chuong 9 truc vit banh vit

hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu hay dễ hiểu

CHƯƠNG 9: TRUYỀN ĐỘNG TRỤC VÍT 9.1KHÁI NIỆM CHUNG

1 Cấu tạo – Nguyên lý làm việc

Truyền động trục vít dùng để truyền chuyển động quay giữa hai trục chéo nhau; góc

giữa hai trục thường là θ = 90o.Trục vít là trục được gia công ren , thường bằng thép

Bánh vít tương tự bánh răng nghiêng , mặt đáy răng là một phần của mặt xuyến Thông

thường trục vít 1 là chủ động, bánh vít 2 là bị động

Nhờ sự ăn khớp giữa ren trục vít và răng bánh vít mà chuyển động và cơ năng được

truyền đi (Về động học , tương tự truyền động vít -đai ốc Về tính sức bền , có thể tính

như thanh răng – bánh răng nghiêng )

2.Phân loại

Tùy theo dạng ren trục vít người ta chia trục vít thành ba loại: trục vít ascimet, trục vít

kônvôlut và trục vít thân khai (hình 6.2)

Nếu dao cắt có tiết diện hình thang được gá lên máy sao cho đỉnh A – A đi qua

đường tâm trục vít (hình 6.2a) thì mặt ren được cắt sẽ là mặt xoắn vít và giao tuyến của

nó với mặt cắt ngang (mặt phẳng vuông góc với trục của trục vít) là đường xoắn acsimet

Như vậy ren trục vít acsimet có cạnh thẳng trong mặt cắt dọc chứa đường tâm trục vít Có

thể ren trên máy tiện thông dụng hoặc máy phay ren, nhưng nếu muốn mài để tăng độ

nhẵn mặt ren thì phải dùng đá mài định hình gây khó khăn cho việc gia công và làm giảm

độ chính xác chế tạo Vì vậy trục vít acsimet thường dùng khi độ cứng trục vít nhỏ hơn

350 HB và không mài Muốn có mặt ren mài và cố độn cứng cao hơn, người ta dùng trục

vít kônvôlut hoặc trục vít thân khai

Nếu xoay dao đo một góc γ (hình 6.2b) sao cho mặt đỉnh dao vuông góc với đường

xoắn vít thì mặt ren được cắt sẽ là mặt xoắn vít mà giao tuyến của nó vơi mặt cắt ngang

là đường kônvôlut Như vậy trục vít kônvôlut có ren cạnh thẳng trong mặt cắt pháp Loại

trục vít này tuy có tính công nghệ cao hơn trục vít acsimet (dùng được dao hai lưỡi có góc cắt như nhau để tiện ren) nhưng cũng cần đá mài đặc biệt để mài, do đó ít dùng

Nếu gá dao sao cho mặt đỉnh dao A – A hoặc B – B xê dịch một khoảng e so với đường tâm trục vít (hình 6.2c) thì mặt ren được cắt sẽ là mặt xoắn vít mà giao tuyến của nó với mặt cắt ngang là đường thân khai Trục vít thân khai chính là bánh răng nghiêng, răng thân khai có số răng bằng số ren trục vít Nó có ren cạnh thẳng trong mặt cắt tiếp tuyến với mặt trụ cơ sở Trục vít thân khai có thể mài bằng đá mài dẹt, do đó thích hợp cho các bộ truyền có yêu cầu độ cứng trục vít lớn hơn 45 HRC

Bánh vít thường được chế tạo bằng dao phay lăn có hình dạng giống trục vít sẽ ăn khớp với bánh vít (chỉ trừ đường kính đỉnh dao lớn hơn đường kính đỉnh ren trục vít để tạo khe hở hướng tâm cần thiết ở chân răng bánh vít), đồng thời quá trình chuyển động khi cắt giống như quá trình ăn khớp của trục vít và bánh vít Mặt khác cần chú ý rằng, vì dao phay chỉ ăn dao theo hướng khính nên mặt chân răng và đỉnh răng bánh vít là một phần mặt xuyến mà không phải là mặt trụ tròn như ở bánh răng (6.1)

Hệ số đường kính q: Khi cắt bánh răng có thể dùng cùng một dao cắt có môđun xác

định để chế tạo các bánh răng có đường kính khác nhau ăn khớp với nhau Trái lại, để chế tạo bánh vít phải dùng dao phay lăn có hình dạng và kích thước (trừ đường kính đỉnh dao) giống trục vít ăn khớp với bánh vít Do đó kích thước bánh vít không những phụ thuộc vào môđun mà còn phụ thuộc vào đường kính dao Để hạn chế số lượng dao tiêu chuẩn, người ta đưa vào hệ số đường kính trục vít:

1 6.1

d q m



và tiêu chuẩn q theo hai dãy trị số sau đây (ưu tiên dãy 1)

z2min ≤ z2 ≤ z2max với z2min = 26 ~ 28, z2max = 60 ~ 80

Góc vít của đường xoắn vít trên hình trụ chia γ và trên hình trụ lăn γw được xác định theo các công thức sau:

6.2

Các thông số hình học chủ yếu khác và công thức xác định các thông số này cho trong bảng 6.2

Khi trục vít quay được một vòng thì mỗi điểm trên vòng lăn bánh vít di chuyển được một khoảng bàng bước vít px, tức là bánh vít quay được px/(πd2) vòng Do đó khi trục vít quay được n1 vòng, bánh vít sẽ quay được n2=n1px/(πd2) vòng Như vậy tỷ số truyền:

Như vậy tỷ số truyền trong bộ truyền trục vít không bằng

tỷ số của các đường kính như trong bộ truyền bánh răng

c) Do vận tốc vòng v 1 và v 2 khác phương và trị số nên khi

bộ truyền làm việc, ren trục vít trượt dọc trên răng bánh vít

πd n v

Trong đó γ - góc vít trên hình trụ lăn, tính theo (6.2b) w

Với bộ truyền không dịch chỉnh dw1 = d1 = m.q; γ w  tính theo (6.2a), do đó: γ

1

1cos

1

q γ

t

m n

Trượt dọc răng làm tăng mất mát về ma sát, làm giảm hiệu suất, làm tăng nguy hiểm

về mòn và dính, nhất là ở thời kỳ đóng mở máy Trong tính toán thiết kế thường dùng trị

số của vận tốc trượt v t làm tăng căn cứ để chọn vật liệu bánh vít, vận tốc trượt càng lớn càng phải dùng vật liệu có hệ số ma sát thấp, tuy rằng khi đó giá thành vật liệu tăng 2.Lực tác dụng khi ăn khớp

Tương tự bộ truyền bánh răng, lực phân bố trên chiều dài đường tiếp xúc quy ước đặt tập trung tại tâm ăn khớp Lực pháp tuyến Fn trong mặt pháp n – n được phân thành

ba thành phần vuông góc với nhau, trong đó vì hai trục chéo nhau một góc 90o nên lực vòng trên trục vít Ft1 bằng và ngược chiều với lực dọc trục trên bánh vít Fa2, còn lực dọc trục trên trục vít Fa1 bằng và ngược chiều với lực vòng trên bánh vít Ft2 (hình 6.6b) Với trục vít chủ động, chiều quy và chiều của lực ma sát như trên hình 6.6a, ta có:

suất truyền động

3.Hiệu suất truyền động

Do ma sát giữa ren trục vít và răng bánh vít, do ma sát trong ổ trục và do khuấy dầu (trục vít hoặc bánh vít nhúng trong hộp dầu khi chuyển động gây ra), công suất truyền động bị mất mát

Nếu chỉ kể đến tổn thất do ma sát giữa ren trục vít và răng bánh vít, hiệu suất của bộ truyền trục vít khi trục vít là chủ động, được tính theo công thức:

2 2 / 1 1

k

η T ω T ω Thay T1 F d t1 1/ 2, T2 F d t2 2 / 2 và chú ý đến (6.9) và (6.7) ta được:

do đó trục vít không đủ cứng Vì vậy trong thực tế thường chọn góc vít γ không quá 250

Hệ số ma sát f’ và góc ma sát φ’ = acrtg f’ cho trong bảng 6.6 phụ thuộc vào trị số

của vận tốc trượt v t, trị số nhỏ ứng với độ cứng trục vít HRC ≥ 45, trị số lớn ứng với HB

< 350 và vật liệu bánh vít là đồng thanh thiếc Các trường hợp khác có thể tre f’ và φ’ trong bảng (7.4) tài liệu [1]

Trường hợp bánh vít chủ động, hiệu suất truyền động được tính theo công thức:

Với mỗi cấp chính xác cũng quy định ba chỉ tiêu về mức chính xác động học, mức làm việc êm và mức tiếp xúc giữa ren trục vít và răng bánh vít Đồng thời tiêu chuẩn cũng quy định 6 dạng khe hở giữa ren trục vít và răng bánh vít: A, B, C, D, E, H theo thứ

tự khe hở cạnh răng giảm dần cho đến H có khe hở bằng không Giữa dạng khe hở cạnh răng và cấp chính xác động học có mối liên hệ với nhau như sau:

Cấp chính xác động học 5-12 3-9 3-8 1-6

Ngoài ra cần chú ý đảm bảo độ chính xác lắp ghép của bộ truyền vì bộ truyền trục vít rất nhạy với các sai số lắp ghép này Vì vậy ở đây quy định chặt chẽ hơn về dung sai khoảng cách trục và dung sai vị trí mặt phẳng

trung bình của bánh vít so với trục vít; khi lắp

vị trí này được kiểm tra bằng vết tiếp xúc

8.5 Kết cấu trục vít và bánh vít

Trục vít thường được chế tạo liền với trục,

khi thiết kế kết cấu cần chú ý đến việc thoát

dụng cụ cắt khi gia công ren

Bánh vít được chế tạo riêng rồi lắp lên trục Khi đường kính bãnh vít dưới 120 mm

có thể chế tạo bãnh vít liền khối, còn khi đường kính lớn, để tiết kiệm kim loại màu, thường chế tạo bánh vít bằng vật liệu giảm ma sát rồi ghép với thân bãnh vít bằng gang nhờ độ dôi (hình 6.5a), bulông (hình 6.5b) Trong sản xuất hàng loạt thường dùng vành bãnh vít bằng đồng thanh đúc trực tiếp vào mayơ (hình 6.5c)

8.6 TÍNH TOÁN TRUYỀN ĐỘNG TRỤC VÍT

1.Tải trọng riêng và hệ số tải trọng

Cũng như trong truyền động bánh răng, tải trọng ngoài phân bố không đều trên chiều dài tiếp xúc, đồng thời khi vào vùng ăn khớp, ren trục vít và răng bánh vít còn chịu thêm tải trọng động phụ, làm cho tải trọng riêng thực tế tăng lên

a) Sự phân bố không đều tải trọng

Do sai số chế tạo và lắp ghép, do biến dạng đàn hồi của bộ truyền khi chịu lực, tải trọng phân bố không đều trên chiều dài tiếp xúc Tỷ số giữa tải trọng riêng cực đại qmax

và tải trọng riêng trung bình qm được gọi là hệ số phân bố không đều tải trọng trên chiều dài tiếp xúc:



trong đó δ - chuyển vị đàn hồi trung bình trên chiều dài tiếp xúc; m δ - chuyển vị đàn β

hồi phụ thêm do độ võng gây nên

Vì độ võng phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai gối đỡ trục vít l, mà l liên quan đến

đường kính bánh vít d2 = m.z2, do đó δ phụ thuộc vào z β 2, đồng thời δ cũng phụ thuộc β

đường kính trục vít d1 = m.q, do đó phụ thuộc q; ngoài ra δ còn phụ thuộc số ren trục vít β

z1 và khả năng chạy mòn của vật liệu trục vít, bãnh vít Do vậy công thức tính hệ số K β

có dạng:

3

2 2

2 max

1 1 tb 6.11

β

T z

i i

T t n T

Từ công thức (6.10), khi tải trọng không đổi Kβ = 1, điều đó được giải thích bằng khả năng chạy mồn hoàn toàn của các bề mặt tiếp xúc, do đó làm cho tải trọng phân bố đều trên chiều dài tiếp xúc

Trị số của Kv phụ thuộc vào vận tốc trượt v t và cấp chính xác (bảng 6.5)

Như vậy do sự phân bố không đều tải trọng trên chiều dài tiếp xúc và do xuất hiện tải trọng động phụ khi ăn khớp, tải trọng riêng tính toán tăng lên, do đó khi tính toán độ bền cần đưa vào hệ số tải trọng để kể đến phần tăng lên của tải trọng riêng

Tương tự công thức (5.11) và (5.12), tải trọng riêng tính toán về độ bền tiếp xúc và

2.Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính toán truyền động trục vít

Trong truyền động trục vít cũng có dạng hỏng như trong truyền động bánh răng Tuy nhiên do xuất hiện trượt dọc răng với vận tốc trượt lớn, sinh nhiệt nhiều nên hiện tượng dính và mòn nguy hiểm hơn

Dính đặc biệt nguy hiểm khi bánh răng vít làm bằng vật liệu cứng hơn (như đồng

thanh không thiếc, gang…) vì khi tải trọng lớn và vận tốc lớn, các hạt kim loại ở răng bánh vít bị đứt ra dính chặt vào mặt ren trục vít làm cho mặt ren bị sần sùi, do đó khi tiếp xúc với bánh vít, ren trục vít sẽ mài mòn nhanh mặt răng bánh vít Với vật liệu bánh vít mềm hơn (như đồng thanh thiếc), kim loại bị dứt ra thành những lớp mỏng sẽ quét dần lên mặt ren trục vít mà không làm cho mặt ren sần sùi nhanh, do đó hiện tượng dính ít nguy hiểm hơn

Mòn thường xảy ra ở răng bánh vít Mòn càng nhanh khi lắp ghép không chính xác,

dầu có lẫn cặn bẩn, bề mặt ren trục vít không đủ nhẵn và bộ tuyền thường đóng mở và dừng máy Răng mòn nhiều sẽ bị gãy

Tróc rỗ bề mặt răng xảy ra chủ yếu ở các bánh vít làm bằng đồng thanh thiếc

Từ các dạng hỏng trên đây, tính toán truyền động trục vít có đặc điểm:

a) Tuy hỏng về dính và mòn là nguy hiểm hơn cả nhưng vì cho tới nay chưa có

phương pháp tính tin cậy, vả lại dính và mòn cũng liên quan đến ứng suất tiếp xúc, do đó hiện nay vẫn tiến hành tính toán độ bền bộ truyền trục vít theo ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn như đối với bộ truyền bánh răng, đồng thời ảnh hưởng của dính mòn được chú ý đến khi xác định ứng suất cho phép

b) Vì bánh vít làm bằng đông thanh hoặc gang là vật liệu có cơ tính kém hơn vật liệu trục vít là thép nên tính toán độ bền tiến hành cho răng bánh vít

c) Do trượt dọc răng với vận tốc trượt khá lớn gây nên mất mát công suất vì ma sát, làm nung nóng bộ truyền, do đó sau khi tính toán độ bền cần phải tính nhiệt truyền động trục vít

d) Ở các bộ truyền trục vít có tỷ số truyền u lớn, đường kính bánh vít sẽ lớn, do đó trục vít được đặt trên hai gối đỡ khá xa nhau gây nên ứng suất uốn lớn Vì vậy sau khi tính toán độ bền và tính nhiệt, cần kiểm nghiệm thêm về độ bền của thân trục vít theo hệ

số an toàn

3.Tính toán độ bền theo ứng suất tiếp xúc

Theo công thức (6.22) tải trọng riêng tính toán:

ε α

T K q

lượt là khoảng cách trục, đường kính vòng chia trục vít và bánh vít, tính bằng mm; [σH] - ứng suất tiếp xúc cho phép, MPa, xác định theo (6.19) hoặc tra bảng 6.8; KH – hệ số tải trọng, tính theo (6.14)

4 Tính toán độ bền theo ứng suất uốn

Tính ứng suất uốn ở chân răng bánh vít rất phức tạp vì dạng răng thay đổi theo chiều rộng bánh vít và chân răng lại cong Vì vậy người ta dùng cách tính gần đúng: coi bánh vít như bánh răng nghiêng có góc nghiêng β = γ và sử dụng kết quả tính ứng suất của bánh răng nghiêng cho bánh vít nhưng có thay đổi phù hợp với đặc điểm ăn khớp của bánh vít

Từ (5.39), đối với bánh răng nghiêng ta có

5.Kiểm nghiệm độ bền răng bánh vít khi quá tải

Tính toán nhằm tránh biến dạng dư hoặc dính bề mặt răng cũng như tránh gãy răng

do quá tải trong thời gian ngắn Công thức kiểm nghiệm có dạng:

7.Tính toán nhiệt truyền động trục vít

Bộ truyền trục vít được thiết kế theo độ bền có thể làm việc không ổn định, thậm chí

bị hư hỏng nếu trong quá trình làm việc nhiệt độ sinh ra qus cao và nhiệt lượng không được tỏa đi kịp thời Vì vậy cần tiến hành tính toán và nhiệt xuất phát từ điều kiện: nhiệt lượng sinh ra trong hộp giảm tốc trục vít phải cân bằng với nhiệt lượng thoát đi

Nhiệt lượng sinh ra trong một giờ Q s 100P11η1000P21η/ η  a Nhiệt lượng thoát qua vách hộp Q t K t t d t0 A 1ψ, W  b trong đó P1 – công suất trên trục vít, KW; η – hiệu suất truyền động, tính theo (6.16); Kt –

hệ số tỏa nhiệt, Kt = 8 ÷ 17,5 W/(m2.oC), dùng trị số lớn khi không khí lưu thông tốt; td ,

to – nhiệt độ dầu và nhiệt dộ môi trường không khí; A – diện tích bề mặt thoát nhiệt của hộp, m2, nếu có gân tăng diện tích 10 ~ 20%A; ψ = 0,25 – hệ số xét đến sự thoát nhiệt qua đáy hộp xuống bệ máy

Cân bằng (a) và (b) suy ra nhiệt độ dầu trong hộp giảm tốc phải thỏa mãn điều kiện:

Nếu điều kiện (6.38) không được thỏa mãn, cần dùng các biện pháp làm nguội nhân tạo như lắp quạt gió ở một đầu trục vít (hình 6.8a), dùng ống dẫn nước (hình 6.8b) hoặc

khi vận tốc vòng của trục vít v ≥ 12 m/s dùng hệ thống phun dầu đã được làm lạnh (hình

Trong thiết kế thường chọn nhiệt độ làm việc bằng nhiệt độ cho phép của dầu, từ đó suy ra diện tích tỏa nhiệt cần thiết A của vỏ hộp được thiết kế (với Aq = 0,3A):

- Làm việc êm, không kêu như ở các bộ truyền bánh răng hoặc xích

- Thực hiện tỷ số truyền lớn trong một cấp

- Có khả năng tự hãm

Khuyết điểm:

- Hiệu suất thấp, sinh ra nhiệt nhiều do có trượt dọc răng

- Cần sử dụng vật liệu giảm ma sát dắt tiền (đồng thanh) để chế tạo vành bánh vít

- Yêu cầu cao về độ chính xác lắp ghép

Phạm vi sử dụng

Truyền động trục vít đắt và phức tạp hơn truyền động bánh răng, do đó chỉ sử dụng khi cần truyền chuyển động giữa các trục chéo nhau hoặc sử dụng ở cơ cấu yêu cầu

tỷ số truyền lớn, mặt khác hiệu suất thấp và nguy hiểm về dính cũng hạn chế khả năng truyền công suất của bộ truyền này Bộ truyền trục vít được dùng để truyền công suất không quá 50 ÷ 60 kW, làm việc ngắn hạn, trong các máy nâng chuyển, ôtô, máy cắt kim loại v.v

2.Chỉ dẫn về thiết kế truyền động trục vít

Vì dạng hỏng bề mặt (dính, mòn và tróc rỗ) là nguy hiểm hơn cả nên tiến hành thiết

kế truyền động trục vít theo độ bền tiếp xúc (có kể đến những đặc điểm trình bày trong mục 6.3.4), sau đó kiểm nghiệm về độ bền uốn của răng bánh vít, tính toán nhiệt và khi cần thiết, tiến hành kiểm nghiệm độ bền của thân trục vít

Để thiết kế hãy sử dụng (6.34), nhưng cần lưu ý rằng nhiều số hạng trong công thức này chưa biết, do đó cần dựa vào các số liệu cho trước như công suất trên trục vít P2, số vòng quay của bánh vít n2 và tỷ số truyền của bộ truyền cần thiết kế để xác định các dữ liệu làm căn cứ tính toán các số hạng trong (6.34) Tiến hành như sau:

a) Tính vận tốc trượt sơ bộ v sb theo (6.18) và dựa vào v sb để chọn vật liệu bánh vít, phương pháp gia công; chọn vật liệu trục vít và phương pháp nhiệt luyện

b) Xác định ứng suất cho phép [σH], [σF], [σH]max và [σF]max

c) Dựa vào u để chọn Z1 và tính Z2 sao cho 26 ~ 28 ≤ Z2 ≤ 60 ~ 80; từ Z1 chọn sơ

bộ hiệu suất η (xem mục 6.3.3) từ đó tính T2; từ Z2 tính sơ bộ hệ số đường kính q theo công thức q = (0,25 ÷ 0,3)Z2 và lấy giá trị q tiêu chuẩn (xem mục 6.2.1)

d) Tính mômen xoắn trên trục bánh vít theo công suất và số vòng quay:

- Tính môđun và lấy m tiêu chuẩn;

- Từ m, q tiêu chuẩn và Z2 tính lại aw Trị số của aw nói chung sẽ khác với trị số làm tròn đầu, khi đó hãy tính hệ số dich chỉnh x theo công thức (6.3):