Máy xây dựng Chuong 4

Máy xây dựng

Chương 4

Truyền động trong máy xây dựng

4.1 Công dụng và phân loại

Truyền động là khâu trung gian dùng để truyền chuyển động hoặc công suất từ động

cơ đến bộ công tác hay các bộ phận làm việc của máy

Căn cứ vào phương pháp truyền năng lượng, truyền động trong máy xây dựng có thể chia ra: truyền động cơ khí, truyền động thuỷ lực, truyền động khí nén, truyền động điện và truyền động hỗn hợp

4.2 Truyền động cơ khí

Truyền động cơ khí là một dạng của truyền động cơ học có tác dụng truyền chuyển động hay công suất từ động cơ đến các bộ phận làm việc của máy hoặc từ trục này đến trục khác nhờ cơ năng

Theo nguyên lý làm việc, truyền động cơ khí được chia ra làm hai loại là truyền động

ma sát và truyền động ăn khớp

Truyền động ma sát có thể là truyền động ma sát trực tiếp (hai bánh ma sát tiếp xúc và

truyền chuyển động cho nhau) và truyền động ma sát gián tiếp (hai trục truyền chuyển động cho nhau nhờ dây đai dẫn động trung gian)

Truyền động ăn khớp được chia ra : Truyền động ăn khớp trực tiếp là truyền chuyển động cho nhau giữa các trục nhờ các bánh răng ăn khớp với nhau (các cặp bánh răng trụ, trục vít - bánh vít, bánh răng - thanh răng, ); truyền động ăn khớp gián tiếp là truyền động giữa hai trục xa nhau nhờ các đĩa xích lắp trên hai trục và xích trung gian

4.2.1 Truyền động ma sát

1 Truyền động đai

Bộ truyền động đai có cấu tạo như trên hình 4-1a bao gồm: Bánh đai 1 cố định trên trục chủ động gọi là bánh đai chủ động; bánh đai 3 lắp cố định trên trục bị động gọi là bánh đai bị động và đai 2 có tiết diện hình thang (hình 4-1b), hình chữ nhật (hình 4-1c) hoặc hình tròn (hình 4-1d) Dây đai 2 tiếp xúc có độ căng nhất định với bánh 1 và 3 bằng góc ôm α1và

2

α Vật liệu đai làm bằng da, vải cao su hoặc chất dẻo Khi làm việc, nhờ ma sát giữa dây đai

và các bánh đai, bánh chủ động 1 quay truyền chuyển động qua dây đai 2 và dây 2 truyền chuyển động sang bánh bị động 3 quay theo.

67

Ưu điểm của truyền động đai là có khả năng truyền công suất giữa hai trục có khoảng cách xa nhau, làm việc êm do vật liệu đai có tính đàn hồi, an toàn khi quá tải do dây đai có thể trượt trên bánh đai, bảo đảm cho chi tiết hoặc bộ phận máy không bị hư hỏng, giá thành hạ, kết cấu đơn giản, dễ sử dụng và bảo quản

Nhưng truyền động đai cũng có những hạn chế nhất định: khuôn khổ kích thước lớn (khi cùng một điều kiện làm việc, thì đường kính bánh đai lớn hơn bánh răng khoảng 5 lần)

Tỷ số truyền của truyền động đai không ổn định, do có sự trượt đàn hồi của dây đai trên bánh đai Lực tác dụng lên trục và ổ lớn, do phải căng đai, tuổi thọ thấp khi làm việc với tốc độ cao

Các thông số chủ yếu, đặc trưng cho truyền động đai:

Lực vòng P:

1

1 2

1

2M

D

S1, S2- lực căng của nhánh cuốn và nhánh nhả, N;

M1 - mômen quay trên trục của bánh dẫn 1, Nm;

D1 - đường kính của bánh dẫn 1, m.

Mặt khác theo Ơ-le, ta có thể xác định mối quan hệ lực căng của nhánh vào và nhánh ra:

Hình 4-1 a) Truyền động đai, b) Đai thang, c) Đai dẹt, d) Đai tròn

1 Bánh đai dẫn động, 2 Dây đai, 3 Bánh đai bị động

2

1

3

2

S

ω

α

D a)

O

S

2

1

1

1

2

2

D1

f 2

1 S e

trong đó:

e - cơ số log tự nhiên;

f - hệ số ma sát giữa đai và bánh đai;

1

α - góc ôm của đai trên bánh dẫn

Ngoài ra, lực vòng có thể tính theo công suất truyền và vận tốc truyền:

3

10 N

P

v

N - công suất truyền ở trục của bánh đai dẫn, kW;

v - vận tốc truyền của bánh đai, m/s

Tỷ số truyền i:

2 1

i

= =

trong đó:

n1, n2- số vòng quay của trục dẫn và bị dẫn, vg/ph;

D1, D2 - đường kính của bánh dẫn và bị dẫn, m;

ξ < 1 - hệ số trượt của đai

Khoảng cách giữa các trục bánh đai A khi biết chiều dài đai L, đường kính bánh dẫn

D1, bánh bị dẫn D2:

A

8

Để góc ôm α đủ lớn, đối với đai phẳng phải thoả mãn điều kiện:

Đối với đai thang phải thoả mãn điều kiện:

69

Amin = 0,55 (D1 + D2) + h ≤A≤ Amax = 2 (D1 + D2) (4-6b) trong đó: h - chiều cao của tiết diện đai;

Điều chỉnh sức căng của dây đai: đai truyền trong thời gian làm việc sẽ bị giãn dài

Do đó khi giãn đến một giới hạn nhất định thì phải điều chỉnh để đai căng ra bám chặt vào mặt bánh đai, nếu không sẽ gây ra trượt trơn giữa đai và tang Người ta có thể tiến hành điều chỉnh theo hai phương pháp sau:

Điều chỉnh sức căng của đai, mà khoảng cách tâm của hai trục vẫn không đổi: Có

thể thực hiện theo hai cách: Tháo dây đai ra và sửa đầu nối lại hoặc dùng con lăn và đối trọng để làm căng đai (hình 4-2a)

Điều chỉnh sức căng của đai, có thay đổi khoảng cách tâm của hai trục: Trong trường

hợp này có thể dùng bulông hoặc vít để dịch chuyển song song một trong hai trục để bảo đảm được sức căng theo yêu cầu (hình 4-2b, c)

2 Truyền động bánh ma sát

Bộ truyền bánh ma sát đơn giản (hình 4-3a) gồm có:

Hai bánh ma sát hình trụ ép vào nhau bằng một lực Q Khi bánh dẫn 1 quay, ở chỗ tiếp xúc xuất hiện lực ma sát, nhờ đó mà bánh bị dẫn 2 quay Nếu hai bánh ma sát có dạng hình

nón, thì có thể truyền chuyển động giữa hai trục vuông góc với nhau (hình 4-3b) Trong

Hình 4-2 Điều chỉnh sức căng của đai

1- Bánh đai chủ động, 2- Bánh đai bị động, 3- Dây đai, 4- Bánh con lăn, 5- Tay đòn lắp con lăn và đối trọng, 6- Đối trọng, 7- Bulông điều chỉnh, 8- Giá máy, 9- Bulông điều

chỉnh.

D

D

3

4

2

1

6 5

3 7

1

3 2

1

9 8

1

2

trường hợp một trong hai bánh ma sát có điểm tiếp xúc hoặc bán kính lăn thay đổi dần dần, thì

có thể thay đổi được tỷ số truyền và bộ truyền bánh ma sát này trở thành biến tốc ma sát (hình 4-4a,b)

Truyền động bằng bánh ma sát cấu tạo đơn giản, chỉ có hai bánh ma sát tiếp xúc với nhau, làm việc êm, do đó có khả năng tăng tốc độ quay; có thể điều chỉnh vô cấp số vòng quay Khi làm việc, hai bánh ma sát phải tiếp xúc với nhau nên áp lực lên trục và ổ lớn do có

lực ép giữa hai bánh ma sát Tỷ số truyền của loại truyền động này không ổn định, ngay cả khi chế tạo cẩn thận, vì có sự trượt Do đó truyền động bánh ma sát chỉ dùng trong trường hợp không yêu cầu nghiêm khắc về tỷ số truyền Hiệu suất thấp, η = 0,7÷ 0,95, cần phải có thiết bị ép hai bánh ma sát với nhau (hệ lò xo) để duy trì sự tiếp xúc, mà ở những truyền động ăn khớp (ví

dụ bánh răng) không cần

Các thông số chủ yếu, đặc trưng cho truyền động bánh ma sát:

a) Lực ép Q tính cho trường hợp tỷ số truyền i không đổi:

- Đối với bánh ma sát hình trụ:

Fms = f.Q ≥ P

Hay:

f

P

Q= β.

71

D

D

Q Q P

A

Q

Q

Q

Q

D

b

2

1

α

α 1

2

2 2

1

2 1

Hình 4-3 Bộ truyền bánh ma sát: 1- Bánh ma sát chủ động, 2- Bánh ma sát bị động.

trong đó:

Fms - lực masát;

f - hệ số ma sát;

Q - lực ép;

P - lực vòng;

β - hệ số an toàn

- Đối với bánh ma sát hình nón:

1

1

sin

ϕ

Q f N

f

F ms = =

Hay: sinϕ.β

1 1

f P

Từ (3-8) suy ra:

β

ϕ

=

f

sin

P

trong đó:

N- phản lực pháp tuyến;

1

ϕ , ϕ2- góc nghiêng của bánh ma sát hình nón 1 và 2;

r x 1

2

n

r r

2

1

1

n

2

n1

2

n

Hình 4-4 Biến tốc ma sát: 1- Bánh ma sát chủ động, 2- Bánh ma sát bị động;

β=1,5÷2,0 - hệ số an toàn.

Khi ϕ1< ϕ2, ta có Q1< Q2, tức là nếu ép ở bánh ma sát nhỏ, thì lực ép nhỏ hơn

b) Lực ép Q tính cho trường hợp tỷ số truyền i thay đổi:

Khi tỷ số truyền i thay đổi (hình 4-4), thì lực ép Q được tính tương tự như trường hợp bánh ma sát hình nón hay côn, nhưng ϕ1 = ϕ2 = 900, giống lực ép của bánh ma sát hình trụ

c) Tỷ số truyền i:

Khi bộ truyền bánh ma sát có tỷ số truyền không đổi:

- Đối với bánh ma sát hình trụ:

2 1

D i

D (1 )

=

trong đó:

D1, D2- đường kính bánh ma sát dẫn và bị dẫn;

ε = 0,5 ÷1%- hệ số trượt, tính đến sự trượt đàn hồi

- Đối với bánh ma sát hình nón:

i

D (1 ) sin

ϕ

- Khi bộ truyền bánh ma sát có tỷ số truyền thay đổi (biến tốc ma sát):

1

2

i

trong đó (hình 4-4):

n1, n2 - tốc độ quay của bánh chủ động và bánh bị động;

x - khoảng cách từ tâm bánh chủ động đến tâm tiếp xúc với bánh bị động;

r - bán kính bánh chủ động

4.2.2 Truyền động ăn khớp

73

1 Truyền động bánh răng:

Cấu tạo của bộ truyền bánh răng đơn giản gồm một cặp có hai bánh răng (hình 4-5),

bánh dẫn 1 và bánh răng bị dẫn 2, ăn khớp với nhau Cấu tạo của bánh răng có thể là bánh

răng hình trụ răng thẳng, răng nghiêng hoặc chữ V Bánh răng thường chế tạo bằng thép các bon chất lượng cao, thép hợp kim hoặc gang, các loại thép này phải nhiệt luyện hay xử lý bề mặt răng đạt độ cứng nhất định để chống mòn Khi làm việc, nhờ sự ăn khớp của các răng,

bánh răng dẫn 1 quay sẽ đẩy bánh răng bị dẫn 2 quay theo.

Truyền động bánh răng có nhiều ưu điểm: kích thước nhỏ, hiệu suất cao, η= 0,97 0,99 Bánh răng chịu được tải lớn, làm việc chắc chắn, tỷ số truyền ổn định và dễ sử dụng Khi chế tạo cẩn thận, bôi trơn tốt thì bộ truyền bánh răng có tuổi thọ cao, làm việc êm Tuy nhiên truyền động bánh răng so với

các truyền động cơ khí khác

cũng có nhược điểm: Chế tạo

phải có độ chính xác cao, chịu

va đập kém, có tiếng ồn khi

làm việc với tốc độ lớn ở

trường hợp sử dụng bánh răng

thẳng khi chế tạo không chính

xác Ngày nay, do sự phát triển

cao của công nghệ chế tạo máy,

dụng cụ đo, nên việc chế tạo

chính xác bánh răng không còn

là rào cản nữa

Các thông số hình học

chủ yếu cho bánh răng trụ răng

thẳng ăn khớp ngoài:

Số răng z: khi thiết kế

bộ truyền bánh răng thì mỗi

bánh răng phải có một số răng nhất định để bảo đảm tỷ số truyền Do nhiều lý do, dạng răng (đa phần dạng mặt răng được tạo từ đường cong thân khai), phương pháp dịch chỉnh, góc ăn khớp, mà số răng của bánh răng nhỏ z1 không được quá ít (thường phải lớn hơn 11) và điều kiện bôi trơn mà số răng bánh lớn z2 không quá nhiều (nhất là các cặp bánh răng lắp trong hộp số)

Tỷ số truyền, i: 1 2 1 2

i

ω

ω (4-13)

Mô-đun ăn khớp:

π

= t m

Hình 3-5 Bộ truyền bánh răng với các thông số hình học

của chúng: 1- Bánh răng dẫn, 2- Bánh răng bị dẫn.

D

O

O

T©m ¨n khíp

h

α

1 2 P

α

n

S

t

S

D

D D

Z

m

e1 1

1

1

1

i1

n 2 2

2

®

2

c

Tâm ăn khớp

Điều kiện để một cặp bánh răng ăn khớp được với nhau là phải có mô đun ăn khớp m như nhau Đây là thông số rất quan trọng của bộ truyền bánh răng Thông thường, thông số m được tiêu chuẩn và có trị số m = 0,05 100 ÷

t - bước răng là khoảng cách hai răng liền nhau đo trên vòng tròn chia

Đường kính vòng tròn chia bánh 1: D1 = m.z1

Đường kính vòng tròn chia bánh 2: D2 = m.z2

Đường kính vòng tròn đỉnh răng bánh 1: De1 = D1 + 2.m

Đường kính vòng tròn đỉnh răng bánh 2: De2 = D2 + 2.m

Đường kính vòng tròn chân răng bánh 1: Di1 = D1 - 2,5.m

Đường kính vòng tròn chân răng bánh 2: Di2 = D2 - 2,5.m

Đường kính vòng tròn cơ sở: D0 = Dicosα; αlà góc ăn khớp

Chiều cao chân răng : hc = 1,25.m

Chiều cao răng : h = hđ + hc = 2,25.m

Chiều dầy răng Sz và chiều rộng rãnh răng Sm: Sz Sm t

2

2 +

Ngoài ra còn có nhiều loại bánh răng khác: răng nón răng thẳng, răng chéo, răng trụ chéo, răng xoắn, được giới thiệu trong các tài liệu chuyên ngành.Các bánh răng chéo hay răng nghiêng có đặc điểm ăn khớp êm, liên tục, không gây ồn và tất nhiên chế tạo cũng phức tạp hơn bánh răng thẳng

Các cặp bánh răng khi làm việc thì hai răng ăn khớp với nhau Răng của bánh dẫn đẩy bánh bị dẫn với lực vòng P không đổi nhưng do đường kính bánh bị dẫn lớn hơn nên mômen trên trục này lớn hơn Khi chuyển động, hai mặt răng

trượt lên nhau Như vậy để bảo đảm độ bền làm việc,

cần phải xác định theo ứng suất uốn (không gẫy răng)

(hình 4-6) đối với bộ truyền để hở và không bị tróc rỗ

bề mặt do mỏi đối với bộ truyền kín

75

P x

b

Hình 4-6 Xác định ứng suất uốn răng

Do có nhiều ưu điểm nên trong máy xây dựng và các loại máy khác, truyền động bánh răng được sử dụng nhiều nhất Thông thường các cặp bánh răng được lắp trên các trục liên tiếp nhau tạo thành một hộp số truyền động và công suất Các hộp số được chế tạo và lắp ráp hoàn chỉnh, mỗi hộp số truyền được công suất và có tỷ số truyền nhất định, được bôi trơn tốt nên rất bền Ngoài chức năng truyền động, bánh răng còn được sử dụng vào mục đích khác như khớp nối (khớp răng), bơm thuỷ lực (bơm bánh răng), v v Ngày nay nhiều máy xây dựng hiện đại (đặc biệt là máy làm đất) người ta thường dùng hộp số bằng truyền động hành tinh kết hợp phanh thuỷ lực Việc kết hợp này đã là một tiến bộ kỹ thuật lớn làm thay đổi hẳn phương pháp sang số cơ học (gạt các cặp bánh răng trong hộp số ăn khớp theo tỷ số truyền)

thông thường nặng nề sang phương pháp chuyển tốc độ bằng phanh kết hợp các cặp hành tinh bấm nút nhẹ nhàng

Trên hình 4-7a là các bộ truyền bánh răng hành tinh, trong đó vành răng 1 ăn khớp trong, bánh răng hành tinh 2 ăn khớp ngoài, bánh răng trung tâm 3 (bánh răng mặt trời) ăn khớp ngoài, cần U liên kết các tâm quay của các bánh răng hành tinh 2 Trong kết cấu này bánh răng trung tâm 3 và vành răng 1 có tâm quay cố định Các bánh răng hành tinh vừa quay

xung quanh tâm của chúng đồng thời các tâm này quay xung quanh bánh răng trung tâm

Do chuyển động này của hộp số nên gọi là truyền động hành tinh Truyền động hành tinh có kết cấu nhỏ gọn, tỷ số truyền lớn do cách kết hợp chuyển động giữa các bánh răng hành tinh và bánh răng mặt trời, khả năng động học rộng Tuy nhiên chế tạo hộp số kiểu này đòi hỏi độ chính xác cao

2 Truyền động xích

Bộ truyền động xích được giới thiệu trên hình 4-8a gồm có: đĩa dẫn 1, đĩa bị dẫn 2 và xích 3 Xích là một chuỗi các mắt xích nối với nhau bằng bản lề Khi làm việc, xích truyền chuyển động hay công suất từ trục dẫn sang trục bị dẫn, nhờ sự ăn khớp của các mắt xích với răng đĩa xích Xích thường được chế tạo bằng thép hợp kim và phải nhiệt luyện để bảo đảm

Hình 4-7 Truyền động hành tinh: 1- Vành răng, 2- Bánh răng hành tinh,

3- Bánh răng trung tâm (mặt trời), U- Cần (liên kết các tâm quay của bánh răng hành tinh)

2 M

z2n2

M

3 n 3 z U

z n1

U

2 1

3

1 1

0 n 0 z

z n111

z22n2

3 n 3

0 n 0 z

z n11 1 z

2 n2

2

độ bền.Trong máy xây dựng, tuỳ theo công suất và tốc độ, có thể dùng xích một hoặc hai dãy, loại xích ống con lăn, xích răng hoặc xích định hình

Xích ống con lăn (hình 4-8b) gồm có: chốt 4 lắp chặt với má ngoài 5, các má trong 7 lắp chặt với ống 6, ống 6 lắp lỏng với chốt 4, tạo thành bản lề Phía ngoài ống 6 lồng con

lăn 8 Khi lắp xích vào đĩa xích, con lăn tiếp xúc hay ăn khớp trực tiếp với răng của đĩa

xích

Trong truyền động xích có thể truyền chuyển động giữa hai trục cách nhau tương đối

xa (Amax = 8m) So với truyền động đai thì truyền động xích có kích thước nhỏ gọn hơn, có tỉ

số truyền không đổi, có hiệu suất cao η =0,98, lực tác dụng lên trục nhỏ Có thể đồng thời truyền chuyển động và công suất cho nhiều trục

Kết cấu của truyền động xích phức tạp hơn truyền động đai nên cần chăm sóc thường xuyên, chóng mòn, làm việc ồn và có thể gây tải trọng động, lúc căng lúc chùng sinh ra va đập Chế tạo, lắp ráp đòi hỏi chính xác cao, nên giá thành cao

Các thông số chủ yếu, đặc trưng cho truyền động xích:

Số răng đĩa dẫn z1

Số răng đĩa bị dẫn z2

Tỷ số truyền i:

1 2

2 1

i

77

Hình 4-8 Bộ truyền xớch1- Đĩa dẫn, 2- Đĩa bị dẫn, 3- Xích, 4- Chốt, 5- Mỏ ngoài, 6- ống,

7- Má trong, 8- Con lăn.

3

1 2

d t

4 5 6 7 8

1

2

Đường kính vòng tròn chia bánh xích dẫn:

1

1

t D sin z

(4-15)

Đường kính vòng tròn chia bánh xích bị dẫn:

2

2

t D

sin z

(4-16)

trong đó: t - bước xích

Lực vòng cho phép:

0

c

d

P [p]b

k

trong đó:

[p] = 14 ÷ 35 MPa - áp suất cho phép trong bản lề ;

b0- chiều dài của ống 6, mm;

d - đường kính của chốt 4, mm;

kc = 1,2 ÷ 3,0 - hệ số kể đến điều kiện bôi trơn, điều chỉnh, tuỳ thuộc vào tính chất tải trọng và sử dụng

Công suất truyền, N:

trong đó v là vận tốc của xích

Khoảng cách trục: A = (30 ÷ 50).t

4.3 Truyền động thuỷ lực

Truyền động thuỷ lực có tác dụng truyền chuyển động hay công suất từ động cơ đến các bộ phận làm việc của máy hoặc từ trục này đến trục khác, nhờ chất lỏng hay động năng của chất lỏng

Theo nguyên lý làm việc, truyền động thuỷ lực được chia làm hai loại: