Đề cương bài giảng môn: Nguyên lý chi tiết máy

ố tiết máy liên kết cứng với nhau tạo thành một bộ phận có chuyển động tương đối so với bộ phận khác trong cơ cấu hay máy được gọi là khâu. 2 Ví dụ thanh truyền bao gồm nhiều tiết máy nối cứng với nhau, tất cả các tiết máy không có chuyển động tương đối với nhau khi thanh truyền chuyển động. Thanh truyền được coi là 1 khâu. 1.2 Thành phần khớp động và khớp động. Mối nối động giữa hai khâu liền nhau để hạn chế một phần chuyển động tương đối giữa chúng được gọi là khớp động (gọi tắt là khớp). Toàn bộ chỗ tiếp xúc giữa hai khâu trong khớp động được gọi là thành phần khớp động. Thông số xác định vị trí tương đối giữa các thành phần khớp động trên cùng một khâu gọi l kích thước động, nó ảnh hưởng đến các thông số động học, động lực học cơ cấu. 1.3 Phân loại khớp động. a. Phân loại theo số bậc tự do bị hạn chế (hay số ràng buộc) Nếu để rời 2 khâu trong không gian, sẽ có 6 khả năng chuyển động tương đối độc lập với nhau bao gồm: 3 khả năng chuyển động tịnh tiến theo 3 trục; ký hiệu Tx, Ty, Tz và 3 chuyển động quay quanh 3 trục; ký hiệu Qx, Qy, Qx (H.1-2). Mỗi khả năng chuyển động như vậy được gọi là một bậc tự do. Nói cách khác, hai khâu để rời trong không gian có 6 bậc tự do tương đối với nhau. 3 Nếu cho hai khâu tiếp xúc với nhau, tạo thành khớp động thì giữa chúng xuất hiện những ràng buộc về mặt hình học hạn chế bớt bậc tự do tương đối của nhau. Như vậy khớp làm giảm đi số bậc tự do của khâu. Số bậc tự do bị khớp hạn chế bớt được gọi là số ràng buộc. Khớp có k ràng buộc được gọi là khớp loại k (0 < k < 6; bảng 1). Ví dụ: khớp ràng buộc 1 bậc tự do giữa 2 khâu, số bậc tự còn lại là 5, khớp được gọi là khớp loại 1. Chú ý: Trong mặt phẳng chỉ có khớp loại 4 và khớp loại 5. b. Phân loại theo tính chất tiếp xúc - Khớp loại cao: khi các phần tử khớp động là đường hay điểm. Ví dụ khớp bánh ma sát, bánh răng, cơ cấu cam... - Khớp loại thấp: khi các phần tử khớp động là các mặt. Ví dụ khớp quay (bản lề), khớp tịnh tiến, khớp cầu... c. Phân loại theo tính chất của chuyển động tương đối giữa các khâu: khớp tịnh tiến, khớp quay, khớp phẳng và khớp không gian. Khớp phẳng dng để nối động cc khu trong cng một mặt phẳng hay trên những mặt phẳng song song nhau, khớp không gian nối động các khâu nằm trên những mặt phẳng không song song nhau. 4 1.4 Lược đồ. 5 a. Lược đồ của khâu Để thuận tiện trong quá trình giải quyết bài toán nguyên lý máy, các khâu được biểu diễn bằng các sơ đồ đơn giản gọi là lược đồ của khâu. Lược đồ khâu phải thể hiện đầy đủ thành phần khớp động và các kích thước ảnh hưởng đến tính chất động học của cơ cấu. Kích thước này được gọi là kích thước động. Thông thường, kích thước động là kích thước giữa tâm các thành phần khớp động trên khâu. Ví dụ: b. Lược đồ động của khớp Cũng như khâu, để thuận tiện trong quá trình nghiên cứu cơ cấu và máy, các khớp động được biểu diễn bằng các hình vẽ qui ước gọi là lược đồ động của khớp (gọi tắt là lược đồ). Các loại khớp động và lược đồ trình bày trong bảng 1. 2. Bậc tư do của cơ cấu. 2.1. Định nghĩa Bậc tự do của cơ cấu là số thông số độc lập cần thiết để xác định vị trí của cơ cấu. Đồng thời bậc tự do cũng chính là số khả năng chuyển động độc lập của cơ cấu đó. 2.2. Công thức tính bậc tự do của cơ cấu Bậc tự do thể hiện cho khả năng chuyển động của cơ cấu, nó phụ thuộc vào số khâu, khớp và loại khớp. Gọi W0 là số bậc tự do tương đối của tất cả các khâu trong cơ cấu để rời so với giá, gọi R là tổng số ràng buộc trong cơ cấu, thì bậc tự do W của cơ cấu được tính W = W0 - R (1-1) - Xác định W0: trường hợp tổng quát, một khâu để rời trong không gian có 6 bậc tự do tương đối so với giá, nên nếu cơ cấu có n khâu thì số bậc tự do tương đối sẽ là W0 = 6n (1-2) - Xác định R: Mỗi khớp động sẽ hạn chế một số bậc tự do bằng đúng số ràng buộc của khớp đó. Nếu gọi pi là số khớp loại i trong cơ cấu thì tổng số ràng buộc sẽ là R =Σ= 5p5 + 4p4 + 3p3 + 2p2 +1p1 (1-3) =51iip.i Thay (1-2) và 1-3) vào (1-1) ta có : W = 6n – (5p5 + 4p4 + 3p3 + 2p2 +1p1) (1-4) * Đối với cơ cấu phẳng - Một khâu có nhiều nhất 3 bậc tự do so với giá. Nên tổng số bậc tự do của n khâu sẽ là W0 = 3n - Một khớp có nhiều nhất là 2 ràng buộc, nói cách khác cơ cấu phẳng chỉ chứa khớp loại 4 và loại 5. Mỗi khớp loại 4 trong cơ cấu phẳng chỉ có thêm 1 ràng buộc nên số ràng buộc của p4 khớp loại 4 là 1xp4. Mỗi khớp loại 5 trong mặt phẳng có thêm 2 ràng buộc nên số ràng buộc của p5 khớp loại 5 là 2xp5. Nên tổng số ràng buộc trong cơ cấu phẳng R = 2p5 + p4 W = 3n - (2p5 + p4) (1-5) 2.3. Ràng buộc trực tiếp - Ràng buộc gián tiếp Ràng buộc giữa hai khâu do khớp nối trực tiếp giữa chúng gọi là ràng buộc trực tiếp. 6 Sự ràng buộc giữa hai khâu không phải do tác dụng trực tiếp của khớp nối hai khâu đó gọi là ràng buộc gián tiếp. Sự ràng buộc giữa khâu 1 và 2, giữa 2 và 3, giữa 1 và 4 trên H.1-8a là ràng buộc trực tiếp. Khâu 3 và khâu 4 chưa nối với nhau nhưng do tác dụng của các khớp A, B, C nên khâu 3 đã xuất hiện 3 ràng buộc: Qx , Qy và Tz được gọi là ràng buộc gián tiếp. Nếu nối khâu 3 với khâu 4 bằng khớp D (H.1-8b), khớp D có 5 ràng buộc trực tiếp: Tx, Ty, Tz, Qx, Qy. Tuy nhiên trong đó có 3 ràng buộc Qx, Qy, Tz đã có khi chưa xuất hiện khớp D. Ba ràng buộc này được gọi là ràng buộc trùng. Chú ý: ràng buộc trùng chỉ xuất hiện ở khớp nối các khâu đã có ràng buộc gián tiếp tức là chỉ có ở khớp khép kín của chuỗi động. Nói cách khác, ràng buộc trùng chỉ có ở chuỗi động kín. Khi cơ cấu tồn tại rng buộc gin tiếp thì số rng buộc của cơ cấu được tính R = - R0 (1-6) Σ=51iip.i 2.4. Ràng buộc thừa - Bậc tự do thừa - Ràng buộc thừa là những ràng buộc xuất hiện trong cơ cấu mà nếu bỏ chúng đi thì qui luật chuyển động của cơ cấu không thay đổi. Xét cơ cấu trên 7 Nếu bỏ đi một trong 3 khâu 1, 2, 3 và khớp kèm theo thì chuyển động của cơ cấu không thay đổi. Nghĩa là về phương diện chuyển động thì việc thêm khâu 2 hoặc 3 là thừa. Việc thêm khâu khâu 2 hoặc 3 làm cho bậc tự do tăng lên: 3n - 2p5 = 3x1 - 2x2 = -1 Nói cách khác là tăng thêm 1 ràng buộc. Ràng buộc này chính là ràng buộc thừa. Như vậy khi tính số ràng buôc của cơ cấu chúng ta không tính đến ràng buộc thừa. Nếu gọi số ràng buộc thừa là r, thì số ràng buộc của cơ cấu là R =Σ - R0 - r (1-7) =51iip.i - Bậc tự do thừa là những bậc tự do của các khâu trong cơ cấu mà nếu bỏ chúng đi thì qui luật chuyển động của cơ cấu không thay đổi. Chuyển động của con lăn 2 không ảnh hưởng đến chuyển động của cơ cấu. Bậc tự do này (con lăn 2 quay) gọi là bậc tự do thừa. Khi tính bậc tự do của cơ cấu không tính đến bậc tự do thừa này. Gọi s là bậc tự do thừa thì công thức tính bậc tự do của cơ cấu W = W0 - R - s 2.5. Công thức tổng quát - Cơ cấu không gian : W = 6n - (5p5 + 4p4 + 3p3 + 2p2 + 1p1 - R0 - r) - s (1-8) - Cơ cấu phẳng W = 3n - (2p5 + p4 - r) - s (1-9) 2.6. Ý nghĩa của bậc tự do, khâu dẫn và khâu bị dẫn Để thấy rõ ý nghĩa bậc tự do, so sánh 2 cơ cấu Cơ cấu 4 khâu trên có 1 bậc tự do nên chỉ cần 1 thông số độc lập (góc ϕ) thì vị trí cơ cấu hoàn toàn xác định, đồng thời cơ cấu chỉ có 1 khả năng chuyển động độc lập, giả sử là chuyển động của khâu 1 quay quanh A, nếu dừng chuyển động này thì cơ cấu cũng sẽ dừng lại, không còn chuyển động nào nữa. Nếu cho trước qui luật chuyển động của ϕ theo 8 thời gian, thì qui luật chuyển động của cơ cấu hoàn toàn xác định. Có nghĩa là nếu biết trước qui luật chuyển động của một khâu bất kỳ thì qui luật của toàn cơ cấu hoàn toàn xác định. Với cơ cấu 5 khâu trên H.1-11b có 2 bậc tự do nên nếu chỉ biết một thông số độc lập (giả sử ϕ) thì chưa đủ để xác định vị trí của toàn bộ cơ cấu. Muốn xác định hoàn toàn vị trí cơ cấu cần phải biết thêm một thông số độc lập nữa (giả sử là β). Đồng thời, về chuyển động, cơ cấu này có hai khả năng chuyển động động lập nên nếu chỉ dừng một chuyển động (giả sử dừng khâu 1) thì cơ cấu 4 khâu còn lại (BCDE) vẫn chuyển động được. Nếu dừng thêm một chuyển động nữa (giả sử dừng khâu 4) thì cơ cấu mới cố định. Cần phải biết trước 2 qui luật chuyển động (giả sử của ϕ và β) thì qui luật chuyển động của cơ cấu hoàn toàn xác định. Qua phân tích hai cơ cấu chúng ta thấy: để cơ cấu chuyển động xác định, số qui luật chuyển động độc lập cần biết trước phải bằng số bậc tự do của cơ cấu. Khâu có qui luật chuyển động biết trước được gọi là khâu dẫn. Các khâu động còn lại được gọi là khâu bị dẫn. Thông thường khâu dẫn là khâu nối với giá bằng một khớp quay loại 5; mỗi khâu dẫn chỉ ứng với một qui luật chuyển động cho trước. Vì vậy, để cơ cấu có chuyển động xác định, số khâu dẫn phải bằng số bậc tự do. 3. Nhóm tĩnh định. Phân tích cấu tạo của cơ cấu ta sẽ tìm được những đặc điểm cấu tạo làm cơ sở xác định phương pháp và trình tự nghiên cứu cơ cấu. Theo phương pháp phân tích cấu tạo cơ cấu của Át-xua: nếu một cơ cấu có W bậc tự do thì bao gồm W khâu dẫn và những nhóm có bậc tự do bằng không. Nói cách khác, các khâu trong một cơ cấu được chia làm 2 loại: - Loại thứ nhất là khâu dẫn có qui luật chuyển động biết trước, số khu loại ny bằng số bậc tự do của cơ cấu. - Loại thứ hai là các khâu bị dẫn tập hợp thành những nhóm tĩnh định có bậc tự do bằng không, còn gọi là nhóm Át-xua. Xét cơ cấu phẳng chỉ chứa toàn những khớp thấp gồm n khâu và p5 khớp loại 5, một nhóm Át-xua phải thỏa mãn điều kiện của nhóm: Wnhóm = 3n - 2p5 = 0 Vì số khâu và khớp phải là số nguyên nên các nhóm được phân loại như sau Qui ước : Nhóm 2 khâu 3 khớp gọi là nhóm loại 2 Nhóm 4 khâu 6 khớp gọi là nhóm loại 3 9 Nhóm 6 khâu 9 khớp gọi là nhóm loại 4 3.2. Nguyên tắc tách nhóm - Khi tách nhóm phải biết trước khâu dẫn. Khâu dẫn và giá không thuộc các nhóm. - Số khâu và khớp phải thoả mãn điều kiện bậc tự do của nhóm. Khớp bị tách thì xem là ở nhóm vừa tách. - Sau khi tách nhóm ra khỏi cơ cấu, phần còn lại phải là cơ cấu hoàn chỉnh hoặc là còn lại khâu dẫn nối với giá. Như vậy, việc tách nhóm phải tiến hành từ xa khâu dẫn đến gần khâu dẫn. - Phải tách nhóm đơn giản trước, nếu không được thì mới tách nhóm phức tạp hơn (loại cao hơn).  Xếp loại cơ cấu - Khâu dẫn gọi là cơ cấu loại 1 - Cơ cấu chỉ chứa 1 nhóm Át-xua thì loại của cơ cấu là loại của nhóm Át-xua đó. - Cơ cấu chứa nhiều nhóm Át-xua thì loại của cơ cấu là loại của nhóm Át-xua có loại cao nhất. * Các ví dụ: - Cơ cấu 4 khâu bản lề trên H.1-11a: bao gồm giá, một khâu dẫn 1 và một nhóm Át-xua 2 khâu 3 khớp. Cơ cấu thuộc loại 2. - Cơ cấu 5 khâu trên H.1-11b: bao gồm một giá, 2 khâu dẫn (1 và 4) và một nhóm Át-xua 2 khâu 3 khớp. Cơ cấu thuộc loại 2. 10 - Cơ cấu bơm oxy trên H.1-13: bao gồm một giá, 1 khâu dẫn (1) và một nhóm Át-xua 4 khâu 6 khớp. Cơ cấu thuộc loại 3. BÀI TẬP: 11 12 13 14 15 16 Bài 2: ĐỘNG HỌC CƠ CẤU * Mục tiêu thực hiện: - Phân tích động học cơ cấu khi đã biết trước lược đồ động của cơ cấu và quy luật chuyển động của khâu dẫn. 1.Phân tích động học cơ cấu phẳng bằng phương pháp giải tích. Ưu điểm + Cho mối quan hệ giữa các đại lượng bằng biểu thức giải tích, dễ dàng cho việc khảo sát dùng máy tính. + Độ chính xác cao Nhược điểm + Đối với một số cơ cấu, công thức giải tích rất phức tạp và khó kiểm tra Xét cơ cấu tay quay – con trượt lệch tâm có vị trí đang xét như hình vẽ Cho: lAB, lBC, 1 là hằng số và độ lệch tâm e Xác định: xC, C, aC 2.Phân tích động học cơ cấu phẳng bằng phương pháp đồ thị. Xét cơ cấu 4 khâu bản lề có vị trí đamg xét như hình vẽ 17 3.Phân tích động học cơ cấu phẳng bằng phương pháp họa đồ vector. Ôn lại một số kiến thức đại số vector 18 - Định lý liên hệ vận tốc + Hai điểm A, B khác nhau cùng thuộc một khâu đang chuyển động song phẳng vB vA vBA + Hai điểm A1, A2 trùng nhau, thuộc hai khâu đang chuyển động song phẳng tương đối đối với nhau vA2 vA1 vA2A1 - Định lý liên hệ gia tốc + Hai điểm A, B khác nhau cùng thuộc một khâu đang chuyển động song phẳng + Hai điểm A1 , A2 trùng nhau, thuộc hai khâu đang chuyển động song phẳng tương đối đối với nhau Điều kiện để giải một phương trình vector 19 Ví dụ: cho cơ cấu culit tại vị trí như hình vẽ. Khâu 1 quay đều với vận tốc góc 1 Xác định 3 ,3 ,vD , aD 20 BÀI 3: CÁC CƠ CẤU TRUYỀN CHUYỂN ĐỘNG I.Tính Toán Thiết Kế Bộ Truyền Đai 1. Những vấn đề chung. 1.1. Giới thiệu bộ truyền đai. Bộ truyền động đai đơn giản gồm một đai mềm bắt căng ôm qua hai bánh đai ghép cố định trên hai trục. Nhờ ma sát giữa dây đai và bánh đai nên khi trục dẫn quay kéo trục bị dẫn quay theo. 1.1. Phân loại bộ truyền đai. Tùy theo tiết diện (m/c ngang)của đai, đai được chia thành 3 loại:  Đai dẹt: có mặt cắt ngang hình chữ nhật.  Đai thang: có m/c ngang hình thang cân.  Đai tròn:có m/c ngang hình tròn. Đai thang làm việc do hai mặt bên, rãnh của bánh đai cũng hình thang nên khi làm việc đai ép vào rãnh tăng ma sát và ít bị trượt. 2. Thông số hình học của bộ truyền đai. Bộ truyền đai được đặc trưng bởi các thông số hình học chủ yếu sau: D1 và D2: đường kính bán dẫn và bánh bị dẫn A: khoảng cách trục 1 và 2: góc ôm của đai trên bánh nhỏ và bánh lớn Hình 1.1. Bộ truyền động đai thường 21 L: chiều dài đai  và b: chiều dày và chiều rộng của tiết diện đai dẹt B: chiều rộng bánh đai. Khi đã biết khoảng cách trục A và đường kính D1, D2 của các bánh đai, có thể tính được chiều dài đai như sau: L = 2A + A DD DD 4 )( )( 2 12 21    (1.1) Nếu đã có chiều dài đai L và đường kính D1, D2 sẽ tính được khoảng cách trục A: A = 8 )(8)](2[)(2 212 2 1212 DDDDLDDL   (1.2) Góc ôm 01201 57180 A DD   (1.3) 01201 57180 A DD   Đường kính D1 của bộ truyền đai dẹt có thể xác định theo công thức (1.5). Đường kính D1 của bộ truyền đai hình thang được chọn trong bảng (1.14), tùy theo loại đai. Đường kính D2 của bánh đai lớn được tính theo công thức: D2 = iD1(1 - ) (1.4) Nếu bỏ qua hiện tượng trượt: D2 = iD1 (1.5) Hệ số trượt  của: - Đai vải cao su hoặc đai vải  = 0,01 - Đai da  = 0,015 - Đai hình thang  = 0,02 3. Tính toán thiết kế bộ truyền đai. Để thiết kế bộ truyền đai cần biết: công dụng và điều kiện làm việc của bộ truyền, loại động cơ phát động, kiểu truyền động (truyền động thường, chéo, nữa chéo,), công suất cần truyền N (kW), số vòng quay trong 1 phút của trục dẫn và trục bị dẫn, góc nghiêng của bộ truyền so với mặt phẳng ngang. Cần xác định loại đai, kích thước đai và bánh đai, khoảng cách trục A (cũng có khi cho trước A), chiều dài đai L và lực tác dụng lên trục. 22 Dưới đây trình bày nội dung và các bước thiết kế bộ truyền đai dẹt (kiểu truyền động thường). 3.1. Chọn loại đai Tùy theo điều kiện làm việc của bộ truyền để chọn loại đai thích hợp. Đai da có độ bền mòn ca, chịu va đập tốt nhưng giá đắt, không dùng được những chỗ có axit hoặc ẩm ướt. Đai vải cao su có ba loại: loại xếp từng lớp, loại cuộn từng vòng kín và loại cuộn xoắn. Đai vải cao su được dùng nhiều vì có sức bền và tính đàn hồi cao, ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm. Đai vải dùng thích hợp ở các truyền động có vận tốc cao, công suất nhỏ. 3.2. Xác định đường kính bánh đai Đường kính bánh đai nhỏ được tính theo công thức (Xavêrin): D1 = (1100 ÷ 1300) 3 1 1 n N (mm) (1.6) Trong đó: N1: công suất trên trục dẫn, kW n1: số vòng quay trong 1 phút của trục dẫn Cần kiểm nghiệm vận tốc đai theo điều kiện: v = )3025( 1000.60 11  nD m/s (1.7) Nếu vận tốc đai quá lớn thì phải giảm đường kính đai. Tính đường kính đai lớn: D2 = iD1(1 - ) = 2 1 n n D1(1 - ) (1.8) Hoặc có thể dùng công thức gần đúng: D2  iD1 = 2 1 n n D1 (1.9) Các đường kính D1 và D2 nên quy tròn theo tieu chuẩn (bảng 1.1), thường lấy D1 về phía tăng, D2 về phía giảm. 3.3. Định khoảng cách trục A và chiều dài đai L Từ điều kiện hạn chế số vòng quay u của đai trong 1 giây (để đai có thể làm việc được tương đối lâu), tìm được chiều dài tối thiểu Lmin của đai, như sau: Lmin = maxu v (1.11) 23 Trong đó: Umax = 3 ÷ 5 Tính khoảng cách trục A theo Lmin, D1 và D3 theo công thức (1.2). Để góc ôm  đủ lớn, khoảng cách trục A của bộ truyền cần thỏa mãn điều kiện sau: A ≥ 2(D1 + D2) (1.12) Nếu A tính theo Lmin không thỏa mãn điều kiện (1.1) cần tăng A để: A = 2(D1 + D2) (1.13) Và tính lại L theo A theo công thức (1.1). Để nối đai, sau khi tính xong cần tăng thêm chiều dài đai khoảng 100 ÷ 400mm, tùy theo cách nối. 3.4. Kiểm nghiệm góc ôm trên bánh nhỏ Tính góc ôm 1 trên bánh nhỏ theo công thức (1.3) và kiểm nghiệm điều kiện: 1 ≥ 150 0 (1.14) Nếu  < 1500 cần tăng khoảng cách trục A hoặc dùng bánh căng. 3.5. Xác định tiết diện đai Để hạn chế ứng suất uốn và tăng ứng suất có ích cho phép của đai, chiều dày của đai  được chọn theo tỷ số 1D  , sao cho: 1D  ≤ max 1 ][ D  (1.15) Theo trị số D1 và max 1 ][ D  (bảng 1.2) tìm được chiều dày đai  Sau khi xác định được chiều dày  có thể tính được chiều rộng của đai để tránh xảy ra trượt trơn giữa đai và bánh đai: b ≥ bvtP CCCC P  0][ (1.16) hoặc: b ≥ bvtP CCCCv N  0][ 1000 Chiều rộng bánh đai B cần thỏa mãn điều kiện: B ≤ D1 và 6 ≤ B D1 ≤ 12 (1.18) 3.7. Tính lực căng và lực tác dụng lên trục Lực căng S0 được tính theo công thức: 24 S0 = σ0b (1.19) Lực tác dụng lên trục được tính theo công thức: R = 3S0sin 2 1 (1.20) 4. Thiết kế bộ truyền đai hình thang truyền dẫn từ động cơ điện không đồng bộ đến hộp giảm tốc Thiết kế bộ truyền đai hình thang truyền dẫn từ động cơ điện không đồng bộ đến hộp giảm tốc theo các số liệu sau: công suất N = 6kW, số vòng quay trong 1 phút của trục dẫn n1 = 1460 vòng/phút, số vòng quay của trục bị dẫn n2 = 450 vòng/phút, tải trọng ổn định, bộ truyền làm việc 2 ca. 4.1. Chọn loại đai Giả thiết vận tốc của đai v > 5m/s, có thể dùng đai loại A hoặc Б (bảng 1.13). Ta tính theo cả 2 phương án và chọn phương án tối ưu. Tiết diện đai A Б Kích thước tiết diện đai a x h (mm) (bảng 1.11) 13 x 8 7 x 10,5 Diện tích thiết diện F(mm2) 81 1381 4.2. Định đường kính bán kính đai nhỏ. Theo bảng 1 – 14 lấy: D1, mm 140 200 Kiểm nghiệm vận tốc của đai: v = smD D /,0764,0 1000.60 1460 1 1   v < vmax = (30 ÷ 35)m/s 4.3. Tính đường kính D2 của bánh lớn D2 = mmDD ,18,3)02,01( 450 1460 11  445 636 Lấy theo tiêu chuẩn (bảng 1.15) D2 450 630 Số vòng quay thực n2’ của trục bị dẫn: phvg D D D D n /,.1431.1460).02,01( 2 1 2 1' 2  445 454 '1n sai lệch rất ít so với yêu cầu 25 Tỷ số truyền = ' 1 1 n n 3,28 3,22 4.4. Chọn sơ bộ khoảng cách trục A theo bảng 1 – 16 A  D2, mm 450 630 4.5. Tính chiều dài đai L theo khoảng cách trục A Theo công thức: L = 2A + A DD DD 4 )( )( 2 12 21    1880 2637 Lấy L theo tiêu chuẩn, mm (bảng 1.12) 1900 2650 Kiểm nghiệm số vòng chạy u trong 1 giây: L v u  5,6 5,8 Đều nhỏ hơn umax = 10 4.6. Xác định chính xác khoảng cách trục A theo chiều dài Theo công thức: A = 8 )(8)](2[)(2 212 2 1212 DDDDLDDL   460 637 Khoảng cách A thỏa điều kiện (1 – 22). Khoảng cách nhỏ nhất cần thiết để mắc đai: Amin = A – 0,015L, mm 432 597 Khoảng cách lớn nhất, cần thiết để tạo lực căng Amax = A + 0,03L, mm 517 517 4.7. Tính góc ôm 1 theo công thức (1 – 3), ta được: 142 0 1420 Góc ôm 1 thỏa mãn điều kiện 1 = 120 0 4.8. Xác định số đai Z cần thiết. Chọn ứng suất căng ban đầu σ0 = 1,2 N/mm 2 và theo trị số D1 tra bảng 1.17 tìm được ứng suất có ích cho phép: [σp]0 N/mm 2 1,7 1,74 Các hệ số: Ct (tra bảng 1.6) 0,9 0,9 26 C (tra bảng 1.18) 0,89 0,89 Cv (tra bảng 1.19) 1 0,94 Số đai tính theo công thức (1.25) 4,6 1,9 Lấy số đai Z 5 2 4.9. Định các kích thước chủ yếu của bánh đai Chiều rộng bánh đai tính theo công thức (1 – 26) B = (Z – 1)t + 2S 84 45 Đường kính ngoài cùng của bánh đai tính theo công thức (1 – 27) Bánh dẫn: Dn1 = D1 + 2c 147 210 Bánh bị dẫn: Dn2 = D2 + 2c 457 640 Các kính thước t, S và c xem bảng 10 – 3 trang 257 giáo trình thiết kế chi tiết máy. Tác giả Nguyễn Văn Lẫm, Nguyễn Trọng Hiệp. Nhà xuất bản giáo dục. Tái bản năm 2007. 4.10. Tính lực căng ban đầu S0, theo công thức (1.28) và lực tác dụng lên trục R theo công thức: S0 = σ0F, N 97 166 R = 3S0Zsin 2 1 , N 1380 940 Kết luận: Chọn phương án dùng bộ truyền đai loại A có khuôn khổ nhỏ gọn hơn, tuy chiều rộng bánh đai và lực tác dụng lên trục lớn hơn một chút so với phương án dùng đai loại Б. 27 BÀI TẬP: Bài 1. Tính chiều dài dây đai của bộ truyền đai thang? Biết khoạng cách 2 trục bánh đai là 450mm, đường kính bánh đai chủ động là 140mm, đường kính bánh đai bị động là 450mm. Bài 2. Tính chiều dài dây đai của bộ truyền đai thang? Biết khoạng cách 2 trục bánh đai là 630mm, đường kính bánh đai chủ động là 200mm, đường kính bánh đai bị động là 630mm. Bài 3. Tính số đai cần thiết cho bộ truyền đai thang để truyền công suất N=7,5KW? Bánh chủ động quay với tốc độ quay n1 = 1440vòng/phút, đường kính bánh đai D1=180mm. Biết [K0]=2,05N/mm 2(ứng suất kéo có ích truyền đi cho phép trong điều kiện thí nghiệm); C1=0,95 (hệ số phụ thuộc vào góc ôm); C2=0,9 (hệ số phụ thuộc vào vận tốc); C3=0,8 (hệ số phụ thuộc vào điều kiện làm việc). Bài 4. Thiết kế bộ truyền đai dẹt truyền dẫn từ động cơ điện không đồng bộ đến máy bơm pittông theo các số liệu sau: Công suất N = 4kW, số vòng quay trong 1 phút của trục dẫn n1 = 710 vòng/phút, số vòng quay của trục máy bơm n2 = 240 vòng/phút, góc nghiêng của đường tâm bộ truyền đối với đường năm ngang 400, bộ truyền làm việc 2 ca, đai được căng định kỳ. 28 II. TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG 2.1. các thông số chủ yếu của bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng, nghiêng 2.1.1. Định nghĩa Bộ truyền bánh răng làm việc theo nguyên lý ăn khớp, thực hiện truyền chuyển động và công suất nhờ vào sự ăn khớp của các răng trên bánh răng. Bộ truyền bánh răng có thể truyền chuyển động giữa hai trục song song, giao nhau, chéo nhau hay biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến hoặc ngược lại. Bộ truyền bánh răng thường có 2 bộ phận chính: - Bánh răng dẫn 1, có đường kính d 1 , được lắp trên trục dẫn I, quay với số vòng quay n 1 , công suất truyền động P 1 , mô men xoắn trên trục M 1 - Bánh răng bị dẫn 2, có đường kính d2, được lắp trên trục bị dẫn II, quay với số vòng quay n2, công suất truyền động P2, mô men xoắn trên trục M2. Hình 3.1. Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng Hình 3.2. Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng Hình 3.3. Bộ truyền bánh răng nón 29 2.1.2. Phân loại bộ truyền bánh răng Tùy theo hình dạng bánh răng, phương răng và đoạn biên dạng răng, người ta chia bộ truyền bánh răng thành các loại sau: Bộ truyền bánh răng trụ: bánh răng là hình trụ tròn xoay, đường sinh thẳng, thường dùng để truyền chuyển động giữa hai trục song song với nhau, quay ngược chiều nhau. Bộ truyền bánh răng trụ có các loại: - Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng, phương của răng trùng với đường sinh của mặt trụ, sơ đồ biểu diễn bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng trên Hình 3.1. - Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng, phương của răng nghiêng so với đường sinh của mặt trụ một góc , sơ đồ biểu diễn bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêngg trên Hình 3.2. - Bộ truyền bánh răng răng chữ V, bánh răng được tạo thành từ hai bánh răng nghiêng có góc nghiêng như nhau, chiều nghiêng ngược nhau, sơ đồ biểu diễn bộ truyền bánh răng trụ răng chữ V trên Hình 3.4. Bộ truyền bánh răng nón, còn được gọi là bộ truyền bánh răng côn: bánh răng có dạng hình nón cụt, thường dùng truyền chuyển động giữa hai trục vuông góc với nhau. Bộ truyền bánh răng nón có các loại: - Bộ truyền bánh răng nón răng thẳng: đường răng thẳng, trùng với đường sinh của mặt nón chia. - Bộ truyền bánh răng nón răng nghiêng: đường răng thẳng, nằm nghiêng so với đường sinh của mặt nón. - Bộ truyền bánh răng nón răng cung tròn: đường răng là một cung tròn. - Bộ truyền bánh răng thân khai: biên dạng răng là một đoạn của đường thân khai của vòng tròn. Đây là bộ truyền được dùng phổ biến, đa số các cặp bánh răng gặp trong thực tế thuộc loại này. - Bộ truyền bánh răng Novikov: biên dạng răng là một phần của đường tròn. - Bộ truyền bánh răng xiclôit: biên dạng răng là một đọan của đường xiclôit. - Bộ truyền bánh răng - thanh răng: thanh răng là bánh răng đặc biệt, có đường kính bằng vô cùng, dùng để đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến và ngược lại. Hình 3.4. Bộ truyền bánh răng chữ V 30 - Bộ truyền bánh răng hành tinh: ít nhất một bánh răng trong bộ truyền có trục quay quanh tâm của bánh răng khác. - Bộ truyền bánh răng ăn khớp trong: tâm của hai bánh răng nằm về cùng một phía so với tâm ăn khớp, hai vòng tròn lăn tiếp xúc trong với nhau. - Bộ truyền bánh răng sóng: răng của bánh răng có dạng sóng liên tục, thường dùng ăn khớp trong để thực hiện một tỷ số truyền rất lớn. Trong chương này, chủ yếu trình bày bộ truyền bánh răng thân khai, ăn khớp ngoài. Các loại bộ truyền khác sẽ được đề cập đến trong sách chuyên khảo về bánh răng. 2.2.3. Thông số hình học bánh răng trụ răng thẳng Hình 3.5. Các thông số hình học của bộ truyền bánh răng trụ răng thắng Hình dạng và kích thước của bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng được xác định qua các thông số hình học chủ yếu sau đây: 31 Mô đun của răng bánh răng, ký hiệu là m, đơn vị đo là mm m =  p Có 2 loại môđun đó là môđun pháp mn và môđun ngang ms. Đối với bánh răng thẳng mn = ms = m; đối với bánh răng nghiêng, chữ V cần phân biệt mn và ms. Các bánh răng có cùng mô đun sẽ ăn khớp được với nhau. Giá trị của mô đun m được lấy theo dãy số tiêu chuẩn, để hạn chế số lượng dao gia công bánh răng sử dụng trong thực tế. Ví dụ: 1; 1,25; (1,375); 1,5; (1,75); 2; (2,25); 2,5; 3; (3,5); 4; (4,5); 5; (5,5); 6; (7); 8; (9); 10; (11); Hệ số chiều cao đỉnh răng h a * , hệ số này quyết định răng cao hay thấp. Chiều cao của răng thường lấy h = 2,25.h a * .m. Các bánh răng tiêu chuẩn có h a * = 1. Hệ số khe hở chân răng C * , hệ số này quyết định khe hở giữa vòng đỉnh răng và vòng tròn chân răng của bánh răng ăn khớp với nó. Cần có khe hở này để hai bánh răng không bị chèn nhau. Thông thường lấy C * = 0,25. Hệ số bán kính cung lượn đỉnh dao gia công bánh răng  * , hệ số này liên quan đến đọan cong chuyển tiếp giữa chân răng và biên dạng răng. Giá trị thường dùng  * = 0,38. Hệ số dịch dao x 1 của bánh răng dẫn, và x 2 của bánh răng bị dẫn. Giá trị hệ số dịch dao thường dùng -1 ≤ x ≤ 1. Chiều rộng vành răng bánh răng dẫn B 1 và vành răng bánh bị dẫn B 2 , mm. Thường dùng B 1 > B 2 . Mục đích: khi có sai lệch do lắp ghép, thì bộ truyền vẫn tiếp xúc đủ chiều dài tính toán B. Số răng của bánh dẫn z 1 , của bánh bị dẫn z 2 . Góc prôfil răng , còn được gọi là góc áp lực trên vòng tròn chia. Góc ăn khớp  w , là góc làm bởi đường tiếp tuyến chung của hai vòng lăn với đường ăn khớp. Nếu x t = x 1 + x 2 = 0, thì  w = . Đường kính vòng tròn chia d 1 và d 2 , mm. Có quan hệ d 1 = m.z 1 , d 2 = m.z 2 . Đường kính vòng tròn lăn d w1 và d w2 , mm. Có quan hệ d w1 = w d   cos cos.1 Đường kính vòng tròn cơ sở d b1 và d b2 , mm. Là đường kính vòng tròn có đường thân khai được dùng làm biên dạng răng. d b = d.cos. Đường kính vòng tròn chân răng d f1 và d f2 , mm. Đường kính vòng tròn đỉnh răng d a1 và d a2 , mm. Chiều cao răng h, mm. Có quan hệ h = (2.h a * + C * ).m = 2 fa dd  32 Khoảng cách trục a w , là khoảng cách giữa tâm bánh răng dẫn và bánh răng bị dẫn; mm. Có a w = 2 21 ww dd  Chiều dày đỉnh răng S a1 , S a2 , mm. Thường dùng S a ≥ 0,2.m. Chiều dày chân răng S f1 , S f2 mm. Kích thước S f liên quan trực tiếp đến hiện tượng gẫy răng. Bước răng trên vòng tròn chia p, mm. Là khoảng cách đo trên vòng tròn chia của hai biên dạng răng cùng phía gần nhau nhất. Bước răng trên vòng tròn cơ sở p b , được đo trên vòng tròn cơ sở. Bước răng trên đường ăn khớp p k , được đo trên đường ăn khớp, p k = p b . Hệ số trùng khớp   . Giá trị của   cho biết khả năng có nhiều nhất bao nhiêu đôi răng cùng ăn khớp và ít nhất có mấy đôi răng cùng ăn khớp. Hệ số trùng khớp được tính:   = AE/pb, trong đó AE là chiều dài của đoạn ăn khớp thực. Các cặp bánh răng thường dùng có   ≥ 1,1. Hệ số giảm khoảng cách trục y. Trong bộ truyền bánh răng dịch chỉnh góc, tổng hệ số dịch dao x t ≠ 0, khoảng cách trục a w = ymw     2.cos ).m.cosz (z 2 1 2.2.4. Thông số hình học bánh răng trụ răng nghiêng. Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng có một bộ thông số tương tự như bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng, được đo trên mặt đầu của bánh răng. Một số kích thước thuộc bộ thông số này có thêm chỉ số t. Ví dụ, mô đun m t , khoảng cách trục a wt , đường kính vòng chia d wt1 , d wt2 , góc ăn khớp  wt , góc profil sinh  t ... (Hình 3.6). Bộ thông số này dùng để đo, kiểm tra kích thước của bộ truyền bánh răng. m t và  t trên mặt phẳng mút không phải lấy theo dãy số tiêu chuẩn. Một số thông số được xác định trên mặt phẳng pháp tuyến n - n, vuông góc với phương của răng. Các kích thước trong mặt phẳng này có thêm chỉ số n. Ví dụ, mô đun m n , góc profil  n , góc ăn khớp  wn , ... Các thông số trong mặt phẳng pháp tuyến được lấy theo dãy số tiêu chuẩn. Các thông số này dùng để tính toán bộ truyền bánh răng. Góc nghiêng , góc làm bởi phương răng và đường sinh của mặt trụ. Phương răng có thể nghiêng trái hoặc nghiêng phải, giá trị của : 0 < 