Cơ sở thiết kế máy (Chi tiết máy) Một số bộ truyền chuyển động

môn học Chi tiết máy cơ sở thiết kế máy là một môn học cơ bản của ngành cơ khí,môn học này không những giúp cho sinh viên có cái nhìn cụ thể, thực tế hơn với kiến thức đã được học, mà nó còn là cơ sở rất quan trọng cho các môn học chuyên ngành sẽ được học sau này.

CHƯƠNG 1: BỘ TRUYỀN ĐAI

1- KHÁI NIỆM – CẤU TẠO

- Bộ truyền đai là bộ truyền làm việc dựa theo nguyên lý ma sát Bộ truyền đai gồm 2 bánh đai: bánh dẫn và bánh bị dẫn lắp trên hai trục và dây đai bao quanh các bánh đai.tải trọng được truyền đi nhờ lực ma sát sinh ra giữa dây đai và bánh đai Muốn tạo ra lực ma sát này cần phải căng đai với lực ban đầu F0

2- ƯU ĐIỂM, NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG

- Ưu điểm:

+ Có thể truyền chuyển động giữa hai trục xa nhau

+ Đề phòng sự quá tải của động cơ nhờ vào sự trượt trơn của đai khi quá tải

+ Kết cấu vận hành đơn giản

+ Chi phí thấp

- Nhược điểm

+ Kích thước bộ truyền lớn

+ Tỷ số truyền khi làm việc không ổn định

+ Hiệu suất thấp

+ Tuổi thọ thấp

- Phạm vi sử dụng:

+ Bộ truyền đai dùng để truyền chuyển động giữa hai trục xa nhau + Dùng trong các truyền chuyển động nhỏ và trung bình

3 – PHÂN LOẠI: 4 LOẠI ĐAI CHÍNH

- Đai dẹt

- Đai thang

- Đai tròn

- Đai rang

4 – THÔNG SỐ HÌNH HỌC BỘ TRUYỀN ĐAI

- Vận tốc V1: V1=π d1.n1

60000 (m/s)

- Đường kính d1: d1=(1100÷ 1300)√N1

n1 (mm) Hoặc: d1=(5,2÷ 6,4)√3T1 (mm)

Trong đó: N1làcông suất ;n1là số vòng quay/ phút

T =9,55 106 N n

- Đường kính d2: d2=d.i(1−ξ) (mm)

Trong đó { i= n1

n2=

d2

d1 ξ=0,01 ÷ 0,02

- Góc ôm trên bánh nhỏ α1

α1=180 °−57° (d2−d1 )

A

- Chiều dài L

L=2 A+ π2(d1+d2)+(d2−d1 )2

4 A (mm) Chiều dài thực tế: L thựctế =L+(100 ÷ 400) (mm)

- Tính lại A

A ≥(1,5÷ 2).(d1+d2)đốivới đaidẹt

A ≥ 0,55.(d1+d2)đối với đaithang

- Kiểm tra lại số vòng chạy của i trong 1s

i= V L

- Lực căng đai, lực ban đầu:

F0=σ0 A

A: là diện tích mặt cắt đai

σ0 là ứng suất ban đầu

- Lực tác dụng lên trục

F t=1000 N1

V1

- Điều kiện để không xảy ra trượt trơn

F0≥ F t(e +1)

2(e fα−1)

5 –ĐƯỜNG CONG TRƯỢT VÀ ĐƯỜNG CON ỨNG SUẤT

Hệ số trượt: ξ= V1−V2

V1

Trong quá trình làm việc của bộ truyền đai, do lực căng đai trên nhánh khá nhau dẫn đến dây đay bị giãn dài không đều dây đai không ôm góc ôm trên toàn bộ góc

ôm, một phần dây đai không bám vào bánh đai ( cung trượt), một phần dây đai bám vào bánh đai ( cung tĩnh)

Khi tải trọng ngoài tăng thì cung trượt tăng, cũng tĩnh giảm

Khi xảy ra sự cố quá tải cũng α t =α1; α0=0 -> dây đai trượt trên bánh đai

Cung trượt thường xảy ra ở nhánh ra

Do trượt trơn nên tốc độ dài trên nhánh đai là khác nhau nên khi đó gọi hệ số trượt

là ξ= V1−V2

V1

Nghiên cứu sự phụ thuộc của quá trình trượt và quá trình kéo cho ta đường cong trượt Ѱ = F t

2F0 là hệ số kéo

CHƯƠNG 2: BỘ TRUYỀN XÍCH

1 CẤU TẠO

+ Bộ truyền xích dùng để truyền chuyển động và tải trọng giữa hai trục xa nhau dựa trên sự ăn khớp giữa răng với mắt xích

+ Cấu tạo gồm: đĩa xích, dây xích, căng xích

2 PHÂN LOẠI BỘ TRUYỀN XÍCH

+ Xích kéo

+ Xích truyền động

+ Xích răng

3 ƯU ĐIỂM - NHƯỢC ĐIỂM

 Ưu điểm:

+ Hiệu suất cao

+ Khả năng mang tải lớn hơn so với bộ truyền đai cùng kích thước

+ Tỉ số trượt ổn định

+ Tuổi thọ cao

 Nhược điểm:

+ Khi làm việc thường gây ra tiếng ồn

+ Yêu cầu chăm sóc và bảo dưỡng thường xuyên

+ Không bảo vệ được các chi tiết máy khi quá tải

+ Bộ truyền mòn nhanh khi xích làm việc với tốc độ cao

4 ỨNG DỤNG

+ Xích dùng để truyền chuyển động giữa các trục cách xa nhau

+ Dùng trong các trường hợp tỷ số truyền nhỏ và trung bình

+ Dùng để truyền chuyển động với tải trọng nhỏ và trung bình

5 – CẤU TẠO CỦA XÍCH VÀ ĐĨA XÍCH

a Cấu tạo xích

Cấu tạo gồm má trong 1 xen kẽ với các má ngoài 2, có thể xoay tương đối với nhau Má trong 1 lắp chặt với ống 3, má ngoài lắp chặt với chốt 4, ống và chốt

có khe hở có thể tự do xoay với nhau tạo thành bản lề nhằm giảm mòn răng đĩa xích phía ngoài có lắp con lăn 5, cũng có thể xoay tự do

- Để nối xích người ta dùng chốt xích hoặc má chuyển

- Khi dùng má chuyển => xích bị yếu, do vậy khi thiết kế chọn số mắt xích nên chọn số mắt xích là chẵn

b Đĩa xích

- cấu tạo tương tự như bánh răng, biên dạng răng đĩa xích đươc hình thành từ các đường cong

6 – THÔNG SỐ HÌNH HỌC CỦA BỘ TRUYỀN

a bước xích:

- Bước xích t là khoảng cách giữa hai điểm cùng phía của hai răng liên tiếp

- Bước xích được tiêu chuẩn hóa

- Cách chọn bước xích:

+ Với tải trọng lớn dùng bước xích lớn hoặc dùng xích nhiều dãy + Với tải trọng nhỏ thì dùng bước xích nhỏ

+ Với tốc đô cao dùng bước xích nhỏ

b Số răng đĩa xích:

- Nên chọn số răng đĩa xích lẻ

- Với xích ống con lăn Z1>Z 1min =13 ÷ 15răng Hoặc Z1=29−2i(I là tỉ số truyền)

- Z2=Z1.i, Z max =100 ÷ 120 (với xích ống con lăn), Z max =120 ÷ 140 (với xích răng)

- Đường kính vòng chia:

sin ⁡( π

Z1)

sin ⁡( π

Z2)

- Đường kính vóng ngoài

d e =t (cotg π Z +k)

k=0,5÷ 0,6

- Khoảng cách trục

+ Nếu i≤ 3t hì A=0,5(d e1 +d e 2)+ (30÷ 50)mm

+ Nếu i>3t hì A=0,5(d e 1 +d e2) (9+i)

10 mm

→ A=(30÷ 50)t mm

- Chiều dài xích L= X t (X là số mắt xích)

- Số mắt xích:

X = Z1+Z2

2 + 2 A t −¿¿

Số mắt xích được làm tròn số nguyên chẵn

CHƯƠNG 3: BÁNH RĂNG

1- GIỚI THIỆU CHUNG

Bánh răng là bộ truyền cơ bản ứng dụng rộng dãi trên bộ truyền cơ học Bộ truyền làm việc trên sự ăn khớp giữa các cặp răng đối tiếp.Bộ truyền bánh răng

có thể truyền chuyển động giữa hai trục song song, giao nhau, chéo nhau hay biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến và ngược lại

2- ƯU ĐIỂM - NHƯỢC ĐIỂM

 Ưu điểm:

+ Hiệu suất cao μ=0,97÷0,99%

+ Tuổi thọ cao

+ Làm việc với độ tin cậy cao

+ Tải trọng lớn

+ Kích thước nhỏ gọn

+ Tỷ số truyền không thay đổi do không có hiện tượng trượt trơn

 Nhược điểm:

+ Khó chế tạo

+ Làm việc ồn

+ Phải chăm soc và bảo dưỡng thường xuyên

+ Giá thành cao

3- ỨNG DỤNG

+ Bánh răng được ứng dụng rộng dãi, nó có thể truyền chuyển động từ tốc độ nhỏ đến tốc độ lớn (200m/s) dùng để thay đổi tỷ số truyền trong chuyển động nó có thể đạt công suất nhỏ đến công suất lớn ( tới 300MW)

4 – PHÂN LOẠI

 Dự trên hình dạng bánh răng

+ Bánh răng trụ

+ Bánh răng côn

 Dựa trên hướng răng

+ Bánh răng trụ răng thẳng

+ Bánh răng trụ răng nghiêng

+ Bánh răng côn răng thẳng

+ Bánh răng côn răng nghiêng.

+ Bánh răng côn răng xoắn

 Dựa trên biên dạng răng

+ Bánh răng than khai,

+ Bánh răng Acsimet

+ Bánh răng Avikop (cung tròn)

 Theo phương án truyền động

+ Bánh răng truyền động giữa hai trục song song

+ Bánh răng truyền động giữa hai trục vuông góc

 Dựa trên đặc điểm ăn khớp

+ Bánh răng ăn khớp trong

+ Bánh răng ăn khớp ngoài

5 – CÁC DẠNG HỎNG CỦA BÁNH RĂNG VÀ CHỈ TIÊU TÍNH TOÁN

 Gãy răng

+ Nguyên nhân:

+ Do ứng suất uốn gây ra

+ Do quá tải

+ Chỉ tiêu tính toán: δ u ≤ [δ u]

+ Khắc phục:

+ Tăng modun

+ Tăng độ cứng và nhẵn bóng bề mặt

+ Dùng bánh răng dịch chỉnh

+ Nhiệt luyện bánh răng

 Tróc bề mặt

+ Hiện tượng: với các bộ truyền không được bôi trơn tốt, sau một thời gian làm việc trên bề măt xuất hiện các vết nứt nhỏ có xu hướng lan rồn trên toàn

bộ bánh răng

+ Nguyên nhân:

+ Không đươc bôi trơn tốt hoặc bôi trơn không phù hợp

+ Môi trường làm việc có nhiều hạt mà

+ Do làm việc mỏi

+ Tróc thường có hai loại:

+ Tróc tức thời

+ Tróc lan

+ Chỉ tiêu tính toán: tính toán theo độ bền mỏi

+ Khắc phục:

+ Bôi trơn tốt bộ truyền

+ Tăng cứng bề mặt

+ Nhiệt luyện tốt bánh răng

+ Nâng cao độ chính xác của bánh răng

 Mòn răng

+ Hiện tượng: ở các bộ truyền không được bôi trơn tốt hoặc các bộ truyền bị

hở thì đỉnh răng và chân răng thường bị mòn

+ Nguyên nhân: do ma sát và trượt biên dạng

+ Khắc phục:

+ Bôi trơn tốt bộ truyền

+ Nâng cao độ cứng, độ nhẵn bóng bề mặt

+ Bảo vệ bộ truyền tránh hạt mà

 Dính răng

+ Hiện tượng: hiện tượng 1 phần vật liệu ở bánh răng này bám dính vào bánh răng kia

+ Xảy ra trên bánh trăng làm cùng loại vật liệu

+ Khắc phục:

+ Dùng vật liệu phù hợp khi chế tạo bánh răng

+ Dùng chế độ xử lý bề mặt bánh răng khác nhau

6 – BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CÔN.

Bánh răng côn dùng để truyền chuyển động giữa hai trục cắt nhau

Bánh răng công có khả năng tải lớn và khối lượng lớn nhưng khó khan trong chế tạo cũng như lắp ghép

+ Bánh răng côn có 3 loại:

+ Bánh răng côn răng thẳng

+ Bánh răng côn răng xoắn

+ Bánh răng côn răng nghiêng

CHƯƠNG 4: TRỤC VÍT - BÁNH VÍT

1 – KHÁI NIỆM CHUNG

- Là bộ truyền dùng để truyền chuyển động giữa hai trục chéo nhau trong không gian Góc giữa chúng bằng 90 độ

- Trục vít thường dẫn động, bánh vít là bánh bị dẫn

- Trục vít có cấu tạo giống trục, trên đó có gen

- Bánh vít giống bánh răng trụ răng nghiêng

2- PHÂN LOẠI BÁNH VÍT

- Dựa trên profine trục vít

+ Trục vít acsimet

+ Trục vít than khai

+ Trục vít convolut

- Dựa trên hình dáng trục vít

+ Trục vít lõm

+ Trục vít trụ

3 – ƯU ĐIỂM – NHƯỢC ĐIỂM

- Ưu điểm:

+ Tỉ số truyền lớn

+ Truyền chuyển động giữa hai trụ chéo nhau

+ Làm việc êm, không ồn

+ Có tính tự hãm cao

- Nhược điểm:

+ Hiệu suất thấp, sinh nhiệt nhiều

+ Bộ truyền mòn nhanh

+ Các vật liệu chế tạo đắt tiền ( là các vật liệu có hệ số ma sát nhỏ, sự tỏa nhiệt cao)

4 - ỨNG DỤNG

- Dùng để truyền chuyển động giữa hai trục tải trọng chéo nhau

- Dùng trong các trường hơp yêu cầu tỉ số truyền cao

- Công suất nhỏ và trung bình

5 – THÔNG SỐ HÌNH HỌC CỦA BỘ TRUYỀN

- Modun: m= t π ; t là bước răng

Modun ngang bánh vít = modun dọc trục vít

- Đường kính vòng chia: d c 2 =m Z2

d c 1 =m q ; q=Z1tagℷ

- Đường kính đỉnh

d a 1 =d c1 +2m

- Đường kính đáy:

d l 1 =d c1 −2,4 m

- Khoảng cách trục A: A=0,5 m(Z1+1)

- Tỷ số truyền

i= n1

n2 =Z1

d1.tagℷ=

ω1

ω2

6 - ĐỘNG HỌC TRUYỀN ĐỘNG TRỤC VÍT

a, vận tốc

v1=π d1n1

60000 ; v2=π d2n2

60000

Do v1≠ v2 nên có hiện tượng trượt biên dạng xảy ra

b, vận tốc trượt v t

v t=√v12+v22 = v1

π d1n1

60000.cosℷ

v t= m.n1

19100√Z12+q2

 Tăng khe hở, hiêu suất thấp ( do cạnh của bộ truyền trục vít bị mài mòn)

7 – LỰC TÁC DỤNG LÊN BỘ TRUYỀN

F n =F r +F t +F a

F t 1 =F a 2=2T1

d1 ; F t 2 =F a 1=2T2

d2

F r1 =F r2 =F t 2 tagα(α ≈ 20°)

8 – HIỆU SUẤT TRỤC VÍT

η= tagℷ

ℷ là góc nâng gen

φ là góc ma sát

Hệ số a sát f =tagφ

- Mất mát công suất do khuấy dầu: η=(0,96 ÷ 0,98) tagℷ

tag(ℷ+φ)

- Trường hợp bánh vít dẫn động::

η=(0.96 ÷ 0.98) tag(ℷ−φ) tagℷ

9 – TÍNH NHIỆT CỦA BỘ TRUYỀN

- Nhiệt lượng sinh ra trong 1h

- Nhiệt lượng tỏa ra môi trường

Q ' =K t (t−t0) F t

F t là diện tích tỏa nhiệt

t−t0 là độ chênh chệch nhiệt độ trong và ngoài

K t là hệ số

- Điều kiện cân bằng nhiệt: Q=Q’

Hay: t=t0+860(1−η).N1

K t F t

Khi thiết yêu cầu: t ≤ [t]

CHƯƠNG 6: TRỤC

Trục là chi tiết cơ bản dùng để đỡ hoặc truyền chuyển động giữa các chi tiết quay

Bề mặt làm việc của trục thường là các mặt tròn xoay

1 – PHÂN LOẠI TRỤC

- Theo hình dáng của trục:

+ Trục bậc ( có tập trung ứng suất)

+ Trục trơn ( không tập trung ứng suất)

- Theo đường tâm trục:

+ Đường tâm trục thẳng

+ Trục có đường tâm thay đổi

- Theo công dụng:

+ Trục đỡ

+ Trục truyền

+ Trục đỡ truyền

2 – CẤU TẠO TRỤC

- Ngõng trục: là vị trí dùng để lắp ở lăn hay ở trượt yêu cầu cao về chính xác

và nhẵn bóng bề mặt kích thước được tiêu chuẩn hóa

- Thân trục: là phần trục để lắp các chi tiết như bánh rang, đai, đĩa xích… đoạn trục yêu cầu cao về độ cứng, nhẵn bóng, chính xác Kích thước được tiêu chuẩn hóa

- Phần trục không lắp ghép: không yêu cầu cao về độ chính xác, độ cứng cũng như độ nhẵn bóng và kích thước cũng không cần tiêu chuẩn hóa Nhưng nên lựa chọn kích thước đảm bảo kết cấu trục trục cũng như điều kiện lắp ghép

- Phần trục chuyển tiếp: là những vị trí năm giữa bậc trục, thường là kết cấu thoát đá mài, kết cấu giảm tập trung ứng suất

- Cách cố định chi tiết trên trục: Dùng then, dùng kết cấu bạc, dùng vai trục, dùng kiểu lắp ghép, dùng kết cấu gen, dùng mặt côn

3 – CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO ĐỘ BỀN MỔI CỦA TRỤC

- Nâng cao đô cứng, độ nhẵn bóng bề mặt

- Dùng kết cấu giảm tập trung ứng suất như: tạo góc lượn, vát mép, hoặc dùng các bộ giảm tải

4 – TÍNH – THIẾT KẾ TRỤC

a Tính sơ bộ

- Nhằm xác định sơ bộ đường kính trục để trên cơ sở đó xác định chiều dài, momen phục vụ cho các bước tiếp theo

- Theo kinh nghiệm:

+ Trục đối với động cơ: d=(0,8÷ 1,2)d độngcơ

+ Trục không gian: d=(0,3÷ ,5)A

+ Theo momen xoắn: τ x (M z¿

τ x = T M

x ≤[τ ] MPa Trục tròn M x =0,2d3

→ T

0,2d3≤[τ ]

→d≥√3 T

0,2[τ ]

b Tính gần đúng

- Sau khi xác định sơ bộ trục ta định kết cấu & các kích thước trục

- Khi lựa chọn kết cấu trục cần xem xét điều kiện tháo lắp

- Các bước tính gần đúng:

+ Phác thảo kết cấu trục, định vị trí lắp ổ lăn, điểm đặt lực, xác định chiều dài các đoạn trục

+ Phân tích lực tác dụng lên trục, vẽ biểu đồ momen và xác định các tiết diện nguy hiểm

+ Xác định kích thước trục tại các tiết diện nguy hiểm theo thuyết bền 4

δ tđ=√δ2+3τ2

+ Lựa chọn các kết cấu trục còn lại và vẽ kết cấu trục

d ≥√3 M tđ

0,1[δ]

CHƯƠNG 7: Ổ LĂN

1 – KHÁI NIỆM

- Là chi tiết cơ bản dùng để đỡ trục

- Cấu tao gồm 4 phần chính:

+ Vòng ngoài

+ Vòng trong

+ Vòng cách

+ Con lăn

- Trong quá trình làm việc, vòng trong thường quay cùng truc, vòng ngoài cố định nên yêu cầu cơ tính của vật liệu 2 vòng khác nhau

2 – PHÂN LOẠI

- Theo khả năng chịu lực

+ Ổ bi đỡ

+ Ổ bi đỡ chặn

+ Ổ bi chặn đỡ

+ Ổ bi chặn

- Theo số dãy con lăn

+ Ổ một dãy

+ Ổ nhiều dãy

- Theo đường kính ngoài

+ Cỡ đặc biệt nhẹ

+ Cỡ rất nhẹ

+ Cỡ nhẹ

+ Cỡ trung bình

+ Cỡ nặng

- Theo chiều rộng ổ

+ Ổ hẹp

+ Ổ bình thường

+ Ổ rộng

+ Ổ rất rộng

3 – ƯU ĐIỂM – NHƯỢC ĐIỂM

- Ưu điểm:

+ Ma sát nhỏ

+ Do sản xuất hàng loạt nên giá thành rẻ

+ Kích thước theo phương dọc trục nhỏ

+ Tuổi thọ cao

+ Hiệu suất lớn

+ Tính tiêu chuẩn hóa, thống nhất hóa cao

- Nhược điểm:

+ Kích thước theo phương hướng kính lớn

+ Lắp ghép khó khăn

+ ồn khi làm việc với tốc độ cao

+ Phản chăm sóc bảo dưỡng thường xuyên

→ Ứng dụng; Ổ lăn được dùng rộng dãi trong truyền động khi đường kính trục không quá lớn, tốc độ làm việc không quá nhỏ hoặc quá lớn

5 – KÍ HIỆU Ổ LĂN

- Ổ lăn được kí hiệu bằng chữ và số:

VD: 36025

+ Hai số đầu kể từ phải sang thệ hiện đường kính ổ Nếu >20 thì bằng 1/5 đường kính thực d=10 kí hiệu 00, =12 kí hiệu 01; -15 kí hiệu 02;

= 17 kí hiệu 03 + Số thứ 3 từ phải sang biểu thị cỡ ổ ( 1 –rất nhẹ; 2 – nhẹ; 3- trung bình;

4 – nặng; 5- nhẹ rộng; 6- trung bình rộng) + Số thứ 4 từ phải sang biểu thị loại ổ

+ Số thứ 5,6 từ phải sang nếu có biểu thị đặc điểm của ổ

+ Số thứ 7 từ phải sang chiều rộng ổ

+ Số đầu tiên biểu thị cấp chính xác

6 – TÍNH CHỌN Ổ

a các dạng hỏng của ổ lăn

- Mòn con lăn

- Hỏng vì mỏi

- Bong tróc con lăn

7- PHƯƠNG PHÁP CHỌN Ổ LĂN

a Dựa trên đặc tính tải trọng tác động

b Dựa trên đường kính ngõng trục

c Dựa trên số vòng làm việc và tuổi thọ của ổ

d Dựa trên điều kiện làm việc của ổ

8 – BÔI TRƠN Ổ LĂN

- Bôi trơn bằng mỡ:

+ Tuổi thọ cao

+ Chịu được nhiệt độ

+ Không đưa được hạt mà ra khỏi vùng làm việc

+ Khả năng tản nhiệt kém

+ Giá thành rẻ

 Nên dùng mỡ đối với ổ lăn làm việc tốc độ nhỏ (v<2m/s) Bôi trơn những kết cấu không cho phép bôi trơn bằng dầu

- Bôi trơn bằng dầu:

+ Khả năng tỏa nhiệt nhanh, giảm ma sát và đồng đều

+ Tuổi thọ thấp

+ Khi làm việc với nhiệt độ cao dẫn tới độ nhớt giảm

+ Có thể đưa hạt mà ra khỏi vùng làm việc

 Dùng dầu để bôi trơn với ổ lăn tốc độ cao (v>2m/s) và điều kiện thuận lợi

CHƯƠNG 8: MỐI GHÉP REN

1 – KHÁI NIỆM CHUNG

a Khái niệm

- Mối ghép ren là mối ghéo được thực hiện trên các chi tiết có ren, có thể tháo được Đây là mối ghép được dùng phổ biến trong các chi tiết

b Ưu điểm – nhược điểm

- Ưu điểm:

+ Có tính tự hãm tốt

+ Có tính thống nhất hóa và tiêu chuẩn hóa cao

+ Lắp ghép và sử dụng đơn giản

+ Dễ chế tạo, giá thành rẻ

- Nhược điểm: Thường xảy ra ứng suất tập trung ở chân ren, do đó làm giảm

độ bền mỏi của mối ghép