tải trọng K tt

ổ trục không đối xứng (so với

bánh răng) 2

1 i d

b

A

1

d

± Ψ

=

=

sát bánh răng

Trục rất cứng Trục ít cứng

Bánh răng trên trục chìa (côngxôn)

Bảng 2 Hệ số tải trọng động Kđ cho bánh răng thẳng

vμ bánh răng nghiêng có

β

≤ sin

m 5 , 2

b n (3)

Vận tốc vòng v, m/s Cấp chính xác Độ rắn bề mặt răng HB

1,2 1,2

1,3 1,3

1,25 1,2

1,45 1,30

1,55 1,40

> 350

1

1

1,35 1,30

1,55

> 350

1,1 1,1

1,45

Sau khi xác định môđun pháp mn, số răng zi và góc nghiêng β của bánh răng ta kiểm nghiệm sức bền uốn của nó theo công thức:

[ u

2 n

6 u

' b n Z m y

N K 10 1 , 19

σ

≤ θ

=

Đối với bánh răng côn tính theo công thức [1]

Tiếp theo, kiểm nghiệm sức bền bánh răng khi chịu quá tải đột ngột, xác định các thông số

hình học chủ yếu của bộ truyền và tính lực tác dụng lên bánh răng

Nếu khoảng cách trục đã cho trước thì phải tính các hệ số dịch chỉnh x1, x2 Ngược lại khi

prôfin gốc theo TCVN 1065 - 71 thì các trị số x1, x2 xác định theo TCVN1984 - 77

b Thiết kế bánh răng theo TCVN 1067 - 71 với bánh răng trụ răng nghiêng và răng chữ V

Tính toán theo sức bền tiếp xúc, khoảng cách trục được xác định theo công thức:

[ ]

3

2 H bd

H 1 3

H Hv H

M w

u

K T )

1 u (

K K )

Z Z Z (

5 0 a

σ Ψ

±

Đặt 3

H Hv H

M

a 0,5.(Z Z Z ).K K

K = ε α Với bánh răng bằng thép Ka = 43 (MPa)1/3

trong đó:

ZM: hệ số xét đến ảnh hưởng của cơ tính vật liệu

ZH: hệ số xét đến ảnh hưởng của hình dạng bề mặt tiếp xúc

Zε: hệ số xét đến tổng chiều dài tiếp xúc đối với bánh răng nghiêng và răng chữ V

T1: mômen xoắn trên bánh dẫn

KHα: hệ số phân bố không đều tải trọng giữa các răng (bảng 3)

Bảng 3 Hệ số phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp

KHα, KFα khi cấp chính xác về mức làm việc êm (TCVN 1067 - 71)

6 7 8 9

Vận tốc

vòng m/s

KHβ: hệ số tập trung tải trọng tra theo [2]

KHv: hệ số tải trọng động tính theo công thức

α β

υ +

=

H H 1

1 w w H Hv

K K T 2

d b 1

Với υH: cường độ tải trọng tính theo công thức

u

a v g

o H

H =δ

trong đó:

v: vận tốc của bánh răng m/s

δH: hệ số kể đến ảnh hưởng của loại răng (thẳng, nghiêng) và sai số ăn khớp, tra trong

bảng 4

Bảng 4 Trị số δH

Độ rắn mặt bánh răng chủ động HB1 và

HB2 ≤ 350 HB

Thẳng không vát mép Thẳng có vát mép Nghiêng

0,006 0,004 0,002

0,016 0,011 0,006

HB1 > 350 HB

HB2 > 350 HB

Thẳng không vát mép Thẳng có vát mép Nghiêng

0,014 0,010 0,004

0,016 0,011 0,006

go: hệ số ảnh hưởng của sai số bước răng bánh dẫn và bánh bị dẫn, tra theo bảng 5

Bảng 5 Trị số g o

Trị số go khi cấp chính xác theo mức làm việc êm Môđun m, mm

6 7 8 9

Sau khi tính được υH phải so sánh giá trị đó với giá trị giới hạn υHmax (tra bảng 6), nếu vượt

quá giới hạn thì lấy υH = υHmax

Bảng 6 Trị số υHmax vμ υFmax

υHmax, υHmax khi cấp chính xác theo mức làm việc êm Môđun

6 7 8 9

Ψbd: hệ số chiều rộng bánh răng phụ thuộc vào độ cứng, cách bố trí bánh răng trên trục

Từ khoảng cách trục aw sẽ tính được các thông số hình học của bộ truyền, sau đó kiểm

nghiệm bánh răng theo độ bền uốn theo công thức:

m d b

Y Y K K K T 2

1 w w

1 Fv F 1 1

β ε β

=

1

2 1 2

Y

Y σ

=

Từ công thức (1)…(5) ta thấy theo tiêu chuẩn ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn chỉ kể

chung một hệ số tải trọng K với sự ảnh hưởng của tải trọng tập trung Ktt và tải trọng động Kđ

Các bảng 1,2 cũng chỉ có một số rất ít số liệu và rời rạc

Khi tính theo tiêu chuẩn TCVN 1067 - 71 đã kể đến ảnh hưởng của cơ tính vật liệu, hình

dạng bề mặt tiếp xúc, tổng chiều dài tiếp xúc và đặc biệt phân chia rõ ràng sự ảnh hưởng khác

nhau của các yếu tố này đối với ứng suất uốn và tiếp xúc, đồng thời có sự ảnh hưởng qua lại

của các yếu tố này Đó là ưu việt của cách tính theo tiêu chuẩn TCVN 1067 - 71 so với tiêu

chuẩn cũ

Theo hai phương pháp tính của hai tiêu chuẩn trên có thể dựa vào sự hỗ trợ của máy vi tính

để lập trình theo thuật toán sau:

Chọn vật liệu

Tính ứng suất cho phép

Nhập dữ liệu

ệ

Tính khoảng cách trục sơ bộ

Tính các thông

số ăn khớp

Kiểm nghiệm bền tiếp xúc

Kiểm nghiệm bền uốn

Kiểm nghiệm bền

Tính các thông số bộ truyền

Tính lại

↑↓ aw

↑↓ bw

↑↓

vật liệu

Yes

Yes

Yes No

No

No

2.2.2 Ví dụ áp dụng các tiêu chuẩn cũ vμ mới

Các chương trình tính toán bánh răng trụ theo tiêu chuẩn cũ và mới

Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng trong hộp giảm tốc có tải trọng thay đổi theo cơ sở đồ thị 8

Vật liệu có HB < 350 theo bảng sau:

Vật

liệu

Nhiệt luyện

Giới hạn bền

Giới hạn chảy

Độ cứng Bánh

chủ

động

Thép

45

Tôi cải thiện

850 MPa

850 MPa

241 HB

285 HB Bánh bị

động

Thép

45

Tôi cải thiện

850 MPa

850 MPa

170 HB

217 HB

Tck

0,7T

1,6T T

Công suất 8,18 kW, tốc độ bánh dẫn n1 = 1450

vòng/phút Bộ truyền quay một chiều, tổng số giờ làm

việc là 18 000 giờ

Hình 8.

Với cùng một số liệu đầu vào để thiết kế bộ truyền

bánh răng trụ răng thẳng, có sử dụng máy tính, đối với

tiêu chuẩn cũ TCVN 1067 - 84 và mới TCVN 1067 - 71 cho ta kết quả là:

Theo TCVN 1067- 84 Theo TCVN 1067- 71 Khoảng cách trục aw = 153,75 ữ 160 aw = 140 ữ 146

Chiều rộng vành răng bw = 46,12 bw = 44

Số răng bánh dẫn Z1 = 36

bánh bị dẫn Z2 = 169

Z1 = 25

Z2 = 118 Môđun m = 1,58 m = 2

Ta thấy do các số liệu của tiêu chuẩn mới đầy đủ hơn, phương pháp tính chính xác hơn nên kích thước bộ truyền thu gọn hơn

iii Đánh giá chung

Qua nghiên cứu về phương pháp thiết kế bánh răng theo TCVN 1067 - 84 và TCVN 1067 - 71 cùng một số tiêu chuẩn về bánh răng khác, chúng tôi đánh giá như sau:

a Thiết kế bánh răng theo tiêu chuẩn cũ 1067 - 84 đã không tính đầy đủ ảnh hưởng của hình dạng bề mặt tiếp xúc, chiều dài tiếp xúc và chưa phân biệt rõ ràng sự ảnh hưởng khác nhau của các yếu tố trên đối với ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cũng như ảnh hưởng qua lại giữa các yếu tố đó

Các trị số của hệ số tập trung tải trọng K tt quá ít và rời rạc

b Thiết kế bánh răng theo tiêu chuẩn TCVN 1067 - 71 đã khắc phục những nhược điểm trên nên mức độ chính xác cao hơn

c Với sự trợ giúp của máy vi tính, kết quả tính thử cho thấy độ chính xác theo TCVN

1067 - 71 cao hơn

iv Kết luận vμ kiến nghị

Phương pháp tính theo TCVN 1067 - 71 hoàn thiện hơn TCVN 1067 - 84, phương pháp này

đã được thể hiện qua phần mềm thiết kế bánh răng Vì vậy xin kiến nghị: huỷ bỏ cách tính theo tiêu chuẩn TCVN 1067 - 84 cùng các phần mềm dựa trên nó để thay thế bằng cách tính theo TCVN 1067 - 71 và các phần mềm tương ứng

Tài liệu tham khảo

[1] Đề tài mã số T2004 - CK - 35 Chủ nhiệm Trương Tất Đích

[2] Các tiêu chuẩn về bánh răng của Việt Nam TCVN 1067 - 71, TCVN 1989 - 71, TCVN 1067 – 84, TCVN 1804 - 86

[3] Phần mềm thiết kế bánh răng Bộ môn Thiết kế máy ĐHGTVT