Bài giảng Chi tiết máy - Chương 5: Truyền động xích

xích bao gồm xích (3) và các bánh xích dẫn (1), bị dẫn (2). Ngoài ra có thể có bộ phận căng xích, bộ phận che chắn và bộ phận bôi trơn. 2. Phân loại: Theo công dụng chung chia xích ra làm 3 nhóm: xích kéo (dùng trong băng tải, thang máy và các máy vận chuyển khác, v  2m/s); xích trục (dùng trong các pupi, tời..., v  0,25 m/s); xích truyền động (truyền cơ năng từ trục này qua trục khác, làm việc với vận tốc cao). Theo cấu tạo của xích truyền động chia ra làm 3 loại chính: xích con lăn, xích ống và xích răng. Theo số dãy xích chia ra: xích 1 dãy và xích nhiều dãy. Chương 5. Truyền động xích 5.1 Khái niệm chung 3. Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng Ưu điểm: - Có thể truyền động giữa các trục cách nhau tương đối xa (8m) - Khả năng tải và hiệu suất cao hơn bộ truyền đai, kết cấu nhỏ gọn hơn. - Lực tác dụng lên trục nhỏ hơn trong truyền động đai (không cần lực căng ban đầu) - Không có hiện tượng trượt, tỉ số truyền trung bình không đổi Nhược điểm: - Oàn khi làm việc do va đập khi vào khớp - Nhanh mòn do bôi trơn bề mặt tiếp xúc khó khăn - Kết cấu phức tạp, chi phí chế tạo và bảo dưỡng chăm sóc cao hơn so với bộ truyền đai. Phạm vi sử dụng: Truyền động xích được sử dụng để truyền động giữa các trục có khoảng cách trung bình, vận tốc thấp hoặc trung bình (<15m/s), phổ biến trong các máy nông nghiệp, vận chuyển... Chương 5. Truyền động xích 5.2 Kết cấu xích và đĩa xích truyền động 1. Xích con lăn: Cấu tạo gồm các má ngoài (1) lắp chặt với chốt (3), các má trong (2) lắp chặt với ống (4), ống (4) lắp có khe hở với chốt (3), tạo thành bản lề, nhờ đó khi xích vào khớp các má ngoài (1) lắp chặt với chốt (3) sẽ xoay tương đối với các má trong (2) lắp chặt với ống (4). Phía ngoài ống (4) là con lăn (5) (có thể xoay tương đối với ống (4)) lăn trên răng đĩa, ma sát trượt trên răng đĩa xích được thay thế bằng ma sát lăn nhờ đó có thể giảm mòn cho răng. Để nối hai mắt cuối của xích thường dùng chốt trẻ, thường số mắt xích phải là số chẵn để ta có thể dùng các má xích ngoài nối chúng lại với nhau. Khi tải trọng và vận tốc lớn không nên dùng xích có bước xích quá lớn (tải va đập mạnh) mà dùng xích nhiều dãy. 2. Xích ống: Kết cấu tương tự như xích ống con lăn nhưng không có con lăn (5). Vì không có con lăn nên bề mặt răng của đĩa xích mài mòn nhanh hơn nhưng khối lượng xích và giá thành giảm xuống. Thường dùng cho bộ truyền có vận tốc thấp (v  1m/s). Chương 5. Truyền động xích 5.2 Kết cấu xích và đĩa xích truyền động 3. Xích răng: Gồm nhiều má xích hình răng xếp xen kẽ và nối với nhau bằng bản lề, bề mặt làm việc là hai mặt đầu má xích, góc tạo thành giữa chúng là  = 60o. Các mắt xích nối với nhau bằng khớp bản lề. Để xích không bị trật khỏi đĩa theo phương dọc trục, dùng má xích không Có 2 loại bản lề: bản lề trượt gồm lỗ định hình của má xích (có 2 rãnh: rãnh răng (má dẫn hướng) đặt chính giữa rộng và rãnh hẹp), máng lót lắp chặt vào rãnh hẹp của má xích và có thể xoay tự do trong rãnh rộng, giữa hai máng lót có lắp chốt lỏng; bản lề lăn: trên má xích các má (trên đĩa cần phay rãnh tương có khoét các lỗ định hình, trong đó ghép chặt các chốt hình quạt, chốt (1) được ứng) hoặc dùng 2 má dẫn hướng áp cố định trên má A, chốt 2 được cố định với má B, các chốt này tiếp xúc với nhau theo mặt trụ, khi các má xích xoay tương đối với nhau, các chốt sẽ lăn không vào hai mặt mút của đĩa. trượt nhờ đó bản lề đỡ bị mòn. 4. Đĩa xích: Đĩa xích có cấu tạo gần giống như bánh răng. Khi ăn khớp đường tâm của bản lề nằm trên vòng chia của đĩa xích. Đường kính tính toán d của đĩa xích con lăn và xích răng: Vật liệu xích: má xích được chế tạo bằng thép cán nguội (thép carbon chất d=p /sin(/Z) ≈p Z/ lượng tốt và thép hợp kim tôi đạt độ rắn 40  50 HRC; bản lề bằng thép ít c c carbon thấm than rồi tôi đạt độ rắn 50  65 HRC. Đĩa xích trong trường hợp trong đó: pc - bước xích; Z - số răng đĩa tải nhỏ, vận tốc thấp (<3m/s) làm bằng gang xám; nếu vận tốc lớn: thép xích carbon và hợp kim tôi đạt 50  60 HRC. Chương 5. Truyền động xích 5.3 Các thơng số hình học 1. Bước xích pc Bước xích pc có giá trị từ 8÷50,8mm, chọn theo bảng. Giá trị pc càng lớn thì khả năng tải cao, tuy nhiên tải trọng động, va đập và tiếng ồn càng tăng. Do đó, khi làm việc với vận tốc cao nên chọn bước xích nhỏ. Để tăng khả năng tải, ta có thể tăng số dãy xích (đối với xích con lăn) hoặc tăng chiều rộng xích (đối với xích răng). 2. Số răng đĩa xích: Số răng đĩa xích càng ít thì góc xoay bản lề lớn làm xích mòn nhanh, làm tăng tải trọng động, gây nên va đập, tiếng ồn. Do đó ta hạn chế số răng nhỏ nhất của răng đĩa xích, khi v  2m/s thì Zmin  19, nếu v < 2m/s lấy Zmin = 13...15, đối với bộ truyền chịu tải trọng va đập, nên chọn Zmin  23. Nếu số răng đĩa xích nhiều quá, khi làm việc xích bị mòn, độ tăng đường kính d sẽ tăng nhanh (d = p / sin( /Z)), xích dễ bị tuột (thông thường p  0,03.p). Do đó ta phải giới hạn Zmax = 100...120 đối với xích con lăn và Zmax = 120...140 đối với xích răng. Trong tính toán thiết kế có thể chọn Z1 = 29 - 2.u. Số răng đĩa xích nên lấy số lẻ vì khi đó mỗi răng của đĩa xích sẽ ăn khớp lần lượt với tất cả các mắt xích và răng đĩa xích sẽ mòn đều hơn. Chương 5. Truyền động xích 5.3 Các thơng số hình học 3. Khoảng cách trục a và số mắt xích X: Khoảng cách trục a càng nhỏ, 1 giảm, đồng thời số mắt xích ít nên số lần va đập tăng. o Khoảng cách trục nhỏ nhất amin được xác định từ điều kiện 1 > 120 : amin = (da1 + da2)/2 + (30...50) mm trong đó: da - đường kính vòng đỉnh của đĩa xích, mm amax cần được hạn chế để tránh kích thước cồng kềnh và xích dễ chùng: amax = 80.pc thông thường lấy: a = (30...50).pc Sau khi chọn sơ bộ a, ta có thể xác định số mắt xích X theo chiều dài xích L (công thức tương tự như công thức xác định chiều dài đai): 2 X = L/pc = 2.a/pc + (Z1 + Z2)/2 + [(Z2 -Z1)/(2.)] . pc /a Giá trị của X làm tròn, chọn số chẵn gần nhất. Sau đó phải tính chính xác khoảng cánh trục a: 2 2 a = 0,25.pc.[X - (Z1 + Z2)/2 +  [X - (Z1 + Z2)/2] - 8.[( Z2 -Z1)/(2.)] ] Để bộ truyền xích có độ trùng bình thường ta nên giảm khoảng cách trục một lượng: a = (0,002...0,004).a. Chương 5. Truyền động xích 5.4 Động học bộ truyền xích 1. Vận tốc và tỷ số truyền trung bình: Vận tốc trung bình của xích được xác định theo công thức: v = Z.pc.n/(60.1000) m/s Trong đó: Z - số răng đĩa xích; pc - bước xích; n - số vòng quay; d - đường kính vòng chia; và tỉ số truyền trung bình của bộ truyền: u = n1/n2 = Z2/Z1 2. Vận tốc và tỷ số truyền tức thời: Vì xích ăn khớp với các răng đĩa xích theo hình đa giác cho nên vận tốc của xích và tỉ số truyền thay đổi theo thời gian: Hình trên: Đĩa xích dẫn có góc tâm 1 v1 = 0,5.1.d1.sin ; v2 = 0,5.1.d1.cos = 2./Z1. Ở thời điểm đang xét, bản lề A đang ăn khớp và bản lề B sắp vào v’1 = 0,5.2.d2.sin ; v’2 = 0,5.2.d2.cos khớp với răng C. Vận tốc bản lề tại A bằng vận tốc vòng của đĩa xích tại trong đó: - 1/2 1/2 ; - 2/2 2/2 ; vì v’2 = v2 nên: điểm trùng với tâm của bản lề, vận tốc 1.d1.cos = 2.d2.cos này được phân làm 2 thành phần: v1 vuông góc với xích và v2 song song với và tỉ số truyền tức thời: ut = 1/2 = d2.cos/d1.cos xích. Vị trí của xích xác định bằng góc cũng thay đổi theo thời gian, phụ thuộc vào sự thay đổi của  và   thay đổi từ -1/2 đến 1/2 nên mặc dù 1 = const, vận tốc xích v2 vẫn thay do đó đĩa bị động chuyển động không đều mặc dù đĩa chủ động đổi, đạt giá trị lớn nhất khi  = 0 và có giá trị nhỏ nhất khi  =  1/2 (tương quay đều. Sự thay đổi của tỉ số truyền không nên vượt quá 1...2%. tự đối với bánh bị dẫn, với góc ở tâm 2=2./Z2). Chương 5. Truyền động xích 5.5 Động lực học bộ truyền xích 1. Lực tác dụng trong bộ truyền xích: F1,F2 - lực căng trên nhánh căng và nhánh chùng: F1 -F2 = Ft với: F2 = F0 + Fv ; 7 Ft - lực vòng: Ft = 1000.P1/v = 6.10 .P1/(Z.pc.n) Fo - lực căng ban đầu do trọng lượng bản thân xích gây nên: Fo = kf.qm.a.g trong đó: qm - khối lượng của 1m xích (theo bảng); v - vận tốc vòng; a - chiều dài của đoạn 2 xích tự do gần bằng khoảng cách trục; g - gia tốc trọng trường, g = 9,81m/s ; kf - hệ số phụ thuộc vào độ võng của xích, bằng 6 khi xích nằm ngang, bằng 4 khi góc nghiêng giữa đường tâm trục và phương nằm ngang < 40o, bằng 2 khi góc nghiêng giữa đường tâm trục và phương o nằm ngang > 40 kf = 1 khi xích thẳng đứng. 2 Fv - lực căng do lực ly tâm gây nên: Fv = qm.v Fr - lực tác dụng lên trục: Fr = km.Ft trong đó: km - hệ số trọng lượng xích, km = 1,15 khi xích nằm ngang hoặc khi góc nghiêng o o đường tâm trục và phương ngang < 40 , km = 1 khi góc nghiêng đường tâm trục từ 40 đến vị trí thẳng đứng. Chương 5. Truyền động xích 5.5 Động lực học bộ truyền xích 2. Tải trọng động: Sự thay đổi có chu kỳ của vận tốc như kể trên là nguyên nhân sinh ra tải trọng động phụ trong bộ truyền. Do đó bộ truyền xích làm việc thường rất ồn. Tuy nhiên tải trọng động sinh ra chỉ chiếm vài phần trăm so với lực vòng Ft trong miền giá trị cho phép của các kích thước hình học của bộ truyền. 3. Động năng va đập: Tại thời điểm bản lề B ăn khớp với răng C của đĩa xích các thành phần v1 và v1’ gặp nhau và gây nên va đập. Hiệu quả của va đập được đánh giá bằng tổn thất động năng E: 2 E = 0,5.m.v v trong đó: m = qm.pc - khối lượng xích tham gia va đập (thông thường lấy bằng khối lượng của một mắt xích); pc - bước xích; vv - vận tốc va đập, lấy bằng thành phần vận tốc v1. Theo tính toán, trị số của E tăng tỉ lệ với bình phương của số vòng quay đĩa chủ động n1 và lập phương 2 3 của bước xích pc (E ~ n 1. pc ). Công thức trên sau khi biến đổi có dạng sau: 2 3 2 o E = 0,5.qm.n1 .pc .sin (γ + 360 /z1) ≤ [E] ; trong đĩ: γ là góc biên dạng đĩa xích. Để hạn chế ảnh hưởng có hại của va đập, ta hạn chế giá trị của pc phải nhỏ hơn pcmax, hoặc nếu biết trước bước xích, ta giới hạn số vòng quay. Chương 5. Truyền động xích 5.6 Tính tốn bộ truyền xích 1. Các dạng hỏng, chỉ tiêu tính: Mòn bản lề xích: do khi làm việc bản lề chịu áp suất cao, lại có sự xoay tương đối khi vào và ra khớp. Bản lề mòn làm bước xích tăng lên, xích ăn khớp không chính xác vào răng đĩa và nếu bị mòn nhiều dẫn tới hiện tượng tuột xích. Xích bị đứt: do mỏi (ứng suất thay đổi), quá tải lớn khi mở máy hay do tải trọng va đập lớn gây nên. Con lăn bị rỗ hay vỡ: do tác dụng của ứng suất thay đổi va đập, thường xảy ra trong các bộâ truyền chịu tải lớn, vận tốc cao, trong hộp kín, được bôi trơn tốt nên ít bị mòn. Ngoài ra, xích bị hỏng do mòn răng đĩa xích, má xích xoay tương đối với chốt và ống do sai số chế tạo và lắp ghép. Chỉ tiêu tính: Mòn bản lề là dạng hỏng chủ yếu, do đó ta cần phải tính toán xích theo độ bền mòn: áp suất sinh ra trong bản lề không được vượt quá một giá trị cho phép: p  [p] 2. Vật liệu: Vật liệu xích phải có độ bền mòn và độ bền cao: má xích con lăn chế tạo từ thép carbon trung bình hoặc thép hợp kim. Vật liệu chế tạo đĩa xích: thép carbon trung bình Chương 5. Truyền động xích 5.6 Tính tốn bộ truyền xích 3. Tính toán xích con lăn theo độ bền mòn: Ta tính toán độ bền mòn của xích theo áp suất cho phép sinh ra trong bản lề: p = Ft /A  [po] = [po]. Kx /K 2 2 Trong đó: Ft - lực vòng (N); A - diện tích mặt tựa bản lề (mm ), A = 0,28 pc ; [po] - áp suất cho phép (Mpa), xác định bằng thực nghiệm; Kx - hệ số xét đến số dãy xích x, nếu x = 1, 2, 3, 4 thì Kx tương ứng sẽ bằng: 1; 1,7; 2,5; 3; K - hệ số điều kiện sử dụng xích: K = Kr Ka K0 Kdc Kb Klv trong đó: Kr - hệ số tải trọng động: nếu dẫn động bằng động cơ điện và tải trọng ngoài tác động lên bộ truyền tương đối êm thì Kr = 1; nếu tải trọng có va đập thì Kr = 1,2÷1,5; nếu có va đập mạnh thì Kr = 1,8; Ka - hệ số xét đến ảnh hưởng của khoảng cách trục hay chiều dài xích; K0 - hệ số xét đến ảnh hưởng của cách bố trí bộ truyền, khi đường nối hai tâm đĩa xích hợp với o o đường nằm ngang một góc nhỏ hơn 60 thì K0 = 1, nếu lớn hơn 60 thì K0 = 1,25. Kdc - hệ số xét đến ảnh hưởng của khả năng điều chỉnh lực căng xích: nếu trục điều chỉnh được thì Kdc = 1; nếu điều chỉnh bằng đĩa căng xích hoặc con lăn căng xích thì Kdc = 1,1; nếu trục không điều chỉnh được hoặc không có bộ phận căng xích thì Kdc = 1,25. Kb - hệ số xét đến điều kiện bôi trơn: nếu bôi trơn liên tục Kb = 0,8; nếu bôi trơn nhỏ giọt Kb = 1; nếu bôi trơn định kỳ (gián đoạn) thì Kb = 1,5. Klv - hệ số xét đến chế độ làm việc: làm việc một ca bằng 1; làm việc hai ca bằng 1,12; làm việc ba ca bằng 1,45. Chương 5. Truyền động xích 5.6 Tính tốn bộ truyền xích 3. Tính toán xích con lăn theo độ bền mòn: Ft  [po].A.Kx / K; Ft.v/1000  [po].A.v.Kx /(1000.K) = [po].A.Kx /(1000.K). Z1. pc.n1/(60.1000) 7 P1 = Ft.v/1000  [po].A.Kx.Z01. pc.n01 /(6.10 ).1/[K.(Z01/Z1).(n01/n1)]  P1  [P].Kx /[K.KZ.Kn)] 7 trong đó: [P] = [po].A. Z01. pc.n01/(6.10 ) - công suất cho phép, xác định bằng thực nghiệm với các điều kiện như khi xác định [po] đối với bộ truyền 1 dãy. KZ = Z01/Z1 = 25/Z1;Kn = n01/n1. do đó: Pt = P1.[K.KZ.Kn)/Kx]  [P] ; Bước xích pc có thể chọn theo công suất cho phép [P]. Nếu chọn trước áp suất cho phép trong bản lề xích [po] thì bước xích pc: 1/3 1/3 pc = 2,82.[T1.K / ([po].Z1.Kx)] = 600.[P1.K / ([po].Z1.n1.Kx)] 4. Kiểm nghiệm xích theo số lần va đập trong một giây: Khi xích quay được 1 vòng, xảy ra bốn lần va đập. Do đó số lần va đập của xích trong 1 giây: i = 4.v/L= 4.n1.Z1. pc /(pc.X.60)  [i]  i =n1.Z1./(15.X)  [i] trong đó: X - số mắt xích; Z1, n1 - số răng và số vòng quay của đĩa xích dẫn; [i] - số lần va đập cho phép của xích trong 1 giây. Kiểm nghiệm xích về hệ số an toàn S: S = Q /(Kt Ft + Fo + Fv)  [S] ; trong đó: Q - tải trọng phá hỏng; Ft - lực vòng; Fo - lực căng ban đầu; Fv - lực căng phụ do ly tâm; Kt - hệ số chế độ tải trọng = 1,2; 1,7; 2,0 ứng với tải trung bình, nặng và rất nặng; [S] hệ số an toàn cho phép. Chương 5. Truyền động xích 5.7 Trình tự thiết kế bộ truyền xích Thông số đầu vào là công suất P1 (kW), số vòng quay n1 (vg/ph) và tỷ số truyền u. Xích là chi tiết được tiêu chuẩn hóa, do đó tính toán thiết kế bộ truyền xích là chọn các kích thước hình học của bộ truyền xích theo khả năng làm việc theo trình tự sau: 1- Chọn loại xích phụ thuộc vào công suất truyền, vận tốc và điều kiện làm việc. 2- Chọn số răng sơ bộ của đĩa xích dẫn theo công thức Z1 = 29 – 2u. Chọn số răng đĩa xích là số lẻ để xích mòn đều. 3- Tính số răng đĩa xích lớn theo công thức Z2 = u.Z1 với điều kiện Z2 ≤ Z2max. Xác định lại chính xác tỷ số truyền bộ truyền xích. 4- Xác định các hệ số điều kiện sử dụng xích K theo công thức: K = Kr Ka K0 Kdc Kb Klv và các hệ số KZ,Kn theo công thức KZ = Z01/Z1 = 25/Z1;Kn = n01/n1. Chọn số dãy xích và hệ số Kx. 5- Tính công suất tính toán Pt theo công thức: Pt = P1.[K.KZ.Kn)/Kx]  [P] và chọn bước xích pc tiêu chuẩn. Ta có thể chọn bước xích theo công thức: 1/3 1/3 pc = 2,82.[T1.K / ([po].Z1.Kx)] = 600.[P1.K / ([po].Z1.n1.Kx)] nếu biết trước [p0] theo bảng. 6- Kiểm tra số vòng quay tới hạn theo bảng. Nếu không thỏa tăng số dãy xích và tính toán lại hoặc thay đổi loại xích. Chương 5. Truyền động xích 5.7 Trình tự thiết kế bộ truyền xích 7- Xác định vận tốc trung bình v của xích theo công thức v = Z.pc.n/(60.1000)m/s và lực vòng 7 có ích Ft : Ft = 1000.P1/v = 6.10 .P1/(Z.pc.n) 8- Tính toán kiểm nghiệm bước xích pc theo công thức: 1/3 1/3 pc = 2,82.[T1.K / ([po].Z1.Kx)] = 600.[P1.K / ([po].Z1.n1.Kx)] . Nếu không thỏa thì tăng bước xích và tiến hành tính toán lại. 9- Chọn khoảng cách trục sơ bộ a = (30÷50) pc, xác định số mắt xích X theo công thức: 2 X = L/pc = 2.a/pc + (Z1 + Z2)/2 + [(Z2 -Z1)/(2.)] . pc /a nên chọn X là số chẵn. Sau khi chọn số mắt xích, phải tính lại khoảng cách trục a theo công thức: 2 2 a = 0,25.pc.[X - (Z1 + Z2)/2 +  [X - (Z1 + Z2)/2] - 8.[( Z2 -Z1)/(2.)] ] và để bộ truyền xích làm việc bình thường nên giảm a một đoạn (0,002÷0,004)a. 10- Kiểm tra xích theo hệ số an toàn theo công thức: S = Q /(Kt Ft + Fo + Fv)  [S] và kiểm tra số lần va đập của xích trong một giây theo công thức: i =n1.Z1./(15.X)  [i] 11- Tính lực tác dụng lên trục theo công thức: Fr = km.Ft HẾT CHƯƠNG 5