Chi tieát maùy Chương V CHƯƠNG 5 BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 5.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 5.1.1. Định nghĩa - Bộ truyền bánh răng thực hiện truyền chuyển động giữa hai trục với tỷ số truyền xác định nhờ vào sự ăn khớp của các răng trên bánh răng. - Có thể truyền chuyển động giữa các trục song song, cắt nhau, chéo nhau hay biến đổi chuyển động quay thành tịnh tiến. 5.1.2. Phân loại + Theo sự phân bố giữa các trục Truyền động giữa các trục song song: bánh răng trụ. - Truyền động giữa các trục cắt nhau: bánh răng côn. - Truyền động giữa hai trục chéo nhau: bánh răng côn xoắn, trụ xoắn. + Theo sự phân bố giữa các răng trên bánh răng. - Bộ truyền ăn khớp ngoài. - Bộ truyền ăn khớp trong. 50 Chi tieát maùy Chương V + Theo phương của răng so với đường sinh. - Răng thẳng. - Răng nghiêng. - Răng cong. - Răng chữ V. - Răng xoắn. + Theo biên dạng răng. - Truyền động bánh răng thân khai. - Truyền động bánh răng Xicloit. - Truyền động bánh răng Nôvicov. VD: hình ảnh về việc sử dụng bánh răng trong hộp giảm tốc Trong chương trình, chúng ta chỉ khảo sát bánh răng thân khai 5.1.3. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng. Ưu điểm 51 Chi tieát maùy Chương V - Kích thước nhỏ, khả năng tải lớn. - Tỉ số truyền không đổi do không có hiện tượng trượt trơn. - Hiệu suất cao (0.97-0.99). - Làm việc với vận tốc lớn, công suất cao. - Tuổi thọ cao. Nhược điểm - Chế tạo phức tạp. - Đòi hỏi độ chính xác cao. - Ồn khi vận tốc lớn. 5.1.4. Các phương pháp chế tạo bánh răng thân khai. + Chép hình: biên dạng thân khai được tạo ra nhờ chép đúng hình dạng lưỡi cắt. Kiểu dao có thể là dao phay ngón hoặc dao phay đĩa. + Bao hình: biên dạng thân khai hình thành bởi một họ đường cong bao hình. Khi đường bị bao là đường thân khai, người ta dung một bánh ra thứ 2 gọi là bánh răng sinh. Khi đường bị bao là đường thẳng, người ta dùng một thanh răng hình thang gọi là thanh răng sinh. Thiết bị gia công bánh răng thường là máy xọc răng và máy phay lăn răng: 5.2. THÔNG SỐ HÌNH HỌC VÀ ĐẶC ĐIỂM ĂN KHỚP 52 Chi tieát maùy Chương V 5.2.1 Thông số hình học của bành răng thẳng: + Hình trụ d trong chuyển động tương đối của thanh răng với bánh răng gọi là hình trụ chia, vòng tròn d gọi là vòng tròn chia. + Đại lượng π = p m gọi là mođun, trong đó p được gọi là bước răng trên mặt trụ chia. Giá trị m được tiêu chuẩn hoá . o 1 d a1 d 1 α 1w h f h a h P1 d f1 d b1 P2 d f2 α 2w d b2 d a2 a w + Đường thẳng tiếp xúc chung giữa hai vòng cơ sở P 1 P 2 gọi là đường ăn khớp. + Góc α w tạo bởi đường P 1 P 2 và đường vuông góc O 1 O 2 gọi là góc ăn khớp và được tiêu chuẩn hoá: 14,5 0 , 20 0 , 25 0 , 30 0 . thông thường bánh răng sử dụng α w = 20 0. + Đường kính d 1 , d 2 được gọi là đường kính vòng chia. 11 mzd = ; 22 mzd = + Hình trụ có đường kính d w1 , d w2 được gọi là hình trụ lăn. d w1 , d w2 được gọi là đường kính vòng lăn. Điểm tiếp xúc giữa hai vòng tròn này gọi là điểm ăn khớp (bánh răng không dịch chỉnh thì vòng lăn trung vòng chia). + Đường kính vòng đỉnh: m2dh2dd 1a11a +=+= m2dh2dd 2a22a +=+= + Đường kính vòng đáy. m5,2dh2dd 1f11f −=−= m5,2dh2dd 2f22f −=−= + Đường kính vòng cơ sở: (là đường kính vòng tròn tạo nên đường thân khia biên dạng răng). w1w1b cosdd α= ; w2w2b cosdd α= + Tỉ số truyền: 53 Chi tieát maùy Chương V 1 2 2 1 z z n n u == (5.1) Tỉ số truyền đựơc cho theo dãy tiêu chuẩn sau: Dã y 1 1 1.25 1.6 2 2.5 3.15 4 5 6.3 8 Dã y 2 1.12 1.4 1. 8 2.24 2. 8 3.55 4.5 5.6 7.1 9 5.2.2. Thông số hình học của bánh răng nghiêng + Góc nghiêng của răng so với đường sinh mặt trụ: gọi là góc nghiêng của bánh răng β. + Bước ngang p t và modun ngang m t là bước và modun trong tiết diện vuông góc với trục. + Bước pháp p n vào modun pháp m n là bước và modun đo trong tiết diện vuông góc với mặt răng. β= cospp tn (5.2) β= cosmm tn (5.3) đối với bánh răng trụ răng nghiêng thì giá trị mn được tiêu chuẩn hoá. + Góc biên dạng răng α t đo trong mặt mút: β α =α cos tg tg n t (5.4) α n : góc biên dạng răng của thanh răng sinh 5.2.3. Thông số hình học của bánh răng nghiêng a. Dịch chỉnh đều. Tổng hệ số dịch chỉnh trong bánh răng 1 và 2 bằng không. 0xx;0x,0x 2121 =+<> khi đó bánh răng nhỏ dịch dao dương và bành răng lớn dịch dao âm nên chiều dày răng bánh nhỏ tăng và chiều dày răng bánh lớn giảm nhưng tổng chiều dày không đổi và bằng p. Do đó khoảng cách trục và góc ăn khớp khong đổi. α=α+=+= w2w1w21 ;2/)dd(2/)dd(a b. Dịch chỉnh góc 54 Chi tieát maùy Chương V Tổng hệ số dịch chỉnh ≠0 và thông thường x 1 , x 2 đều > 0. Khi đó bề dày răng bánh răng nhỏ và lớn trên vòng chia > p/2 và rãnh <p/2. Như vậy, các vòng chia không tiếp xúc nhau và bánh răng ăn khớp theo vòng lăn. α>α+>+= w212w1w ;2/)dd(2/)dd(a dịch chỉnh làm tăng độ bền uốn của răng, tăng góc ăn khớp nên tăng độ bền tiếp xúc. Tuy nhiên, làm nhọn răng và giảm hệ số trùng khớp. 5.3. PHÂN TÍCH LỰC TÁC DỤNG Khi tính toán có thể xem như lực ma sát sinh ra trên bề mặt răng không đáng kể. 5.3.1. Bánh răng trụ răng thẳng + Lực vòng: 2t1w11t Fd/T2F == (5.7) + Lực hướng tâm: 2rw2t1r FtgFF =α= (5.8) + Lực pháp tuyến: w1t2n1n cos/FFF α== (5.9) 5.3.2. Bánh răng trụ răng nghiêng: + Lực vòng: 2t1w11t Fd/T2F == + Lực hướng tâm: 2rww1t1r Fcos/tgFF =βα= (5.10) + Lực dọc trục: 2aw1t1a FtgFF =β= (5.11) + Lực pháp tuyến: wnw1t2n1n coscos/FFF βα== (5.12) α nw : góc ăn khớp trong mặt phẳng pháp 55 Chi tieát maùy Chương V 1 2 1 F a1 Ft F a1 2 F a2 Fr 2 Ft 1 Ft F a1 2 F a2 1 Ft 2 Fr 2 F a1 Lưu ý • Chiều lực vòng F t trên bánh dẫn luôn ngược chiều quay, trên bánh bị dẫn cùng chiều quay. • Phương lực dọc trục phụ thuộc vào chiều nghiêng răng và chiều quay: F t F a ω F t F a ω F t F a ω F t F a ω Lực tác dụng lên bánh răng dẫn răng trụ • Chiều F r luôn hướng vào tâm. 5.4.TẢI TRONG TÍNH Việc tính toán bánh răng bắt đầu từ việc xác định tải trọng tính, giá trị này xác định theo cônbg thức. KFF dntt = (5.13) Fdn – Tải trọng danh nghĩa: 1 1 3 1tdn d T10.2 FF == K – Hệ số tải trọng tính. + Nếu tính theo độ bền tiếp xúc: βα = HHHvH KKKK (5.14) KHv, KH α , KH β lần lượt là hệ số tải trọng động, hệ số phân bố tải trọng giữa các răng, hệ số tập trung tải trọng khi tính độ bền tiếp xúc. + Nếu tính theo độ bền uốn: βα = FFFvF KKKK (5.15) 56 Chi tieát maùy Chương V KFv, KF α , KF β lần lượt là hệ số tải trọng động, hệ số phân bố tải trọng giữa các răng, hệ số tập trung tải trọng khi tính độ bền uốn. * Khi tính toán bánh răng thẳng 1KK FF == βα 5.4.1. Hệ số tập trung tải trọng K β : 5.4.2. Hệ số tải trong động KV 5.4.3.Hệ số xét đến sự phân bố tải trọng không đều giữa các răng K α Các hệ số này có thể tra bảng khi tiến hành tính toán. SV tự đọc thêm trong tài liệu tham khảo. 5.5. HIỆU SUẤT BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG  Hiệu suất của bộ truyền bánh răng: 1 r 1 2 P P 1 P P −==η (5.16) P 1 ,P 2 – Công suất trên trục dẫn và bị dẫn. Pr – công suất mát mát trong bộ truyền. dosr PPPP ++= (5.17) Ps – công suất mát mát do ma sát trong mối ăn khớp. P 0 – công suất mất mát trong ổ. Pd – công suất mất mát do khuấy dầu. Gọi ψ s = Ps / P 1 : hệ số mất mát công suất do ăn khớp. ψ o = Po / P 1 : hệ số mất mát công suất trong ổ. ψ d = Pd / P 1 : hệ số mất mát công suất do khuấy dầu. )(1 dos ψ+ψ+ψ−=η (5.18) Mất mát công suất do ma sát trong mối ăn khớp là mất mát chủ yếu. Đối với các bộ truyền không dịch chỉnh: ) z 1 z 1 (f3,2 21 s ±=ψ (5.19) f – hệ số ma sát = 0.06 ÷ 0.1; dấu (+) cho bộ truyền ăn khớp ngoài và ngược lại.  Do mất mát công suất từng phần khá phức tạp, do đó trong thực tế ta chỉ đo mất mát tổng trong bộ truyền. Có thể lấy giá trị hiệu suất theo bảng (5.6)[1]  Mất mát công suất sinh ra nhiệt làm giảm khả năng làm việc của dầu bôi trơn, trong một số trường hợp gây dính răng, giảm độ bền mỏi cặp bánh răng. 57 Chi tieát maùy Chương V Do đó, trong một số bộ truyền hiệu suất thấp ta phải tính toán nhiệt, trong hộp giảm tốc phải làm nút thông hơi để giảm áp suất do nhiệt. 5.6. CÁC DẠNG HỎNG VÀ CHỈ TIÊU TÍNH  Như đã giới thiệu trên, tại vị trí ăn khớp ngoài lực pháp tuyến F n còn lực ma sát F s = f.F n do bề mặt răng trượt lên nhau → răng chịu trạng thái ứng suất phức tạp: ứng suất tiếp xúc σ H , ứng suất uốn σ F.  Ứng suất tiếp và uốn không cố định mà thay đổi theo chu kỳ mạch động gián đoạn và đó cũng chính là nguyên nhân gây nên hỏng răng do mỏi: gãy răng do uốn, tróc rỗ, mòn, dính do tiếp xúc. • Gãy răng: do ứng suất uốn thường xảy ra ở chân răng nơi có ứng suất uốn sinh ra lớn nhất. Để tránh gãy răng người ta ta modun răng, kiểm nghiệm quá tải, tăng bền vật liệu. Khi thiết kế chúng ta tính toán răng theo độ bền uốn. • Tróc vì mỏi bề mặt răng: do ứng suất tiếp xúc và ma sát trên bề mặt răng gây nên. Thường xảy ra trong bộ truyền kín được bôi trơn tốt do áp suất dầu trong các vết nứt tế vi trên mặt răng khi ăn khớp bị bịt kín miệng, các vết nứt phát triển thành tróc. Đối với bộ truyền có độ rắn thấp, tróc chỉ chỉ xảy ra trong một thời gian ngắn (tróc nhất thời). Đối với bộ truyền có độ rắn cao thì các vết nứt liên tục phát triển gọi là tróc lan. Để tránh tróc bề mặt ta tiến hành tính toán theo độ bền tiếp xúc. • Mòn răng: thường xảy ra trên các bộ truyền hở bôi trơn không tốt, làm việc trong môi trường có hạt mài. Sự mòn răng dẫn đến gây nên tải trọng động, tăng ứng suất uốn và cuối cùng là gãy răng. Để giảm mòn, có thể tăng độ cứng bề mặt răng, hạn chế hạt mài, hoặc dùng chất bôi trơn có độ nhớt cao. 58 Chi tieát maùy Chương V • Dính răng: xảy ra trong các bộ truyền chịu tải trọng lớn làm việc với vận tốc cao và khi màng dầu bôi trơn bị phá vỡ do nhiệt hoặc do ứng suất tiếp xúc có giá trị lớn. Khi đó, hai bề mặt răng trực tiếp tiếp trượt lên nhau làm cho kim loại trên bề mặt răng này bám vào bề mặt răng kia. • Biến dạng dẽo bề mặt răng: xảy ra trên bộ truyền chế tạo từ thép mềm chịu tải trọng lớn và vận tốc thấp. • Bong bề mặt răng: xảy ra trên bộ truyền được tăng bề bề mặt Trong các dạng hỏng trên, ta tiến hành tính toán như sau:Bộ truyền được bôi trơn tốt: như hộp giảm tốc thì tính toán theo độ bền tiếp xúc, tiến hành kiểm nghiệm theo ứng suất tiếp và ứng suất uốn. - Bộ truyền hở bôi trơn không tốt: tính toán theo độ bền uốn và chỉ kiểm tra theo ứng suất uốn. - Các dạng hỏng còn lại chưa có phương pháp tính, tuy nhiên khi tính toán theo độ bền tiếp xúc thì phần nào đã ngăn ngừa được. 5.7. TÍNH BỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG THẲNG 5.7.1. Tính bền răng theo ứng suất tiếp xúc  Chỉ tiêu bền theo công thức: ][ HH σ≤σ (5.25)  Ứng suất tính toán σ H được xác định theo công thức: ρ =σ 2 q Z n MH (5.26) Trong đó: + Z M - hệ số xét đến cơ tính của vật liệu, được xác định theo công thức: )]1(E)1(E[ EE2 Z 2 21 2 12 21 M µ−+µ−π = (5.27) E 1 , E 2 , µ 1 , µ 2 : lần lượt là môđun đàn hồi và hệ số poisson của vật liệu chế tạo bánh răng dẫn và bị dẫn. 59 [...]... 61 Chng V Chi tieỏt maựy ba = bw Giỏ tr ba cho theo dóy tiờu chun: aw 0,1; 0,1 25; 0,16; 0,2; 0, 25; 0,3 15; 0,4; 0 ,5; 0,63 bd = ba (u 1) 2 Giỏ tr ny chn theo bng (5. 7)[1] Giỏ tr khong cỏch trc aw cho chun ): Dó 10 40 50 63 80 y1 0 Dó 14 18 28 2 25 355 y2 0 0 0 theo tiờu chun (i vi hp gim tc tiờu 1 25 16 0 20 0 25 0 400 45 0 T giỏ tr khong cỏch trc tỡm c, ta tớnh modun v l trũn theo dóy tiờu chun vi... KHv h s ti trng tớnh 0, 85 h s kinh nghim xột n kh nng gim ti ZM, ZH, Z - Cỏc h s tớnh toỏn tng t nh bỏnh rng tr ng kớnh vũng chia trung bỡnh d m1 = 773 (5. 81) ng kớnh vũng chia ngoi d e1 = 953 T1K H u 2 + 1 0, 85 bd [ H ]2 u T1K H 0, 85( 1 0 ,5 be ) 2 be [H ]2 u (5. 82) Chiu di cụn ngoi R e = 47 ,5 u 2 + 1 3 T1K H 0, 85( 1 0 ,5 be ) 2 be [ H ]2 u (5. 83) T giỏ tr de1, tra bng (5. 10)[1] tớnh z1p Tu vo... H2 350 HB v H2 350 HB z1 = z1p Sau ú tớnh me theo cụng thc (6 .52 ), ly me theo giỏ tr tiờu chun v tớnh cỏc kớch thc hỡnh hc cũn li 5. 9.3.3 Tớnh bn bỏnh rng cụn theo bn un F = YF Ft K F [ F ] 0,85b w m m (5. 84) K F = K Fv K F - H s ti tor5ng tớnh YF -h s dng rng mm modun chia trung bỡnh vi Ft = 2T1 / d m1 b = m e bm d m1 = d e1 (1 0 ,5 be... trờn bỏnh dn Ft1 = (5. 68) Fn1 = Ft1 ; F'r1 = Ft1tg cos (5. 69) Fr1 = F'r1 cos 1 = Ft1tg cos 1 2T1 d m1 (5. 70) Fa1 = F'r1 sin 1 = Ft1tg sin 1 Trờn bỏnh b dn, lc tỏc dng cú hng ngc li: (5. 71) Fa 2 = Fr1 Fr 2 = Fa1 Ft1 = Ft 2 b Ti trng tớnh H s KH v KF xỏc nh theo cụng thc (6. 15) v (6. 15) vi 67 Chng V Chi tieỏt maựy KH = KF = 1 H s KHv v KFv tra bng (5. 8)[1] H s KH tra bng (5. 9)[1] 5. 9.3 Tớnh bn b truyn... cos 2 (5. 75) 5. 9.3.2 Tớnh bn rng theo bn tip xỳc Bỏn kớnh cong tng ng 1 1 1 = + = 1 2 cos 2 ) u d m1 sin 2(cos 1 + (5. 76) Vi cos 2 = cos 1 = 1 2 tg 2 + 1 1 tg 21 + 1 1 2 = d m1 sin = = 1 u2 +1 u (5. 77) u2 +1 u2 +1 u (5. 78) 68 Chng V Chi tieỏt maựy Cng ti trng qn = q max + q min FK = t H 2 b w cos (5. 79) Kim nghim ng sut tip xỳc H = Z H Z M Z 2T1K H u 2 + 1 0,85d 2 1bu m (5. 80) KH =... d e 2 = m e z 2 (5. 61) me modun trờn mt mỳt ln - ng kớnh vũng chia trung bỡnh: d m1 = m m z1; d m 2 = m m z 2 (5. 62) mm mudun trờn vũng trung bỡnh 66 Chng V Chi tieỏt maựy - T s truyn u: d d z u = 1 = e2 = m2 = 2 2 d e1 d m1 z1 (5. 63) - Chiu di cụn ngoi Re v chiu di cụn trung bỡnh Rm: d e1 2 Re = = 0,5m e z1 + z 2 (5. 66) 2 2 sin 1 Rm = d m1 2 = 0,5m m z1 + z 2 2 2 sin 1 (6.67) 5. 9.2 Phõn tớch lc... rng mm modun chia trung bỡnh vi Ft = 2T1 / d m1 b = m e bm d m1 = d e1 (1 0 ,5 be ) = m e z1 (1 0 ,5 be ) Ta cú cụngthc dựng tớnh toỏn thit k: me = 3 2T1K F YF 2 0, 85 bm z1 [F ](1 0 ,5 be ) (5. 85) 69 Chng V Chi tieỏt maựy Giỏ tr bm nờn chn trong khong z1 z1 bm 5 sin 1 7 sin 2 Chn me theo tiờu chun 5. 10 TRèNH T THIT K B TRUYN BNH RNG Chn vt liu, phng phỏp nhit liu, tra c tớnh vt liu Xỏc nh ng sut... 0,092z 2 z z - h s dng rng Modun rng mn = 3 2T1K FYF Y Y (5. 59) z1 bm [ F ] 5. 9 B TRUYN BNH RNG CễN THNG 5. 9.1 Gii thiu - Dựng truyn gia hai trc vuụng gúc nhau - Vn tc . tieát maùy Chương V CHƯƠNG 5 BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 5. 1. ĐẠI CƯƠNG VỀ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 5. 1.1. Định nghĩa - Bộ truyền bánh răng thực hiện truyền chuyển động giữa hai trục với tỷ số truyền xác. bánh răng trụ. - Truyền động giữa các trục cắt nhau: bánh răng côn. - Truyền động giữa hai trục chéo nhau: bánh răng côn xoắn, trụ xoắn. + Theo sự phân bố giữa các răng trên bánh răng. - Bộ truyền. ngoài. - Bộ truyền ăn khớp trong. 50 Chi tieát maùy Chương V + Theo phương của răng so với đường sinh. - Răng thẳng. - Răng nghiêng. - Răng cong. - Răng chữ V. - Răng xoắn. + Theo biên dạng răng. - Truyền