Giáo trình Cơ sở thiết kế máy - Chương 6: Bộ truyền bánh răng

Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 1 Chương 6: Bộ truyền bánh răng Trần Thiên Phúc 6.1 Khái niệm chung 6.2 Các thông số hình học 6.3 Đặc điểm ăn khớp của bánh răng 6.4 Lực tác dụng lên bộ truyền 6.5 Tải trọng tính 6.6 Hiệu suất của bộ truyền 6.7 Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính 6.8 Vật liệu và nhiệt luyện bánh răng 6.9 Ứng suất cho phép Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 2 6.10 Tính toán bánh răng trụ thẳng 6.11 Tính toán bánh răng trụ nghiêng 6.12 Tính toán bánh răng cone thẳng 6.13 Kết cấu và bôi trơn Chương 6 Chương 6: Bộ truyền bánh răng Trần Thiên Phúc 6.1 Khái niệm chung: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 3 Nguyên lý hoạt động Phân loại cơ cấu bánh răng:  Theo vị trí tương đối giữa các trục: song song, giao nhau, chéo nhau  Theo sự phân bố răng: trong, ngoài  Theo phương răng: thẳng, nghiêng, cong, xoắn, V  Theo biên dạng răng: thân khai, cycloide, Novikov Chương 6: Bộ truyền bánh răng Trần Thiên Phúc Ưu điểm: Kích thước nhỏ nhưng tải lớn - Tỉ số truyền cố định - Hiệu suất cao - Khả năng hoạt động cao - Tuổi thọ, độ tin cậy cao. Nhược điểm: Chế tạo phức tạp – Yêu cầu độ chính xác cao – Gây ồn ở vận tốc cao. Phạm vi sử dụng Bánh răng trụ nghiêng  Góc nghiêng răng  Bước ngang, module ngang – bước pháp, module pháp Bánh răng trụ thẳng  Vòng chia – vòng lăn  Bước răng – Module  Đường ăn khớp – Góc ăn khớp  Đoạn ăn khớp – Vòng cơ sở  Tỉ số truyền 6.2 Thông số hình học của bộ truyền: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 4 Chương 6: Bộ truyền bánh răng Trần Thiên Phúc Dịch chỉnh răng  Mục đích: Tránh cắt chân răng, tăng bền uốn và bền tiếp xúc, bù trừ khoảng cách trục cho trước.  Dịch chỉnh dương và dịch chỉnh âm.  Dịch chỉnh đều  Dịch chỉnh góc Ảnh hưởng của số răng trên biên dạng răng 6.2 Thông số hình học của bộ truyền: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 5 Chương 6: Bộ truyền bánh răng Trần Thiên Phúc Hiện tượng cắt chân răng Hệ số trùng khớp ngang với Hiện tượng trượt trong quá trình ăn khớp  Vận tốc trượt: độ lớn , phương chiều Độ chính xác của truyền động bánh răng Quá trình chuyển động của truyền động bánh răng 6.3 Đặc điểm của quá trình ăn khớp: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 6 Chương 6: Bộ truyền bánh răng Trần Thiên Phúc 6.4 Lực tác dụng lên bộ truyền: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 7 Chương 6: Bộ truyền bánh răng Trần Thiên Phúc Bộ truyền bánh răng trụ thẳng  Lực pháp tuyến  Lực vòng  Lực hướng tâm Bộ truyền bánh răng trụ nghiêng  Lực pháp tuyến  Lực vòng  Lực hướng tâm  Lực hướng trục Tải trọng tính trong bộ truyền bánh răng 6.5 Tải trọng tính: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 8 Chương 6: Bộ truyền bánh răng Trần Thiên Phúc Hệ số tập trung tải trọng  Sự phân bố tải trọng theo chiều rộng răng  Bảng tra hệ số tập trung tải trọng  Các biện pháp giảm tập trung ứng suất  Vát mép đầu răng  Dùng vật liệu chạy mòn  Bánh răng dạng trống  Tăng cứng các chi tiết đỡ  Tăng độ chính xác gia công  Dùng kết cấu đối xứng Công suất mất mát trong bộ truyền bánh răng 6.6 Hiệu suất của bộ truyền bánh răng: 6.5 Tải trọng tính: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 9 Chương 6: Bộ truyền bánh răng Trần Thiên Phúc Hệ số tải trọng động  Tải trọng động khi bánh răng ăn khớp  Bảng tra hệ số tải trọng động  Biện pháp giảm tải trọng động Hệ số tải trọng không đều trên các răng  Đối với bánh răng thẳng (trụ và nón) chọn giá trị này là 1  Tra và tính hệ số tải trọng không đều trên các răng  Vát cạnh mặt răng 6.7 Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 10 Chương 6: Bộ truyền bánh răng Trần Thiên Phúc Đặc điểm của các ứng suất phát sinh trong quá trình hoạt động của bánh răng Gãy răng: Thường xảy ra với các bộ truyền hở  Các nguyên nhân: Tập trung tải trọng theo chiều rộng răng – Mòn răng - Tải trọng động - Hiện tượng mỏi.  Biện pháp: Kiểm nghiệm quá tải – Tránh chế độ làm việc quá tải – Tăng module răng - Giảm tập trung tải trọng chân răng – Dùng vật liệu có độ bền cao – Tính toán theo sức bền uốn. Tróc mõi mặt răng: Thường xảy ra với các bộ truyền kín  Các nguyên nhân: Tác động của áp suất dầu trên các vết nứt do mỏi trên mặt răng. Tróc nhất thời và tróc lan phụ thuộc vào độ rắn bề mặt  Biện pháp: Tính toán theo sức bền tiếp xúc – Nâng cao độ rắn bề mặt – Tăng góc ăn khớp – Tăng độ chính xác chế tạo 6.7 Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 11 Chương 6: Bộ truyền bánh răng Trần Thiên Phúc Mòn răng: Thường xảy ra với các bộ truyền hở  Các nguyên nhân: Bôi trơn không tốt – Có nhiều hạt mài rơi vào vùng ăn khớp của bánh răng  Biện pháp: Tăng độ rắn bề mặt – Hạn chế hạt mài rơi vào vùng ăn khớp – Dùng vật liệu bôi trơn có độ nhớt cao Dính răng: Thường xảy ra với các bộ truyền chịu tải lớn và vận tốc cao  Các nguyên nhân: Màn dầu bôi trơn bị phá vỡ do nhiệt độ cao hoặc ứng suất tiếp xúc quá lớn  Biện pháp: Tăng độ rắn bề mặt – Dùng vật liệu bôi trơn có độ nhớt cao, có tính chống dính - làm nguội tốt dầu bôi trơn - Chế tạo cặp bánh răng bằng cặp vật liệu thích hợp Chỉ tiêu tính đối với bộ truyền kín và hở 6.8 Vật liệu và nhiệt luyện bánh răng: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 12 Chương 6: Bộ truyền bánh răng Trần Thiên Phúc Dùng vật liệu dựa trên các điều kiện về bền tiếp xúc và bền uốn Theo độ rắn, có hai nhóm thép như sau:  Nhóm HB ≤ 350: (Thép thường hoá hoặc tôi cải thiện) có thể gia công sau khi nhiệt luyện, có khả năng chạy mòn tốt (nên chọn độ rắn cặp bánh răng chênh nhau 10-15HB). Thường dùng cho những bộ truyền công suất nhỏ và vừa, bánh răng kích cỡ lớn.  Nhóm HB ≥ 350: (Thép tôi thể tích, tôi cao tần, thấm carbon hay nitrogen) phải gia công răng trước nhiệt luyện và sửa đúng răng sau nhiệt luyện, phải chế tạo với độ chính xác cao, dùng chung với các chi tiết đỡ có độ cứng cao và yêu cầu có các biện pháp chống tập trung tải trọng. Có thể dùng gang với các bánh răng kích thước rất lớn, các bộ truyền chạy chậm, tải nhỏ, bộ truyền hở, bộ truyền quay tay Có thể dùng chất dẽo như textolite, lignofon, polyamid dạng capron, gỗ ép đối với những bộ truyền có tải trọng thấp. 6.8 Vật liệu và nhiệt luyện bánh răng: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 13 Chương 6: Bộ truyền bánh răng Trần Thiên Phúc Theo phương pháp nhiệt luyện có thể chia ra các nhóm như sau:  Tôi thể tích: đạt độ cứng cao (45-55 HRC), thường dùng cho thép có nồng độ carbon cao C45, 40Cr, 40CrNi  Tôi bề mặt: có thể đạt độ rắn bề mặt 48-50 HRC, thường dùng cho các bánh răng có module ≥ 5 và có thể áp dụng cho những vật liệu như trên.  Thấm than: lâu và đắt tiền, độ rắn có thể đạt 58-63 HRC, thường áp dụng cho các loại vật liệu nồng độ carbon thấp C15, C20, 20Cr, 12 CrNi3A...  Thấm nitrogen: nhạy quá tải và không thích hợp với mài mòn, thường dùng với mác thép 38CrWVA1A, 38CrA1A  Thấm nitrogen-carbon: thấm carbon trong môi trường khí nitrogen có thể đạt độ rắn 60-63 HRC, thường dùng với các mác thép 25CrMnMo, 25CrMnTi Ứng suất tiếp xúc cho phép:  Vật liệu thép:  Thiết kế:  Kiểm nghiệm:  Khi tính bộ truyền răng thẳng chọn giá trị ứng suất tiếp xúc cho phép min, răng nghiêng chọn . Giá trị chọn phải thoả nếu không chọn với răng thẳng và với răng nghiêng.  Vật liệu gang và phi kim:  Gang xám , Gang độ bền cao  Textolite , Lignofon 6.9 Ứng suất cho phép: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 14 Chương 6: Bộ truyền bánh răng Trần Thiên Phúc 6.9 Ứng suất cho phép: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 15 Chương 6: Bộ truyền bánh răng Trần Thiên Phúc Ứng suất uốn cho phép:  Vật liệu thép:  Thiết kế:  Kiểm nghiệm:  Vật liệu gang và phi kim:  Gang  Textolite, Lignofon Khi độ cứng bánh răng lớn hơn 350HB thì số mũ mỏi bằng 9, ngược lại bằng 6 Các tính toán trên nền sức bền uốn:  Công thức tính ứng suất uốn thực lớn nhất:  Công thức kiểm nghiệm:  Công thức thiết kế: Các tính toán trên nền sức bền tiếp xúc:  Công thức Hertz:  Công thức kiểm nghiệm:  Công thức thiết kế: 6.10 Tính toán bánh răng trụ thẳng: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 16 Chương 6: Bộ truyền bánh răng Trần Thiên Phúc Trình tự tính toán bộ truyền bánh răng trụ thẳng Thay thế bánh răng trụ nghiêng bằng bánh răng thẳng tương đương:  Bánh răng trụ thẳng tương đương  Đường kính tương đương:  Số răng tương đương: 6.11 Tính toán bánh răng trụ nghiêng: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 17 Chương 6: Bộ truyền bánh răng Trần Thiên Phúc Các đặc điểm làm việc của bộ truyền bánh răng trụ nghiêng:  Làm việc êm, không ồn  Cường độ tải trọng trên răng nhỏ  Đường tiếp xúc nằm nghiêng trên mặt răng Các tính toán trên nền sức bền uốn:  Công thức tính ứng suất uốn thực lớn nhất:  Công thức kiểm nghiệm:  Công thức thiết kế: Các tính toán trên nền sức bền tiếp xúc:  Công thức Hertz:  Công thức kiểm nghiệm:  Công thức thiết kế: 6.11 Tính toán bánh răng trụ nghiêng: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 18 Chương 6: Bộ truyền bánh răng Trần Thiên Phúc Trình tự tính toán bộ truyền bánh răng trụ nghiêng Các kích thước hình học chủ yếu của bộ truyền:  Mặt nón lăn - Mặt nón chia  Mặt mút lớn - Mặt mút bé - Mặt mút trung bình  Chiều dài nón ngoài - Chiều dài nón trung bình 6.12 Bộ truyền bánh răng nón thẳng: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 19 Chương 6: Bộ truyền bánh răng Trần Thiên Phúc Đại cương về bộ truyền bánh răng nón:  Các loại bánh răng nón và ưu nhược điểm  Các dạng răng trên mặt cắt dọc trục Lực tác dụng trong bộ truyền bánh răng nón:  Lực vòng  Lực hướng tâm  Lực dọc trục 6.12 Bộ truyền bánh răng nón thẳng: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 20 Chương 6: Bộ truyền bánh răng Trần Thiên Phúc Tải trọng tính:  Công thức tính tải trọng tính:  Hệ số tải trọng tính khi tính độ bền tiếp xúc:  Hệ số tải trọng tính khi tính độ bền uốn: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 21 Chương 6: Bộ truyền bánh răng Trần Thiên Phúc Các đặc điểm ăn khớp của bộ truyền bánh răng nón thẳng:  Tải trọng tác động xem như đặt tại vòng chia trung bình:  Module trung bình:  Đường kính bánh răng trụ thẳng tương đương:  Số răng bánh trụ thẳng tương đương: 6.12 Bộ truyền bánh răng nón thẳng: Các tính toán trên nền sức bền tiếp xúc:  Công thức Hertz:  Công thức kiểm nghiệm:  Công thức thiết kế: Dựa vào công thức thiết kế trên ta chọn được số răng của các bánh răng, tiếp theo đó ta tính module trên mặt mút lớn và chọn theo tiêu chuẩn. Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 22 Chương 6: Bộ truyền bánh răng Trần Thiên Phúc 6.12 Bộ truyền bánh răng nón thẳng: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 23 Chương 6: Bộ truyền bánh răng Trần Thiên Phúc Trình tự tính toán bộ truyền bánh răng nón thẳng Các tính toán trên nền sức bền uốn:  Công thức kiểm nghiệm:  Công thức thiết kế: 6.12 Bộ truyền bánh răng nón thẳng: Kết cấu bánh răng cỡ nhỏ 6.13 Kết cấu và bôi trơn bộ truyền bánh răng: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 24 Chương 6: Bộ truyền bánh răng Trần Thiên Phúc Kết cấu bánh răng cỡ trung Kết cấu bánh răng cỡ lớn Kết cấu bánh răng nón Bôi trơn bộ truyền bánh răng:  Khi vận tốc dài nhỏ hơn 12,5m/s chọn phương án ngâm dầu  Khi vận tốc dài lớn hơn 12,5m/s chọn phương án phun dầu Kết cấu khối bánh răng