1.6.1. Khái niệm truyền động cơ khí
- Trong các thiết bị và dây chuyền công nghệ sử dụng nhiều loại truyền động: + Truyền động cơ khí.
+ Truyền động điện.
+ Truyền động thủy lực, khí nén
Trong đó, truyền động cơ khí được dùng nhiều nhất. Truyền động cơ khí là những cơ cấu dùng để truyền cơ năng từ động cơ đến các bộ phận của máy, thường có biến đổi lực, vận tốc hoặc momen hay đơi khi biến đổi cả đặc tính và qui luật chuyển động.
- Theo nguyên lý làm việc có thể chia truyền động cơ khí làm hai nhóm chính :
+ Truyền động bằng ma sát, bao gồm: truyền động bánh ma sát (tiếp xúc trực tiếp) và truyền động đai (tiếp xúc gián tiếp).
Hình 1.6. Truyền động bằng ma sát
+ Truyền động bằng ăn khóp, bao gồm: truyền động bánh răng, truyền động trục vít - bánh vít (tiếp xúc trực tiếp) và truyền động xích (tiếp xúc gián tiếp ).
Ngồi các bộ truyền chuyển động quay trên, trong thực tế cịn sử dụng truyền động vít - đai ốc để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến.
- Sử dụng các bộ truyền làm khâu nối giữa động cơ với các bộ phận làm việc của máy liên quan đến việc giải quyết những nhiệm vụ đặt ra cho máy.
+ Đối với ô tô, máy vận chuyển, khi khởi động cần mơmen xoắn lớn, khi chuyển động địi hỏi vận tốc có giá trị và chiều thay đổi, thì bản thân động cơ khơng thể đáp ứng đuợc vì động cơ có thể làm việc ổn định trong phạm vi thay đổi hẹp của vận tốc và mô men.
+ Đa số các thiết bị công nghệ, vận tốc của bộ phận công tác thuờng thấp hơn vận tốc họp lý của động cơ điện tiêu chuẩn ( nếu dùng động cơ có tốc độ chậm, kích thuớc sẽ lớn giá thành đắt) nhiều khi chỉ dùng một động cơ để dẫn động nhiều bộ phận làm việc với vận tốc khác nhau ...
Từ những nhận định trên, ta thấy việc hoàn thiện và phát triển các bộ truyền đuợc đặt biệt quan tâm để mở rộng giới hạn truyền cơng suất, vận tốc, giảm khối luợng và kích thuớc, tăng tuổi thọ và độ tin cậy làm việc của chúng .
1.6.2. Các thông số cơ bản của một hệ truyền động cơ khí
+ Cơng suất N(kw), N1 : trên trục dẫn, N2 : trên trục bị dẫn
py , ,Ẫ
N = 1000 ’ P(N) • lực vịnẽ ’ V(m/s) : vận tôc. Ẫ N N , ,XI „ Ẫ
+ Hiệu suât 77 = —— = 1 - —— ' với Nm : công suât tiêu hao
N.
+ Tốc độ vòng n (vòng / phút)
ni : tốc độ vòng quay của trục dẫn (trục chủ động) n2 : tốc độ vòng quay của trục bị dẫn (trục bị động)
r , Ỵl r r
+ Tỉ sô truyên i : i = —; i > 1 : giảm tôc; i < 1 : tăng tôc
/7 2
, x 9,55.106JV
+ Mômen xoăn M (N.mm): M = ’ - ------ ; Ta có M2 = Mi.i.rị
n
Ml - mơmen xoắn trục chủ động M2 - mômen xoắn trục bị động
+ Truờng họp có nhiều chi tiết truyền động nối tiếp : i = ii .12.13 ... và r| = r|i.r|2.r|3 • • • với ii, Ỉ2,13 và r|i, r|2 , ĩ|3 là tỉ số truyền và hiệu suất của từng cặp chi tiết truyền động.
Bảngl. Phạm vi sử dụng của từng loại bộ truyền
^\Các thông số cơ bản Loại truyền động\^^ Tỉ số truyền Vận tốc tiếp tuyến (m/s) Công (kw)
suất Hiệu suất (%)
Bánh răng <7 <30 < 50.000 94-98
Trục vít 8-80 < 15 <50 50-90
Xích V 00
I <25 < 100 90-97
.00-------------------------
Câu hỏi ơn tập
Câu l.Trình bày định nghĩa chi tiết máy, nhóm tiết máy, bộ phận máy? Phân loại chi
tiết máy? Lấy các ví dụ minh hoạ cho các khái niệm?
Câu 2.Nêu khái quát các yêu cầu đối với chi tiết
máy? Khả năng làm việc của CTM
đuọc đánh giá thông qua các chỉ tiêu nào? Nêu các chỉ tiêu tính tốn chủ yếu ở các bộ
truyền?
Câu 3.Trình bày các khái niệm về tải trọng? Lấy
ví dụ minh họa trong tính tốn các
Mx vào trục vào Hộp giam tốc ỉ.n trục Mx ra ra lira bộ truyền co khí?
Câu 4.Trình bày về chu trình ứng suất? Các thơng số đặc trung cho chu trình ứng
suất? Phân loại các chu trình ứng suất? Khảo sát các chu trình ứng suất của một bộ truyền?
Bài tập
1. So đồ hộp giảm tốc nhu hình vẽ có số liệu sau Momen xoắn trên trục I : MX1, các số răng Z1, z2. z3, z4. Hiệu suất của bộ truyền bánh răng T/br, hiệu suất của một cặp ổ lăn ĩỊõ .
a/Viết biểu thức tính tỉ số truyền chung, hiệu suất chung b/Viết biểu thức tính momen xoắn trên trục in, MX3
c/ Viết cơng thức tính biểu thức trên trục I? biết tốc độ ni (vg/phút)
2. Mơ hình hệ thống truyền động nhu hình vẽ. Momenxoắn trên trục ra đo đuọc Mxra = 16.105 Nmm
Tỉ số truyền chung I =11 hiệu suất chung 7/ = 0,9, tốc độ quay của trục ra nra = 35 (vg/ph) a/Tính momen xoắn và công suất trên trục vào
b/ Biết rằng hộp số truyền động co khí là 1 hộp giảm tốc 2 cấp, có trục vào và trục ra vng góc. Hãy vẽ so đồ hộp giảm tốc?
CHƯƠNG II
TRUYỀN ĐỘNG ĐAI
Sau khi học xong chưong này sinh viên có khả năng:
- Phân biệt được các loại bộ truyền đai.
- Trình bày được ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của bộ truyền. - Liệt kê được các thông số hình học và động học của bộ truyền đai.
- Giải thích được nguyên nhân của sự trượt đai.
- Tra bảng số liệu và chọn được số liệu phù họp để tính tốn. - Tính tốn được các bài tập thiết kế về đai.
2.1. Khái niệm truyền động đai2.2. Phân loại truyền động đai 2.2. Phân loại truyền động đai
- Bộ truyền đai hoạt động theo nguyên lý ma
sát: công suất từ bánh chủ động (1) truyền ___ __ ""'x ch°
, /TtTx _ -Ị- zhL"' a
bánh bị động (2) nhờ vào ma sát sinh ra giữa ' "T " "" ' ỉ°2 1 đây đai (3) và bánh đai (1), (2).
- Ma sát sinh ra giữa hai bề mặt xác định cơng thức:
Hình 2.1
Như vậy, để có lực ma sát thì cần thiết phải có áp lực pháp tuyến. Trong bộ truyền đai, để tạo lực pháp tuyến thì phải tạo lực căng đai ban đầu, ký hiệu là So.
2.3. Ưu nhược điếm và phạm vi sử dụng 2.3.1. Ưu điểm
- Có thể truyền động giữa các trục cách xa nhau (<15m)
Nhờ vào tính chất đàn hồi của đai nên tránh được dao động sinh ra do tải trọng thay đổi tác dụng lên co cấu.
Nhờ vào sự trượt tron của đai nên đề phòng sự quá tải xảy ra trên động co. Ket cấu và vận hành đon giản.
2.3.1. Nhược điễm
_ Kích thước bộ tuyền đai lớn so với các bộ truyền khác: xích, bánh răng.
_ Tỉ số truyền thay đổi do hiện tượng trượt tron giữa đai và bánh đai (ngoại trừ đai răng)
_ Tải trọng tác dụng lên trục và ổ lớn (thường gấp 2-3 lần so với bộ truyền bánh răng) do phải có lực căng đai ban đầu (tạo áp lực pháp tuyến lên đai để tạo lực ma sát)
_ Tuổi thọ của bộ truyền đai thấp.
Hiện nay, bộ truyền đai thang được sử dụng rộng rãi, đai dẹt ngày càng ít sử dụng. Khuynh hướng dùng bộ truyền đai răng ngày càng phổ biến vì tận dụng được ưu điểm của bộ truyền bánh răng và bộ truyền đai.
2.3.2. Phạm vi sử dụng
Bộ truyền đai thường dùng để truyền công suất không quá 40 - 50 Kw, vận tốc thông thường khoảng 5-30 m/s. Tỷ số truyền i của đai dẹt thường không quá 5, đối với đai thang không quá 10
2.4. Các loại đai và bánh đai
2.4.1 Theo hình dáng tiết diện đai c) a. Đai dẹt: có tiết diện ngang hình chữ nhật, chiều rộng b, chiều dày h (hình 2.2a) Vật liệu chế tạo đai dẹt
là: da, sợi bông, sợi len, sợi tổng họp, vải cao su. Trong đó đai vải cao su được dùng rộng rãi nhất. Kích thước b và h của tiết diện đai được tiêu chuẩn hóa.
b. Đai thang : có tiết diện ngang hình thang cân (hình 2.2b). Vật liệu chế tạo đai thang là vải
cao su. Gồm các lớp sợi bơng xếp hoặc bện chịu kéo, lóp cao su dùng để hên kết và chịu nén, tăng ma sát. Đai thang làm việc theo hai mặt bên.
c. Đai tròn: có tiết diện hình trịn, chỉ sử dụng trong các máy cơng suất nhỏ (hình 2.2c). d. Đai hình lược: là trường hợp đặc biệt của bộ truyền đai thang. Các đai được làm liền nhau
như răng lược (Hình 2.3b). Mỗi răng làm việc như một đai thang, số răng thường dùng 2+20, tối đa là 50 răng. Tiết diện răng được tiêu chuẩn hóa.
e. Đai răng: là một dạng biến thể của bộ truyền đai. Dây đai có hình dạng gần giống như
thanh răng, bánh đai có răng gần giống như bánh răng. Bộ truyền đai răng làm việc theo ngun tắc ăn khóp là chính, ma sát là phụ, lực căng trên đai khá nhỏ (Hình 2.3 b). cấu tạo của đai răng bao gồm các sợi thép bện chịu tải, nền và răng bằng cao su hoặc chất dẻo. Thông số co bản của đai răng được tiêu chuẩn hóa,
2.4.2. Theo cách bố trí truyền động
Hình 2.4
- Đai lắp thẳng: dùng để truyền chuyển động giữa hai trục song song, hai bánh đai quay cùng chiều (hình 2.4a).
- Đai lắp chéo: dùng để truyền chuyển động giữa hai trục song song, hai bánh đai quay ngược chiều (hình 2.4b).
(hình 2.4c, d).
- Đai lắp gãy góc nhờ có con lăn dẫn hướng, dùng truyền chuyển động giữa hai trục cắt nhau (hình 2.4d).
- Đai truyền động cho nhiều trục song song.
2.5. Các thông số cơ bản của truyền động đai
Xét trường họp bộ truyền đai thường
di, d2: đường kính tính tốn bánh dẫn và bánh bị dẫn ai, 0.2'. góc ơm của đai trên bánh dẫn và bánh bị dẫn p = y/2; y: góc giữa hai nhánh đai
A: khoảng cách trục L: chiều dài đai
2.5.1. Đường kính bánh đai
- Đường kính bánh đai nhỏ di : có thể xác định theo cơng thức thực nghiệm Xavêrin di = (1100-1300) 3^ hoặc di = (5,2 - 6,4) lỊĨÃỵ
với di : đường kính bánh đai nhỏ (mm)
ni : số vòng quay bánh đai nhỏ (vịng /phút) Ml : Mơmen xoắn trên trục dẫn (Nmm) N1 : Công suất trên trục dẫn (Kw)
(3-1)
- Đường kính bánh đai lớn d2 được tính theo cơng thức: d2 = di.i.(l-£)
VỚI 1 = —: tỉ SÔ truyên
n2
ệ = (0,01-43,05): hệ số trượt; ta có thể lấy gần đúng: d2 ~ i.di
Các đường kính bánh đai di và d2 nên quy tròn theo tiêu chuẩn (tra bảng), thường chọn di về phía tăng, d2 về phía giảm.
2.5.2. Góc ơm - Chiều dài đai
- Neu tính theo độ ta có góc ơm bánh đai nhỏ:
_ 1 on0 (í/2-íA)
(11 = 180 - —-.57
A
a2= 180° + /^.57° A
Cần kiểm tra điều kiện: di > 150° đối với đai dẹt; a 2 > 120° đối với đai thang. - Giả sử biết di, d2 và A cần xác định L:
L = 2A + ^(d2 + di) + - 5 ) (mm)
2 4 A
- Đối với đai dẹt, ta cắt dây theo chiều dài vừa tính và cộng thêm một khoảng 100 400 mm để nối dây đai.
- Đối với đai thang, vì chiều dài đai thang chọn theo tiêu chuẩn. Nên ta phải tính lại khoảng cách trục A (mm).
2.5.3. Khoảng cách trục - Tốc độ vòng
- Giả sử biết di; d2; L cần xác định A:
A=L\L_^+d^
4 2
F \ “I2
7ĩ(d-. + d, ) _ , ,2
+ L-----v 2 17 -2(d2-dỴỴ >
- Khoảng cách trục A càng lớn thì Ơ.1 càng lớn, tần số thay đổi ứng suất trong đai giảm. Do đó đối với đai dẹt nên lấy A> 2(di + d2). Đối với đai thang khoảng cách trục A tối thiểu: Amin = 0,55(di + d2) + h (h: chiều cao đai thang)
- Để hạn chế kích thuớc, giảm giá thành và ngăn ngừa dao động ngang của đai, đối với đai tha ng cần hạn chế A < Amax = 2(di + d2).
2.6. Cơ học truyền động đai2.6.1. Lực tác dụng lên đai 2.6.1. Lực tác dụng lên đai
2.6.1.1. Lực căng đai
- Để tạo ma sát cần căng đai với lực căng ban đầu So.
Khi bộ truyền làm việc, bánh dẫn chịu tác dụng chịu tác dụng của mômen Ml, trong nhánh dẫn lực căng lên S1 và trong nhánh bị dẫn lực giảm xuống s2. Giả sử vật liệu làm đai tuân theo định luật Hooke, chiều dài L khơng đổi trong q trình làm việc ta có:
Si = So + AS; : s2 = So - AS; => Si + s2 = 2So VỚI (Si > So > s2). - Điều kiện cân bằng của nhánh đai trên bánh dẫn:
M1=^-(S,-S2) => s,-s2= =p dỴ VỚI P: lực vòng (P= ———) V Từ Si + S2 = 2So và S1-S2= ^T = p dx p „ p
=>Si = So+^; S2 = So-^
2 2
Các biểu thức trên chưa nói lên mối liên hệ giữa khả năng tải của bộ truyền với các nhân tố về ma sát. Để tìm mối quan hệ này từ công thức Euler: S1 = s2. efct
với f: hệ số ma sát
a : cung tiếp xúc
- Vậy điều kiện để bộ truyền đai làm việc được là:
c .. .. pfez“+l^ So > — -7---- -
Như vậy với cùng một giá trị So có thể tăng khả năng tải của bộ truyền (lực vòng P) bằng các biện pháp:
- Tăng al (dùng bánh căng đai)
- Tăng f (đai thang có f = 3f).
2.6.1.2. Lực ly tâm
- Khi đai chạy vòng qua bánh đai với vận tốc V, trên mỗi phần tử đai có khối lượng dm, nằm trên cung ôm và chắn một cung là da , xuất hiện lực ly tâm dFit có trị số:
- Lực ly tâm có tác dụng làm giảm áp suất giữa đai và bánh đai, tạo ra lực căng phụ Sv.
- Theo điều kiện cân bằng lực của phân tố đai, ta có
. da _ ,
dFit = 2Svsin —— « Syd a
—► Sv = p.b.ô.v2 = q.v2 (N) với: p : khối lượng riêng của đai
b và 5 : chiều rộng và chiều dày đai
q : khối lượng của Im đai
- Lực căng phụ Sv trên tất cả tiết diện đai đều như nhau.
2.6.2. ứng suất trong đai
Có hai loại ứng suất trong đai là
+ ứng suất kéo: do lực căng đai gây nên;
+ ứng suất uốn có ở đoạn đai mắc vịng qua các bánh đai.
a. ứng suất kéo
- Lực căng ban đầu So gây nên ứng suất căng ban đầu
F : diện tích tiết diện đai (mm2)
- Lực căng S1 sinh ra trên nhánh dẫn
r • X r A r r 1 z 2\ với °p = 77 là ứng st có ích (N/mm )
- Lực căng S2 sinh ra trên nhánh bị dẫn
<J2 ±-----2" - —— —Co 2~
F F 2F 2 (2)
Từ (1) và (2): ƠI- Ơ2 = ơp
b. ứng suất uốn
- Giả sử vật liệu đai tuân theo định luật Hooke: ơu = E. £
với £ : độ dãn dài tuong đối của thớ đai ngoài cùng
E : mơđun đàn hồi của vật liệu đai (N/mm2)
Ta có: £ = —
p
với: y : là khoảng cách từ thớ đai ngồi cùng đến lớp trung hịa của đai, y = —
p : bán kính cong của lóp trung hịa
- Vậy trị số ứng suất uốn là: ơu = E --
d
với di < d2 -> ƠU1 > <7,2
c. Biêu đồ ứng suất
Bỏ qua ứng suất căng đai ban đầu ơo, ta có:
®max ƠI +ơp +ơu
ƠI: ứng suất kéo trên nhánh đai chủ động
Ơ2 : ứng suất kéo trên nhánh đai bị động
ơv : ứng suất kéo do lực căng phụ
ơu : ứng suất uốn
ơp: ứng suất có ích
ứng suất tại mỗi tiết diện phụ thuộc vào vị trí của tiết diện so với các bánh đai. Do đó, trong q trình làm việc ứng suất thay đổi theo thời gian làm cho đai có thể bị hỏng do mỏi.
Nhận xét:
ứng suất tại mỗi tiết diện phụ thuộc vào vị trí của tiết diện so với các bánh đai.Do đó, trong q trình làm việc ứng suất trong đai thay đổi theo thời gian.Điều này dẫn đến đai có thể bị hỏng do mỏi.