Đề cương bài giảng môn: Nguyên lý chi tiết máy (Dùng cho trình độ Cao đẳng, Trung cấp)

Đề cương bài giảng môn Nguyên lý chi tiết máy gồm có những nội dung chính sau: Cấu tạo cơ cấu, động học cơ cấu, các cơ cấu truyền chuyển động, các mối ghép bằng đinh tán, các mối ghép bằng hàn, các mối ghép ren. Mời các bạn cùng tham khảo.

1

BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ NGHỆ II KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG MÔN:

NGUYÊN LÝ CHI TIẾT MÁY

(Dùng cho trình độ Cao đẳng, Trung cấp)

GVBS:

TPHCM, tháng 03 năm 2018

1

Bài 1: CẤU TẠO CƠ CẤU

1 Khái niệm cơ bản

1.1 Chi tiết và khâu

 Chi tiết máy

Một bộ phận không thể tháo rời nhỏ hơn được nữa của cơ cấu hay của máy được gọi là chi tiết máy, gọi tắt là tiết máy Ví dụ: bu lông, đai ốc, trục, bánh răng

 Khâu

Một hay một số tiết máy liên kết cứng với nhau tạo thành một bộ phận có chuyển động tương đối so với bộ phận khác trong cơ cấu hay máy được gọi là khâu

Thông số xác định vị trí tương đối giữa các thành phần khớp động trên cùng một khâu gọi

l kích thước động, nó ảnh hưởng đến các thông số động học, động lực học cơ cấu

1.3 Phân loại khớp động

a Phân loại theo số bậc tự do bị hạn chế (hay số ràng buộc)

Nếu để rời 2 khâu trong không gian, sẽ có 6 khả năng chuyển động tương đối độc lập với nhau bao gồm: 3 khả năng chuyển động tịnh tiến theo 3 trục; ký hiệu Tx, Ty, Tz và 3 chuyển động quay quanh 3 trục; ký hiệu Qx, Qy, Qx (H.1-2) Mỗi khả năng chuyển động như vậy được gọi là một bậc tự do Nói cách khác, hai khâu để rời trong không gian có 6 bậc tự do tương đối với nhau

3

Nếu cho hai khâu tiếp xúc với nhau, tạo thành khớp động thì giữa chúng xuất hiện những ràng buộc về mặt hình học hạn chế bớt bậc tự do tương đối của nhau Như vậy khớp làm giảm đi số bậc tự do của khâu Số bậc tự do bị khớp hạn chế bớt được gọi là số ràng buộc Khớp có k ràng buộc được gọi là khớp loại k (0 < k < 6; bảng 1) Ví dụ: khớp ràng buộc 1 bậc tự do giữa 2 khâu, số bậc tự còn lại là 5, khớp được gọi là khớp loại 1

Chú ý: Trong mặt phẳng chỉ có khớp loại 4 và khớp loại 5

b Phân loại theo tính chất tiếp xúc

- Khớp loại cao: khi các phần tử khớp động là đường hay điểm Ví dụ khớp bánh ma sát, bánh răng, cơ cấu cam

- Khớp loại thấp: khi các phần tử khớp động là các mặt Ví dụ khớp quay (bản lề), khớp tịnh tiến, khớp cầu

c Phân loại theo tính chất của chuyển động tương đối giữa các khâu: khớp tịnh tiến, khớp

quay, khớp phẳng và khớp không gian Khớp phẳng dng để nối động cc khu trong cng một mặt phẳng hay trên những mặt phẳng song song nhau, khớp không gian nối động các khâu nằm trên những mặt phẳng không song song nhau

4

1.4 Lược đồ

5

a Lược đồ của khâu

Để thuận tiện trong quá trình giải quyết bài toán nguyên lý máy, các khâu được biểu diễn bằng các sơ đồ đơn giản gọi là lược đồ của khâu Lược đồ khâu phải thể hiện đầy đủ thành phần khớp động và các kích thước ảnh hưởng đến tính chất động học của cơ cấu Kích thước này được gọi là kích thước động Thông thường, kích thước động là kích thước giữa tâm các thành phần khớp động trên khâu Ví dụ:

b Lược đồ động của khớp

Cũng như khâu, để thuận tiện trong quá trình nghiên cứu cơ cấu và máy, các khớp động được biểu diễn bằng các hình vẽ qui ước gọi là lược đồ động của khớp (gọi tắt là lược đồ)

Các loại khớp động và lược đồ trình bày trong bảng 1

2 Bậc tư do của cơ cấu

2.1 Định nghĩa

Bậc tự do của cơ cấu là số thông số độc lập cần thiết để xác định vị trí của cơ cấu Đồng thời bậc tự do cũng chính là số khả năng chuyển động độc lập của cơ cấu đó

2.2 Công thức tính bậc tự do của cơ cấu

Bậc tự do thể hiện cho khả năng chuyển động của cơ cấu, nó phụ thuộc vào số khâu, khớp

và loại khớp

Gọi W0 là số bậc tự do tương đối của tất cả các khâu trong cơ cấu để rời so với giá, gọi R

là tổng số ràng buộc trong cơ cấu, thì bậc tự do W của cơ cấu được tính

W = W0 - R (1-1)

- Xác định W0: trường hợp tổng quát, một khâu để rời trong không gian có 6 bậc tự do

tương đối so với giá, nên nếu cơ cấu có n khâu thì số bậc tự do tương đối sẽ là

W0 = 6n (1-2)

- Xác định R: Mỗi khớp động sẽ hạn chế một số bậc tự do bằng đúng số ràng buộc của

khớp đó Nếu gọi pi là số khớp loại i trong cơ cấu thì tổng số ràng buộc sẽ là

R =Σ= 5p5 + 4p4 + 3p3 + 2p2 +1p1 (1-3) =51iip.i Thay (1-2) và 1-3) vào (1-1) ta có :

W = 6n – (5p5 + 4p4 + 3p3 + 2p2 +1p1) (1-4)

* Đối với cơ cấu phẳng

- Một khâu có nhiều nhất 3 bậc tự do so với giá Nên tổng số bậc tự do của n khâu sẽ là

W0 = 3n

- Một khớp có nhiều nhất là 2 ràng buộc, nói cách khác cơ cấu phẳng chỉ chứa khớp loại 4

và loại 5 Mỗi khớp loại 4 trong cơ cấu phẳng chỉ có thêm 1 ràng buộc nên số ràng buộc của p4 khớp loại 4 là 1xp4 Mỗi khớp loại 5 trong mặt phẳng có thêm 2 ràng buộc nên số ràng buộc của p5 khớp loại 5 là 2xp5 Nên tổng số ràng buộc trong cơ cấu phẳng

R = 2p5 + p4

W = 3n - (2p5 + p4) (1-5)

2.3 Ràng buộc trực tiếp - Ràng buộc gián tiếp

Ràng buộc giữa hai khâu do khớp nối trực tiếp giữa chúng gọi là ràng buộc trực tiếp

6

Sự ràng buộc giữa hai khâu không phải do tác dụng trực tiếp của khớp nối hai khâu đó gọi

là ràng buộc gián tiếp

Sự ràng buộc giữa khâu 1 và 2, giữa 2 và 3, giữa 1 và 4 trên H.1-8a là ràng buộc trực tiếp Khâu 3 và khâu 4 chưa nối với nhau nhưng do tác dụng của các khớp A, B, C nên khâu 3

đã xuất hiện 3 ràng buộc: Qx , Qy và Tz được gọi là ràng buộc gián tiếp

Nếu nối khâu 3 với khâu 4 bằng khớp D (H.1-8b), khớp D có 5 ràng buộc trực tiếp: Tx,

Ty, Tz, Qx, Qy Tuy nhiên trong đó có 3 ràng buộc Qx, Qy, Tz đã có khi chưa xuất hiện khớp D Ba ràng buộc này được gọi là ràng buộc trùng

Chú ý: ràng buộc trùng chỉ xuất hiện ở khớp nối các khâu đã có ràng buộc gián tiếp tức là

chỉ có ở khớp khép kín của chuỗi động Nói cách khác, ràng buộc trùng chỉ có ở chuỗi động kín

Khi cơ cấu tồn tại rng buộc gin tiếp thì số rng buộc của cơ cấu được tính

R = - R0 (1-6) Σ=51iip.i

2.4 Ràng buộc thừa - Bậc tự do thừa

- Ràng buộc thừa là những ràng buộc xuất hiện trong cơ cấu mà nếu bỏ chúng đi thì qui

luật chuyển động của cơ cấu không thay đổi Xét cơ cấu trên

7

Nếu bỏ đi một trong 3 khâu 1, 2, 3 và khớp kèm theo thì chuyển động của cơ cấu không thay đổi Nghĩa là về phương diện chuyển động thì việc thêm khâu 2 hoặc 3 là thừa Việc thêm khâu khâu 2 hoặc 3 làm cho bậc tự do tăng lên:

3n - 2p5 = 3x1 - 2x2 = -1 Nói cách khác là tăng thêm 1 ràng buộc Ràng buộc này chính là ràng buộc thừa Như vậy khi tính số ràng buôc của cơ cấu chúng ta không tính đến ràng buộc thừa Nếu gọi số ràng buộc thừa là r, thì số ràng buộc của cơ cấu là

R =Σ - R0 - r (1-7) =51iip.i

- Bậc tự do thừa là những bậc tự do của các khâu trong cơ cấu mà nếu bỏ chúng đi thì qui

luật chuyển động của cơ cấu không thay đổi

Chuyển động của con lăn 2 không ảnh hưởng đến chuyển động của cơ cấu Bậc tự do này (con lăn 2 quay) gọi là bậc tự do thừa Khi tính bậc tự do của cơ cấu không tính đến bậc tự

do thừa này Gọi s là bậc tự do thừa thì công thức tính bậc tự do của cơ cấu

2.6 Ý nghĩa của bậc tự do, khâu dẫn và khâu bị dẫn

Để thấy rõ ý nghĩa bậc tự do, so sánh 2 cơ cấu

Cơ cấu 4 khâu trên có 1 bậc tự do nên chỉ cần 1 thông số độc lập (góc ϕ) thì vị trí cơ cấu hoàn toàn xác định, đồng thời cơ cấu chỉ có 1 khả năng chuyển động độc lập, giả sử là chuyển động của khâu 1 quay quanh A, nếu dừng chuyển động này thì cơ cấu cũng sẽ dừng lại, không còn chuyển động nào nữa Nếu cho trước qui luật chuyển động của ϕ theo

8

thời gian, thì qui luật chuyển động của cơ cấu hoàn toàn xác định Có nghĩa là nếu biết trước qui luật chuyển động của một khâu bất kỳ thì qui luật của toàn cơ cấu hoàn toàn xác định

Với cơ cấu 5 khâu trên H.1-11b có 2 bậc tự do nên nếu chỉ biết một thông số độc lập (giả

sử ϕ) thì chưa đủ để xác định vị trí của toàn bộ cơ cấu Muốn xác định hoàn toàn vị trí cơ cấu cần phải biết thêm một thông số độc lập nữa (giả sử là β) Đồng thời, về chuyển động,

cơ cấu này có hai khả năng chuyển động động lập nên nếu chỉ dừng một chuyển động (giả

sử dừng khâu 1) thì cơ cấu 4 khâu còn lại (BCDE) vẫn chuyển động được Nếu dừng thêm một chuyển động nữa (giả sử dừng khâu 4) thì cơ cấu mới cố định Cần phải biết trước 2 qui luật chuyển động (giả sử của ϕ và β) thì qui luật chuyển động của cơ cấu hoàn toàn xác định

Qua phân tích hai cơ cấu chúng ta thấy: để cơ cấu chuyển động xác định, số qui luật chuyển động độc lập cần biết trước phải bằng số bậc tự do của cơ cấu

Khâu có qui luật chuyển động biết trước được gọi là khâu dẫn Các khâu động còn lại được gọi là khâu bị dẫn

Thông thường khâu dẫn là khâu nối với giá bằng một khớp quay loại 5; mỗi khâu dẫn chỉ ứng với một qui luật chuyển động cho trước Vì vậy, để cơ cấu có chuyển động xác định,

số khâu dẫn phải bằng số bậc tự do

3 Nhóm tĩnh định

Phân tích cấu tạo của cơ cấu ta sẽ tìm được những đặc điểm cấu tạo làm cơ sở xác định phương pháp và trình tự nghiên cứu cơ cấu Theo phương pháp phân tích cấu tạo cơ cấu của Át-xua: nếu một cơ cấu có W bậc tự do thì bao gồm W khâu dẫn và những nhóm có bậc tự do bằng không Nói cách khác, các khâu trong một cơ cấu được chia làm 2 loại:

- Loại thứ nhất là khâu dẫn có qui luật chuyển động biết trước, số khu loại ny bằng số bậc

tự do của cơ cấu

- Loại thứ hai là các khâu bị dẫn tập hợp thành những nhóm tĩnh định có bậc tự do bằng không, còn gọi là nhóm Át-xua

Xét cơ cấu phẳng chỉ chứa toàn những khớp thấp gồm n khâu và p5 khớp loại 5, một nhóm Át-xua phải thỏa mãn điều kiện của nhóm:

Wnhóm = 3n - 2p5 = 0

Vì số khâu và khớp phải là số nguyên nên các nhóm được phân loại như sau

Qui ước :

Nhóm 2 khâu 3 khớp gọi là nhóm loại 2

Nhóm 4 khâu 6 khớp gọi là nhóm loại 3

9

Nhóm 6 khâu 9 khớp gọi là nhóm loại 4

3.2 Nguyên tắc tách nhóm

- Khi tách nhóm phải biết trước khâu dẫn Khâu dẫn và giá không thuộc các nhóm

- Số khâu và khớp phải thoả mãn điều kiện bậc tự do của nhóm Khớp bị tách thì xem là ở nhóm vừa tách

- Sau khi tách nhóm ra khỏi cơ cấu, phần còn lại phải là cơ cấu hoàn chỉnh hoặc là còn lại khâu dẫn nối với giá Như vậy, việc tách nhóm phải tiến hành từ xa khâu dẫn đến gần khâu dẫn

- Phải tách nhóm đơn giản trước, nếu không được thì mới tách nhóm phức tạp hơn (loại cao hơn)

 Xếp loại cơ cấu

- Khâu dẫn gọi là cơ cấu loại 1

- Cơ cấu chỉ chứa 1 nhóm Át-xua thì loại của cơ cấu là loại của nhóm Át-xua đó

- Cơ cấu chứa nhiều nhóm Át-xua thì loại của cơ cấu là loại của nhóm Át-xua có loại cao nhất

* Các ví dụ:

- Cơ cấu 4 khâu bản lề trên H.1-11a: bao gồm giá, một khâu dẫn 1 và một nhóm Át-xua 2 khâu 3 khớp Cơ cấu thuộc loại 2

- Cơ cấu 5 khâu trên H.1-11b: bao gồm một giá, 2 khâu dẫn (1 và 4) và một nhóm Át-xua

2 khâu 3 khớp Cơ cấu thuộc loại 2

10

- Cơ cấu bơm oxy trên H.1-13: bao gồm một giá, 1 khâu dẫn (1) và một nhóm Át-xua 4 khâu 6 khớp Cơ cấu thuộc loại 3

BÀI TẬP:

11

12

13

14

15

+ Đối với một số cơ cấu, công thức giải tích rất phức tạp và khó kiểm tra

Xét cơ cấu tay quay – con trượt lệch tâm có vị trí đang xét như hình vẽ

Cho: lAB, lBC, 1 là hằng số và độ lệch tâm e

Xác định: xC, C, aC

2.Phân tích động học cơ cấu phẳng bằng phương pháp đồ thị

Xét cơ cấu 4 khâu bản lề có vị trí đamg xét như hình vẽ

17

3.Phân tích động học cơ cấu phẳng bằng phương pháp họa đồ vector

Ôn lại một số kiến thức đại số vector

18

- Định lý liên hệ vận tốc

+ Hai điểm A, B khác nhau cùng thuộc một khâu đang chuyển động song phẳng

+ Hai điểm A1, A2 trùng nhau, thuộc hai khâu đang chuyển động song phẳng tương

đối đối với nhau

v A2 v A1 v A2A1

- Định lý liên hệ gia tốc

+ Hai điểm A, B khác nhau cùng thuộc một khâu đang chuyển động song phẳng

+ Hai điểm A1 , A2 trùng nhau, thuộc hai khâu đang chuyển động song phẳng tương đối đối với

nhau

Điều kiện để giải một phương trình vector

19

Ví dụ: cho cơ cấu culit tại vị trí như hình vẽ Khâu 1 quay đều với vận tốc góc 1

Xác định 3 ,3 ,v D , a D

20

BÀI 3: CÁC CƠ CẤU TRUYỀN CHUYỂN ĐỘNG

I.Tính Toán Thiết Kế Bộ Truyền Đai

1 Những vấn đề chung

1.1 Giới thiệu bộ truyền đai

Bộ truyền động đai đơn giản gồm một đai mềm bắt căng ôm qua hai bánh đai ghép cố định trên hai trục Nhờ ma sát giữa dây đai và bánh đai nên khi trục dẫn quay kéo trục bị dẫn quay theo

Tùy theo tiết diện (m/c ngang)của đai, đai được chia thành 3 loại:

2 Thông số hình học của bộ truyền đai

Bộ truyền đai được đặc trưng bởi các thông số hình học chủ yếu sau:

D1 và D2: đường kính bán dẫn và bánh bị dẫn

A: khoảng cách trục

1 và 2: góc ôm của đai trên bánh nhỏ và bánh lớn

Hình 1.1 Bộ truyền động đai thường

21

L: chiều dài đai

 và b: chiều dày và chiều rộng của tiết diện đai dẹt

D

4

) (

) (

2

1 2 2

8 )]

( 2 [ ) (

1 2 2

1 2 1

D

(1.2) Góc ôm

3 Tính toán thiết kế bộ truyền đai

Để thiết kế bộ truyền đai cần biết: công dụng và điều kiện làm việc của bộ truyền, loại động cơ phát động, kiểu truyền động (truyền động thường, chéo, nữa chéo,…), công suất cần truyền N (kW), số vòng quay trong 1 phút của trục dẫn và trục bị dẫn, góc nghiêng của

bộ truyền so với mặt phẳng ngang

Cần xác định loại đai, kích thước đai và bánh đai, khoảng cách trục A (cũng có khi cho trước A), chiều dài đai L và lực tác dụng lên trục

N1: công suất trên trục dẫn, kW

n1: số vòng quay trong 1 phút của trục dẫn

Cần kiểm nghiệm vận tốc đai theo điều kiện:

v = ( 25 30 )

1000 60

3.3 Định khoảng cách trục A và chiều dài đai L

Từ điều kiện hạn chế số vòng quay u của đai trong 1 giây (để đai có thể làm việc được tương đối lâu), tìm được chiều dài tối thiểu Lmin của đai, như sau:

Lmin =

max

u v

3.4 Kiểm nghiệm góc ôm trên bánh nhỏ

Tính góc ôm 1 trên bánh nhỏ theo công thức (1.3) và kiểm nghiệm điều kiện:

Nếu  < 1500 cần tăng khoảng cách trục A hoặc dùng bánh căng

3.5 Xác định tiết diện đai

Để hạn chế ứng suất uốn và tăng ứng suất có ích cho phép của đai, chiều dày của đai

][

D



(bảng 1.2) tìm được chiều dày đai 

Sau khi xác định được chiều dày  có thể tính được chiều rộng của đai để tránh xảy

ra trượt trơn giữa đai và bánh đai:

b v t

P C C C C v

N





[ ]01000

Chiều rộng bánh đai B cần thỏa mãn điều kiện:

4.1 Chọn loại đai

Giả thiết vận tốc của đai v > 5m/s, có thể dùng đai loại A hoặc Б (bảng 1.13) Ta tính theo cả 2 phương án và chọn phương án tối ưu

Kích thước tiết diện đai a x h (mm) (bảng 1.11) 13 x 8 7 x 10,5

4.2 Định đường kính bán kính đai nhỏ Theo bảng 1 – 14 lấy:

Kiểm nghiệm vận tốc của đai:

v = D 0 , 0764D ,m/s

1000 60

D D

D

2 1 2

1 '

4

) (

) (

2

1 2 2

Kiểm nghiệm số vòng chạy u trong 1 giây:

L

v

Đều nhỏ hơn umax = 10

4.6 Xác định chính xác khoảng cách trục A theo chiều dài

Theo công thức:

A =

8

) (

8 )]

( 2 [ ) (

2L D2 D1  L D2 D1 2  D2 D1 2

460 637 Khoảng cách A thỏa điều kiện (1 – 22)

Khoảng cách nhỏ nhất cần thiết để mắc đai:

Amin = A – 0,015L, mm 432 597 Khoảng cách lớn nhất, cần thiết để tạo lực căng

4.7 Tính góc ôm  1 theo công thức (1 – 3), ta được: 1420 1420

Góc ôm 1 thỏa mãn điều kiện 1 = 1200

4.8 Xác định số đai Z cần thiết Chọn ứng suất căng ban đầu σ0 = 1,2 N/mm2 và theo trị

số D1 tra bảng 1.17 tìm được ứng suất có ích cho phép:

Các hệ số:

4.9 Định các kích thước chủ yếu của bánh đai

Chiều rộng bánh đai tính theo công thức (1 – 26)

Kết luận: Chọn phương án dùng bộ truyền đai loại A có khuôn khổ nhỏ gọn hơn,

tuy chiều rộng bánh đai và lực tác dụng lên trục lớn hơn một chút so với phương án dùng đai loại Б

27

BÀI TẬP:

Bài 1

Tính chiều dài dây đai của bộ truyền đai thang?

Biết khoạng cách 2 trục bánh đai là 450mm, đường kính bánh đai chủ động là 140mm, đường kính bánh đai bị động là 450mm

Bài 2

Tính chiều dài dây đai của bộ truyền đai thang?

Biết khoạng cách 2 trục bánh đai là 630mm, đường kính bánh đai chủ động là 200mm, đường kính bánh đai bị động là 630mm

Bài 3

Tính số đai cần thiết cho bộ truyền đai thang để truyền công suất N=7,5KW?

Bánh chủ động quay với tốc độ quay n1 = 1440vòng/phút, đường kính bánh đai D1=180mm Biết [K0]=2,05N/mm2(ứng suất kéo có ích truyền đi cho phép trong điều kiện thí nghiệm);

C1=0,95 (hệ số phụ thuộc vào góc ôm); C2=0,9 (hệ số phụ thuộc vào vận tốc); C3=0,8 (hệ số phụ

thuộc vào điều kiện làm việc)

28

II TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG

2.1 các thông số chủ yếu của bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng, nghiêng

2.1.1 Định nghĩa

Bộ truyền bánh răng làm việc theo nguyên lý ăn khớp, thực hiện truyền chuyển động

và công suất nhờ vào sự ăn khớp của các răng trên bánh răng Bộ truyền bánh răng có thể truyền chuyển động giữa hai trục song song, giao nhau, chéo nhau hay biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến hoặc ngược lại

Bộ truyền bánh răng thường có 2 bộ phận chính:

- Bánh răng dẫn 1, có đường kính d

1, được lắp trên trục dẫn I, quay với số vòng quay n

1, công suất truyền động P

1, mô men xoắn trên trục M

1

- Bánh răng bị dẫn 2, có đường kính d2, được lắp trên trục bị dẫn II, quay với số vòng quay n2, công suất truyền động P2, mô men xoắn trên trục M2

Hình 3.1 Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng

Hình 3.2 Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

Hình 3.3 Bộ truyền bánh răng nón

29

2.1.2 Phân loại bộ truyền bánh răng

Tùy theo hình dạng bánh răng, phương răng và đoạn biên dạng răng, người ta chia

bộ truyền bánh răng thành các loại sau:

Bộ truyền bánh răng trụ: bánh răng là hình trụ tròn xoay, đường sinh thẳng, thường dùng để truyền chuyển động giữa hai trục song song với nhau, quay ngược chiều nhau Bộ truyền bánh răng trụ có các loại:

- Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng, phương của răng trùng với đường sinh của mặt trụ, sơ đồ biểu diễn bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng trên Hình 3.1

- Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng, phương của răng nghiêng so với đường sinh của mặt trụ một góc , sơ đồ biểu diễn bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêngg trên Hình 3.2

- Bộ truyền bánh răng răng chữ V, bánh răng được tạo thành từ hai bánh răng nghiêng có góc nghiêng như nhau, chiều nghiêng ngược nhau, sơ đồ biểu diễn bộ truyền bánh răng trụ răng chữ V trên Hình 3.4

Bộ truyền bánh răng nón, còn được gọi là bộ truyền bánh răng côn: bánh răng có dạng hình nón cụt, thường dùng truyền chuyển động giữa hai trục vuông góc với nhau Bộ truyền bánh răng nón có các loại:

- Bộ truyền bánh răng nón răng thẳng: đường răng thẳng, trùng với đường sinh của mặt nón chia

- Bộ truyền bánh răng nón răng nghiêng: đường răng thẳng, nằm nghiêng so với đường sinh của mặt nón

- Bộ truyền bánh răng nón răng cung tròn: đường răng là một cung tròn

- Bộ truyền bánh răng thân khai: biên dạng răng là một đoạn của đường thân khai của vòng tròn Đây là bộ truyền được dùng phổ biến, đa số các cặp bánh răng gặp trong thực tế thuộc loại này

- Bộ truyền bánh răng Novikov: biên dạng răng là một phần của đường tròn - Bộ truyền bánh răng xiclôit: biên dạng răng là một đọan của đường xiclôit

- Bộ truyền bánh răng - thanh răng: thanh răng là bánh răng đặc biệt, có đường kính bằng vô cùng, dùng để đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến và ngược lại

Hình 3.4 Bộ truyền bánh răng chữ V

30

- Bộ truyền bánh răng hành tinh: ít nhất một bánh răng trong bộ truyền có trục quay quanh tâm của bánh răng khác

- Bộ truyền bánh răng ăn khớp trong: tâm của hai bánh răng nằm về cùng một phía

so với tâm ăn khớp, hai vòng tròn lăn tiếp xúc trong với nhau

- Bộ truyền bánh răng sóng: răng của bánh răng có dạng sóng liên tục, thường dùng

ăn khớp trong để thực hiện một tỷ số truyền rất lớn

Trong chương này, chủ yếu trình bày bộ truyền bánh răng thân khai, ăn khớp ngoài Các loại bộ truyền khác sẽ được đề cập đến trong sách chuyên khảo về bánh răng

2.2.3 Thông số hình học bánh răng trụ răng thẳng

Hình 3.5 Các thông số hình học của bộ truyền bánh răng trụ răng thắng

Hình dạng và kích thước của bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng được xác định qua các thông số hình học chủ yếu sau đây:

Có 2 loại môđun đó là môđun pháp mn và môđun ngang ms Đối với bánh răng thẳng

mn = ms = m; đối với bánh răng nghiêng, chữ V cần phân biệt mn và ms

Các bánh răng có cùng mô đun sẽ ăn khớp được với nhau Giá trị của mô đun m được lấy theo dãy số tiêu chuẩn, để hạn chế số lượng dao gia công bánh răng sử dụng trong thực tế Ví dụ: 1; 1,25; (1,375); 1,5; (1,75); 2; (2,25); 2,5; 3; (3,5); 4; (4,5); 5; (5,5); 6; (7); 8; (9); 10; (11); …

Hệ số chiều cao đỉnh răng h

Hệ số bán kính cung lượn đỉnh dao gia công bánh răng *, hệ số này liên quan đến đọan cong chuyển tiếp giữa chân răng và biên dạng răng Giá trị thường dùng 

1

Đường kính vòng tròn cơ sở d

Bước răng trên đường ăn khớp p

k, được đo trên đường ăn khớp, p

(z1 2

2.2.4 Thông số hình học bánh răng trụ răng nghiêng

Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng có một bộ thông số tương tự như bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng, được đo trên mặt đầu của bánh răng Một số kích thước thuộc bộ thông số này có thêm chỉ số t Ví dụ, mô đun m

t, khoảng cách trục a

wt, đường kính vòng chia d

n, góc ăn khớp 

wn, Các thông số trong mặt phẳng pháp tuyến được lấy theo dãy số tiêu chuẩn Các thông số này dùng để tính toán bộ truyền bánh răng

Góc nghiêng , góc làm bởi phương răng và đường sinh của mặt trụ Phương răng

có thể nghiêng trái hoặc nghiêng phải, giá trị của : 0 <  ≤ 450

Hệ số trùng khớp dọc 

 Hệ số 

 được xác định như sau (Hình 3.6):

- Giả sử triển khai mặt trụ cơ sở bánh răng dẫn và bị dẫn, đặt song song với mặt phẳng ăn khớp AA-EE Đường thẳng của đoạn AA là đường vào khớp và EE là đường

33

tb

p

tg B p

Các thông số xác định trên mặt mút và trên mặt pháp tuyến có mối liên quan như sau:

wn = tg

wt.cos (3.3)

Hình 3.6 Các thông số hình học của bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

3.2.5 Thông số hình học bánh răng nón răng thẳng

Bộ truyền bánh răng nón răng thẳng có một bộ thông số tương tự như của

Bánh răng trụ răng thẳng, xác định trên mặt nón phụ lớn nhất của bánh răng,

B L

L m

5,0



B L

L d

5,0



2.2 QUAN HỆ HÌNH HỌC CHỦ YẾU CỦA BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG

2.2.1 Quan hệ hình học chủ yếu của bộ truyền bánh răng trụ không dịch chỉnh ăn khớp ngoài

Khoảng cách trục aw = z z m n 0,5(z z )m s

cos2

)(

2 1 2



Môđun pháp mn = mscos ( = 0; mn = ms = m)

Hình 3.8 Kết cấu bánh răng nón

Ghi chú: - Đối với bánh răng trụ răng thẳng  = 0; mn = ms = m

- Trường hợp chế tạo bánh răng có răng thấp thì h = 1,9mn và c = 0,3

2.2.2 Quan hệ hình học chủ yếu của bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng dịch chỉnh

( *

a

h là hệ số giảm chiều cao răng)

36

Đường kính vòng tròn chân răng df1 = d1 + 2m

df2 = d2 – (2,5 + 2,6)m

 là lượng tăng đường kính vòng đỉnh bánh lớn để khi ăn khớp tránh xảy ra hiện

tượng đầu răng bánh lớn bị cắt:  = (15,2m)/z2

2.3.6 Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

Bài toán:

Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng của cấp nhanh trong hộp giảm tốc hai cấp bánh răng theo các số liệu sau: công suất P = 4kW, số vòng quay trong một phút của trục dẫn n1 = 450vg/phút, tỷ số truyền i = 3, bộ truyền quay một chiều, yêu cầu làm việc trong 5 năm, mỗi năm 300 ngày, mỗi ngày 12 giờ Tải trọng thay đổi theo chu kỳ như hình

vẽ

M

t 0,3tlv 0,7tlv

Trình tự thiết kế:

1 Chọn vật liệu chế tạo các bánh răng nhỏ: thép 45, bánh răng lớn: thép 35, đều thường hóa Cơ tính loại thép này theo bảng 3.8, trang 40 giáo trình thiết kế chi tiết máy Tác giả Nguyễn Văn Lẫm, Nguyễn Trọng Hiệp Nhà xuất bản giáo dục Tái bản năm 2007 Cụ thể như sau:

(Phôi rèn, giả thiết đường kính phôi từ 100 - 300mm)

2 Xác định giá trị ứng suất cho phép

- Ứng suất tiếp xúc cho phép:

+ Số chu kỳ tương đương của bánh lớn :

Ntđ2 = 60u i i

i n T M

max

)(2- 3giây

1(  ] = 62,5.106 > N0 = 107 Trong đó:

Ntđ1 = Ntđ2.i Cũng lớn hơn số chu kỳ cơ sở N0 = 107

][H1 = 2,6.200 = 520 N/mm2+ Để tính sức bền ta dùng trị số nhỏ là [H]2 = 442 N/mm2

- Ứng suất uốn cho phép:

+ Số chu kỳ tương đương của bánh lớn :

Ntđ2 = 60u i i

m

i n T M

M

)(

maxTrong đó:

Mi, ni, Ti là Mômen xoắn, số vòng quay trong một phút và tổng số giờ bánh răng làm việc ở chế độ i

Mmax là mômen xoắn lớn nhất tác dụng lên bánh răng

m là bậc đường cong mỏi uốn, có thể lấy m = 6 đối với thép thường hóa hoặc tôi cải thiện, m = 9 đối với thép tôi

Hệ số an toàn n = 1,5; hệ số tập trung ứng suất chân răng K = 1,8

+ Vì ứng suất thay đổi theo chu kỳ mạch động cho nên dùng công thức: