Chuong 7 BO TRUYEN TRUC ViT Các ký hiệu Ky hiệu Đơn vị Đại lượng (1) (2) (3) A mn? Diện tích bể mặt thoát nhiệt aw mm Khoảng cách trục bs mm Chiều dài phần cắt ren trục vít bạ mm Chiểu rộng bánh vít CQ Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc trượt dh, de mm Đường kính vòng chia trục vít và bánh vít
dat, daz mm Đường kính vòng đỉnh trục vít và bánh vít
dame mm, Đường kính ngoài bánh vít
đột, do2 mm Đường kính vòng cơ sở trục vít và bánh vít
đa, dạ mm Đường kính vòng đáy trục vít và bánh vít đạt, dự2 mm Đường kinh vòng lăn trục vít và bánh vít
.E MPa Môđun đàn hồi tương đương
Ey, Es MPa Môđun đàn hồi vật liệu trục vít va banh vit mm Độ võng trục vít
f Hệ số ma sát thay thế
Fas, Fez N Lực dọc trục trên trục vít và bánh vít
Fat, Fre N Lực pháp tuyến trên trục vít và bánh vít Fa, Fre N Lực hướng tâm trên trục vít và bánh vít Fr Fe N Lực vòng trục vít và bánh vít
l mm* Mômen quán tính tương đương mặt cắt trục vít
Kp Hệ số tập trung tải trọng ˆ
K, - Hệ số tính đến sự giảm chiều dài tiếp xúc
Ku, Ke Hệ số tải trọng tính ứng suất tiếp xúc và uốn
Kune, Kre Hệ số chế độ tải trọng
Kr Kev Hệ số tuổi thọ
Ky Hệ số sử dụng bộ truyền trong một ngày Kem Hệ số sử dụng bộ truyền trong một năm
Kr W/wf°Cj| Hệ số tỏa nhiệt
Trang 2270 Chương 7 (1) (2) (3) L Tuổi thọ tính bằng năm ty Tổng chiếu dài tiếp xúc m mm Médun doc trục vít mu, mẹ Chỉ số mũ phương trình đường cong mỏi tiếp xúc và uốn mạ mm Mỏđun pháp bánh vít
Nuno, Neo Số chu kỳ cơ sở khi tĩnh ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép Nue, Nee Số chu kỳ làm việc tương đương khi tính ứng suất tiếp xúc và ứng
suất uốn cho phép
Pp mm Bước dọc trục vít Đại mm Bước xoắn ốc
q Hệ số đường kinh
Qn Nénm Cugng độ tải trọng
to độ Nhiệt độ môi trường chung quanh tị độ Nhiệt độ làm việc của dầu bồi trơn {tì độ Nhiệt độ làm việc cho phép
Vs m/s Vận tốc trượt
x Hệ số dịch chỉnh bánh vít
Yp Hệ số xét đến ảnh hưởng của góc nghiêng răng ve Hệ số xét đến ảnh hưởng của trủng khớp ngang Ye Hệ số dạng răng Bán kính cong tương đương a độ Góc biên đạng ren vít Y độ Góc nâng ren vít (góc xoắn ốc) độ Góc nghiêng răng bánh vít độ Góc ôm bánh vít 9 độ Góc ma sát thay thế ta Hệ số trùng khớp ngang
Pr, Pe Bán kính cong bể mặt ren trục vít và răng bánh vít
Sch Tb, SbF MPa Giới hạn chảy, bền kéo và bến uốn
G,ƠF MPa_ | Ứng suất tiếp xúc và uốn tính toán
[on] [oF] MPa Ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép bánh vít
re], ÍøEmeÏl - MPa Ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép bánh vít khi quá tải
Trang 3Bộ truyền trục vit 271
7.1 KHÁI NIỆM CHUNG
1- Công dụng
Bộ truyền trục vít - bánh vít, gọi tắt là bộ truyền trục vít, được xếp vào loại truyền động răng - vít, kết hợp giữa bộ truyền bánh răng và vít Bộ truyền trục vít dùng để truyền chuyển động và công suất cho hai truc chéo nhau Thông thường góc giữa hai trục là 90°
_ a) b)
Hình 7.1 Bộ truyền trục uít
Trong truyền động vít - đai ốc (H.7.2a), khi vít quay và cố định chiêu dọc trục thì đai ốc chuyển động tịnh tiến, trong bộ truyền trục
vít (H.7.2b) thì bánh vít xem như đai ốc chuyển động quay Hình 7.2 Vì có khả năng tự hãm nên chuyển động và công suất được truyền từ trục vít sang bánh vít (H.7.1) 3- Phân loại ;
Trang 4272 Chương 7 - Trục vít trụ: mặt chia trục vít là mặt trụ (H.7.3a) - Trục vít Globoid (trục vít lõm như hình 7.3b) a)
Hinh 7.3 a) Truc vit tru; b) Truc vit lim
Theo hình dạng ren của trục vít, bộ truyền trục vít được chia làm ba loại:
Truc vit Archimèede (H_T.4a): giao tuyến giữa mặt ren và mặt phẳng chứa đường tâm trục là đường thẳng Giao tuyến giữa mặt ren và mặt phẳng vuông góc đường tâm trục là đường xoắn Archimède
Truc vit Convolute (H.7.4b): giao tuyến giữa mặt ren và mặt
phẳng vuông góc phương ren là đường thẳng Giao tuyến giữa mặt ren và mặt phẳng vuông góc đường tâm trục là đường xoắn Convolute
Truc vit than khai (H.7.4c): giao tuyến giữa mặt ren và mặt phẳng tiếp tuyến với mặt trụ cơ sở là đường thẳng Giao tuyến của mặt ren và mặt
phẳng vuông góc đường tâm trục là đường xoắn thân khai (H.7.4c)
Hình 7.4 Cac dang truc vit tru
Trang 5Bộ truyền trục vít 273
Nếu gia công trục vít không cân mài thì sử dụng trục vít Archimède Nếu phải mài thì sử dụng trục vít thân khai
Theo số mối ren trên trục vít, bộ truyền trục vít chia ra hai loại: - Trục vít một mối ren
- Trục vít nhiều mối ren
Đối với bộ truyền trục vít truyền động thì số mối ren z¡ = 1, 2, 4 Trong một số trường hợp, có thể là 3 và 6 Số mối ren càng ít thì khả năng tự hãm càng cao
Trục vít có thể nằm ngang: trên, dưới, ngang so với bánh vít
hoặc thẳng đứng (H.3.10) 3- Ưu, nhược điểm
Uu điểm: TỶ số truyền lớn, làm việc êm, không ôn; có khả năng tự hãm, có độ chính xác động học cao
Nhược điểm:
- Hiệu suất thấp, sinh nhiệt nhiều do có vận tốc trượt lớn nên phải tính nhiệt cho bộ truyền trục vít và kèm theo các biện pháp làm nguội
- Vật liệu chế tạo bánh vít làm bằng kim loại màu để giảm ma
sát nên đắt tiền
4- Pham vi sử dụng
Bộ truyền trục vít do có hiệu suất thấp (khoảng 70+80%) nên chỉ sử dụng cho phạm vi công suất bé và trung bình (P < 60W), rất
hiếm khi đến 200&W Do tỷ số truyên lớn nên bộ truyền trục vít được
/ sử dụng rộng rãi trong các cơ cấu phân độ Vì có khá năng tự hãm
nên bộ truyền trục vít được sử dụng khá phổ biến trong các máy
nâng như cần trục, tời Tỷ số truyền bộ truyền trục vít một cấp nằm
trong khoảng từ 8+63 có khi đến 80 Trong một số trường hợp dùng
bộ truyền hai cấp, tỷ số truyền có thể đến 1000 Khi thiết kế hệ
thống truyền động bao gồm các cặp bộ truyền bánh răng và trục vít
thì nên bố trí trục vít ở cấp nhanh, vì như thế tăng vận tốc vòng trục
Trang 6274 Chuong 7
ăn khớp và giảm ma sát Để tránh quá nhiệt trong quá trình làm việc nên sử dụng bộ truyền trục vít trong hệ thống truyền động
chuyển động theo chu kỳ (không liên tục)
7.2 CÁC THÔNG SỐ HÌNH HỌC CHỦ YẾU
7.2.1 Trong trường hợp không dịch chỉnh
Bộ truyền trục vít giống như bộ truyền bánh răng, phân biệt ra đường kính vòng trụ lăn và đường kính vòng trụ chia:
đạy, đụ¿ - đường kính vòng lăn của trục vít và bánh vít
dì, d; - đường kính vòng chia của trục vít và bánh vít
Khi không có dịch chỉnh thì đụi = dị; d„¿ = de Điểm tiếp xúc giữa hai hình trụ lăn, người ta gọi là tâm ăn khớp
1- Truc vit
Các thông số hình học bộ truyền trục vít xác định tương tự bộ
truyền bánh răng Trong bộ truyền trục vít, sử dụng môđun dọc trục vít m (tiêu chuẩn) hay còn gọi là môđun ngang của bánh vít là tiêu chuẩn theo đấy sau (dãy 1 là dãy ưu tiên): Dãy 1: m (mm) | 1; 1/25; 1,8; 2; 2,8; 3,15; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20, 25 + Day 2: m (mm) | 1.5; 3; 3,5; 6; 7; 12 by Ä Ðp “20 : a = A fi— T 34 -[- HH ag = + + — 4 — ) SE a) fm b) Hình 7.6
ø) Mặt cắt dọc tục uít; b) Mặt cắt uuông góc trục uít
Trang 7Bộ truyền trục vít 275 Bảng 7.1 Các thông số hình học khác của trục 0ít Thông số hình học Công thức Góc biên dạng ren œ 20° Bước dọc trục vít p p=mr Möđun đọc trục vít m m=p/x Hệ số đường kính q (bảng 7.2) q= ct Số mối ren trục vít zt
Chiều cao đầu ren hại =m
Chiều cao chân ren hi = 1.2m
Đường kính vòng chia d;=mq
Đường kính vòng đỉnh dai = dị + 2m
Đường kính vòng đáy dis = dy ~ 2,4m
Bước xoắn ốc Per = Zip
Góc xoắn ốc vít (góc nàng ren vit} tor= Pri _ mmzy _ 2 y (H.7.6), thông thường góc y < 30° nO, - xửi q
Chiều dài phần cắt ren của trục vít | bị > (Cì +Czzz)m, các giá trị Cụ, C¿ xác định như sau:
(H.7.5a) Nếu z+ = 1 hoặc 2 thì Cị = 11 và Ca = 0,06 Nếu z) = 4 thi Cy = 12,5 và Ca = 0,09 1 Đạt Pas Rdy
Hinh 7.6 Góc xoắn Sc vit
Trang 8276 Chuong 7
2- Banh vit
Các thông số hình học bánh vit cho trong bang 7.3 va hinh 7.5b Bang 7.3 Cac thang sé hinh hoc banh vit
Théng 86 hinh hoc Công thức Đường kính vòng chia - da = mza
Đường kính vòng đỉnh daz = G2 + 2ha2 = m(Z2 + 2)
Đường kính vòng đáy da = dz — 2hy2 = m(Z2 ~ 2.4) Khoảng cách trục aw = 0,5(d2 + di) = 0.5m(q + 22) Đường kính lớn nhất bánh vít damz $ daz + 6m/(2; + 2) Khi z¡ = 1 hodc 2 thi be < 0,75da1 Chiều rộng bánh vít bạ z›= 4 ba<0,687da+ Góc ôm trục vít bởi bánh vít (H.7.5) sind = bz/(da; - 0,5m), thông thường 2ã = 100° Góc nghiềng răng bánh vít B=y
Số răng bánh vít z;¿ thông thường chon > 28 dé tránh hiện tượng cắt chân răng
7.2.2 Trong trường hợp có dịch chỉnh
Tiêu chuẩn có quy định giá trị œ„ và dãy giá trị tiêu chuẩn của khoảng cách trục của hộp giảm tốc trục vít: g„ = 40; 50; 63; 80; 100; 125;
(140); 160; (180); 200; (225); 250; (280); 315; (355); 400; (450); 500mm Tuy
nhiên, nếu không có yêu cầu thiết kế hộp giảm tốc tiêu chuẩn thì có
thể lấy a, có giá trị bất kỳ Để chọn khoảng cách trục œ„ theo tiêu chuẩn, ta cần phải dịch chỉnh răng Bởi vì cắt bánh vít khi không dịch chỉnh hoặc địch chỉnh đều dùng dao có hình dạng và kích thước giống
trục vít, cho nên dịch chỉnh chỉ tiến hành đối với răng bánh vít
Khi cho trước khoảng cách trục d„ theo tiêu chuẩn thì hệ số
dịch chỉnh xác định theo côpg thức:
x = 4 - 0,B(q + zy) m (7.0)
Tw day suy ra: a, = 0,5m(q + z2 +.2x) (7,2) Đường kính vòng lăn trục vít xác định theo công thức:
yy = (q + 2x)m
Các đường kính của trục vít khi dịch chỉnh:
Trang 9Bộ truyền trục vít 271
Các kích thước còn lại không thay đổi khi dịch chỉnh Để đảm bảo điều kiện không cắt chân răng và nhọn đỉnh răng, hệ số dịch
chỉnh z nằm trong khoảng +0,7
7.3 ĐỘNG HỌC TRUYỀN ĐỘNG TRỤC VÍT
1- Ty số truyên
Khi trục vít quay một vòng thì bánh vít sẽ quay một góc bằng z¡ lần của góc 2zz; Do đó, để bánh vít quay được một vòng thì trục vít phải quay 2m/(2z4/z;) = Zz/z¡ vòng, nghĩa là:
u= L2 (7.4)
ng I
Như ta đã biết, số ren trục vít z¡ = 1, 2, 4 và trong một số trường hợp có thể bằng 3 hoặc 6 Khi z¡ = 4 thì w = 8:15; khi z; = 2 thi u = 16+30; khi z¡ = 1 ta có thể lấy 80 > > 30 Tỷ số truyền bộ truyền trục vít được chọn theo dãy số tiêu chuẩn sau: Day 1 | 8: 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80 Dãy 2 | 9; 11/2; 14; 18, 22.4; 28; 35,5, 45, 56; 71
Các giá trị tỷ số truyền thực tế không nên được sai lệch so với giá trị tiêu chuẩn 4%
39- Vận tốc uòng
Trong bộ truyền trục vít, vận tốc vòng øạ và 0; của trục vít và bánh vít khác phương (vuông góc nhau) và có giá trị khác nhau (H.?7.7) Vận tốc vòng u¡ và 0; được xác định theo công thức sau:
nd.n
- - (n/8); “ 1.5
v (m/s) Ue 0000 (m/s) (7.5)
trong đồ: nị, nạ - số vòng quay của trục vít và bánh vít (ugíph)
d,, dz - đường kính trục vit va banh vit (mm) :
3- Vận tốc trượt
Trang 10278 - Chương 7 _ T2 2 _ Uy v, = yup + Uệ = (7.6) cosy _2+g Nếu thay 1 =1+ig*y cos? y td\n, agmn à =—+ + >_— 1 vào (7.6), ta có: v PL “0000 60000 vào Œ:6), ta e mm 2 2 v =——1 Jz + 7.7 *Z1g50o Y1 * # (7-7) Banh vit Tryc vit Vs - ve | ! _| ¬ Xe SG „VẤN a) M Vs Hình 7.7 Phương chiều uận tốc trượt 0, Khi thiết kế ta có thể chọn sơ bộ giá trị 0, theo công thức thực nghiệm: ; v, = (0,02 + 0,05)0, = ore ih, (7.8)
trong dé: - van téc géc trén truc vit, rad/s Tz - mômen xoắn trên bánh vit, Nmm n¡ - số vòng quay trên trục vít, ugíph
Phụ thuộc vào vận tốc trượt, ta có thể chọn cấp chính xác cho bộ truyền trục vít theo bảng 7.4 Bang 7.4 Cấp chính xác bộ truyền trục uít phụ thuộc uào uận tốc trượi 0, Vận tốc trượt vụ, (m5) <1,5 1,5+7,5 1,5 + 12 3+25 Cấp chính xác 9 8 7 6
Trong bộ truyền bánh răng, vận tốc trượt v, vudng góc với đường tiếp xúc (H.6.11) Trong bộ truyền trục vít (H.7.7b) 1, 2, 3 là các đường
Trang 11Bộ truyền trục vít 279
vận tốc trượt ¿gần trùng với phương chiểu của vận tốc vòng ø (H.7.7a), cho nên tại vùng gần tâm ăn khớp với vận tốc trượt u; nằm dọc theo đường ăn khớp (miễn gạch chéo H.7.7b)
Theo nguyên lý bôi trơn thủy động (chương 12 - Ổ trượt), điều
kiện bôi trơn ma sát ướt hình thành khi giữa các bề mặt có khe hở hình chêm theo hướng của vận tốc trượt Trong bộ truyền bánh răng trụ, vận tốc trượt vuông góc đường ăn khớp, nghĩa là có khe hở hình chêm trên bề mặt ăn khớp nên điều kiện bôi trơn ma sát ướt được hình thành và các bể mặt răng không trực tiếp tiếp xúc với nhau Trong bộ truyền trục vít, tại vùng gần tâm ăn khớp (miễn gạch chéo H.7.7b), vận tốc trugt v, nim doc theo đường ăn khớp cho nên giữa hai bể mặt không có khe hở hình chêm Do đó bôi trơn ma sát ướt không thể hình thành và các bể mặt ăn khớp trực tiếp tiếp xúc với
nhau trên bể mặt tiếp xúc, bộ truyền trục vít gần tâm ăn khớp chỉ
có chế độ bôi trơn ma sát nửa ướt
Do đó, hướng vận tốc trượt nằm dọc theo đường ăn khớp và có giá trị lớn là nguyên nhân gây nên hiệu suất thấp và các dạng hỏng mòn và dính bộ truyền trục vít Do đó, một trong những biện pháp để
tăng hiệu suất là ta sử dụng trục vít Globoid, khi đó trên bề mặt ăn
khớp dễ hình thành lớp đầu bôi trơn
7.4 HIỆU SUẤT BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT
Theo mục 17.2 hiệu suất n khớp vít có thể tính theo tỷ số giữa công xiết đai ốc trong trường hợp không kể đến lực ma sát và trong trường hợp có ma sát Công xiết bằng tích giữa mômen xiết và góc xoay của đai ốc Vì góc xoay trong cả hai trường hợp (có ma sát hoặc
không) đều như nhau, do đó tỷ số công sẽ bằng tỷ số giữa các mômen
TVTv, trong đó 7L xác định theo công thức (17.6), còn 77v xác định theo công thức này, tuy nhién f = 0 va p’ = 0:
Nv (Pe \¢ + tat “)|
Trang 12280 Chương 7
BY
1 ely+e)
Kể đến mất mát công suất do khuấy dâu, ma sát trong ổ ta thêm vào công thức trên giá tri 0,9+0,95:
n=(0.9+0,95)—81— igty+p) (7.9)
trong đó: ợ - góc ma sát thay thế g` = arctg/” với ƒ” là hệ số ma sát thay thế Giá trị hệ số ma sát thay thế ƒ`' phụ thuộc vào vận tốc trượt v,, được xác định theo bảng 7.5 nếu vật liệu trục vít là thép và bánh vít bằng đồng thanh có thiếc Bảng 7.5 Phụ thuộc hệ số ma sát thay thể ƒ' uào uận tốc trượt Và, (m/s) t , Vs, (s/s) t Pe 0,01 0,110 + 6,120 6°17' + 6°51 25 0.030 + 0.040 1°43" + 2°17" 041 0.080 + 0,090 | 4°34’ = 5°09" 3.0 0.028 + 0.035 1946' + 2500” 0,25 0,063 = 0,075 3°43' + 4°17" 4,0 0,023 + 0,030 1219 : 1°43" 0,5 0,055 + 0,065 | 3°09" + 3943 7.0 0,018 = 0,026 1°02' + 1°29° 1,0 0,045 + 0,055 | 2°35" + 3°09' 10,0 0,016 = 0,024 0°55’ + 1°22’ 1,5 0,040 = 0,050 | 2°17'+ 2°S2" 15,0 0,014 + 0,020 0°48' : 1°09" 2,0 0,035 : 0,450 | 2200 : 29385“ Chú ý:
1- Các giá trị nhỏ đối với trục vít tôi được mài bóng và bôi trơn tốt
2- Khi vật liệu bánh vít bằng đồng thanh không thiếc hoặc đồng thau thì ta tăng gid tri trong bang fén 30-50%
Hé sé ma sat f’ c6 thé x4c dinh theo céng thttc gần đúng [31]: f’= 0,048/0,°3Ẽ (cáp thép - đồng thanh) (7.10a)
hoặc ƒ”= 0,06/0,°2° (cặp thép - gang) (7.10b)
Theo công thức (7.9) để tăng hiệu suất trong các cơ cấu vít
người ta tăng góc nâng ren y bằng cách sử dụng nhiều mối ren Tuy
nhiên, trong thực tế góc nâng ren y rất hiếm khi lớn hơn khoảng
Trang 13Bộ truyền trục vít 281
Theo bảng 7.5, khi tăng vận tốc trượt ø, thì hệ số ma sát f’
giảm xuống Điều đó có thể giải thích là khi tăng ø, thì chế độ bôi
trơn ma sát nửa ướt trong mối ăn khớp chuyển thành chế độ hôi trơn
ma sát ướt Ngoài vận tốc trượt, hệ số ma sát còn phụ thuộc vào độ
nhám bê mặt ma sát và chất lượng dâu bôi trơn
Khi tính toán sơ bộ khi ta chưa biết u, và y, hiệu suất của bộ truyền trục vít có thể xác định theo tỷ số truyền u: n= 0,911 -—) (TAD 200 hoặc xác định phụ thuộc vào hệ số ma sát thay thế ƒ”: nx1- sarsr[^ + +] (7.12) 2, 2: 7.5 PHAN TÍCH LỰC TÁC DỤNG 1- Lực tác dụng
Ta quy ước rằng, lực phân bố theo đường ăn khớp trong bộ truyền trục vít tập trung tại tâm ăn khớp Trong bộ truyền trục vít có các lực sau (H.7.8): - Lực vòng trục vít bằng lực lực đọc trục bánh vít: 27, Fi, = Foo = a (7.13) - kực vòng bánh vít bằng lực dọc trục: Fa = Fa = oT (7.14) dạ - Lực hướng tâm trục vít và bánh vít bằng nhau (H.7.8e): Fy = F2 Eatgo (7.15) ¿ Fig - Lực pháp tuyến: #„ =——————— (7.16) C08 0 COS Y
Tương tự lực xiết và lực vòng trong mối ghép ren (công thức 17.4b), giữa En và F¿ có sự liên hệ như sau:
Trang 14282 Chuong 7 Fat a Wy 7 Fu Fr by a Fay 2N, Y Fey
Hinh 7.8 Luc téc dung b6 truyén truc vit
Trang 15Bộ truyền trục vít 283
Quy tắc xác định phương, chiều bộ truyền trục vít tương tự bộ truyền bánh răng Trên hình 7.9 trình bày phương chiêu lực tác dụng khi trục vít nằm dưới
2- Tdi trong tinh
Đối với bộ truyền trục vít, hệ số tải trọng tính khi tính ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn bằng nhau:
Ky = Kp=K,Ky (7.19)
trong đó K, - hệ số tải trọng động, #§ - hệ số tập trung tải trọng
Một trong những.ưu điểm của bộ truyền trục vít là làm việc êm và không én, đo đó hệ số tải trọng động thường có giá trị không lớn Giá trị này có thể chọn theo bảng 7.6 Bảng 7.6 Hệ số K, Cấp chính xác Hệ số K, khi vận tốc trượt vạ, (m⁄6) <1,5 1,5+3 3+7.5 7,5 + 12 12+ 16 8 - - 1 1,1 1,3 7 1 1 1,1 12 8 1,15 1,25 1,4 9 1,25 - -
Do cặp vật liệu chế tạo bánh vít và trục vít có tính chạy rà tốt,
do đó làm giảm sự phân bố không đều tải trọng theo chiều rộng vành
răng Hệ số tập trung tải trọng xác định theo công thức:
K,=1+ (#)u - X) (7.20)
Trang 16284 Chuong 7 Bang 7.7 Hé sé bién dang 0 truc vit , Hệ số biến dạng 6 phy thuộc vào q , 8 9 10 11 12,5 14 1 72 89 108 127 157 190 2 57 71 86 102 125 152 3 51 61 76 89 110 134 4 47 58 70 82 101 123
Vì vậy khi tải trọng tác dụng từ bên ngoài là khơng đổi thì K§ ~ 1, khi tải trọng ngoài thay đổi thì Kạ = 1,06:1,2 Giá trị Ấp; càng lớn khi g càng nhỏ và khi z¿ càng lớn
7.6 VẬT LIỆU VÀ ỨNG SUẤT CHO PHÉP
7.6.1 Vật liệu chế tạo trục vít, bánh vít
Do có vận tốc trượt lớn và điều kiện không thuận lợi để bôi trơn (H.7.7), ngoài ra khi làm việc do tải trọng tác dụng trục vít bị biến dạng Cho nên không thể sử dụng vật liệu có độ rắn-cao để chế tạo cặp trục vít - bánh vít mà phải chọn vật liệu cho một chỉ tiết có tính chống mòn và vật liệu cho chỉ tiết kia tương đối mềm
Phụ thuộc vào dạng hỏng cặp trục vít bánh vít, người ta thường chọn sự phối hợp vật liệu của trục vít và bánh vít, sao cho chúng có các tính chất như: chống mài mòn, chống ma sát, chống dính và khả năng chạy rà tốt (tham khảo phụ lục 6.1; [44])
Truc vit ché tao tit thép carbon hoặc thép hợp kim Cặp vật liệu có khả năng tải cao nhất khi trục vít được nhiệt luyện đạt được độ
rắn cao (tôi, thấm carbon ), sau đó được mài bóng
Bánh uít thường được chế tạo từ đồng thanh (bảng 7.8), hiếm khi sử dụng đồng thau, gang Đồng thanh Br SnP10-1 và Br SnNiP là
vật liệu tốt nhất chế tạo bánh vít, tuy nhiên giá thành đắt, do đó sử dụng khi vận tốc trượt tương đối cao 0, = 6+25m/s Đông thanh không thiếc Br AlFe9-4 có cơ tính cao, tuy nhiên có độ chống dính thấp,
chúng sử dụng cùng cặp với trục vít có độ rắn HC > 45, được mài va
Trang 17Bộ truyền trục vít 285 Bang 7.8 Vật liệu chế tạo bánh vit Vật liệu bánh vít Phương pháp đúc cn, (MPa) Sp, (MPa) Br SnP10-1 Khuôn cát 120 200 Br SnP10-1 Khuôn kim loại 150 260 Br SnNiP Ly tam 170 290 Br AlFe9-4 Khuôn cát 200 400 GX 15-32 320 GX 18-36 360 * Trong các truyền động công suất bé còn sử dụng chất dẻo để chế tạo bánh vít ` 71.6.2 Ứng suất cho phép
1- Ứng suất tiếp xúc cho phép
a- Bánh uít có răng chế tạo từ đông thanh thiếc
Vật liệu này có giới hạn bên o < 300MPa, có độ chống đính cao,
ứng suất tiếp xúc cho phép được chọn theo điều kiện chống tróc rõ bê
mặt và được xác định theo công thức:
[ow] =40,7ỗ+0,9)0,Km,C, (7.22)
trong đó: ơ; - giới hạn bên kéo của vật liệu (bảng 7.8)
Trang 18286 Chuong 7
với: n„ Tạ; t; - số vòng quay trong một phút, mômen xoắn trên bánh vít và thời gian làm việc tính bằng giờ trong chế độ làm việc thứ ¿
T› - mômen lớn nhất trong các giá trị Tạ
Néu Nye > 2,6.10° thi ta lấy Nụg = 2,6.10Ê chu kỳ
b- Đối uới răng của bánh ít chế tạo từ đông thanh không có thiée (co, > 300MPa) và bằng gang, ứng suất tiếp xúc cho phép được chọn theo điều kiện tránh đính, phụ thuộc vào 0, (m/s) và [ơ„] không phụ thuộc số chu kỳ ứng suất:
[oyg) = (276+300) - 2Bus, MPa (7.25) ec- Đốt véi bánh vit lam bang gang
- Truc vit t6i tan sd cao: [aq] = 200 ~- 35us, MPa (7.26) - Trục vít thường hóa: [oy) = 175 — 35us, MPa (7.27) Ung sudt tiép xtic cho phép kiém tra khi qué tdi:
- Déng thanh thiéc: [GmmaxÌ = 40a - Đồng thanh không thiếc: [Gmmax] = 20a
- Gang: [Ggmax] = 1,6ð0¿r
trong đó: d„ - giới bạn chảy; ơ;g - giới hạn bên uốn
2- Ứng suất uốn cho phép
œ- Đối uới bánh oít bằng đông thanh quay một chiêu
6
[og] = (0,250, + 0,080pg1Đ” (7.28)
Nee
trong đó: ơ„, d; - giới hạn chảy và giới hạn bền của vật liệu (bảng 7.8) Neg - 86 chu ky tai trong tương đương, xác định theo công thức sau:
Tr)
Nre = 605” (2 nit, (7.29)
2
v6i: n, To, t; - 86 vong quay trong một phút, mômen xoắn trên bánh vít và thời gian làm việc trong chế độ làm việc thứ ï
T; - mômen lớn nhất trong các giá trị Tù;
Nếu Nụg > 2,6.10Ẻ thì ta lấy Nng = 2,6.10° chu ky
Nếu Nzz < 10° thì ta lấy Nrpg = 10°
/ b- Déi véi banh vit bang gang
Trang 19Bộ truyền trục vít 287
7
- Bánh vít quay hai chiều, ta nhân giá trị trên cho 0,8 Ứng suất uốn cho phép khi quá tải:
- Đối với đồng thanh: [øg„a„Ì = 0,BGạ, (7.31) - Đối với gang: [Ørmax] = 0,6Gsr (7.32)
7.7 CÁC DẠNG HỎNG VÀ CHỈ TIÊU TÍNH
Bộ truyên trục vít có các dạng hỏng như bộ truyền bánh răng, tuy nhiên do vận tốc trượt lớn nên các dạng hỏng chủ yếu của bộ truyền trục vít là: mòn, đính
Hiện tượng dính đặc biệt nguy hiểm vì do tại vùng ăn khớp có nhiệt độ và áp suất cao Hiện tượng này làm cho mặt ren sân sùi, gây ra sự mài mòn nhanh bánh vít
Mòn do có hiện tượng trượt trên bể mặt tiếp xúc nên làm giảm tuổi thọ và độ chính xác của bộ truyền
Hình 7.10 Các dạng hỏng bánh uít g) Mòn răng bánh uít, b) Gãy răng do quá tải
Tróc rỗ bể mặt xảy ra chủ yếu ở các bộ truyền làm bằng vật liệu có độ bên chống dính cao (đồng thanh)
Khác với bộ truyễn bánh răng, do đính và mòn là hai dạng
hỏng chủ yếu và chưa có công thức tính thỏa đáng, cho nên tính toán
thiết kế cho bộ truyễn trục vít kín và hở đều theo độ bên tiếp xúc nhưng có hiệu chỉnh lại ứng suất cho phép bằng các hệ số thực
nghiệm để phù hợp với dạng hồng Ngoài ra, dùng các cặp vật liệu có
Trang 20288 Chương 7
là chủ yếu, còn tính theo sức bên uốn chỉ có tính chất kiểm nghiệm Trong bộ truyền trục vít eó môđun zn nhỏ (z¿ > 100) hoặc các bộ truyền quay tay thì tính theo độ bên uốn là tính toán chủ yếu
7.8 TÍNH BỀN BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT
1- Tính bên răng bánh oít theo độ bên tiếp xúc
Tương tự bộ truyền bánh răng, ta sử dụng công thức Hetz để tính ứng suất tiếp xúc sinh ra trên bề mặt răng Theo công thức (2.6), đối với kim loại, với hệ số Poisson ị = nạ = 0,3:
on= 0,418 [22% < lox] (7.33)
trong do: [oy] - tng sudt tiép xtc cho phép cia vat liéu ché tao banh vit, MPa q„ - cường độ tải trọng; E - médun đàn hồi tương dugng, MPa
p - bán kính cong tương đương œ Bán kính cong tương đương
Hình 7.11 Bán kính cong trong mặt phẳng dọc trục uít
Bánh vít ăn khớp với trục vít tương tự bánh răng nghiêng ăn khớp với thanh răng nghiêng (p = ~) Tính toán tại tâm ăn khớp
(có ứng suất tiếp xúc sinh ra lớn nhất) Vì góc nghiêng B của răng
bánh vít bằng góc nâng ren của trục vít y, do đó tương tự khi tính bánh răng trụ răng nghiêng, ta xác định đường kính từơng đương dụ = dz/cosy Do đó:
“1 š (1.34)
Trang 21: Bộ truyền trục vít 289 b- Cường độ tải trọng q„ xác định theo công thức:
qn = Fok ly - (7.35)
trong đó: #„ - hệ số tải trọng tính; #, - lực pháp tuyến -
t„ - tổng chiều dài tiếp xúc
Tổng chiêu dài tiếp xúc lụ được xác định theo công thức sau: s„#.Ö
ly = 2 (7.36)
C05 Y
với: Ẩ, - hệ số tính đến sự giảm chiều dài đường tiếp xúc (răng bánh vít) do cung ăn khớp không bao hết góc 2ð, thông thường K, = 0,75
- hệ số trùng khớp ngang, có giá trị từ 1,8+2,2 hoặc có thể xác định
: j 2
theo công thức: Eg = 0,082) +22 +1 - 01722 +2,9 (7.37)
2,95
với b là chiều đài răng bánh vít (H.7.5): b = xd28/360
Thông thường, góc ôm 28 = 100° và giá trị s„ = 1,8 Do đó: = ed (7.383 cosy Thay các giá trị F„ = Foglicosycosa) + và Í„ vào công thức (7.35), ta có: l =————- Fuuu 7.39 an 1,2d, cosa (7.39) c) Médun dan hội tương đương E được xác định theo công thức: BEE, = (7.40 E, +E ) v6i E,, Ez là môđun đàn hỏi vật liệu chế tạo trục vít và bánh vít Nếu trục vít làm bằng thép thì E; = 2,1.10”MPø; bánh vít làm - bằng gang hoặc đồng thanh E; = 0,9.105MPa thì E = 1,27.105MPa
Trang 22290 Chương 7 Tỷ số g/z¿ thường cho trước Vì sự phân bố tải trọng theo chiều rộng vành răng phụ thuộc vào độ võng trục vít, tức là phụ thuộc vào đường kính trục vít và khoảng cách giữa các ố trục Đường kính trục vít tỷ lệ với hệ số đường kính g, còn khoảng cách trục tỷ lệ với đường kính bánh vít, nghĩa là tỷ lệ với số răng bánh vít z¿ (H.7.5) Do đó, khi zz lớn, ta phải chọn g lớn Tuy nhiên, khí tăng q thì góc nâng ren vít y giảm (bảng 7.1), hiệu suất theo công thức (7.9) cũng giảm theo và làm tăng kích thước bộ truyền Do đó chọn tỷ số g/z; tốt nhất và nằm trong khoảng từ 0,22+0,40, thông thường chọn q/z2 ~ 0,26
Sau khi tính khoảng cách trục theo bảng 7.1, ta tính môđun m theo công thức sau:
2a,,
Z,+q
Chọn m theo giá trị tiêu chuẩn, xác định lại giá trị a, Nếu có yêu cầu, ta có thể chọn đ„ theo giá trị tiêu chuẩn, nếu cần thiết phải
dịch chỉnh răng l
9- Tính bên răng bánh uít theo độ bên uốn
Vì ren trục vít theo hình đạng vật liệu bển hơn bánh vít rất nhiều nên ta chỉ tính toán răng của bánh vít theo độ bền uốn Do
chân răng bánh vít cong nên tính ứng suất uốn rất phức tạp Khi
tính bánh vít theo độ bên uốn, cần chú ý các đặc điểm sau:
- Theo thực nghiệm, độ bên bánh vít cao hơn bánh răng nghiêng (nếu chọn B = y) khoảng 40% do hình dạng cong của răng
- Trong vùng ăn khớp có nhiều răng bánh vít ăn khớp, do đó tải trọng tác dụng lên mỗi răng giảm khoảng 1,5 lần
- Chiều dài đáy răng bánh vít là cung tròn lớn hơn ö¿
Trong thực tế, người ta xem bánh vít như bánh răng trụ, răng nghiêng và tính đến các đặÊ điểm trên Do đó, kiểm nghiệm độ bến
uốn của răng bánh vít được tính theo công thức sau:
Gy = ee < [or] : (7.48)
trong đó: Ky - hệ số tai trọng tính; bạ - chiều rộng bánh vít, mm
[øp - ứng suất uốn cho phép, MPa; Yy- hệ số đạng răng, phụ thuộc vào số răng tương đương z„ = zz/c-s”x tra theo báng 7.10
Trang 23Bộ truyền trục vít Bảng 7.10 Hệ số Yạ; đối uới bánh uít 291 ze Yer tea Yr 22 Yrạ 28 1,80 40 1.55 100 1.30 30 1,76 45 1.48 150 1,27 32 +71 50 1,45 300 1.24 35 1.84 60 1,40 37 1.61 80 1,34 Vi be = dzisind = 0,8d, (vi 25 = 100° ), cong thie (7.43) c6 thé viét: _ 18T7,Y,Kp zaam° < [or] Or (7.44)
Trong trường hợp bộ truyền hở,quay tay hoặc khi số răng bánh
vít lớn (z;>100răng), ta thiết kế bánh vít theo độ bên uốn, khi đó
xác định môđun rm theo cơng thức sau:
= jJb§,K;
zaq[øp]
7.9 TÍNH TỐN NHIỆT
(7.45)
Khi làm việc do vận tốc ma sát lớn, trong bộ truyền trục vít sinh ra rất nhiều nhiệt làm dầu bị nóng lên Khi nhiệt độ dầu vượt quá giới hạn cho phép [tnat = 95°C, dẫn đến mất khả năng tải của
dầu, đồng thời dễ xảy ra hiện tượng dính Do đó, ta cần phải tính
nhiệt độ+sinh ra trong bộ truyền theo phương trình cân bằng nhiệt sau đây: “1000P(1 n) = Krớ; ~ £)A(1 + y)
trong đó: n - hiệu suất bộ truyền; ?\ - công suất trên trục vít, kW
Ki - hệ số tôa nhiệt có giá trị 12:+18W/0nˆ.`C )
A - điện tích bề mật choát nhiệt ứnˆ) có giá trị gần hằng 20a,,` là khoảng cách trục tính bằng mét : tị - nhiệt độ đầu, °C, + - nhiệt độ môi trường xung quanh, “C w - hệ số thoát nhiệt qua bệ máy, thông thường bằng 0,3
(7.46)
Trang 24292 Chương 7 Độ phận = 5Š làm lạnh sol 2 ị = SS = Š — 3 | Nước SE Si |: Dầu bôi trơn Dầu bôi tron Bê lọc a) bì cì Hình 7.12 Làm mát bộ truyện trục tít
a) Quạt tôn nhiệt, b) Làm mát bằng nước; ©) Làm mát bằng đầu Từ công thức (7.46) suy ra công thức xác định nhiệt độ dầu bôi trơn khi làm việc:
1000P,( - n) #rA( +)
trong đó [4] là nhiệt độ làm việc cho phép tùy vào loại đầu bôi trơn, có giá trị lớn nhất 95°C
Nếu không thỏa mãn điều kiện (7.47) thì phải tăng cường biện pháp
thoát nhiệt như làm giàn tổa nhiệt, quạt, nước làm nguội như hình 7.12
7.10 TÍNH TỐN TRỤC VÍT THEO ĐỘ BỀN VÀ ĐỘ CỨNG
Sau khi thiết kế bánh vít ta thu được các thông số hình học trục
vít và tiến hành kiểm bền trục vít theo ứng suất uốn: Mẹ _ 32M? +0,75Tˆ So, Fe t= t,+ < [ft] (7.47) < {orl (7.48) We nd? , trong đó My là tổng mômen uốn tương đương, xác định theo công thức: 2 2 My = () + (Zt faa) 4 4 4 (7.49)
Ung suất uốn cho phép trục vít có thể tra trong bảng (7.11)
hoặc xác định như giá trị ứng suất cho phép của trục (chương 2)
Bang 7.11 Ứng suất uốn cho phép của trục [ơÌ
Thép | Nhiệtluyện | (orl, MPs Thép Nhiệt luyện to] MPa
C35 Thường hóa 55 15Cr Thấm carbon 65
C45 Thường hóa 60 12CrNi3 Th&m carbon 70
40Gr Tôi 80 C4o Tôi cải thiện 60
ke CTS Thường hóa 60
Trang 25Bộ truyền trục vít 293
Trục vít được khảo sát như trục khi tính toán theo độ cứng với đường kính tính toán theo vòng đáy dn Độ võng trục vít được xác định theo công thức sau:
" ẻ 48EI,
trong đó: / - khoảng cách giữa bai ổ, sơ bộ có thể chọn / = (0,9.1)đ;
(7.50)
F , Fy, - tai trong huéng tâm và lực vòng tác dụng lên bộ truyền 1, là mômen quán tính tương đương mặt cắt trục vit, mm’:
06954, \ 2 4
0,375 + ——_—" Ind,
1 = a“ ) (7.51)
Giá trị độ võng cho phép [ƒ] = (0,01:0,005)m, với m là môđun trục vít Nếu không thỏa mãn điều kiện trên thì ta phải tăng hệ số đường kính q hoặc giảm khoảng cách giữa các trục đ„
7.11 KẾT CẤU VA BOI TRON BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT
Bộ truyền trục vít sử dụng phổ biến nhất trong hộp giảm tốc trục vít với tỷ số truyền u = 8:63 Khi ty sé truyén lớn, ta sử dụng
trục vít hai cấp, hoặc một cấp trục vít, kết hợp với cặp bánh răng Vị trí trục vít và trục vít và bánh vít trong hộp giảm tốc có thể bố trí như sau:
- Trục vít nằm dưới: khi vận tốc vòng trục vít đến 4+5zmm⁄s, bôi trơn bằng cách ngâm trục vít trong dầu, có thể truyền công suất lớn nhưng dâu có thể bị rò rỉ ra ngoài
- Trục vít nằm trên: trong các bộ truyền quay nhanh, nếu trục
vít ngầm trong dầu sẽ mất mát công suất lớn do khuấy dầu, bôi trơn bằng cách ngâm bánh vít trong dâu
- Trục vít nằng ngang, trục bánh vít thẳng đứng - Trục vít thẳng đứng, trục bánh vít nằm ngang
Trang 26294 a) bỳ Hình 7.13 Kết cấu trục oít nà các ổ đỡ
Trục vít được chế tạo liên trục (một số ít trường hợp được chế tạo rời và lắp lên trục như bánh răng) và được lắp trên ổ lăn, trên trục vít lực dọc trục F4 có giá trị lớn hơn lực vung # và lực hướng tâm F, Khi khoảng cách giữa hai ổ nhỏ và khi làm việc sinh ít nhiệt, ta có thể lắp hai ổ bi đờ chặn hoặc ö đũa côn u hai đầu (H.7.13a), khi đó cả hai đầu được cố định Nếu khoảng cách giữa hai ổ lớn và sinh ra nhiễu nhiệt thì một đâu phải lắp ổ tùy động tô đũa trụ ngắn) và một đầu lắp hai ổ đỡ chặn cố định (H.7.18b, 7.15) a} bì e Hình 7.11 Kết cấu bánh vit
Trang 27Bộ truyền trục vít 295 4 x Ằ 4 1 += ¿ ¿ thanh tại dầu
inh 7.1ã Bản uẽ lắp hộp giảm tốc trục uít
Thân hộp giảm tốc lớn có thể chế tạo nắp ở trên (hình 7.15), hộp giảm tốc nhỏ thì nắp ở bên hông Vật liệu thân nop ché tao bằng nhôm hoặc gang
Do trong bộ truyền trục vít không có điều kiện thuận lợi để hình thành lớp dầu bôi trơn nên độ nhớt dầu bôi trơn cao hơn các bộ truyên khác Khi bôi trơn, tùy vào vị trí trục vít, toàn bộ chiều cao ren hoặc răng phải ngâm trong đầu Để chống hiện tượng rò rỉ dâu,
ta phải sử dụng bột nhão, đảm bảo độ kín khít để đầu không rò rỉ ra
ngoài Sứ dụng bánh tạt dầu không đạt hiệu quả mong đợi Đối với trục vít nằm trên, quay nhanh và truyén cong suất lớn thì cần phải
có hệ thống phun dầu Xác định độ nhớt dầu bôi trơn theo công thức 13.6b) hoặc theo bảng (7.12): Bang 7.12 Tỷ số o7W10°V, 1,25 3.2 8 20 50 Độ nhớt động v, cSt (10Ê m2/š) khi t= 100% | 8,5 12 17 26 42 7.12 TRÌNH TỰ THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT
Các thơng số biết: Cơng suất truyền P trên trục vít hoặc bánh
vít (hoặc mômen xoắn 7), vận tốc góc œ¡ và œ; (hoặc số vòng quay ?;¡ và tỷ số truyền z), điều kiện làm việc bộ truyền
Trang 28296 Chương 7
1 Xác định tý số truyền u= “L=L nạ ®,
2 Dự đoán vận tốc trượt o, (công thức 7.8), chọn vật liệu bánh vít, trục vít, phương pháp chế tạo, nhiệt luyện, cấp chính xác
3 Xác định ứng suất cho phép [ơn] và [ơz] bánh vít theo mục 7.6 4, Chon số mối ren zị theo tỷ số truyền u, tính z¿ = ưZy (với z¿ > 28)
Tính lại tỷ số truyền ư Chọn hệ số đường kính q theo tiêu chuẩn
thỏa mãn điều kiện 0,40 > g/z¿ > 0,22, thông thường chọn q/z2 = 0,26 5 Chọn sơ bộ n theo công thức (7.11)
6 Tính khoảng cách trục d„ theo độ bền tiếp xúc theo công thức (7.42) Tính môđun m = 2a,/(zo + q) va chon m theo tiéu chudn Sau đó tính toán lại khoảng cách trục, nếu khoảng cách trục không phải tiêu chuẩn hoặc số nguyên ta phải tiến hành dịch chỉnh bánh vít
Nếu bộ truyén quay tay thì ta tính môđun 7m theo độ bên uốn bằng
công thức (7.45)
7 Xác định các kích thước chính của bộ truyền
8 Kiếm nghiệm vận tốc trượt theo công thức (7.7), hệ số tải
trọng tính theo bảng 7.6 và công thức (7.20), hiệu suất n theo công thức (7.9)
9 Nếu vật liệu bánh vít chế tạo từ đồng thanh có độ rắn cao hoặc gang thì tính toán lại giá trị ứng suất tiếp xúc cho phép với vận tốc trượt vừa tìm được, giá trị vừa tính không được nhỏ hơn 10% hoặc lén hon 5% giá trị sơ bộ trên mục 3 Nếu không ta tiến hành tính toán thiết kế lại
10 Xác định số răng tương đương bánh vít z,;, chọn hệ số Ÿp; theo bảng 7.9 và kiểm nghiệm ứng suất uốn của bánh vít theo công thức (7.43) Thông thường giá trị ứng suất uốn tính toán ơ; nhỏ hơn
ứng suất uốn cho phép [or] rất nhiều 7
11 Kiểm nghiệm độ bên thân trục theo hệ số an toàn (tham khảo chương Trục)
Trang 29Bộ truyền trục vít 297 13 Kiểm tra độ bên và độ cứng của trục vít theo công thức (7.48-7.51) 14 Chọn dầu bôi trơn theo bảng (7.12) hoặc công thức (13.6) 7.13 VÍ DỤ
Thay thế các bộ truyển đai, bánh răng và xích của hệ thống
truyền động hình 3.1 bằng hộp giảm tốc trục vít như hình 7.16 Khi
đó tính toán thiết kế hộp giảm tốc trục vít với các số liệu như ví đụ 3.1: công suất P, = 5kW, số vòng quay bánh vit nz = 47,7ugíph, số vòng quay trục vít n¡ = 968ug/ph Bộ truyền làm việc đảo chiều, tải trọng
không đổi Trục vít nằm dưới Tuổi thọ tính toán I¡¿ = 20000 giờ
Giải: 1- Xác định tỷ số truyền u = Tư = 20,29
Trang 30298 Chương 7
liệu cho trục vít là thép 40Cr được tôi với độ rắn > 45HRC, sau đó được mài và đánh bóng ren vít
3- Ứng suất tiếp xúc cho phép bánh vít [øy] = (276+300) — 25u,
~ 180MPa Ứng suất uốn cho phép [or] bánh vít xác định theo công thức (7.28): 6 [or] = (0,25.200 + 0,08.400) 9 na = 52,3 MPa trong đó Ng là số chu kỳ làm việc tương đương xác định theo công thức (7.29): T, 9
Neg = so>| 3 n,t, = 60.47,7.20000 = 5,72.10" chu ky
4- Chon sé m@i ren z; = 2 véi ty sé truyén u = 20,28 (mục 7.3) Số răng bánh vít z¿ = 20,29.2 = 40,58, chọn z¿ = 40 răng, tính chính xác tỉ số truyền: u = 40/2 = 20 Chọn hệ số đường kính g ~ 0,26z2 = 10,4, chon q = 10 5- Chọn sơ bộ rị theo công thức (7.11): u 20 = 0,911 - —-)=0,%1 — ——)= 0,81 n % 200? % ) 6- Tính khoảng cách trục a„ theo độ bến tiếp xúc theo công thức (7.42) : a -f2) (z5) TK yx ” 2 [on1) (q;) -fis mì (MỸ 1001048,2.1.1,4 ("4079 180 (10/40) = 214 mm
trong d6 hé sé tai trong tinh Ky = KupgEuy với Kua= 1 và Kuy= 1,4 (bảng 7.6) Tinh médun m = 2a,/(z2 + q) = 2.2144 40410) = 8,56, ta chon m = 10mm theo tiêu chuẩn Khoảng cách trục: œ„= 1040 +10X2 = 250mm Do không thể chọn hệ số dịch chỉnh để khoảng cách trục tiêu chuẩn
nên ta có thể lấy giá trị khoảng cách trục này
Trang 31Bộ truyền trục vít 299 Thông số hình học Công thức Trục vít Đường kính vòng chia dy = mq = 10.10= 100 mm
Đường kinh vòng đỉnh đại = dị + 2m = 120 mm
Đường kính vỏng đáy dy = ấy — 2,4m = 76 mm z Gée xodn 6c vit 7 (H.7.8) y= arctg 7 = 1119 Chiều dài phần cắt ren trục vít by = (Cy + Coz2)m = (11 + 0,06.40)10 = 134 mm Banh vit Đưỡng kính vòng chia dz = MZ2 = 10.40 = 400 mm Đường kính vòng đỉnh daz = m(2¿ + 2) = 10(40 + 2) = 420 mm Đường kính vòng đáy dự = m(za - 2.4) = 10(40 ~ 2,4) = 376 mm Khoảng cách trục a„ = 0,5m(q + z2) = 0,5.10(10 + 40) = 250 mm Đường kính lớn nhất bánh vít dana < dạa + 6m/(Z\ + 2) = 420 + 6.10/(2 + 2) = 435 mm Chiếu rộng bánh vít bạ bạ < 0.75dạ: = 075.120 = 90 mm 8- Vận tốc trượt xác định theo công thức (7.7): 8.968 =;— 7y = 2° +10° =4,06 m/ % = 19500 °7 * mis Hệ sé tai trong tinh theo bang (7.6): Ky = 1,4, Ky = 1 #g11,31
Hiệu suất theo công thức (7.9): = 0,95 tg(11,31 + 1,66) 0,82
trong đó góc ma sát p` có thể tra bảng (7.5) hoặc tính theo công thức
` = arctgf= arctg(0,048/o,*38) = arctg(0,027) = 1,66°
9- Tính toán lại ứng suất tiếp xúc cho phép:
(on] = (276+300) — 25.4,06 = (174,5+198,5) MPa = 180 MPa Giá trị này phù hợp với giá trị đã chọn
10- Xác định số răng tương đương bánh vít:
2y2 = Ze/cos*y = 40/cos*(11,31) = 42,4
chon hé sé Yrp = 1,55 theo bang 7.10
Kiểm nghiệm độ bên uốn của bánh vít theo công thức (7.43):
Trang 32300 Chuong 7 11- Tính toán nhiệt theo công thức (7.47): 1000P,( ~ n) 1= + TA K,AQ+y) = 30 + 1000 (1 — 0,82) = 57,9° < [t,] = 95° 16.20.0,25"'.0,82(1 + 0,3) Nhiệt độ nằm trong phạm vị cho phép
12- Giá trị các lực tính theo các công thức (7.13-7.16): Đạ= Fụy = —©~=————— =5005,2 N Fa = Fea = Fr tgly + 9°) = 5005,2.tg(11,31 + 1,66) = 1152,8 N F,1 = F2 = Fistga = 5005,2.tg20 = 1821,7 N Kiểm tra độ bền uốn của trục (theo bảng 7.9 chọn [os] = 80MPa): _ 32¥M? +0,75T? _ 32¥328211,5" + 0,75(1152,8.50)" nd? 2.76" =7,7 MPa <{o,)= 80 MPa Gr 1152,8.400)\” _ /1821,7.400 5005,2.100)? với My, = 4 + 4 + 4 = 3282115 Nmm 13- Kiếm tra độ cứng trục vít theo công thức (7.50): 3 2 2 ƒ=400v18621L7 +11528_ 48.2,1.105.709906,5 y1821,7_+ 11528 = 0,01928 mm < [f] = (0,1 = 0,05) mm 0,625.120 Je? 6! 76 (oa75 + = 709906,5 mm* 64
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 7
7.1 Bộ truyền trục vít được sử dụng trong trường hợp nào? Bộ truyền trục vít
có ưu nhược điểm gì so với bộ truyền bánh răng? Tại sao bộ truyền trục vít không được sử dụng để truyền công suất lớn?
7.2 Phân loại bộ truyền trục vít? Giải thích tại sao răng của bánh vít có
dạng cung tròn?
Trang 33Bộ truyền trục vít 301
1.4 Xác định hướng ren đường xoắn ốc vít và số mối ren vít? Ánh hưởng số ren vít z¡ và hệ số đường kính g lên hiệu suất bộ truyền trục vít?
7.5 Bánh vít có thay đổi chiều quay hay không khi thay đổi vị trí trục vít từ đưới lên trên và chiều quay trục vít không đối?
17.8 Vận tốc trượt bộ truyền trục vít xác định như thế nào?
7.7 Tính toán lực tác dụng lên bộ truyền trục vít theo các công thức nào? Giải thích trên trục vít lực đọc trục #„¡ luôn luôn lớn hơn lực vòng `, và hướng tâm #,¡?
7.8 Hệ số tải trọng tính trong bộ truyền trục vít xác định như thế nào?
7.9 Các dạng hỏng chủ yếu của răng bánh vít? Giải thích hiện tượng dính răng và khi nào trở thành vết xước?
7.10 Cường độ mòn răng bánh vít phụ thuộc vào các nhân tố nào?
7.11 Giải thích tại sao tính toán bộ truyền trục vít theo độ bên thực hiện cho
bánh vít mà không tính trục vít? /
7.12 Tai sao tinh todn thiết kế bộ truyền trục vít hở theo dé bén tiép xtic? Viết công thức tính toán thiết kế bộ truyền trục vít theo độ bên tiếp xúc và phân tích các thông số đầu vào?
7.18 Tại sao sự quá nhiệt bộ truyền trục vít lại nguy hiểm? Trong trường hợp
nào phải làm mát bộ truyền trục vít và thực hiện như thế nào?
7.14 Tai sao khi tính toán thiết kế hộp giảm tốc trục vít 1 cấp hoặc hộp giảm tốc bánh răng trục vít phải tiến hành tính toán nhiệt? Viết phương trình cân bằng nhiệt cho hộp giảm tốc trục vít và giải thích các
Trang 34Chuong 8 BO TRUYEN ViT ME - DAI OC Cac ky hiéu
Ký hiệu Đơn vị Hệ số - đại lượng
Y rad (độ) Góc nâng ren vít |
Pp rad Góc ma sát cặp ren vít 1
ụ Hệ số chiều dài
6 Độ mềm trục vít
wn Hệ số chiều cao đai ốc |
Wh Hệ số chiều cao ren
Nau Nig Hiệu suất khi biến chuyển động quay thanh tịnh tiến, chuyển động tịnh tiến thành quay
d,D mm Đường kinh ngoài của vít me, đai ốc dị, Dị mm Đường kính trong của vit me, đai ốc
dạ mm Đường kính trung bình 4
E MPa Môđun đàn hồi vật liệu vít
Fy N Lực dạc trực
Fam N Tải trọng giới han vit
h mm Chiều cao làm việc ren
I mm‘ Mémen quản tính mặt cắt ngang của vít -
i mm Ban kinh quan tinh mat cat vit
K Hệ số xét đến sự mất mát công suất do ma sát trong ổ
Trang 35Bộ truyền vít me - đai ốc 303
8.1 CÔNG DỤNG VÀ PHÂN LOẠI
Bộ truyền vít me - đai ốc làm việc theo nguyên lý ăn khớp của cặp ren (giữa ren trong trên đai ốc với ren ngoài trên vít me) để biến đổi chuyển động quay thành tịnh tiến ,
Tùy theo tính chất tiếp xúc của cặp ren ta có thể chia bộ truyền làm hai loại: ma sát trượt và ma sát lăn
Các ưu điểm chính: Kết cấu đơn giản, nhỏ gọn và dễ chế tạo; Khả năng tải lớn; Độ tin cậy cao; Làm việc êm và không én; Loi nhiều về lực; Có thể chuyển động chậm với độ chính xác cao
Tuy nhiên có các nhược điểm: Do ma sát lớn nên ren mòn nhanh; Hiệu suất thấp
Phạm vi sử dụng: Bộ truyền có tỷ số truyền cao và có thể tự
hãm, do đó bộ truyền sử đụng để truyền tải trọng: trong con đội tay (H.8.1), máy nâng với hệ thống truyền động cơ điện (H.8.2), máy ép vít, trong các cơ cấu điều khiển, bàn dao, bản máy, trong các cơ cấu
truyền động cho người máy, máy điều khiển số hoặc sử dụng để
Trang 36304 Chương 8
Trong một vài trường hợp, người ta sử dụng bộ truyền để biến
đổi chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay (khoan tay, vít )
Tuy nhiên điều này chỉ có thể thực hiện được nếu như góc nâng ren
vít lớn hơn góc ma sát Hiện tượng tự hãm trong trường hợp này không xảy ra
Theo công dụng bộ truyền vít me được phân loại:
Vít tải: Sử dụng tạo lực đọc trục lớn Khi tải trọng thay đổi sử dụng ren hình thang, khi tải trọng tác dụng theo một chiều có giá trị lớn sử dụng ren hình rãng cưa Đai ốc vít tải liên khối (H.8.3a) Trong
con đội hình 8.1a để có lợi về lực lớn để đảm bảo tính tự hãm ta sử dụng ren một mối với góc nâng ren vít y nhỏ
Vữ dẫn: Sử dụng để truyền chuyển động trong cơ cấu chạy dao Để giảm ma sát sử dụng ren nhiều mối Để khử khe hở do mòn ren đai ốc vít
dẫn ta sử dụng đai ốc rời (H.8.3b) có miếng kim loại mỏng để điều chỉnh 1 “pa: dy xz y 2 Ú g i⁄.£.w ‘at A NZ, a) | b) e) Hình 8.3 Các dạng đại ốc
q) Đai ốc nguyên; b) Đai ốc rời; c) Đai ốc hai nửa
Ví điêu chỉnh: Sử dụng để truyền chuyển động chính xác và
điều chỉnh Sử dụng ren hệ mét Để đảm bảo bộ truyền không có độ
rơ người ta sử dụng đai ốc hai nửa (H.8.3c) Trong cơ cấu chuyển động chính xác, điều quan trọng là ma sát nhỏ và không có khe hở trong ren, người ta sử dụng bộ truyền vít me ma sát lăn Khi đó ma sát trượt được thay thế bằng các ma sát lăn và hiệu suất cao đến 0,95
Theo số mối ren ta phân ra ren một mối, hai mối, ba mối
Trang 37305
Bộ truyền vít me - đai ốc
Hình 8.4
a) Ren một mối (phải); b) Ren hai mối (trái); c) Ren ba mối (phảU
Trong truyên động vít đai ốc với ma sát trượt, người ta sử dụng ren vuông (H.8.5a), hình thang cân (H.8.5b), trong trường hợp hướng lực dọc trục cố định, người ta sử dụng ren hình răng cưa (hình thang không cân hoặc ren đỡ H.8.ãc) Đai ố ⁄ 22⁄2 Z P KR 4 : TIẾP, ‘ NS ‘i SQ c) a) b)
Hinh 8.5 Bién dang ren duoc sit dung trong b6 truyén vit - đai ốc
a) Ren vuéng; 6) Ren hình thang; c) Ren hình răng cưa (ren đỡ)
8.2 THÔNG SỐ HÌNH HỌC
Các thơng số hình học chủ yếu: đường kính ngoài ở, đường kính
trong dị, đường kính trung bình d;, chiêu cao biên dạng ở và bước ren p, Đối với ren vuông: h = 0,1dạ; đ = dạ + h; dị = dạ — h, p, = 2h
Góc nâng ren vít y xác định theo công thức:
(8.1)
tgy = zp-/(nd2)
Trang 38306 Chương 8
8.3 ĐỘNG HỌC VÀ LỰC TÁC DỤNG
Vận tốc góc œ (rgd/s) và số vòng quay n (ogíph) của khâu quay liên quan đến vận tốc 0 (nm/s) của khâu chuyển động tịnh tiến như sau: ‹ - 280 (8.2a) P52, n = O0v (8.2b) Đến
trong đó: p, - bước ren, mm; z¡ - số mối ren vít
Tỷ số truyền quy ước u bộ truyền vit me - dai ốc bằng tỷ số giữa vận tốc dài một vòng vôlăng (hoặc bánh răng) Sy truyền chuyển động cho vít với khoảng dịch chuyển của đai ốc Sự:
y= Sv Tv (8.3)
Sy Đất
trong đó ở, - đường kính vélang
Ví dụ khi đ, = 150mm va p, = Imm va z, = 1 thì ta có ư = 471,2 Vận tốc trượt trên ren lớn hơn vận tốc chuyển động tịnh tiến đọc trục 1⁄/siny lần (thông thường 10+40 lần), với y là góc nâng ren vít
Trong trường hụp biến đổi chuyến động quay thành tịnh tiến thì mômen xoắn 7' (N.mm:` trên khâu dẫn xác định theo công thức (17.6):
T =F, “2gb +p) (8.4)
trong đó: F, - lực đọc trục (trong mối ghép ren 1a lue xiét V) đ; - đường kính trung bình của ren
Y - góc nâng ren vít, xác định theo cúng thức (8.1)
p’ - góc ma sát tương đương cặp ren vít xác định the công thức (17.5) với ƒ tra theo bảng 8.1 Bang 8.1 Hệ số ma sát ƒ bà góc ma sát ø Vật liệu cặp ren vít f ° Vit Đai ốc
Thép Đồng thanh thiếc - phốt pho 0.1 5°43"
Thép Đồng thanh không thiếc 0,12 6°51'
Trang 39Bộ truyền vít me - dai ốc 307
Trong trường hợp biến đổi chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay thì lực dọc trục #, có thể xác định theo mômen xoắn T
2T
như sau: Fl = date(y =P) =p) : (8.5)
Hiệu suất bộ truyền vít - đai ốc xác định theo công thức sau: - Trong trường hợp biến đổi chuyển động quay thành chuyển tey
tg(y +p’)
trong đó K là hệ số tính đến sự mất mát công suất do ma sát trong 6 va do bộ truyền do cắt ren không chính xác (K = 0,8+0,95)
- Trong trường hợp biến đổi chuyển động tịnh tiến thành chuyển
- g#Œ@-P)
tgy
Do đó từ (8.7) suy ra, để biến đổi chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay thì y > p, thông thường người ta chon y > 2p’
Bộ truyền vít đai ốc với ma sát lăn thì hiệu suất n = 0,8+0,95
8.4 BỘ TRUYỀN VÍT - ĐAI ỐC VỚI MA SÁT TRƯỢT
động tịnh tiến: nụ = K (8.6)
động quay: tú (8.7)
1- Dạng hỏng 0à chỉ tiêu tính
Dạng hỏng chủ yếu của vít và đai ốc là mòn ren Do đó để xác định kích thước bộ truyền ta tính độ bên mòn ren theo áp suất cho phép [p] và kiểm nghiệm vít theo độ bên Ngoài ra một trong những dạng hỏng của vít có chiều dài lớn là mất ổn định vít
2- Vét liéu vit va dai ốc
Để giảm mất m:ít công suất do ma sát trong cặp ren vit thi vít được chế tạo từ thép C45, C50 hoặc A45 và A50 (thường hóa hoặc tôi cải thiện) và thép carbon 10, thép hợp kim 65Mn, 40Cr,
40CrMn (tôi thể tích hoặc bể mặt), thép 38Cr2MoAI, 18CrMnTi và
40CrV (thấm nitơ) ˆ
Dai ốc chế tạo từ đồng thau La Zn23Al6FeMn2, La Zn38Mn2, đồng thanh Br Al9Fe3, Br Al10Fe3Mn2, Br Al10Fe3Mn2 hoặc từ gang chống
mòn Góc ma sát và hệ số ma sát cho trong bảng 8.1
Trang 40308 Chưởng B Bảng 8.2 Giá trị dp suất cho phép Vật liệu cặp ren vít (p], MPa Thép tôi - đồng thanh 12+ 13 Thép không tôi - đồng thanh 8+10 Thép tôi - gang chống ma sát 7+9
Thép không tôi - gang chống ma sài 6+7
Thép không tôi - gang GX18, GX21 5
Ứng suất kéo (nén) cho phép đối với vít bằng thép:
[ơ¿] = lơy] = „ (8.8)
với œ„ là giới hạn chảy vật liệu
Ứng suất cho phép đối với vật liệu đai ốc:
- Ứng suất dập cặp vật liệu thép - đồng thanh hoặc thép - gang:
[og] = 42+55MPa
- Ứng suất kéo: đồng thanh [ơ;] = 34+44MPa, gang [o}] = 20+24MPa
8- Tính toán bộ truyền
Tiêu chuẩn khả năng làm việc chủ yếu của các ren này là độ bên
mòn Với mục tiêu giảm mòn, người ta sử dụng các cặp vật liệu có
tính chống mòn (thép - gang; thép - đồng thanh ), bôi trơn bề mặt
làm việc, áp suất cho phép nhỏ (p] Kích thước chủ yếu của bộ truyền - đường kính trung bình ren (dạ, mm), xác định theo điều kiện bến
mòn Ấp suất trung bình giữa các bề mặt làm việc ren vít và đai ốc:
F,
= < 9
trong đó: xở;h - diện tích bể mặt tiếp xúc một vòng ren h ` chiều cao làm việc biên dạng ren
z - số Vòng ren ze Hip,, v6i H - chiéu cao dai dc; p, - bude ren Íp] - áp suất cho phép tra theo bảng 8.2
Thay thế ww = H/d; gọi là hệ số chiểu cao đai ốc và tụ; = h/p, hệ số chiều cao ren vào công thức (8.9) ta thu được: