3.1. Khâi niệm
Cơ cấu bânh răng dùng để truyền chuyển động quay giữa câc trục nhờ sự ăn khớp của hai khđu có răng, khđu có răng gọi lă bânh răng.
Bânh răng có hailoại chủ yếu:
- Bânh răng trụ dùng để truyền chuyển động quay giữa hai trục song song.
- Bânh răng côn dùng để truyền chuyển động giữa hai trục chĩo nhau (thường vuông góc với nhau).
Cơ cấu bânh răng đơn giản nhất gồm một cặp bânh răng ghĩp cố định trín hai trục, nhờ sự ăn khớp giữa câc răng của hai bânh răng nín khi trục dẫn I quay lăm cho trục bị dẫn II quay theo
Hình 3.10 Lược đồ hệ bânh răng thường
Hình 3.10 lă lược đồ cơ cấu bânh răng trụ ăn khớp ngoăi. Trong hình 4.10a
lă lược đồ cơ cấu bânh răng trụ răng thẳng hình 3.10b lă lược đồ bânh răng trụ răng nghiíng, hình 3.10c lă lược đồ bânh răng trụ răng chữ V. Khi hai bânh răng ăn khớp ngoăi lăm cho hai trục quay ngược chiều nhau.
Hình 3.11 lă lược đồ cơ cấu bânh răng trụ ăn khớp trong. Hai bânh răng ăn
khớp trong lăm cho hai trục quay cùng chiều.
O2 O1 Z2 Z1 I II I II I II a) b) c)
67
Hình 3.11 Lược đồ cơ cấu bânh răng trụ ăn khớp trong
Hình 3.12 lă lược đồ cơ cấu bânh răng côn răng thẳng (Hình 3.12a), răng
nghiíng (Hình 3.12b) vă răng xoắn (Hình 3.12c).
Hình 3.12 Lược đồ cơ cấu bânh răng côn răng thẳng
Cơ cấu bânh răng đơn giản nói trín gồm ba khđu, khđu dẫn lă bânh răng 1 có số răng Z1 được lắp cố định (đânh dấu trín trục) trín trục I khđu bị dẫn lă bânh răng 2 có số răng Z2được lắp cố định trín
trục II, khđu còn lại lă giâ (Trín hình vẽ không biểu diễn khđu giâ)
Trong một bânh răng trụ răng thẳng
(Hình 3.13)
Mỗi khoảng trống giữa hai răng lă một rênh răng, hai cạnh bín của mỗi răng lă hai đoạn cong (thường lă đường thđn khai) gọi lă biến dạng răng. Chiều cao răng được giới hạn bởi vòng đỉnh răng De,
chiều sđu răng được giới hạn bởi vòng chđn răng Di
Cung giữa hai biến dạng răng cùng phía của hai răng liền kề nhau gọi lă bước răng tx, Sx lă chiều dăy răng, Wxchiều rộng rênh răng.
O2 O1 Z2 Z1 I II I II II O2 II I a) II I b) II I c) I Z1 Z2
Hình 3.13 Bânh răng trụ răng thẳng
Sx
Wx x
D
68
Vòng tròn trín đó chiều dăy răng Sx bằng chiều rộng rênh WX được gọi lă
vòng chia Do, lược đồ bânh răng được biểu diễn bằng vòng chia năy.
Vật liệu chế tạo bânh răng đòi hỏi mặt ngoăi phải cứng để chống măi mòn, nhưng phần lõi răng vă thđn bânh răng phải dẻo dai để chống uốn vă va chạm. Vì vậy hầu hết bânh răng truyền động kín (ở hộp số, hộp giảm tốc…) được chế tạo bằng thĩp vă tôi mặt ngoăi, bânh răng truyền động hở được chế tạo bằng gang
xâm.
Để giảm bớt ma sât khi ăn khớp phải dùng dầu mỡ để bôi trơn trín câc mặt răng. Khi truyền động hở, bânh răng được bôi trơn bằng mỡ Sôliđôn. Khi truyền động kín, bânh răng được bôi trơn bằng dầu công nghiệp 20, CN 30…
3.2. Tỷ số truyền
* Tỷ số truyền của một cặp bânh răng
Tỷ số giữa tốc độ của trục dẫn vă trục bị bẫn của một cặp bânh răng được gọi lă tỷ số truyền.
i12 = 1 2 2 1 2 1 Z Z ω ω n n (3-3) Trong đó:
i12: Lă tỷ số truyền từ trục dẫn I đến trục bị dẫn II lấy dấu + khi ăn khớp trong, lấy dấu - khi ăn khớp ngoăi.
1,2: Lă tốc độ góc của bânh răng 1 vă 2.
n1, n2: Lă số vòng quay trong một phút của bânh răng 1, 2
Z1, Z2: Lă số răng của bânh răng 1 vă 2.
Truyền động của một cặp bânh răng chỉ đạt được tỷ số truyền nhất định vă tỷ số đó không thể quâ lớn. Vì vậy thường dùng hệ thống những cặp bânh răng truyền động cho nhau sẽ đạt được tỷ số truyền lớn đồng thời đạt được nhiều tỷ số truyền khâc nhau.
* Tỷ số truyền của hệ bânh răng thường:
Hệ bânh răng thường lă hệ bânh răng mă tất cả câc bânh răng đều quay quanh trục cố định
Hình 3.14 Lược đồ hệ bânh răng thường
Z2 II Z1 Z2 Z3 Z3 Z4 III IV I
69
Hình 3.14 lă lược đồ hệ bânh răng thường gồm ba cặp bânh răng lă Z1Z2;
Z2'Z3 vă Z3'Z4 truyền động từ trục dẫn I đến trục bị dẫn IV qua câc trục trung gian II vă III. Tỷ số truyền của hệ bânh răng thường năy lă tỷ số giữa tốc độ góc của trục dẫn I vă trục bị dẫn IV I14 = 4 1 4 1 ω ω n n
Trong đó: Tỷ số truyền của từng cặp bânh răng lă:
i12 = 1 2 2 1 Z Z n n ; i23 = 2 3 3 2 Z Z n n ; i34 = 3 4 4 3 Z Z n n
Nhđn câc tỷ số truyền với nhau:
i12.i23.i34 = 14 4 1 4 3 3 2 2 1 i n n n n . n n . n n Tức lă i14 = i12.i23.i34= 4 1 4 1 ω ω n n Hay i14 = 3 4 2 3 1 2 Z' Z . ' Z Z . Z Z
Viết tổng quât cho câc hệ bânh răng thường có số bânh răng từ 1 đến k lă:
i1k= i12.i23…i(k-1)k (3-4) Hay i1k = (-1)m. 1 k k 2 3 1 2 Z' Z ... Z' Z . Z Z (3-5)
Khi âp dụng công thức (3-5) cần chú ý:
- m lă số cặp bânh răng ăn khớp ngoăi. Nếu hệ số có tổng số cặp bânh răng lă n, số cặp ăn khớp trong lă p thì m = n - p.
- Trường hợp hệ bânh răng côn thì số m trong công thức trín không đúng nữa. Khi đó ta phải phải xĩt dấu cụ thể cho câc trục trín hình vẽ bằng phương phâp quy ước như
trín hình 3.15.
a) b)
Hình 3.15 Lược đồ hệ bânh răng côn
II
70
3.3. Ứng dụng
Cơ cấu bânh răng được sử dụng phổ biến trong nhiều thiết bị mây móc vì:
- Truyền động chính xâc.
- Thực hiện được tỷ số truyền rất lớn vă đạt được nhiều tỷ số truyền khâc nhau.
- Có thể thay đổi được chiều quay của trục bị dẫn.
3.3.1. Ưu nhược điểm của cơ cấu bânh răng
So với cơ cấu truyền động khâc cơ cấu có nhiều ưu điểm nổi bật.
- Gọn nhẹ, chiếm chỗ ít, khả năng truyền tải lớn.
- Hiệu suất truyền động cao, tỷ số truyền cố định.
- Tuổi thọ cao, lăm việc chắc chắn.
- Dễ bảo quản vă thay thế.
Tuy nhiín cơ cấu bânh răng cũng có câc nhược điểm sau: - Đòi hỏi chế tạo chính xâc.
- Có nhiều tiếng ồn khi vận tốc lớn.
- Chịu va đập kĩm.
3.3.2. Câc dạng hỏng, nguyín nhđn vă câch khắc phục
Trong quâ trình sử dụng bânh răng thường gặp câc dạng hư hỏng sau:
- Mặt răng bị chóc từng mảng, do chế tạo hoặc lắp ghĩp thiếu chính xâc, độ tiếp xúc giữa hai mặt răng quâ nhỏ nín không đủ sức chịu đựng, đột nhiín dính văo nhau, khi rơi ra sẽ tróc từng mảng.
- Răng bị sứt mẻ thường do trục cong hoặc lắp ghĩp không đảm bảo độ song song giữa hai trục nín ứng suất tập trung về một phía khiến răng bị sứt mẻ.
- Răng bị mòn do bôi trơn kĩm hoặc sử dụng lđu ngăy.
Để trânh câc hư hỏng nói trín cần thực hiện chế độ sử dụng vă bảo quản hợp lý.
- Đảm bảo độ chính xâc về khoảng câch tđm, độ song song hoặc vuông góc giữa câc trục, khe hở cạnh răng vă độ tiếp xúc mặt răng.
- Thực hiện chế độ bôi trơn vă đúng loại dầu mỡ,trânh bụi bặm vă mạt bẩn lẫn văo
4. Trục- Ổ trục 4.1 Trục
4.1.1. Khâi niệm vă phđn loại a. Khâi niệm
Trục lă tiết mây có nhiệm vụ đỡ câc tiết mây quay trín nó, trong nhiều trường hợp trục truyền cả mômen xoắn
71
Theo điều kiện lăm việc chia ra: Trục tđm vă trục truyền.
+ Trục tđm: Lă trục chỉ đỡ câc chi tiết mây quay mă không truyền mô men xoắn. Chia thănh 2 loại: trục tđm quay (Hình 3.16a) vă không quay (Hình 3.16b)
Ví dụ: trục xe goòng, trục mang bânh câc toa xe hoả, trục xe bò,... Điều kiện lăm việc của câc loại trục năy chủ yếu lă chịu uốn.
+ Trục truyền: Lă trục vừa đỡ chi tiết mây quay vừa truyền mô men xoắn. Ví dụ: Trục truyền lực, trục truyền trong hộp giảm tốc,...
Điều kiện lăm việc của loại trục năy chủ yếu lă chịu uốn vă xoắn đồng thời, ngoăi ra còn chịu lực dọc trục.
Theo hình dâng đường tđm chia ra: Có 2 loại.
+ Trục thẳng: Lă trục lă trục có đường tđm nằm trín một đường thẳng (Hình
3.16c,d)
+ Trục khuỷu: Lă trục có đường tđm không cùng trín một đường thẳng. (Hình
3.16e)
Theo cấu tạo chia ra: trục đặc, trục rỗng, trục trơn vă trục có bậc.
4.1.2. Câc dạng hỏng của trục vă biện phâp tăng sức bền trục + Câc dạng hỏng trục
- Trục bị gẫy vì mỏi hoặc bị quâ tải. Khi trục lăm việc dưới tâc dụng của tải trọng, ứng suất phât sinh trong trục thường xuyín thay đổi, vì vậy sau một thời gian lăm việc sẽ xuất hiện câc vết nứt tế vi do mỏi, từ những chỗ tập trung ứng suất như ở rênh then, lỗ khoan, tiết diện chuyển tiếp v.v..., vết nứt năy phât triển dần đến một lúc năo đó lăm cho trục gẫy- gọi trục bị gẫy do mỏi.
- Trục bị biến dạng do uốn vă xoắn. Nếu trục không đủ độ cứng hoặc mây lăm việc quâ tải dẫn tới trục bị biến dạng.
- Trục bị mòn do ma sât giữa phần ngõng trục lắp với ổ trượt.
72
+ Câc biện phâp lăm tăng sức bền trục
- Tạo góc lượn tại những nơi có kích thước thay đổi như câc vai, gờ ... Để giảm tập trung ứng suất.
- Bề mặt gia công nhẵn vă cần lắp ghĩp chính xâc trânh xuất hiện câc vết nứt trín bề mặt.
- Chọn vật liệu vă chế độ nhiệt luyện trục thích hợp.
- Không để trục lăm việc ở chế độ quâ tải.
4.2. Ổ trục 4.2.1. Ổ trượt a. Khâi niệm
Ổ trượt lă ổ trục có ma sât trong ổ lă ma sât trượt. bề mặt lăm việc của ổ có thể lă mặt trụ (Hình 3.17a) mặt phẳng (Hình 3.17b) mặt cầu (Hình
3.17c).
b. Phđn loại vă kết cấu ổ trượt
Ổ trượt gồm 3 loại:
+ Ổ nguyín lă ổ có thể lă một lỗ liền văo thđn mây trong có ống lót họặc không. + Ổ ghĩp lă ổ gồm có thđn (1), nắp (2) ống lót ổ (3), ổ ghĩp văo thđn mây
băng bu lông (4). Nắp vă thđn được ghĩp với nhđu bằng bulông hoặc vít cấy (6)
(Hình 3.23a)
+ Ổ tự lựa lă ổ trượt có cấu tạo cho phĩp đường tđm của trục có thể thay đổi một góc năo đó.
+ Ống lót ổ lă ống thay thế được, trực tiếp bao quanh ngõng trục (Hình 3.23b) ống lót ổ được cố định văo thđn ổ (Hình 3.23b) a) M T M T T M a) b) c) Hình 3.17 Ổ trục b) Hình 3.18 Ổ ghĩp
73
4.2.2. Ổ lăn a. Khâi niệm
Ổ lăn lă ổ trục đảm bảo cho trục quay trong ổ bằng con lăn (Hình 3.24)
b. Phđn loại vă kết cấu ổ lăn
Có nhiều câch phđn loại ổ lăn.
- Theo dạng con lăn có: ổ bi, ổ đũa, ổ kim.
- Theo khả năng chịu tải:
+ Ổ đỡ: chỉ chịu lực hướng tđm. + Ổ chặn: chỉ chịu lực dọc chục.
+ Ổ đỡ chặn: chịu cả hai lực dọc trục vă lực hướng tđm.
- Theo khả năng tự lựa: có ổ tự lựa vă không tự lựa.
- Theo dêy số dêy con lăn: 1 dêy-4 dêy.
Kết cấu ổ lăn thường gồm 4 bộ phận: vòng trong 1, vòng ngoăi 2, con lăn 3 vă câc
vòng câch 4.
CĐU HỎIÔN TẬP, BĂI TẬP
1. Níu khâi niệm, tỉ số truyền, ưu nhược điểm vă câch bảo quản truyền động đai.
2. Níu khâi niệm, tỉ số truyền vă ưu nhược điểm vă phạm vi sử dụng của cơ cấu
bânh vít –trục vít.
3. Níu khâi niệm, tỷ số truyền, câc dạng hỏng, phạm vị sử dụng của cơ cấu bânh răng.
4. Trình băy điều kiện lăm việc của ổ lăn? Vì sao ổ lăn được sử dụng rộng rêi hơn ổ trượt? Khi sử dụng ổ lăn cần có chú ý gì?
5. Cho hộp giảm tốc ba cấp có lược đồ như hình vẽ. Hêy tính tỉ số truyền của hộp, số vòng quay trong một phút của trục bị dẫn, biết n1 = 1450vg/ph. Z1= 18 , Z2= 45, Z’2= 25 , Z3= 50, Z’3= 22, Z4= 66. Z2 II Z1 Z2 Z3 Z3 Z4 III IV I Hình 3.24 Ổ lăn
74
TĂI LIỆU THAM KHẢO
[1] Phùng Văn Hồng; Nguyễn Đức Lợi; Giâo trình cơ kỹ thuật, NXB Lao động -
Xê hội, 2005.
[2] Đỗ Sanh; Giâo trình cơ kỹ thuật; NXB GD; 2011
[3] Vụ THCN vă Dạy nghề - Bộ Giâo dục vă đăo tạo; Cơ học ứng dụng; NXB GD; 2002
[4] Lí Viết Giản, Phan Kỳ Phùng; Sức bền vật liệu, tập 1; NXB Giâo dục; 1997.
[5] Lí Quang Minh, Nguyễn Văn Vượng, Sức bền vật liệu, tập 1,2,3 ; NXB Đại
học vă Giâo dục chuyín nghiệp; 1997,1998; vă NXB Giâo dục; 1997.
[6] Lí Ngọc Hồng; Sức bền vật liệu; NXB Khoa học kỹ thuật; 2000.