Theo nghiên cứu, đối với đai răng làm việc theo nguyên lý ăn khớp, qua phương pháp phân tích bằng quang đàn hồi người ta thấy rằng ứng suất phân bố trong chân răng đai răng khác nhau tuỳ vào hình dạng của răng. Ở răng hình thang có sự tập trung ứng suất ở chân răng (thể hiện bằng các đường gần tròn tại chân răng bên trái), các nơi khác ngồi vị trí chân răng thì ứng suất rất thấp. Trong khi đó đối với đai răng cong, ứng suất phân bố đồng đều hơn và gần như hằng số trên răng, tải tập trung lớn nhất vào phần tử chịu căng (lớp sợi cốt) [5].
Răng hình thang Răng cong
18 Đường ứng suất chính trong đai răng hình thang nằm ở chân răng. Trong quá trình đai làm việc, ứng suất này hạn chế rất lớn tuổi thọ của đai, đai răng cong khắc phục được hiện tượng này, bảo vệ được răng đai không bị cắt trượt ở chân dưới tác dụng của moment tải. Răng đai hình cong tiếp xúc với rãnh răng trên bánh đai trên tồn bộ diện tích răng, cải thiện điều kiện ăn khớp, hạn chế rung động và độ biến dạng của răng đai, khả năng tải tăng lên 40% [5].
Như vậy đai răng cong có ưu điểm hơn đai thang (tuổi thọ đai cao hơn) tuy nhiên với biên dạng cong việc chế tạo dây đai và bánh đai đều khó hơn, đấy là lý do tại sao đai răng biên dạng hình thang vẫn tồn tại và được sử dụng khá phổ biến [5].
Hình 2.16: Các thơng số của đai răng. Nguồn: Trích từ [5]
Hình 2.17: Kết cấu dây đai. Nguồn: Trích từ [5]
Kết cấu
Kết cấu của dây đai bao gồm phần lõi và phần nền. Phần lõi nằm ở lớp trung hoà và là phần tử chịu lực vịng chính của dây đai. Vật liệu chế tạo lõi là polyester, kevlar, fiberglass, thép. Phần lõi chịu lực được nhúng vào cao su thiên nhiên,
19 neoprene hoặc polyurethane. Răng dây đai là vật liệu nền (neoprene) được bảo vệ bằng một lớp nylon bao phủ ở mặt ngồi với mục đích chống mịn. Chức năng của từng lớp đai có tác dụng đối với toàn bộ kết cấu đai như sau [5]:
- Lớp cốt sợi chịu kéo: tạo ra sức bền kéo cho đai, giúp đai mềm dẻo và chống lại sự dãn dài.
- Lớp neoprene ở mặt lưng đai: được liên kết với lớp cốt sợi nhằm mục đích chống lại chất bẩn, dầu mỡ và các chất ăn mịn. Nó cũng bảo vệ đai khỏi mịn nếu dùng bánh căng đai ở mặt lưng đai.
- Phần răng đai: chống lại ứng suất cắt và được đúc liền với lớp lưng. Răng đai phải được chế tạo chính xác về biên dạng và bước để chúng ăn khớp êm và chính xác với răng của bánh đai.
- Lớp nylông: ở bề mặt răng đai có hệ số ma sát nhỏ và khả năng chống mòn cao nhằm tăng độ bền mòn và thời gian làm việc cho răng đai.
Điều cần chú ý về lớp sợi cốt, các sợi cần phải được se xoắn lại và bố trí các sợi có hướng xoắn ngược nhau từng đôi một. Các sợi không được quấn liên tục sát nhau vì nếu quấn như vậy sẽ làm cho hai lớp cao su ở phần lưng đai và răng đai dễ dàng tách ra làm đai chóng hỏng.
20 - Lõi đai: giúp tăng cường khả năng chịu được lực vòng khi truyền moment xoắn cũng như truyền lực cho dây đai. Các loại vật liệu dùng làm lõi đai cần có các yêu cầu sau:
Sức bền kéo cao Ít bị dãn
Chống được ăn mịn hố học Chịu uốn tốt (mềm dẻo)
Vật liệu chế tạo cốt bao gồm:
- Polyester:
Sức bền kéo: 1100 N/mm2 Độ dãn dài đến lúc bị đứt: 14% Mô-đun đàn hồi: 13800 N/mm2
Ưu điểm của polyeste là mô-đun đàn hồi nhỏ, cho phép pulley quay khá êm ngay cả khi đường kính pulley nhỏ. Bên cạnh đó tính chất của vật liệu này cũng cho phép hấp thụ rung động và giảm chấn tốt.
- Kevlar:
Sức bền kéo: 2760 N/mm2 Độ dãn dài đến lúc bị đứt: 2,5% Mô-đun đàn hồi: 124300 N/mm2
Độ bền kéo cao và độ dãn dài thấp cho thấy vật liệu kevlar phù hợp cho việc chế tạo lõi đai răng có sức mang tải tương đối cao. Kevlar có khả năng hấp thụ rung động rất tốt.
- Fiberglass:
Sức bền kéo: 2400 N/mm2
21 Môđun đàn hồi: 124300 N/mm2
Sợi thuỷ tinh có các ưu, nhược điểm sau: