Nghiên cứu đánh giá chất lợng ăn khớp của bánh răng theo TCVN 1067-71 v các tiêu chuẩn khác TS. trơng tất đích Bộ môn Thiết kế máy Khoa Cơ khí - Trờng Đại học GTVT Tóm tắt: Bi báo cáo ny trình by về phơng pháp đánh giá chất lợng ăn khớp của bánh răng khi thiết kế theo TCVN 1067 - 71 v các tiêu chuẩn khác với sự trợ giúp của máy vi tính. Summary: The article presents a method of evaluating the fitting quality of gears as per TCVN 1067 - 71 and other standards aided by computers. i. đặt vấn đề Cho đến nay các giáo trình giảng dạy đại học nói chung và các phần mềm thiết kế bánh răng nói riêng đều chỉ dừng ở mức thiết kế ra các kích thớc của bộ truyền bánh răng theo ứng suất tiếp xúc hoặc ứng suất uốn, đồng thời chọn hệ số dịch chỉnh theo sổ tay thiết kế mà cha tiến hành tính toán đánh giá chất lợng ăn khớp của cặp bánh răng nh: bộ truyền có bị cắt chân răng hoặc chèn răng hay không. Việc đánh giá đợc chất lợng ăn khớp sẽ hoàn thiện quá trình thiết kế, bảo đảm cho kết quả tính toán không phụ thuộc vào các hệ số kinh nghiệm mà các hệ số này có số lợng ít va chậm thay đổi. Vì vậy các nghiên cứu hiện nay về bánh răng cũng hớng tới tiêu chuẩn cả quá trình đánh giá chất lợng ăn khớp của bộ truyền này. ii. Nội dung 2.1. Phơng pháp xác định chất lợng ăn khớp Theo TCVN 1067 - 71. Tính các thông số cơ bản của bánh răng nh khoảng cách trục a, góc profin t góc ăn khớp tn rồi từ đó tính ra hệ số dịch chỉnh tổng cộng X và dựa vào tiêu chuẩn để phân thành X 1 , X 2 . Trờng hợp cho trớc các hệ số dịch chỉnh X 1 , X 2 tính khoảng cách trục a w cùng với X . Cách tính cụ thể trình bày trong các bảng 1, 2, 3, 4, 5. 2.1.1. Tính các hệ số dịch chỉnh X 1 , X 2 khi khoảng cách trục a w cho trớc Dựa trên cách tính a w theo TCVN 1067 - 71 ta có thuật toán đợc lập trình bảng [1]. Bảng 1. Tính các thông số hình học cơ bản Tên thông số Ký hiệu Công thức tính và chỉ dẫn Tính các hệ số dịch chỉnh x 1 , x 2 , khi cho trớc khoảng cách trục a w 1. Khoảng cách trục tiêu chuẩn a cos.2 m).Z+Z( =a 21 2. Góc prôfin t cos tg =tg t 3. Góc ăn khớp tw t w tw cos a a =cos 4. Hệ số dịch chỉnh tổng X + = tg2 )invinv)(ZZ( X twtw21 Khi = 20 o ( theo TCVN1065 - 71 và TCVN 1084 - 76). Các công thức đơn giản để tính x , t và góc ăn khớp đối với bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng đợc xác định theo bảng 1 của phụ lục 1. Của bánh răng chủ động X 1 5. Hệ số dịch chỉnh Của bánh răng bị động X 2 Khi prôfin gốc theo TCVN 1065 - 71, việc phân X = x 1 + x 2 thành các hệ số x 1 , x 2 đợc giới thiệu trong phụ lục 2 và 3 Tính khoảng cách trục a w khi cho trớc các hệ số dịch chỉnh x 1 , x 2 6. Hệ số dịch chỉnh tổng x x = x 1 + x 2 7. Góc prôfin t = cos tg tg t 8. Góc ăn khớp tw inv ZZ tgx2 inv 21 tw + + = Khi = 20 o (theo TCVN1065 - 71 và TCVN 1084 - 76). Các công thức đơn giản để tính x , t và góc ăn khớp đối với bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng đợc xác định theo bảng 1 của phụ lục 1. 9. Khoảng cách trục w tw t21 cos cos cos2 m)ZZ( + Tính a w , t và góc ăn khớp của bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng tw đợc xác định theo bảng 1 của phụ lục 1 2.1.2 Tính hệ số dịch chỉnh x khi cho trớc khoảng cách trục a w theo bảng 2 Bảng 8. Tính hệ số dịch chỉnh khi x khi cho trớc khoảng cách trục a w Tên thông số Ký hiệu Công thức tính và chỉ dẫn Tính các hệ số dịch chỉnh x khi cho trớc khoảng cách trục a w 1. Hệ số dịch chỉnh đợc dùng Y ( ) + = cos.2 ZZ m a y 21w 2. Hệ số dịch chỉnh cân bằng y ( ) + = cos ZZ 1000 B y 21 trong đó: B - Đại lợng phụ đợc xác định theo biểu đồ trên hình 1. A tg invinv 500B = Với: A500 cos500 cos + = A - Đại lợng phụ: 21 ZZ cos.y.1000 A + = - - Đại lợng phụ xác định theo đồ thị trên hình 2. - = 0 - Đại lợng phụ xác định theo đồ thị trên hình 2. - = 0 thì = 0 3. Hệ số dịch chỉnh tổng X x = y + y Xác định B theo biểu đồ hình 1 khi cho trớc khoảng cách truc a w ( = 20 o , a w > a) A tg invinv 500B = Với: A500 cos500 cos + = Ví dụ : cho Z 1 = 9, Z 2 = 26, m = 6mm, = 22 o , a w = 118mm Tính: ( ) + = cos.2 ZZ m a y 21w , 792.0 927.0x2 269 6 118 y = + = Hình1. 21 ZZ cos.y.1000 A + = = = 97.20 269 972.0x792.0x1000 = + Theo biểu đồ xác định đợc B=2.92 Hình 2. Xác định đại lợng theo hình 2 phụ thuộc vào A, ( = 20 o ): t ttw tg2 invinv - w tg2 invinv = - - Với: A500 cos500 cos ; n + = A500 cos500 cos t w + = Ví dụ: cho A= 20.97, = 22 o theo đồ thị xác định đợc = 0.00040 2.1.3. Phân hệ số dịch chỉnh đối với bánh răng trụ răng thẳng bảng 3 Bảng 3. Phân hệ số dịch chỉnh tổng x của bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng thnh các hệ số dịch chỉnh thnh phần x 1 , x 2 Hệ số dịch chỉnh thành phần Hệ số dịch chỉnh tổng x X 1 X 2 Phạm vi ứng dụng Bộ truyền động học Z 1 > Z min nhn g khôn g nhỏ hơn 10 và Z 2 17, Z min đợc xác định theo đồ thị trên hình 7 của phụ lục 1 khi x 1 = x 2 = x 0 < x <0.5 0 < x < 0.5 x 0 Bộ truyền lực Z 1 >Z 1min + 2 và Z 2 21, Z 1min đợc xác định theo đồ th ị trên hình 7 của ph ụ l ụ c 1 khi x 1 = x 2 = x Bộ truyền động học Z 1 10 và Z 2 Z 2min + 2, Z 2min đợc xác định theo đồ thị trên hình 7 của phụ lục 1 khi x 1 = x 2 = x - 0.5 0.5 < x 2 < 1 -0.5 Bộ truyền lực Z 1 11 và Z 2 Z 2min + 2, Z 2min đợc xác định theo đồ thị trên hình 7 của phụ lục 1 khi x 1 = x 2 = x - 0.5 Chú thích: 1. Với khoảng cách trục đã cho a w trị số yêu cầu của hệ số dịch chỉnh tổng x có thể có đợc do thay đổi số răng Z 1 , Z 2 nếu nh cho phép có sự thay đổi này. Khi 0.3 < x < 0.7 và u < 2 vận tốc trợt lớn nhất trong ăn khớp sẽ lớn hơn so với bộ truyền không dịch chỉnh. Khi u = 1 nên dùng x 1 = x 2 = 0.5x Phân hệ số dịch chỉnh x của bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng và răng chữ V thành các hệ số dịch chỉnh thành phần x 1 , x 2 theo bảng 4. Bảng 4. hệ số dịch chỉnh của các bánh răng của bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng v chữ V Hệ số dịch chỉnh X 1 X 2 Phạm vi ứng dụng Z Z min , Z min đợc xác định theo bảng 5 0 0 Bộ truyền động học Z 1 > Z 1min nhng không nhỏ hơn 10 và Z 2 Z 2min , Z 1min, Z 2min đợc xác định theo đồ thị trên hình 8 của phụ lục 1 khi x 1 =0.3, x 2 = -0.3 Z 1 Z min + 2 nhng không nhỏ hơn 10 và Z 2 3.5Z min đợc xác định theo đồ thị trên hình 8 của phụ lục 1 khi x 1 = 0.3 không áp dụng cho bộ truyền khi mà độ cứng mặt bánh răng bị động đến HB 320, độ cứng bánh răng chủ động vợt quá độ cứng bánh răng bị động HB70. 0.3 -0.3 Cho trớc khoảng cách trục + = cos2 m)ZZ( a 21 w hoặc không cho Bộ truyền lực Z 1 11 và Z 2 Z 2min + 2, Z 2min đợc xác định theo đồ thị trên hình 7 của phụ lục 1 khi x 1 = x 2 = x - 0.5 2.1.4. Tính một số thông số hình học xác định chất lợng ăn khớp ở bảng 5. Bảng 5. Tính một số thông số hình học xác định chất lợng ăn khớp Tên thông số Ký hiệu Công thức tính và chỉ dẫn Tính hệ số dịch chỉnh nhỏ nhất 1. Hệ số dịch chỉnh nhỏ nhất x min Đợc xác định theo đồ thị trên hình 7 Tính hệ số trùng khớp ngang của bộ truyền không dịch chỉnh 2. Hệ số trùng khớp ngang của bộ truyền không dịch chỉnh a a = + a1 a2 a1, a2 là thành phần hệ số trùng khớp của bộ truyền không dịch chỉnh đối với bánh răng chủ động và bị động. Đồ thị để xác định x min phụ thuộc vào Z và hoặc Z Hình 3. min phụ thuộc vào x và ( = 20 o , h * 1 - h * a = 1) = cos2 sinZ hhx t 2 * 2 * 1min t 2 * 2 * 1 min sin cos)hh(2 Z = - (đợc làm tròn tới số nguyên lớn hơn) Ví dụ cho Z = 15, = 0 = 0.12 Theo đồ thị xác định đợc x min Đồ thị xác định hệ số trùng khớp ngang của bộ truyền không dịch chỉnh , theo hình 4: a1 a2 Đồ thị xác định a1 , của bộ truyền không a2 dịch chỉnh phụ thuộc vào Z, : ( = 20 o , h * a = 1) )tgtg( 2 Z twta = Ví dụ cho Z 1 = 22; Z 2 = 55; = 15 Hình 4. Theo đồ thị xác định đợc ứng với Z 1 , a1 = 0.76 ứng với Z 2 , a2 = 0.76 2.2 Kiểm tra điều kiện ăn khớp Chỉ tính một số thông số hình học cơ bản theo phụ lục 1 của TCVN 1989 - 17 khi cho trớc khoảng cách trục a w = 146 mm. a. Hệ số dịch chỉnh đợc dùng + = cos2 ZZ m a y 21w - = 1,5 (1) b. Hệ số dịch chỉnh cân bằng + = cos ZZ . 1000 B y 21 - (2) Trong đó: B là đại lợng đợc xác định theo biểu đồ trên hình 1: A tg invinv 500B = (3) Với 500A cos.500 cos + = 21 ZZ y.1000 A + = , Z1 = 25, Z2 = 118, m = 2, = 0, a w = 146, =10,489 Tra ra B = 0,02, = 0. Suy ra y = 0,00286 1,5 + 0,00286 = 1,50286 t chân răng Với x 1 = 1,155, x 2 = 0,350 > x 1m để đảm bảo không cắt chân răng và không chèn răng. Với a1 , a2 thành phần của hệ số trùn ộ truyền không đợc dịch chỉnh, xác định theo a1 = 0,809; a2 = 0,93 Suy ra 3 > 1,2 = y + y = c. Hệ số dịch chỉnh tổng cộng: x d. Xác định hệ số dịch chỉnh nhỏ nhất để thoả mãn điều kiện không cắ Z 1 = 25; = 0 x = 0,35 min1 Z 2 = 118; = 0 x = 1,152 min1 86. Thỏa mãn x và x 1 in 2 > x 2min e. Hệ số trùng khớp ngang Ta kiểm tra điều kiện > 1,2 = + a1 a2 g khớp của b đồ thị hình 4. = 0,809 + 0,93 = 1,7 Nh vậy là thỏa mãn điều kiện về hệ số trùng khớp ngang f. Tính góc ăn khớp w 143 5028,1.1000 Z x.1000 c t == w với Ta có w = 22o54 iii. Kết luận Sau khi dựa vào TCVN 1067 - 71, khoảng cách trục a w đợc tính toán với sự trợ giúp của máy tính, ta có kết luận sau: Việc giảng dạy và thiết kế bộ truyền bánh răng cần thiết phải đợc kiểm tra chất lợng ăn khớp theo tiêu chuẩn sao cho hệ số trùng khớp ngang và các hệ số dịch chỉnh phải bảo đảm điều kiện không cắt chân răng và không bị chèn răng. Tài liệu tham khảo [1]. Trơng Tất Đích. Nghiên cứu đánh giá việc áp dụng một số tiêu chuẩn quốc gia phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế về thiết kế bộ truyền bánh răng với sự trợ giúp của máy vi tính. Mã số T2004 - CK - 35. [2]. Các tiêu chuẩn nhà nớc TCVN về truyền động bánh răng. TCVN 1087 - 71, TCVN 1067 - 84. [3]. Phần mềm thiết kế bánh răng Bộ môn Thiết kế máy ĐHGTVT. [4]. Joseph, Edward Shigley, Charles.R.Mishke. Mechanical Engineering. Design International edition, 1989 . của bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng và răng chữ V thành các hệ số dịch chỉnh thành phần x 1 , x 2 theo bảng 4. Bảng 4. hệ số dịch chỉnh của các bánh răng của bộ truyền bánh răng trụ răng. Nghiên cứu đánh giá chất lợng ăn khớp của bánh răng theo TCVN 1067-71 v các tiêu chuẩn khác TS. trơng tất đích Bộ môn Thiết kế máy Khoa Cơ khí - Trờng Đại học GTVT Tóm tắt: Bi báo cáo. 20 o ( theo TCVN1 065 - 71 và TCVN 1084 - 76). Các công thức đơn giản để tính x , t và góc ăn khớp đối với bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng đợc xác định theo bảng 1 của phụ lục 1. Của bánh