Bộ truyền truch vít bánh vít BKHN

Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 5: Bộ truyền trục vít-bánh vít Chương BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT - BÁNH VÍT 5.1 KHÁI NIỆM CHUNG 5.1.1 Nguyên lý làm việc Hình 5.1 Bộ truyền trục vít-bánh vít Bộ truyền trục vít-bánh vít (gọi tắt truyền trục vít) làm việc theo nguyên lý ăn khớp, xếp vào loại truyền động răng-vít, kết hợp truyền bánh vít Bộ truyền trục vít-bánh vít gồm trục vít bánh vít ăn khớp với nên trục vít quay truyền chuyển động sang bánh vít 5.1.2 Phân loại - Theo hình dạng mặt chia trục vít:  Trục vít trụ: mặt chia trục vít mặt trụ  Trục vít Globoid (trục vít lõm) a) b) Hình 5.2 a)Trục vít trụ; b) Trục vít Globoid - Theo hình dạng ren trục vít:  Trục vít Archimède: giao tuyến mặt ren mặt phẳng chứa đường tâm trục đường thẳng Giao tuyến mặt ren mặt phẳng vuông góc với đường tâm trục đường xoắn Archimède Bm Thiết kế máy -63- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 5: Bộ truyền trục vít-bánh vít  Trục vít Convolute: giao tuyến mặt ren mặt phẳng vuông góc với phương ren đường thẳng Giao tuyến mặt ren mặt phẳng vuông góc với đường tâm trục đường xoắn Convolute  Trục vít thân khai: giao tuyến mặt ren mặt tiếp tuyến với mặt trụ sở đường thẳng Giao tuyến mặt ren mặt phẳng vuông góc với đường tâm trục đường thân khai Hình 5.3 a) Trục vít Archimède; b) Trục vít Convolute; c) Trục vít thân khai - Theo số mối ren:  Trục vít mối ren  Trục vít nhiều mối ren: z1  1, 2, (3), 4, (6) 5.1.3 Ưu, nhược điểm phạm vi sử dụng a Ưu điểm: - Tỉ số truyền lớn - Làm việc êm, không ồn - Có khả tự hãm - Có độ xác động học cao b Nhược điểm: - Hiệu suất thấp, sinh nhiệt nhiều có vận tốc trượt lớn - Vật liệu chế tạo bánh vít làm kim loại màu để giảm ma sát nên đắt tiền c Phạm vi sử dụng: - Chỉ sử dụng cho phạm vi công suất không 60kW (do hiệu suất thấp) - Có tỉ số truyền lớn nên sử dụng rộng rãi cấu phân độ - Có khả tự hãm nên thường sử dụng cấu nâng cần trục, tời… 5.2 THÔNG SỐ HÌNH HỌC 5.2.1 Trường hợp không dòch chỉnh Trong trường hợp đường kính vòng lăn đường kính vòng chia a Trục vít Bm Thiết kế máy -64- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 5: Bộ truyền trục vít-bánh vít a) b) Hình 5.4 a) Mặt cắt dọc trục vít; b) Góc xoắn ốc vít Thông số hình học Công thức Góc biên dạng ren   200 Bước ren (bước dọc) trục vít (không bắt buộc đo đường xoắn ốc) p  m Mun dọc trục vít = modun ngang bánh vít (tiêu chuẩn) m Hệ số đường kính (tiêu chuẩn) (bảng 7.2, trang 275, tài liệu [1]) q Đường kính vòng chia trục vít d1  mq Số mối ren trục vít p  z1 Bước xoắn ốc (đo đường xoắn ốc) pz1  z1 p tg  Góc nâng ren (góc xoắn ốc) pz1  d1  z1 p z   mq q Chiều cao đầu ren ha1  m Chiều cao chân ren h f1  1,2m Đường kính vòng đỉnh d a1  d1  2m Đường kính vòng đáy d f1  d1  2,4m Chiều dài phần cắt ren trục vít b1  C1  C2 z2 Các giá trò C1 C2 xác đònh sau: - Nếu z1 = 1, C1 = 11 C2 = 0.06 - Nếu z1 = C1 = 12,5 C2 = 0,09 Các dãy modun tiêu chuẩn: Dãy m (mm) Dãy m (mm) Bm Thiết kế máy 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,15; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25 1,5; 3; 3,5; 6; 7; 12 -65- TS Buøi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 5: Bộ truyền trục vít-bánh vít b Bánh vít Hình 5.5 Mặt cắt vuông góc trục vít Thông số hình học Công thức Modun ngang bánh vít = mun dọc trục vít (tiêu chuẩn) m Số bánh vít (chọn z2  28 để tránh cắt chân răng) p  z2 Đường kính vòng chia bánh vít d  m z2 Chiều cao đầu ha2  m Chiều cao chân h f2  1,2m Đường kính vòng đỉnh d a2  d  2m Đường kính vòng đáy d f2  d  2,4m d aM2  d a2  Đường kính lớn Khi z1  1, b2  0,75 d a1 Bề rộng bánh vít Khi z1  b2  0,67 d a1 a Khoảng cách trục d1  d m  ( z2  q ) 2   Góc nghiêng bánh vít Góc ôm trục vít bánh vít 6m z1  sin   b2 , thông thường 2  1000 d a1  0,5m 5.2.2 Trường hợp có dòch chỉnh Để chọn khoảng cách trục a theo tiêu chuẩn, ta cần phải dòch chỉnh Vì cắt bánh vít không dòch chỉnh dòch chỉnh dùng dao có hình dạng kích thước giống trục vít, nên dòch chỉnh tiến hành bánh vít Bm Thiết kế máy -66- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 5: Bộ truyền trục vít-bánh vít - Hệ số dòch chỉnh xác đònh theo công thức: x a  0,5 ( z2  q) m (5.1) Để đảm bảo điều kiện không cắt chân nhọn đỉnh răng, hệ số dòch chỉnh:  0,7  x  0,7 - Đường kính vòng lăn trục vít: d w1  (q  x) m (5.2) d a  ( z2   x) m (5.3) d f  ( z2  2,4  x) m (5.4) - Đường kính vòng đỉnh bánh vít: - Đường kính vòng đáy bánh vít: - Các kích thước lại không thay đổi dòch chỉnh 5.3 TỈ SỐ TRUYỀN, VẬN TỐC VÒNG VÀ VẬN TỐC TRƯT 5.3.1 Tỉ số truyền - Tỉ số truyền truyền trục vít: u n1 z2  n2 z1 (5.5) Tỉ số truyền chọn theo dãy tiêu chuẩn sau, giá trò u thực tế không sai lệch 4% so với giá trò tiêu chuẩn: Dãy Dãy 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80 9; 11,2; 14; 18; 22,4; 28; 35,5; 45; 56; 71 5.3.2 Vaän tốc vòng - Trong truyền trục vít, vận tốc vòng trục vít bánh vít có phương vuông góc - Vận tốc vòng trục vít: v1  d1n1 60000 (5.6) - Vận tốc vòng bánh vít: v2  d n2 60000 (5.7) đó, n1 , n2 : số vòng quay trục vít bánh vít, (vòng/phút), d1 , d : đường kính trục vít bánh vít, (mm) Bm Thiết kế máy -67- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 5: Bộ truyền trục vít-bánh vít 5.3.3 Vận tốc trượt Hình 5.6 Phương, chiều vận tốc trượt - Khi truyền động, mặt ren trục vít trượt bề mặt bánh vít Vận tốc  trượt vs hướng theo phương tiếp tuyến đường xoắn ốc mặt ren trục vít vì: tg X  Thay u  v2 d n2 m z2 n2   v1 d1 n1 m q n1 (5.8) z2 z1 z   tg q z2 q (5.9) n1 z2 vào (5.8), ta được:  n2 z1 tg X   Suy X   , tức vs song song với trượt (phương tiếp tuyến đường xoắn ốc mặt ren trục vít) v1 z12  q  q (5.10) z12  q mn1 z12  q  60000 q 19100 (5.11) v vs   cos  - Ta coù: v1 1  tg 2  vs  d1n1 - Vận tốc trượt lớn vận tốc vòng vs  v1 mà cos   cos  - Khi thiết kế, ta chọn sơ giá trò vs theo công thức thực nghiệm sau: vs  (0,02  0,05) 1  (3,7  4,6) n1 10000 T2 (5.12) đó, 1 : vận tốc góc trục vít, rad/s, n1 : số vòng quay trục vít, vòng/phút, T2 : moment xoắn bánh vít, Nmm, - Ta chọn cấp xác cho truyền trục vít theo vận tốc trượt bảng 7.4, trang 278, tài liệu [1] Bm Thiết kế máy -68- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 5: Bộ truyền trục vít-bánh vít 5.4 HIỆU SUẤT BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT - Hiệu suất truyền trục vít trục vít dẫn động (giảm tốc) xác đònh theo công thức:  tg tg (   ' ) (5.13) với  '  arctg f ' góc ma sát thay Hệ số ma sát thay f ' phụ thuộc vào vận tốc trượt, xác đònh theo bảng 7.5, trang 280, tài liệu [1] vật liệu trục vít thép bánh vít đồng có thiếc - Khi kể đến mát công suất khuấy dầu thì:   (0.9  0,95) tg tg (   ' ) (5.14) Như vậy, tăng  hiệu suất truyền tăng,  < 250  Trục vít làm thép, bánh vít làm đồng thanh: f '   Trục vít thép, bánh vít làm gang: f '  0,048 , 36 vs 0,06 , 36 vs - Khi tính toán sơ chưa biết vs , hiệu suất truyền trục vít tính theo tỉ số truyền theo hệ số ma sát thay sau:   0,9(1  u ) 200    2,875 f ' ( (5.15) 1  ) z1 z2 (5.16) - Hiệu suất truyền trục vít bánh vít dẫn động (tăng tốc) xác đònh theo công thức:  tg (   ' ) tg (5.17) Neáu    '   Vậy, truyền trục vít tự hãm    ' 5.5 PHÂN TÍCH LỰC TÁC DỤNG 5.5.1 Lực tác dụng Bm Thiết kế máy -69- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 5: Bộ truyền trục vít-bánh vít Hình 5.7 Lực tác dụng lên truyền trục vít a) Sơ đồ lực; b) Mặt cắt dọc trục vít; c) Lực tác dụng lên trục vít Lực vòng Ft Lực ăn khớp Lực dọc trục Fa Lực hướng tâm Fr - Lực vòng trục vít lực dọc trục bánh vít: Ft1  Fa2  T1 d1 (5.18) T2 d2 (5.19) - Lực vòng bánh vít lực dọc trục trục vít: Ft2  Fa1  - Lực hướng tâm trục vít bánh vít nhau: Fr1  Fr2  Ft1 tg (5.20) - Trong caùc công thức trên, T1 moment xoắn trục vít T2 moment xoắn bánh vít Giữa T1 T2 có mối liên hệ sau: T2  T1. u (5.21) - Qui tắc xác đònh phương, chiều lực tác dụng lên truyền trục vít tương tự truyền bánh 5.5.2 Tải trọng tính Đối với truyền trục vít, hệ số tải trọng tính tính toán theo ứng suất tiếp xúc ứng suất uốn nhau: K H  K F  Kv K  Bm Thiết kế máy -70- (5.22) TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 5: Bộ truyền trục vít-bánh vít đó, K v : hệ số tải trọng động (tra bảng 7.6, trang 283, tài liệu [1]), K  : hệ số tập trung tải trọng, tải trọng không đổi K   ; tải trọng thay đổi K   1,06 1,2 Giá trò K  lớn q nhỏ z lớn 5.6 CÁC DẠNG HỎNG VÀ CHỈ TIÊU TÍNH 5.6.1 Các dạng hỏng Bộ truyền trục vít có dạng hỏng giống truyền bánh Tuy nhiên, vận tốc trượt lớn nên dạng hỏng chủ yếu truyền trục vít dính mòn  Hiện tượng dính: hạt (mảng) kim loại bánh vít bò dứt dính chặt vào mặt ren trục vít (ren trục vít có độ rắn cao hơn), khiến mặt ren trục vít trở nên sần sùi, làm mài mòn nhanh mặt bánh vít  Mòn bề mặt răng: có tượng trượt bề mặt tiếp xúc nên làm giảm tuổi thọ độ xác truyền Răng bánh vít mòn nhiều bò gãy  Tróc rỗ bề mặt răng: xảy chủ yếu truyền làm vật liệu có độ bền chống dính cao (như đồng thanh) 5.6.2 Chỉ tiêu tính  Tính theo độ bền tiếp xúc: để tránh tượng dính  Tính theo độ bền uốn: để tránh mòn nhiều gây gãy Bộ truyền trục vít tính toán chủ yếu theo độ bền tiếp xúc, kiểm tra theo độ bền uốn Chỉ bánh vít có số lớn ( z2  100) modun nhỏ, truyền quay tay tính theo độ bền uốn chủ yếu 5.7 VẬT LIỆU CHẾ TẠO TRỤC VÍT, BÁNH VÍT (SV tự đọc tài liệu [1])  Trục vít: - Thép C45 : bề mặt đạt độ rắn 40÷48 HRC - Thép 20,15: thấm than  Bánh vít: - Nếu vs  m/s : đồng thieác - Neáu  vs  m/s : đồng không thiếc - Nếu vs  m/s : gang xám gang biến tính 5.8 TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT 5.8.1 Ứng suất cho phép a Ứng suất tiếp xúc cho phép:  Bánh vít có chế tạo từ đồng thiếc (b < 300 Mpa): ứng suất tiếp xúc cho phép chọn theo điều kiện chống tróc rỗ bề mặt Bm Thiết kế máy -71- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 5: Bộ truyền trục vít-bánh vít (5.23) [ H ]  (0,76  0,9)  b K HLCv đó,  b : giới hạn bền kéo vật liệu, tra bảng 7.8, trang 285, tài liệu [1], Cv : hệ số xét đến ảnh hưởng vận tốc trượt, tra bảng 7.9, trang 285, tài liệu [1], K HL : hệ số tuổi thọ xác đònh theo công thức: K HL  10 N HE T   60  2i  niti i 1  T2  N N HE (5.24) (5.25) với N HE : số chu kỳ làm việc tương đương, N HE  2,6.108 lấy N HE  2,6.108 chu kyø, ni , T2i , ti : số vòng quay phút, moment xoắn bánh vít thời gian làm việc tính chế độ làm việc thứ i, T2 : moment lớn giá trò T2i  Bánh vít có chế tạo từ đồng thiếc (b > 300 Mpa): ứng suất tiếp xúc cho phép chọn theo điều kiện chống dính, phụ thuộc vào vs : [ H ]  (276  300)  25 vs (5.26) [ H ]  (176 200)  35vs (5.27)  Bánh vít làm gang: b Ứng suất uốn cho phép:  Bánh vít đồng thanh, quay chiều 106 [ F ]  (0,25 ch  0,08 b ) N FE (5.28) đó,  ch ,  b : giới hạn chảy giới hạn bền vật liệu, tra bảng 7.8, trang 285, N FE tài liệu [1], : số chu kỳ tải trọng tương đương xác đònh theo công thức: N FE T   60  2i  niti i 1  T2  N (5.29) với ni , T2i , ti : số vòng quay phút, moment xoắn bánh vít thời gian làm việc tính chế độ làm việc thứ i, T2 : moment lớn giá trò T2i Nếu N FE  2,6.108 lấy N FE  2,6.108 ; N FE  106 lấy N FE  106 Bm Thiết kế máy -72- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 5: Bộ truyền trục vít-bánh vít  Bánh vít gang - Bánh vít quay chiều: [ F ]  0,12 bF (5.30) [ F ]  0,075 bF (5.31) - Bánh vít quay hai chiều : với  bF giới hạn bền uốn vật liệu 5.8.2 Tính toán truyền trục vít - Công thức thiết kế: (tính khoảng cách trục a)  q   170  T2 K H  a  1     z2   [ H ]  q / z2  (5.32) đó, q : hệ số đường kính, T2 : moment xoắn bánh vít, Nmm, q Tỉ số  0,26 , z2 K H : hệ số tải trọng tính tính theo (5.22) Sau có khoảng cách trục a, ta tính modun m theo công thức: m  2a z2  q (5.33) Chọn m theo giá trò tiêu chuẩn, tính lại khoảng cách trục a Nếu có yêu cầu, ta chọn a theo tiêu chuẩn, cần thiết phải dòch chỉnh - Công thức kiểm tra bền: F  1,5.T2 YF K F  [ F ] z2 qm3 (5.34) đó, K F : hệ số tải trọng tính tính theo (5.22), YF : hệ số dạng phụ thuộc vào số tương đương ( zv  z2 / cos  ) , tra baûng 7.10, trang 291, tài liệu [1], [ F ] : ứng suất uốn cho phép, Mpa - Trường hợp truyền hở, quay tay số bánh vít lớn ( z2  100) : ta thiết kế bánh vít theo độ bền uốn Khi xác đònh modun theo công thức sau: m  Bm Thiết kế máy 1,5.T2 YF K F z2 q [ F ] -73- (5.35) TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 5: Bộ truyền trục vít-bánh vít 5.9 TÍNH TOÁN NHIỆT Do làm việc với ma sát lớn nên truyền trục vít sinh nhiều nhiệt làm dầu bôi trơn bò nóng lên Khi nhiệt độ dầu vượt qua giá trò cho phép [tmax]=950C làm giảm độ nhớt dầu tượng dính xảy Do đó, cần phải tính toán nhiệt theo phương trình cân nhiệt sau: (5.36) 1000 P1 (1  )  A KT (t  t0 ) (1  ) đó, P1 : công suất trục vít, kW,  : hiệu suất truyền, A : diện tích bề mặt tỏa nhiệt (vách hộp), m , KT : hệ số tỏa nhiệt có giá trò 12 18 W /( m2 C ) , t : nhiệt độ dầu, C , t0 : nhiệt độ môi trường, C ,  : hệ số tỏa nhiệt qua bệ máy (đáy), thông thường 0,3 Từ công thức (5.36), ta suy công thức xác đònh nhiệt độ dầu bôi trơn làm việc: t  t0  1000 P1 (1   )  [t ] A KT (1  ) (5.37) với [t ]  75  850 C : nhiệt độ cho phép dầu bôi trơn Để giảm t phải tăng cường biện pháp thoát nhiệt làm giàn tỏa nhiệt, quạt, nước làm nguội… 5.10 KẾT CẤU VÀ BÔI TRƠN BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT 5.11 TRÌNH TỰ THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT (SV tự đọc tài liệu [1]) (SV tự đọc tài liệu [1]) Thông số đầu vào: công suất P1 , vận tốc góc 1 , 2 (hoặc số vòng quay n1 tỉ số truyền u ), điều kiện làm việc truyền Thực theo bước sau: Xác đònh tỉ số truyền u  1 2 Dự đoán vận tốc trượt vs theo công thức (5.12) Chọn vật liệu bánh vít, trục vít, phương pháp chế tạo, nhiệt luyện, cấp xác Tính ứng suất cho phép [ H ] [ F ] theo mục 5.8.1 Bm Thiết kế máy -74- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 5: Bộ truyền trục vít-bánh vít Chọn số mối ren z1 , hệ số đường kính q Tính z2  u z1 Tính xác tỉ số truyền u Chọn sơ  theo công thức (5.15) Tính khoảng cách trục a theo độ bền tiếp xúc theo công thức (5.32) Tính modun theo công thức (5.33) chọn m theo tiêu chuẩn Sau tính lại khoảng cách trục a Nếu a tiêu chuẩn ta tiến hành dòch chỉnh bánh vít Nếu truyền hở, quay tay số bánh vít lớn ta tính modun theo công thức (5.35) Xác đònh kích thước truyền Kiểm nghiệm vận tốc trượt theo (5.11), hệ số tải trọng theo bảng 7.6, trang 283, tài liệu [1], hiệu suất theo (5.14) Nếu vật liệu bánh vít chế tạo từ đồng có độ rắn cao gang thí tính toán lại giá trò [ H ] với vs vừa tìm Giá trò vừa tính không lớn 5% giá trò sơ mục 10 Xác đònh số tương đương bánh vít zv Chọn hệ số YF2 theo bảng 7.10, trang 291, tài liệu [1] kiểm nghiệm ứng suất uốn bánh vít theo (5.34) 11 Tính toán nhiệt theo (5.37) 12 Chọn dầu bôi trơn theo bảng 7.12, trang 295, tài liệu [1] Bm Thiết kế máy -75- TS Bùi Trọng Hiếu