7.3.1. Bộ truyền đai a.Cơ cấu đai truyền
- Truyền động đai làm việc dựa trên nguyên tắc nhờ vào lực ma sát giữa
đai với các bánh đai mà truyền chuyển động và cơ năng từ bánh đai dẫn 1 tới bánh đai bị dẫn 2. Vì đai là một khâu mềm sau thời gian làm việc bị dãn vì thế cần có bịên pháp căng đai để khắc phục.
bd l
M
c
21
2
b h
Hình 12-7: Sơ đồ bộ truyền đai: 1-Bánh dẫn; 2-Bánh bị dẫn; 3-Đai
H×nh 12-8
- Tỷ số truyền: Tỷ số truyền động đai có hai dạng tr- ợt.
Tr- ợt trơn sảy ra khi bộ truyền làm việc quá tải.
Tr- ợt đàn hồi xảy ra do sự đàn hồi của đai.
1(1 )
2 2
1
D
D n
i n
Trong đó:
n1,n2- là số vòng quay trong một phút của bánh dẫn và bánh bị dẫn.
D1,D2- là đ- ờng kính bánh dẫn và bị dẫn là hệ số tr- ợt đàn hồi.
0,010,02 trong phép tính gần đúng có thể bỏ qua hệ số tr- ợt.
1 2 2 1
D D n i n
Thông th- ờng với đai dẹt i5 đai thang i10. b, Ph©n loại ®ai
Đai phẳng (đai dẹt) có tiết diện ngang là hình chữ nhật.
Đai thang (có tiết diện ngang là hình thang).
Đai tròn (có tiết diện ngang là hình tròn).
Đai hình l- ợc: Thực chất là gồm nhiều đai thang kết hợp lại.
Đai răng là loại đai có răng.
H×nh 12-9 c, Ưu nh- ợc điểm và phạm vi ứng dụng - ¦u ®iÓm
Kết cấu đơn giản dễ chế tạo giá thành rẻ.
Truyền động mềm dẻo, giảm đ- ợc xung động khi tải trọng va đập.
Vận hành êm không có tiếng ồn.
Có sự tr- ợt giữa đai với bánh đai nên khi quá tải đột ngột cũng không làm hỏng các chi tiết của bộ truyền.
Đối với bộ truyền tốc độ chậm và tốc độ trung bình thì độ chính xác lắp giáp không cao.
Có thể truyền chuyển động giữa các trục xa nhau giữa các trục bố trí thích hợp trong không gian.
- Nh- ợc điểm
Kích th- ớc không gian nhỏ gọn nhất là khi truyền công suât lớn.
Do có tr- ợt đai lên không đảm bảo độ chính xác về tỷ số truyền.
Do có lực căng đai ban đầu nên áp lực lên trục và gối đỡ tăng lên so với chuyển động bánh răng.
Không sử dụng đ- ợc những nơi kém an toàn do tính nhiễm điện của
®ai.
Khi bị dầu khoáng dính vào thì giảm khả năng làm vịêc và tuổi thọ.
- Phạm vi ứng dụng
Công suất truyền có thể đạt tới 2000 mã lực (Đặc biệt tới 3000 mã
lùc).
Tốc độ đai có thể đạt tới 30m/s đối với tốc độ truyền trung bình; 50
60m/s đối với tốc độ truyền động cao và100120m/s với tốc độ truyền siêu cao.
Tỷ số truyền cao nên đ- ợc dùng nhiều trong dẫn rộng quạt gió, bơm n- ớc, máy phát điện, trục cam của động cơ đốt trong dẫn động máy say sát, máy nông nghiệp nhỏ và vừa.
7.3.2. Bộ truyền bánh ma sát
7.3.3. Bộ truyền xích 1. Khái niệm
Cơ cấu xích dùng để truyền chuyển động quay giữa các trục cách xa nhau (có thể đến 8m) nhờ sự ăn khớp của các mắt xích với răng của đĩa xích.
Hình (15-14) là lược đồ cơ cấu xích gồm khâu dẫn có đĩa xích 1 với số răng Z1
lắp cố định trên trục I, khâu bị dẫn có đĩa xích 2 với số răng Z2 lắp cố định trên trục II, khâu trung gian là một chuỗi mắt xích nối với nhau bằng khớp bản lề, khâu còn lại là giá.
Ngoài ra còn có thể lắp thêm các thiết bị phụ như thiết bị căng xích, thiết bị
bôi trơn, hộp che xích.
Đôi khi người ta còn dùng một xích để truyền động từ đĩa dẫn sang nhiều đĩa bị dẫn.
Xích thường được chia làm ba loại :
- Xích trục (hình 15 - 15a) làm việc với vận tốc thấp dưới 0,25m/s và tải trọng lớn, dùng ở các palăng.
- Xích kéo (hình 15 - 15b) làm việc với vận tốc không quá 2m/s dùng để vận chuyển các vật nặng trong các máy trục, băng tải, thang máy và các máy vận chuyển khác.
Z 2
2
3 1 Z 1
H×nh 15-14
- Xích truyền động làm việc với vận tốc cao để truyền cơ năng từ trục này sang trục khác gồm : xích ống (hình 15 - 15c), xích ống con lăn (hình 15 - 15d), xích răng (hình 15 - 15e), xích định hình (15 - 15g).
2. Tỷ số truyền
Công thức tính tỷ số truyền của xích giống như công thức tính tỷ số truyền của bánh răng.
i12 = n1
. Z2
(15 - 7)
n2 Z1
Trong đó n1, n2 là số vòng quay trong một phút của đĩa dẫn và đĩa bị dẫn. Z1, Z2là số răng của đĩa dẫn và đĩa bị dẫn. (Ta thấy đĩa nào có số răng ít đĩa ấy sẽ quay nhanh hơn).
Tỷ số truyền hạn chế bởi khuôn khổ kích thước của bộ truyền, thông thường i < 8.
Cần chú ý rằng, vận tốc của đĩa xích càng tăng thì đĩa xích càng chóng mòn, tải trọng động càng lớn và xích làm việc càng ồn. Vì vậy thường lấy vận tốc xích không quá 15m/s, mặt khác số răng đĩa xích càng ít xích càng chóng mòn, va đập của xích không quá 15m/s, mặt khác số răng đĩa xích càng ít xích càng chóng mòn, va đập của xích vào đĩa càng tăng, xích làm việc càng ồn.
3. Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng
Cơ cấu xích chủ yếu dùng trong các trường hợp :
Các trục có khoảng cách trung bình, nếu dùng truyền động bánh răng thì phải thêm nhiều bánh răng trung gian không cần thiết.
Yêu cầu kích thước nhỏ gọn, làm việc không trượt (dùng đai không thoả mãn yêu cầu này).
a/
b/
c/
d/
e/
g/
H×nh 15-15
Cơ cấu xích được dùng nhiều trong các máy vận chuyển (xe đạp, xe máy) và các máy nông nghiệp v.v...
Truyền động bằng xích có ưu điểm là :
- Có thể truyền động giữa hai trục cách xa nhau (đến 8m).
- Khuôn khổ kích thước nhỏ gọn hơn so với bộ truyền đai.
- Hiệu suất cao, có thể đạt tới 98% nếu được chăm sóc bôi trơn tốt và sử dụng hết khả năng tải.
- Lực tác dụng lên trục nhỏ hơn so với truyền động đai.
- Có thể cùng một lúc truyền động cho nhiều trục.
Tuy nhiên truyền động bằng xích có những nhược điểm sau :
- Đòi hỏi chế tạo và lắp ráp chính xác hơn so với bộ truyền bằng đai, chăm sóc phức tạp.
- Chóng mòn, nhất là khi bôi trơn không tốt và làm việc ở nơi nhiều bụi.
- Vận tốc tức thời của đĩa và xích không ổn định, nhất là khi số răng của đĩa xích ít.
- Có tiếng ồn khi làm việc.
- Giá thành cao
Trong quá trình làm việc cơ cấu xích thường gặp những hư hỏng sau : - Xích và đĩa xích bị mòn, làm bước xích tăng lên, xích ăn khớp với răng đĩa ở gần đỉnh răng nên dễ làm cho xích trượt khỏi đĩa xích. Đôi lúc má quá mòn làm gẫy hoặc đứt xích hoặc đĩa xích quá mòn làm mất khả năng truyền động của xích.
- Khi lắp hai đĩa xích không cùng nằm trên một mặt phẳng sẽ làm cho xích bị vặn hoặc lắp quá căng gây tải trọng phụ hoặc quá chùng gây va đập khi vận tốc lớn.
- Để tránh các hư hỏng trên, cần phải thực hiện chế độ bảo quản sử dụng cơ cấu xích hợp lý. Chủ yếu đảm bảo bôi trơn tốt không để cát bụi bám vào làm cho xích và đĩa xích nhanh mòn. Không để rơi vật cứng vào chỗ ăn khớp, phải che chắn với các xích truyền động có tốc độ lớn, tải trọng nặng để đảm bảo an toàn.
Cơ cấu biến đổi chuyển động
7.3.4. Bộ truyền bánh răng 1 Khái niệm
Cơ cấu bánh răng dùng để truyền chuyển động quay giữa cáctrục theo một tỷ số truyền nhất định nhờ sự ăn khớp giữa hai khâu có răng gọi là bánh răng.
Hình 15-1 giới thiệu lược đồ cấu tạo cơ cấu bánh răng, trong đó bánh dẫn I (bánh chủ động) có tốc độ góc là 1 truyền động cho bánh răng bị dẫn II (bánh bị động) có vận tốc góc 2.
O1O2là khoảng cách giữa hai trục quy ký hiệu là A gọi là khoảng cách trục.
Theo vị trí giữa hai trục có cơ cấu bánh răng phẳng và cơ cấu bánh răng không gian.
Loại cơ cấu bánh răng phẳng dùng để truyền chuyển động quay giữa hai trục songsong gồm :
Bánh răng trụ răng thẳng có đường răng là đường thẳng song song với trục (hình 15-2a).
Bánh răng trụ răng nghiêng có đường răng nghiêng với trục một góc (hình 15-2b).
Bánh răng trụ răng chữ V có đường răng là hai đường nghiêng với trục nhưng đối chiếu nhau (hình 15-2c).
Nếu dùng bộ truyền bánh răng ăn khớp ngoài (hình 15-1) thì trục bị dẫn quay ngược chiều với trục dẫn. Nếu dùng bộ truyền ăn khớp trong (hình 15- 3) thì trục dẫn và trục bị dẫn sẽ quay cùng chiều nhau.
Trong một bánh răng phẳng (hình 15-4), mỗi khoảng trống giữa hai răng gọi là rãnh răng. Hai cạnh bên của mỗi răng là hai đường cong gọi là biên dạng răng (thường là đường thân khai). Chiều cao của răng được giới hạn bởi vòng đỉnh răng có bán kính ký hiệu re và chiều sâu răng được giới hạn bởi vòng chân răng có bán kính ký hiệu là ri.
Vòng tròn trên có chiều dày răng bằng chiều rộng rãnh răng được gọi là vòng chia, có bán kính r0. Lược đồ bánh răng được vẽ bằng vòng chia này.
Cung giữa hai biên dạng cùng phía của hai răng kề nhau gọi là bước răng tx; Sxlà chiều dày răng; wxlà chiều rộng rãnh răng.
Vật liệu làm bánh răng yêu cầu bề mặt răng phải cứng để chống mài mòn, nhưng phần lõi của răng và phần thân bánh răng phải dẻo để chống uốn và va chạm. Vì vậy phần lớn bánh răng truyền động kín (ở hộp số, hộp giảm tốc v.v...) được chế tạo bằng thép và tôi mặt ngoài, bánh răng truyền động hở (ở các tời chẳng hạn) chế tạo bằng gang xám.
Để giảm bớt lực ma sát khi ăn khớp phải dùng dầu mỡ bôi trơn trên các mặt răng. Trong các hộp số xe ô tô, máy kéo, máy nông nghiệp thường dùng các dầu bôi trơn như dầu AK10, AK15, dầu công nghiệp v.v...
Loại cơ cấu bánh răng không gian dùng để truyền chuyển động quay giữa hai trục chéo nhau (thường vuông góc với nhau) người ta dùng bánh răng côn. Loại này cũng có dạng răng thẳng, răng cong hoặc răng nghiêng.
Hình 15-5 là lược đồ cặp bánh răng côn răng thẳng (a), răng nghiêng (b) và răng cong (c).
A
O 2
O 1
Z 2
Z1
H×nh 15-1
H×nh 15-2
H×nh 15-3
O 1
O 2
Z 1 Z 2
I
II I
II
Trên ô tô, máy kéo, máy nông nghiệp ta gặp cặp bánh răng côn ở đầu chủ động, nó có tác dụng biến chuyển động quay dọc thành chuyển động quay ngang truyền đến hai bánh xe làm cho xe chuyển động.
2. Tỷ số truyền
Tỷ số tốc độ góc giữa trục dẫn và trục bị dẫn của một cặp bánh răng được gọi là tỷ số truyền.
i12 = 1
= n1
= Z2
2 n2 Z1
Trong đó i12 là tỷ số truyền giữa trục dẫn I và trục bị dẫn II.
n1, n2 là số vòng quay trong một phút của bánh răng 1 và bánh răng 2.
1 , 2 là vận tốc góc của bánh răng 1 và bánh răng 2.
Z1, Z2là số răng của bánh răng 1 và bánh răng 2. Công thức lấy dấu (+) khi ăn khớp trong, lấy dấu (-) khi ăn khớp ngoài (quay ngược chiều). Quy ước lấy dấu này chỉ dùng cho các cặp bánh răng hình trụ.
Ta thấy muốn giảm được vận tốc thì số răng Z2 phải lớn hơn Z1 tức tỷ số truyền i > 1.
S x W x
t x
r1 r2
O H×nh 15-4
Truyền động của một cặp bánh răng chỉ đạt được một tỷ số truyền nhất định và tỷ số truyền đó không thể quá lớn, vì vậy trong hộp giảm tốc thường dùng liên tiếp nhiều cặp bánh răng.
Hệ bánh răng có hai loại là hệ bánh răng thường và hệ bánh răng vi sai.
1. Tỷ số truyền của hệ bánh răng thường
Hệbánh răng thường là hệ tất cả các bánh răng đều quay quanh các trục cố định.
Hình 15-6 là sơ đồ một hộp giảm tốc bánh răng thường gồm ba cặp bánh răng (Z1, Z2), (Z’2, Z3), (Z’3, Z4) truyền động từ trục chủ động I (trục vào) đến trục bị dẫn IV (trục ra), qua các trục trung gian II và III.
Tỷ số truyền của hộp giảm tốc là tỷ số vận tốc góc giữa trục I và trục IV.
O 2
I
a/ b/ c/
I I I
a/ b/ c/
H×nh 15-5
Z 1 Z 2
Z’ 2
Z’ 3
Z 3 Z4
I II III IV
H×nh 15-6
i14 = 1 = n1
4 n4
Trong đó tỷ số truyền của từng cặp bánh răng là :
i12=
1
=- Z2
; i23 =
2
= - Z3
; i34 =
3
= - Z4
2 Z1 3 Z2 4 Z’-
3
Nhân các tỷ số truyền với nhau ta có : i12= i23 . i34 = 1
. 2
. 3
= 1
= i14
2 3 4 4
Tức là :
i14= i12 . i23 . i34 = (-1)3 . Z2
. Z3
. Z4
Z1 Z’
2
Z’
3
Viết tổng quát cho các hệ bánh răng thường có số bánh răng từ 1 đến k là :
i1k= i12 . i23 . i(k-1)k (15-2) i1k= (-1)m . Z2
. Z3
.... Zk
(15-3)
Z1 Z’2 Z’k-1
Trong đó m là số cặp bánh răng ăn khớp ngoài. Nếu trong hộp có tổng số cặp bánh răng là n, số cặp bánh răng ăn khớp trong là p thì m = n - p.
m để xét chiều quay của trục ra so với trục vào.
Ví dụ 1: Cho hộp giảm tốc ba cấp hình (15 - 6). Hãy tính tỷ số truyền của hộp, tính tốc độ vòng quay của trục ra. Cho biết tốc độ trục vào n = 1450 vg/ph. Số răng của các cặp bánh răng là Z1 = 18, Z2 = 45, Z’2 = 25, Z3
= 50, Z’3 = 22, Z4 = 66.
Bài giải : áp dụng công thức (15-2) ta có : i14= n1
= (-1)3 . 45
. 50
. 66
= -15
n4 18 25 22
Dấu (-) cho biết trục ra IV quay ngược chiều trục vào I. Đồng thời trục ra quay chậm lại 15 lần so với trục vào.
n4 = n1
=
1450
= 97vg/ph
n4 15
Ở phần trước ta đã biết công thức N = F . V trong đó N là công suất của máy, F là lực kéo, V là vận tốc. Công suất N của một máy là một đại lượng cố định. Nếu tốc độ giảm thì lực kéo sẽ được tăng lên và ngược lại.
Hộp giảm tốc để tăng hoặc giảm tốc độ, cũng đồng thời giảm hoặc tăng được lực kéo cho phù hợp với tải trọng theo yêu cầu công việc. Hộp giảm tốc được dùng rất rộng rãi trong nhiều loại máy khác nhau như máy nâng, máy vận chuyển, các máy phục vụ nông nghiệp v.v...
Ví dụ 2 : Cho hệ bánh răng như hình (15-7). Biết trục dẫn 1 quay n1 = 400vg/ph.
Số răng của các bánh răng như sau :
Z1 = 24, Z2 = 40, Z’2 = 25, Z3 = 60, Z4= 32, Z’4 = 60, Z5= 30, Z’5 = 42, Z6 = 50, Z7 = 36. Tính tốc độ trục 3, 6, 7
Bài giải
* Tốc độ trục 3 : i13 = n1
= (-1)2. Z2
. Z3
n3 Z1 Z’2
i13 = 40
. 60 = 4 n3 = n1
= 400
= 100vg/ph
24 25 4 4
* Tốc độ trục 6 : i16 = (-1)4 . Z2
. Z4
. Z5
. Z6
Z1 Z2 Z’4 Z5 =
= 40
. 32
. 30
. 50
= 10
24 40 60 30 9
n6 = n1
= 400 . 9
= 360vg/ph
i16 10
* Tốc độ trục 7 :
1 2
3 4
5
6 7
Z 1
Z 2
Z 3
Z 4 Z 5
Z 6 Z 7
Z’ 4
Z’ 5
Z’2
H×nh 15-7
i14 = n1
= (-1)4 . Z2
. Z4
. Z5
. Z7
= 40
. 30
. 30
. 36
= 4
n7 Z1 Z2 Z’4 Z’5 24 40 60 42 7
n7 = n1
= 400 . 7
= 700vg/ph
i17 4
Về chiều quay cả trục 3, 6, 7 đều quay cùng chiều với trục 1.
H (15-8) là cơ cấu biến đổi chiều quay từ trục dẫn I đến trục dẫn IV nhoằ cặp bánh răng trung gian Z2, Z3 thông qua cách điều khiển càng gạt k (xoay quanh trục IV).
Khi cho Z3ăn khớp với Z1 thì: i14 = (-1)3 Z3
. Z2
. Z4
= - Z4
Z1 Z3 Z3 Z1
Tức là trục IV quay ngược chiều với trục I. Khi ta cho Z3 ăn khớp với Z1 lúc này Z2 chạy không thì :
i14 = (-1)2 Z2
. Z4
= Z4
Z1 Z3 Z1 Tức là trục IV quay cùng chiều với trục I.
Ngoài công dụng thực hiện một tỷ số truyền lớn để giảm tốc độ, hệ bánh răng còn dùng để thực hiện nhiều tỷ số truyền khác nhau nhằm đạt được
nhiều vận tốc khác nhau cho trục ra khi trục vào có vận tốc góc không đổi. Đó là hộp biến tốc hay gọi là hộp số. Hình (15-9) là sơ đồ hộp số 3 cấp tốc độ. Các bánh răng 1, 1’, 1’’ lắp cố định trên trục dẫn. Bánh răng tầng lắp di trượt được dọc trục nhờ then hoa, số răng lần lượt là Z2, Z’2, Z’3. Khoảng cách tâm của ba cặp bánh răng bằng nhau và bằng khoảng cách A giữa hai trục. Lần lượt cho bánh răng 1 ăn khớp với bánh răng 2, lúc này hai cặp kia không ăn khớp với nhau (vị trí trên hình vẽ), và tỷ số truyền là :
i12 = - Z2
Z1
Khi gạt khối bánh răng tầng di trượt về bên phải để cặp bánh răng (1’, 2’) khớp nhau hoặc gạt về bên trái để cặp bánh răng (1”, 2”) khớp nhau. Trong trường hợp thứ nhất, ta được một tỷ số truyền mới :
Z 1
Z 2 Z 3
Z4
I
II III
IV k
H×nh 15-8
1 1’
1”
2 2’ 2”
H×nh 15-9
i’12 = - Z’2 và trong trường hợp thứ hai : i’’12 = - Z”2
Z’1 Z”1
Như vậy, với hộp số trên đây, ta có thể thực hiện được ba tốc độ khác nhau ở trục ra. Hộp số được dùng phổ biến trong nhiều loại máy khác nhau.
Chú ý : Nếu trong hệ có các cặp bánh răng côn thì công thức tính tỷ số truyền vẫn tính theo số răng :
i12 = - 1
= Z2
2 Z1
Tuy nhiên về chiều quay không xác định giống như hệ bánh răng phẳng nữa. Trường hợp các trục nằm trên mặt phẳng hình vẽ, ta có thể dùng phương pháp đánh dấu như sau :
Ví dụ : Xác định chiều quay của các bánh răng trong hình (5-10) khi cho trước chiều quay của trục 1. Ta dùng dấu (+) để chỉ chiều các điểm đang đi vào, dấu (.) để chỉ chiều các điểm đang đi ra. Theo cách đánh dấu này ta lần lượt đánh dấu được chiều quay của các bánh răng khác (như hình vẽ).
Khi các trục không cùng nằm trong mặt phẳng ta có thể dùng quy ước mũi tên.
2. Tỷ số truyền hệ bánh răng vi sai
Hệ bánh răng vi sai là hệ có ít nhất một bánh răng có trục di động, các bánh răng còn lại quay trục cố định.
Hình (15-11a) là một ví dụ về hệ bánh răng vi sai. Trong đó trục O2 di động, tay quay O1O2 gọi là thanh truyền (ký hiệu là H) và có tốc độ góc H, bánh răng quay quanh trục O1là bánh răng trung tâm.
1 2
H×nh 15-10
Nếu bánh răng trung tâm được cố định (hình 15-11b), hệ vi sai trong trường hợp này được gọi là hệ bánh răng hành
tinh.
Bây giờ ta xét hệ bánh răng vi sai cho nên hình (15-11a). Nếu đứng trên thanh truyền H ta thấy chuyển động tương đối của bánh răng O1 và O2đối với thanh truyền H là chuyển động quay quanh hai trục cố định. Như vậy trong chuyển động tương đối này, tỷ số truyền của hệ bánh răng vi sai được coi như tỷ số truyền của hệ bánh răng thường, tức là :
iH12 = - Z2
Z1
Ký hiệu iH12 là tỷ số truyền i12 so với H.
Vận tốc góc của các bánh răng đối với thanh truyền H là :
1H = 1 - H, 2H = 2 - H
Như vậy : i12H = 1H
= 1 - H
= - Z2
2H 2 - H Z1
Tương tự, với hệ bánh răng hành tinh (hình 15 - 12) có bánh răng trung tâm Z3cố định. Ta cũng có :
i13H = 1 - H
= + Z2
. Z3
3 - H Z1 Z’2
= 1- 1 Vậy i13H = 1 - 1
= 1 - i1H
H H
Suy ra : i1H = 1-i13H
Viết tổng quát cho hệ bánh răng từ Z1đến Zk
ta có :
Đối với hệ vi sai : i1kH= 1 - H
= (-1)m Z2
. Z3
.... Zk
(15-4)
k - H Z1 Z’2 Z’k-1
Đối với hệ hành tinh : i1kH = 1 - i1H = (-1)m . Z2
. Z3
.... Zk
(15-5)
Z1 Z’2 Z’k-1
O 1
Z 1 H
2
1
O 1
O2
O2
H
Z 2
2
Z 2 H
Z 1
H
H
H×nh 15-11
Z’ 2
H Z 3
Z 1
Z 2
I
H×nh 15-12