Bài giảng nhập môn kỹ thuật cơ khí chương 7 pgs ts bùi ngọc tuyên

Vận tốc góc Angular Velocitya Rotational motion of a link, Trang 5  Chuyển đổi 4 đơn vị đo vận tốc góc: Trang 6 7.2.2 Công và công suất của chuyển động quay Rotational Work and Power

Chương 7: Chuyển động và biến đổi công suất

7.4 Vận tốc, mô-men xoắn và công suất bộ truyền bánh răng

7.5 Xích truyền động bánh răng đơn giản và phức tạp

7.6 Ứng dụng thiết kế: Bộ truyền đai – xích

7.7 Bộ truyền bánh răng hành tinh

Mechanical engineers design the links and joints

that form this robot's manipulator arm in order to

precisely move and place cargo in a warehouse

Suspended above the bay of the Space Shuttle Orbiter, the Hubble Space Telescope was

maneuvered into sunlight during a servicing mission Each link of the robotic manipulator arm rotated about its support joints

overall program of study in mechanical engineering

 Chuyển đổi 4 đơn vị đo vận tốc góc:

Conversion Factors between Various Units for Angular Velocity

7.2.2 Công và công suất của chuyển động quay (Rotational Work and Power) Động cơ truyền mô men xoắn T cho bánh răng quay một góc Δθ

 Công của chuyển động quay :

Work performed by a torque acting on a rotating gear,

(a) The torque supplied by the motor reinforces the rotation and W is positive

(b) The torque opposes the rotation and W is negative

Một quạt làm mát cho bảng mạch điện tử quay với tốc độ 1800 rpm

- Hãy biểu diễn tốc độ góc của động cơ quạt ra thứ nguyên 0 /s và rad/s

- Xác định tốc độ dài tại điểm đầu cánh quat cách tâm trục 4 cm

Theo bảng chuyển đổi: 1 rpm = 6 deg/s = 0,1047 rad/s

(a) Two external spur gears in mesh,

7.3 Ứng dụng thiết kế: Bánh răng (Gear)

(b) Internal or ring gears of several sizes

7.3 1 Bánh răng trụ răng thẳng ( Spur Gear)

 Các răng thẳng song song với đường tâm, phân bố cách đều trên bề mặt trụ

 Truyền động giữa hai trục song song với nhau

Configurations of gearsets having (a) two external gears and (b) one external and one internal gear In each case, the rotations are analogous to two cylinders that roll on one another

 : hệ số dịch dao

Tiếp xúc của cặp profile răng:

A pair of teeth in contact

Nếu một bánh răng quay với tốc độ không

đổi thì bánh răng ăn khớp với nó cũng

quay với tốc độ không đổi bộ truyền có

tỷ số truyền không đổi

(a) Gear racks, (b) Rack-and-pinion mechanism

7.3.2 Thanh răng - Bánh răng (Rack and Pinion)

- Cơ cấu bánh răng – thanh răng dùng để biến chuyển động quay của trục thành chuyểnđộng tịnh tiến thẳng hoặc ngược lại

- Cơ cấu bánh răng – thanh răng thường được sử dụng trong các cơ cấu lái bánh trước của

xe ô tô, định vị vị trí bàn máy phay, máy tiện, máy mài,, cung cấp chuyển động chạy daocho máy khoan bàn,…

7.3.3 Bánh răng côn ( bevel gear)

- Bánh răng côn : các răng phân bố trên mặt nón cụt, các răng có thể là thẳng hoặc cong

- Truyền động bánh răng côn thường được sử dụng cho truyền động giữa hai trục vuônggóc với nhau và có đường tâm các trục kéo dài cắt nhau

7.3.4 Bánh răng xoắn (helical gears)

A collection of helical and crossed helical gears

- Bánh răng xoắn: răng có dạng xoắn nghiêng đi một

góc so với đường tâm và phân bố trên bề mặt trụ

-Truyền động bánh răng trụ răng xoắn có nhiều ưu điểm

hơn truyền động bánh răng trụ răng thẳng :

+ Truyền động êm hơn (ít ồn, ít rung động) được sử

dụng trong các máy tốc độ cao, như truyền động ô tô,

…do tiếp xúc khi vào khớp và ra khớp của cặp răng là

dần dần theo chiều dài răng

+ Khả năng truyền mô men xoắn lớn hơn, do lực tiếp

xúc của cặp răng ăn khớp phân bố trên diện tích tiếp xúc

mặt răng lớn hơn, ứng suất tiếp xúc nhỏ hơn

- Truyền động bánh răng trụ răng xoắn có thể dùng để

truyền chuyển động giữa hai trục song sóng với nhau

( cặp bánh răng trụ răng nghiêng = helical gears ) hoặc

giữa hai trục vuông góc có đường tâm chéo nhau ( cặp

bánh răng trụ răng xoắn = crossed helical gears )

7.3.5 Trục vít - Bánh vít / Bánh răng nghiêng ( worm gearset)

- Truyền động giữa hai trục vuông góc và chéo nhau

- Đặc tính cơ bản: truyền chuyển động theo một chiều

từ trục vít sang bánh vít và không truyền theo chiều

ngược lại được đặc tính tự hãm (self – locking)

- Thường được ứng dụng trong các truyền động có tính

một chiều, yêu cầu an toàn như: thang máy, tời kéo,

kích,

The shift fork in the transmission is used to slide agear along the upper shaft so that the speed of theoutput shaft changes.

Ký hiệu:

rp: bán kính vòng chia bánh răng chủ động

zp: số răng bánh răng chủ động

ωp : tốc độ góc bánh răng chủ động

TP : Mô men xoắn bánh răng chủ động

PP: công suất bánh răng chủ động

rg: bán kính vòng chia bánh răng bị động

zg: số răng bánh răng bị động

ωg : tốc độ góc bánh răng bị động

Tg: Mô men xoắn bánh răng bị động

Pg: công suất bánh răng bị động

ωg = r r ωp= z z ω

(b) The pinion and gear are conceptually separated to expose the driving component of the tooth force and the input and output torques.

(a) A pinion and gear form a gearset

7.5 Xích truyền động bánh răng đơn giản và phức tạp

a Xích truyền động bánh răng đơn giản (Simple Geartrain)

Tỷ số truyền chuyển động chung của xích truyền động bánh răng:

Tỷ số truyền mô men của của xích truyền động bánh răng

TR Σ = T = z z

7.6 Ứng dụng thiết kế: Bộ truyền đai & bộ truyền xích

- Tỷ số truyền của bộ truyền:

i = ω ω = d d

Truyền động xíchEngineers and

scientists have

manufactured micro

mechanical chain

drives by adapting

techniques that are

used in the production

of integrated electronic

circuits The distance

between each link in

this chain is 50

microns, smaller than

the diameter of a

human hair

A planetary geartrain used in a helicopter's transmission The diameter of the ring gear is approximately one foot

(a) A simple gearset in which the pinion and gear are connected by a fixed- ground link, (b) A planetary gearset where the planet and carrier link can rotate about the center of the sun gear

Front and cross- sectional views of a planetary geartrain.

ωs + nωr – (1+n)ωc = 0 (*)

Ký hiệu: ωs - tốc độ quay bánh răng mặt trời

ωc- tốc độ quay của cơ cấu mangbánh hành tinh (Carrier)

Bộ truyền bánh răng hành tinh với bánh răng vành

A balanced planetary geartrain having three planet gearsThree input-output connection points to a planetary geartrain

Drivetrain in a rear – wheel - drive automobile

Sơ đồ dẫn động của ô tô truyền động bánh sau:

Kết cấu bộ vi sai ô tô

A differential for a small sedan automobile, which can be viewed as a planetary geartrainconstructed from bevel-type gears

supplies 1 kW of power at the operating speed of 250 rpm (See Figure 1)

(a) Determine the speed and rotation direction of the output shaft,

(b) What magnitude of torque does the output shaft transfer to its mechanical load?

Ví dụ 1: Trục đầu vào của bộ truyền bánh rang đơn giản được dẫn động bởi một động cơ công suất 1 kW ở tốc độ vận hành 250 vòng / phút (Xem Hình 1)

a) Hãy xác định tốc độ và chiều quay của trục ra

b) Độ lớn mômen xoắn mà trục ra truyền cho tải cơ học của nó là bao nhiêu?

Figure 1

Ví dụ 2: Một cơ cấu giảm tốc bánh răng được sử dụng trong một máy đếm tiền được mô tả trên hình vẽ Số răng của cặp bánh răng trụ trong cấp giảm tốc độ đầu tiên lần lượt là 10 rang và 23 răng Cấp giảm tốc thứ hai dùng bộ truyền trục vít một đầu mối & bánh vít 16 răng Hãy xác định tỷ số vận tốc giữa tốc độ trục ra và tốc độ của động cơ một chiều.

Figure 2

Ví dụ 3: Cơ cấu trong máy quét (scan) để bàn biến đổi chuyển động quay của trục động cơ thành chuyển động tịnh tiến khứ hồi của đầu quét (Hình vẽ), Trong một phần của hoạt động quét, động cơ truyền động quay với tốc độ 180 vòng / phút

Bánh răng lắp trên trục của động cơ có 20 răng ; đai rang có 20 răng/inch Hai bánh răng còn lại có số răng lần lượt là 80 rang và 30 răng Hãy tính tốc độ đầu quét di chuyển Theo đơn vị inch/s/ và m/s

Figure 3

the motor to the roller that supports the walking/running belt (Figure4), The pitch diameters of the sheaves on the two shafts are 1.0 in and 2.9 in,, and the roller lias

a diameter of 1,75 in For a running pace of 7 min/mi, at what speed should the motor be set? Express your answer in the units of rpm.

Ví dụ 4: Một đai răng được sử dụng để truyền lực trong máy chạy bộ từ động cơ đến con lăn dẫn động băng đi bộ / chạy (Hình 4), Đường kính của vòng chia bánh đai răng trên hai trục là 1,0 inch và 2,9 inch, và con lăn có đường kính 1,75 in Để

có tốc độ chạy 7 phút / mi, động cơ nên thiết lập ở tốc độ bao nhiêu vòng / phút?

Figure 4

one output (the ring gear) (See Figure 5.) When viewed from the right-hand side, the hollow carrier shaft is driven at 3600 rpm clockwise, and the shaft for the sun gear turns at 2400 rpm counterclockwise, (a) Determine the speed and direction of the ring gear, (b) The carrier’s shaft is driven by an electric motor capable of

reversing its direction Repeat the calculation for the case in which it is instead driven at 3600 rpm counterclockwise, (c) For what speed and direction of the

carrier’s shaft will the ring gear not rotate?

Figure 5

Example 6: In part (a) of the previous example, the carrier and sun gear are driven

by engines producing 2 hp and 5 hp, respectively (Figure 6) Determine the torque applied to the shaft of the output ring gear.

Figure 6