Chi tieát maùy Chương VI CHƯƠNG 6 BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT 6.1. KHÁI NIỆM 6.1.1. Nguyên lý làm việc: Hoạt động theo nguyên lý ăn khớp truyền chuyển động và công suất giữa hai trục chéo nhau. 6.1.2. Phân loại: - Theo hình dạng mặt chia của trục vít: Trục vít trụ, trục vít Globoid (trục vít lõm). - Theo hình dạng ren của trục vít: + Trục vít Archimedes: giao tuyến giữa mặt ren và mặt phẳng chứa đường tâm trục là đường thẳng. Giao tuyến giữa mặt ren và mặt phăng vuông góc với đường tâm trục là đường xoắn Archimedes. + Trục vit Convolute: Giao tuyến giữa mặt ren và mặt phẳng vuông góc với phương ren là đường thẳng. Giao tuyến giữa mặt ren và mặt phăng vuông góc với đường tâm trục là đường xoắn Convolute. + Trục vít thân khai: giao tuyến giữa mặt ren và mặt pháp tuyến với mặt trụ cơ sở là đường thẳng. Giao tuyến giữa mặt ren và mặt phăng vuông góc với đường tâm trục là đường thân khai. - Theo số mối ren: + Trục vít một mối ren. + Trục vít nhiều mối ren. 70 Chi tieát maùy Chương VI 6.1.3. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng Ưu điểm - Tỉ số truyền lớn. - Làm việc êm, không ồn. - Có khả năng tự hãm. - Có độ chính xác động học cao. Nhược điểm - Hiệu suất thấp, sinh nhiệt nhiều. - Vật liệu chế tạo bánh vít bằng kim loại màu để giảm ma sát nên đắt tiền. Phạm vi sử dụng - Chỉ sử dụng cho công suất bé (< 60KW). - Có tỉ số truyền lớn nên sử dụng rộng rãi trong các cơ cấu phân độ. - Có khả năng tự hãm nên thường sử dụng trong các cơ cấu nâng: trục, tời, … 6.2. THÔNG SỐ HÌNH HỌC 6.2.1. Trường hợp không dịch chỉnh Trong trường hợp này thì đường kính vòng lăn bằng đường kính vòng chia. a. Trục vít - Góc biên dạng ren: α = 20 0 - Mođun dọc trục vit hay modun ngang bánh vít m được tiêu chuẩn hoá Dãy 1 m(mm= 1;1.25;1.6;2;2.5;3.15;4;5;6.3;8;10;12.5;16;20;25 Dãy 1 m(mm) = 1.5;3;3.5;6;7;12 - Bước dọc trục vít p: π= mp - Hệ số đường kính q : được xác định theo công thức m d q 1 = và chọn theo tiêu chuẩn: 8; 10 (không dùng với m = 2); 12,5 (không dùng với m = 2,5); 16; 20. - Đường kính vòng chia trục vít: mqd 1 = - Bước xoắn vít: pzp 11z = . - Góc nâng ren vít: q z d mz d zm d p tg 1 1 1 1 1 1 1z == π π = π =γ (6.1) 71 Chi tieát maùy Chương VI - Đường kính vòng đỉnh da 1 và vòng đáy: m4,2dd m2dd 11f 11a −= += (6.2) - Chiều dài phần cắt ren trục vít: 2211 zCCb +≥ . Các giá trị C 1 và C 2 xác định như sau: + Nếu z 1 = 1, 2 ⇒ C 1 = 11 và C 2 = 0.06 + Nếu z 1 = 4 ⇒ C 1 = 12,5 và C 2 = 0.09 b. Bánh vít - Góc nghiêng răng bánh vít: β = γ - Các đừơng kính bánh vít: m4,2dd m2dd mzd 22f 22a 22 −= += = (6.3) z 2 ≥ 28 để tránh cắt chân răng - Khoảng cách trục 2 )qz(m a 2 w + = (6.4) - Chiều rộng bánh vít b 2 và đường kính ngoài daM 2 Z 1 1 2 4 daM 2 ≤ da 2 + 2m ≤ da 2 + 1,5m ≤ da 2 + m b 2 ≤ 0,75da 1 ≤ 0,67da 1 - Góc ôm bánh vít 2δ = 100 0 6.2.2. Trong trường hợp có dịch chỉnh - Thông thường giá trị khoảng cách trục a w của hộp giảm tốc trục vít có giá trị tiêu chuẩn: 40; 50; 63; 80; 100; 125; 140; 160; 180; 200; 225; 315; 355; 400; 450; 500. - Nếu không yêu cầu thiết kế hộp giảm tốc tiêu chuẩn, ta có thể lấy a w bất kỳ. - Để làm tròn giá trị khoảng cách trục ta phải dịch chỉnh răng và chỉ tiến hành dịch chỉnh đối với bánh vít vì khi cắt bánh vít dùng dao có hình dạng và kích thước giống trục vít. + Đường kính vòng lăn trục vít m)x2q(d 1w += 72 Chi tieát maùy Chương VI + Hệ số dịch chỉnh m)x2zq(5,0a )zq(5,0 m a x 2w 2 w ++=⇒ +−= Để không cắt chân răng, hệ số dịch chỉnh trong khoảng ± 0,7 + Đường kính trục vít khi dịch chỉnh m)x24,2z(d m)x22z(d 22f 22a +−= ++= 6.3. ĐỘNG HỌC TRUYỀN ĐỘNG TRỤC VÍT 6.3.1. Tỉ số truyền 2 1 1 2 n n z z u == (6.8) Số mối ren được chọn theo tỉ số truyền: u = 8…15 ⇒ z 1 = 4 u = 16…30 ⇒ z 1 = 2 80 ≥ u ≥ 30 ⇒ z 1 = 1 thông thường tỉ số truyền được họn theo dãy tiêu chuẩn: Dãy 1 8; 10; 12.5; 16; 20; 25; 31.5; 40; 50; 63; 80 Dãy 1 9; 11.2; 14; 18; 22.4; 28; 35.5; 45; 56; 71 6.3.2. Vận tốc vòng Được xác định theo công thức: )s/m( 000.60 nd v )s/m( 000.60 nd v 22 2 11 1 π = π = (6.9) n 1 , n 2 – số vòng quay của trục vít (vg/phút) 6.3.3. Vận tốc trượt 73 Chi tieát maùy Chương VI v 1 v s v 2 Bánh vít Tr?c vít - Khi chuyển động mặt ren của trục vít trượt trên mặt ren của bánh vít với vận tốc trượt Vs theo hướng tiếp tuyến của đường xoắn ốc trên mặt ren trục vít. - Vận tốc trượt xác định theo công thức sau: γ =+= cos v vvv 1 2 2 2 1s (6.10) Với 60000 nd v q qz tg1 cos 1 11 1 2 22 1 2 2 π = + =γ+=         γ Ta có 22 1 1 s qz 19500 mn v += (6.11) - Khi thiết kế có thể tính sơ bộ theo công thức thực nghiệm sau: 3 2 4 1 s T 10 n5,4 v = (6.12) T 2 – mômen xoắn trên bánh vít (N.m) n 1 – số vòng quay trên trục vít (vg/p) - Điều kiện bôi ma sát ướt hình thành giữa các bề mặt có khe hở hình chêm theo hường vận tốc trượt. Trong bộ truyền trục vít tại vùng tâm ăn khớp, vận tốc trượt nằm dọc theo đường ăn khớp nên giữa hai bề mặt tiếp xúc không có khe hở hình chêm nên điều kiện bôi trơn ma sát ướt không thoã → các bề mặt trực tiếp tiếp xúc nhau. Chỉ có chế độ bôi trơn ma sát nữa ướt trong vùng gần tâm ăn khớp. 6.4. LỰC TÁC DỤNG VÀ TẢI TRỌNG TÍNH 6.4.1. Lực tác dụng  Lực vòng trục vít = lực dọc trục bánh vít: 1 1 2a1t d T2 FF == (6.18)  Lực vòng bánh vít bằng lực dọc trục trục vít: 74 Chi tieát maùy Chương VI 2 2 1a2t d T2 FF == (6.19)  Lực hướng tâm bánh vít = trục vít α== tgFFF 2t2r1r (6.20)  Lực pháp tuyến: γα = coscos F F 2t n (6.21)  Mối liên hệ giữa Ft 1 và Ft 2 : )'(tgFF 2t1t ϕ+γ= T 1 , T 2 – lần lược là mô men xoắn trên trục vít và bánh vít η= uTT 12 6.4.2. Tải trọng tính  Đối với bộ truyền trục vít, hệ số tải trọng tính khi tính toán theo ứng suất uốn và tiếp bằng nhau: β == KKKK vFH KV – Hệ số tải trọng động K β - Hệ số tập tring tải trọng  Bộ truyền trục vít làm việc êm, không ồn nên hệ số tải trọng động không lớn. o Khi v ≤ 3m/s → KV = 1 o Khi v > 3m/s → KV = 1 1,3  Đối với bộ truyền trục vít, do khả năng chạy rà tốt nên giảm sự phân bố không đều tải trọng. o Khi tải trọng ngoài không đổi → K β = 1 o Khi tải trọng ngoài thay đổi → K β = 1,06 1,2 6.5. VẬT LIỆU VÀ ỨNG SUẤT CHO PHÉP 6.5.1. Vật liệu chế tạo trục vít, bánh vít 6.5.2. Ứng suất cho phép a. Ứng suất tiếp xúc cho phép  Bánh vít có răng chế tạo từ đồng thanh thiếc: (σ < 300Mpa) vHLbH CK)9,0 .76,0(][ σ=σ σ b – giới hạn bền kéo của vật liệu CV – hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc trượt KHL – hệ số tuổi thọ  Hệ số (0,75 0,9) được chọn theo độ rắn của trục vít. Khi NH 0 =10 7 thì (0,76 …0,9) σ b là ứng suất cho phép 75 Chi tieát maùy Chương VI  Hệ số CV xác định phụ thuộc vào vận tốc trượt vs: VS ≤ 1 2 3 4 5 6 7 ≥ 8 CV 1,33 1,21 1,11 1,02 0,95 0,8 8 0,83 0,8  Hệ số tuổi thọ KHL xác định theo công thức: 8 HE 7 HL N 10 K = NHE : số chu kỳ làm việc tương đương, xác định theo công thức: ii N 1i 4 2 i2 HE tn T T 60N ∑ =         = ni, T 2i , ti – số vòng quay trong một phút, moment xoắn trên bánh vít và thời gian tính bằng giờ trong chế độ làm việc thứ i T 2 – moment lớn nhất trong các giá trị T 2 Nếu NHE ≥ 2,6.10 8 thì lấy NHE = 2.6.10 8 chu kỳ  Bánh vít có răng chế tạo từ động thanh không có thiếc (σ b >300Mpa) Ứng suất tiếp xúc cho phép chọn theo điều kiện chông dính, phụ thuộc vào vs: sH v25)300 .276(][ −=σ (6.35)  Bánh vít làm bằng gang sH v35)200 .176(][ −=σ (6.36)  Ứng suất tiếp xúc cho phép khi kiểm tra quá tải  Đồng thanh thiếc: [σ Hmax ] = 4σ ch  Đồng thanh không thiếc: [σ Hmax ] = 2σ ch  Gang: [σ Hmax ] = 1,654σ bF σ bF – giới hạn bền uốn b. Ứng suất uốn cho phép  Bánh vít bằng đồng thanh quay một chiều 9 FE 6 bchF N 10 )08,025,0(][ σ+σ=σ (6.37) σ ch , σ b – tra bảng 6.1[1] NFE – số chu kỳ làm việc tương đương, xác định theo công thức sau: ∑ =         = N 1i ii 9 2 i2 FE tn T T 60N (6.38) ni, T 2i , ti – số vòng quay trong một phút, moment xoắn trên bánh vít và thời gian tính bằng giờ trong chế độ làm việc thứ i T 2 – moment lớn nhất trong các giá trị T 2 Nếu NFE ≥ 2,6.10 8 thì lấy NFE = 2.6.10 8 chu kỳ 76 Chi tieát maùy Chương VI Nếu NFE ≤ 10 6 thì lấy NFE = 10 6 chu kỳ  Bánh vít bằng gang  Bánh vít quay một chiều: [σ F ] = 0,12σ bF  Bánh vít quay hai chiếu: nhân giá trị trên cho 0,8  Ứng suất uốn cho phép khi quá tải  Đối với đồng thanh: [σ Fmax ] = 0,8σ ch  Đối với gang: [σ Fmax ] = 0,6σ bF 6.6. HIỆU SUẤT BỘ TRUYỀN TRỊC VÍT  Hiệu suất xác định theo công thức: )'(tg tg 95,0 ϕ+γ γ =η ϕ’ – góc ma sát thay thế. tgϕ’ = f’ – hệ số ma sát thay thế.  Trục vít làm bằng thép, bánh vít làm bằng đồng thanh: 36,0 s v 048,0 'f =  Trục vít bằng thép, bánh vít làm bằng gang: 36,0 s v 06,0 'f =  Như vậy, khi tăng γ thì hiệu suất bộ truyền tăng và đạt giá trị cực đại khi γ = 28 0 .  Khi bánh vít dẫn động, hiệu suất được xác định: γ ϕ+γ =η tg )'(tg 95,0  Khi tính toán sơ bộ vì chưa biết vs và γ, hiệu suất bộ truyền trục vít tính theo tỉ số truyền như sau: ) 200 u 1(9,0 −=η 6.7. CÁC DẠNG HỎNG VÀ CHỈ TIÊU TÍNH  Hiện tượng dính: hiện tượng này làm cho bề mặt ren sần sùi, gay mài moon nhanh bánh vít  Mòn: do hiện tượng trượt trên bề mặt tiếp xúc nên giảm tuổi thọ và độ chính xác của bộ truyền  Tróc rỗ bề mặt: xảy ra trên bộ truyền làm bằng vật liệu chống dính cao  Gãy răng trục vít: chỉ xảy ra khi răng bị moon  Biến dạng dẽo bề mặt răng bánh vít: chỉ xảy ra khi quá tải 77 Chi tieát maùy Chương VI * Do vận tốc trượt lớn, nên các dạng hỏng chủ yếu trên trục vít là : mòn, dính và được tính theo độ bền tiếp xúc và độ bền uốn vì chưa có công thức tính thỏa đáng. Tính toán ứng suất uốn chỉ mang tính chất kiểm nghiệm * Tính toán bằng ứng suất uốn cho trường hợp số răng bánh vít z 2 > 100 và modun nhỏ, hoặc trong những bộ truyền quay tay. 6.7.1. Tính bền theo ứng suất tiếp xúc ][ Eq 418,0 H v n H σ≤ ρ =σ [σ H ] – ứng suất tiếp xúc vật liệu chế tạo bánh vít (Mpa) qn – cường độ tải trọng ρ v – bán kính cong tương đương a. Bán kính cong tương đương Bánh vít ăn khớp với trục vít tương tự bánh răng nghiêng ăn khớp với bánh răng nghiêng ( ρ v1 = ∞). Bán kính cong tương đương được xác định theo công thức sau: α γ = ρ = ρ + ρ = ρ sind cos21111 2 2 2v2v1vv thông thường γ = 10 0 và α = 20 0 b. Cường độ tải trọng H Hn n l KF q = KH – hệ số tải trọng tính Fn – lực pháp tuyến lH – tổng chiều dài tiếp xúc γ ε = εα cos bK l H K ε - hệ số tính đến sự giảm chiều dài đường tiếp xúc, K ε = 0,75 ε α - Hệ số trùng khớp ngang có giá trị 1,8…2,2. Xác định theo công thức: 95,2 9,2z17,01zz03,0 22 2 2 +−++ =ε α b – chiếu dài răng bánh vít 360 2d b 1 δπ = thông thường 2δ = 100 0 và giá trị ε α =1,8, nên: γ = cos d2,1 l 1 H αγ = coscos F F 2t n 78 Chi tieát maùy Chương VI Thay các giá trị vào (7.29), Ta có: α = cosd2,1 KF q 1 H2t n c. Modun đàn hồi tương đươngE: 21 21 EE EE2 E + = Nếu trục vít làm bằng thép: E 1 = 2,1.10 5 Mpa, bánh vít làm bằng gang hoặc đồng thanh: E 2 = 0,9.10 5 Mpa thì E = 1,27.10 5 Mpa.  Thay các giá trị ρ, qn, E vào với α = 20 0 , γ = 10 0 , ε α = 1,8 ta có: ][ d KT d 480 H 1 H2 2 H σ≤=σ  Khoảng cách trục: 3 2 H2 2 H2 w )z/q( KT ][ 170 ) z q 1(a         σ += T 2 – moment xoắn trên bánh vít q- hệ số đường kính z 2 – số răng bánh vít  Xác định mô đun: qz a2 m 2 w + = Chọn m theo giá trị tiêu chuẩn, sau đó xác định lại aw 6.7.2. Tính bền bánh vít theo ứng suất uốn Vì ren trục vít được chế tạo theo hình dạng và vật liệu bền hơn bánh vít rất nhiều nên ta chỉ tính bền uốn răng bánh vít. Do răng bánh vít cong nên tính toán kác phức tạp. Trong thực tế, người ta xem bánh vít như bánh răng trụ răng nghiêng với góc nghiêng β = γ = 10 0 . công thức kiểm ngiệm răng bánh vít theo sức bền uốn như sau: ][ mb KYF7,0 F n2 FF2t F σ≤=σ KF – hệ số tải trọng tính γ= cosmm n - môđun trong mặt phẳng pháp b 2 – chiều rộng bánh vít, mm [σ F ] – ứng suất uốm cho phép YF – hệ số dạng răng, phụ thuộc vào số răng tương đương γ = 3 F 2 v cos z z zv 20 24 26 28 30 32 35 37 YF 1,98 1.8 1.8 1.8 1.76 1.71 1.64 1.61 79 [...]... Có giá trị 76 900C 6. 8.2 Tính toán trục vít theo độ cứng Độ võng trục vít được xác định theo công thức: f = l3 Fr2 + Ft2 1 1 48EIe ≤[f ] (6. 41) Trong đó: Ie là moment quán tính mặt cắt trục vít (mm4) (0,375 + 0 ,62 5 Ie = d a1 ) df 1 64 [f] = (0.001…0.005) m m – mođun trục vít 6. 9 TRÌNH TỰ THIẾT KẾ TRỤC VÍT 80 Chương VI 1 Dự đoán vận tốc trượt Chọn vật liệu chế tạo bánh vít, trục vít 2 Xác định ứng.. .Chương VI Chi tieát maùy 8 5 zv 40 50 60 YF 1.55 1.4 1.4 8 0 Vì b2 = 0,7d1 nên: σF = 80 100 150 300 1.34 1.30 1.27 1.24 0,7T2 YF K F ≤ [σF ] d 2d1m n 6. 8 TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT 6. 8.1 Tính nhiệt Do làm việc với ma sát lớn nên trong bộ truyền trục vít sinh nhiệt rất lớn làm dầu bôi trơn nóng lên Khi nhiệt độ dầu vượt qua... q, tính z2, chọn sơ bộ η Chi tieát maùy 4 Tính khoảng cách trục aw, xác định mođun theo công thức m= 2a w z2 + q Chọn mođun theo tiêu chuẩn và tính lại khoảng cách trục 5 Kiểm nghiệm vận tốc trượt, hệ số tải trọng tính, hiệu suất 6 kiểm nghiệm ứng suất uốn của bánh vít 7 Xác định kích thước chính của bộ truyền 8 Kiểm nghiệm độ bền thân trục vít theo hệ số an toàn như trong chương trục 9 Tính nhiệt 10.kiểm... suất bộ truyền  P1 – công suất trên trục vít  KT – hệ số tỏa nhiệt có giá trị từ 12 …18(W/m2 0C)  A – diện tích bề mặt thoát nhiệt (m2) có giá trị A = 20a 2 w 0  t1 – nhiệt độ dầu ( C)  t0 – nhiệt độ môi trường xung quanh (0C)  ψ - hệ số thoát nhiệt qua bệ máy, thông thường ψ = 0,3 Từ đó: t1 = t 0 + 1000P1 (1 − η) ≤ [ t1 ] K T A (1 + ψ) [t1] – nhiệt độ cho phép của dầu bôi trơn Có giá trị 76 900C... hiệu suất 6 kiểm nghiệm ứng suất uốn của bánh vít 7 Xác định kích thước chính của bộ truyền 8 Kiểm nghiệm độ bền thân trục vít theo hệ số an toàn như trong chương trục 9 Tính nhiệt 10.kiểm tra độ cứng trục vít 81 . hai trục chéo nhau. 6. 1.2. Phân loại: - Theo hình dạng mặt chia của trục vít: Trục vít trụ, trục vít Globoid (trục vít lõm). - Theo hình dạng ren của trục. Chi tieát maùy Chương VI CHƯƠNG 6 BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT 6. 1. KHÁI NIỆM 6. 1.1. Nguyên lý làm việc: Hoạt động theo nguyên lý ăn khớp truyền chuyển động