Tính toán bộ truyền động đai răng

Hiện nay đai răng đang được sử dụng nhiều trong mọi lĩnh vực; loại truyền động này có ưu điểm của truyền động xích và truyền động đai. Tuy nhiên những tài liệu trình bày về loại đai này tương đối ít. Trong giáo trình chỉ trình bày chủ yếu về đai dẹt và đai thang. Do vậy bài báo này cung cấp cho bạn đọc phương pháp tính toán truyền động đai răng

PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐAI RĂNG

Th.S Trần Ngọc Nhuần

Khoa Cơ khí, ĐH Nha Trang

I - ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay đai răng đang được sử dụng nhiều

trong mọi lĩnh vực; loại truyền động này có ưu

điểm của truyền động xích và truyền động đai

Tuy nhiên những tài liệu trình bày về loại đai

này tương đối ít Trong giáo trình chỉ trình bày

chủ yếu về đai dẹt và đai thang Do vậy bài báo

này cung cấp cho bạn đọc phương pháp tính

toán truyền động đai răng

II - NỘI DUNG

1 Xác định mođun và chiều rộng của đai

a) Xác định môđun m

Tuỳ theo công suất và tốc độ quay của

trục mà chọn môđun theo các giá trị tiêu

chuẩn:2; 3; 4; 5; 7; 10 Công suất truyền càng

lớn thì dĩ nhiên môđun của đai tăng lên để các

răng dây đai chịu đựng được tải Với cùng một công suất truyền, nếu tốc độ đai tăng lên thì để đảm bảo khả năng ăn khớp êm ta phải giảm môđun, điều này có nghĩa là môđun tỉ lệ nghịch đối với tốc đồ quay của trục Thừa kế các nghiên cứu trước về đai răng, môđun được xác định bằng công thức:

3 1

1 35

n

P

Trong đó: P1 – công suất trên bánh đai chủ động

n1 – tốc độ quay của bánh đai chủ động Hoặc chọn theo theo mômen xoắn T1 ở bảng 1 sau:

2 Đường kính dây chão δ ,mm 0,35 0,35 0,35;0,65 0,65 0,65 0,65

3 Khoảng cách từ đáy răng đến dây chão

∆ ,mm

4 Khối lượng 1m dây đai, kg/m, b=10mm 0,032 0,04 0,05;0,065 0,075 0,09 0,11

5 Sử dụng khi T 1 (N.m) ≤0,2 10 15 ; 25 ≤ 40 ≤ 190 ≤ 1900

6 Tải trọng riêng khi u ≥ 1, z ≥ 6, [qo ] N/m 4 ≤ 2,4 ≤22 35 45 60

b) Xác định chiều rộng đai b

Khả năng tải của đai phụ thuộc rất nhiều

vào chiều rộng đai b khi chiều rộng tăng, diện

tích tiếp xúc của các răng dây đai và răng bánh

đai tăng, số sợi cốt của đai tăng tuyến tính theo

chiều rộng nên khả năng chịu được lực vòng

răng và sức bền kéo của lõi đai ta xác định được chiều rộng b của đai

Tuy nhiên để dễ dàng trong việc tính toán thiết kế cũng như giảm bớt chủng loại đai khi thiết kế, cần phải tiêu chuẩn hoá chiều rộng đai Công thức xác định chiều rộng đai dựa

Chọn ψđ dao động từ 6 đến 9

Theo công thức (1) trị số m sẽ là số lẻ do

vậy phải được làm tròn Nếu m được làm tròn

lớn lên thì chọn ψđ nhỏ và ngược lại Với cùng một môđun và công suất, chiều rộng đai phụ thuộc nhiều vào vật liệu làm đai và vật liệu cốt, chiều rộng đai được sơ bộ chọn trước như sau :

Bảng 2: Chiều rộng đai răng b

1,5 3; 4; 5; 8; 10; 12,5; 16; 20

2 5; 8; 10; 12,5; 16; 20

3 16; 20; 25; 32; 40; 50

4 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80

5 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100

7 40; 50; 63; 80; 100; 125

10 50; 63; 80; 100; 125;160

Chiều rộng bánh đai: B = b + m

2 Xác định các thông số của bộ truyền

a) Số răng Z 1 của bánh đai nhỏ

Để đảm bảo tuổi thọ cho đai thì số răng của

bánh đai nhỏ phải lớn hơn một giá trị tối thiểu

cho phép Z1min bởi hai lý do: thứ nhất, số răng

bánh đai ít tức là số răng dây đai ăn khớp với

bánh đai ít làm cho tải mà mỗi răng đai phải gánh lớn; thứ hai, số răng bánh đai bé thì đường kính bánh đai bé, dây đai bị uốn nhiều nên chóng hỏng Số răng tối thiểu Z1 được chọn dựa vào môđun và tốc độ quay của bánh đai nhỏ theo bảng 3 [1]

Bảng 3: Số răngcủa bánh đai nhỏ Z1

Môđun

của đai

m (mm)

Số vòng quay

của bánh đai

nhỏ n(v/ph)

Z1 không nhỏ hơn của đai Môđun

m (mm)

Số vòng quay của bánh đai nhỏ n(v/ph)

Z1 không nhỏ hơn

3

500÷1000

1500÷2000

2500÷3500

4000÷5000

12

14

16

18

7

500

1000

1500

2000

20

22

24

26

4

500

1000

1500÷2000

2500÷3500

14

16

18

20

10

500

1000

1500

2000

20

22

24

26÷28

5

500

1000÷1500

2000÷3000

3500÷400

16

18

20

22

Ngoài việc đảm bảo số răng Z1 không được nhỏ hơn các giá trị cho trong bảng đồng thời

số răng ăn khớp trên bánh đai nhỏ không được nhỏ hơn 6 răng

b) Số răng Z 2 của bánh đai lớn

Số răng của bánh đai lớn Z2 được xác định

theo tỉ số truyền của bộ truyền sau khi chọn

trước Z1

Z2 = u.Z1

Trong đó u = n1/n2 = Z2 /Z1 là tỉ số

truyền

n1, n2 lần lượt là tốc độ vòng của bánh

đai chủ động và bị động

Đường kính báh đai : d1 = mz1 (mm)

d2 = mz2 (mm)

c) Khoảng cách trục A và số răng dây đai

Theo hình 1 ta có:

) )(

( ) (

sin

.

2 A β1= L − π R2+ R1 − π − β1 R2− R1

(3)

1 2

2 1

1) (

Z Z

Z N tg

−

−

=

−

π

β β

(5)

A

γ

β1

R2

R1

Hình 1: Sơ đồ tính toán khoảng cách trục

Trong các công thức trên:

R1, R2 lần lượt là bán kính puly nhỏ và puly

lớn

Z1, Z2 lần lượt là số răng puly nhỏ và puly

lớn (Z.t = 2πR)

β1, β2 lần góc ôm trên puly nhỏ và puly lớn

p là bước răng của dây đai (t = m.π)

L - chiều dài dây đai

A - khoảng cách trục của bộ truyền

Công thức (3) là công thức chính xác nhưng

khó sử dụng do vậy ta sử dụng công thức gần

đúng xuất phát từ công thức chính xác tính

chiều dài dây đai:

) (

) (

) 2

/

cos(

γ thường < 350

nên khi khai triển ta lấy hai

số hạng đầu tiên

(cos (γ/2) = 1 - γ 2 /8) và xấp xỉ γ

= 2(R2 - R1)/A

Do vậy công chiều dài đai từ công thức (6)

được xấp xỉ:

A

R R R R A

L

2 1 2 1 2

) (

) (

Số răng của dây đai N :

p

L

N = (8)

Với L được tính từ công thức (7) và nói

chung N tính theo công thức (8) là một số lẻ

thập phân do vây ta phải làm tròn nó về phía

nhỏ bởi vì sau một thời gian làm việc bộ truyền

đai bị mòn cả dây đai cũng như bánh đai và dây

đai cũng bị dãn ra

Chiều dài đai cuối cùng xác định theo công

thức: L = p.N (9)

Từ công thức (7), khoảng cách trục A được tính chính xác bằng công thức:

1 2

2 1 2

( 4

1

R R R

R L R R L

(10)

Từ (7) và (10) ta thấy nếu biết trước khoảng cách trục và các thông số khác của bộ truyền sẽ tìm được chiều dài dây đai cần thiết và ngược lại nếu biết trước chiều dài dây đai và các thông

số cần thiết khác ta sẽ tính được khoảng cách trục

Góc ôm đai:

α1 = 180 o -2β = 180 o

– 2arcsin ((d2 – d1 )/2)

(11)

Số răng của dây đai vào mối ăn khớp:

Zo = z1.α1 / 360 (12)

Điều kiện Z0 ≥ 6 Lực vòng : Ft = 1000P/v (N) với v = π d1n1 /60000 (m/s)

3 Tính toán kiểm nghiệm đai theo lực vòng riêng

Với một loại đai cho trước nó chỉ chịu được một lực vòng nằm trong một giới hạn cho phép:

q = kđ Ft /b + qmv 2 ≤ [q] (13)

trong đó:

Ft - lực vòng tác dụng lên bộ truyền (N)

qm - khối lượng 1 mét đai có chiều rộng 1 mm

v - tốc độ vòng (m/s)

kđ - hệ số tải trọng động, xác định theo bảng 4 [1]

Bảng 4: Hệ số tải trọng động:

Tải trọng tĩnh Tải trọng mở máy đến

120% so vói tải trọng danh nghĩa

Máy phát điện, quạt, máy nén và bơm ly tâm; máy cắt gọt liên tục; băng tải

1,0

Tải trọng làm việc có dao động nhỏ tải

trọng mở máy đến 150% so với tải trọng

danh nghĩa

Máy bơm và máy nén khí kiểu pittông có ba

xi lanh trở lên; xích tải , máy phay, máy tiện

rơ vôn ve

1,1

Tải trọng làm việc có dao động lớn Tải

trọng mở máy đến 220% so với tải trọng

danh nghĩa

Thiết bị dẫn động quay hai chiều ; máy bơm

và máy nén khí kiểu một hoặc hai pittông ; máy bào máy xọc ; vít vận chuyển máng cào ; máy ép lệch tâm có vô lăng lặng

1,25

Tải trọng va đập và thay đổi nhiều, tải

trọng mở máy đến 330% so với tải trọng

danh nghĩa

Máy cắt tấm , búa máy, máy nghiền; thang máy ; máy xúc; máy ép kiểu vít và máy lệch tâm có vô lăng nhẹ

1,5÷1,6

Chú thích : 1 Đối với các động cơ có mô men mở máy lớn, đóng mở nhiều lần, các trị số

trong bảng được tăng thêm 0,15

2 các trị số trong bảng dùng cho chế độ làm việc một ca; nếu làm việc hai ca

cần tăng thêm 0,15 và nếu làm việc 3 ca tăng thêm 0,35

q, (N/mm) [q] = q0CrCuC0 (N/mm)

Trong đó: Cr: Hệ số chế độ làm việc: (Khi làm việc 2 ca giảm 0,1; ba ca giảm 0.2)

Bảng 5: Hệ số Cr khi làm việc 1 ca

Bảng 6: Hệ số Cu ảnh hưởng của tỷ số truyền

Bảng 7: Hệ số Co Hệ số ảnh hưởng việc bố rtrí bộ truyền

60 o ÷ 80 o

80 o ÷ 90 o

4 Xác định lực căng ban đầu và lực

tác dụng lên trục

a) Xác định lực căng ban đầu và lực tác

dụng lên trục

Đai răng làm việc theo nguyên tắc ăn

khớp thì lực căng ban đầu không lớn như đai

thang Lực căng ban đầu ở đây chỉ cần đủ khử

khe hở giữa răng bánh đai và răng dây đai và

một phần chống lại sự văng của lực ly tâm

Lực căng ban đầu:

F0 = (1,1÷1,3) FV = (1,1÷1,3) qmbv 2

Trong đó: FV là lực li tâm (N)

qm - khối lượng 1 mét dây đai có chiều

rộng 1 mm

v - vận tốc vòng (m/s)

Lực tác dụng lên trục:

Fr = (1,0 ÷1,2)Ft

Trong đó: Ft là lực vòng (N)

III KẾT LUẬN

Đây là những vấn đề cơ bản của truyền động đai răng, bài báo này với mong muốn cung cấp cho độc giả một vài thông số chủ yếu, các bảng tra và cách tính toán một bộ truyền đai răng Những vấn đề trên là những điều chung nhất của một bộ truyền động đai răng và là điều cần thiết cho công việc tính toán thiết kế bộ truyền

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Trịnh Chât, Lê Văn Uyển

Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, NXB Giáo dục 2002

[2] Nguyễn Hữu Lộc

Cơ sở thiết kế máy NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh 2004

[3] The world of timing belts

ABSTRACT

To day the timing belt drive has been used richly, but it is not interested to show in the course books This article outfits caculating and desgin method for timing belt drive broadly: pipoint the power, choice timing belt catergory and several parameters of the drive, to help learners get some general knowledge about timing belt drive