9. L ực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục
3.4. TRÌNH T Ự THIẾT KẾ ĐAI RĂNG
Hình 3.3. Đai răng
Đai răng là loại đai dẹt được chế tạo thành vòng kín, có răng ở mặt trong. Khi vào tiếp xúc với bánh đai, các răng của đai sẽ ăn khớp với các răng trên bánh đai. Do truyền lực bằng ăn khớp, truyền động đai răng có những ưu điểm: không có trượt, tỉ số truyền lớn (u ≤ 12, đôi khi u < 20), hiệu suất cao, không cần lực căng ban đầu lớn, lực tác dụng lên trục và lên ổ trục nhỏ. Đai răng được chế tạo từ cao su trộn với nhựa nairit hoặc được đúc từ cao su poliuretan (C). Lớp chịu tải chủ yếu là dây thép, sợi thủy tinh hoặc sợi poliamit.
Bảng 3.27. Các thông số của đai răng
Môđun của đai
m (mm)
Bước đai p (mm)
Chiều dày răng nhỏ nhất S (mm)
Chiều răng h cao (mm)
Chiều đai H dày (mm)
Khoảng cách từ đáy răng đến đường trung bình của lớp
chịu tải δ (mm)
Góc prôfin răng γ
(°)
Bán kính góc lượn của răng R1 R2
1,0 3,14 1,0 0,8 1,6 0,4 50 0,2 0,2
1,5 4,71 1,5 1,2 2,2 0,4 50 0,3 0,3
2,0 6,28 1,8 1,5 3,0 0,6 50 0,4 0,4
3 9,42 3,2 2,0 4,0 0,6 40 0,5 0,5
4 12,57 4,4 2,5 5,0 0,8 40 1,0 1,0
5 15,71 5,0 3,5 6,5 0,8 40 1,2 1,2
7 21,99 8,0 6,0 11,0 0,8 40 1,5 1,2
10 31,42 12,0 9,0 15,0 0,8 40 2,0 1,5
Chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của truyền động đai răng là độ bền của răng đai. Nó phụ thuộc trước hết vào độ bền của cao su và độ bám của cao su vào cốt, đồng thời phụ thuộc vào các đặc trưng hình học của răng đai và bánh đai.
3.2.1. Xác định môđun và chiều rộng đai Môđun được xác định theo công thức:
3
1 1
m=35. P / n (3.31)
Trong đó:
P1 – công suất trên bánh đai chủ động (kW);
n1 – số vòng quay của bánh đai chủ động (v/ph);
Trị số của m tính được phải lấy theo tiêu chuẩn ở bảng 3.27 Chiều rộng đai:
b= ψdm (3.32)
trong đó: ψđ = 6 ÷ 9 là hệ số chiều rộng đai, chọn giá trị nhỏ khi lấy môđun tiêu chuẩn lớn hơn m tính toán và lấy giá trị lớn trong trường hớp ngược lại.
Chiều rộng b được chọn theo tiêu chuẩn trong bảng 3.28.
Bảng 3.28. Chiều rộng đai răng b Môđun
của đai m (mm)
Chiều rộng đai răng b (mm)
1 3 ; 4 ; 5 ; 8 ; 10 ; 12,5
1,5 3 ; 4 ; 5 ; 8 ; 10 ; 12,5 ; 16 ; 20
2 3 ; 4 ; 5 ; 8 ; 10 ; 12,5 ; 16 ; 20
3 3 ; 4 ; 5 ; 8 ; 10 ; 12,5 ; 16 ; 20 ; 25 ; 32 ; 40 ; 50
4 3 ; 4 ; 5 ; 8 ; 10 ;12,5 ; 16 ; 20 ; 25 ; 32 ; 40 ; 50 ; 63 ; 80 ; 100
5 3 ; 4 ; 5 ; 8 ; 10 ;12,5 ; 16 ;20 ; 25 ; 32 ; 40 ; 50 ; 63 ; 80 ; 100
7 3 ; 4 ; 5 ; 8 ; 10 ;12,5 ; 16 ;20 ; 25 ; 32; 40 ; 50 ; 63 ; 80 ; 100 ; 125
10 3 ; 4 ; 5 ; 8 ; 10 ;12,5 ; 16 ;20 ; 25 ; 3 50 ; 63 ; 80 ; 100 ; 125 ; 160 ; 200
3.2.2.
3.2.3. Xác định các thông số của bộ truyền
Số răng z1 của bánh đai nhỏ được chọn theo bảng 3.29 nhằm đảm bảo tuổi thọ cho đai. Số răng của bánh đai lớn:
2 1
z =uz
trong đó: u=n / n1 2 =z / z2 1;
Khoảng cách trục a được chọn theo điều kiện:
min max
a ≤ ≤a a
với amin =0, 5m(z1+z )2 +2m ; amax =2m(z1+z )2
Số răng của đai zđ zđ =
2
1 2 2 1
z z (z z ) p
2a
p 2 40a
+ −
+ + (3.33)
Bảng 3.29. Số răng của bánh đai răng nhỏ 𝒛𝒛𝟏𝟏 Môđun
của đai m (mm)
Số vòng quay bánh đai nhỏ
n (v/ph)
z1 không nhỏ hơn
Môđun của đai m (mm)
Số vòng quay bánh đai nhỏ
n (v/ph)
z1 không nhỏ hơn
2 500 … 3000 12 5 500 16
3500 … 4500 14 1000 … 1500 18
5000 … 6800 16 2000 … 3000 20
7000 … 7500 18 3500 … 4000 22
3 500 … 1000 12 6 500 20
1500 … 2000 14 1000 22
2500 … 3500 16 1500 24
4000 … 5000 18 2000 26
4 500 12* ; 14 7 500 20
1000 14* ; 16 1000 22
1500 … 2000 16* ; 18 1500 24
2500 … 3500 18* ; 20 2000 26 … 28
Chú thích: * Đối với đai dùng dây kim loại.
Trong đó:
p: bước đai (mm), tra bảng 3.27.
Trị số zđ tính được cần làm tròn đến giá trị gần nhất cho trong bảng 3.30. Với zđđã chọn và môđun m xác định chiều dài đai lđ (bảng 3.30).
Bảng 3.30. Chiều dài đai răng lđ, mm Số răng
đai (zđ)
Môđun m (mm)
2 3 4 5 7 10
32 201 - - - - -
36 226,1 339,1 - - - -
40 251,2 376,8 502,4 - - -
45 282,6 423,9 565,2 706,5 - -
50 314 471 628 785 981,1 -
56 351,7 527,5 703,4 879,2 1099 1570
63 395,6 593,5 791,3 989,1 1230,9 1758,4 71 445,9 668,8 891,8 1114,7 1384,7 1978,2 80 502,4 753,6 1004,8 1256 1560,6 2229,4 90 565,2 847,8 1130,4 1413 1758,4 2512
100 628 942 1256 1570 1978,2 2826
112 703,4 1055 1406,7 1758,4 2198 3140
125 785 1177,5 1570 1962,5 2461,8 -
140 - 1318,8 1758,4 2198 2747,5 -
160 - 1507,2 2009,6 - - -
Với lđ tiến hành tính lại khoảng cách trục a theo công thức (3.7), trong đó:
1 2
lđ p(z z ) / 2
λ = − + và∆ =m(z2−z ) / 21 Đường kính vòng chia của các bánh đai:
1 1 2 2
d =mz ; d =mz Đường kính ngoài của bánh đai:
a1 1 a 2 2
d =mz − δ2 ; d =mz − δ2
Trong đó: δ – khoảng cách từ đáy răng đến đường trung bình của lớp chịu tải, xem bảng 3.27.
Số răng đồng thời ăn khớp trên bánh đai nhỏ:
o
o 1 1
z = αz / 360 (3.34)
trong đó: α1 là góc ôm trên bánh đai nhỏ
o o
1 180 [m(z2 z ) / a]57, 31
α = − − (3.35)
Nên dùng số răng đai đồng thời ăn khớp trên bánh đai nhỏzo ≥6, nếu zo <6có thể tăng thêm khoảng cách trục.
Các thông số chủ yếu của bánh đai cho trong bảng 3.32.
3.2.4. Kiểm nghiệm đai về lực vòng riêng Lực vòng riêng trên đai phải thỏa mãn điều kiện:
2 đ m
q=F K / bt +q v ≤[q] (3.36)
Trong đó:
Ft – lực vòng (N), xác định theo công thức (3.10);
qm – khối lượng 1 mét đai có chiều rộng 1 mm, trị số của q cho trong bảng 3.31;
Kđ – hệ số tải trọng động, bảng 3.7;
v – vận tốc vòng (m/s).
o z u
[q] [q ]C C= (3.37)
với [qo] – lực vòng riêng cho phép (N/mm) được xác định bằng thực nghiệm ứng với đai có tỉ số truyền u ≥ 1, số bánh đai là 2 và số răng đai đồng thời ăn khớp trên bánh đai nhỏ zo ≥6, trị số của [qo] cho trong bảng 3.31.
Bảng 3.31. Trị số khối lượng một mét đai qm và lực vòng riêng cho phép [qm]
qm, [q
o] Môđun m (mm)
2 3 4 5 7 10
qm, kg/(m, mm) 0,0032 0,004 0,005 0,0075 0,009 0,011
[qo], N/mm 5 10 15/25(*) 35 45 60
Chú thích: (*) [qo] = 15 N/mm khi đường kính dây bằng 0,35 mm và [qo] = 25 mm N/mm khi đường kính dây bằng 0,65 mm.
Cz – hệ số kể đến ảnh hưởng của số răng đồng thời ăn khớp, xác định theo bảng sau:
zo 6 5 4
Cz 1 0,8 0,6
Cu – hệ số kể đến ảnh hưởng của truyền động tăng tốc:
u = n1/n2 1-0,8 0,8-0,6 0,6-0,4 0,4-0,3 0,3 và nhỏ hơn
Cu 1,0 0,95 0,9 0,85 0,8
3.2.5. Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục Khác với các truyền động đai dẹt, đai thang và đai nhiều chêm cần phải mắc đai lên bánh đai với lực căng ban đầu đủ lớn để tạo ra lực ma sát cần thiết, trong truyền động đai răng, lực căng ban đầu chỉ nhằm khắc phục khe hở khi ăn khớp và đảm bảo cho đai tiếp xúc tốt với bánh đai.
Nó chỉ cần lớn hơn lực căng do lực ly tâm sinh ra:
2
o v m
F =(1,1 1, 3)F÷ =(1,1 1, 3)q bv÷ (3.35) Lực tác dụng lên trục (khi vận tốc không lớn v < 20 m/s) có thể tính theo công thức:
r t
F =(1, 0 1, 2)F÷ (3.36)
Bảng 3.32. Các thông số của bánh đai răng
Thông số Kí hiệu Công thức tính
Môđun ăn khớp (mm) m m=p /π
Số răng z
Đường kính đỉnh răng (mm) da da1( 2) =mz1( 2)− δ2 Đường kính đáy răng (mm) df df 1( 2) =da1( 2)−1, 8m Chiều cao răng (mm) h h=0, 9m
Đường kính vòng chia (mm) d d1( 2)=mz1( 2)
Chiều dài răng (mm) B B= +b m với b – chiều rộng đai (xem bảng 3.27) Kích thước của prôfin rãnh Kí hiệu Môđun m (mm)
1 1,5 2 3 4 5 7 10
Chiều rộng nhỏ nhất của
rãnh (mm) s 1,0 1,5 1,8 3,2 4,0 4,8 7,5 11,5
Chiều sâu rãnh (mm) h 1,3 1,8 2,2 3,0 4,0 5,0 8,5 12,5 Góc prôfin rãnh (độ) γ 50 50 50 40 40 40 40 40 Bán kính góc lượn (mm) r1 0,3 0,4 0,5 0,7 1,0 1,5 2,5 3,0 r2 0,3 0,4 0,5 1,0 1,3 2,0 3,0 3,5
Ví dụ 1: Thiết kế bộ truyền đai để truyền từ động cơ đến hộp giảm tốc như hình a của ví dụ 1 chương 2 với số liệu sau: P1 = 6,82 kW, tốc độ quay n1 = 1460 v/ph, tỉ số truyền u = 2. Tải trọng tĩnh, làm việc 2 ca, đai được định kỳ điều chỉnh lực căng. Tính cho 2 trường hợp:
A. Bộ truyền đai thang thường.
B. Bộ truyền đai nhiều chêm.