Bài giảng Chi tiết máy - Chương 6: Truyền động bánh răng

chung 1. Ñònh nghóa: Truyeàn ñoäng baùnh raêng thöïc hieän truyeàn chuyeån ñoäng hoaëc thay ñoåi daïng chuyeån ñoäng nhôø söï aên khôùp cuûa caùc raêng treân baùnh raêng hoaëc thanh raêng. 2. Phaân loaïi: a) Theo söï phaân boá giöõa caùc truïc chia ra: - Truyeàn ñoäng baùnh raêng truï: caùc truïc song song - Truyeàn ñoäng baùnh raêng noùn (coân): caùc truïc caét nhau - Truyeàn ñoäng baùnh raêng truï cheùo, baùnh raêng noùn cheùo: caùc truïc cheùo nhau b) Theo söï phaân boá cuûa caùc raêng treân baùnh raêng chia: - Boä truyeàn aên khôùp ngoaøi: caùc raêng naèm phía ngoaøi baùnh raêng - Boä truyeàn aên khôùp trong: moät baùnh coù raêng phía trong, moät baùnh coù raêng phía ngoaøi. c) Theo phöông raêng so vôùi ñöôøng sinh: Ta coù boä truyeàn baùnh raêng thaúng, raêng nghieâng, raêng chöõ V, raêng cong... d) Theo bieân daïng raêng: Ta coù baùnh raêng thaân khai, baùnh raêng xicloâit vaø baùnh raêng cung troøn (thöôøng söû duïng baùnh raêng thaân khai vì vaän toác tröôït nhoû neân hieäu suaát cao, baùn kính cong ôû vuøng tieáp xuùc ñuû lôùn neân khaû naêng taûi lôùn... Chương 6. Truyền động bánh răng 6.1 Khái niệm chung 3. Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng Ưu ñieåm: - Kích thöôùc nhoû, khaû naêng taûi lôùn; - Tæ soá truyeàn khoâng thay ñoåi do khoâng coù hieän töôïng tröôït trôn; - Hieäu suaát cao, coù theå ñaït 0,97 - 0,98; - Tuoåi thoï cao, ñoä tin caäy lôùn (L = 30.000 giôø); - Laøm vieäc toát trong phaïm vi vaän toác lôùn (150m/s), coâng suaát cao (vaøi chuïc ngaøn KW), tæ soá truyeàn khaù roäng (vaøi ngaøn). Nhöôïc ñieåm: - Cheá taïo töông ñoái phöùc taïp; - Ñoøi hoûi ñoä chính xaùc cao; - Coù nhieàu tieáng oàn khi vaän toác lôùn; Phạm vi sử dụng: Söû duïng roäng raõi trong ngaønh cheá taïo maùy. Chương 6. Truyền động bánh răng 6.2 Các thông số hình học bánh răng trụ 1- Thoâng soá hình hoïc baùnh raêng thaúng: Z1,Z2 - Soá raêng cuûa baùnh nhoû vaø baùnh lôùn u - Tæ soá truyeàn u = n1/n2 = Z2/Z1 n1, n2 - Vaän toác voøng cuûa baùnh nhoû vaø baùnh lôùn p - Böôùc raêng treân maët truï chia  - Goùc profin  = 20o m - Moâ dun aên khôùp: m = p/ , ñieàu kieän ñeå 2 baùnh aên khôùp laø cuøng m, m ñöôïc tieâu chuaån hoùa theo daõy soá sau (daõy 1 ñöôïc öu tieân): Daõy1 1 1,25 1,5 2 2,5 3 4 5 6 8 10 12 18 20 25 32 40 Daõy2 1,125 1,375 1,75 2,25 3,5 4,5 5,5 7 9 11 14 19 22 28 36 d1, d2 - Ñöôøng kính voøng chia cuûa baùnh nhoû vaø baùnh lôùn: d1 = m.Z1 ; d2 = m.Z2 dw1, dw2 - Ñöôøng kính voøng laên cuûa baùnh nhoû vaø baùnh lôùn: dw1 = 2.aw/(uù1) ; dw2 = dw1.u aw - Khoaûng caùnh truïc: aw = (dw1 + dw2) /2 = m.(Z2 + Z1)/2 hr - Chieàu cao raêng: hr = 2.m; ha = m; hf = 1,25m da1, da2 - Ñöôøng kính voøng ñænh raêng cuûa baùnh nhoû vaø baùnh lôùn da1 = d1 + 2.(1 + x1 - y).m ; da2 = d2 + 2.(1 + x2 - y).m df1, df2 - Ñöôøng kính voøng chaân raêng: df1 = d1 - (2,5 - 2.x1).m ; df2 = d2 - (2,5 - 2.x2).m db1, db2 - Ñöôøng kính voøng cô sôû: db1 = d1.cos ; db2 = d2.cos tw - Goùc aên khôùp: tw = arccos(a.cost/aw); t - goùc profin raêng: t = arctg(tg/cos) a - Khoaûng caùch truïc chia: a = (d2 +d1)/2 = m.(Z2 + Z1)/(2.cos) aw = a.cost/costw ; y - Heä soá dòch taâm Chương 6. Truyền động bánh răng 6.2 Các thông số hình học bánh răng trụ 2. Thoâng soá hình hoïc baùnh raêng nghieâng Goùc nghieâng cuûa raêng so vôùi ñöôøng sinh maët truï ñöôïc goïi laø goùc nghieâng cuûa baùnh raêng vaø kyù hieäu β. pt - Böôùc raêng maët muùt (maët vuoâng goùc vôùi truïc baùnh raêng) pt = pn/cos pn - Böôùc raêng trong maët phaúng phaùp tuyeán (vuoâng goùc vôùi raêng) mt - Moâñun ngang mt = pt/ = pn/(.cos) = mn/cos mn - Moâñun trong maët phaúng phaùp tuyeán (giaù trò ñöôïc tieâu chuaån hoùa) d- Ñöôøng kính voøng chia d = pt.Z/ = mn.Z/cos t - Goùc profin ño trong maët muùt tgt = tgn/cos n - Goùc profin cuûa thanh raêng sinh  - Goùc nghieâng treân maët truï chia w - Goùc nghieâng cuûa raêng treân maët truï laên: tgw = tg.dw/d Chương 6. Truyền động bánh răng 6.2 Các thông số hình học bánh răng trụ 3. Söï dòch chænh trong boä truyeàn baùnh raêng Dòch chænh nhaèm caûi thieän chaát löôïng aên khôùp baèng caùch duøng ñoaïn thaân khai khaùc. Cheá taïo baùnh raêng dòch chænh baèng caùch dòch dao moät khoaûng laø x.m. a) Dòch chænh ñeàu: Baùnh raêng nhoû dòch dao döông (x1 > 0), baùnh raêng lôùn dòch dao aâm (x2 < 0) vaø toång heä soá dòch chænh khoâng ñoåi: xt = x1 + x2 = 0. Treân voøng chia chieàu daøy baùnh raêng nhoû taêng vaø chieàu daøy baùnh raêng lôùn giaûm, nhöng toång chieàu daøy khoâng ñoåi vaø baèng p, töùc voøng troøn chia truøng vôùi voøng troøn laên nhö baùnh raêng khoâng dòch chænh. Khoaûng caùch truïc vaø goùc aên khôùp khoâng thay ñoåi: a = (d1 + d2)/2 = (dw1 + dw2)/2; w =  b) Dòch chænh goùc: xt = x1 + x2  0 Thoâng thöôøng xt > 0 vaø x1, x2 ñeàu lôùn hôn khoâng. Khi ñoù beà daøy raêng cuûa baùnh raêng nhoû vaø baùnh raêng lôùn treân voøng chia lôùn hôn p/2 vaø raõnh cuûa chuùng nhoû hôn p/2. Do ñoù caùc voøng chia khoâng tieáp xuùc vôùi nhau, baùnh raêng aên khôùp theo voøng laên coù d1<dw1 vaø d2<dw2. Khoaûng caùch truïc: aw = (dw1 + dw2)/2 > (d1 +d2)/2 vaø goùc aên khôùp w >  Dòch dao döông laøm taêng chieàu daøy chaân raêng do ñoù seõ taêng ñoä beàn uoán cuûa raêng, goùc aên khôùp taêng laøm taêng ñoä beàn tieáp xuùc cuûa raêng. Nhöng dòch chænh döông laøm nhoïn raêng vaø giaûm heä soá truøng khôùp do ñoù khoâng choïn x quaù lôùn. Thöôøng duøng dòch chænh trong nhöõng tröôøng hôïp soá raêng nhoû (Z1<30) ñeå caûi thieän chaát löôïng aên khôùp hay khi khoaûng caùch truïc cho tröôùc. Chương 6. Truyền động bánh răng 6.2 Các thông số hình học bánh răng trụ 4. Heä soá truøng khôùp: Khi laøm vieäc caùc raêng laàn löôït vaøo vuøng tieáp xuùc, ñaàu tieân chaân raêng baùnh chuû ñoäng tieáp xuùc vôùi ñænh raêng baùnh bò ñoäng. Khi quay ñöôøng tieáp xuùc seõ dòch chuyeån treân cung aên khôùp g. Muoán truyeàn chuyeån ñoäng lieân tuïc, tröôùc khi ñoâi raêng ra khôùp (21 – 22) ñoâi tieáp theo (11 – 12) ñaõ phaûi vaøo khôùp thì heä soá truøng khôùp ngang  (laø tæ soá cuûa cung aên khôùp ga vaø böôùc raêng treân cung naøy pb) phaûi lôùn hôn 1 töùc:  = g / pb > 1, trong ñoù pb laø böôùc raêng treân voøng troøn cô sôû: pb = p.cosα. Giaù trò của  xaùc ñònh baèng coâng thöùc:  = (z1.tgαa1 ± z2.tgαa2 ± (z2 ± z1).tgαtw)/(2.π) trong ñoù: cosαa1 = db1 /da1; cosαa2 = db2 /da2 ; tgαtw = tgα nw /cosβ. Tröôøng hôïp x1 ± x2 = 0, ta coù theå xaùc ñònh  baèng coâng thöùc gaàn ñuùng sau:  = [1,88 – 3,2 (1/Z1 + 1/Z2)]cos Ñoä chính xaùc coù aûnh höôûng ñeán chaát löôïng cuûa boä truyeàn, TCVN quy ñònh 12 caáp chính xaùc theo thöù töï giaûm daàn, thöôøng duøng caáp chính xaùc 6, 7, 8, 9. Keát caáu baùnh raêng phuï thuoäc vaøo ñöôøng kính baùnh raêng, quy moâ saûn xuaát vaø phöông phaùp laép vôùi truïc: neáu khoaûng caùch töø ñaùy raêng ñeán raõnh then 2,5m vôùi baùnh raêng thaúng vaø 1,6m vôùi baùnh raêng nghieâng thì thöôøng cheá taïo baùnh raêng lieàn truïc; baùnh raêng coù d < 150mm laøm lieàn khoái khoâng khoeùt raõnh; neáu da 600mm, cheá taïo töø phoâi reøn, daäp coù khoeùt loõm giaûm khoái löôïng; khi da >600mm cheá taïo baèng haøn hoaëc ñuùc. Chương 6. Truyền động bánh răng 6.3 Lực tác dụng và tải trọng tính Löïc phaùp tuyeán Fn do baùnh 1 taùc ñoäng vaøo baùnh 2 seõ truyeàn ñi trong maët phaúng aên khôùp vuoâng goùc vôùi caùc maët raêng khi laøm vieäc. a) Tröôøng hôïp raêng thaúng: Löïc Fn coù theå phaân ra caùc löïc thaønh phaàn: löïc voøng Ft vaø löïc höôùng taâm Fr (Xaùc ñònh chieàu cuûa löïc: Ft höôùng ngöôïc chieàu vôùi chieàu chuyeån ñoïâng ñoái vôùi baùnh daãn vaø cuøng chieàu ñoái vôùi baùnh bò daãn): Ft1 = Ft2 = 2.T1/dw1 ;Fr1 = Fr2 = Ft1.tgw ;Fn1 = Fn2 = Ft1/cosw trong ñoù: T1 - moâmen xoaén treân baùnh raêng 1; dw1 - ñöôøng kính voøng laên cuûa baùnh 1; w - goùc aên khôùp (khi (x1 + x2) = 0, w = ) b) Tröôøng hôïp baùnh raêng nghieâng: Löïc phaùp Fn coù theå phaân tích thaønh caùc löïc thaønh phaàn: löïc voøng Ft, löïc höôùng taâm Fr vaø löïc doïc truïc Fa (Fa luoân höôùng vaøo maët raêng laøm vieäc). Giaù trò cuûa chuùng ñöôïc xaùc ñònh: Ft1 = Ft2 = 2.T1/dw1 ;Fr1 = Fr2 = Ft1.tgnw/cosw = Ft1.tgtw Fa1 = Fa2 = Ft1 tgw ;Fn1 = Fn2 = Ft1/(cosnw.cosw) Tröôøng hôïp (x1 + x2) = 0 ta coù: w = , dw = d, tw = t Chương 6. Truyền động bánh răng 6.3 Lực tác dụng và tải trọng tính c. Taûi troïng tính: Trong khi laøm vieäc, do nhöõng sai soùt trong cheá taïo, laép raùp neân trong boä truyeàn baùnh raêng xuaát hieän nhöõng taûi troïng ñoäng phuï, söï phaân boá taûi troïng coù ích treân chieàu daøi raêng khoâng ñeàu... Aûnh höôûng cuûa caùc nhaân toá treân ñeán söùc beàn cuûa raêng ñöôïc xeùt ñeán trong tính toaùn baèng heä soá taûi troïng K: Ftt = Fdn.K ; trong ñoù: Fdn laø taûi troïng danh nghóa: 3 6 Fdn = Ft1 = 2.10 .T1/d1 = 2.9,55.10 P1/d1n1 K laø heä soá taûi troïng: K = Kv.K.K ;Kv laø heä soá taûi troïng ñoäng; K laø heä soá phaân boá taûi troïng giöõa caùc raêng; K laø heä soá taäp trung taûi troïng. Neáu tính ñoä beàn tieáp xuùc ta kyù hieäu K = KH: KH = KHv.KH.KH Khi tính ñoä beân uoán, K = KF: KF = KFv.KF.KF Khi tính toaùn baùnh raêng thaúng (truï hay noùn) thì KH = KF = 1. 1- Heä soá taäp trung taûi troïng K Nguyeân nhaân: bieán daïng ñaøn hoài cuûa truïc; chuyeån vò ñaøn hoài vaø moøn cuûa oå; sai soá trong cheá taïo; oå laép khoâng ñoái xöùng nhau qua baùnh raêng... Heä soá taäp trung taûi troïng K ñöôïc ñònh nghóa laø tæ soá giöõa taûi troïng rieâng (taûi troïng taùc duïng leân 1 ñôn vò chieàu daøi tieáp xuùc) cöïc ñaïi qmax vôùi taûi troïng rieâng trung bình qm. K = qmax/qm Caùc giaù trò cuûa KH vaø KF coù theå xaùc ñònh theo baûng phuï thuoäc vaøo heä soá chieàu roäng vaønh raêng bd = bw/dw1,vò trí boä truyeàn baùnh raêng treân truïc vaø loaïi oå. Chương 6. Truyền động bánh răng 6.3 Lực tác dụng và tải trọng tính c. Taûi troïng tính: 2- Heä soá taûi troïng ñoäng Kv Do bieán daïng cuûa raêng, sai soá böôùc raêng, profin raêng... tæ soá truyeàn u töùc thôøi thay ñoåi. Heä soá taûi troïng ñoäng ñöôïc bieåu thò baèng tæ soá giöõa taûi troïng toaøn phaàn (q = qm + qv) vôùi taûi troïng quy öôùc qm: Kv = q/qm = 1 + qv/qm ; vôùi: qv - taûi troïng ñoäng rieâng Heä soá taûi troïng ñoäng veà ñoä beàn tieáp xuùc KHv vaø veà ñoä beàn uoán KFv ñöôïc xaùc ñònh theo caùc coâng thöùc: KHv = 1 + H.bw.dw1/(2.T1.KH.KH);KFv = 1 + F.bw.dw/(2.T1.KF.KF) trong ñoù: H,F - cöôøng ñoä taûi troïng ñoäng, ñöôïïc xaùc ñònh: H = H.go.v.aw/u; F = F.go.v.aw/u H, F - heä soá xeùt aûnh höôûng cuûa loaïi raêng vaø bieán theå ñaàu raêng; go - heä soá xeùt aûnh höôûng söï sai leäch böôùc raêng baùnh nhoû vaø baùnh lôùn; v - vaän toác voøng (m/s). Heä soá KHv vaø Kfv coù theå tra baûng. 3- Heä soá xeùt ñeán phaân boá taûi troïng khoâng ñeàu giöõa caùc raêng K Heä soá KH coù theå tra theo baûng, trong tính toaùn sô boä coù theå laáy KH = 1. Heä soá KF coù theå xaùc ñònh baèng nhöõng coâng thöùc sau: Khi heä soá truøng khôùp doïc  = bw.sin /(.mn)  1 coù theå lấy: KF = 1 Khi:  > 1 thì: KF = [4 + ( - 1).(ncx - 5)]/(4.) trong ñoù: ncx - caáp chính xaùc cuûa boä truyeàn. Khi ncx  5 ta coù: KF = 1/; Khi ncx  9 thì: KF=1. Chương 6. Truyền động bánh răng 6.4 Hiệu suất bộ tuyền bánh răng Hieäu suaát cuûa boä truyeàn baùnh raêng ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc:  = P2/P1 = 1 - Pr/P1 trong ñoù: P1,P2 - coâng suaát treân truïc daãn vaø bò daãn; Pr - coâng suaát maát maùt Coâng suaát maát maùt coù theå xaùc ñònh theo coâng thöùc sau: Pr = Ps + Po + Pd vôùi Ps - coâng suaát maát maùt do ma saùt trong moái aên khôùp; Po - coâng suaát maát maùt trong caùc oå; Pd - coâng suaát maát maùt do khuaáy daàu. Neáu kyù hieäu s = Ps/P1 - heä soá maát maùt do aên khôùp; o = Po/P1 - heä soá maát maùt do ma saùt trong oå; d = Pd/P1 - heä soá maát maùt do khoaéng daàu ta coù:  = 1 - (s + o + d) Maát maùt coâng suaát do ma saùt trong moái aên khôùp laø maát maùt chuû yeáu cuûa boä truyeàn baùnh raêng, khi ñoù heä soá s ñoái vôùi caùc boä truyeàn khoâng dòch chænh ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc sau: s = 2,3.f.(1/ Z1 + 1/ Z2) trong ñoù: f ≈ 0,06÷0,1 laø heä soá ma saùt trong moái aên khôùp. Daáu “+” cho boä truyeàn aên khôùp ngoaøi; daáu “–” cho boä truyeàn aên khôùp trong. Giaù trò trung bình cuûa s = 0,015÷0,03. Toång o+d ≈ 0,015÷0,03. Trong tính toaùn, ta coù theå laáy gaàn ñuùng hieäu suaát boä truyeàn theo baûng. Maát maùt coâng suaát sinh ra nhieät laøm giaûm khaû naêng laøm vieäc cuûa daàu boâi trôn vaø cuûa boä truyeàn, trong moät soá tröôøng hôïp daãn ñeán daïng hö hoûng laø dính raêng, giaûm ñoä beàn moûi caëp baùnh raêng. Do ñoù trong caùc boä truyeàn coù hieäu suaát thaáp, ta caàn phaûi tính toaùn nhieät. Chương 6. Truyền động bánh răng 6.5 Vật liệu và nhiệt luyện bánh răng Vaät lieäu laøm baùnh raêng phaûi thoûa maõn caùc ñieàu kieän veà ñoä beàn tieáp xuùc (traùnh troùc roã, maøi moøn, dính...) vaø ñoä beàn uoán. Ñeå cheá taïo baùnh raêng, ta chuû yeáu söû duïng theùp, ngoaøi ra coøn söû duïng gang vaø caùc vaät lieäu khoâng kim loaïi khaùc. Tuøy thuoäc vaøo ñoä raén, vaät lieäu baèng theùp ñöôïc chia ra hai nhoùm: - Ñoä raén HB ≤ 350 - baùnh raêng ñöôïc thöôøng hoùa hoaëc toâi caûi thieän; - Ñoä raén HB ≥ 350 - toâi theå tích, toâi taàn soá cao, thaám carbon, thaám nitô. Baùnh raêng coù ñoä raén vaät lieäu HB ≤ 350 cho pheùp tieán haønh caét goït chính xaùc sau khi nhieät luyeän. Khi ñoù ñeå coù theå ñaït ñöôïc ñoä chính xaùc cao, khoâng caàn phaûi qua caùc coâng ñoaïn gia coâng tinh nhö maøi, maøi boùng.... Baùnh raêng nhoùm vaät lieäu naøy coù khaû naêng chaïy moøn toát vaø khoâng bò phaù huûy gioøn khi chòu taûi troïng ñoäng. Ñeå boä truyeàn baùnh raêng coù khaû naêng chaïy moøn toát thì ñoä raén cuûa baùnh daãn H1 vaø baùnh bò daãn H2 phaûi theo quan heä: H1 ≥ H2 + (10 ÷ 15)HB Baùnh raêng coù ñoä raén cuûa vaät lieäu HB > 350 ñöôïc bieåu thò baèng HRC (1HRC ≈ 10HB). Caùc daïng nhieät luyeän ñaëc bieät cho pheùp ñaït ñoä raén HRC50÷60, khi ñoù öùng suaát tieáp xuùc cho pheùp taêng leân hai laàn vaø khaû naêng taûi taêng leân boán laàn so vôùi theùp thöôøng hoùa vaø theùp toâi caûi thieän. Gang duøng cho baùnh raêng coù kích thöôùc lôùn, baùnh raêng caáp chaäm vaø baùnh raêng cuûa boä truyeàn hôû, coù nhöôïc ñieåm laø ñoä beàn theo öùng suaát uoán thaáp. Chaát deûo: tectolit (E = 6000÷8000MPa), lignofon (E = 10000 ÷ 12000MPa), poliamid daïng capron, goã eùp taåm... ñöôïc söû duïng trong boä truyeàn coù taûi troïng thaáp. Chương 6. Truyền động bánh răng 6.6 Ứng suất cho phép 6.6.1 ÖÙng suaát tieáp xuùc cho pheùp Khi tính ñoä beàn moûi tieáp xuùc cuûa raêng, öùng suaát tieáp xuùc cho pheùp ñöôïc xaùc ñònh theo coâng o thöùc: [H] =  Hlim.KHL.ZR.Zv.KL.KxH /SH o 2,4 trong ñoù:  Hlim - giôùi haïn moûi tieáp xuùc öùng vôùi chu kyø cô sôû NHo = 30 HB ZR - heä soá aûnh höôûng ñoä nhaùm: khi Ra = 1,25...0,63m thì ZR = 1; khi Ra= 2,5....1,25m thì ZR= 0,95; khi Ra = 10...2,5m thì ZR = 0,9; Zv - heä soá xeùt aûnh höôûng cuûa vaän toác voøng: 0,1 0,05 khi HB350 thì Zv = 0,85.v ; khi HB>350 thì Zv= 0,925.v Trong tính toaùn sô boä lấy: ZR.Zv.KxH = 0,9 KxH - heä soá aûnh höôûng cuûa kích thöôùc baùnh raêng: khi da  700mm thì KxH = 1; khi 700 < da < 2500mm laáy KxH = 0,9. KL – heä soá aûnh höôûng ñieàu kieän boâi trôn, KL = 1 ; SH – heä soá an toøan (tra baûng) 1/m KHL - heä soá tuoåi thoï, ñöôïc tính theo coâng thöùc: KHL = (NHO /NHE) H trong ñoù: mH - baäc cuûa ñöôøng cong moûi tieáp xuùc, mH = 6 2,4 NHO - soá chu kyø cô sôû theo söùc beàn tieáp xuùc: NHO = 30.HB NHE - soá chu kyø chòu taûi töông ñöông cuûa baùnh raêng ñang xeùt: + Tröôøng hôïp taûi troïng khoâng ñoåi: NHE = 60.c.n.t (c- soá laàn aên khôùp cuûa raêng trong moãi voøng quay cuûa baùnh raêng; n - soá voøng quay; t - toång soá giôø laøm vieäc). Chương 6. Truyền động bánh răng 6.6 Ứng suất cho phép 6.6.1 ÖÙng suaát tieáp xuùc cho pheùp NHE - soá chu kyø chòu taûi töông ñöông cuûa baùnh raêng ñang xeùt: + Tröôøng hôïp taûi troïng thay ñoåi theo baäc: 3 3 NHE = 60.c. (Ti/Tmax) ni.ti = 60.c. n.t  (Ti/Tmax) (ti/ t) ni, ti,Ti - soá voøng quay, thôøi gian laøm vieäc vaø moâmen xoaén trong cheá ñoä laøm vieäc thöù i; Tmax - moâmen xoaén lôùn nhaát. Khi NHE > NHO thì laáy NHE = NHO ñeå tính toaùn hay KHL = 1. + Khi boä truyeàn laøm vieäc ôû cheá ñoä taûi troïng thay ñoåi lieân tuïc,NHE xaùc ñònh theo: NHE = KHE.N trong ñoù: N = 60.c. ni.ti = 60.c. n.t (khi n không đổi) ; t =  ti = L 365 Kn 24 Kng ; L – tuoåi thoï (naêm); Kn,Kng – heä soá söû duïng trong 1 naêm vaø 1 ngaøy; KHE - heä soá cheá ñoä taûi troïng cho trong baûng. Ghi chuù: 0 – taûi khoâng ñoåi; I – taûi naëng; II – trung bình ñoàng xaéc suaát; III – trung bình chuaån; IV – nheï; V – raát nheï. Khi tính toaùn vôùi baùnh raêng truï raêng thaúng: choïn giaù trò nhoû nhaát trong [H1] vaø [H2]; vôùi raêng nghieâng vaø coân, laáy baèng ½ ([H1] + [H2]) nhöng nhoû hôn 1,25 [H]min vôùi baùnh raêng nghieâng vaø nhoû hôn 1,15 [H]min vôùi baùnh raêng coân. Chương 6. Truyền động bánh răng 6.6 Ứng suất cho phép 6.6.2 ÖÙng suaát uoán cho pheùp o Öùng suaát uoán cho pheùp ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc: [F] =  Flim.KFL.KFC.YR.Ys.Yx /SF o trong ñoù;  Flim - giôùi haïn moûi uoán cuûa raêng öùng vôùi soá chu kyø cô sôû (tra baûng) KFC - heä soá xeùt aûnh höôûng cuûa ñaët taûi (baèng 1 khi ñaët taûi moät phía; 0,7...0,8 khi ñaët 2 phía). YR - heä soá xeùt ñoä nhaùm beà maët löôïn chaân raêng (1 khi phay vaø maøi; 1,05...1,2 khi ñaùnh boùng). Ys - heä soá xeùt aûnh höôûng cuûa ñoä nhaäy vaät lieäu vôùi söï taäp trung öùng suaát (1,08 - 0,16.lg(m)) Yx - heä soá kích thöôùc: Yx = 1 khi da < 400mm; Yx = 0,95 khi da = 700mm; Yx = 0,92 khi da = 1000mm; Yx = 0,85 khi da > 1500mm). SF - heä soá an toaøn (tra baûng) 1/m KFL - heä soá tuoåi thoï: KFL = (NFO /NFE) F ; trong ñoù: mF - baäc ñöôøng cong moûi uoán: mF = 6 khi HB350 hay goùc löôïn ñöôïc maøi; mF = 9 khi HB > 350 hay goùc löôïn khoâng ñöôïc maøi. 6 NFO - soá chu kyø cô sôû: NFO = 4.10 ñoái vôùi theùp; NFE - soá chu kyø laøm vieäc töông ñöông. + Tröôøng hôïp chòu taûi khoâng ñoåi: NFE = 60.c.n.t ; c- soá laàn aên khôùp trong moãi voøng quay; n - soá voøng quay; t - toång soá giôø laøm vieäc. + Tröôøng hôïp taûi troïng thay ñoåi theo baäc: mF mF NFE = 60.c. (Ti/Tmax) .ni.ti = 60.c. n.t  (Ti/Tmax) (ti / t) ; ni, ti,Ti - soá voøng quay, thời gian laøm vieäc vaø moâmen xoaén trong cheá ñoä laøm vieäc thöù i; Tmax - moâmen xoaén lôùn nhaát. Khi NFE > NFO ta laáy NFE = NFO ñeå tính, khi ñoù KFL = 1 ; + Tröôøng hôïp taûi troïng thay ñoåi lieân tuïc: NFE = KFE.N trong ñoù: N = 60.c. ni.ti = 60.c. n.t ; t =  ti = L 365 Kn 24 Kng Chương 6. Truyền động bánh răng 6.7 Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính Khi truyeàn moâmen xoaén, taïi choã aên khôùp ngoaøi taùc duïng cuûa löïc phaùp Fn coøn toàn taïi löïc ma saùt Fs = f.Fn do caùc beà maët raêng tröôït leân nhau. Ñoù laø nguyeân nhaân gaây ra caùc daïng hoûng raêng: 1) Gaõy raêng: do öùng suaát uoán gaây neân, thöôøng xaûy ra ôû ñaùy choã goùc löôïn cuûa thôù chòu keùo do quaù taûi hay do moûi. Ñeå traùnh gaõy phaûi tính toaùn F  [F]; ngaên ngöøa baèng caùch taêng m, duøng dòch chænh, nhieät luyeän, taêng baùn kính goùc löôïn... 2) Troùc vì moûi beà maët raêng: thöôøng baét ñaàu töø vuøng taâm aên khôùp phía chaân raêng do öùng suaát tieáp xuùc vaø löïc ma saùt lôùn. Ñeå traùnh phaûi tính toaùn H  [H]; ngaên troùc: naâng cao ñoä raén cuûa raêng baèng nhieät luyeän, caáp chính xaùc cuûa baùnh raêng, taêng goùc aên khôùp baèng dòch chænh. 3) Moøn raêng: xaûy ra trong caùc boä truyeàn boâi trôn khoâng toát do öùng suaát tieáp xuùc hay aùp suaát cao . Ñeå giaûm moøn baèng caùch taêng ñoä cöùng vaø nhaün beà maët, khoâng cho buïi baëm bay vaøo, duøng daàu boâi trôn thích hôïp... 4) Dính raêng: xaûy ra vôùi caùc boä truyeàn chòu taûi lôùn, vaän toác cao (nhieät ñoä vaø aùp suaát cao). Ñeå traùnh dính raêng coù theå duøng caùc bieän phaùp: vaùt ñænh raêng, taêng cöôøng laøm nguoäi daàu, choïn vaät lieäu thích hôïp, duøng daàu choáng dính. 5) Bieán daïng deûo beà maët raêng: Xaûy ra vôùi baùnh raêng baèng theùp coù ñoä raén thaáp, chòu taûi lôùn, vaän toác thaáp (beà maët bò bieán daïg deûo do bò keùo theo phöông cuûa vaän toác tröôït). 6) Bong beà maët raêng: xaûy ra vôùi baùnh raêng coù chaát löôïng nhieät luyeän khoâng toát, chòu taûi troïng quaù lôùn. Trong caùc daïng hoûng treân thì troùc roã beà maët raêng laø daïng hoûng chuû yeáu ñoái vôùi boä truyeàn kín, boâi trôn toát. Do ñoù ta tính toaùn thieát keá theo ñoä beàn tieáp xuùc. Trong caùc boä truyeàn hôû vaø boâi trôn khoâng toát, gaõy raêng laø daïng hoûng chuû yeáu. Tröôøng hôïp naøy tính toaùn theo söùc beàn uoán. Caùc daïng hoûng khaùc ñöôïc xeùt ñeán khi choïn öùng suaát cho pheùp. Chæ tieâu tính: H  [H] ñeå traùnh troùc F  [F] ñeå traùnh gaõy Chương 6. Truyền động bánh răng 6.8 Tính toán bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng 6.8.1 Tính raêng theo ñoä beàn tieáp xuùc Ñoä beàn tieáp xuùc ñöôïc tính toaùn theo coâng thöùc: H  [H] trong ñoù: [H] - öùng suaát tieáp xuùc cho pheùp; H - öùng suaát tieáp xuùc tính toaùn lôùn nhaát. Neáu coi hai beà maët raêng nhö hai hình truï tieáp xuùc vôùi nhau ta coù theå xaùc ñònh H theo coâng thöùc Hetz: H = ZM. qn/(2.) trong ñoù: qn - cöôøng ñoä taûi troïng phaùp tuyeán: qn = Fn.KH / lH KH - heä soá taûi troïng tính: KH = KHv.KH.KH Fn - löïc phaùp tuyeán xaùc ñònh theo coâng thöùc: Fn = 2.T1 / (dw1.cosw) = Ft1 / cosw lH - Toång chieàu daøi tieáp xuùc ñöôïc xaùc ñònh baèng coâng thöùc thöïc nghieäm: 2 lH = bw/Z vôùi Z =  (4 - )/3  - heä soá truøng khôùp ngang (laø tæ soá cuûa cung aên khôùp g vaø böôùc raêng treân cung naøy pb. 2 do ñoù: qn = 2.T1.KH.Z / (bw.dw1.cosw) ZM - heä soá xeùt ñeán cô tính cuûa vaät lieäu, xaùc ñònh theo coâng thöùc: 2 2 ZM =  2.E1.E2 /(.[E2.(1 - 1 ) + E1.(1 - 2 )]  - baùn kính cong töông ñöông: 1/ = 1/1  1/2 Chương 6. Truyền động bánh răng 6.8 Tính toán bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng 6.8.1 Tính raêng theo ñoä beàn tieáp xuùc 2 2 ZM =  2.E1.E2 /(.[E2.(1 - 1 ) + E1.(1 - 2 )]) 5 E1,E2 - moâñun ñaøn hoài cuûa baùnh daãn vaø bò daãn, vôùi vaät lieäu baèng theùp E1 = E2 = 2,1.10 Mpa. 1, 2 - heä soá Poaùtxoâng cuûa vaät lieäu cheá taïo caëp baùnh raêng, vôùi vaät lieäu kim loïai: 1=2=0,3. 1/2 khi ñoù: ZM = 275 Mpa .  - baùn kính cong töông ñöông: 1/ = 1/1  1/2 1, 2 - baùn kính cong caùc beà maët thaân khai taïi caùc ñieåm aên khôùp (daáu (+) khi aên khôùp ngoaøi vaø (-) khi aên khôùp trong), giaù trò cuûa 1, 2 ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc: 1 = dw1.sinw/2 ; 2 = dw2.sinw/2 do ñoù: 1/ = 2 / (dw1.sinw)  2 / (dw2.sinw) = 2.(u  1) / (u.dw1.sinw) vôùi: u = dw1/dw2 = Z2/Z. Theá caùc giaù trò cuûa qn vaø 1/ vaøo coâng thöùc Hetz ta coù: H = (ZM.ZH.Z) / dw1. (2.T1.KH (u  1)) / (bw.u)  [H] trong ñoù: ZH laø heä soá xeùt ñeán hình daïng cuûa beà maët tieáp xuùc: ZH =  2/(sin2w) Thay caùc giaù trò cuûa ZH,ZM,Z vaøo coâng thöùc tính öùng suaát treân vaø tính ñeán bw = bd.dw1 (bd - heä soá chieàu roäng vaønh raêng) ta coù coâng thöùc xaùc ñònh ñöôøng kính dw1 nhö sau: 3 2 3 2 dw1 = Kd.  (T1.KH.(u  1))/(bd.[H] .u) trong ñoù: Kd =  2.(ZM.ZH.Z) o Neáu caëp baùnh raêng khoâng dòch chænh hoaëc dòch chænh ñeàu (x1 + x2 = 0) ta coù w = 20 khi ñoù: ZH = 1,76; neáu  = 1,2 thì Z = 0,96 vaø vaät lieäu baèng theùp thì Kd = 77. Neáu thay dw1 = 2.aw/(u  1) ta coù coâng thöùc xaùc ñònh khoaûng caùch truïc aw: 3 2 3 2 2 aw = Ka.(u  1).  (T1.KH)/(ba.[H] .u) = Ka.(u  1).  (T2.KH)/(ba.[H] .u ) Chương 6. Truyền động bánh răng 6.8 Tính toán bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng 6.8.1 Tính raêng theo ñoä beàn tieáp xuùc 3 2 3 2 2 aw = Ka.(u  1).  (T1.KH)/(ba.[H] .u) = Ka.(u  1).  (T2.KH)/(ba.[H] .u ) trong ñoù: T2 - moâmen xoaén treân baùnh bò daãn, T2 = T1.u N.mm; ba = bw/aw - heä soá chieàu roäng vaønh raêng; Ka = 50 vôùi vaät lieäu baèng theùp; heä soá Kd vaø Ka cho trong baûng. Moái lieân heä giöõa ba vaø bd: bd = ba.(u  1)/2. Giaù trò ba tuøy thuoäc vaøo vò trí cuûa baùnh raêng treân truïc vaø ñoä raén cuûa vaät lieäu, ba = 0,3  0,5 khi baùnh raêng ñaët ñoái xöùng ñoái vôùi 2 oå vaø baèng 0,25  0,4 khi baùnh raêng ñaët khoâng ñoái xöùng... (choïn theo daõy tieâu chuaån caáp soá nhaân: 0,1; 0,125; 0,16; 0,2; 0,25; 0,315; 0,4; 0,5; 0,63...). Giaù trò cuûa ba vaø bd coù theå tra theo baûng. Giaù trò aw ñoái vôùi caùc hoäp giaûm toác tieâu chuaån coù giaù trò tieâu chuaån naèm trong 2 daõy sau (daõy 1 laø daõy öu tieân): Daõy1 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400... Daõy2 140, 180, 225, 280, 355, 450... Ñoái vôùi caùc hoäp giaûm toác khoâng tieâu chuaån aw coù theå choïn trong daõy: 80; 85; 90; 95; 100; 105; 110; 120; 125; 130 vaø caùch khoaûng 10 ñeán 260 vaø caùch khoaûng 20 ñeán 420... Khi tính toaùn thieát keá ta caàn xaùc ñònh caùc kích thöôùc chuû yeáu cuûa boä truyeàn theo caùc thoâng soá sau: moâmen xoaén T1 hoaëc T2, tæ soá truyeàn u. thoâng thöôøng tæ soá truyeàn boä truyeàn baùnh raêng cho tröôùc theo daõy soá tieâu chuaån sau (daõy 1 laø daõy öu tieân): Daõy 1 1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0... Daõy 2 1,12; 1,4; 1,8; 2,24; 2,8; 3,55; 4,5; 5,6; 7,1; 9,0; 11,2 (cho pheùp sai leäch 4%) Chương 6. Truyền động bánh răng 6.8 Tính toán bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng 6.8.2 Tính raêng theo ñoä beàn uoán Tính toaùn nhaèm ñeà phoøng daïng hoûng gaõy raêng. Ñieàu kieän beàn uoán laø: F  [F] Trong quaù trình aên khôùp, ñieåm ñaët cuûa löïc di ñoäng treân treân maët raêng. Tính toaùn vôùi tröôøng hôïp ñieåm ñaët taïi ñænh vì khi ñoù coù theå coi raêng chòu toaøn boä löïc Fn vôùi sai soá ñöôïc xeùt ñeán baèng heä soá Y = 1/ vaø caùnh tay ñoøn laø lôùn nhaát neân öùng suaát uoán laø lôùn nhaát. Nhö vaäy taûi troïng rieâng tính toaùn seõ laø: qF = Fn.KF. Y / lF = Fn.KF. Y / bw Dôøi ñieåm ñaët cuûa löïc veà taâm ñoái xöùng vaø phaân ra hai thaønh phaàn: qF.cos - gaây uoán raêng; qF.sin - gaây neùn raêng Theo thöïc nghieäm veát nöùt baét ñaàu taïi vuøng bò keùo do ñoù caàn tính toaùn taïi vuøng naøy:  = u - n = qF.cos.ht / W - qF.sin /A 2 trong ñoù: W - moâmen caûn uoán; W = bw.s / 6 A - dieän tích thieát dieän nguy hieåm; A = bw.s 2 Öùng vôùi chieàu roäng vaønh raêng bw = 1, W = 1.s /6; A = 1.s 2  = Fn.KF. Y / bw.(6.cos.ht / s - sin / s) ht vaø s (hình veõ) tæ leä vôùi moâdun m neân: ht = e.m; s = g.m e, g - heä soá tæ leä 2  = Ft.KF. Y / (bw.m).[6.e.cos / (g .cosw) - sin / (g.cosw)] Chương 6. Truyền động bánh răng 6.8 Tính toán bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng 6.8.2 Tính raêng theo ñoä beàn uoán Xeùt ñeán heä soá taäp trung öùng suaát lyù thuyeát K ta coù öùng suaát thöïc lôùn nhaát taïi chaân raêng: 2 F = K. = Ft.KF. Y / (bw.m).[6.e.cos / (g .cosw) - sin /(g.cosw)]. K 2 ñaët: YF = [6.e.cos / (g .cosw) - sin /(g.cosw)]. K YF phuï thuoäc vaøo daïng raêng (g, e, w) vaø goùc löôïn chaân raêng (K) neân ñöôïc goïi laø heä soá daïng raêng. Vì daïng raêng vaø goùc löôïn chaân raêng phuï thuoäc vaøo soá raêng Z vaø heä soá dòch chænh x neân YF phuï thuoäc Z vaø x. Trò soá cuûa YF coù theå tra theo baûng hay theo coâng thöùc gaàn ñuùng: 2 YF = 3,47 + 13,2/Z - 27,9.x/Z + 0,092.x ta coù: F = Ft.KF. YF.Y / (bw.m)  [F] hoaëc: F = 2.T1.KF. YF.Y / (dw1.bw.m)  [F] Thay bw = bd. dw1; dw1 = m.Z1 ta coù coâng thöùc thieát keá: 3 2 m = Km.  (T1.KF .YF) / (Z1 .bd.[F]) trong ñoù: 3 Km =  (2.KFv.Y)= 1,4; bd = bw/dw1 = 0,6  1,4 khi HB  350; baèng 0,4  0,9 khi HB > 350 Khi thieát keá caàn choïn tröôùc Z1 > Zmin = 17 ñeå traùnh caét chaân raêng, choïn bd, tra KF , tra YF1, YF2, so saùnh tæ soá YF1 /[F1] vôùi YF2 /[F2] vaø tính toaùn vôùi giaù trò lôùn hôn. Chương 6. Truyền động bánh răng 6.9 Tính toán bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng 1. Caùc ñaëc ñieåm khi tính toaùn ñoä beàn raêng truï raêng nghieâng 1) Aên khôùp eâm, taûi troïng ñoäng giaûm: khaùc vôùi baùnh raêng thaúng, baùnh raêng nghieâng khoâng vaøo khôùp moät caùch ñoät ngoät (toaøn boä chieàu daøi raêng cuøng vaøo khôùp moät luùc) maø chieàu daøi tieáp xuùc lan daàn töø ñieåm 1 ñeán ñieåm 2. Xeùt vuøng aên khôùp cuûa baùnh raêng nghieâng (aa dd) so vôùi vuøng aên khôùp cuûa baùnh raêng thaúng taïi moät thôøi ñieåm. Khaùc vôùi baùnh raêng thaúng (toàn taïi vuøng aên khôùp moät ñoâi raêng (bb cc)), vuøng aên khôùp cuûa baùnh raêng nghieâng bao giôø cuõng coù ít nhaát hai ñoâi raêng aên khôùp. Nhôø söï tieáp xuùc daàn daàn vaø khoâng coù vuøng aên khôùp moät ñoâi nhö ôû baùnh raêng thaúng, baùnh raêng nghieâng laøm vieäc eâm hôn, va ñaäp vaø tieáng oàn giaûm so vôùi baùnh raêng thaúng. Goïi  laø heä soá truøng khôùp ngang vaø  laø heä soá truøng khôùp doïc:  = ad /pbt = g /pbt ;  = bw.tg /pbt Thoâng thöôøng   1.1 ;   1 2) Chieàu daøi tieáp xuùc lôùn, taûi troïng rieâng giaûm: trong boä truyeàn baùnh raêng nghieâng toång chieàu daøi tieáp xuùc lH ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc: lH = .pbt / sin = .bw /(.cos)  lH = K..bw / cos trong ñoù: K - heä soá thay ñoåi: K =0,9  1 ñoái vôùi raêng nghieâng, K =0,971 ñoái vôùi raêng chöõ V. Ta thaáy lH > bw vaø lH caøng lôùn khi  vaø  taêng, taûi troïng rieâng seõ giaûm (qn = Fn/lH), khaû naêng taûi cuûa baùnh raêng nghieâng cao hôn so vôùi baùnh raêng thaúng. Tuy o nhieân khi taêng  thì löïc doïc truïc Fa taêng leân do ñoù neân choïn  = 8...20 vôùi boä truyeàn baùnh raêng nghieâng vaø < 40o vôùi boä truyeàn chöõ V. Chương 6. Truyền động bánh răng 6.9 Tính toán bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng 3) Thay theá baùnh raêng nghieâng baèn