Bài giảng môn chi tiết máy chương 5 truyền động bánh răng

CHƯƠNG 5: TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG Khái niệm chung Tải trọng truyền động bánh Các dạng hỏng tiêu tính truyền bánh Tính tốn truyền bánh trụ Truyền động bánh côn thẳng Vật liệu , nhiệt luyện ứng suất cho phép Trình tự thiết kế truyền bánh KHÁI NIỆM CHUNG KHÁI NIỆM CHUNG KHÁI NIỆM CHUNG KHÁI NIỆM CHUNG KHÁI NIỆM CHUNG 1.1 PHÂN LOẠI, ƯU NHƯỢC ĐIỂM * Phân loại: - Phân loại theo vị trí trục Bánh trụ Bánh Bánh trụ chéo KHÁI NIỆM CHUNG - Phân loại theo phân bố Ăn khớp Ăn khớp KHÁI NIỆM CHUNG - Phân loại theo phương so với đường sinh Răng thẳng cong Răng nghiêng chữ V KHÁI NIỆM CHUNG - Theo tính chất di động tâm truyền: + Truyền động bình thường: tâm bánh cố định + Truyền động hành tinh: tâm nhiều bánh di động KHÁI NIỆM CHUNG - Theo phương (so với đường sinh): - Bộ truyền thẳng (bánh trụ thẳng, bánh côn thẳng) - Bộ truyền nghiêng (bánh trụ nghiêng, bánh côn cong) Nghiêng phải Nghiêng trái CÁC DẠNG HỎNG VÀ CHỈ TIÊU TÍNH BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 3.1 Các dạng hỏng: ❖ Gãy răng: ứng suất uốn gây nên, xảy với truyền hở ❖ Tróc mỏi bề mặt: ứng suất tiếp xúc, xảy với truyền kín ❖ Mịn răng: ma sát ❖ Dính răng: làm việc với vận tốc công suất lớn ❖ Biến dạng dẻo bề mặt răng: xảy cặp bánh có độ rắn thấp ❖ Bong bề mặt răng: xảy thấm Nitơ, thấm Cácbon bề mặt, trường hợp chất lượng bề mặt không tốt chịu tải trọng lớn 3.2 Chỉ tiêu tính: ❖ Với truyền hở, khơng bơi trơn tốt, tính theo điều kiện sức bền uốn ❖ Với truyền làm việc kín, ngâm dầu, tính theo sức bền tiếp xúc TÍNH TỐN ĐỘ BỀN BỘ TRUYỀN BÁNH TRỤ 4.1 Tính truyền bánh trụ thẳng theo độ bền tiếp xúc Ứng suất tiếp xúc tính theo cơng thức:  H = Z M Z H Z  2.T1 K H K Hv (u  1)   H  d 1 b u ZM: Hệ số xét đến tính vật liệu ZH: Hệ số xét đến hình dạng bề mặt tiếp xúc Z: Hệ số xét đến tổng chiều dài tiếp xúc KH: Hệ số tập trung tải trọng KHv: Hệ số tải trọng động tính độ bền tiếp xúc TÍNH TỐN ĐỘ BỀN BỘ TRUYỀN BÁNH TRỤ 4.2 Tính truyền bánh trụ thẳng theo độ bền uốn Bỏ qua ảnh hưởng lực ma sát, qua biến đổi ta có ứng suất uốn tiết diện nguy hiểm chân tính theo biểu thức: F = 2T1 YF K F K Fv   F  b d 1m Khi kiểm tra độ bền uốn, phải kiểm tra cho hai bánh răng: 2T1   F = b d m YF K F K Fv   F    1   =  YF    F1 F2  F YF Khi thiết kế, tính mơ đun theo cơng thức: m  1,43 T1 K F YF Z 12 d  F  TÍNH TỐN ĐỘ BỀN BỘ TRUYỀN BÁNH TRỤ 4.3 Tính truyền bánh nghiêng theo độ bền tiếp xúc Công thức kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc truyền bánh trụ, nghiêng chữ V có dạng: H = Z M Z H Z  2.T1 K H K Hv (u  1)   H  d 1 b u Khi thiết kế truyền, tính đường kính bánh nhỏ khoảng cách tâm hai bánh theo công thức: d 1 = 683 T1 K H K H K Hv (u  1) a = 43(u  1)3  bd  H 2 u T2 K H K H K Hv  ba  H  u 2 TÍNH TỐN ĐỘ BỀN BỘ TRUYỀN BÁNH TRỤ 4.4 Tính nghiêng theo độ bền uốn Ứng suất uốn nghiêng xác định: 2T1Y Y YF   F = b d m YF K F K Fv   F    1   =  YF    F1 F2  F YF Khi thiết kế, tính mơ đun theo công thức: m  1,123 T1 K F YF Z td2 1 d  F   F  - lấy theo bánh có trị số nhỏ YF TÍNH TỐN ĐỘ BỀN BỘ TRUYỀN BÁNH TRỤ 4.5 Kiểm nghiệm độ bền tải Trường hợp truyền bánh làm việc bị tải đột ngột thời gian ngắn, cần tiến hành kiểm nghiệm độ bền bề mặt độ bền Để tránh biến dạng dư bề mặt bề mặt bị phá hỏng giịn cần bảo đảm điều kiện:  H max =  H T1max / T1   H max Để tránh gãy giịn biến dạng dư uốn cần phải đảm bảo điều kiện:  F max =  F (T1max / T1 )   F max TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG 5.1 Khái niệm chung - Dùng để truyền chuyển động trục cắt góc đó, thường góc vng - Ít dùng truyền động bánh có trục khơng vng góc cơng nghệ chế tạo lắp ghép phức tạp - So với truyền động bánh trụ, truyền động bánh có kích thước khối lượng lớn hơn, chế tạo phức tạp lắp ghép địi hỏi xác theo phương dọc trục - Tuy nhiên truyền động bánh côn dùng nhiều máy khí cụ điều kiện bố trí cấu đỏi hỏi phải sử dụng truyền có trục cắt - Truyền động bánh có loại thẳng, nghiêng, cung tròn, cong (thường sử dụng thẳng cung tròn) TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG CƠN RĂNG THẲNG 5.2 Các thơng số hình học chủ yếu Góc mặt chia (mặt lăn) bánh nhỏ bánh lớn 1 = arctg(Z1 / Z ) = arctg(1/ u)  = 1 +  = 90o Vịng trịn chia ngồi : d e1 = me Z1 Vịng trịn chia trung bình: d1 = mZ1 Tỉ số truyền: d e = me Z d = mZ u = 1 / 2 = d e / d e1 = Z / Z1 Mơđun vịng ngồi (được quy chuẩn) mơ đun vịng trung bình: me , m Chiều dài ngồi: Re = d e1 / sin1 = d e / sin = 0,5me Z12 + Z 22 Bộ truyền bánh côn thường dịch chỉnh (hệ số dịch chỉnh chọn x2 = − x1 ) để nâng cao độ bền uốn bánh côn nhỏ ( x1  ) TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG 5.3 Lực tác dụng truyền bánh Trong tính tốn bỏ qua lực ma sát ta có thành phần lực tiếp tuyến, lực hướng tâm lực dọc trục tác dụng lên bánh xác định sau: Ft = 2T / d ; Fn = Ft / cos Fr = Ft tg cos1 Fa = Ft tg sin  Trong đó: Fa1 = Fr ; Fr1 = Fa TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG CƠN RĂNG THẲNG 5.4 Tính tốn độ bền truyền bánh 5.4.1 Tính theo độ bền tiếp xúc Công thức kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc truyền bánh côn thẳng: Z Z H = H M d1 2.T1 u + 1.K H K Hv 0,85b.u   H  Khi thiết kế truyền bánh thép, đường kính vịng chia trung bình bánh thẳng xác định theo công thức: d1 = 77 Thường lấy T1 K H K Hv u + 0,85 d  H  u  d = 0,3  0,6 phải đảm bảo điều kiện b  10me K be = b / Re  0,3 TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG CƠN RĂNG THẲNG 5.4.2 Tính theo độ bền uốn Ứng suất uốn truyền bánh côn, thẳng:  F = 2.T1 K F K FvYF / 0,85.bd1m   F   F =  F (Y2 / YF )   F  5.4.3 Kiểm nghiệm độ bền tải Trường hợp truyền bánh làm việc bị tải đột ngột thời gian ngắn, cần tiến hành kiểm nghiệm độ bền bề mặt độ bền Cách tính tốn kiểm nghiệm tiến hành tương tự truyền bánh trụ VÂT LIỆU, NHIỆT LUYỆN BÁNH RĂNG VÀ ỨNG SUẤT CHO PHÉP 6.1 Vật liệu nhiệt luyện bánh Vật liệu chế tạo bánh phải thoả mãn yêu cầu độ bền bề mặt (tránh tróc rỗ, mài mịn, dính…) độ bền uốn - Bánh vật liệu không kim loại: khối lượng nhỏ, không bị gỉ, làm việc khơng ồn Nhưng độ bền khơng cao, kích thước tương đối lớn giá thành chế tạo cao - Bánh gang: rẻ bánh thép, dùng truyền lực để hở chịu tải nhỏ - Bánh thép: dùng phổ biến truyền lực Tuỳ theo độ rắn (hoặc cách nhiệt luyện) chia bánh thép làm hai nhóm chính: ❖ Bánh có độ rắn HB ≤ 350: bánh thường hố tơi cải thiện ❖ Bánh có độ rắn HB > 350: bánh tôi, thấm than, thấm nitơ thấm xianua VÂT LIỆU, NHIỆT LUYỆN BÁNH RĂNG VÀ ỨNG SUẤT CHO PHÉP 6.2 Ứng suất tiếp xúc cho phép  H  = ( H lim / S H ) Z R ZV K HL K xH Ứng suất cho phép tính theo độ bền mỏi tiếp xúc: Trong bước tính sơ lấy Z R ZV K L K xH = Trong đó: - Giới hạn bền mỏi tiếp xúc  H lim =  Ho lim K HL - Hệ số ảnh hưởng số chu kì làm việc K HL = N HO / N HE Với bánh thẳng, ứng suất cho phép giá trị nhỏ hai giá trị Với bánh nghiêng: 1,25 H min -Bánh trụ 1,15 H min -Bánh côn  H  = 0,5( H  +  H )   Ứng suất tiếp xúc cho phép tải:  H max = 2,8 cha -Với br thường hóa, tơi cải thiện tơi thể tích  -Với br tơi bề mặt, thấm C, thấm N  H max = 40HRCm VÂT LIỆU, NHIỆT LUYỆN BÁNH RĂNG VÀ ỨNG SUẤT CHO PHÉP 6.3 Ứng suất uốn cho phép  F  =  F lim YRYS K xF SF Giới hạn bền mỏi uốn  F lim =  Fo lim.K FL K FC Hệ số an tồn S F phụ thuộc cơng nghệ chế tạo phôi yêu cầu truyền Ứng suất uốn cho phép tải:  F max = 0,8 cha - Khi HB ≤ 350   F max = 0,6 ch - Khi HB > 350 TRÌNH TỰ THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 1- Chọn vật liệu bánh răng, phương pháp nhiệt luyện, tra tính vật liệu: giới hạn bền, giới hạn chảy, độ rắn 2- Xác định ứng suất cho phép 3- Tính sơ đường kính vòng lăn bánh nhỏ theo điều kiện độ bền tiếp xúc (đối với truyền kín, dạng hỏng tróc rỗ nguy hiểm cả) 4- Tính khoảng cách trục sơ theo trị số tỉ số truyền u Định môđun m truyền, lấy theo tiêu chuẩn, (đối với truyền bánh nghiêng m mơđun pháp) 5- Chọn sơ góc nghiêng , tính số tính lại góc nghiêng theo só quy chuẩn 6- Tính lại kích thước đường kính khoảng cách trục theo số răng, mơđun góc nghiêng (đối với truyền bánh nghiêng) Định chiều rộng vành kiểm nghiệm điều kiện hệ số trùng khớp dọc 7- Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc 8- Kiểm nghiệm độ bền uốn 9- Kiểm nghiệm độ bền tải (trường hợp truyền chịu tải đột ngột) 10- Xác định kích thước chủ yếu truyền