Truyền động cơ khí và truyền động bánh ma sát

Bải giảng Chi tiết máy Chương TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ – TRUYỀN ĐỘNG BÁNH MA SÁT Phần A - TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ 1.1 Khái niệm truyền động khí _ Trong thiết bị dây chuyền cơng nghệ sử dụng nhiều loại truyền động: + Truyền động khí + Truyền động điện + Truyền động thủy lực, khí nén Trong đó, truyền động khí dùng nhiều Truyền động khí cấu dùng để truyền từ động đến phận máy, thường có biến đổi lực, vận tốc moment hay đơi biến đổi đặc tính qui luật chuyển động _ Theo ngun lý làm việc chia truyền động khí làm hai nhóm : + Truyền động ma sát, bao gồm: truyền động bánh ma sát ( tiếp xúc trực tiếp) truyền động đai ( tiếp xúc gián tiếp) + Truyền động ăn khớp, bao gồm: truyền động bánh răng, truyền động trục vít – bánh vít (tiếp xúc trực tiếp) truyền động xích (tiếp xúc gián tiếp ) Ngồi truyền chuyển động quay trên, thực tế sử dụng truyền động vítme – đai ốc để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến Chương Truyền động bánh ma sát Bải giảng Chi tiết máy 1.2 Các thơng số hệ truyền động khí + Cơng suất N(kw), N1 : trục dẫn, N2 : trục bị dẫn N + Hiệu suất   P.V ; P(N) : lực vòng ; V(m/s) : vận tốc 1000 N2 N   m ; với Nm : cơng suất tiêu hao N1 N1 + Tốc độ vòng n (vòng / phút) n1 : tốc độ vòng quay trục dẫn (trục chủ động) n2 : tốc độ vòng quay trục bị dẫn (trục bị động) + Tỉ số truyền i : i  n1 ; i > : giảm tốc; i < : tăng tốc n2 + Mơmen xoắn M (N.mm): M  9,55.106.N ; Ta có M2 = M1.i. n M1 _ mơmen xoắn trục chủ động M2 _ mơmen xoắn trục bị động + Trường hợp có nhiều chi tiết truyền động nối tiếp : i = i1 i2 i3 …  = 1.2.3 … với i1 , i2 , i3 1 , 2 , 3 tỉ số truyền hiệu suất cặp chi tiết truyền động Chương Truyền động bánh ma sát Bải giảng Chi tiết máy Bảng1 Phạm vi sử dụng loại truyền Các thơng số Tỉ số truyền Vận tốc tiếp tuyến (m/s) Cơng suất (kw) Hiệu suất (%) Đai truyền ≤ 10 ≤ 30 ≤ 100 94 – 97 Bánh ≤7 ≤ 30 ≤ 50.000 94 – 98 – 80 ≤ 15 ≤ 50 50 – 90 ≤8 ≤ 25 ≤ 100 90 – 97 Loại truyền động Trục vít Xích Chương Truyền động bánh ma sát Bải giảng Chi tiết máy Phần B – TRUYỀN ĐỘNG BÁNH MA SÁT 2.1 Khái niệm chung 2.1.1 Cấu tạo ngun lý làm việc Truyền động bánh ma sát truyền chuyển động nhờ ma sát sinh chổ tiếp xúc bánh ma sát Để tạo ma sát cần phải tác dụng lực ép bánh lại với (hình 2.1) Hình 2.1 2.1.2 Phân loại - Theo hình thức tiếp xúc, truyền động bánh ma sát tiếp xúc ngồi tiếp xúc - Theo khả điều chỉnh tỉ số truyền, truyền khơng điều chỉnh tỷ số truyền (hình 2.1a, b) hay truyền điều chỉnh tỷ số truyền gọi biến tốc ma sát (hình 2.1c) 2.1.3 Ưu nhược điểm phạm vi sử dụng a Ưu điểm _ Cấu tạo đơn giản; _ Làm việc êm, có khả điều chỉnh vơ cấp tốc độ (bộ biến tốc ma sát) mà khơng phải dừng lại b Nhược điểm _ Lực tác dụng lên trục ổ trục lớn _ Tỉ số truyền khơng ổn định, có tượng trượt _ Khả tải tương đối thấp (so với bánh răng) c Phạm vi sử dụng _ Dùng để truyền cơng suất nhỏ trung bình (dưới 20 kw); vận tốc v ≤ (15 ÷ 20 ) m/s; tỉ số truyền i ≤ 7; hiệu suất η = 0,80 ÷ 0,95 _ Chủ yếu dùng máy vận chuyển, thiết bị cần trục, tốc kế, máy ghi âm, ngành dụng cụ đo, máy cắt kim loại, máy hàn, máy dệt … Chương Truyền động bánh ma sát Bải giảng Chi tiết máy 2.2 Cơ học truyền động bánh ma sát 2.2.1 Hiện tượng trượt truyền động bánh ma sát Có ba dạng: trượt hình học, trượt đàn hồi trượt trơn a Trượt hình học _ Vận tốc v1 = const : suốt chiều rộng bánh _Vận tốc v2 điểm tiếp xúc khác đĩa tỉ lệ với khoảng cách từ điểm đến tâm đĩa (v2 = v2max mép đĩa 2) _ Điểm xảy lăn túy khơng trượt (v1 = v2) xảy P Điểm P gọi tâm lăn (n1/ n2 = d2/d1)  Ở tất điểm lại đường tiếp xúc, trượt với vận tốc trượt vt = v1-v2 Như vậy, trượt hình học phụ thuộc vào hình dạng bánh ma sát: chiều dài tiếp xúc lớn trượt nhiều (ở đây, chiều dài tiếp xúc chiều rộng lăn) b Trượt đàn hồi _ Trượt đàn hồi xảy biến dạng đàn hồi vùng tiếp xúc bánh ma sát theo phương tiếp tuyến _ Ngun nhân gây trượt đàn hồi: truyền mơmen xoắn phân tố bề mặt bánh chủ động vào vùng tiếp xúc, điểm tiếp xúc bị nén lại khỏi điểm bị dãn (hình 19.2) Ngược lại phân tố bề mặt bánh bị động bị dãn vào điểm bị nén lại khỏi điểm M1 M2 Thực thay đổi biến dạng (từ nén sang dãn ngược lại) khơng phải bắt đầu từ điểm mà bắt đấu từ điểm cung tiếp xúc Hiện tượng dãn chùn(nén) khơng phân tố bề mặt bánh ma sát cung – gây nên trượt Cung – gọi cung trượt đàn hồi Hình 2.3 Chương Truyền động bánh ma sát Bải giảng Chi tiết máy c Trượt trơn _ Khi tải trọng tăng, cung trượt đàn hồi tăng Nếu tiếp tục tăng lực vòng P, đến lúc cung trượt cung tiếp xúc Đó giới hạn tượng trượt đàn hồi Khi đó, tiếp tục tăng P P > Fms, xảy tượng trượt trơn: bánh quay, bánh đứng n gây mòn cục bộ, xước bề mặt 2.2.2 Vận tốc tỷ số truyền a Truyền động bánh ma sát trụ _ Vận tốc vòng: v1   D1.n1 m / s 60.1000 v2   D2 n2 m / s 60.1000 (2-1) Vì có tượng trượt nên v2 < v1 Gọi ξ hệ số trượt:   _ Tỷ số truyền i   v1  v2  v1  v2 = (1 – ξ).v1 n1 D2 D   n2 D1 1    D1 với (hệ số trượt ξ = ÷ 3%) Chương Truyền động bánh ma sát Bải giảng Chi tiết máy b Truyền động bánh ma sát nón Gọi dtb1 dtb2 đường kính TB bánh ma sát nón dẫn bị dẫn Ta có: Tỷ số truyền i  mà dtb d n1   tb n2 dtb1 1    dtb1 dtb1 = 2(L – 0,5b)sinφ1 dtb2 = 2(L – 0,5b)sinφ2 Suy : i  với dtb2 (2-2a) (2-2b) n1 sin 2 tg2    tg2 (2-3) n2 1    sin 1 1    L : chiều dài đường sinh (mm) dtb1 b : chiều dài tiếp xúc đo dọc theo đường sinh bánh ma sát (mm) Hình 2.4 φ1 φ2 : góc bánh (độ) c Bộ biến tốc mặt đĩa lăn Con lăn (chủ động) n1 R1 Gọi R1, R2:bán kính lăn, đĩa n1, n2: số vòng quay phút lăn, đĩa Rmin R R2  (Rmin ÷ Rmax) n2  (nmax ÷ nmin) n2 Ta có tỷ số truyền : i Đóa (bò động) R max Hình 2.5 n1 R2  n2 R1 1    Khoảng điều chỉnh tốc độ D  imax  n1 Rmax  nmin R1 1    imin  n1 Rmin  nmax R1 1    nmax Rmax ; Thơng thường hạn chế D ≤  nmin Rmin Chương Truyền động bánh ma sát Bải giảng Chi tiết máy 2.2.3 Lực ép truyền bánh ma sát a Lực pháp tuyến cần thiết (Q) Điều kiện để truyền bánh ma sát khơng bị trượt là: Fms = f Q ≥ P với f : hệ số ma sát Q : lực pháp tuyến (N) P : lực vòng (N) Để an tồn lấy : Fms = f Q = k P với Như vậy: k : hệ số an tồn (k = 1,25 ÷ 1,5) Fms = f Q = k P  Q k P f (2-4) b Lực ép cần thiết (S) Q * Trường hợp truyền bánh ma sát trụ Fe  Q  P k P f * Trường hợp truyền bánh ma sát nón Có thể ép bánh vào bánh với lực ép Fe1 ngược lại với lực ép Fe2 Dựa vào điều kiện cân ta có: Fe1 = Q.sinφ1 (2-5a) Fe2 = Q.sinφ2 (2-5b) Nếu truyền giảm tốc: dtb1 < dtb2  sin φ1 < sin φ2 => Fe1 < Fe2 Chương Truyền động bánh ma sát Bải giảng Chi tiết máy 2.3 Tính tốn truyền bánh ma sát 2.3.1 Các dạng hư hỏng tiêu tính tốn _ Nếu truyền bơi trơn đầy đủ, bề mặt hỏng chủ yếu tróc mỏi _ Nếu truyền làm việc chế độ ma sát khơ nửa ướt bánh ma sát bị mòn bị xước lớp bề mặt Để tránh dạng hỏng chủ yếu trên, phải tính tốn sức bền tiếp xúc truyền bánh ma sát 2.3.2 Tính sức bền tiếp xúc truyền bánh ma sát _ Tính ứng suất tiếp xúc theo cơng thức Héc:  tx  0, 418 đó: Q.E b. (2-8) Q: lực pháp tuyến vùng tiếp xúc (N) b : chiều dài tiếp xúc (mm)  : bán kính cong tương đương (mm) E : mơdun đàn hồi vật liệu (N/mm2) a Đối với truyền động bánh ma sát trụ Từ cơng thức ( 2-4 ), ta có: Q mà A  Vậy k P k M k 9,55.106.N1   f f d1 f d1 n1 d  d1 d1  i  1 2A   d1  ; 2 i 1 Q  9.55 x106 k N  i  1 f A.n1  9, 55.106 k N  i  1 (2-9) f A.i.n2 Bán kính cong tương đương 1 2 2D2  D1  2i  1 i  1         1  D2 D1 D1 D2 i.D1 A.i Modun đàn hồi tương đương E Chương Truyền động bánh ma sát 2E1 E2 (N/mm2) E1  E2 Bải giảng Chi tiết máy Thay Q,  vào cơng thức Hec, ta có cơng thức kiểm nghiệm sức bền tiếp xúc truyền bánh ma sát trụ : 1290 k N E  i  1  tx    tx A.i f n2 b Đặt  A  (2-10) b hệ số chiều rộng bánh ma sát (ψA = 0,2÷0,4 ) A Thay ( b = ψA A ) vào CT kiểm nghiệm biến đổi ta có cơng thức thiết kế : k N E  1290   A  (i  1)  f n2  A  i[ ]tx  (2-11) Trong đó: A : khoảng cách trục (mm) k : hệ số an tồn f : hệ số ma sát n2 : số vòng quay phút bánh bị dẫn (v/p) N : cơng suất trục dẫn (kw) i = n1/n2 : tỉ số truyền [σ]tx : ứng suất tiếp xúc cho phép (N/mm2) Dấu ‘ + ‘ứng với trường hợp tiếp xúc ngồi; dấu ‘ – ‘ trường hợp tiếp xúc b Đối với truyền động bánh ma sát nón Từ hình vẽ ta thấy: ρ1 = (L – 0,5b).tgφ1 ρ2 = (L – 0,5b).tgφ2 Lưu ý: i  tg2  tg1 Bán kính cong tương đương:   i  L  0,5b  1   1   i2 1 Lực pháp tuyến Q k N 9,55.106 f D1 n1 Hình 2.7 với n1 = i n2; mà: L  0.5b  Do : Chương Truyền động bánh ma sát D D22  D12  i  2 D1   L  0,5b  i2 1 10 Bải giảng Chi tiết máy Q  9,55.106 => k N i2 1 f n2  L  0,5b  i Thay giá trị Q, ρ vào cơng thức Hec, ta có cơng thức kiểm nghiệm sức bền tiếp xúc truyền bánh ma sát nón:  tx  Đặt L  1290  L  0,5b  i k N E i 1 f b.n2   3/2   tx (2-12) b , (ψL = 0,20 ÷ 0,25) L ψL : hệ số chiều rộng bánh ma sát nón Vậy ψL L = b thay b vào cơng thức ( ) ta có: k E N L  i 13 f  L n2 Trong đó:   1290    1  0, 5 L  i. tx  (2-13) L : chiều dài nón (mm) b : chiều rộng tiếp xúc dọc theo đường sinh bánh ma sát (mm) Các đại lượng khác giống trường hợp bánh ma sát trụ Trường hợp truyền bánh ma sát làm vật liệu phi kim, người ta qui ước tính theo cơng thức: qn  Q   qn  b (2-14) với [qn] (N/mm) : cường độ lực pháp tuyến cho phép, tra bảng sổ tay + Tếchtơlít với thép gang, lấy [q ] = (40 ÷ 80) N/mm, n + Phíp với thép gang, lấy [q ] = (35÷ 40) N/mm, n + Da với gang, lấy [q ] = (15 ÷ 25) N/mm, n + Gỗ với gang, lấy [q ] = (2,5 ÷ 5) N/mm n Chương Truyền động bánh ma sát 11 Bải giảng Chi tiết máy 2.4 Vật liệu ứng suất cho phép 2.4.1 Vật liệu Thường dùng thép tơi, dùng gang Có thể dùng bánh ma sát thép tơi gang với bánh ma sát tếctơlit phíp Trường hợp tải trọng nhỏ dùng bánh ma sát gỗ bọc da, vải cao su, amiăng ép làm việc với bánh thép gang Bánh dẫn nên làm vật liệu mềm bánh bị dẫn để bị trượt trơn bị mòn vẹt 2.4.2 Ứng suất cho phép Ứng suất tiếp xúc [σ]tx lấy giới hạn mỏi bề mặt vật liệu Đối với thép tơi có HRC ≥ 60 lấy [σ]tx = 800 ÷ 1200 N/mm2 tiếp xúc ban đầu theo đường; chọn [σ]tx = 2500 N/mm2 tiếp xúc ban đầu theo điểm Đối với têctơlit, tiếp xúc ban đầu theo đường, lấy [σ]tx = 80 ÷ 100N/mm2 2.5 Bài tập ứng dụng Chương Truyền động bánh ma sát 12 [...]... Chương 2 Truyền động bánh ma sát 11 Bải giảng Chi tiết máy 2.4 Vật liệu và ứng suất cho phép 2.4.1 Vật liệu Thường dùng thép tôi, có thể dùng gang Có thể dùng bánh ma sát thép đã tôi hoặc gang với bánh ma sát bằng tếctôlit hoặc phíp Trường hợp tải trọng nhỏ có thể dùng bánh ma sát gỗ hoặc bọc da, vải cao su, amiăng ép làm việc với bánh thép hoặc gang Bánh dẫn nên làm bằng vật liệu mềm hơn bánh bị dẫn...  i 13 f  L n2 2 Trong đó:   1290    1  0, 5 L  i. tx  2 (2-13) L : chiều dài nón (mm) b : chiều rộng tiếp xúc dọc theo đường sinh bánh ma sát (mm) Các đại lượng khác giống như trường hợp bánh ma sát trụ Trường hợp các bộ truyền bánh ma sát làm bằng vật liệu phi kim, người ta còn qui ước tính theo công thức: qn  Q   qn  b (2-14) với [qn] (N/mm) : cường độ lực pháp tuyến cho phép,... máy Q  9,55.106 => k N i2 1 f n2  L  0,5b  i Thay các giá trị Q, ρ vào công thức Hec, ta có công thức kiểm nghiệm sức bền tiếp xúc của bộ truyền bánh ma sát nón:  tx  Đặt L  1290  L  0,5b  i k N E 2 i 1 f b.n2   3/2   tx (2-12) b , (ψL = 0,20 ÷ 0,25) L ψL : hệ số chiều rộng bánh ma sát nón Vậy ψL L = b thay b vào công thức ( ) ta có: k E N L  i 13 f  L n2 2 Trong đó:   1290... xúc ban đầu theo đường; chọn [σ]tx = 2500 N/mm2 khi tiếp xúc ban đầu theo điểm Đối với têctôlit, khi tiếp xúc ban đầu theo đường, có thể lấy [σ]tx = 80 ÷ 100N/mm2 2.5 Bài tập ứng dụng Chương 2 Truyền động bánh ma sát 12 ... + Trng hp cú nhiu chi tit truyn ng ni tip : i = i1 i2 i3 v = 1.2.3 vi i1 , i2 , i3 v , , l t s truyn v hiu sut ca tng cp chi tit truyn ng Chng Truyn ng bỏnh ma sỏt Bi ging Chi tit mỏy Bng1... vt = v1-v2 Nh vy, trt hỡnh hc ph thuc vo hỡnh dng bỏnh ma sỏt: chiu di tip xỳc cng ln thỡ trt cng nhiu ( õy, chiu di tip xỳc bng chiu rng ln) b Trt n hi _ Trt n hi xy bin dng n hi ti vựng tip... ữ 0,25) L L : h s chiu rng bỏnh ma sỏt nún Vy L L = b thay b vo cụng thc ( ) ta cú: k E N L i 13 f L n2 Trong ú: 1290 0, L i. tx (2-13) L : chiu di nún (mm) b : chiu rng tip xỳc dc