Bài giảng Chi tiết máy - Chương 5: Bộ truyền bánh răng - Nguyễn Xuân Hạ
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Chi tiết máy - Chương 5: Bộ truyền bánh răng - Nguyễn Xuân Hạ", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Tài liệu đính kèm:
- bai_giang_chi_tiet_may_chuong_5_bo_truyen_banh_rang_nguyen_x.pdf
Nội dung text: Bài giảng Chi tiết máy - Chương 5: Bộ truyền bánh răng - Nguyễn Xuân Hạ
- Bộ truyền bánh răng
- 1. Khái niệm chung Khái niệm chung Truyền động nhờ ăn khớp giữa các răng của các bánh răng lắp trên các trục. Phân loại Theo dạng răng: Thân khai, Xicloit, Novikov Theo vị trí giữa các trục và phương của răng: Các trục song song: Bánh răng trụ (thẳng, nghiêng, chữ V) Các trục cắt nhau: Bánh răng côn (thẳng, nghiêng, cung tròn) Các trục chéo nhau: Bánh răng trụ chéo, côn chéo (hypoit), trục vít – bánh vít. Bộ truyền ăn khớp ngoài / ăn khớp trong Bộ truyền bánh răng 2
- 1. Khái niệm chung Bộ truyền bánh răng 3
- 1. Khái niệm chung Răng thân khai Đường thân khai Quỹ tích do điểm trên đường thẳng lăn không trượt trên vòng tròn cơ sở. Răng thân khai Một đoạn đường thân khai được sử dụng làm biên dạng răng. Ưu điểm của răng thân khai Khả năng tải cao Ma sát trên răng nhỏ Phương pháp gia công hoàn thiện, chính xác, năng suất cao Bộ truyền bánh răng 4
- 1. Khái niệm chung Nguyên lý bao hình tạo răng thân khai Thanh răng sinh chuyển động tịnh tiến và chuyển động vuông góc với phôi. Phôi quay với vận tốc thích hợp (vận tốc vòng trên vòng chia = vận tốc tịnh tiến của thanh răng). Thanh răng cắt phôi tạo nên các răng thân khai trên bánh răng. Bộ truyền bánh răng 5
- 1. Khái niệm chung Cắt răng thân khai Bộ truyền bánh răng 6
- 1. Khái niệm chung Cắt răng thân khai Bộ truyền bánh răng 7
- 1. Khái niệm chung Cắt răng thân khai Bộ truyền bánh răng 8
- 1. Khái niệm chung Cắt răng thân khai Bộ truyền bánh răng 9
- 1. Khái niệm chung Cắt răng thân khai Bộ truyền bánh răng 10
- 1. Khái niệm chung Các thông số cơ bản của bánh răng Mô-đun: m = p/ (p – bước răng trên vòng chia) Modul được tiêu chuẩn hóa: 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 4 Đối với bánh răng nghiêng giá trị tiêu chuẩn là modul pháp mn = pn/ = mt/cos, với pn là bước trong mặt phẳng vuông với cạnh răng. Số răng Z Để tránh cắt chân răng Z ≥ Zmin. Góc nghiêng răng và hướng nghiêng (phải/trái) Thường = 8o 20o với BR nghiêng; 30o 40o với BR chữ V Bộ truyền bánh răng 11
- 1. Khái niệm chung Các thông số cơ bản của bánh răng Profil gốc Góc profil gốc = 14,5o; 20o, 25o Loại thường Loại vát đỉnh Bộ truyền bánh răng 12
- 1. Khái niệm chung Các thông số cơ bản của bánh răng Hệ số dich dao x = /m Không dịch chỉnh Dịch chỉnh dương Dịch chỉnh âm aayw21 maxxy .() m dw1 d 1 2 y / (Z 2 Z 1 ) d 1 dw2 d 2 2 y / (Z 2 Z 1 ) d 2 Bộ truyền bánh răng 13
- 1. Khái niệm chung Các thông số cơ bản của bánh răng Hệ số dich dao x = /m Dịch chỉnh đều xx12 0 2 phương pháp dịch chỉnh Dịch chỉnh góc xx12 0 (Z Z )(inv) inv x 12 tw t 2tg invtg Bộ truyền bánh răng 14
- 1. Khái niệm chung Các thông số hình học của bánh răng Đường kính vòng chia m.Z d m Z t cos Đường kính vòng đỉnh và chân răng da d 2(1 x y)m d f d (2,5 2x)m - hệ số giảm đỉnh răng Chiều rộng vành răng b Góc profil răng t arctg(tg / cos ) Bộ truyền bánh răng 15
- 1. Khái niệm chung Các thông số của bộ truyền bánh răng Tỉ số truyền u = Z2/Z1 Đường kính lăn 2.a d w w1 u 1 dw2 dw1u Với bộ truyền dịch chỉnh 0 (x1 + x2 = 0) thì dw = d Khoảng cách trục aw 0,5(dw2 dw1) Bộ truyền bánh răng 16
- 1. Khái niệm chung Hiện tượng trùng khớp Hiện tượng trùng khớp Để bộ truyền làm việc liên tục thì trước khi 1 cặp răng ra khớp đã phải có 1 cặp khác vào ăn khớp. Hệ số trùng khớp = số cặp răng ăn khớp trong cùng thời điểm (trung bình). Bộ truyền bánh răng 17
- Hiện tượng trùng khớp B BR thẳng: =>2 vùng F ăn khớp: E 1 đôi DE 2 đôi CD+EF C D f bw A pb e f e d g g c pb 2 2 2 2 c d da1 db1 da2 db2 2aw sin tw 1 1 [1,88 3,2( )]cos 2 mcos t / cos z1 z2 Bộ truyền bánh răng 18
- Hiện tượng trùng khớp BR nghiêng: đường ăn khớp chéo, thường luôn có 2 đôi răng cùng ăn khớp g pbt Hệ số trùng khớp dọc: bw bw sin b /(m );Buoc doc : px m/sin b px Bộ truyền bánh răng 19
- 1. Khái niệm chung Cấu tạo bánh răng Khi bánh răng quá nhỏ so với trục thì bánh răng được làm liền với trục. Bộ truyền bánh răng 20
- 2. Cơ sở tính toán Lực ăn khớp (1) Lực tác dụng lên các răng khi ăn khớp * Lực ma sát (thường bỏ qua) * Áp lực pháp tuyến (phân bố trên đường tiếp xúc, vuông góc với mặt răng) * Trong tính toán coi như lực tập trung, đặt tại tâm ăn khớp tại điểm giữa vành răng: – đặt lên bánh răng 1 Fn1 Fn2 – đặt lên bánh răng 2 Bộ truyền bánh răng 21
- 2. Cơ sở tính toán Lực ăn khớp (2) Đối với bộ truyền BR trụ F răng thẳng n2 Fr2 2T1 F P Ft1 Ft1 Ft 2 t2 dw1 Fr1 Fr1 Fr 2 Ft1tg w Fn1 Ft1 d1 Fn1 Fn2 cos w Lực vòng Ft1 ngược chiều quay, tiếp tuyến trụ lăn trong mặt phẳng vuông góc với trục. 1 Lực hướng tâm Fr1 hướng về tâm BR1, vuông góc với trục 1. O1 Bộ truyền bánh răng 22
- 2. Cơ sở tính toán Lực ăn khớp (3) Với bộ truyền bánh răng nghiêng 2T1 Ft1 dw1 Fa1 Ft1 tanw * F Ft1 /cos w Fr1 Ft1 /cos w tan nw Ft1 tan tw Fn1 Ft1 / cos w cos nw Bộ truyền bánh răng 23
- 2. Cơ sở tính toán Lực ăn khớp (4) Đối với bộ truyền BR côn O (răng thẳng) e R m R Lực dọc trục 1 hướng xuống n đáy côn 2 Fr1 O O1 Fa1 F'n1 Ft1 Fr2 n1 F Ft1 2T n1 1 d1 Ft1 Fa2 d Fr1 m1 Fr1 Ft1tg .cos1 Ft2 Fa1 n 1 Fa1 Ft1tg .sin1 F'n1 Bộ truyền bánh răng 24
- 2. Cơ sở tính toán Tải trọng tính toán (1) Tải phân bố trên đường tiếp xúc, được nhân thêm hệ số tải trọng K tính đến phân bố không đều và tải trọng động. Phân biệt hệ số K khi tính theo độ bền tiếp xúc (KH__) và theo độ bền uốn (KF__): Fn qtt K K KV K A ltx -chiều dài tiếp xúc ltx K - hệ số tính đến phân bố không đều tải cho các đôi răng cùng ăn khớp (đối với bánh răng nghiêng) K - hệ số tính đến phân bố không đều tải trên đường tiếp xúc (do biến dạng của răng và vành răng, so sai số chế tạo, do biến dạng trục ) KV - hệ số tải trọng động trong bộ truyền (do sai số bước, profil răng ) KA - hệ số tải trọng động ngoài (tính đến điều kiện làm việc) Bộ truyền bánh răng 25
- 2. Cơ sở tính toán Tải trọng tính toán (2) Fn qtt K K KV K A ltx K_ - hệ số tính đến phân bố không đều tải cho các đôi răng cùng ăn khớp (đối với bánh răng nghiêng) Bộ truyền bánh răng 26
- 2. Cơ sở tính toán Tải trọng tính toán (3) Fn qtt K K KV K A ltx K - hệ số tính đến phân bố không đều tải trên đường tiếp xúc (do biến dạng của răng và vành răng, so sai số chế tạo, do biến dạng trục ) qmax K qm Bộ truyền bánh răng 27
- 2. Cơ sở tính toán Tải trọng tính toán (3) F q q n K K K K K max tt l V A tx qm Bộ truyền bánh răng 28
- 2. Cơ sở tính toán Tải trọng tính toán (4) Fn qtt K K KV K A ltx KV - hệ số tải trọng động trong bộ truyền (do sai số bước, profil răng ) Bộ truyền bánh răng 29
- 2. Cơ sở tính toán Tải trọng tính toán (5) Fn qtt K K KV K A ltx Bộ truyền bánh răng 30
- 2. Cơ sở tính toán Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính Các dạng hỏng: ƯS thay đổi => mỏi => Tróc rỗ bề mặt do mỏi tiếp xúc Gãy răng do mỏi uốn Các dạng hỏng khác: Mòn răng Dính răng Hỏng do quá tải Chỉ tiêu tính toán Tính theo độ bền tiếp xúc Tính theo độ bền uốn Tính kiểm nghiệm về quá tải Bộ truyền bánh răng 31
- 3. Tính toán bộ truyền BRT RT Tính theo độ bền tiếp xúc (1) Tiếp xúc giữa các răng là tiếp xúc đường => ứng suất tiếp xúc và chỉ tiêu tính H ≤ [H] Ứng suất tiếp xúc theo Hertz: q Z n ρ1 H M 2. ZM – hệ số vật liệu 2.E1E2 ZM 2 2 [E1(1 2 ) E2 (1 1 )] qn – áp lực pháp tuyến ρ2 ρ – bán kính cong tương đương Bộ truyền bánh răng 32
- 3. Tính toán bộ truyền BRT RT Tính theo độ bền tiếp xúc (2) F q n K K K K n l H H Hv A H ρ1 3bw bw lH 2 4 Z 4 Z (BRT) 3 ρ2 KH 1 1 1 1 1 2 Bộ truyền bánh răng 33
- 3. Tính toán bộ truyền BRT RT Tính theo độ bền tiếp xúc (3) 1 1 1 u.d sin w1 w 1 2 2(u 1) ZM ZH Z 2T1KH K A (u 1) w H H a dw1 bwu 2 Z H KH KH KH KHV sin 2 w 0 H lim [ H ] ZRZV K xH KHL - U'S cho phép sH Bộ truyền bánh răng 34
- 3. Tính toán bộ truyền BRT RT Tính theo độ bền tiếp xúc (4) Công thức tính thiết kế T1KH KH KHV K A (u 1) 3 dw1 Kd 2 bdu. H w a T1KH KH KHV K A 3 aw Ka (u 1) 2 bau H Với bánh răng thép răng thẳng 1/3 Kd = 77; Ka = 49,5 MPa Chú ý rằng với BR thẳng KH = 1 Bộ truyền bánh răng 35
- 3. Tính toán bộ truyền BRT RT Tính theo độ bền uốn (1) Ứng suất lớn nhất ở chân răng bao gồm uốn và nén: Nén do thành phần tải thep phương đứng Uốn do thành phần tải ngang Cần đảm bảo chỉ tiêu F ≤ [F] F - ứng suất tính toán ở chân răng h [F] - ứng suất cho phép o F lim.KFL [ F ] KFCYRYS K xF SF Bộ truyền bánh răng 36
- 3. Tính toán bộ truyền BRT RT Tính theo độ bền uốn (2) F - ứng suất tổng hợp thớ chịu kéo (+) ở chân răng, có tính đến tập trung ứng suất và hệ số tải trọng KF: 2T1K F K F K Fv K AYFY F F dw1bwm Hệ số dạng răng YF phụ thuộc số răng tương đương Z 1,2 và hệ số dịch chỉnh x, khác nhau đối với các BR nên phải kiểm nghiệm cho cả 2 bánh răng. Các hệ số khác: Y 1/ Chú ý, KF = 1 đối với BR thẳng Bộ truyền bánh răng 37
- 3. Tính toán bộ truyền BRT RT Tính theo độ bền uốn (3) Tính thiết kế Chọn trước Z1 và các hệ số, tính ứng suất cho phép và xác định modul cần thiết theo: T1KF KFV YF 3 K 3 2K K Y Y m Km 2 m A F bdZ1 [ F ] Km = 1,4 ; KF = 1 đối với răng thẳng Áp dụng tính các bộ truyền ít hoặc không gặp hiện tượng tróc rỗ mặt răng (ví dụ: các bộ truyền để hở, bôi trơn kém hoặc độ rắn mặt răng cao) Bộ truyền bánh răng 38
- 3. Tính toán bộ truyền BRT RT Tính theo độ bền quá tải Để tránh biến dạng dư bề mặt: H max H Kqt H max Để tránh biến dạng dư do uốn: F max F .Kqt F max Kqt – hệ số quá tải [σ]max - ứng suất cho phép khi tính về quá tải Bộ truyền bánh răng 39
- 4. Tính toán bộ truyền BRT RN (1) Bánh răng nghiêng được thay thế bằng bánh răng thẳng tương đương, thông qua dạng răng 2 3 trong mặt cắt pháp dtđ d /cos Ztđ Z /cos Bộ truyền bánh răng 40
- 4. Tính toán bộ truyền BRT RN (2) qn Ăn khớp êm => giảm tải trọng động Đường ăn khớp chếch trên mặt răng (chéo) và có nhiều đôi răng cùng ăn khớp => giảm tải trọng riêng qn do chiều dài tiếp xúc tăng: LH K bw /cosb Đường ăn khớp nằm chếch trên mặt răng => tiết diện chịu uốn không phải là tiết diện chân răng. Vết gãy Đường tiếp xúc Bộ truyền bánh răng 41
- 4. Tính toán bộ truyền BRT RN (3) Theo độ bền tiếp xúc như BR thẳng nhưng lưu ý các hệ số 2cos Z b H sin 2 Z Z Z 2T K K (u 1) w M H 1 H A H H (4 )(1 ) dw1 bwu Z 3 T1KH KH KHV K A (u 1) khi 1; 3 dw1 Kd 2 bdu. H Z 1/ khi 1 T1KH KH KHV K A KH 0 aw Ka (u 1)3 u 2 1/ 3 1/ 3 ba H Ka 43MPa ; Kd 68MPa tgb cos ttg Bộ truyền bánh răng 42
- 4. Tính toán bộ truyền BRT RN (4) Theo độ bền uốn như BR thẳng nhưng lưu ý các hệ số 0 2T K K K K Y Y Y Y 1 /140 1 F F Fv A F F db m F w Km 1,12 T1KF KFV YF m K 3 Các h/s. YF tra theo m Z 2[ ] bd 1 F 3 Ztđ Z/ cos Theo độ bền quá tải: như bánh răng thẳng Bộ truyền bánh răng 43
- 5. Tính toán bộ truyền BR Côn RT Bánh răng côn răng thẳng (trường hợp truyền động giữa các trục cắt vuông góc với nhau) Bộ truyền bánh răng 44
- 5. Tính toán bộ truyền BR Côn RT Thông số hình học và ăn khớp (1) b MÆt c«n phô ngoµi MÆt c«n phô trung b×nh Modul vòng ngoài mte được tiêu chuẩn hóa MÆt c«n phô trong Đường kính vòng ngoài O2 Oe2 O e2 2 d d m .Z e e1,2 te 1,2 R m R 1 Chiều dài côn ngoài O1 2 2 Oe1 Re 0,5.mte. Z1 Z2 d1 de1 dae1 Bộ truyền bánh răng 45
- 5. Tính toán bộ truyền BR Côn RT Thông số hình học và ăn khớp (2) Đường kính vòng trung bình b MÆt c«n phô ngoµi d 2(1 0,5K )d MÆt c«n phô trung b×nh m1,2 be e1,2 MÆt c«n phô trong Modul vòng trung bình O2 Oe2 O e2 2 d e R m mtm dm / Z (1 0,5Kbe)mte R 1 Tỷ số truyền d R sin Z e2 e 2 2 O u tg2 1 de1 Re sin1 Z1 Oe1 d1 de1 Bộ truyền bánh răng 46 dae1
- 5. Tính toán bộ truyền BR Côn RT Bánh răng trụ tương đương b MÆt c«n phô ngoµi MÆt c«n phô trung b×nh MÆt c«n phô trong dm de (1 0,5Kbe) dtđ O2 Oe2 O cos cos 2 m R 1 mtđ mm (1 0,5Kbe)me O dtđ Z 1 Z dv2 tđ Oe1 O2 mtđ cos d1 Z u 2tđ u 2 tđ Z 1tđ av dv1 O1 Bộ truyền bánh răng 47
- 5. Tính toán bộ truyền BR Côn RT Tính kiểm nghiệm (răng thẳng) Ft Sử dụng bánh răng trụ tương đương, nhưng Ft khả năng tải của BR côn kém hơn => 0,85 Ft KH K A (u 1) Công thức đối với bánh răng trụ: H ZM ZH Z H dwbwu Suy ra các công thức cho BR côn 2 *Theo độ bền tiếp xúc 2T1KH u 1 H ZM Z H Z 2 H 0,85.dm1b u *Theo độ bền uốn 2T1YF1YY KF YF 2 F1 F1 F 2 F1 F 2 dm1bmmn YF1 Bộ truyền bánh răng 48
- 5. Tính toán bộ truyền BR Côn RT Tính thiết kế (răng thẳng theo H) Đường kính trung bình bánh nhỏ 2 T1KH u 1 3 dm1 77 2 0,85. bdu. H Chiều dài côn ngoài 2 T1KH 3 Re 50 u 1. 2 (1 Kbe).Kbe.u. H Bộ truyền bánh răng 49
- 6. Vật liệu và ứng suất cho phép ✓ Vật liệu chế tạo cần thỏa mãn các yêu cầu về độ bền tx, độ bền uốn, dễ gia công cơ Thông thường: ✓ Vật liệu thép: được chia làm 2 nhóm khác nhau về độ rắn, khả năng chịu tải, khả năng chạy mòn và công nghệ chế tạo Bộ truyền bánh răng 50
- 6. Vật liệu và ứng suất cho phép Nhóm I : vật liệu có HB để tăng sức bền đều, chọn HB1 = HB2 + (10 15)HB Nhóm II : vật liệu có HB > 350 nhiệt luyện : tôi, thấm C, N. Có thể đạt độ rắn (50 60)HRC Đòi hỏi các nguyên công tu sửa để khắc phục hiện tượng cong vênh do nhiệt luyện gây nên. Vật liệu gang: có tính chống mòn cao, dùng để chế tạo các bánh răng có kích thước lớn Bộ truyền bánh răng 51
- 6. Vật liệu và ứng suất cho phép Ứng suất tiếp xúc cho phép o H lim.KHL [ H ] ZRZV K xH SH o H lim : giới hạn mỏi tx cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở, phụ thuộc vật liệu, chế độ nhiệt luyện và độ rắn mặt răng KHL : hệ số tuổi thọ N m HO KHL H NHE mH : bậc của đường cong mỏi; mH = 6 NHO : số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc 2,4 NHO 30HHB Bộ truyền bánh răng 52
- 6. Vật liệu và ứng suất cho phép Ứng suất tiếp xúc cho phép o H lim.KHL [ H ] ZRZV K xH SH ZR : hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt răng. ZR = 0,9 1 Zv : hệ số kể đến ảnh hưởng của vận tốc KxH : hệ số kể đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng. da KxH =1 da KxH =0,9 Bộ truyền bánh răng 53
- 6. Vật liệu và ứng suất cho phép Ứng suất tiếp xúc cho phép Do [H1] [H2] + BR thẳng [H] = min([H1], [H2]) + BR nghiêng [H1] = 0,5.([H1] + [H2]) [H1] < 1,25. [H]min Bộ truyền bánh răng 54
- 6. Vật liệu và ứng suất cho phép Ứng suất uốn cho phép o F lim.KFL [ F ] KFCYRYS K xF SF o F lim : giới hạn mỏi tx cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở, phụ thuộc vật liệu, chế độ nhiệt luyện và độ rắn mặt răng KFL : hệ số tuổi thọ N m FO KFL F NFE mF : bậc của đường cong mỏi; mF = 6 HB 350 6 NFO : số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc. NFO = 4.10 Bộ truyền bánh răng 55
- 6. Vật liệu và ứng suất cho phép Ứng suất uốn cho phép o F lim.KFL [ F ] KFCYRYS K xF SF KFC : hệ số xét đến ảnh hưởng của chế độ đặt tải: KFC =1 - BR quay 1 chiều KFC =0,7 0,8 - BR quay 2 chiều YR : hệ số kể đến ảnh hưởng của độ nhám góc lượn chân răng: YR = 1 1,2 KxF : hệ số kể đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng: da KxF =1 da KxF =0,9 Bộ truyền bánh răng 56
- 7. Trình tự thiết kế Trình tự tính toán bộ truyền bánh răng trụ, bánh răng côn. (tham khảo [5]) 1. Chọn vật liệu 2. Xác định các ứng suất cho phép 3. Thiết kế sơ bộ theo độ bền tiếp xúc 4. Tính lại các kích thước đường kính và khoảng cách trục => tính dịch chỉnh 5. Kiểm nghiệm về độ bền tiếp xúc 6. Kiểm nghiệm về độ bền uốn 7. Kiểm nghiệm quá tải Bộ truyền bánh răng 57
- 8. Tìm hiểu thêm Đặc điểm ăn khớp và tính toán bánh răng trụ răng nghiêng. So sánh ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng của răng thẳng và răng nghiêng. (tham khảo [1-4]) Phân tích lực ăn khớp trong bộ truyền bánh răng côn răng không thẳng. (tham khảo [1-4]) Nêu các nhận xét về chiều và giá trị của lực dọc trục và lực hướng tâm. Vật liệu bánh răng và cách xác định ứng suất cho phép khi tính toán bánh răng thẳng và nghiêng. (tham khảo [1-5]) Trình tự tính toán bộ truyền bánh răng trụ, bánh răng côn. (tham khảo [5]) Bộ truyền bánh răng 58
- 9. Ôn tập Phân tích lực ăn khớp trong bộ truyền bánh răng và hệ thống bánh răng. Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính toán bộ truyền bánh răng. Vât liệu bánh răng và cách xác định ứng suất cho phép khi tính toán bánh răng. Cách sử dụng các công thức kiểm nghiệm và thiết kế bộ truyền bánh răng trụ và côn. Trình tự tính toán bộ truyền bánh răng. Bộ truyền bánh răng 59