Giáo trình chế tạo máy - DR Phương
Chi tieát maùy Chương VICHƯƠNG 6BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT6.1. KHÁI NIỆM6.1.1. Nguyên lý làm việc: Hoạt động theo nguyên lý ăn khớp truyền chuyển động và công suất giữa hai trục chéo nhau.6.1.2. Phân loại:- Theo hình dạng mặt chia của trục vít: Trục vít trụ, trục vít Globoid (trục vít lõm).- Theo hình dạng ren của trục vít:+ Trục vít Archimedes: giao tuyến giữa mặt ren và mặt phẳng chứa đường tâm trục là đường thẳng. Giao tuyến giữa mặt ren và mặt phăng vuông góc với đường tâm trục là đường xoắn Archimedes.+ Trục vit Convolute: Giao tuyến giữa mặt ren và mặt phẳng vuông góc với phương ren là đường thẳng. Giao tuyến giữa mặt ren và mặt phăng vuông góc với đường tâm trục là đường xoắn Convolute.+ Trục vít thân khai: giao tuyến giữa mặt ren và mặt pháp tuyến với mặt trụ cơ sở là đường thẳng. Giao tuyến giữa mặt ren và mặt phăng vuông góc với đường tâm trục là đường thân khai.- Theo số mối ren:+ Trục vít một mối ren.+ Trục vít nhiều mối ren.70 Chi tiết máy Chương VI6.1.3. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụngƯu điểm-Tỉ số truyền lớn.-Làm việc êm, khơng ồn.-Có khả năng tự hãm.-Có độ chính xác động học cao.Nhược điểm-Hiệu suất thấp, sinh nhiệt nhiều.-Vật liệu chế tạo bánh vít bằng kim loại màu để giảm ma sát nên đắt tiền.Phạm vi sử dụng-Chỉ sử dụng cho cơng suất bé (< 60KW).-Có tỉ số truyền lớn nên sử dụng rộng rãi trong các cơ cấu phân độ.-Có khả năng tự hãm nên thường sử dụng trong các cơ cấu nâng: trục, tời, …6.2. THƠNG SỐ HÌNH HỌC6.2.1. Trường hợp khơng dịch chỉnhTrong trường hợp này thì đường kính vòng lăn bằng đường kính vòng chia.a. Trục vít- Góc biên dạng ren: α = 200- Mođun dọc trục vit hay modun ngang bánh vít m được tiêu chuẩn hốDãy 1 m(mm= 1;1.25;1.6;2;2.5;3.15;4;5;6.3;8;10;12.5;16;20;25Dãy 1 m(mm) = 1.5;3;3.5;6;7;12- Bước dọc trục vít p:π= mp- Hệ số đường kính q : được xác định theo cơng thứcmdq1=và chọn theo tiêu chuẩn: 8; 10 (khơng dùng với m = 2); 12,5 (khơng dùng với m = 2,5); 16; 20.- Đường kính vòng chia trục vít: mqd1=- Bước xoắn vít: pzp11z=.- Góc nâng ren vít:qzdmzdzmdptg1111111z==ππ=π=γ(6.1)71 Chi tiết máy Chương VI- Đường kính vòng đỉnh da1 và vòng đáy:m4,2ddm2dd11f11a−=+=(6.2)- Chiều dài phần cắt ren trục vít: 2211zCCb +≥. Các giá trị C1 và C2 xác định như sau:+ Nếu z1 = 1, 2 ⇒ C1 = 11 và C2 = 0.06+ Nếu z1 = 4 ⇒ C1 = 12,5 và C2 = 0.09b. Bánh vít- Góc nghiêng răng bánh vít: β = γ- Các đừơng kính bánh vít:m4,2ddm2ddmzd22f22a22−=+==(6.3)z2 ≥ 28 để tránh cắt chân răng- Khoảng cách trục2)qz(ma2w+=(6.4)- Chiều rộng bánh vít b2 và đường kính ngồi daM2Z11 2 4daM2≤ da2 + 2m≤ da2 + 1,5m≤ da2 + mb2≤ 0,75da1≤ 0,67da1- Góc ơm bánh vít 2δ = 10006.2.2. Trong trường hợp có dịch chỉnh- Thơng thường giá trị khoảng cách trục aw của hộp giảm tốc trục vít có giá trị tiêu chuẩn: 40; 50; 63; 80; 100; 125; 140; 160; 180; 200; 225; 315; 355; 400; 450; 500.- Nếu khơng u cầu thiết kế hộp giảm tốc tiêu chuẩn, ta có thể lấy aw bất kỳ.- Để làm tròn giá trị khoảng cách trục ta phải dịch chỉnh răng và chỉ tiến hành dịch chỉnh đối với bánh vít vì khi cắt bánh vít dùng dao có hình dạng và kích thước giống trục vít.+ Đường kính vòng lăn trục vítm)x2q(d1w+=72 Chi tieát maùy Chương VI+ Hệ số dịch chỉnhm)x2zq(5,0a)zq(5,0max2w2w++=⇒+−=Để không cắt chân răng, hệ số dịch chỉnh trong khoảng ± 0,7+ Đường kính trục vít khi dịch chỉnhm)x24,2z(dm)x22z(d22f22a+−=++=6.3. ĐỘNG HỌC TRUYỀN ĐỘNG TRỤC VÍT6.3.1. Tỉ số truyền2112nnzzu==(6.8)Số mối ren được chọn theo tỉ số truyền:u = 8…15 ⇒ z1 = 4 u = 16…30 ⇒ z1 = 2 80 ≥ u ≥ 30 ⇒ z1 = 1thông thường tỉ số truyền được họn theo dãy tiêu chuẩn:Dãy 1 8; 10; 12.5; 16; 20; 25; 31.5; 40; 50; 63; 80Dãy 1 9; 11.2; 14; 18; 22.4; 28; 35.5; 45; 56; 71 6.3.2. Vận tốc vòngĐược xác định theo công thức:)s/m(000.60ndv)s/m(000.60ndv222111π=π=(6.9)n1, n2 – số vòng quay của trục vít (vg/phút)73 Chi tiết máy Chương VI6.3.3. Vận tốc trượtv1vsv2Bánh vít Tr?c vít- Khi chuyển động mặt ren của trục vít trượt trên mặt ren của bánh vít với vận tốc trượt Vs theo hướng tiếp tuyến của đường xoắn ốc trên mặt ren trục vít.- Vận tốc trượt xác định theo cơng thức sau:γ=+=cosvvvv12221s(6.10)Với 60000ndvqqztg1cos1111222122π=+=γ+=γTa có 2211sqz19500mnv+=(6.11)- Khi thiết kế có thể tính sơ bộ theo cơng thức thực nghiệm sau:3241sT10n5,4v=(6.12)T2 – mơmen xoắn trên bánh vít (N.m)n1 – số vòng quay trên trục vít (vg/p)- Điều kiện bơi ma sát ướt hình thành giữa các bề mặt có khe hở hình chêm theo hường vận tốc trượt. Trong bộ truyền trục vít tại vùng tâm ăn khớp, vận tốc trượt nằm dọc theo đường ăn khớp nên giữa hai bề mặt tiếp xúc khơng có khe hở hình chêm nên điều kiện bơi trơn ma sát ướt khơng thỗ → các bề mặt trực tiếp tiếp xúc nhau. Chỉ có chế độ bơi trơn ma sát nữa ướt trong vùng gần tâm ăn khớp.74 Chi tiết máy Chương VI6.4. LỰC TÁC DỤNG VÀ TẢI TRỌNG TÍNH6.4.1. Lực tác dụngLực vòng trục vít = lực dọc trục bánh vít:112a1tdT2FF ==(6.18)Lực vòng bánh vít bằng lực dọc trục trục vít:221a2tdT2FF==(6.19)Lực hướng tâm bánh vít = trục vít α==tgFFF2t2r1r(6.20)Lực pháp tuyến:γα=coscosFF2tn(6.21)Mối liên hệ giữa Ft1 và Ft2:)'(tgFF2t1tϕ+γ=T1, T2 – lần lược là mơ men xoắn trên trục vít và bánh vítη=uTT126.4.2. Tải trọng tínhĐối với bộ truyền trục vít, hệ số tải trọng tính khi tính tốn theo ứng suất uốn và tiếp bằng nhau:β==KKKKvFHKV – Hệ số tải trọng độngKβ - Hệ số tập tring tải trọngBộ truyền trục vít làm việc êm, khơng ồn nên hệ số tải trọng động khơng lớn. o Khi v ≤ 3m/s → KV = 1o Khi v > 3m/s → KV = 1 1,3Đối với bộ truyền trục vít, do khả năng chạy rà tốt nên giảm sự phân bố khơng đều tải trọng. o Khi tải trọng ngồi khơng đổi → Kβ = 1o Khi tải trọng ngồi thay đổi → Kβ = 1,06 1,275 Chi tieát maùy Chương VI6.5. VẬT LIỆU VÀ ỨNG SUẤT CHO PHÉP6.5.1. Vật liệu chế tạo trục vít, bánh vít6.5.2. Ứng suất cho phépa. Ứng suất tiếp xúc cho phép Bánh vít có răng chế tạo từ đồng thanh thiếc: (σ < 300Mpa)vHLbHCK)9,0 .76,0(][σ=σσb – giới hạn bền kéo của vật liệuCV – hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc trượtKHL – hệ số tuổi thọHệ số (0,75 0,9) được chọn theo độ rắn của trục vít. Khi NH0 =107 thì (0,76 …0,9) σb là ứng suất cho phép Hệ số CV xác định phụ thuộc vào vận tốc trượt vs:VS≤ 12 3 4 5 6 7≥ 8CV 1,331,211,111,020,950,880,830,8Hệ số tuổi thọ KHL xác định theo công thức:8HE7HLN10K=NHE : số chu kỳ làm việc tương đương, xác định theo công thức:iiN1i42i2HEtnTT60N∑==ni, T2i, ti – số vòng quay trong một phút, moment xoắn trên bánh vít và thời gian tính bằng giờ trong chế độ làm việc thứ iT2 – moment lớn nhất trong các giá trị T2Nếu NHE ≥ 2,6.108 thì lấy NHE = 2.6.108 chu kỳBánh vít có răng chế tạo từ động thanh không có thiếc (σb>300Mpa)Ứng suất tiếp xúc cho phép chọn theo điều kiện chông dính, phụ thuộc vào vs:sHv25)300 .276(][−=σ(6.35)Bánh vít làm bằng gangsHv35)200 .176(][−=σ(6.36)Ứng suất tiếp xúc cho phép khi kiểm tra quá tảiĐồng thanh thiếc: [σHmax] = 4σchĐồng thanh không thiếc: [σHmax] = 2σchGang: [σHmax] = 1,654σbFσbF – giới hạn bền uốn76 Chi tieát maùy Chương VIb. Ứng suất uốn cho phép Bánh vít bằng đồng thanh quay một chiều9FE6bchFN10)08,025,0(][σ+σ=σ(6.37)σch, σb – tra bảng 6.1[1]NFE – số chu kỳ làm việc tương đương, xác định theo công thức sau:∑==N1iii92i2FEtnTT60N(6.38)ni, T2i, ti – số vòng quay trong một phút, moment xoắn trên bánh vít và thời gian tính bằng giờ trong chế độ làm việc thứ iT2 – moment lớn nhất trong các giá trị T2Nếu NFE ≥ 2,6.108 thì lấy NFE = 2.6.108 chu kỳNếu NFE ≤ 106 thì lấy NFE = 106 chu kỳBánh vít bằng gang Bánh vít quay một chiều: [σF] = 0,12σbFBánh vít quay hai chiếu: nhân giá trị trên cho 0,8Ứng suất uốn cho phép khi quá tảiĐối với đồng thanh: [σFmax] = 0,8σchĐối với gang: [σFmax] = 0,6σbF6.6. HIỆU SUẤT BỘ TRUYỀN TRỊC VÍTHiệu suất xác định theo công thức:)'(tgtg95,0ϕ+γγ=ηϕ’ – góc ma sát thay thế. tgϕ’ = f’ – hệ số ma sát thay thế.Trục vít làm bằng thép, bánh vít làm bằng đồng thanh:36,0sv048,0'f=Trục vít bằng thép, bánh vít làm bằng gang:36,0sv06,0'f=Như vậy, khi tăng γ thì hiệu suất bộ truyền tăng và đạt giá trị cực đại khi γ = 280.77 Chi tiết máy Chương VIKhi bánh vít dẫn động, hiệu suất được xác định:γϕ+γ=ηtg)'(tg95,0Khi tính tốn sơ bộ vì chưa biết vs và γ, hiệu suất bộ truyền trục vít tính theo tỉ số truyền như sau:)200u1(9,0−=η6.7. CÁC DẠNG HỎNG VÀ CHỈ TIÊU TÍNHHiện tượng dính: hiện tượng này làm cho bề mặt ren sần sùi, gay mài moon nhanh bánh vítMòn: do hiện tượng trượt trên bề mặt tiếp xúc nên giảm tuổi thọ và độ chính xác của bộ truyềnTróc rỗ bề mặt: xảy ra trên bộ truyền làm bằng vật liệu chống dính caoGãy răng trục vít: chỉ xảy ra khi răng bị moonBiến dạng dẽo bề mặt răng bánh vít: chỉ xảy ra khi q tải* Do vận tốc trượt lớn, nên các dạng hỏng chủ yếu trên trục vít là : mòn, dính và được tính theo độ bền tiếp xúc và độ bền uốn vì chưa có cơng thức tính thỏa đáng. Tính tốn ứng suất uốn chỉ mang tính chất kiểm nghiệm* Tính tốn bằng ứng suất uốn cho trường hợp số răng bánh vít z2 > 100 và modun nhỏ, hoặc trong những bộ truyền quay tay.6.7.1. Tính bền theo ứng suất tiếp xúc][Eq418,0HvnHσ≤ρ=σ[σH] – ứng suất tiếp xúc vật liệu chế tạo bánh vít (Mpa)qn – cường độ tải trọngρv – bán kính cong tương đươnga. Bán kính cong tương đươngBánh vít ăn khớp với trục vít tương tự bánh răng nghiêng ăn khớp với bánh răng nghiêng ( ρv1 = ∞). Bán kính cong tương đương được xác định theo cơng thức sau:αγ=ρ=ρ+ρ=ρ sindcos21111222v2v1vvthơng thường γ = 100 và α = 200b. Cường độ tải trọngHHnnlKFq =KH – hệ số tải trọng tínhFn – lực pháp tuyến78 Chi tieát maùy Chương VIlH – tổng chiều dài tiếp xúcγε=εαcosbKlHKε - hệ số tính đến sự giảm chiều dài đường tiếp xúc, Kε = 0,75εα - Hệ số trùng khớp ngang có giá trị 1,8…2,2. Xác định theo công thức:95,29,2z17,01zz03,02222+−++=εαb – chiếu dài răng bánh vít3602db1δπ=thông thường 2δ = 1000 và giá trị εα =1,8, nên:γ=cosd2,1l1Hαγ=coscosFF2tnThay các giá trị vào (7.29), Ta có:α=cosd2,1KFq1H2tnc. Modun đàn hồi tương đươngE:2121EEEE2E+=Nếu trục vít làm bằng thép: E1 = 2,1.105 Mpa, bánh vít làm bằng gang hoặc đồng thanh: E2 = 0,9.105 Mpa thì E = 1,27.105 Mpa.Thay các giá trị ρ, qn, E vào với α = 200, γ = 100, εα = 1,8 ta có:][dKTd480H1H22Hσ≤=σKhoảng cách trục:32H22H2w)z/q(KT][170)zq1(aσ+=T2 – moment xoắn trên bánh vítq- hệ số đường kínhz2 – số răng bánh vítXác định mô đun:qza2m2w+=Chọn m theo giá trị tiêu chuẩn, sau đó xác định lại aw6.7.2. Tính bền bánh vít theo ứng suất uốn79 [...]... phép của dầu bôi trơn Có giá trị 76 900C 6. 8.2 Tính toán trục vít theo độ cứng Độ võng trục vít được xác định theo công thức: f= l3 Fr2 + Ft2 1 1 48EIe ≤ [f ] (6. 41) Trong đó: Ie là moment quán tính mặt cắt trục vít (mm4) (0,375 + 0 ,62 5 Ie = d a1 ) df 1 64 [f] = (0.001…0.005) m m – mođun trục vít 6. 9 TRÌNH TỰ THIẾT KẾ TRỤC VÍT 1 Dự đoán vận tốc trượt Chọn vật liệu chế tạo bánh vít, trục vít… 2 Xác định... cos γ - môđun trong mặt phẳng pháp b2 – chiều rộng bánh vít, mm [σF] – ứng suất uốm cho phép YF – hệ số dạng răng, phụ thuộc vào số răng tương đương zv 20 24 26 YF 1,9 1.8 1.8 8 8 5 zv 40 50 60 YF 1.5 1.4 1.4 5 8 0 Vì b2 = 0,7d1 nên: σF = 28 1.8 80 1.3 4 30 1.7 6 100 1.3 0 32 1.7 1 150 1.2 7 35 1 .6 4 300 1.2 4 zv = z2F cos3 γ 37 1 .61 0,7T2 YFK F ≤ [σ F ] d 2d1m n 6. 8 TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT 6. 8.1... theo phương trình cân bằng nhiệt sau: 1000P1 (1 − η) = K T ( t 1 − t 0 ) A(1 + ψ ) trong đó: η - hiệu suất bộ truyền P1 – công suất trên trục vít 2 0 KT – hệ số tỏa nhiệt có giá trị từ 12 …18(W/m C) 2 2 A – diện tích bề mặt thoát nhiệt (m ) có giá trị A = 20a w 0 t1 – nhiệt độ dầu ( C) 0 t0 – nhiệt độ môi trường xung quanh ( C) ψ - hệ số thoát nhiệt qua bệ máy, thông thường ψ = 0,3 80 Chương VI.. .Chương VI Vì ren trục vít được chế tạo theo hình dạng và vật liệu bền hơn bánh vít rất nhiều nên ta chỉ tính bền uốn răng bánh vít Do răng bánh vít cong nên tính toán kác phức tạp Chi tieát maùy Trong thực tế, người ta... 2a w z2 + q Chọn mođun theo tiêu chuẩn và tính lại khoảng cách trục 5 Kiểm nghiệm vận tốc trượt, hệ số tải trọng tính, hiệu suất 6 kiểm nghiệm ứng suất uốn của bánh vít 7 Xác định kích thước chính của bộ truyền 8 Kiểm nghiệm độ bền thân trục vít theo hệ số an toàn như trong chương trục 9 Tính nhiệt 10 kiểm tra độ cứng trục vít 81 . 2,5); 16; 20 .- Đường kính vòng chia trục vít: mqd1 =- Bước xoắn vít: pzp11z= .- Góc nâng ren vít:qzdmzdzmdptg1111111z==ππ=π=γ (6. 1)71 Chi tiết máy Chương VI- Đường. truyền lớn.-Làm việc êm, khơng ồn.-Có khả năng tự hãm.-Có độ chính xác động học cao.Nhược điểm-Hiệu suất thấp, sinh nhiệt nhiều.-Vật liệu chế tạo bánh vít