Dung sai lắp ghép một số mối ghép đặc biệt và truyền động bánh răng - Chương 5 pps

Hình 5.2 Dạng tải cục bộ Hình 5.2.a - vòng trong chịu tải cục bộ hình 5.2.b - vòng ngoài chịu tải cục bộ + Dạng tải chu kỳ: Vòng chịu tải chu kỳ là lúc nó chịu một lực hướng tâm lần lượt

Chương V:

DUNG SAI LẮP GHÉP MỘT SỐ MỐI GHÉP ĐẶC

BIỆT VÀ TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG

5.1 Dung sai lắp ghép ổ lăn

5.1.1 Cấp chính xác ổ lăn

1 Có bao nhiêu cấp chính xác ổ lăn? Mối quan hệ giữa cấp chính xác của ổ lăn và giá cả?

2 Ứng dụng của các cấp chính xác của ổ lăn?

3 Ký hiệu ổ lăn?

4 Lắp ghép ổ lăn như thế nào? Có lưu ý gì khi lắp ghép ổ lăn?

5.1.2 Đặc tính tải trọng và dạng tải trọng

- Chọn được kiểu lắp cho ổ tức là lựa chọn miền dung sai kích thước trục và lỗ thân hộp Để chọn được kiểu lắp trục với vòng trong và lỗ hộp với vòng ngoài phụ thuộc chủ yếu vào đặc tính và dạng tải trọng tác dụng lên các vòng của ổ lăn

- Đặc tính tải trọng: 2 loại

+ Tải trọng va đập và rung động vừa phải, quá tải trong một thời gian ngắn tới 150% so với tải trọng tính toán K = 1,5

+ Tải trọng va đập và rung động lớn, quá tải tới 300% so với tải trọng tính toán K

≥1,5

- Dạng tải trọng tác dụng lên các vòng của ổ lăn bao gồm 3 dạng: Dạng tải trọng cục bộ, chu kỳ và dao động

+) Dạng tải cục bộ: Vòng chịu tải cục bộ là lúc nó cố định và chịu tác dụng của một lực hướng tâm cố định về phương, chiều và độ lớn Hoặc khi nó quay chịu tác dụng của lực hướng tâm quay cùng tốc độ

Khi đó chỉ có một phần nhỏ đường lăn chịu tải và truyền tải trong đó cho một phần tương ứng của bề mặt lắp ghép

Hình 5.2 Dạng tải cục bộ

Hình 5.2.a) - vòng trong chịu tải cục bộ hình 5.2.b) - vòng ngoài chịu tải cục bộ +) Dạng tải chu kỳ: Vòng chịu tải chu kỳ là lúc nó chịu một lực hướng tâm lần lượt tác dụng lên khắp đường lăn của ổ và truyền tải trọng đó lần lượt lên khắp bề mặt lắp ghép

hình a) vòng ngoài chịu tải chu kỳ

hình b) vòng trong chịu tải chu kỳ

Hình 5.3 Biểu đồ ứng suất khi ổ lăn chịu tải cục bộ và chịu tải chu kỳ

+) Dạng tải dao động: Vòng chịu tải dao động khi nó chịu một lực hướng tâm tác dụng lên một phần đường lăn, nhưng lực đó có phương chiều dao động trong phần đường lăn ấy theo chu kỳ quay của lực

Hình 5.4 Biểu đồ ứng suất của ổ lăn khi chịu tải dao động

Giả sử vòng lăn chịu hai tải trọng hướng tâm Pn cố định và Pb quay Xẩy ra hai trường hợp

- Nếu Pn > Pb: Tổng hợp hai tải trọng đó lại thành lực R khi Pb quay mút của lực tổng hợp R sẽ vạch ra một vòng tròn tâm O (là mút của Pn) và bán kính là trị số của Pb

gốc trùng với Pbvà Pn) Vì Pn > Pb nên gốc của R nằm ngoài vòng tròn tâm O và do

đó tại thời điểm bất kỳ phương tác dụng của R chỉ nằm trong giới hạn góc  mà thôi Do

đó đối với vòng quay chịu tải chu kỳ Còn vòng cố định chịu tải hạn chế trong phần đường lăn giới hạn bởi góc , nhưng vì Pbquay nên R có phương dao động trong góc  lấy và vòng đó chịu tải dao động

- Nếu Pn < Pb:

Khi đó gốc Rnằm trong vòng tròn O và góc  = 3600

Lúc này tải trọng tổng hợp Rcó phương, chiều tác dụng theo mọi hướng Vì vậy vòng

cố định sẽ chịu tải chu kỳ

Vòng quay nếu quay cùng tốc độ với Pb sẽ chịu tải trọng cục bộ nhưng tải trọng này

sẽ luôn thay đổi về phương, chiều và trị số

5.1.3 - Chọn kiểu lắp cho ổ lăn:

1 Có mấy cách để chọn kiểu lắp cho ổ lăn? Đặc điểm của từng cách?

2 Làm thế nào để chọn ổ lăn theo dạng tải trọng?

5.2 - Dung sai lắp ghép then

1 Ứng dụng của mối ghép then? Có những loại then nào?

Hình 5.5 Mối ghép then bằng

2 Then được lắp ghép theo kích thước nào?

3 Miền dung sai kích thước b của then được chọn là h9 Kiểu lắp thông dụng trong sản xuất hàng loạt then lắp với trục là

9

9

h

N

, với bạc

9

9

h

J s

Nếu chiều dài then lớn thì then lắp với rãnh bạc theo

9

10

h

D

và với rãnh trục

9

9

h

H

Trong sản xuất đơn chiếc thì then có thể lắp với rãnh trục theo

9

9

h

P

, đối với then dẫn hướng thì then lắp với rãnh bạc theo

9

10

h

D

và với rãnh trục

9

9

h

N

* Lựa chọn mối ghép then

- Tùy theo chức năng của mối ghép then mà có thể lựa chọn kiểu lắp tiêu chuẩn như sau:

Hình 5.6 Các kiểu lắp tiêu chuẩn của mối ghép then

+) Hình I - sử dụng khi mối ghép then có chiều dài lớn l > 2d Khi đó then có độ hở với rãnh trục và rãnh bạc Độ hở của lắp ghép nhằm bồi thường cho sai số vị trí rãnh then

+) Hình II - sử dụng khi cố định bạc lắp trên trục Then lắp có độ dôi lớn với trục và

có độ dôi nhỏ với bạc để tháo lắp dễ dàng

+) Hình III - sử dụng đối với then dẫn hướng, bạc di trượt dọc trục Khi đó then lắp với bạc có độ hở lớn, đảm bảo cho bạc di trượt dọc trục dễ dàng

+) Hình IV - gọi là kiểu lắp “tức” dùng khi chịu lực đổi chiều, chịu tải lớn

5.3 - Dung sai lắp ghép then hoa

- Mối ghép then hoa có chức năng giống như với mối ghép then bằng nhưng được sử dụng hiệu quả khi cần truyền mômen xoắn lớn và yêu cầu độ chính xác định tâm cao giữa các chi tiết lắp ghép

- Mối ghép then hoa có nhiều loại: then hoa dạng răng chữ nhật (sử dụng phổ biến nhất), răng thân khai, răng hình thang và răng tam giác

Hình 5.7 Các kiểu mối ghép then

- Tùy theo mô men xoắn cần truyền mối lắp then hoa được phân ra 3 loại: loạt nhẹ, loạt trung bình và loạt nặng

- Để đảm bảo chức năng truyền lực thì lắp ghép được thực hiện theo kích thước b, còn để đảm bảo độ đồng tâm giữa bạc và trục thì thực hiện định tâm theo D, d và b

* Định tâm theo đường kính d

Hình 5.8 Lắp ghép then hoa theo đường kính d

+) Trong phương pháp này cần gia công chính xác đường kính d Sử dụng phương pháp này khi yêu cầu độ chính xác đồng tâm mối ghép cao và yêu cầu độ cứng của chi tiết then hoa cao tới mức không thể gia công chính xác kích thước D của lỗ bằng phương pháp chuốt ép Phương pháp này chế tạo khó khăn, giá thành cao vì để gia công chính xác d của trục người ta phải mài định hình đối với trục then hoa và mài tròn trong đối với lỗ bạc (hình 1)

* Định tâm theo đường kính D

+) Trong phương pháp này cần gia công chính xác D Sử dụng khi yêu cầu về độ cứng của chi tiết không cao, cho phép gia công chính xác D bằng phương pháp chuốt ép Phương pháp này rẻ tiền hơn nhưng độ chính xác định tâm không cao (hình 2) bằng định tâm theo d

* Định tâm theo b:

+) Cần gia công chính xác kích thước b Được dùng khi độ đồng tâm không cao, khe

hở giữa bề mặt bên của then và rãnh nhỏ để tránh va đập khi tải trọng đổi chiều (hình 3)

- Dung sai lắp ghép then hoa:

+) Do mối ghép then hoa là mối ghép phức tạp, có nhiều yếu tố kích thước Khi có sai số về vị trí góc giữa các then kề nhau, sự xê dịch đường đối xứng của then so với tâm

bề mặt đồng tâm, cũng như độ không đồng tâm giữa bề mặt kích thước d và D đều có thể gây nên sự chèn ép kim loại trên các bề mặt đối tiếp của lắp ghép Điều đó cần được chú ý khi xác định dung sai cho các yếu tố của mối ghép

+) Lắp ghép then hoa được thực hiện 2 trong 3 yếu tố kích thước d, D và b

Khi thực hiện đồng tâm theo D thì lắp ghép theo D và b

Khi thực hiện đồng tâm theo d thì lắp ghép theo d và b

Khi thực hiện đồng tâm theo b lắp ghép chỉ theo b

+) Tùy theo phương pháp thực hiện đồng tâm 2 chi tiết then hoa mà chọn các miền dung sai cho các kích thước lắp ghép Sự phối hợp các miền dung sai kích thước lỗ và trục then hoa có thể tạo thành một dãy các kiểu lắp thỏa mãn chức năng sử dụng Khi lựa chọn kiểu lắp then hoa được tra trong các bảng tiêu chuẩn và thường sử dụng các kiểu lắp ưu tiên

* Ghi ký hiệu cho mối ghép then hoa:

Bao gồm: - Yếu tố đồng tâm (d, D, b)

- Số then

- Kích thước đường kính trong d, đường kính ngoài D và chiều rộng then b

- Ký hiệu mối ghép theo yếu tố đồng tâm

- Ký hiệu mối ghép theo b

Ví dụ: D_8  36  40

7 h

8 H  7

9 h

10 F Đồng tâm theo D, số then 8, đường kính trong d = 36, đường kính ngoài D = 40 mối ghép đối với D:

7 h

8 H

, chiều rộng then 7, mối ghép đối với kích thước b:

9 h

10 F Khi đó trên bản vẽ bạc ký hiệu: D_8  36  40 H8  7 F10

và trên bản vẽ trục ký hiệu: D_8  36  40 h7  7 h9

5.4 - Dung sai truyền động bánh răng

5.4.1 - Các yêu cầu của bộ truyền bánh răng

- Truyền động bánh răng được sử dụng rất phổ biến trong các máy và thiết bị cơ khí Nó thường được dùng để truyền chuyển động quay giữa các trục với nhau với mômen xoắn lớn

- Trong truyền động bánh răng, khi có sai số chế tạo, lắp ráp truyền động bánh răng sẽ phát sinh tải trọng động lực học, gây ra tiếng ồn, rung động đồng thời phát sinh nhiệt, gây ứng suất tập trung trên phần làm việc của răng Đồng thời sai số cũng gây ra sự không phù hợp giữa góc quay của bánh dẫn và bị dẫn, dẫn tới sai số vị trí tương đối của các khâu Tùy theo chức năng sử dụng của truyền động mà truyền động bánh răng có các yêu cầu khác nhau Cụ thể:

* Yêu cầu về "độ chính xác động học"

- Đây là yêu cầu sự phối hợp chính xác về góc quay của bánh dẫn và bánh bị dẫn của truyền động Yêu cầu này đề ra đối với truyền động bánh răng của xích động học chính xác của dụng cụ đo, xích phân độ của máy gia công răng, Bánh răng trong truyền động này thường có modul nhỏ, chiều dày răng không lớn, làm việc với tải trọng và vận tốc nhỏ

* Yêu cầu về "độ chính xác ổn định" ( mức làm việc êm)

- Yêu cầu này đòi hỏi bánh răng cần phải có tốc độ quay ổn định, không có sự thay đổi tức thời về tốc độ gây ra va đập và ồn Ngoài ra cũng cần hạn chế các sai số có chu kỳ lặp lại nhiều lần trong một vòng quay của bánh răng Yêu cầu này áp dụng đối với những truyền động trong hộp tốc độ của động cơ máy bay, ôtô, tuabin Bánh răng trong truyền động này thường có modul trung bình, chiều dài răng lớn, tốc độ vòng quay của bánh răng có thể đạt được tới 120  150 m/s, công suất truyền động tới 40.000 kW

* Yêu cầu về "độ chính xác tiếp xúc "

- Trong quá trình làm việc, yêu cầu về độ chính xác tiếp xúc mặt răng lớn theo chiều dài

và chiều cao răng, đặc biệt là tiếp xúc theo chiều dài Độ chính xác tiếp xúc mặt răng đảm bảo

độ bền của răng khi truyền động với tốc độ nhỏ nhưng mômen xoắn cần truyền lớn Ví dụ: truyền động trong máy cán thép, trong cần trục, cầu trục, palăng Bánh răng trong truyền động này thường có modul và chiều dài răng lớn

* Yêu cầu về " độ chính xác khe hở mặt bên"

- Yêu cầu này cần được đảm bảo giữa các mặt răng phía không làm việc của cặp răng ăn khớp Bất kỳ bộ truyền bánh răng nào cũng cần quy định về khe hở mặt bên để tạo màng dầu bôi trơn mặt răng, bồi thường cho sai số giãn nở vì nhiệt, sai số do gia công và lắp ráp, tránh hiện tượng kẹt răng (fn > fmin)

Như vậy, đối với bất kỳ bộ truyền bánh răng nào cũng đòi hỏi cả 4 yêu cầu trên, nhưng tùy theo chức năng sử dụng mà yêu cầu nào là chủ yếu Khi đó yêu cầu chủ yếu đó được quy định cao hơn các yêu cầu khác Ví dụ: truyền động bánh răng trong hộp tốc độ thì yêu cầu chủ yếu

là "độ chính xác ổn định" và nó phải được quy định cao hơn "độ chính xác động học" và " độ chính xác tiếp xúc "

5.4.2 - Các chỉ tiêu đánh giá độ chính xác của bánh răng và bộ truyền.

a/ Chỉ tiêu về độ chính xác động học:

- Độ chính xác động học của bánh răng: là sự khác nhau giữa góc quay thực tế và danh nghĩa của bánh răng trên trục làm việc khi nó được dẫn động bởi một bánh răng mẫu chính xác khi không tồn tại độ không song song và lệch trục quay của các bánh răng này Nó được xác định bằng độ dài cung tròn vòng chia

Hình 5.10

- Mức chính xác động học được đánh giá bằng chính sai số động học của bánh răng kí hiệu là F'ir Đó là sai số lớn nhất về góc quay của bánh răng trong phạm vi một vòng quay khi nó ăn khớp với bánh răng mẫu chính xác Sai số động học là tổng hợp tất cả các loại sai số gia công đến độ chính xác động học

- Sai số động học của các bánh răng được gia công trên những máy cắt răng bằng phương pháp bao hình gây ra bởi sai số của xích bao hình bởi sự không đồng tâm của vòng cơ sở với trục làm việc của nó khi quay, bởi độ không chính xác của dụng cụ cắt răng bởi sai số, gá đặt của nó

- Những sai số đó ảnh hưởng tới độ chính xác động học của bánh răng Chúng xuất hiện một lần sau một vòng quay của bánh răng bao gồm: sai số bao hình, sai số tích luỹ bước vòng, độ đảo hướng kính của vành răng, độ dao động chiều dài pháp tuyến chung và khoảng cách trục đo sau một vòng quay

+) Độ đảo hướng kính vành răng (Frr): là hiệu khoảng cách lớn nhất từ tâm quay bánh răng đến đến đoạn thẳng chia (s) của profil gốc danh nghĩa, đặt trên răng hay trên rãnh răng, trong giới hạn vành răng của bánh răng

R

F rr

S

r





Hình 5.11

+) Độ dao động khoảng cách tâm đo sau 1 vòng quay (F''ir): là sự thay đổi lớn nhất

về khoảng cách tâm (a) giữa bánh răng có sai số (bánh răng đo) và bánh răng mẫu chính xác ăn khớp khít với nhau khi quay bánh răng đo đi 1 vòng

Hình 5.12

W

Hình 5.13

+) Sai số tích lũy bước răng (Fpr): là hiệu đại số lớn nhất của các giá trị sai số tích lũy k

bước răng với tất cả các giá trị k từ 2 đến z/2

Fpr = Fpkr max - Fpkr min

+) Độ dao động khoảng pháp tuyến chung (Fvwr): sự dịch chuyển profil răng theo hướng tiếp tuyến trực tiếp gây ra độ dao động khoảng pháp tuyến chung trong phạm vi một vòng quay của bánh răng

Fvwr = Wmax - Wmin

Pháp tuyến chung (W) - là khoảng cách giữa 2 mặt phẳng song song tiếp xúc với 2 profil khác tên

+) Sai số lăn răng (Fcr ): là sai số động học của xích bao hình cắt răng Đó là sai số lớn nhất về góc quay, giữa bánh răng gia công và dụng cụ cắt răng Ta có thể đo trực tiếp giá trị sai số lăn (Fcr ) trên máy cắt răng

b/ Chỉ tiêu về độ chính xác ổn định (mức làm việc êm):

1 vßng quay cña b¸nh r¨ng

f 'ir

Hình 5.14

Mức làm việc êm được đánh giá bằng "sai số động học cục bộ" của bánh răng ( f'ir) và sai

số chu kỳ truyền động

+) Sai số động học cục bộ là hiệu số lớn nhất và nhỏ nhất kế tiếp nhau của sai số động học cục bộ bánh răng Nó là thành phần tần số cao của sai số động học Nó chính là

sự thay đổi tốc độ góc tức thời, sinh ra gia tốc, gây va đập và ồn Sai số động học cục bộ thể hiện tổng hợp ảnh hưởng của các sai số gia công đến mức làm việc êm

+) Sai số ổn định (chu kỳ) của bộ truyền fzkor và của bánh răng fzkr là hai lần biên độ thành phần điều hoà của sai số động học tương ứng với bộ truyền và bánh răng

- Ta cũng có thể đánh giá mức làm việc êm thông qua một cặp thông số trong các loại sau:

+) Sai số profil răng (ffr): là khoảng cách pháp tuyến giữa 2 profil mặt đầu danh nghĩa bao lấy profil mặt đầu thực

+) Độ dao động khoảng cách tâm đo sau 1 răng (fir"): là thành phần tần số cao của

độ dao động khoảng cách tâm đo

+) Sai lệch bước răng (fptr): là hiệu giữa 2 bước vòng bất kỳ trên một vòng tròn của bánh răng

+) Sai lệch bước cơ sở (fpbr): là hiệu giữa bước cơ sở thực và danh nghĩa, đo trong mặt phẳng vuông góc với hướng răng

c/ Chỉ tiêu về độ chính xác tiếp xúc:

- Để nâng cao độ bền của bộ truyền bánh răng thì sự tiếp xúc của các cạnh răng đối tiếp phải lớn nhất Khi sự tiếp xúc không hoàn toàn và không đều thì diện tích chịu lực giảm xuống, sự phân bố ứng suất tiếp xúc và bôi trơn không đều làm cho các răng

bị mài mòn mạnh Để đảm bảo yêu cầu về sự tiếp xúc đầy đủ của các răng người ta đưa ra qui định về “Vết tiếp xúc tổng hợp”

Hình 5.15

Vết tiếp xúc tổng hợp là phần bề mặt làm việc của răng tiếp xúc với mặt bên của răng ăn khớp với nó khi quay đi rồi hãm nhẹ lại Để thấy rõ vết tiếp xúc ta bôi một lớp mỏng thuốc màu lên bề mặt răng của một bánh răng Sau khi quay rồi hãm nhẹ lại sẽ có vết thuốc màu

ở mặt răng còn lại, đó chính là vết tiếp xúc tổng hợp

- Vết tiếp xúc tổng hợp được tính theo (%) và được đánh giá theo 2 phương: