bài giảng chi tiết máy về bộ truyền xích

Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 3: Bộ truyền xích Bm. Thiết kế máy TS. Bùi Trọng Hiếu -32- Chương 3 BỘ TRUYỀN XÍCH 3.1. KHÁI NIỆM CHUNG 3.1.1. Nguyên lý làm việc 1 n 2 n 1 3 2 1 O 2 O Hình 3.1. Sơ đồ bộ truyền xích Bộ truyền xích làm việc theo nguyên lý ăn khớp. Bộ truyền xích bao gồm bánh dẫn 1, bánh bò dẫn 2 được lắp trên hai trục và xích 3 bao quanh hai bánh xích. Nhờ sự ăn khớp giữa xích với răng của các bánh xích nên khi bánh dẫn quay sẽ truyền chuyển động và cơ năng sang bánh bò dẫn. 3.1.2. Phân loại - Theo công dụng chung, xích được chia làm ba nhóm chính: xích kéo, xích tải và xích truyền động. Trong chương trình, chúng ta chỉ khảo sát xích truyền động. Hình 3.2. Các loại xích (hình 5.2, trang 166, tài liệu [1]) Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 3: Bộ truyền xích Bm. Thiết kế máy TS. Bùi Trọng Hiếu -33- - Tùy theo cấu tạo của xích, xích truyền động được chia thành 4 loại chính: xích con lăn, xích ống, xích ống đònh hình và xích răng. Theo số dãy xích, có thể phân ra xích một dãy và xích nhiều dãy. 3.1.3. Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng a. Ưu điểm: - Có thể truyền động giữa các trục xa nhau (đến 8m). - So với bộ truyền đai thì bộ truyền xích không có hiện tượng trượt, hiệu suất cao hơn, có thể làm việc khi có quá tải đột ngột, lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ hơn. - Kích thước bộ truyền xích nhỏ hơn bộ truyền đai khi truyền cùng công suất và số vòng quay. - Có thể cùng một lúc truyền công suất và chuyển động cho nhiều trục bò dẫn. b. Nhược điểm: - Có nhiều tiếng ồn khi làm việc. - Tỉ số truyền tức thời thay đổi, vận tốc tức thời của xích và bánh bò dẫn không ổn đònh. - Yêu cầu chăm sóc thường xuyên (bôi trơn, điều chỉnh bộ phận căng xích). - Chóng mòn, nhất là khi làm việc nơi nhiều bụi và bôi trơn không tốt. c. Phạm vi sử dụng: - Bộ truyền xích thường được dùng để truyền công suất không quá 100kW với khoảng cách giữa các trục tương đối xa (đến 8m). Bộ truyền xích thường được bố trí ở sau hộp giảm tốc (bánh dẫn lắp vào đầu trục ra của hộp giảm tốc). - Sử dụng trong trường hợp vận tốc thấp và trung bình v<15m/s và số vòng quay n<500vg/phút. Tỉ số truyền u ≤ 6 (có trường hợp u<10). Hiệu suất bộ truyền xích 97,095,0   . - Bộ truyền xích được sử dụng rộng rãi trong các máy vận chuyển (môtô, xe đạp, xích tải…), máy nông nghiệp, tay máy… 3.2. VẬT LIỆU VÀ KẾT CẤU XÍCH TRUYỀN ĐỘNG (Sinh viên tự đọc trong tài liệu [1]) 3.2.1. Xích con lăn Cấu tạo của xích ống con lăn như hình 3.3. Ống 4 lắp có khe hở với chốt 3 tạo thành bản lề. Nhờ đó khi xích vào khớp, các má ngoài 2 lắp chặt với chốt 3 sẽ xoay tương đối với các má trong 1 lắp chặt với ống 4 (ma sát sinh ra trong bản lề là ma sát trượt). Sự ăn khớp của xích với răng 6 của đóa xích thực hiện qua con lăn 5 (con lăn 5 và ống 4 xoay tương đối với nhau). Vì có con lăn 5 lăn trên bề mặt răng của đóa xích, nên ma sát sinh ra trên bề mặt răng một phần là ma sát lăn và làm giảm độ mài mòn cho răng. Thông thường, số mắt xích phải là số chẵn để có thể dùng các má ngoài nối chúng lại với nhau. Nếu số mắt xích là lẻ, ta phải dùng các má cong để nối xích. Việc này vừa phức tạp vừa làm xích bò yếu do tại đây trong má xích có thêm ứng suất uốn. 3.2.2. Xích ống Cấu tạo giống xích con lăn nhưng không có con lăn 5, nên bề mặt răng của bánh xích bò mài mòn nhanh. Khối lượng và giá thành của xích ống thấp hơn xích con lăn. Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 3: Bộ truyền xích Bm. Thiết kế máy TS. Bùi Trọng Hiếu -34- Hình 3.3. Cấu tạo xích ống con lăn (a) và nối xích (b) 1. Má trong 2. Má ngoài 3. Chốt 4. Ống 5. Con lăn 6. Răng của đóa xích 3.2.3. Xích răng (sinh viên tự đọc trang 169, tài liệu [1]) 3.2.4. Đóa xích Hình 3.4. Biên dạng và kết cấu bánh xích con lăn - Khi kích thước bánh xích nhỏ, có thể dùng phôi dập. Khi kích thước bánh xích lớn, có thể chế tạo phần bánh và phần ma riêng. Sau đó ghép chúng lại với nhau bằng phương pháp hàn hoặc bằng bulông. Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 3: Bộ truyền xích Bm. Thiết kế máy TS. Bùi Trọng Hiếu -35- - Biên dạng và kích thước răng bánh xích phụ thuộc vào loại và kích thước xích. - Một số kích thước hình học của bánh xích:  Vòng tròn chia: đi qua tâm bản lề xích   zp z p d cc  sin (3.1) Vì tỉ số z  tương đối nhỏ nên zz  sin , do đó:  zp d c  (3.2) trong đó c p là bước xích và z là số răng bánh xích.  Đường kính vòng ngoài bánh xích:        z gpd ca  cot5,0 (3.3) 3.2.5. Vật liệu xích và bánh xích - Vật liệu xích phải có độ bền mòn và độ bền cao: + Má xích con lăn được chế tạo từ thép có thành phần carbon trung bình hoặc thép hợp kim: C45, C50, 40Cr, 40CrNi3A, và tôi đạt độ rắn 40÷50HRC. + Má xích răng được chế tạo từ thép C50. Má xích cong được chế tạo từ thép hợp kim. + Các chi tiết: con lăn, ống, miếng lót … được chế tạo từ thép thấm carbon: C15, C20, 15Cr, 20Cr, 12CrNi3, 20CrNi3A… và tôi đạt độ rắn 55÷65HRC. - Vật liệu bánh xích phải có độ bền mòn và khả năng chòu va đập cao: + Thép có thành phần carbon trung bình: C45, 45Cr, 40Mn2, 40CrNi… được tôi bề mặt hoặc tôi thể tích đến đạt rắn 45÷55HRC. + Thép thấm than: C15, 20Cr, 12CrNi3A … với lớp thấm than 1÷1,5mm và được tôi đạt độ rắn 55÷60HRC. + Để giảm tiếng ồn và làm việc êm, tăng tuổi thọ… ta có thể chế tạo vành bánh xích từ chất dẻo như tectolit, poliamid … (khi kWP 5 và v≤8m/s). + Dùng gang xám GX20, GX30 được tôi khi vận tốc thấp v≤3m/s và không có tải trọng va đập. 3.3. THÔNG SỐ HÌNH HỌC BỘ TRUYỀN XÍCH Các thông số hình học chủ yếu: c p : bước xích (mm), c d : đường kính vòng chia bánh xích, 21 , zz : số răng bánh xích, a : khoảng cách trục, X : số mắt xích. Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 3: Bộ truyền xích Bm. Thiết kế máy TS. Bùi Trọng Hiếu -36- 3.3.1. Bước xích Hình 3.5. Bước xích - Bước xích c p là thông số cơ bản của bộ truyền xích. Xích có bước càng lớn thì khả năng tải càng cao. Tuy nhiên, tải trọng động, va đập và tiếng ồn càng tăng, nhất là khi làm việc ở vận tốc cao. Do đó, khi làm việc với vận tốc cao, ta nên chọn bước xích nhỏ và tăng số dãy xích (đối với xích con lăn) hoặc tăng chiều rộng xích (đối với xích răng) để tăng khả năng tải của xích. - Bước xích có giá trò từ 8÷50,8 (mm), có thể chọn theo bảng 5.4, trang 181, tài liệu [1]. 3.3.2. Đường kính vòng chia bánh xích   zp z p d cc  sin 3.3.3. Số răng bánh xích - Nếu số răng bánh xích càng ít thì góc xoay tương đối của bản lề khi xích vào bánh và ra khỏi bánh càng lớn (góc z  2 ) làm cho xích mòn càng nhanh. Mặt khác, va đập của mắt xích khi tiếp xúc với răng của bánh cũng tăng lên và xích làm việc càng ồn. Do đó, ta cần hạn chế số răng nhỏ nhất của bánh dẫn 1511 min1 z . Đối với bộ truyền chòu tải va đập thì 21 min1 z . Trong tính toán thiết kế, có thể chọn uz 229 1  . - Số răng bánh xích nên lấy số lẻ vì khi đó mỗi răng của bánh xích sẽ ăn khớp lần lượt với tất cả mắt xích, do đó răng bánh xích sẽ mòn đều hơn. 3.3.4. Khoảng cách trục và số mắt xích - Chọn sơ bộ khoảng cách trục a theo công thức: c pa )5030(  (3.4) - Tính số mắt xích X : Công thức tính chiều dài đai trong bộ truyền đai:   a dd ddaL 4 )( 2 2 2 12 12    Ta có, chu vi vòng chia bằng chu vi đa giác chia: 11 zpd c   ; 22 zpd c   . Nên:   a pzz zz p aL cc 2 2 12 12 . 22 2          (3.5) Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 3: Bộ truyền xích Bm. Thiết kế máy TS. Bùi Trọng Hiếu -37- Mặt khác: c pXL . (3.6) Suy ra: a pzzzz p a p L X c cc . 22 2 2 1212            (3.7) Giá trò X được làm tròn và nên chọn số chẵn để thuận tiện cho việc nối xích. - Sau khi chọn X , ta tiến hành tính lại khoảng cách trục a như sau: c c p zzazz p a Xa . 22 )(2 2 1212 2            (3.8)  0. 22 2 2 1212 2                  c c p zz a zz Xa p  (3.9) Nghiệm của (3.9) chính là khoảng cách trục a: c p zzzz X zz X a 4 2 8 22 2 12 2 1212                                                            2 12 2 1212 2 8 22 25,0  zzzz X zz Xpa c (3.10) Để bộ truyền xích làm việc có độ chùng bình thường, ta nên giảm khoảng cách trục a một khoảng aa )004,0002,0(  . 3.4. VẬN TỐC VÀ TỈ SỐ TRUYỀN 3.4.1. Vận tốc và tỉ số truyền trung bình 1 n 2 n 1 c d 1 O 2 O 1 v  2 v  2 c d Hình 3.6. Vận tốc bộ truyền xích Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 3: Bộ truyền xích Bm. Thiết kế máy TS. Bùi Trọng Hiếu -38- - Vận tốc trung bình trên các bánh xích (m/s): + Trên bánh dẫn: 6000060000 1111 1 nzpnd v c   (3.11) + Trên bánh bò dẫn: 6000060000 2222 2 nzpnd v c   (3.12) Vì không có trượt nên: 21 vv  . - Tỉ số truyền trung bình: 1 2 2 1 z z n n u  (3.13) 3.4.2. Vận tốc và tỉ số truyền tức thời - Vì xích ăn khớp với các răng bánh xích theo hình đa giác, nên ngay cả khi bánh dẫn quay đều với vận tốc góc 1  thì xích vẫn chuyển động không đều. Như vậy, vận tốc của xích và tỉ số truyền thay đổi theo thời gian. 1  x v  n v  1 v   Hình 3.7. Vận tốc bộ truyền xích - Vận tốc tuyệt đối của bản lề xích được chia làm hai thành phần: thành phần có phương dọc theo xích là vận tốc x v của xích và thành phần vuông góc với xích n v . + Trên bánh dẫn :  cos 1 vv x  với          11 zz    (3.14) + Trên bánh bò dẫn:  cos 2 vv x  với          22 zz    (3.15) Do đó: constvv    cos cos 12 (3.16) ( 2 v thay đổi do cos là hàm tuần hoàn). Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 3: Bộ truyền xích Bm. Thiết kế máy TS. Bùi Trọng Hiếu -39- - Phương trình (3.16) tương đương với:    cos cos 22 12 12 cc dd  (3.17) Tỉ số truyền tức thời: const z z d d u c c tt        cos cos cos cos 1 2 2 1 1 2 (3.18) Sự thay đổi của tỉ số truyền càng tăng khi số răng các bánh xích càng nhỏ. Trong miền các giá trò cho phép của ,, apz c sự thay đổi của tỉ số truyền không nên vượt quá 1÷2%. 3.5. LỰC TÁC DỤNG TRONG BỘ TRUYỀN XÍCH 3.5.1. Lực tác dụng lên xích 1 O 2 O 0 F  0 F  1 T 1 O 2 O 2 F  1 F  a) 0 1 T b) 0 1 T Hình 3.8. Lực tác dụng lên bộ truyền xích - Lực căng ban đầu 0 F của xích bằng trọng lượng của nhánh xích tự do: gqaKF mf  0 (3.19) trong đó, a : chiều dài của đoạn xích tự do gần bằng khoảng cách trục, m, m q : khối lượng của một mét xích, kg/m (tra bảng 5.1, trang 168, tài liệu [1]), g : gia tốc trọng trường, m/s 2 , f K : hệ số phụ thuộc vào độ võng của xích, 6 f K khi bộ truyền nằm ngang, 3 f K khi góc nghiêng <40 0 , 1 f K khi bộ truyền thẳng đứng. - Khi bộ truyền xích làm việc (khi tác động moment xoắn 1 T lên bánh 1):  Trên nhánh căng : : lực trên nhánh căng.  Trên nhánh chùng: : lực trên nhánh chùng.  Lực quán tính ly tâm 2 vqF mv  . 0 F 1 F 0 F 2 F Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 3: Bộ truyền xích Bm. Thiết kế máy TS. Bùi Trọng Hiếu -40- Giá trò v FFF  02 . Vì 0 F và v F tương đối nhỏ so với lực vòng t F , nên khi tính toán ta có thể lấy gần đúng: 0 2 1   F FF t (3.20) 3.5.2. Lực tác dụng lên trục và ổ - Lực tác dụng lên trục và ổ: 1 FKF mr  (3.21) trong đó m K là hệ số trọng lượng xích, 15,1 m K khi bộ truyền nằm ngang hoặc khi góc nghiêng <40 0 , 1 m K khi bộ truyền thẳng đứng. 3.5.3. Tải trọng động (sinh viên tự đọc trang 176, tài liệu [1]) 3.5.4. Động năng va đập (sinh viên tự đọc trang 176, tài liệu [1]) 3.6. CÁC DẠNG HỎNG VÀ CHỈ TIÊU TÍNH 3.6.1. Các dạng hỏng Bộ truyền xích có các dạng hỏng sau:  Mòn bản lề: khi làm việc, bản lề xích xoay tương đối và chòu áp suất (ứng suất tiếp xúc) lớn. Bản lề mòn làm bước xích tăng lên và xích ăn khớp không chính xác với răng của bánh xích. Nếu bò mòn quá nhiều sẽ dẫn tới hiện tượng tuột xích. Thông thường, lượng mòn cho phép là )%25,1(   c c p p . Mòn bản lề là dạng hỏng chủ yếu của bộ truyền xích.  Các phần tử xích bò hỏng do mỏi: dẫn đến xích bò đứt, con lăn bò rỗ hoặc vỡ. Xích bò hỏng vì mỏi do tác dụng của ứng suất thay đổi gây nên bởi tải trọng làm việc, tải trọng động hoặc va đập. Hỏng do mỏi chỉ xảy ra ở các bộ truyền chòu tải trọng lớn, vận tốc cao và bôi trơn tốt.  Mòn răng bánh xích. 3.6.2. Chỉ tiêu tính  Tính theo độ bền mòn: để tránh hiện tượng tuột xích.  Tính theo động năng va đập: để tránh đứt xích, rỗ hoặc vỡ con lăn. Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 3: Bộ truyền xích Bm. Thiết kế máy TS. Bùi Trọng Hiếu -41- 3.7. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN XÍCH (Xích ống con lăn) 3.7.1. Tính theo độ bền mòn - Điều kiện bền: ][pp  (3.22) Do: c ttt p F bd F A F p 28,0 00  và K K pp x ][][ 0  Nên: K K p p F x c t ][ 28,0 0  (3.23) trong đó, 0 d : đường kính chốt, mm, 0 b : chiều rộng ống, mm, 00 bdA : diện tích của bản lề xích một dãy, mm 2 , ][ 0 p : áp suất cho phép của bộ truyền làm việc trong điều kiện thí nghiệm, tra bảng 5.3, trang 180, tài liệu [1]. x K : hệ số hiệu chỉnh xét đến số dãy xích x , nếu 4;3;2;1x thì tương ứng 3;5,2;7,1;1 x K . K : hệ số điều kiện sử dụng xích, lvbdcar KKKKKKK 0  (3.24) với, r K : hệ số tải trọng động Tải trọng êm Tải trọng va đập Tải trọng va đập mạnh r K 1 1,2÷1,5 1,8 a K : hệ số xét đến ảnh hưởng của khoảng cách trục hay chiều dài xích a c p25 c p)5030(  c p)8060(  a K 1,25 1 0,8 0 K : hệ số xét đến ảnh hưởng của vò trí bộ truyền Góc nghiêng < 60 0 Góc nghiêng > 60 0 0 K 1 1,25 dc K : hệ số xét đến ảnh hưởng của khả năng điều chỉnh lực căng xích Trục điều chỉnh được Điều chỉnh bằng bánh hoặc con lăn căng xích Trục không điều chỉnh được hoặc không có bộ phận căng xích dc K 1 1,1 1,25 b K : hệ số xét đến điều kiện bôi trơn Bôi trơn liên tục Bôi trơn nhỏ giọt Bôi trơn đònh kỳ (gián đoạn) b K 0,8 1 1,5 [...]... bước xích bằng cách tra bảng: (dùng phổ biến) Từ công thức điều kiện bền (3.23): Ft A P1 P1 Bm Thiết kế máy Ft v1 1000 [ p0 ] Kx K A.[ p0 ]Kx pc z1n1 1000.K 60000 A.[ p0 ] pc z01n01 Kx z1 n1 1000 60000 K z01 n01 -42- (3.30) (3.31) TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 3: Bộ truyền xích với z01 : số răng bánh xích dẫn của bộ truyền thí nghiệm, z01 25 , n01 : số vòng quay trục dẫn của bộ truyền. .. phá hủy cho phép của xích (tra bảng 5.1, trang 168, tài liệu [1]), [s ] : hệ số an toàn cho phép (tra bảng 5.7, trang 183, tài liệu [1]) Bm Thiết kế máy -43- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 3: Bộ truyền xích 3.8 TRÌNH TỰ THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH (Sinh viên tự đọc trong tài liệu [1]) Thông số đầu vào: công suất P1 (kW) , số vòng quay trục dẫn n1 (vòng/phút), tỉ số truyền u Thực hiện theo.. .Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 3: Bộ truyền xích Klv : hệ số xét đến chế độ làm việc Klv Làm việc 1 ca 1 Làm việc 2 ca 1,12 Làm việc 3 ca 1,45 a Tính bước xích trực tiếp: Từ công thức điều kiện bền (3.23): Ft 0,28 pc [ p0 ] Kx K Nếu cho trước moment xoắn T1 , ta tiến hành tính lực... u Thực hiện theo các bước sau: 1 Chọn loại xích tùy theo điều kiện làm việc 2 Chọn sơ bộ số răng của bánh xích nhỏ theo công thức z1 để xích mòn đều 3 Tính số răng bánh xích lớn theo công thức z2 29 2u Nên chọn z1 là số lẻ u z1 với điều kiện z2 z2 max Tính chính xác tỉ số truyền u 4 Tính bước xích pc theo một trong hai cách đã nêu 5 Kiểm tra xem bước xích này có nhỏ hơn trò số giới hạn không (tra... 15 X (3.34) [i] trong đó i : số lần va đập của xích trong một giây Khi xích quay một vòng sẽ xảy ra 4 lần va đập: 2 lần khi vào khớp và 2 lần khi chuẩn bò vào khớp (mắt xích nhận chấn động từ mắt xích trước nó mới vào khớp truyền sang) với răng của bánh dẫn và bánh bò 4 v 4 pc z n.1000 z n dẫn, nên i , L 60000 pc X 15 X [i ] : số lần va đập cho phép của xích trong một giây (tra bảng 5.6, trang 182,... liệu [1]) Nếu không thỏa thì tăng số dãy xích và giảm bước xích rồi tính toán lại 6 Tính vận tốc trung bình v theo công thức (3.11) và lực vòng có ích Ft theo (3.20) 7 Chọn sơ bộ khoảng cách trục a (30 50) pc Xác đònh số mắt xích theo công thức (3.7) (chọn là X số chẵn) 8 Tính chính xác khoảng cách trục a theo số mắt xích vừa chọn theo công thức (3.10) Để xích không quá căng, ta giảm a một lượng a... z01n01 : công suất cho phép của bộ truyền thí nghiệm, (tra bảng 5.4, 1000 60000 Đặt [ P ] trang 181, tài liệu [1]) Kz Kn z01 z1 n01 n1 25 z1 : hệ số răng bánh xích dẫn, : hệ số vòng quay trục dẫn Do đó, (3.31) trở thành: [ P ].Kx K Kz Kn P1 (3.32) Công suất tính toán sẽ là: K Kz Kn P1 Kx Pt (3.33) [P ] Theo giá trò Pt vừa tính, tra bảng 5.4, trang 181, tài liệu [1] ta chọn bước xích pc theo cột giá trò n01... Để xích không quá căng, ta giảm a một lượng a (0,002 0,004) a 9 Kiểm tra số lần va đập của xích trong một giây theo công thức (3.34) Kiểm tra xích theo hệ số an toàn dùng công thức (3.35) 10 Tính đường kính các bánh xích theo công thức (3.1) 11 Tính lực tác dụng lên trục Fr theo công thức (3.20) Bm Thiết kế máy -44- TS Bùi Trọng Hiếu . Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 3: Bộ truyền xích Bm. Thiết kế máy TS. Bùi Trọng Hiếu -36- 3.3.1. Bước xích Hình 3.5. Bước xích - Bước xích c p là thông số cơ bản của bộ truyền xích. . đập: để tránh đứt xích, rỗ hoặc vỡ con lăn. Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 3: Bộ truyền xích Bm. Thiết kế máy TS. Bùi Trọng Hiếu -41- 3.7. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN XÍCH (Xích ống con lăn). 1 n 2 n 1 c d 1 O 2 O 1 v  2 v  2 c d Hình 3.6. Vận tốc bộ truyền xích Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 3: Bộ truyền xích Bm. Thiết kế máy TS. Bùi Trọng Hiếu -38- - Vận tốc trung bình trên các bánh xích (m/s): + Trên bánh