Chương 3: Bộ truyền đai pot

- Liệt kê được các thông số hình học và động học của bộ truyền đai.. Khái niệm và phân loại Bộ truyền đai thường dùng để truyền chuyển động giữa hai trục song song và quay cùng chiều Hìn

Chương 3: (4 tiết)

BỘ TRUYỀN ĐAI

MỤC TIÊU:

Sau khi học xong bài học này, sinh viên có khả năng:

- Phân biệt được các loại bộ truyền đai

- Trình bày được ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của bộ truyền

- Liệt kê được các thông số hình học và động học của bộ truyền đai

- Giải thích được nguyên nhân của sự trượt đai

- Tra bảng số liệu và chọn được số liệu phù hợp để tính toán

- Dựa vào trình tự tính toán được bộ truyền đai

- Làm được các bài tập tính toán về đai

NỘI DUNG:

I Đại cương

1 Khái niệm và phân loại

2 Các phương pháp căng đai

3 Các phương pháp nối đai

4 Ưu và nhược điểm của truyền động đai

II Cơ học bộ truyền đai

1 Quan hệ hình học

2 Vận tốc và tỷ số truyền

3 Lực trong đai truyền

4 Hiện tượng trượt đai truyền

5 Hiệu suất của bộ truyền đai

6 Các dạng hỏng của bộ truyền đai

III Tính tóan bộ truyền đai

1 Tính toán bộ truyền đai dẹt

2 Tính toán bộ truyền đai thang

IV Bài tập có lời giải

V Bài tập tự giải

Câu hỏi ôn tập

NHỮNG LƯU Ý VỀ GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP:

1 Những khái niệm và định nghĩa cần lướt qua nhanh, vì sinh viên phải có giáo trình để học Tập trung giải thích các thông số và vận dụng các công thức để tính toán Giải một bài tập mẫu về đai dẹt và một bài tập mẫu về đai thang cho sinh viên Hướng dẫn sinh viên cách tra bảng số liệu

2 Sinh viên phải đọc trước các nội dung trước khi đến lớp Liên hệ thực tiễn và chú ý giải các bài tập trong giáo trình Đọc thêm các tài liệu tham khảo

I ĐẠI CƯƠNG

1 Khái niệm và phân loại

Bộ truyền đai thường dùng để truyền chuyển động giữa hai trục song song

và quay cùng chiều (Hình 3-1), trong một số trường hợp có thể truyền chuyển động giữa các trục song song quay ngược chiều (truyền động đai chéo), hoặc truyền giữa hai trục chéo nhau (truyền động đai nửa chéo, Hình 3-2)

F0: lực căng ban đầu của dây đai;

A: khoảng cách trục; γ: góc nghiêng của dây đai so với phương ngang 1: bánh đai dẫn; 2: bánh đai bị dẫn;

n1; n2: tốc độ vòng của bánh dẫn và bánh bị dẫn;

D1; D2: đường kính trung bình của bánh dẫn và bánh bị dẫn;

α1; α2: góc ôm của dây đai trên bánh dẫn và bánh bị dẫn;

- Nguyên lý làm việc của bộ truyền đai: dây đai mắc căng trên hai bánh đai, trên bề mặt tiếp xúc của dây đai và bánh đai có áp suất, có lực ma sát Fms Lực ma sát cản trở chuyển động trượt tương đối giữa dây đai và bánh đai Do đó khi bánh dẫn quay sẽ kéo dây đai chuyển động và dây đai lại kéo bánh bị dẫn quay Như vậy chuyển động đã được truyền từ bánh dẫn sang bánh bị dẫn nhờ lực ma sát giữa dây đai và các bánh đai

Tùy theo hình dạng của dây đai, bộ truyền đai được chia thành các loại:

Hình 3.1: Bộ truyền đai thường

Hình 3.2: Bộ truyền đai chéo và nửa chéo

α1

γ

2F

0cosγ

- Đai dẹt, hay còn gọi là đai phẳng Tiết diện đai là hình chữ nhật hẹp, bánh đai hình trụ tròn, đường sinh thẳng hoặc hình tang trống, bề mặt làm việc là mặt rộng của đai (Hình 3- 3, a)

Kích thước b và h của tiết diện đai được tiêu chuẩn hóa Giá trị chiều dầy

h thường dùng là 3 ; 4,5 ; 6 ; 7,5 mm Giá trị chiều rộng b thường dùng 20 ; 25 ; 32; 40 ; 50 ; 63 ; 71 ; 80 ; 90 ; 100 ; mm

Vật liệu chế tạo đai dẹt là: da, sợi bông, sợi len, sợi tổng hợp, vải cao su Trong đó đai vải cao su được dùng rộng rãi nhất

Đai vải cao su gồm nhiều lớp vải bông và cao su sunfua hóa Các lớp vải chịu tải trọng, cao su dùng để liên kết, bảo vệ các lớp vải, và tăng hệ số ma sát với bánh đai

- Đai thang, tiết diện đai hình thang, bánh đai có rãnh hình thang, thường dùng nhiều dây đai trong một bộ truyền (Hình 3-3, b)

Vật liệu chế tạo đai thang là vải cao su Gồm lớp sợi xếp hoặc lớp sợi bện chịu kéo, lớp vải bọc quanh phía ngoài đai, lớp cao su chịu nén và tăng ma sát Đai thang làm việc theo hai mặt bên

Hình dạng và diện tích tiết diện đai thang được tiêu chuẩn hóa TCVN 2332-78 quy định 6 loại đai thang thường Z, O, A, B, C, D TCVN 3210-79 quy định 3 loại đai thang hẹp SPZ, SPA, SPB

Đai thang được chế tạo thành vòng kín, chiều dài đai được tiêu chuẩn hóa

Bộ truyền đai thang thường dùng có chiều dài: 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800,

900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000, 2240, 2500, 2800, 3150, 3550,

4000, 4500, 5000, mm

- Đai tròn, tiết diện đai hình tròn, bánh đai có rãnh hình tròn tương ứng chứa dây đai (Hình 3-3, c) Đai tròn thường dùng để truyền công suất nhỏ

- Đai hình lược, là trường hợp đặc biệt của bộ truyền đai thang Các đai được làm liền nhau như răng lược (Hình 3-4, a) Mỗi răng làm việc như một đai thang Số răng thường dùng 2 ÷ 20, tối đa là 50 răng Tiết diện răng được tiêu chuẩn hóa

Đai hình lược cũng chế tạo thành vòng kín, trị số tiêu chuẩn của chiều dài tương tự như đai thang

Hình 3-3: Bộ truyền đai dẹt (a), đai thang (b), đai tròn (c)

- Đai răng, là

một dạng biến thể của

bộ truyền đai Dây đai

có hình dạng gần

giống như thanh răng,

bánh đai có răng gần

giống như bánh răng

Bộ truyền đai răng

làm việc theo nguyên

tắc ăn khớp là chính, ma sát là phụ, lực căng trên đai khá nhỏ (Hình 3-4, b)

Cấu tạo của đai răng bao gồm các sợi thép bện chịu tải, nền và răng bằng cao su hoặc chất dẻo

Thông số cơ bản của đai răng là mô đun m, mô đun được tiêu chuẩn hóa, gía trị tiêu chuẩn của m: 1 ; 1,5 ; 2 ; 3 ; 4 ; 5 ; 7 ; 10 mm Dây đai răng được chế tạo thành vòng kín Giá trị tiêu chuẩn của chiều dài đai tương tự như đai hình thang

Trên thực tế, bộ truyền đai dẹt và đai thang được dùng nhiều hơn cả Vì vậy, trong chương này chủ yếu trình bày bộ truyền đai dẹt và đai thang

2 Các phương pháp căng đai

Bộ phận căng đai, tạo lực căng ban đầu F0 kéo căng hai nhánh đai Để tạo lực căng F0, có thể dùng trọng lượng động cơ (Hình 3-5, a), dùng vít đẩy (Hình 3-5, b), hoặc dùng bánh căng đai (Hình 3-5, c)

3 Các phương pháp nối đai

Thông thường chỉ nối đai dẹt, vì chiều dài đai dẹt được cắt theo yêu cầu

và nối thành vòng kín Đai được nối bằng cách dán, may, hoặc dùng bu lông kẹp chặt

Hình 3-4: Bộ truyền đai hình lược (a), đai răng (b)

Hình 3-6: Các phương pháp nối đai

Hình 3-5: Bộ phận căng đai

Bánh căng đai

c)

4 Ưu nhược điểm của truyền động đai

a) Ưu điểm:

- Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, giá thành rẻ

- Truyền động êm dịu

- Do cĩ sự trượt giữa dây đai với bánh đai cho nên khi quá tải đột ngột cũng khơng gây ra hư hỏng các chi tiết của bộ truyền

- Nhờ vào tính chất đàn hồi của đai, biên độ dao động của cơ cấu, do tải trọng thay đổi sinh ra, khơng lớn

- Cĩ thể truyền động giữa các trục xa nhau và giữa các trục được bố trí thích hợp trong khơng gian

b) Nhược điểm:

- Kích thước cồng kềnh, nhất là khi truyền cơng suất lớn

- Do cĩ trượt đai nên khơng đảm bảo được độ chính xác về tỷ số truyền

- Do phải cĩ lực căng đai ban đầu tạo nên áp lực phụ trên trục và gối đỡ

- Dây đai dễ bị nhiễm điện và khơng chịu được mơi trường cĩ dầu, mỡ

c) Phạm vi sử dụng:

- Cơng suất truyền cĩ thể đạt tới 1500 kW; phổ biến trong phạm vi từ 0,3 – 50kW, vận tốc dây đai cĩ thể đạt tới 30 m/s; tỷ số truyền i ≤ 6

II CƠ HỌC TRUYỀN ĐỘNG ĐAI

1 Quan hệ hình học

- Nhĩm cơng thức 1:

sin γ =

A

D D

2

1

2 −

(3.1)

α1 = π - 2γ ; α2 = π + 2γ; (3.2)

L = 2A cosγ +

2

2

2α

D

+ 2

1

1α

D

= 2A cosγ +

2

π

(D2 + D1) + γ(D2 - D1) (3.3) A=2cosγ

1

[L - 2

π

(D2 + D1) - γ(D2 - D1) ] (3.4)

Chú ý: Trong các công thức trên, các góc tính theo radian.

- Nhĩm cơng thức 2:











−

=

A

D

D2 1

0 0

1 180 57









+

=

A

D

D2 1

0 0

2 180 57

A

D D D D A

L

4 2

2

2 1 2 1

2

− + + +

1 2

2 1 2 1

2 8

1

D D D

D L D

D L

L: chiều dài của dây đai

2 Vận tốc và tỷ số truyền

- n1 (ω1) và n2 (ω2) : tốc độ vịng (gĩc) của bánh dẫn và bánh bị dẫn, vg/phút (rad/s); i: tỉ số truyền; v1, v2: tốc độ tiếp tuyến của bánh dẫn v bnh bị dẫn , m/s

Nếu khơng cĩ sự trượt giữa đai với bánh đai thì:

v1 = v2 hay

60

1

1n D

π

= 60

2

2n D

π

và i =

2

1

n

n

= 1

2

D D

Nhưng sự trượt đó không tránh khỏi khi bộ truyền đai làm việc nên v1 < v2, và nếu gọi ε là hệ số trượt thì ta có:

v2 = v1(1 - ε) , hay

60

2

2n D

π =πD601n1

(1-ε) Suy ra: i = (1 )

1

2 ε

−

D D

Trong điều kiện làm việc bình thường, có thể lấy hệ số trượt ε = 0,01-0,02

3 Lực trong đai truyền

Gồm cĩ:

- Lực căng đai ban đầu F0;

- Lực vịng tác dụng lên dây

đai:

v

N D

M

F t 2 1000

1

1 =

M1: mơmen xoắn trên trục I;

D1: đường kính bánh đai số 1;

N: cơng suất;

v: vận tốc dây đai

- Lực ly tâm của dây đai: Fv = qm.v2 (qm: khối lượng của 1 mét dây đai)

- Lực tổng hợp tác dụng lên nhánh căng: F1 = F0 +

2

t

F

+ Fv

- Lực tổng hợp tác dụng lên nhánh chùng: F2 = F0 -

2

t

F

+ Fv

- Lực tác dụng lên trục và ổ đỡ: Fr = 3F0cosγ =

2 sin

0

α

4 Hiện tượng trượt đai truyền

a) Trượt đàn hồi:

Hiện tượng

trượt này do dây đai

biến dạng đàn hồi gây

nên, gọi là hiện tượng

trượt đàn hồi của dây

đai trên bánh đai Dây

đai càng mềm, giãn

nhiều thì trượt càng

lớn Cung AC gọi là

cung trượt, cung CB

khơng cĩ hiện tượng

trượt gọi là cung tĩnh

(Hình 3-8)

Hình 3-7: Lực trong đai truyền

Hình 3-8: Hiện tượng trượt đai truyền

Cung tĩnh

Cung trượt

A

A C

Cung tĩnh B

C

b) Trượt trơn:

Trượt trơn xảy ra khi bộ truyền đai bị quá tải; lúc này lực vòng Ft lớn hơn lực ma sát Fms, hiện tượng trượt xảy ra trên toàn bộ cung ôm của dây đai trên bánh đai (cung ACB)

5 Hiệu suất của bộ truyền đai

Khả năng làm việc của bộ truyền đai đặc trưng bởi đường cong trượt và đường cong hiệu suất

Trên trục tung: η là hiệu suất; ξ là hệ số trượt;

Trên trục hoành: tải trọng, đặc trưng bằng hệ số kéo ψ: ψ =

0

2F

F t

Quan sát đường cong trượt và đường cong hiệu suất trên Hình 3-9 ta nhận thấy:

- Khi hệ số kéo thay đổi từ 0

đến ψ0, lúc này trong bộ

truyền chỉ có trượt đàn hồi,

hệ số trượt tăng, đồng thời

hiệu suất η cũng tăng

- Khi biến thiên từ ψ0 đến

ψmax hệ số trượt tăng nhanh,

lúc này trong bộ truyền đai

có trượt trơn từng phần, hiệu

suất của bộ truyền giảm rất

nhanh

- Khi ψ = ψmax bộ truyền

trượt trơn hoàn toàn, hiệu

suất bằng 0, còn hệ số trượt

bằng 1

- Tại giá trị ψ = ψ0 bộ truyền

có hiệu suất cao nhất, mà vẫn chưa có hiện tượng trượt trơn từng phần Lúc này

bộ truyền đã sử dụng hết khả năng kéo Đây là trạng thái làm việc tốt nhất của bộ truyền Giá trị ψ0gọi là hệ số kéo tới hạn của bộ truyền

- Khi tính thiết kế bộ truyền đai, cố gắng để bộ truyền làm việc trong vùng bên trái sát với đường ψ = ψ0

- Do có trượt nên số vòng quay n2của trục bị dẫn dao động, tỷ số truyền i của bộ truyền cũng không ổn định

6 Các dạng hỏng của bộ truyền đai

Trong quá trình làm việc bộ truyền đai có thể bị hỏng ở các dạng sau:

- Trượt trơn, bánh đai dẫn quay, bánh bị dẫn và dây đai dừng lại, dây đai

bị mòn cục bộ

- Đứt dây đai, dây đai bị tách rời ra không làm việc được nữa, có thể gây nguy hiểm cho người và thiết bị xung quanh Đai thường bị đứt do mỏi

- Mòn dây đai, do có trượt đàn hồi, trượt trơn từng phần, nên dây đai bị mòn rất nhanh Một lớp vật liệu trên mặt đai mất đi, làm giảm ma sát, dẫn đến

Hình 3-9: Đường cong trượt và đường cong hiệu suất Đường cong trượt

Đường cong hiệu suất

trượt trơn Làm giảm tiết diện đai, dẫn đến đứt đai.

- Nhão dây đai, sau một thời gian dài chịu kéo, dây đai bị biến dạng dư, giãn dài thêm một đoạn; làm giảm lực căng, tăng sự trượt, làm giảm tiết diện đai, đai dễ bị đứt

- Mòn và vỡ bánh đai, bánh đai mòn chậm hơn dây đai Khi bánh đai mòn quá giá trị cho phép bộ truyền làm việc không tốt nữa Bánh đai làm bằng vật liệu giòn, có thể bị vỡ do va đập và rung động trong quá trình làm việc

III TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN ĐAI

1 Tính toán bộ truyền đai dẹt

Kích thước của bộ truyền đai dẹt được tính toán thiết kế theo trình tự sau: 1- Chọn loại vật liệu đai Tùy theo vận tốc dự kiến, và điều kiện làm việc, lựa chọn loại đai vải cao su, đai sợi tổng hợp, hoặc đai vải Trong đó đai vải cao

su được dùng nhiều hơn cả

2- Xác định đường kính bánh đai nhỏ theo công thức kinh nghiệm:

1

1

1100 1300 N

D

n

= ÷ ; D1 [mm]; N1 [kW]; n1 [vg/ph]

Có thể lấy D1theo dãy số tiêu chuẩn: 50 , 55 , 63 , 71 , 80 , 90 , 100 , 112 ,

125 , 140 , 160 , 180 , 200 , 224 , 250 , 280 , 315 ,

Tính vận tốc đai v,

1000 60

1

1n D

v = π

; kiểm tra điều kiện v≤ vmax Nếu không thỏa mãn thì phải giảm giá trị đường kính D1 Có thể lựa chọn vmax khoảng (20 -30) m/s

3- Tính đường kính bánh đai bị dẫn D2, D2 = D1.i.(1- ε), lấy giá trị của ε

trong khoảng 0,01 ÷ 0,02 Có thể lấy D2 theo dãy số tiêu chuẩn Khi lấy D2 theo tiêu chuẩn, thì cần kiểm tra tỷ số truyền và số vòng quay n2 Điều chỉnh D1 và D2 sao cho i và n2không được sai khác với đầu bài quá 4%

4- Xác định khoảng cách trục A và chiều dài đai L

Tính chiều dài nhỏ nhất Lmin của đai theo công thức:

max min

u

v

Số vòng chạy cho phép của đai trong một giây umax có thể chọn như sau: Đối với bộ truyền đai dẹt không có bánh căng đai: umax = 3 ÷ 5

Đối với bộ truyền đai dẹt có bánh căng đai: umax = 8 ÷ 10

Tính khoảng cách trục Amin theo công thức (3-7) Kiểm tra điều kiện Amin ≥ 2.(D1 + D2) Nếu thỏa mãn, lấy A = Amin và lấy L = Lmin Nếu không thỏa mãn, lấy

A = 2.(D1 + D2), tính L theo theo A, công thức (3-6) Lấy thêm một đoạn chiều dài L0 để nối đai, tùy theo cách nối đai có thể lấy L0 trong khoảng 100 ÷ 400 mm

5- Tính góc ôm α1 theo công thức (3-5), kiểm tra điều kiện α1 ≥ 150o Nếu không đạt, thì phải tăng khoảng cách trục A, và tính lại chiều dài L

6- Xác định tiết diện đai Chọn trước chiều cao h của đai, h ≤ D1/40, lấy h theo dãy số tiêu chuẩn Tính chiều rộng b của đai theo công thức:

[ ]t

t

h

F b

σ

N

σ

1000 1

; N1 [kW]; h [mm]; v [m/s]; σt [N/mm2]

Lấy b theo dãy số tiêu chuẩn: b = 20; 25; 30; 40; 50; 60; 70; 75; 80; 100; 125; 150; 200;

Ứng suất có ích cho phép [σt] được xác định theo công thức:

[σt] = [σt]0.Cα.Cv.Cb.Cr (3.9) Trong đó [σt]0 là ứng suất có ích cho phép của bộ truyền chuẩn, được chọn làm thí nghiệm để xác định ứng suất có ích cho phép Bộ truyền chuẩn là bộ truyền có góc ôm α1 = 180o, vận tốc làm việc v1 = 10 m/s, đặt nằm ngang, tải trọng không có va đập

Giá trị của [σt]0 tra trong sổ tay cơ khí Đối với đai vải cao su, có thể lấy trong khoảng 2,1 ÷ 2,4 MPa

Cαlà hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ôm đai Giá trị của Cαcó thể tra bảng, hoặc tính gần đúng theo công thức: Cα= 1 - 0,003.(180o- α1)

Cv là hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc Giá trị của Cv có thể tra bảng, hoặc tính gần đúng theo công thức: Cv = 1,04 - 0,0004 2

1

v

Cb là hệ số xét đến vị trí của bộ truyền Có thể chọn như sau:

Đối với đai thang, với mọi vị trí của bộ truyền luôn lấy Cb = 1

Đối với đai dẹt, nếu 0 ≤ γ ≤ 600, thì chọn Cb = 1

nếu 60 < γ ≤ 800, thì chọn Cb = 0,9 nếu 80 < γ ≤ 900, thì chọn Cb = 0,8

γ là góc nghiêng của đường nối tâm hai bánh đai so với phương nằm ngang

Cr là hệ số xét đến chế độ làm việc của bộ truyền

7- Tính chiều rộng B của bánh đai Lấy B = 1,1.b + (10 ÷15) mm Chọn các kích thước khác của bánh đai, vẽ kết cấu bánh đai dẫn và bánh đai bị dẫn Để làm ví dụ, trên hình 3-10 trình bày bản vẽ chế tạo một bánh đai dẹt Kết cấu của bánh đai được chọn đảm bảo cho các phần thuộc bánh đai có sức bền đều

8- Tính lực căng ban đầu F0 theo điều kiện:

[ ] ( )

2

1

1

1

0 0

−

+

≥

e

e F F

h

b ; f là hệ số ma sát; [σ0] = 1,8 MPa = 1,8 N/mm2

Kiểm tra điều kiện căng ban đầu F0/(b.h) ≤ 1,8 MPa

9- Tính lực tác dụng lên trục Fr, theo công thức (3-8), hoặc công thức: [ ]

2 sin

0

α

F r =

2 Tính toán bộ truyền đai thang

Kích thước của bộ truyền đai thang được tính toán thiết kế theo trình tự sau:

1- Chọn loại tiết diện đai Tùy theo vận tốc dự kiến, và mô men xoắn trên trục M1, lựa chọn loại tiết diện đai phù hợp Có thể căn cứ vào công suất truyền

và số vòng quay của bánh dẫn để chọn loại đai theo biểu đồ Tra bảng để có giá trị diện tích Svà đường kính Dmin cho từng loại tiết diện đai

Hình 3-10: Cấu tạo bánh đai dẹt

n 1

200 315 500 800 1250 2000 3180 5000

2 3,15 5 8 12,5 20 31,5 50 80 125 200 400

A

B

C D

E