Đang tải... (xem toàn văn)
Giáo trình chế tạo máy - DR Phương
Chi tiết máy Chương VCHƯƠNG 5BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG5.1. 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 trụcTruyền động giữa các trục song song: bánh răng trụ.- Truyền động giữa các trục cắt nhau: bánh răng cơn.- Truyền động giữa hai trục chéo nhau: bánh răng cơn xoắn, trụ xoắn.+ Theo sự phân bố giữa các răng trên bánh răng.- Bộ truyền ăn khớp ngồi.- 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 khai5.1.3. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng.Ưu điểm- 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.51 Chi tiết máy Chương V5.1.4. 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 cơng bánh răng thường là máy xọc răng và máy phay lăn răng:5.2. THƠNG SỐ HÌNH HỌC VÀ ĐẶC ĐIỂM ĂN KHỚP5.2.1 Thơng 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=pm gọi là mođun, trong đó p được gọi là bước răng trên mặt trụ chia. Giá trị m được tiêu chuẩn hố .52 Chi tiết máy Chương Vo1da1d1α1whfhahP1df1db1P2df2α2wdb2da2aw+ Đường thẳng tiếp xúc chung giữa hai vòng cơ sở P1P2 gọi là đường ăn khớp.+ Góc αw tạo bởi đường P1P2 và đường vng góc O1O2 gọi là góc ăn khớp và được tiêu chuẩn hố: 14,50, 200, 250, 300. thơng thường bánh răng sử dụng αw = 200.+ Đường kính d1, d2 được gọi là đường kính vòng chia.11mzd=;22mzd=+ Hình trụ có đường kính dw1, dw2 được gọi là hình trụ lăn. dw1, dw2 được gọi là đường kính vòng lăn. Điểm tiếp xúc giữa hai vòng tròn này gọi là điểm ăn khớp (bánh răng khơng dịch chỉnh thì vòng lăn trung vòng chia).+ Đường kính vòng đỉnh:m2dh2dd1a11a+=+=m2dh2dd2a22a+=+=+ Đường kính vòng đáy.m5,2dh2dd1f11f−=−=m5,2dh2dd2f22f−=−=+ Đường kính vòng cơ sở: (là đường kính vòng tròn tạo nên đường thân khia biên dạng răng).w1w1bcosddα=;w2w2bcosddα=+ Tỉ số truyền:1221zznnu ==(5.1)Tỉ số truyền đựơc cho theo dãy tiêu chuẩn sau:Dãy 111.251.622.53.154 56.38Dãy 21.121.41.82.242.83.554.55.67.1953 Chi tiết máy Chương V5.2.2. Thơng 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 pt và modun ngang mt là bước và modun trong tiết diện vng góc với trục.+ Bước pháp pn vào modun pháp mn là bước và modun đo trong tiết diện vng góc với mặt răng.β=cospptn(5.2)β=cosmmtn(5.3)đối với bánh răng trụ răng nghiêng thì giá trị mn được tiêu chuẩn hố.+ Góc biên dạng răng αt đo trong mặt mút:βα=αcostgtgnt(5.4)αn : góc biên dạng răng của thanh răng sinh5.2.3. Thơng số hình học của bánh răng nghiênga. Dịch chỉnh đều.Tổng hệ số dịch chỉnh trong bánh răng 1 và 2 bằng khơng.0xx;0x,0x2121=+<>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 khơng đổi và bằng p. Do đó khoảng cách trục và góc ăn khớp khong đổi.α=α+=+=w2w1w21;2/)dd(2/)dd(ab. Dịch chỉnh gócTổng hệ số dịch chỉnh ≠0 và thơng thường x1, x2 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 khơng tiếp xúc nhau và bánh răng ăn khớp theo vòng lăn.α>α+>+=w212w1w;2/)dd(2/)dd(adịch 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.54 Chi tiết máy Chương V5.3. PHÂN TÍCH LỰC TÁC DỤNGKhi tính tốn có thể xem như lực ma sát sinh ra trên bề mặt răng khơng đáng kể.5.3.1. Bánh răng trụ răng thẳng+ Lực vòng:2t1w11tFd/T2F== (5.7)+ Lực hướng tâm: 2rw2t1rFtgFF=α=(5.8)+ Lực pháp tuyến: w1t2n1ncos/FFFα==(5.9)5.3.2. Bánh răng trụ răng nghiêng:+ Lực vòng:2t1w11tFd/T2F== + Lực hướng tâm: 2rww1t1rFcos/tgFF=βα=(5.10)+ Lực dọc trục: 2aw1t1aFtgFF=β=(5.11)+ Lực pháp tuyến: wnw1t2n1ncoscos/FFFβα==(5.12)αnw: góc ăn khớp trong mặt phẳng pháp121Fa1FtFa12Fa2Fr2Ft1FtFa12Fa21Ft2Fr2Fa155 Chi tiết máy Chương VLưu ý• Chiều lực vòng Ft trên bánh dẫn ln ngược chiều quay, trên bánh bị dẫn cùng chiều quay.• Phương lực dọc trục phụ thuộc vào chiều nghiêng răng và chiều quay:FtFaωFtFaωFtFaωFtFaωLực tác dụng lên bánh răng dẫn răng trụ• Chiều Fr ln hướng vào tâm.5.4.TẢI TRONG TÍNHViệc tính tốn bánh răng bắt đầu từ việc xác định tải trọng tính, giá trị này xác định theo cơnbg thức.KFFdntt=(5.13)Fdn – Tải trọng danh nghĩa: 1131tdndT10.2FF ==K – Hệ số tải trọng tính.+ Nếu tính theo độ bền tiếp xúc:βα=HHHvHKKKK(5.14)KHv, KHα, KHβ 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=FFFvFKKKK(5.15)KFv, KFα, KFβ 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 tốn bánh răng thẳng 1KKFF==βα5.4.1. Hệ số tập trung tải trọng Kβ:5.4.2. Hệ số tải trong động KV5.4.3.Hệ số xét đến sự phân bố tải trọng khơng đều giữa các răng KαCác hệ số này có thể tra bảng khi tiến hành tính tốn. SV tự đọc thêm trong tài liệu tham khảo.56 Chi tiết máy Chương V5.5. HIỆU SUẤT BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNGHiệu suất của bộ truyền bánh răng:1r12PP1PP−==η(5.16)P1,P2 – Cơng suất trên trục dẫn và bị dẫn.Pr – cơng suất mát mát trong bộ truyền.dosrPPPP++= (5.17)Ps – cơng suất mát mát do ma sát trong mối ăn khớp.P0 – cơng suất mất mát trong ổ.Pd – cơng suất mất mát do khuấy dầu.Gọi ψs = Ps / P1: hệ số mất mát cơng suất do ăn khớp.ψo = Po / P1: hệ số mất mát cơng suất trong ổ.ψd = Pd / P1: hệ số mất mát cơng suất do khuấy dầu.)(1dosψ+ψ+ψ−=η(5.18)Mất mát cơng suất do ma sát trong mối ăn khớp là mất mát chủ yếu. Đối với các bộ truyền khơng dịch chỉnh:)z1z1(f3,221s±=ψ(5.19)f – hệ số ma sát = 0.06 ÷ 0.1; dấu (+) cho bộ truyền ăn khớp ngồi và ngược lại.Do mất mát cơng 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 cơng suất sinh ra nhiệt làm giảm khả năng làm việc của dầu bơi trơn, trong một số trường hợp gây dính răng, giảm độ bền mỏi cặp bánh răng. Do đó, trong một số bộ truyền hiệu suất thấp ta phải tính tốn nhiệt, trong hộp giảm tốc phải làm nút thơng hơi để giảm áp suất do nhiệt.5.6. CÁC DẠNG HỎNG VÀ CHỈ TIÊU TÍNHNhư đã giới thiệu trên, tại vị trí ăn khớp ngồi lực pháp tuyến Fn còn lực ma sát Fs = f.Fn do bề mặt răng trượt lên nhau → răng chịu trạng thái ứng suất phức tạp: ứng suất tiếp xúc σH, ứng suất uốn σF.Ứng suất tiếp và uốn khơng cố định mà thay đổi theo chu kỳ mạch động gián đoạn và đó cũng chính là ngun nhân gây nên hỏng răng do mỏi: gãy răng do uốn, tróc rỗ, mòn, dính do tiếp xúc.57 Chi tiết máy Chương V• 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 q tải, tăng bền vật liệu. Khi thiết kế chúng ta tính tốn 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 bơi 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 tốn theo độ bền tiếp xúc.• Mòn răng: thường xảy ra trên các bộ truyền hở bơi trơn khơng tốt, làm việc trong mơi 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 bơi trơn có độ nhớt cao.• Dính răng: xảy ra trong các bộ truyền chịu tải trọng lớn làm việc với vận tốc cao và khi màng dầu bơi 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 mặtTrong các dạng hỏng trên, ta tiến hành tính tốn như sau:Bộ truyền được bơi trơn tốt: như hộp giảm tốc thì tính tốn theo độ bền tiếp xúc, tiến hành kiểm nghiệm theo ứng suất tiếp và ứng suất uốn.58 Chi tiết máy Chương V- Bộ truyền hở bơi trơn khơng tốt: tính tốn 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 tốn theo độ bền tiếp xúc thì phần nào đã ngăn ngừa được.5.7. TÍNH BỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG THẲNG5.7.1. Tính bền răng theo ứng suất tiếp xúcChỉ tiêu bền theo cơng thức:][HHσ≤σ(5.25)Ứng suất tính tốn σH được xác định theo cơng thức:ρ=σ2qZnMH(5.26)Trong đó:+ ZM - hệ số xét đến cơ tính của vật liệu, được xác định theo cơng thức:)]1(E)1(E[EE2Z22121221Mµ−+µ−π=(5.27)E1, E2, µ1, µ2 : lần lượt là mơđun đàn hồi và hệ số poisson của vật liệu chế tạo bánh răng dẫn và bị dẫn. Khi vật liệu bánh răng bằng thép: E1 = E2 = 2,1.105 MPa; µ1 = µ2 = 0.3 → ZM = 275MPa1/2+ qn – cường độ tải trọng pháp tuyếnHHnnlKFq=(5.30)KH – hệ số tải trọng tính. HvHHHKKKKβα= w1tncos/FFα=lH – Tổng chiều dài tiếp xúc. Giá trị này xác định theo cơng thức thực nghiệm :2wwHZb)4/(b3lεα=ε−=(5.31)59 [...]... còn lại 68 Chương V Chi tieát maùy 5. 9.3.3 Tính bền bánh răng côn theo độ bền uốn σF = YF Ft K F ≤ [σ F ] 0,85b w m m (5. 84) K F = K Fv K Fβ - Hệ số tải tor5ng tính YF -hệ số dạng răng mm – modun chia trung bình với Ft = 2T1 / d m1 b = m eψ bm d m1 = d e1 (1 − 0 ,5 be ) = m e z1 (1 − 0 ,5 be ) Ta có côngthức dùng để tính toán thiết kế: me = 3 2T1K F YF 2 0, 85 bm z1 [σF ](1 − 0 ,5 be ) (5. 85) Giá trị... F ] (5. 58) Trong đó: K F = K Fα K Fβ K Fv 1 Yε = εα Yβ = 1 − - hệ số tải trọng tính - hệ số ảnh hưởng của trùng khớp ngang βε β - Hệ số ảnh hưởng của góc nghiêng răng đến độ bền uốn 120 13,2 27,9 x YF = 3,47 + − + 0,092z 2 z z - hệ số dạng răng Modun răng mn = 3 2T1K FYF Yε Yβ z1ψ bm [σ F ] (5. 59) 5. 9 BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CÔN THẲNG 5. 9.1 Giới thiệu - Dùng để truyền giữa hai trục vuông góc nhau - Vận... − 0 ,5 be ) 2 ψ be [σH ]2 u (5. 82) Chiều dài côn ngoài R e = 47 ,5 u 2 + 1 3 T1K H 0, 85( 1 − 0 ,5 be ) 2 ψ be [σ H ]2 u (5. 83) Từ giá trị de1, tra bảng (5. 10)[1] để tính z1p Tuỳ vào độ rắn vật liệu, ta sẽ xác định z1 và z2 = uz1 như sau: H1 và H2 350 HB và H2 350 HB ⇒ z1 = z1p Sau đó tính me theo công thức (6 .52 ), lấy me theo giá trị tiêu... b w cos α (5. 79) Kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc σ H = Z H Z M Zε 2T1K H u 2 + 1 0,85d 2 1bu m (5. 80) KH = KHβ KHv – hệ số tải trọng tính 0, 85 – hệ số kinh nghiệm xét đến khả năng giảm tải ZM, ZH, Zε - Các hệ số tính toán tương tự như bánh răng trụ Đường kính vòng chia trung bình d m1 = 773 (5. 81) Đường kính vòng chia ngoài d e1 = 953 T1K H u 2 + 1 0, 85 bd [σ H ]2 u T1K H 0, 85( 1 − 0 ,5 be ) 2 ψ... thép ZM = 2 75 Mpa1/2 Xác định khoảng cách trục a w = 50 (u ± 1)3 T2 K H T1K H = 50 (u ± 1)3 2 2 ψ ba [σH ] u ψ ba [σH ]2 u (5. 37) Trong đó: T2 – moment xoắn trên bánh bị dẫn T2 = uT1 ψ ba = bw Giá trị ψba cho theo dãy tiêu chuẩn: aw 0,1; 0,1 25; 0,16; 0,2; 0, 25; 0,3 15; 0,4; 0 ,5; 0,63… ψ bd = ψ ba (u ± 1) 2 Giá trị này chọn theo bảng (5. 7)[1] Giá trị khoảng cách trục aw cho chuẩn ): Dã 10 40 50 63 80 y1... (5. 68) 66 Chương V Chi tieát maùy Fn1 = Ft1 ; F'r1 = Ft1tgα cos α (5. 69) Fr1 = F'r1 cos δ1 = Ft1tgα cos δ1 (5. 70) Fa1 = F'r1 sin δ1 = Ft1tgα sin δ1 Trên bánh bị dẫn, lực tác dụng có hướng ngược lại: (5. 71) Fa 2 = Fr1 Fr 2 = Fa1 Ft1 = Ft 2 b Tải trọng tính Hệ số KH và KF xác định theo công thức (6. 15) và (6. 15) với KHα = KFα = 1 Hệ số KHv và KFv tra bảng (5. 8)[1] Hệ số KHβ tra bảng (5. 9)[1] 5. 9.3... cong - Khả năng tải chỉ bằng 0. 85 bộ truyền bánh răng thẳng 65 Chương V Chi tieát maùy Các kích thước hình học chủ yếu - Chiều rộng vành răng b: Khoảng cách giữa mặt mút lớn và bé - Góc mặt côn chia bánh dẫn và bị dẫn:δ1, δ2 1 δ1 = arctg u - Đường kính vòng chia ngoài: d e1 = m e z1; d e 2 = m e z 2 - me – modun trên mặt mút lớn Đường kính vòng chia trung bình: d m1 = m m z1; d m 2 = m m z 2 -. .. lớn Đường kính vòng chia trung bình: d m1 = m m z1; d m 2 = m m z 2 - - (5. 61) (5. 62) mm – mudun trên vòng trung bình Tỉ số truyền u: ω d d z u = 1 = e2 = m2 = 2 ω2 d e1 d m1 z1 (5. 63) Chiều dài côn ngoài Re và chiều dài côn trung bình Rm: d e1 2 Re = = 0,5m e z1 + z 2 (5. 66) 2 2 sin δ1 Rm = d m1 2 = 0,5m m z1 + z 2 2 2 sin δ1 (6.67) 5. 9.2 Phân tích lực tác dụng a Lực tác dụng: F t1 F t1 d e2 dm2 F’r1... Răng được khảo sát như một dầm công xôn - Góc áp lực α ' = α w + ∆α Thường có giá trị 280 300 bw Fn F’t α' F’n l - Ứng suất thực tính toán σF: σ F = σK σ (5. 38) σ - Ứng suất danh nghĩa Kσ - Hệ số tập trung ứng suất lý thuyết - Lực pháp tuyến Fn đặt tại đỉnh răng phân thành hai hành phần F't = Fn cos α' = Ft cos α' cos α w (5. 39) F'r = Fn sin α' = Ft sin α' cos α w (5. 40) Như vậy răng xem như một dầm consol... zv2 (5. 74) z2 = cos δ2 Tỉ số truyền tương đương 2 z z cos δ1 cos δ1 = u2 u v = v1 = 2 = z v 2 z1 cos δ2 cos δ2 (5. 75) 67 Chương V Chi tieát maùy 5. 9.3.2 Tính bền răng theo độ bền tiếp xúc Bán kính cong tương đương 1 1 1 = + = ρ ρ1 ρ2 cos δ 2 ) u d m1 sin α 2(cos δ1 + (5. 76) Với cos δ2 = cos δ1 = ⇒ tg δ2 + 1 1 tg 2δ1 + 1 1 2 = ρ d m1 sin α 1 = u2 +1 u = (5. 77) u2 +1 u2 +1 u (5. 78) . truyền:1221zznnu == (5. 1)Tỉ số truyền đựơc cho theo dãy tiêu chuẩn sau:Dãy 111. 251 .622 .53 . 154 56 .38Dãy 21.121.41.82.242.83 .55 4 .55 .67.1 953 Chi tiết máy Chương V5.2.2.. bình.32Hbd2H11mu][ 85, 01uKT77dσψ+= (5. 81)Đường kính vòng chia ngồi.32Hbe2beH11eu][ )5, 01( 85, 0KT95dσψψ−= (5. 82)Chiều dài cơn ngồi32Hbe2beH12eu][ )5, 01( 85, 0KT1u5,47Rσψψ−+= (5. 83)Từ
![ Hệ số KHv và KFv tra bảng (5.8)[1] - Giáo trình chế tạo máy - Chương 5](https://media.store123doc.com/figures/000/041/he-so-khv-va-kfv-tra-bang-41870.png)
![Từ giá trị de1, tra bảng (5.10)[1] để tính z1p. Tuỳ vào độ rắn vật liệu, ta sẽ xác định z1 và z2 = uz1 như sau: - Giáo trình chế tạo máy - Chương 5](https://media.store123doc.com/figures/000/041/tri-bang-tinh-tuy-ran-vat-lieu-dinh-41871.png)