Khi truyền mô men xoắn, tại chỗ các đôi răng tiếp xúc sinh ra lực pháp tuyến vuông góc với bề mặt thân khai của răng. Ngoài ra, vì khi ăn khớp các răng tr−ợt lên nhau nên có lực ma sát. D−ới tác dụng của các lực này răng chịu trạng thái ứng suất phức tạp. ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn là các ứng suất chủ yếu, có ảnh h−ởng quyết định đến khả năng làm việc của răng. Đối với mỗi răng ứng suất thay đổi theo chu kì mạch động gián đoạn. ứng suất thay đổi là nguyên nhân làm tróc rỗ bề mặt răng và vì có ma sát khi ăn khớp làm cho bề mặt răng có thể bị mòn hoặc dính.
a) b) c)
Hình 1.13: Các dạng hỏng của bánh răng sau khi làm việc a) Tróc bề mặt răng; b) Mòn răng; c) Dính răng 1.7.1. Tróc vì mỏi bề mặt răng
Do ứng suất tiếp xúc gây ra (hình 1.13a). Đó là dạng hỏng bề mặt chủ yếu trong các bộ truyền đ−ợc bôi trơn tốt. Sau một thời gian làm việc, những vết nứt do mỏi bề mặt răng xuất hiện và phát triển theo h−ớng vận tốc tr−ợt (lực ma sát).
Tróc th−ờng bắt đầu ở vùng gần tâm ăn khớp (phía chân răng) vì tại đây ứng suất tiếp xúc và lực ma sát có trị số lớn nhất. Sở dĩ ứng suất tiếp xúc lớn vì lúc này (tại vùng tâm ăn khớp) chỉ có một đôi răng ăn khớp, răng chịu toàn bộ tải trọng ngoài, còn lực ma sát lớn vì áp lực lớn và hệ số ma sát lớn do vận tốc tr−ợt nhỏ.
Trong quá trình làm việc, các vết tróc phát triển và số các vết tróc cũng tăng dần. Do tróc, mặt răng mất nhẵn, dạng răng bị méo mó, tải trọng động tăng lên, quá trình tróc lại càng trở lên trầm trọng hơn, màng dầu giữa bề mặt tiếp xúc của đôi răng ăn khớp không hình thành đ−ợc, khiến mặt răng bị mòn hoặc x−ớc nhanh và cuối cùng toàn bộ bề mặt răng phía d−ới đ−ờng tâm ăn khớp bị phá hang. Bộ truyền nóng nhiều, rung mạnh, kêu to.
Tuy nhiên, sự xuất hiện những vết tróc đầu tiên không phải bao giờ cũng là dấu hiệu chứng tỏ mặt răng sắp hoàn toàn bị phá hỏng, có thể chỉ là hiện t−ợng tróc nhất thời. Tróc nhất thời xảy ra khi bề mặt răng có độ rắn thấp, tại phần chiều dài răng có tập trung tải trọng lớn (gây quá tải cục bộ tại phần này), do chế tạo không đ−ợc chính xác. Vì mặt răng tại đây bị tróc nên tải trọng phân bố đều hơn cho các phần khác của răng và hiện t−ợng tróc cũng ngừng phát triển. Nếu những vết tróc đầu tiên luôn luôn phát triển, lan khắp bề mặt chân răng, hiện t−ợng này gọi là tróc lan. Tróc lan đã xảy ra thì tiếp tục phát triển nhanh vì quanh vết tróc có thêm nhiều vết nứt nhỏ do tính chất giòn của vật liệu.
1.7.2. Mòn răng
Là dạng hỏng chủ yếu trong các bộ truyền bôi trơn không tốt nh− các bộ truyền hở hoặc kín nh−ng có các hạt mài mòn nh− bụi, các hạt kim loại bị mòn,…
Răng mòn nhiều ở đỉnh và chân răng vì tại đó vận tốc tr−ợt lớn. Mòn làm dạng răng bị thay đổi, tải trọng tăng lên, tiết diện răng giảm xuống và cuối cùng gãy răng.(Hình 1.13b)
Hiện nay ch−a có ph−ơng pháp tính bánh răng về mòn vì c−ờng độ mòn phụ thuộc vào nhiều yếu tố ngẫu nhiên rất khó xác định.
1.7.3. Dính răng
Xảy ra nhiều nhất ở các bộ truyền chịu tải lớn và có vận tốc cao (Hình 1.13c).
Tại chỗ răng ăn khớp nhiệt độ sinh ra quá cao, màng dầu bị phá vỡ, làm răng trực tiếp tiếp xúc nhau. Do áp suất và nhiệt độ cao, đôi răng dính vào nhau và
khi chúng chuyển động t−ơng đối, những mảnh kim loại nhỏ bị đứt khỏi răng này sẽ bám chặt lên bề mặt răng kia. Kết quả làm cho bề mặt làm việc của răng bị x−ớc nhiều, dạng răng bị phá hỏng.
1.7.4. Biến dạng dẻo bề mặt răng
Th−ờng xảy ra ở các bánh răng thép có độ rắn thấp, chịu tải trọng lớn và có vận tốc thấp. Tải trọng lớn gây biến dạng dẻo bề mặt răng. Lớp biến dạng dẻo bị lực ma sát lôi đi theo chiều vận tốc tr−ợt, cho nên bánh dẫn kim loại bị xô về đỉnh và chân răng, tạo thành các rãnh ở phần giữa. Còn bánh răng bị dẫn kim loại dồn vào giữa răng, làm răng bị nổi gờ, nh− vậy dạng răng bị hỏng, bộ truyền ăn khớp mất chính xác.
1.7.5. Hiện t−ợng tr−ợt biên dạng răng
Hai biên dạng ăn khớp với nhau là các bao hình của nhau, do đó trong quá trình ăn khớp chúng vừa lăn vừa tr−ợt trên nhau.Vận tốc tr−ợt t−ơng đối VuurM M1 2 tại điểm tiếp xúc M của hai biên dạng nằm theo ph−ơng tiếp tuyến chung nn với hai biên dạng tại điểm tiếp xúc M :
2
1 . 1 2
M M P M
V = uuurω −uuurω , trong đó P là tâm ăn khớp (hình 1.14).
Vận tốc tr−ợt càng lớn khi vị trí tiếp xúc giữa chúng càng xa tâm ăn khớp và chỉ bằng không khi vị trí tiếp xúc trùng với tâm ăn khớp.
Hiện t−ợng tr−ợt t−ơng đối này đ−ợc gọi là hiện t−ợng tr−ợt biên dạng. Hiện t−ợng tr−ợt biên dạng làm mòn bề mặt làm việc của răng, làm giảm hiệu suất của bộ truyền bánh răng. Độ mòn của biên dạng răng do hiện t−ợng tr−ợt gây ra ở phần chân răng bao giờ cũng lớn hơn độ mòn ở phần đầu răng.
Hình 1.14: Hiện t−ợng tr−ợt biên dạng ăn khớp
1.8. Các ph−ơng pháp phục hồi bánh răng sau khi sử dụng
Độ mòn của bánh răng làm giảm tính chất động học của bộ truyền, phá vỡ các chi tiết lắp ghép, làm tăng rung động và tiến ồn của máy.
Khi chế tạo các bánh răng cỡ lớn thì việc phục hồi chúng có ý nghĩa quan trọng vì tiết kiệm đ−ợc một l−ợng kim loại lớn. Ph−ơng pháp phục hồi bánh răng đã đ−ợc ứng dụng ở nhiều nơi trên thế giới cho các loại tuabin, máy xúc, máy nông nghiệp, ô tô, …
Công nghệ phục hồi bánh răng phải đáp ứng đ−ợc các yêu cầu sau:
• Khả năng truyền động của bánh răng đ−ợc phục hồi không thấp hơn các bánh răng đ−ợc chế tạo mới.
• Ph−ơng pháp gia công răng khi phục hồi có năng suất cao, bởi vì chiều dày lớp kim loại đ−ợc hớt đi khi phục hồi thông th−ờng lớn hơn nhiều l−ợng d− gia công tinh răng của các bánh răng chế tạo mới.
• Chế tạo và mài dao đơn giản, tạo khả năng sử dụng các máy vạn năng trong các phân x−ởng sửa chữa.
Trong kinh nghiệm phục hồi bánh răng, ng−ời ta thiết kế bốn ph−ơng pháp sau:
+ Phục hồi profin thân khai ban đầu bằng cách giảm chiều dày răng. Trong tr−ờng hợp này, các chỉ tiêu hình học và động học của bộ truyền không thay đổi, còn khe hở mặt bên tăng lên. Ph−ơng pháp pục hồi này đ−ợc ứng dụng cho các bánh răng trong các máy tua-bin.
+ Phục hồi bằng cách sửa lại răng của bánh răng lớn và dùng bánh răng nhỏ có các thông số khác thông số của bánh răng nhỏ ăn khớp với bánh răng lớn tr−ớc khi hồi phục. Trong tr−ờng hợp này cần chọn các thông số của bánh răng nhỏ xuất phát từ khả năng chịu tải và khả năng công nghệ. Đây là ph−ơng pháp thông dụng nhất, đặc biệt nó có nhiều −u điểm trong sửa chữa cơ cấu quay của thang máy.
+ Phục hồi bằng cách sửa lại răng của bánh răng lớn với việc điều chỉnh khoảng cách tâm và sử dụng bánh răng nhỏ ăn khớp với các thông số không thay đổi. Ph−ơng pháp này đ−ợc dùng để phục hồi bánh răng trong cơ cấu quay của máy nghiền quặng.
+ Phục hồi kích th−ớc ban đầu của các bánh răng bằng ph−ơng pháp phun phủ và gia công tinh sau đó.
Khi phục hồi các bánh răng có độ cứng bề mặt răng HRC ≥ 46.5 cần dùng dao cắt răng hợp kim cứng. Đối với các bánh răng có độ cứng HB < 250 ng−ời ta sử dụng dao phay lăn tiêu chuẩn, còn khi phục hồi các bánh răng có độ cứng HB
> 280 với mô-đun m > 20 mm cần sử dụng dao chuyên dùng.
1.9. Kết luận
Từ nguyên lý hình thành và cách chế tạo bánh răng trên đây, ta thấy bánh răng dù mới hay đã qua sử dụng đều có sai số. Vì vậy, cần phải có quá trình kiểm tra đế đánh giá mức độ sai số của bề mặt răng của bánh răng. Từ đó, ta có thể biết đ−ợc bánh răng có sử dụng đ−ợc nữa hay không hay là phải sửa chữa theo các cách phục hồi bánh răng nh− mục 1.8 đã nêu hoặc loại bỏ không dùng nữa.
Ch−ơng II
ĐO LƯờNG KIểM TRA một số thông số cơ bản của BáNH RĂNG THEO PHƯƠNG PHáP Cổ ĐIểN
2.1. Ph−ơng pháp kiểm tra tổng hợp loại ăn khớp một bên
Ph−ơng pháp kiểm tra tổng hợp là ph−ơng pháp kiểm tra sai số động học của bánh răng trong điều kiện làm việc thực của nó. Trong ph−ơng pháp này, bánh răng thực hiện ăn khớp một bên giống điều kiện làm việc thực của bánh răng. Sai số động học đ−ợc quy định là sai số góc lớn nhất sau một vòng quay của bánh răng, khi nó ăn khớp một bên với bánh răng mẫu và đ−ợc tính ra độ dài cung. Hình 2.1 là sơ đồ nguyên tắc đo sai số động học : bánh răng mẫu 1 và bánh răng kiểm tra 2 có cùng thông số thiết kế. Khi bánh răng 1 quay một góc α, nếu bánh răng 2 không có sai số thì nó cũng quay đi một góc α' = α. Khi bánh răng 2 có sai số thì α'≠ α. Khi
đó:
∆ α = α' - α
Sai số động học tính bằng: Fr' = ∆R. αΣ
trong đó ∆αΣlà sai lệch góc của bánh răng kiểm tra so với bánh răng mẫu khi bánh răng này quay một vòng.
Trong thực tế, việc đo sai số động học '
r
F theo sơ đồ trên không dễ thực hiện đ−ợc. Để đo đ−ợc thuận lợi và chính xác ng−ời ta tiến hành khuếch đại tín hiệu đo qua các bộ truyền, tạo ra hai chuyển động: chuyển động mẫu và chuyển động đo. Trong đó, chuyển động mẫu gồm các chi tiết mẫu ăn khớp với nhau còn chuyển động đo là chuyển động gồm các chi tiết ăn khớp mẫu ăn khớp với bánh răng đo. Sai lệch của hai chuyển động đánh giá mức độ sai lệch truyền động của bánh răng đo khi sai số của chi tiết mẫu không đáng kể so với chi tiết đo.
Ph−ơng pháp này cho phép ta đánh giá chính xác chất l−ợng làm việc thực của bánh răng một cách nhanh chóng. Tuy nhiên, do phải sử dụng các chi tiết mẫu có độ chính xác cao nên nó chỉ thích hợp với việc kiểm tra trong sản xuất mặt hàng ổn định, khối l−ợng sản phẩm lớn và dùng khi kiểm tra thu nhận. Ph−ơng pháp kiểm tra này không chỉ rõ đ−ợc nguyên nhân sai hang sản phẩm nên không dùng khi nghiên cứu độ chính xác gia công bánh răng.
2.2. Đo đ−ờng kính vòng chia
Đ−ờng kính vòng chia thực của bánh răng, khoảng cách trục và khe hở ăn khớp hình thành một chuỗi kích th−ớc, vì thế kích th−ớc thực của nó sẽ làm ảnh h−ởng đến khe hở ăn khớp, có thể làm thay đổi dạng đối tiếp của cặp ăn khớp.
Hình2.2 : Sơ đồ đo đ−ờng kính vòng chia
Ng−ời ta dùng ph−ơng pháp đo gián tiếp thông qua con lăn hoặc bi có đ−ờng kính D đ−ợc đặt vào rãnh nh− hình 2.2 mô tả. Đ−ờng kính con lăn hoặc bi đ−ợc chọn sao cho vòng chia đi qua tâm bi. Theo TCVN 2345-78, với vòng chủ động, một cách gần đúng lấy D= 1,5m và vòng bị động lấy D=1,7m.
Khi Z chẵn : dc = M - D Khi Z lẻ : cos 4 c M D d = −ψ với 360 Z ο ψ =
Khi đo M bằng bi hoặc con lăn có đ−ờng kính khác , tiếp điểm của bi hoặc con lăn với mặt răng sẽ thay đổi và góc ăn khớp tai điểm tiếp xúc sẽ là αD khác góc ăn khớp α tại đ−ờng kính vòng chia.
cos cos CD
c D
d = d αα
2.3. Ph−ơng pháp đo sai số tích lũy b−ớc vòng
Hình 2.3a : Sự phân bố của các răng gây ra sai số b−ớc vòng
B−ớc vòng pt là khoảng cách giữa hai profin cùng phía của hai răng kề nhau đo theo cung tròn đồng tâm của bánh răng.
Sai lệch b−ớc vòng phản ánh độ không đồng đều của b−ớc vòng, đó là sai lệch vị trí t−ơng đối của các răng với nhau. Hình 2.3a mô tả sự phân bố của các răng gây sai số tích lũy b−ớc vòng.
Sai số tích lũy b−ớc vòng là trị số sai lệch b−ớc vòng lớn nhất sau một vòng quay của bánh răng và đ−ợc quy định là sai lệch giới hạn của b−ớc vòng fpt dùng đánh giá mức làm việc êm của bánh răng.
m ax m in 1 Z ti i pt f p p p = = − = ∑ ∆ ∆ ∆
Sai lệch b−ớc vòng giới hạn có thể đo theo ba ph−ơng pháp:
• Đo sai lệch b−ớc góc
• Đo sai lệch b−ớc vòng trên vòng tròn đo
• Đo sai lệch b−ớc trên nửa vòng quay
Nh−ng ta chỉ trình bày ph−ơng pháp đo theo sai lệch b−ớc góc.
B−ớc góc 2.
Zπ
τ = là góc chắn b−ớc vòng. Vì vậy, ta có thể đo sai lệch b−ớc vòng qua đo sai lệch b−ớc góc. Hình 2.3b mô tả ph−ơng pháp đo sai lệch b−ớc vòng theo ph−ơng pháp đo sai lệch b−ớc góc. Trong đó bánh răng đo đ−ợc lắp đồng trục với các cơ cấu chia độ, ở hình a, b, c là bàn chia độ cơ khí hoặc bàn chia độ quang học, ở hình b4 là đĩa chia độ. Trong hình a, b thông qua đầu đo lắp trên đòn bẩy 4 tiếp xúc với s−ờng răng, đồng hồ 5 là dụng cụ chỉ "0", ở hình c điều chỉnh ngắm chuẩn cho tâm vạch chuẩn a-a và b-b nằm trên biên dạng răng. Khi quay bánh răng lần l−ợt cho các s−ờng răng vào vị trí đo "0", ta sẽ đọc đ−ợc các giá trị số góc đã chuyển qua sai lệch góc giữa góc đo τ1 với τ2, cho ta sai lệch b−ớc vòng tại các điểm đo t−ơng ứng.
Ngoài ra cả 4 sơ đồ đều có thể áp dụng nguyên tắc: quay bánh răng đi góc
τ quy định, chuyển đổi đo sẽ cho ta sai lệch b−ớc vòng trên cung đo. ở hình c, sai lệch b−ớc vòng tính qua sai lệch chuyển vị của tâm vạch chuẩn tới biên dạng răng đo.
Tùy theo yêu cầu về độ chính xác và kích th−ớc của bánh răng đo mà có thể đo lần l−ợt cả Z b−ớc liên tiếp hoặc vài ba b−ớc đo một lần. Với bánh răng nhỏ có thể so sánh sai số trên hai hay ba b−ớc.
Độ chính xác khi đo theo ph−ơng pháp đo b−ớc góc cao hơn nh−ng năng suất đo thấp. Ph−ơng pháp này chỉ thích hợp với sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ.
2.4. Đo sai lệch giới hạn b−ớc pháp cơ sở
B−ớc pháp cơ sở là b−ớc ăn khớp của bánh răng, đó là khoảng cách theo ph−ơng pháp tuyến tiếp xúc ( khi ăn khớp thân khai ) giữa hai điểm tiếp xúc trên mặt chính cùng phía của các mặt răng kề nhau.
B−ớc pháp có kích th−ớc danh nghĩa là: Pbn= π. .cosm α (m là mô đun của bánh răng, α là góc ăn khớp của bánh răng). Trong tiêu chuẩn quy định sai lệch giới hạn của b−ớc ăn khớp là fph dùng đánh giá mức làm việc êm của bánh răng.
Hình 2.4 mô tả sơ đồ đo sai lệch b−ớc cơ sở. Khi đo, tiếp điểm đo cần nằm trên vùng ăn khớp thân khai. Trong máy và dụng cụ đo có các cơ cấu điều chỉnh cho tiếp điểm đo đặt ở phần làm việc của s−ờn răng. Khoảng cách giữa hai mỏ đo đ−ợc điều chỉnh với kích th−ớc danh nghĩa của Pbn. Ph−ơng pháp đo, tính kết quả đo và đánh giá t−ơng tự nh− khi đo sai lệch b−ớc vòng.
Hình 2.4 : Sơ đồ đo giới hạn b−ớc pháp cơ sở
2.5. Đo sai lệch khoảng pháp tuyến chung
Khoảng pháp tuyến chung W là khoảng cách giữa các mặt răng khác phía