Cơ khí chế tạo máy - Chương 6: Bộ truyền bánh răng hệ bánh răng

CHƯƠNG 6 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG HỆ BÁNH RĂNG Mục tiêu  Phân loại truyền động BR, hệ BR  Thông số hình học  Động học, động lực học  Hệ số tải trọng tính Ứng suất cho phép  Tính toán theo sức bền tiếp xúc, uốn  Thiết kế bộ truyền 1 6.1 Cấu tạo, phân loại, phạm vi sử dụng 2 6.1.1 Truyền động bánh răng Nguyên lý làm việc: ăn khớp trực tiếp 3 Phân loại Vị trí tương đối 2 trục Hai trục song song 4 Hai trục cắt nhau 5 Hai trục chéo nhau 6 Vị trí vành răng ăn khớp Ăn khớp ngoài Ăn khớp trong 7 Phương của răng: thẳng, nghiêng, chữ v, cong, xoắn 8 Biên dạng răng Thân khai Xicloit Nôvicov 9 Ưu điểm Kích thước nhỏ gọn, khả năng tải cao Hiệu suất cao  =(0,97  0,99) Tuổi thọ, độ tin cậy cao Tỷ số truyền ổn định Phạm vi công suất, tỷ số truyền rộng 10 Nhược điểm Tiếng ồn làm việc vận tốc cao Chịu va đập kém. Chế tạo khó khăn, chính xác Phạm vi sử dụng: phổ biến, bộ truyền có công suất, vận tốc lớn 11 6.1.2 Hệ thống bánh răng Hệ thống bánh răng gồm nhiều bánh răng ăn khớp tạo thành chuỗi 12 Công dụng hệ bánh răng Thực hiện tỷ số truyền Truyền động 2 trục xa 13 Thay đổi tỷ số truyền Thay đổi chiều quay I II a I II 2’ 2 1 A b 14 Tổng hợp hay phân tích chuyển động 15 Phân loại Hệ bánh răng thường 16 Hệ bánh răng vi sai 17 Hệ bánh răng hỗn hợp 1 2 3 4 4’ 5 18 6.2 Thông số hình học bánh răng trụ 19 db: đ/k vòng cơ sở da: đ/k vòng đỉnh df: đ/k vòng chân d: đ/k vòng chia dw: đ/k vòng lăn tw: góc ăn khớp a, atw: khoảng cách trục : góc nghiêng 20 m (mn): môđun z: số răng Thông số cơ bản bộ truyền p: bước răng p m   : góc nghiêng m (mn): môđun (pháp tuyến)  tiêu chuẩn mt: môđun ngang .cos( )n tm m  : góc lượn chân răng 3 m   21 Không dịch chỉnh Dịch chỉnh     2 1 2cos w m z z a a       2 1 2cos w z z a m y            2 1 wa ay x x y m      2, 25h m 2, 25h m ym   . / cosd m z  wd d 1 2 1 w w a d u   22 Không dịch chỉnh Dịch chỉnh 2ad d m  2(1 )ad d x y m    2,5fd d m  1(2,5 2 )fd d x m   0, 25c m 020  cos tw t tg tg tg       cos costw w w a a   23 Hệ số dịch chỉnh Tại sao phải dịch chỉnh trong gia công BR? Z nhỏ  chiều dày đáy, đỉnh răng giảm  hiện tượng cắt chân răng  dịch chỉnh khắc phục hiện tượng cắt chân răng 24 Tránh cắt chân răng  x=0 min 2 2 17 sin z z w    25 Hệ số dịch chỉnh min min 17 17 z z z x z     X=0 không dịch chỉnh X>0 dịch chỉnh dương X<0 dịch chỉnh âm 26 6.3 Thông số động học hệ bánh răng Hệ bánh răng thường Tỷ số truyền 1 cặp bánh răng ăn khớp 1 1 2 2 2 2 1 1 n z r i n z r         + ăn khớp trong - ăn khớp ngoài 27 Xét hệ BR thường   31 1 2 4 15 5 2 3 4 5 12 23 34 45 3 52 4 1 2' 3' 4' 3 2 3 4 5 1 2' 3' 4 ' . . . . . . . . . 1 . i i i i i Z ZZ Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z                                              28 Dấu tỷ số truyền phụ thuộc cặp BR ăn khớp ngoài   3 2 3 4 5 15 1 2' 3' 4' 1 . Z Z Z Z i Z Z Z Z          1 1 . m bidong k chudong Z i Z     m: số cặp bánh răng tiếp xúc ngoài 29 Tính tỉ số truyền i17 và khoảng cách trục A khi các bánh răng ăn khớp cùng môđun m=1,5mm, Z1=Z2=Z3’=Z4=Z5’=Z6=20 và Z3=Z5=Z7=60 1 2 3 3’ 4 5 5’ 6 7 30 Đối với các cặp bánh răng không gian thì dấu của tỷ số truyền không còn ý nghĩa, chiều quay xác định trực tiếp hình vẽ 31 Xét hệ BR vi sai PP đổi giá Cần C làm giá  cơ cấu quay quanh OC vận tốc góc -C  hệ trở thành hệ thường 1 1 2 2 c c c c             32 11 12 2 2 c c c c c i           2 12 1 c Zi Z  1 2 2 1 c c Z Z        33 1 2 O O’ C 2’ 3 Cho hệ thống bánh răng. Với Z2 = 99, Z3 = 101, Z1 = Z2‘ = 100, Tính tỉ số truyền 1 1c c i    3 0  34 1 3 2 4 C 5 Xét cơ cấu vi sai trong cầu của ô tô. Tìm quan hệ 1, 2 giữa các khâu 1, 2 khi xe chạy thẳng, vòng. Với Z1 = Z2 = Z3 35 36 6.4 Động lực học bánh răng trụ Bánh răng trụ răng thẳng Fn Ft Fr w O2 O1 Lực pháp tuyền Fn Lực vòng Ft Lực hướng tâm Fr n1 n2 2 t w T F d  .r t wF F tg cos t n w F F   37 Fn Fn Fr1 Fr1 Ft1 Ft1 n1 n1 dw1 dw1 O1 O1 w Fn Fn n1 O1 O2 n2 w w Fn Fn Fr2 Fr2 Ft2 Ft2 O2 O2 n2 n2 dw2 dw2 w 38 n1 n1 n2 Ft2 Ft1 Fr1 Fr2 39 n1 n1 n2 Ft2 Ft1 Fr1 Fr2 1 40 Bánh răng trụ răng nghiêng Fn Fn n1 O1 O2 n2 nw nw nw  Fr  c b d d’ c’ b’ a’ y z x dw n Fn a Fa Ft F’ nw n-n tw t-t Ăn khớp BR nghiêng 41 Lực vòng Ft 2 2 .cos . t w T T F d m z    Lực hướng tâm Fr . cos t nw r F tg F    Lực pháp tuyến Fn cos .cos t n nw F F    Lực dọc trục Fa a t = F .tgF  42 Lực dọc trục Fa Fa chiều hướng mặt nghiêng ăn khớp đầu tiên 43 6.5 Tải trọng tính Tải trọng tính Ftt .tt dnF F K Fdn: tải trọng danh nghĩa 2 dn t w T F F d   K: hệ số tải trọng tính . .K K K K   44 K: hệ số tập trung tải trọng (bảng 6.4) K: hệ số tải trọng động (bảng 6.5) K: hệ số phân bố tải không đều(bảng 6.11) K: hệ số tải trọng tính . .K K K K   45 6.6 Ứng suất cho phép Ứng suất tiếp xúc cho phép (thép)   0 lim 0,9 . HLH H H K s   0Hlim: giới hạn mỏi tiếp xúc (bảng 6.13) sH: hệ số an toàn (bảng 6.13) KHL: hệ số tuổi thọ H HOm HL HE N K N  46 mH: bậc đường cong mỏi 6Hm  NHO: số chu kỳ cơ sở 2,430HON HB NHE: số chu kỳ tương đương Bánh răng làm việc tải trọng, n không đổi 60. . .HE hN c n L c: số lần ăn khớp/vòng Lh: tổng thời gian làm việc (h) 47 Bánh răng làm việc tải thay đổi max 60. .iHE i i T N c n t T         Ti: môment xoắn chế độ thứ i ti: thời gian làm việc chế độ thứ i Chú ý: NHE>NHO  NHE=NHO 48 Ứng suất tiếp xúc cho phép một số vật liệu Gang xám Gang độ bền cao Tectolic Lignofon   1,5H HB    1,8H HB    45 60H MPa     50 60H MPa   49 Ứng suất uốn cho phép (thép)   0 lim. FLF F F K s   0Flim: giới hạn mỏi uốn (bảng 6.13) sF: hệ số an toàn (bảng 6.13) KFL: hệ số tuổi thọ F FOm FL FE N K N  50 mH: bậc đường cong mỏi 6Hm H<=350HB, mài chân răng 9Hm H>350HB, k mài chân răng NFO: số chu kỳ cơ sở 65.10FON  51 Bánh răng làm việc tải thay đổi max 60. . Fm i FE i i T N c n t T         Bánh răng làm việc tải trọng, n không đổi 60. . .LE hN c n L 52 Ứng suất uốn cho phép (gang)     1 . F s K    1 0,55 b  Giới hạn mỏi b: giới hạn bền kéo [s]: hệ số an toàn (1,71,9) K : hệ số tập trung ứ/s (11,2) 53 6.7 Các dạng hỏng, chỉ tiêu tính toán Fn răng uốn – nén. Fms  răng ăn khớp trượt.  Gãy răng  Tróc rỗ  Dính  Mòn 54 Gãy răng Nghiêm trọng. Góc lượn chân răng. Nguyên nhân: quá tải, mỏi, vật liệu giòn.vv... B/p khắc phục: tính toán sức bền uốn, tăng modul.vv... 55 Tróc rỗ bề mặt Dạng răng méo mó  bị hỏng Bề mặt răng, kín, bôi trơn 3 yếu tố tróc rỗ - Vết nứt tế vi - Lực tác dụng vuông góc - Có chất lỏng 56 57 Dính răng Răng biến dạng hiệu suất giảm. Nguyên nhân: vận tốc cao + nhiệt độ  màng dầu phá vỡ   dính răng. Khắc phục: tăng độ nhẵn, độ rắn bề mặt, dùng dầu chống dính. Vị trí: ăn khớp, 2 BR cùng vật liệu, không tôi bề mặt. 58 Mòn Dạng răng thay đổi  gãy răng Vị trí: đỉnh, chân răng Nguyên nhân: bôi trơn không tốt, dầu bôi trơn bẩn, bộ truyền hở Khắc phục: che kín bộ truyền, dùng dầu bôi trơn .vv... 59 Bộ truyền kín, bôi trơn tốt Bộ truyền hở, bôi trơn không tốt Tính toán thiết kế theo độ bền tiếp xúc Tính toán thiết kế theo độ bền uốn 60 Tính toán bánh răng trụ răng thẳng Ứng suất tiếp xúc (kiểm nghiệm)    1 1 2 . . 1. . . HM H H H w w T K uZ Z Z d b u      Hệ số cơ tính vật liệu ZM     1 2 2 2 2 1 1 2 2 . E 1- E 1- M E E Z        61 Hệ số xét hình dạng ZH w 2 s in2 HZ   Hệ số xét chiều dài tiếp xúc Z 4 3 Z    : hệ số trùng khớp ngang 62 dw1: đường kính vòng lăn BR dẫn T1: môment xoắn trên BR dẫn KH: hệ số tải trọng tính bw: chiều rộng vành răng u: tỷ số truyền 63 Thiết kế aw theo ứng suất tiếp xúc         1 3 2 2 3 22 2 . 50 1 . . 2 . 50 1 . . H w ba H H ba H T K a u u T K u u           KH: hệ số tập trung tải trọng (bảng 6.4) ba: hệ số chiều rộng vành răng 64 Ứng suất uốn (kiểm nghiệm)   . . . F t F F F w Y F K b m    Hệ số dạng răng YF   2 6 ' cos ' sin ' . cos 'cos' F w w l Y K              65 Hệ số dạng răng YF thực nghiệm 213, 2 27,93, 47 0,092F v v x Y x z z     Zv: số răng tương đương x: hệ số dịch chỉnh 3cos v z z   66 Thiết kế môđun theo ứng suất uốn     1 1 3 3 2 1 1 . . . . 1, 4 1,4 . . . . F F F F bm F bd F T K Y T K Y m z z         Hệ số chiều rộng vành răng 1.bm bd b z m    67 Tính toán bánh răng trụ răng nghiêng Ứng suất tiếp xúc (kiểm nghiệm)    1 1 2 . . 1. . . HM H H H w w T K uZ Z Z d b u      Hệ số cơ tính vật liệu ZM     1 2 2 2 2 1 1 2 2 . E 1- E 1- M E E Z        68 Hệ số xét hình dạng ZH w 2cos s in2 HZ    Hệ số xét chiều dài tiếp xúc Z 1 Z   : hệ số trùng khớp ngang 69 dw1: đường kính vòng lăn BR dẫn T1: môment xoắn trên BR dẫn KH: hệ số tải trọng tính bw: chiều rộng vành răng u: tỷ số truyền 70 Thiết kế aw theo ứng suất tiếp xúc         1 3 2 2 3 22 2 . 43 1 . . 2 . 43 1 . . H w ba H H ba H T K a u u T K u u           KH: hệ số tập trung tải trọng (bảng 6.4) ba: hệ số chiều rộng vành răng 71 Ứng suất uốn (kiểm nghiệm)   . . . . . F t F F F w Y F K Y Y b m     Hệ số dạng răng YF   2 6 ' cos ' sin ' . cos 'cos' F w w l Y K              72 Hệ số dạng răng YF thực nghiệm tính theo zv Hệ số xét ảnh hưởng trùng khớp ngang Hệ số xét ảnh hưởng góc nghiêng 1 Y   1 120 Y     213, 2 27,93, 47 0,092F v v x Y x z z     73 Thiết kế môđun theo ứng suất uốn     1 1 3 3 2 1 1 . . . . 1,12 1,12 . . . . F F F F n bm F bd F T K Y T K Y m z z         Hệ số chiều rộng vành răng 1.bm bd b z m    74 6.8 Truyền động bánh răng côn Truyền động hai trục giao nhau 75 Thông số hình học 1 2 he hae hfe b Re Rm de2 dae1 dfe1 1 1 2 1 t Z g Z u   2 2 1 t Z g u Z    2 2 e 1 2R = 0,5. em Z Z me , mm de = me. Z 2 2 e 1 2R = 0,5. mm Z Z dm = mm. Z 76 Fn1 Ft1 Fr’ Fr1 Fa1 n1 O 1 1 dm1 1 Fr1 Fa1 Fr’ Ft1 Fn1  1 1 2 1 2 t t m T F F d   1 2 1 1.cosr a tF F F tg   a1 r2 1 1 = F =F .sintF tg  1 1 cos t n F F   Động lực học bánh răng côn 77 Tính toán bánh răng côn Ứng suất tiếp xúc (kiểm nghiệm)   2 1 2 1 2 . . u +1 . . 0,85. . . H H M H H m T K Z Z Z d b u    Hệ số cơ tính vật liệu ZM     1 2 2 2 2 1 1 2 2 . E 1- E 1- M E E Z        78 Hệ số xét hình dạng ZH w 2 s in2 HZ   Hệ số xét chiều dài tiếp xúc Z 4 3 Z    : hệ số trùng khớp ngang 79 dm1: đường kính vòng chia trung bình T1: môment xoắn trên BR dẫn KH: hệ số tải trọng tính b: chiều rộng vành răng u: tỷ số truyền 80 Thiết kế chiều dài côn Re     12 3 2 2 . 47,5 u +1 0,85 1 . . . H e be be H T K R u       KH: hệ số tập trung tải trọng (bảng 6.4) be: hệ số chiều rộng vành răng 81 Ứng suất uốn (kiểm nghiệm)   . . 0,85. . F t F F F m Y F K bm    Hệ số dạng răng YF tính theo zv 213, 2 27,93, 47 0,092F v v x Y x z z     82 Thiết kế môđun theo ứng suất uốn   1 3 2 1 . . 1, 4 0,85. . . F F m bd F T K Y m z        1 3 22 1 2 . . 1,4 0,85. . . 1 0,5 F F e bd F be T K Y m z       83 6.9 Trình tự thiết kế bộ truyền bánh răng Sinh viên đọc tài liệu: BR trụ răng thẳng: trang 236, 237, 238 BR trụ răng nghiêng: trang 243, 244 BR nón răng thẳng: trang 253, 254, 255 Các ví dụ trang 257265 84 Một vài câu hỏi cần làm rõ khi TT-TK  Khi nào tính theo sức bền tiếp xúc?  Khi nào tính theo sức bền uốn?  Những bước tính toàn thiết kế?  Các thông số nào tìm được khi tính toán thiết kế bộ truyền?