Cơ cấu bánh răng Nguyên lý máy

Cơ cấu bánh răng, các loại bánh răng và công dụng, đặc điểm hình học của bánh răng tiêu chuẩn, tính toán khoảng cách trục hệ số trùng khớp, phương pháp loại bỏ hiện tượng cắt chân răng, tính tỉ số truyền của cặp bánh răng. Bánh răng thân khai,bánh răng không tiêu chuẩn, bánh răng cycloid...

Trang 1

Chương 6

Cơ cấu bánh răng

Nguyên lý máy

Trang 2

Mục tiêu

Sinh viên học xong chương này cần nắm được:

• Phân biệt được các loại bánh răng và công dụng của chúng

• Các đặc điểm hình học của bánh răng tiêu chuẩn

• Hiểu và biết cách tính toán được khoảng cách trục, hệ số trùng khớp…

• Hiểu và nắm được các phương pháp loại bỏ hiện tượng cắt chân răng

• Biết cách tính tỷ số truyền của cặp bánh răng

• Hiểu được đặc điểm ăn khớp của các cặp bánh răng không gian nhưbánh răng trụ chéo, côn, trục vít-bánh vít

• Hiểu được khái niệm bánh răng thay thế

Trang 3

Nội dung

1 Giới thiệu

2 Các khái niệm cơ bản

3 Định lý cơ bản về sự ăn khớp

4 Bánh răng thân khai

5 Tính lắp lẫn của bánh răng, tiêu chuẩn AGMA

6 Nguyên tắc cơ bản về quá trình ăn khớp

7 Các phương pháp gia công răng

8 Hiện tượng cắt chân răng

9 Hệ số trùng khớp

10 Phương trình đường thân khai

11 Bánh răng không tiêu chuẩn

12 Bánh răng cycloid

13 Bánh răng nghiêng, trục vít – bánh vít và bánh răng côn

Trang 4

 Định nghĩa: Cơ cấu bánh răng là cơ cấu dùng để truyền chuyểnđộng giữa hai trục quay bằng sự ăn khớp liên tục của hai khâu córăng được gọi là bánh răng

Trang 5

• Để truyền mô men xoắn hoặc công suất từ trục này sang trục khác;Một số các bộ truyền khác cũng để truyền công suất như:

 Bộ truyền đai Hạn chế: xảy ra sự trượt

 Truyền động bằng cáp

 Truyền động xích Hạn chế: truyền động không liên tục

Do đó, bộ truyền bánh răng là sự lựa chọn tốt nhất để tránh được sựtrượt và truyền động không liên tục trong quá trình truyền động Đồngthời:

• Truyền tốc độ như mong muốn;

• Thay đổi được chiều quay;

• Khoảng cách giữa trục dẫn và trục bị dẫn nhỏ

 Ưu điểm của bộ truyền bánh răng:

Trang 6

 Nhược điểm của bộ truyền bánh răng

• Giá thành cao hơn các bộ truyền khác

• Sai số trong quá trình cắt răng sẽ gây ra rung động và tiếng ồn

trong quá trình vận hành;

• Yêu cầu phải có chế độ bôi trơn thích hợp

• Vì vậy, người thiết kế phải biết lựa chọn các bộ truyền một cách

tối ưu trong quá trình thiết kế

Trang 7

Bánh răng thẳng: đường răng của bánh

răng song song với đường trục, truyền

chuyển động giữa hai trục song song

Ăn khớp ngoài

Ăn khớp trong

Đường răng nghiêng so với đường trục một góc

→ ăn khớp êm, dùng để truyền chuyển động

giữa hai trục song song hoặc chéo nhau

Bánh răng nghiêng

 Phân loại bánh răng

Trang 8

Bánh răng côn: Răng được hình

thành trên mặt nón, được sử dụng để

tryuyền chuyển động giữa hai trục

giao nhau

Bánh răng côn răng thẳng

Bánh răng côn răng cong

Trang 9

Trục vít – bánh vít: bao gồm bánh

răng nghiêng (bánh vít) và trục vít,

được sử dụng để truyền chuyển động

giữa hai trục chéo nhau

Bánh rưng – thanh răng: đây là

trường hợp đặc biệt của bộ truyền

răng thẳng có 1 bánh răng có đường

kính là vô cùng, răng nằm trên mặt

phẳng

Thanh răngBánh răng

Trang 10

Trang 11

1 Vòng tròn chia: Đây là vòng tròn lý thuyết dùng để làm cơ sở cho

việc xác định các thông số hình học khác của bánh răng Trong quá

trình ăn khớp, hai vòng tròn trên hai bánh răng giống như hai vòngtròn ảo lăn không trượt trên nhau

2 Bước răng (p) : là cung giữa hai biên dạng răng kề nhau cùng phía

3 Số răng trên inch (P): được xác định bằng số răng trên mỗi inch

của đường kính vòng chia

4 Mô đun (m): là tỷ số giữa đường kính vòng chia và số răng.

Trang 12

Quan hệ giữa đường kính vòng chia, mô đun và bước răng:

N P

d



d m

Trang 13

5 Chiều cao đỉnh răng (a): là phần chiều cao răng được đo từ vòng

tròn đỉnh răng đến vòng tròn chia

6 Chiều cao chân răng (b): là phần chiều cao răng được đo từ vòng

tròn chân răng răng đến vòng tròn chia

7 Chiều cao răng (ht ): là tổng chiều cao đỉnh răng và chiều cao

chân răng: h t =a+b

8 Vòng tròn khe hở chân răng: là vòng tròn ảo tiếp xúc với vòng

đỉnh răng của bánh răng đối tiếp

9 Khe hở chân răng c: là khoảng cách giữa vòng tròn khe hở chân

răng và vòng tròn chân răng

10 Khe hở cạnh răng: chính là sự sai khác giữa chiều dày răng và

chiều rộng rãnh răng đo trên vòng tròn chia

Trang 15

Góc vào khớp

Góc ra khớp

Trang 16

3 Định lý cơ bản về ăn khớp

Nguyên lý truyền động và ăn khớp liên hợp

Khi một cặp bánh răng ăn khớp, chuyển động quay truyền từ trục dẫn

tới trục bị dẫn Nếu một cặp biên dạng răng được thiết kế với tỷ sốtruyền không đổi được duy trì trong suốt quá trình ăn khớp, cặp bánhrăng đó là ăn khớp liên hợp (conjugate action) và biên dạng răng là

đường cong liên hợp (conjugate curves)

Trang 17

Quan hệ vận tốc giữa điểm Q thuộc khâu 2 và Q

thuộc khâu 3 trùng nhau tại thời điểm khảo sát:

Trang 18

cố định và được gọi là tâm ăn khớp

3 Định lý cơ bản về ăn khớp

Trang 19

4 Đặc điểm của đường thân khai

 Biên dạng răng

Để tạo ra sự ăn khớp liên hợp (tỷ số truyền không đổi), một số biêndạng răng được sử dụng:

• Biên dạng thân khai (được sử dụng rộng rãi)

• Biên dạng cycloid (thường được sử dụng trong đồng hồ )

• Biên dạng Epi-cycloidal

• Biên dạng Hypocycloidal

Trang 20

 Đường thân khai: là quỹ tích của một điểm bất kỳ nằm trên một

đường thẳng khi đường thẳng này lăn không trượt trên một vòng tròn.Vòng tròn đó được gọi là vòng tròn cơ sở

Đường thân khai Hình trụ cơ sở

Đường thân khaiVòng tròn cơ sở Đường thânkhai

Trang 21

 Đặc điểm của đường thân khai:

• Tiếp tuyến của vòng tròn cơ sở chính là pháp tuyến của đường thân

l (line)

r b

Trang 22

T Tâm ăn khớp P

Vòng tròn cơ sở

Cặp biên dạng thân khai

r

const P r

biên dạng của đường thân

khai và tâm ăn khớp thì

vẫn cố định

cố định

Trang 23

5 Tính lắp lẫn của bánh răng; tiêu chuẩn AGMA

Hệ thống bánh răng được tiêu chuẩn (AGMA,ANSI) chỉ rõ quan hệ

giữa vòng đỉnh, vòng chân, chiều cao làm việc của răng, chiều dày

răng và góc áp lực để tạo ra khả năng lắp lẫn của bánh răng có số răng

khác nhau nhưng có góc áp lực và bước răng giống nhau

Trang 24

Trang 25

Tooth Sizes in General Uses

Trang 26

 Răng tiêu chuẩn

Ảnh hưởng của góc áp lực tới hình dạng răng

Trang 27

Kích thước răng tiêu chuẩn tương ứng với các giá trị P

Trang 28

SPUR GEAR FORMULAS

FOR FULL DEPTH INVOLUTE TEETH

6 Nguyên tắc cơ bản của quá trình ăn khớp

Trang 30

Step 4 Step 5

Sơ đồ ăn khớp của cặp bánh răng trụ răng thẳng

Trang 32

 Thanh răng thân khai

Trang 33

 Cặp bánh răng biên dạng thân khai ăn khớp trong

Internal gear and pinion

Trang 34

7 Gia công bánh răng

Gia công bánh răng có thể được phân ra làm hai loại phương gia côngkhông phoi và có phoi (cắt gọt)

Trang 35

 Gia công bằng khuôn (không phoi): Bánh răng được gia công bằng

phương pháp đúc hoặc dập Độ chính xác của răng phụ thuộc vào toàn

bộ chất lượng của khuôn đúc hoặc khuôn dập và nhìn chung nhỏ hơnnhiều khi gia công bằng phương pháp cắt gọt

143-ton steel sand cast ring gear assembly for copper and gold mining

Trang 36

Phần lớn các bánh răng được gia công bằng phương pháp cắt gọt từ cácphôi đúc, rèn, cán…

A collection of gear cutters

Trang 37

 Gia công chép hình bằng dao phay đĩa

Trang 38

 Gia công chép hình bằng dao phay ngón

Trang 39

 Gia công bao hình bằng dao phay lăn răng

Trang 40

 Gia công bao hình bằng dao xọc răng

Trang 41

 Gia công bao hình bằng dao xọc răng

Trang 42

 Gia công bao hình bằng dao thanh răng

Trang 43

 Gia công chép hình bằng dao chuốt

Trang 44

 Bào răng

 Cà răng

 Mài nghiền

 Các phương pháp gia công tinh

Trang 45

Giai đoạn vào khớp và ra khớp trong quá trình ăn khớp của cặp bánh răng

Đường ăn khớp

Cung vào khớp qr

Trang 46

Hiện tượng cắt chân răng sảy ra khi vòng chân răng nhỏ hơn vòng cơ sở

mà nguyên nhân là do số răng quá ít trong khi đường kính bánh răng đã

bị cố định, khi đó phần đỉnh răng của bánh răng lớn sẽ cắt vào phần

chân răng của bánh răng nhỏ (vùng không phải là biên dạng thân khai)

Trang 47

Hiện tượng kẹt răng trong quá trình ăn khớp

D r < D b

Trang 48

Khi thiết kế bánh răng thẳng, để tránh hiện tượng cắt chân răng, thì:

(a) Vát mép đầu răng hoặc sử dụng răng tam giác;

(b) Tăng số răng của bánh răng nhỏ (chọn số răng tối thiểu);

(c) Tăng góc áp lực;

(d) Hiệu chỉnh biên dạng răng hoặc thay đổi biên dạng răng;

(e) Tăng khoảng cách trục

Trang 49

 Số răng tối thiểu

Trang 50

Tăng khoảng cách trục

Trang 52

a r c

Trang 53

 Hàm thân khai

costan or inv = tan

b

r r

Trang 54

2 ( )

2

p p

chiều dày răng;

t P: Chiều dầy răng trên vòng tròn chia

t: Chiều dày răng cần xác định;

: Góc áp lực trên vòng tròn chia;

: Góc áp lực trên vòng tròn tại T

 P: góc chứa một nửa cung chiều dày

răng trên vòng tròn chia

: góc chứa một nửa cung chiều dày răng

tại T.

Trang 55

Để nâng cao được hiệu quả làm việc của bộ truyền bánh răng và tínhkinh tế, người thiết kế sử dụng bánh răng không tiêu chuẩn

Với ba lý do chính:

• Để tránh hiện tượng cắt chân răng;

• Để tạo ra sự cân bằng tốt hơn giữa ứng suất trên bánh răng nhỏ

và bánh răng lớn;

• Để tránh sự tiếp xúc sảy ra tại vùng gần với vòng tròn cơ sở nơi

mà bán kính cong nhỏ và ứng suất tiếp xúc lớn

Trang 56

 Điều chỉnh khe hở chân răng

Bán kính lượn lớn hơn ở chân răng của bánh răng sẽ làm tăng độ bền

mỏi của răng và làm chiều cao của răng tăng thêm Do tính lắp lẫn

không bị mất, khe hở chân răng có thể tăng lên tới 0,4/P để đạt được bánkính góc lượn lớn

Trang 57

 Điều chỉnh khoảng cách trục

- Bánh răng được cắt bằng dao thanh răng và đường chia của dao thanh

răng được dịch chuyển một khoảng e so với vòng tròn chia của bánhrăng

- Chiều dày của răng trên vòng tròn chia (ban đầu) được xác định

2 tan ( is pressure angle of the cutter)

Trang 58

11 Bánh răng dịch chỉnh

Trang 61

 e = 0 nếu đường chia của thanh răng nằm tại P 

bánh răng tiêu chuẩn

 e > 0 nếu đường chia của thanh răng nằm ngoài OP

e

Các chế độ dịch dao

Trang 62

Ví dụ:

Standard 12-tooth 20  full-depth

gear showing undercutting

Undercutting has been completely eliminated (stronger-looking pinion)

m 1.425

12 ; 40 ;

c c

Trang 63

 Cặp bánh răng dịch chỉnh đều

- Khi thiết kế bánh răng mà khoảng cách trục không đổi Trong trường

hợp này, không thể hiệu chỉnh để thay đổi khoảng cách trục được;

- Lúc này, dao thanh răng sẽ dịch vào gần tâm phôi của bánh lớn một

khoảng bằng dịch dao khi cắt bánh răng nhỏ (dao dịch ra xa tâm

phôi) Cặp bánh răng này được gọi là cặp bánh răng dịch chỉnh đều

Khoảng cách trục vẫn được giữ không đổi và tăng phần ăn khớp ở

chân răng

Trang 64

So sánh cặp bánh răng tiêu chuẩn và cặp bánh răng dịch chỉnh đều:

(a) Cặp bánh răng tiêu chuẩn

(b) Cặp bánh răng dịch chỉnh đều

Trang 65

Cặp bánh răng dịch chỉnh đều khắc phục được hiện tượng cắt chân răng

Trang 66

12 Bánh răng cycloidal

Bánh răng cycloidal được sử dụng rộng rãi cách đây khoảng 1 thế kỷ bời

vì gia công rất dễ bằng phương pháp đúc Tuy nhiên, ngày nay bánh

răng cycloidal hiếm khi được sử dụng

Sự hình thành đường cycloid trên bánh răng

Trang 67

Nhược điểm của bánh răng cycloid

- Góc áp lực thay đổi  ồn, mòn, ảnh hưởng đến ổ;

- Chỉ ăn khớp được khi khoảng cách trục phải đúng;

- Trong quá trình truyền động thì gây ra uốn;

- Khó duy trì khoảng cách trụ dưới tác dụng của lực

12 Bánh răng cycloidal

Trang 68

 Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

• Bánh răng trụ răng nghiêng truyền

chuyển động giữa hai trục song song

• Góc nghiêng của răng trên hai bánh

răng đối ứng

• Biên dạng của răng là mặt xoắn ốc

thân khai được tạo ra từ mặt trụ cơ sở

Mặt xoắn ốc thân khai

Trang 69

• Quá trình ăn khớp của một cặp biên dạng bắt đầu tiếp xúc từ một điểm

và phát triển dần thành đường, sau đó ra khớp tại một điểm Do đó bộ

truyền bánh răng trụ răng nghiêng ăn khớp êm;

• Có khả năng truyền động với tải trọng lớn và tốc độ cao;

• Tuy nhiên, cặp bánh răng trụ răng nghiêng gây ra cả lực hướng kính vàlực dọc trục;

• Để khử lực dọc trục thì có thể ghép hai bánh răng nghiêng đối diện

nhau trên một trục

 Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

Trang 70

o axial pitch: p x



p x  p t

tan

 Các thông số của bánh răng trụ răng nghiêng

Trang 71

• Để xác định được các thông số hình học của bánh răng trên phương

pháp tuyến, sử dụng mặt cắt AA

• Đây là mặt elip có bán kính của

vòng tròn mật tiếp tại tâm ăn khớp P

là r e :

• r e được gọi là bán kính vòng chia

của bánh răng trụ răng thẳng thay





(N là số răng của bánh răng trụ răng nghiêng)

 Bánh răng thay thế của bánh răng trụ răng nghiêng

Trang 72

Góc nghiêng ψ, được đo trên mặt trụ chia, giá trị của ψ thì không tiêu

chuẩnn nằm trong khoảng từ 15 – 450 Thông thường giá trị ψ được sử

dụng 15, 23, 30 or 45o Với giá trị ψ nhỏ thì lực dọc trục nhỏ Giá trị ψ

lớn thì lực dọc trục lớn Vì vậy không dùng góc lớn hơn 450

 Kích cỡ của bánh răng trụ răng nghiêng

Trang 73

 Sự tiếp xúc của bánh răng trụ răng nghiêng

Đường tiếp xúc nằm chếch trên

mặt răng AC

tan  b  tan  cos 

• Hệ số trùng khớp ngang m giống

với bánh răng trụ răng thẳng;

• Quan hệ giữa góc nghiêng trên

n

b

m m

Trang 75

12.2 Bánh răng trụ chéo

• Bánh răng trụ chéo được sử dụng để truyền chuyển động giữa haitrục chéo nhau Ứng dụng phổ biến là để phân phối từ trục cam trongđộng cơ tự động;

• Tiếp xúc điểm → mòn → chịu tải trọng nhỏ;

• Cặp bánh răng trụ chéo ăn khớp với hướng

nghiêng của răng trên hai bánh răng là như nhau;

• Góc giữa hai trục của hai bánh răng

Trang 76

Mối quan hệ giữa lực dọc trục, chiều quay và hướng nghiêng của bánh răng trụ chéo

(Courtesy of Boston Gear Works, Inc., North Quincy, MA.)

12.2 Bánh răng trụ chéo

Trang 77

• Bộ truyền trục vít – bánh vít truyền chuyển động giữa hai trục chéo

nhau với tỷ số truyền lớn, có thể đạt tới 200:1;

• Các thông số hình học của trục vít tương tự như trục vít me;

• Chuyển động quay của trục vít tương tự thanh răng thân khai;

• Thông số hình học của bánh vít tương tự như bánh răng nghiêng,ngoại trừ răng của bánh vít là đường cong để ôm lấy trục vít;

• Diện tích tiếp xúc lớn hơn, nhưng yêu cầu chế tạo phải chính xác

12.3 Trục vít – bánh vít

Trang 78

• Góc nghiêng của trục vít,  2, rất lớn và được gọi là góc nâng, ;

• Góc nâng của trục vít,  bằng góc nghiêng,  3, (for shafts at 90)

• Trục vít và bánh vít có hướng nghiêng của răng

như nhau, nhưng góc nghiêng thì khác nhau;

12.3 Trục vít – bánh vít

Trang 79

3 3

N p d

p: bước răng của bánh vít

• Đường kính vòng chia trục vít(AGMA yêu cầu):

0.875

2 3 2

Trang 80

 12.4 Bánh răng côn

Mặt chia của bánh răng côn là mặt nón và chỉ có sự lăn trong quá trình

ăn khớp (Courtesy of Gleason Works, Rochester, NY.)

- Bộ truyền bánh răng côn dùng để truyền

chuyển động giữa hai cắt nhau với một góc

bất kỳ hoặc hai trục chéo nhau

- Có 3 loại bánh rưng côn: bánh răng côn răng

thẳng, bánh răng côn răng cong và bánh rưng

côn hypoid

Định dạng
Số trang	93
Dung lượng	5,48 MB