Bài giảng chi tiết máy chương 2 các chỉ tiêu tính toán chi tiết máy

Bộ truyền đai bao gồm bánh dẫn 1, bánh bị dẫn 2 được lắp trên hai trục và dây đai 3 bao quanh hai bánh đai.. Nhờ ma sát giữa dây đai và các bánh đai nên khi bánh dẫn quay sẽ truyền chuyể

Chương 2

BỘ TRUYỀN ĐAI

2.1 KHÁI NIỆM CHUNG

2.1.1 Nguyên lý làm việc

1

n

2

n

1

1 d

2 d 1

Hình 2.1 Sơ đồ bộ truyền đai

Bộ truyền đai làm việc theo nguyên lý ma sát Bộ truyền đai bao gồm bánh dẫn 1, bánh bị dẫn 2 được lắp trên hai trục và dây đai 3 bao quanh hai bánh đai Nhờ ma sát giữa dây đai và các bánh đai nên khi bánh dẫn quay sẽ truyền chuyển động và cơ năng sang bánh bị dẫn

2.1.2 Phân loại

- Theo hình dạng tiết diện ngang: đai dẹt, đai hình thang, đai hình lược và đai tròn Ngoài ra,

còn có đai răng truyền lực nhờ vào sự ăn khớp giữa các răng trên đai và bánh đai

Hình 2.2 Các loại đai:

a) Đai dẹt b) Đai thang c) Đai hình lược d) Đai tròn

- Theo kiểu truyền động:

 Bộ truyền đai thang, đai hình lược: truyền động giữa các trục song song cùng chiều

 Bộ truyền đai dẹt và đai tròn có thể truyền động:

+ giữa các trục song song cùng chiều (hình 2.3a)

+ giữa các trục song song ngược chiều (hình 2.3b)

Hình 2.3 Các kiểu truyền động của đai dẹt và đai tròn

2.1.3 Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng

a Ưu điểm:

- Có thể truyền động giữa các trục xa nhau (>15m)

- Làm việc êm, không ồn nhờ vào độ dẻo của đai, do đó có thể truyền chuyển động với vận

tốc lớn

- Tránh cho các cơ cấu không có sự dao động lớn sinh ra do tải trọng thay đổi nhờ vào tính

chất đàn hồi của đai

- Giữ an toàn cho động cơ và các chi tiết máy khác khi bị quá tải nhờ vào sự trượt trơn của

đai trên bánh đai

- Kết cấu và vận hành đơn giản do không cần bôi trơn Giá thành rẻ

b Nhược điểm:

- Kích thước bộ truyền lớn (kích thước lớn hơn khoảng 5 lần so với kích thước bộ truyền

bánh răng khi truyền cùng công suất)

- Tỉ số truyền không ổn định do có hiện tượng trượt đàn hồi của đai trên bánh đai

- Lực tác dụng lên trục và ổ lớn (lớn hơn 2÷3 lần so với bộ truyền bánh răng) do phải căng

- Tuổi thọ thấp khi làm việc với vận tốc cao (từ 1000 ÷ 5000 giờ)

c Phạm vi sử dụng:

- Bộ truyền đai thường được dùng để truyền công suất không quá 50KW với khoảng cách

giữa hai trục tương đối xa Bộ truyền đai thường được bố trí ở cấp tốc độ nhanh, bánh dẫn lắp vào trục động cơ

- Tỉ số truyền: đai dẹt u<5 (khi có bộ căng đai thì u<10 ); đai thang u<10; đai hình lược

u<15; đai răng u<30

- Bộ truyền đai thang được sử dụng rộng rãi nhất Đai dẹt ngày càng ít sử dụng Đai tròn

được sử dụng trong các bộ truyền có công suất thấp Đai răng và đai hình lược ngày càng được sử dụng nhiều

2.1.4 Các phương pháp căng đai

1 2

3

Hình 2.4 Các phương pháp căng đai

- Định kỳ điều chỉnh lực căng: Bánh đai được lắp trên trục động cơ điện, lực căng được điều

chỉnh định kỳ băng cách dùng vít đẩy động cơ điện di trượt trên rãnh (hình 2.4a)

- Tự động điều chỉnh lực căng: Lực căng được giữ không đổi nhờ khối lượng của động cơ

điện đặt trên tấm lắc (hình 2.4b)

- Điều chỉnh lực căng theo tải trọng: Lực căng tự động thay đổi theo sự thay đổi của tải trọng 2.2 VẬT LIỆU ĐAI - KẾT CẤU BÁNH ĐAI (Sinh viên tự đọc trong tài liệu [1])

2.2.1 Vật liệu đai

Vật liệu làm đai phải thỏa mãn: độ bền mỏi, độ bền mòn, hệ số ma sát tương đối lớn và có tính đàn hồi cao

a Đai dẹt

Bao gồm các loại đai sau: đai da, đai vải cao su, đai sợi bông, đai sợi len, đai làm bằng vật liệu tổng hợp

* Đai da:

+ Có khả năng tải cao, bền và chịu va đập

+ Giá thành cao, không chịu ẩm

+ Vận tốc làm việc < 40÷45 m/s

* Đai vải cao su: gồm nhiều lớp vải liên kết lại với nhau nhờ cao su được sulfua hoá

+ Độ bền cao, đàn hồi tốt

+ Ít chịu ảnh hưởng của thay đổi nhiệt độ, chịu ẩm

+ Sử dụng rộng rãi

* Đai sợi bông:

+ Khối lượng nhỏ, giá thành rẻ

+ Làm việc với vận tốc cao, bánh đai có đường kính nhỏ

+ Công suất nhỏ, không làm việc trong môi trường ẩm ướt

* Đai sợi len: chế tạo từ sợi len, được tẩm oxit chì và dầu gai

+ Tính đàn hồi cao, làm việc được với tải trọng không ổn định và va đập

+ Không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, độ ẩm, axít…

+ Khả năng tải kém, giá thành cao

- Trừ một số loại đai bằng vật liệu tổng hợp chế tạo thành vòng kín, các loại đai còn lại cần phải nối đai theo chiều dài

b Đai hình thang

- Cho phép tăng khả năng tải của bộ truyền nhờ tăng hệ số ma sát giữa đai và bánh đai Điều này có thể chứng minh như sau:

t

F như sau:

dR f dR f dF f

2 sin

với

2

sin

Hình 2.5 Khe hở giữa dây đai và đáy rãnh bánh đai

- Bề mặt làm việc của đai hình thang là hai mặt bên, giữa đáy đai và bánh đai có khe hở Dây đai không nằm ngoài bánh đai để tránh hư hỏng do cạnh bánh đai

- Đai thang gồm: đai sợi xếp, đai sợi bện Đai được chế tạo thành vòng kín và được tiêu chuẩn hoá kích thước cũng như chiều dài đai

2.2.2 Kết cấu bánh đai

- Kết cấu bánh đai phụ thuộc vào loại đai, khả năng công nghệ và qui mô sản xuất:

+ Đường kính <100mm: đúc

+ Đường kính lớn: bánh đai khoét lõm, có lỗ hoặc nan hoa để giảm khối lượng

- Kết cấu vành đai thang có kích thước tương ứng với tiết diện đai Góc chêm bánh và đai hình

- Kết cấu bánh đai dẹt: trụ, tang trống, côn Thông thường, bánh đai dẫn mặt trụ và bánh đai

bị dẫn tang trống Nếu vận tốc lớn (> 40m/s) thì khoét rãnh để thoát không khí

- Bánh đai tròn được khoét rãnh nửa đường tròn có bán kính bằng bán kính dây đai

2.3 THÔNG SỐ HÌNH HỌC BỘ TRUYỀN ĐAI

1

1

2



2



2



1

a

1

A

B

C D

Hình 2.5 Các thông số hình học bộ truyền đai

- Các thông số hình học chủ yếu:

a : khoảng cách trục (mm),

- Ta có:









2 2

và

a

d d 2 2

(2.3)

Vì

2



bé, nên

a

d d 2 2

sin 2

1

2





Do đó, góc ôm của các bánh đai được tính theo công thức:

a

d

1





a

d

2





Hay:

a

d

0

a

d

0

- Chiều dài đai L(mm) được xác định như sau:

DA CD BC AB

L    (2.8)

1 1

2 2

2 cos

2 1 2 2

8

) (

1

! 2

2 1 2

cos

a

d

























(bỏ qua lượng vô cùng bé bậc cao), nên:































2 2

2 2

4

) (

2 1

a

d d a

a

d d d d a L

4

) (

2 2

2 1 2 1 2









(2.11)

Đối với đai dẹt thì L không cần chọn theo tiêu chuẩn Đối với đai thang thì L phải chọn lại

1 2 1

2 2

) (

2 8

2

) (

2 2

2 1 2 1

2

















(2.14)

L

và

2 1 2 2

2

) (













Nghiệm của (2.15) chính là khoảng cách trục a:

4



2.4 VẬN TỐC VÀ TỈ SỐ TRUYỀN

2.4.1 Vận tốc

1 n

2

n

1

d

2

d

1

1

v 

2

v 

d

v 

Hình 2.6 Vận tốc bộ truyền đai

- Vận tốc vòng trên các bánh đai (m/s):

+ Trên bánh dẫn:

60000

1 1 1

n d

+ Trên bánh bị dẫn:

60000

2 2 2

n d

- Vận tốc tốt nhất nằm trong khoảng 20÷25 m/s Nếu vận tốc >30m/s sẽ xảy ra hiện tượng dao

động xoắn, tăng lực ly tâm, nóng dây đai, giảm tuổi thọ và hiệu suất của bộ truyền Nếu vận

tốc < 5m/s thì không nên sử dụng bộ truyền đai

2.4.2 Tỉ số truyền

a Nếu đai không trượt (trường hợp lý tưởng)

sẽ bằng vận tốc của điểm

, tức là:

d

d

v v

v v



 2

Do đó, tỉ số truyền là:

1 2 2

1

d

d n

n

b Nếu đai bị trượt (trường hợp thực tế)

Nếu đai bị trượt thì:

1

v v

v v

d

d





Do đó, tỉ số truyền là:

1 2 2

1

) 1

d n

n u







2.5 LỰC TÁC DỤNG LÊN BỘ TRUYỀN ĐAI

2.5.1 Lực tác dụng lên dây đai

1

0

F 

0

F 

1

T

1

2

F 

1

F 

Hình 2.7 Lực tác dụng lên bộ truyền đai

- Khi căng đai, trên hai nhánh dây đai xuất hiện lực căng ban đầu F : 0

A

- Khi bộ truyền đai làm việc (khi tác động moment xoắn T lên bánh 1): 1

 Trên nhánh căng : : lực trên nhánh căng

 Trên nhánh chùng: : lực trên nhánh chùng

này làm giảm đi tác dụng có ích của lực căng ban đầu, tức là làm giảm lực ma sát hay làm giảm khả năng tải của bộ truyền đai

v q

0

0

Hình 2.8 Lực quán tính ly tâm tác dụng lên dây đai

- Do chiều dài L không thay đổi khi chịu tải trọng nên độ co và giãn F trên hai nhánh đai bằng nhau:

F F F

F F F











 0 2

0

- Điều kiện cân bằng moment xoắn trên trục 1:

0 2 2

1 2 1 1





F

d F T T

Mà

2

1 1

d F

Nên ta có:

t F F

- Giải hệ các phương trình (2.23) và (2.24) ta tìm được:

2

2

0 2

0 1

t

t

F F F

F F F









- Công thức Euler khi không tính đến lực quán tính ly tâm (Fv0) có dạng:



f

e F

- Từ các phương trình (2.25) và (2.26) ta xác định được giá trị các lực tác dụng lên dây đai:

1 1

) 1 (

) 1 (

2

2 1 0

























f t f

f t f

f t

e

F F

e

e F F

e

e F F

(2.27)

- Công thức Euler khi tính đến lực quán tính ly tâm có dạng:



f v

F F

F



 2

f

f

2 sin

- Từ các phương trình (2.25) và (2.28) ta xác định được giá trị các lực tác dụng lên dây đai:

v f

t

v f

f t

v f

f t

F e

F F

F e

e F F

F e

e F F





















1 1

1

1 2

2 1 0











Như vậy, nếu tăng góc ôm  và hệ số ma sát f lên thì sẽ tăng khả năng tải của bộ truyền

2.5.2 Lực tác dụng lên trục và ổ

Hình 2.9 Lực tác dụng lên trục và ổ

- Lực tác dụng lên trục và ổ:

) 2 cos(

) 2

 là góc hợp bởi đường tâm trục và phương của Fr

2 sin 2 2 cos )

F F

F

2 sin

0



F

Đối với các bộ truyền không có bộ phận căng đai thì:

2 sin

0

 F

2.6 ỨNG SUẤT TRONG DÂY ĐAI

- Ứng suất căng ban đầu:

A

F0

0 

- Ứng suất trên nhánh căng:

2

2

0

0 1 1

t t

A

F F A

với

2

t

t

F



- Ứng suất trên nhánh chùng:

2

2

0

0 2 2

t t

A

F F A

- Ứng suất ly tâm (khi v >30m/s):

A

Fv

v 

- Ứng suất uốn (chỉ sinh ra trong đoạn dây đai bị uốn cong):

E

 : bán kính cong thớ trung hòa,

 : bề dày dây đai

d d



2 2

Hình 2.10 Ứng suất uốn sinh ra trong đai

Suy ra:

E d

- Khi dây đai quay một vòng thì ứng suất uốn sinh ra trong đai thay đổi hai chu kỳ Ứng suất trong dây đai thay đổi theo thời gian Ứng suất lớn nhất ở trên nhánh căng, tại điểm dây đai

bắt đầu tiếp xúc với bánh đai nhỏ (điểm A):

v





1 1

v





Hình 2.11 Biểu đồ ứng suất sinh ra trong đai

2.7 HIỆN TƯỢNG TRƯỢT – HIỆU SUẤT BỘ TRUYỀN ĐAI

2.7.1 Hiện tượng trượt

Hình 2.12 Trượt đàn hồi

Dưới tác dụng của các lực, trong bộ truyền đai có ba dạng trượt: trượt hình học, trượt đàn

hồi và trượt trơn

a Trượt hình học: xảy ra khi bộ truyền chưa làm việc và dưới tác dụng của lực căng ban đầu 0

F giữa đai và bánh đai sinh ra lực ma sát, đai bị dãn dài và trượt trên bánh đai

lại gây nên hiện tượng trượt đàn hồi và chuyển động chậm hơn bánh đai dẫn Trên bánh bị dẫn xảy ra hiện tượng trượt đàn hồi khi ra đai Trượt đàn hồi xảy ra với bất kỳ tải trọng

nào tác dụng lên bộ truyền Tuy nhiên, trượt đàn hồi chỉ xảy ra trên các cung trượt

c Trượt trơn: xảy ra khi moment truyền lớn hơn moment ma sát (lực vòng > lực ma sát) Nếu

bộ truyền quá tải từng phần sẽ trượt trơn từng phần, nếu bị quá tải luôn thì sẽ trượt trơn hoàn toàn (lúc này bánh bị dẫn dừng lại)

2.7.2 Đường cong trượt và hiệu suất bộ truyền đai

Hình 2.13 Đường cong trượt và hiệu suất

- Khả năng làm việc của bộ truyền đai được đặc trưng bởi đường cong trượt và hiệu suất Các

đường cong này thu được từ kết quả thực nghiệm đối với các loại và vật liệu đai khác nhau

1

1





e

e F

F

(2.42)

Hiệu suất giảm xuống nhanh

mòn nhanh, hiệu suất giảm

2.8 CÁC DẠNG HỎNG VÀ CHỈ TIÊU TÍNH

2.8.1 Các dạng hỏng

Bộ truyền đai có các dạng hỏng sau:

 Đứt đai do mỏi: khi đai quay một vòng, ứng suất kéo thay đổi một chu kỳ, ứng suất uốn

trong đai thay đổi theo hai chu kỳ Ứng suất thay đổi theo chu kỳ là nguyên nhân gây nên hỏng đai do mỏi

Hình 2.14 Ứng suất sinh ra trong đai thay đổi theo chu kỳ

 Nóng do ma sát: do ma sát giữa dây đai và bánh đai, ma sát trong dây đai nên khi làm

việc dây đai bị nóng lên

 Hiện tượng trượt trơn: khi góc trượt bằng góc ôm thì bắt đầu xảy ra hiện tượng trượt

trơn (do quá tải)

2.8.2 Khả năng làm việc và chỉ tiêu tính

- Các tiêu chuẩn về khả năng làm việc:

 Khả năng kéo: xác định bởi lực ma sát giữa đai và bánh đai để tránh hiện tượng trượt trơn

 Tuổi thọ đai: trong điều kiện làm việc bình thường, hạn chế sự hỏng đai do mỏi

- Chỉ tiêu tính:

 Tính theo khả năng kéo: để tránh hiện tượng trượt trơn

 Tính theo tuổi thọ: để tránh đứt đai

Do ứng suất trong đai thay đổi nên tuổi thọ của đai phụ thuộc vào giá trị ứng suất, đặc tính và chu kỳ thay đổi của các ứng suất Tần số chu kỳ ứng suất bằng số vòng chạy của đai trong một giây:

L

v

trong đó: v là vận tốc đai, m/s; L là chiều dài đai, m

Giá trị i càng lớn thì tuổi thọ của đai càng thấp, nên người ta giới hạn giá trị của i như















s















s

2.9 TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN ĐAI

2.9.1 Tính theo khả năng kéo

- Điều kiện bền:

0



0

F

Ft

A

F A

- Xét đến sự khác biệt giữa điều kiện thực và điều kiện thí nghiệm thì:

C ] [ ]

trong đó, [ : ứng suất có ích cho phép của bộ truyền làm việc trong điều kiện thí nghiệm: t]0

tài liệu [1]



Hình 2.15 Kích thước tiết diện đai dẹt

Lực vòng được tính theo công thức:

1 1 1000 v

P

Sử dụng điều kiện bền (2.45):

]

t t A

b

F

t t

] [

Suy ra bề rộng dây đai được tính như sau:

C

F b

t

t

] [ 0



Hay

C v

P b

t] [

1000 0 1

1





bảng trang 148, tài liệu [1]),

cv 0,010,03 khi (v1 20m/s)

bảng 4.8, trang 148, tài liệu [1])

Hình 2.16 Đai thang

bền (2.45), ta có:

C A

z

F

t



C A

F z

t

t ]

C v

A

P z

t] [

1000 0 1

1



Đặt

1000

] [

]

0

t v A

180 ,

1 ,

z (m/s), chiều dài đai L0, tải trọng không

C P

P z

] [ 0

1

C : hệ số xét đến ảnh hưởng của chế độ làm việc và sự thay đổi tải trọng (tra r

bảng 4.8, trang 148, tài liệu [1])

C : hệ số xét đến ảnh hưởng của chiều dài đai, L 6

0

L

L

thí nghiệm, tra theo đồ thị hình 4.21, trang 151, tài liệu [1]

C : hệ số xét đến ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng giữa các dây đai (tra z

bảng trang 152, tài liệu [1])

2.9.2 Tính theo tuổi thọ

- Số chu kỳ làm việc tương đương N liên hệ với tuổi thọ E L như sau: H

i L

trong đó

L

v

kỳ ứng suất uốn

- Suy ra công thức xác định tuổi thọ của đai là:

i L

m r

h

3600 2

10

max 













1 1

0 10

2.10 TRÌNH TỰ THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI (Sinh viên tự đọc trong tài liệu [1])

2.10.1 Trình tự thiết kế bộ truyền đai dẹt

Thực hiện theo các bước sau:

1 Chọn loại đai và vật liệu đai tùy theo điều kiện làm việc

2 Định đường kính bánh đai nhỏ theo một trong hai công thức:

1

1

n

P

3 1

1 (5,2 6,4) T

3 Tính vận tốc v và kiểm tra có phù hợp không Nếu 1 v quá lớn thì chọn 1 d nhỏ hơn 1

4 Tính đường kính bánh đai lớn d theo công thức 2 d2  du 1(1) Chọn d theo tiêu chuẩn 2

Tính chính xác tỉ số truyền u

5 Xác định khoảng cách trục a theo kết cấu hoặc theo công thức (2.16) trong đó thay

min

L

v

Lmin 

Kiểm nghiệm khoảng cách trục a theo điều kiện:

6 Tính L theo công thức (2.11) và tăng L thêm 100÷400 mm để nối đai

7 Kiểm tra số vòng chạy của đai trong một giây i , nếu không thỏa thì tăng a rồi tính lại L và i

8 Tính góc ôm 1 theo công thức (2.4) hoặc (2.6) và kiểm nghiệm điều kiện 0

1 150

9 Chọn trước chiều dày  của đai theo điều kiện: 1 25



d



d

đối với đai vải cao su

liệu[1])

10 Chọn chiều rộng bánh đai B theo b (bảng 4.5, trang 130, tài liệu[1])

11 Tính lực căng ban đầu F theo công thức (2.27), (2.29) và lực tác dụng lên trục 0 F theo r

công thức (2.32), (2.33)

2.10.2 Trình tự thiết kế bộ truyền đai thang

Thực hiện theo các bước sau:

1 Chọn loại đai (tiết diện đai) theo đồ thị 4.22, trang 152, tài liệu [1]

2 Định đường kính bánh đai nhỏ theo công thức d1 1 d,2 min với dmin cho trong bảng 4.3,

trang 128, tài liệu [1] Chọn d theo tiêu chuẩn 1

3 Tính vận tốc v Nếu 1 v >25m/s thì chọn 1 d nhỏ hơn hoặc dùng đai thang hẹp 1

4 Tính đường kính bánh đai lớn d theo công thức: 2

) 1 (

1

d

5 Xác định khoảng cách trục a theo kết cấu hoặc chọn sơ bộ a theo d : 2

a 1,5 d 2 1,2 d 2 d 2 0,95 d 2 0,9 d 2 0,85 d 2