Trong kết cấu của mỏy, mỗi chi tiết mỏy là một hệ dao động cú tần số dao động
riờng ω0. Nếu chi tiết mỏy dao động quỏ mức độ cho phộp, sẽ gõy nờn rung lắc giảm độ chớnh xỏc làm việc của chi tiết mỏy và cỏc chi tiết mỏy khỏc. Đồng thời gõy nờn tải
trọng phụ, làm cho chi tiết biến dạng lớn, cú thể dẫn đến phỏ hỏng chi tiết mỏy. Hoặc
gõy tiếng ồn lớn, tiếng ồn khú chịu.
Khi khởi động mỏy, cỏc chi tiết mỏy bắt đầu dao động tự do. Trong quỏ trỡnh làm việc, nếu như khụng cú nguồn dao động tỏc động vào chi tiết mỏy, thỡ daođộng tự
do của chi tiết mỏy sẽ tắt dần sau một vài phỳt. Nếu chi tiết mỏy chịu tỏc dụng của một
nguồn gõy dao động, thỡ nú sẽ dao động cưỡng bức.
Nguồn gõy dao động thụng thường là cỏc chi tiết mỏy quay cú khối lượng lệch
tõm, cỏc chi tiết mỏy chuyển động qua lại cú chu kỳ, hoặc do cỏc mỏy xung quanh
truyền đến. Biờn độ dao động của nguồn càng lớn thỡ chi tiết mỏy dao động càng nhiều, đặc biệt là khi tần số của nguồn bằng hoặc gần bằng với tần số riờng ω0, lỳc đú
chi tiết mỏy dao động rất mạnh (hiện tượng cộng hưởng).
Chi tiết mỏy đủ chỉ tiờu chịu dao động, khi biờn độ dao động của nú nhỏ hơn biờn độ cho phộp. Trong thực tế, việc xỏc định chớnh xỏc biờn độ dao động của một chi
tiết mỏy là rất khú khăn. Do đú, việc tớnh toỏn đủ chỉ tiờu chịu dao động được thay thế
bằng việc tỡm cỏc biện phỏp để hạn chế dao động của chi tiết mỏy.
Cỏc biện phỏp hạn chế dao động của chi tiết mỏy, cú thể kể đến là:
- Triệt tiờu cỏc nguồn gõy dao động: bằng cỏch cõn bằng mỏy, hạn chế sử dụng
xung quanh.
- Cho chi tiết mỏy làm việc với số vũng quay khỏc xa với số vũng quay tới hạn
(ứng với tần số riờng ω0)để trỏnh cộng hưởng.
-Thay đổi tớnh chất động lực học của hệ thống, để làm thay đổi tần số riờng ω0. - Dựng cỏc thiết bị giảm rung.
Cõu hỏi ụn tập chương 2 Cõu 2.1
Nờu cỏc yờu cầu về độ bền của chi tiết mỏy.
Cõu 2.2
Nờu cỏc yờu cầu về độ bền mỏi của chi tiết mỏy.
Cõu 2.3
Nờu cỏc yờu cầu về độ cứng của chi tiết mỏy.
Cõu 2.4
Nờu cỏch đỏnh giỏ chỉtiờu chịu nhiệt của mỏy.
Cõu 2.5
CHƯƠNG3
BỘTRUYỀN ĐAI 3.1. Khỏi niệm chung
- Bộ truyền đai thường dựng để truyền chuyển động giữa hai trục song song và quay cựng chiều (Hỡnh 3-1), trong một số trường hợp cú thể truyền chuyển động giữa
cỏc trục song song quay ngược chiều - truyền động đai chộo, hoặc truyền giữa hai trục
chộo nhau - truyền động đai nửa chộo (Hỡnh 3-2).
Hỡnh 3-1: Bộ truyền đai thụng thường
Hỡnh 3-2: Bộ truyền đai chộo và nửa chộo
- Bộ truyền đai thụng thường gồm 4 bộ phận chớnh:
+ Bỏnh đai dẫn số 1, cú đường kớnh d1, được lắp trờn trục dẫn I, quay với số
vũng quay n1, cụng suất truyền động P1, mụ men xoắn trờn trục T1.
+ Bỏnh đai bị dẫn số 2, cú đường kớnh d2, được lắp trờn trục bị dẫn II, quay với
số vũng quay n2, cụng suất truyền động P2, mụ men xoắn trờn trục T2.
+ Dõy đai 3,mắc vũng qua hai bỏnhđai.
+ Bộ phận căng đai, tạo lực căng ban đầu 2F0 kộo căng hai nhỏnh đai. Để tạo
lực căng F0, cú thể dựng trọng lượng động cơ (Hỡnh 3-3, a), dựng vớt đẩy (Hỡnh 3-3, b), hoặc dựng bỏnh căng đai.
trờn bề mặt tiếp xỳc của dõy đai và bỏnh đai cú ỏp suất, cú lực ma sỏt Fms. Lực ma sỏt
cản trở chuyển động trượt tương đối giữa dõy đai và bỏnh đai. Do đú khi bỏnh dẫn
quay sẽ kộo dõy đai chuyển động và dõy đai lại kộo bỏnh bị dẫn quay. Như vậy
chuyển động đó được truyền từ bỏnh dẫn sang bỏnh bị dẫn nhờ lực ma sỏt giữa dõy đai và cỏc bỏnh đai.
3.2. Cỏc loại đai và bỏnh đai
Tựy theo hỡnh dạng của dõy đai, bộ truyền đai được chia thành cỏc loại:
-Đai dẹt, hay cũn gọi là đai phẳng. Tiết diện đai là hỡnh chữ nhật hẹp, bỏnh đai
hỡnh trụ trũn,đường sinh thẳng hoặc hỡnh tang trống, bề mặt làm việc là mặt rộng của đai (Hỡnh 3- 4, a).
Kớch thước b và h của tiết diện đai được tiờu chuẩn húa. Giỏ trị chiều dầy h thường dựng là 3; 4,5; 6; 7,5 mm. Giỏ trị chiều rộng b thường dựng 20; 25; 32 40; 50; 63; 71; 80; 90; 100 ; .... mm.
Vật liệu chế tạo đai dẹt là: da, sợi bụng, sợi len, sợi tổng hợp, vải cao su. Trong đú đai vải cao su được dựng rộng rói nhất.
Đai vải cao su gồm nhiều lớp vải bụng và cao su sunfua húa. Cỏc lớp vải chụi
tải rọng, cao su dựng để liờn kết, bảo vệ cỏc lớp vải, và tăng hệ số ma sỏt với bỏnh đai. Đai vải cao su được chế tạo thành cuộn, người thiết kế cắt đủ chiều dài cần thiết và nối
thành vũng kớn.Đai được nối bằng cỏch may, hoặc dựng bu lụng kẹp chặt.
Đai sợi tổng hợp được chế tạo thành vũng kớn, do đú chiều dài của đai cũng được tiờu chuẩn húa.
Hỡnh 3-4: Dõyđai
a) Đaidẹt, b) Đai thang,c) Đai trũn
- Đai thang, tiết diện đai hỡnh thang, bỏnh đai cú rónh hỡnh thang, thường dựng nhiều dõy đai trong một bộ truyền (Hỡnh 5-4, b).
Vật liệu chế tạo đai thang là vải cao su. Gồm lớp sợi xếp hoặc lớp sợi bện chịu
kộo, lớp vải bọc quanh phớa ngoài đai, lớp cao su chịu nộn và tăng ma sỏt. Đai thang
làm việc theo hai mặt bờn.
Hỡnh dạng và diện tớch tiết diện đai thang được tiờu chuẩn húa. TCVN 2332-78
quy định 6 loại đai thang thường Z, O, A, B, C, D. TCVN 3210-79 quy định 3 loại đai
Đai thang được chế tạo thành vũng kớn, chiều dài đai cũng được tiờu chuẩn húa.
Bộ truyền đai thang thường dựng cú chiều dà i: 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000, 2240, 2500, 2800, 3150, 3550, 4000, 4500, 5000,... mm.
- Đai trũn, tiết diện đai hỡnh trũn, bỏnh đai cú rónh hỡnh trũn tương ứng chứa dõy đai (Hỡnh 3-4, c). Đai trũn thường dựng để truyền cụng suất nhỏ.
- Đai hỡnh lược, là trường hợp đặc biệt của bộ truyền đai thang. Cỏc đai được
làm liền nhau như răng lược (Hỡnh 3-5, a). Mỗi răng làm việc như một đai thang. Số răng thường dựng 2ữ20, tối đa là 50 răng. Tiết diện răng được tiờu chuẩn húa.
Đai hỡnh lược cũng chế tạo thành vũng kớn, trị số tiờu chuẩn của chiều dài tương
tự như đai thang.
Hỡnh 3-5: Bộ truyền đai hỡnh lược, đai răng
- Đai răng, là một dạng biến thể của bộ truyền đai. Dõy đai cú hỡnh dạng gần
giống như thanh răng, bỏnh đai cú răng gần giống như bỏnh răng. Bộ truyền đai răng
làm việc theo nguyờn tắc ăn khớp là chớnh, ma sỏt là phụ, lực căng trờn đai khỏ nhỏ
(Hỡnh 3-5, b).
Cấu tạo của đai răng bao gồm cỏc sợi thộp bện chịu tải, nền và răng bằng cao su
hoặc chất dẻo.
Thụng số cơ bản của đai răng là mụ đun m, mụ đun được tiờu chuẩn húa, gớa trị
tiờu chuẩn của m: 1 ; 1,5 ; 2 ; 3 ; 4 ; 5 ; 7 ; 10 mm. Dõy đai răng được chế tạo thành vũng kớn. Giỏ trị tiờu chuẩn của chiều dài đai tương tự như đai hỡnh thang.
Trờn thực tế, bộ truyền đai dẹt và đai thang được dựng nhiều hơn cả. Vỡ vậy, trong chương này chủ yếu trỡnh bày bộ truyền đai dẹt và đai thang.
3.3. Cỏc thụng sốhỡnh học chớnh
3.3.1. Thụng sốlàm việc chủyếu của bộtruyền đai
- Số vũng quay trờn trục dẫn, ký hiệu là n1, trờn trục bị dẫn n2; v/ph. - Tỷ số truyền, ký hiệu là u, u = n1 / n2.
- Cụng suất trờn trục dẫn, ký hiệu là P1, cụng suất trờn trục bị dẫn P2; kW. - Hiệu suất truyền động η, η= P2/ P1.
- Mụ men xoắn trờn trục dẫn T1, trờn trục bị dẫn T2; Nmm.
- Vận tốc vũng của bỏnh dẫn v1, bỏnh bị dẫn v2, vận tốc dài của dõy đai vđ; m/s. ệ số trượt ξ, ξ
- Thời gian phục vụ của bộ truyền, cũn gọi là tuổi bền của bộ truyền tb; h. - Lực căng đai ban đầu trờn mỗi nhỏnh đai F0; N.
- Lực vũng tỏc dụng lờn đai, cũn gọi là lực căng cú ớch F t; N. Ft= 2T1/ d1. - Hệ số kộo ψ, ψ= Ft/(2F0).
- Yờu cầu về mụi trường làm việc của bộ truyền.
- Chế độ làm việc.
3.3.2. Thụng sốhỡnh học chủyếu của bộtruyền đai
- Đường kớnh tớnh toỏn của bỏnh đai dẫn d1, của bỏnh bị dẫn d2; mm. Là đường
kớnh của vũng trũn tiếp xỳc với lớp trung hũa của dõy đai. Lớp trung hoà của đai là lớp
khụng bị kộo, mà cũng khụng bị nộn khi dõy đai vũng qua cỏc bỏnhđai.
d2 = d1.u.(1-ξ).
- Khoảng cỏch trục a, mm: là khoảng cỏch giữa tõm bỏnh đai dẫn và bỏnh bị dẫn.
- Gúc giữa hai nhỏnh dõy đai γ; độ.
- Gúc ụm của dõy đai trờn bỏnh dẫn õ1, trờn bỏnh bị dẫn õ2; độ.
α1= 1800 -γ;α2 = 1800+γ; γ≅570.(d2-d1) / a (3-1) - Chiều dài dõy đai L; mm. Được đo theo lớp trung hũa của dõy đai. Quan hệ
giữa chiều dài dõy đai và khoảng cỏch trục a được xỏc định như sau:
a d d d d a L 4 ) ( 2 ) ( 2 2 1 2 1 2 π (3-2) 2 1 2 2 1 2 1 2 2 2 ) ( 2 ) ( 4 1 d d d d L d d L a π π (3-3)
- Số dõy đai trong bộ truyền đai hỡnh thang, z.
- Diện tớch tiết diện mặt cắt ngang của dõy đai A; mm2(Hỡnh 3-4).
Đối với đai dẹt, A = bxh. Với b là chiều rộng, h là chiều cao của
tiết diện.
Đối với đai thang, A = A0xz. Với A0 là diện tớch tiết diện của một dõy đai.
- Chiều rộng bỏnh đai B1, B2. Thụng thường B1= B2bằng chiều rộng tớnh toỏn B. Đối với bỏnh đai dẹt, lấy B = 1,1.b + (10ữ15) mm.
Đối với bỏnh đai thang, lấy B = (z - 1).pth+ 2.e mm.
3.4.Cơ học truyềnđộngđai
3.4.1. Lực tỏc dụng trong bộtruyền đai
-Khi chưa làm việc, dõy đai được kộo căng bởi lực ban đầu F0.
- Khi chịu tải trọng T1 trờn trục I và T2 trờn trục II, xuất hiện lực vũng Ft, làm một nhanh đai căng thờm, gọi là nhỏnh căng, và một bỏnh bớt căng đi (Hỡnh 3-6).
Lỳc này:
lực căng trờn nhỏnh khụng căng: Fkh= F0 - Ft/2.
- Khi cỏc bỏnh đai quay, dõy đai bị ly tõm tỏch xa khỏi bỏnh đai. Trờn cỏc nhỏnh đai chịu thờm lực căng Fv = qm.v2, với qm là khối lượng của 1 một đai. Lực Fv
cũn cú tỏc hại làm giảm lực ma sỏt giữa dõy đai và cỏc bỏnh đai.
Lỳc này trờn nhỏnh đai căng cú lực Fc= F0 + Ft/2 + Fv, trờn nhỏnh đai khụng căng cúlực Fkh= F0 - Ft/2 + Fv
- Lực tỏc dụng lờn trục vàổ mang bộ truyền đai là lực hướng tõm F r, cú phương
vuụng gúc với đường trục bỏnh đai, cú chiều kộo hai bỏnh đai lại gần nhau. Giỏ trị của
Fr được tớnh như sau:
Fr = 2.F0.cos(γ/2). (3-4)
Hỡnh 3-6: Lực trong bộ truyền đai
3.4.2. Ứng suất trong dõyđai
-Dưới tỏc dụng của lực căng Fc, trờn nhỏnh đai căng cú ứng suất σc= Fc/A. -Tương tự, trờn nhỏnh đai khụng căng cú σkh= Fkh/A. Đương nhiờn σkh<σc. - Ngoài ra, khi dõy đai vũng qua bỏnh đai 1, nú bị uốn, trong đai cú ứng suất
uốn σu1= E.h/d1. Trong đú E là mụ đun đàn hồi của vật liệu đai.
-Tương tự, khi dõy đai vũng qua bỏnhđai 2, trong đai cú σu2= E.h/d2. Ta nhận
hấy σu2<σu1.
Sơ đồ phõn bố ứng suất trong dõy đai, dọc theo chiều dài của đai được trỡnh bày trờn (Hỡnh 3-7).
Quan sỏt sơ đồ ứng suất trong đai, ta cú nhận xột:
- Khi bộ truyền làm việc, ứng suất tại một tiết diện của đai sẽ thay đổi từ giỏ trị σmin=σkh đến giỏ trị σmax=σc+σu1. Như vậy dõy đai sẽ bị hỏng do mỏi.
- Khi dõy đai chạy đủ một vũng, ứng suất tại mỗi tiết diện của đai thay đổi 4
lần. Để hạn chế số chu kỳ ứng suất trong đai, kộo dài thời gian sử dụng bộ
truyền đai, cú thể khống chế số vũng chạy củ a đai trong một dõy.
- Để cho σu1 và σu2 khụng quỏ lớn, chỳng ta nờn chọn tỷ lệ d1/h trong khoảng
từ30ữ40.
3.4.3. Sự trượt trong bộtruyền đai
Thực hiện thớ nghiệm trượt của đai như trờn(Hỡnh 3-8):
Trọng lượng G của hai vật nặng tương đương với lực căng ban đầu F0.
Dõy đai dónđều và tiếp xỳc với bỏnh đai trờn cung AB. Giữ bỏnh đai cố định. Đỏnh dấu vị trớ tương đối giữa dõy đai và bỏnh đai, bằng vạch màu.
Treo thờm vật nặng G1vào nhỏnh trỏi của dõy đai, nhỏnh trỏi sẽ bị dón dài thờm một đoạn.
Cỏc vạch màu giữa dõy đai và bỏnh đai trờn cung AC bị lệch nhau. Dõy đai đó
trượt trờn bỏnh đai.
Hỡnh 3-8: Thớ nghiệm về trượt của đai
Hiện tượng trượt này do dõy đai biến dạng đàn hồi gõy nờn. Dõy đai càng mềm,
dón nhiều trượt càng lớn. Được gọi là hiện tượng trượt đàn hồi của dõy đai trờn bỏnh
đai. Cung AC gọi là cung trượt, cung CB khụng cú hiện tượng trượt gọi là cung tĩnh.
Lực Fmstrờn cung AC vừa đủ cõn bằng với trọng lượng G1của vật nặng.
Ta tăng dần giỏ trị của G1 lờn, thỡ điểm C tiến dần đến điểm B. Khi điểm C
trựng với điểm B, lỳc đú Fmstrờn cung AB = G1, đõy là trạng thỏi tới hạn của dõy đai,
G1gọi là tải trọng giới hạn.
Tiếp tục tăng G1, dõy đai sẽ chuyển động về phớa bờn trỏi, trượt trờn bỏnh đai. Đõy là hiện tượng trượt trơn. Lỳc này lực ma sỏt Fmstrờn bề mặt tiếp xỳc giữa dõy đai và bỏnh đai khụng đủ lớn để giữ dõy đai. Fms< G1.
Ta giảm giỏ trị G1, sao cho Fms trờn cung AB lớn hơn G1. Quay bỏnh đai theo
chiều kim đồng hồ và ngược lại. Quan sỏt cỏc vạch màu, ta nhận thấy cun g trượt luụn
nằm ở phớa nhỏnh đai đi ra khỏi bỏnh đai.
Xột bộ truyền đai chịu tải trọng T1, quay với số vũng quay n1. Lỳc này lực tỏc
dụng trờn nhỏnh căng và nhỏnh khụng căng lệch nhau một lượng Ft= 2T1/ d1.
Lực Fkhtrờn nhỏnh khụng căng tương đươngvới trọng lượng G trờn thớ nghiệm,
cũn Fttương đương với G1.
Trờn bỏnh đai dẫn 1 cung trượt nằm về phớa nhỏnh đai khụng căng, cung tĩnh nằm ở phớa nhỏnh đai căng. Trờn bỏnh đai bị dẫn 2 cung trượt nằm ở phớa nhỏnh đai căng.
Khi Fms1và Fms2lớn hơn lực Ft, lỳc đú trong bộ truyền đai chỉ cú trượt đàn hồi.
Khi Fms1 hoặc Fms2 nhỏ hơn Ft, trong bộ truyền đai cú hiện tượng trượt trơn
hoàn toàn. Cỏc bộ truyền đai thường dựng cú u > 1, nờn Fms1 < Fms2, khi xảy ra trượt trơn thường bỏnh đai 1 quay, bỏnh đai 2 và dõy đai đứng lại.
Khi bộ truyền ở trạng thỏi tới hạn, Fms1 ≈ Ft, do lực Fms1 dao động phụ thuộc