3.5. HỘP TỐC ĐỘ PHÂN CẤP
3.5.1. Hộp tốc độ puli - đai truyền
Hộp tốc độ dùng cơ cấu puli — đai truyền là loại đơn giản nhất và cổ nhất. Loại hộp tốc độ này được sử dụng rộng rãi cho đến đại chiến lần thứ nhất, sau đó cơ hỗ như bị lãng quên, nhưng trong những máy hiện đại người ta bắt đầu sử dụng lại với những lý do như
sau:
- Truyén déng rat êm, do đó rất phù hợp với truyền động của trục chính các loại máy chính xác như máy tiện chính xác, máy mài, doa v.v...
- Kết cấu đơn giản.
Tuy nhiên, truyền động puli — đai truyền cũng có nhược điểm cơ bản là:
- Không đảm bảo tỷ số truyền chính xác vì hiện tượng trượt và ảnh hưởng của các thông số hình học như: đường kính puli, bé day đai truyền.
- Rhông thực hiện được nhiều tỷ số truyền. Muốn tăng số tỷ số truyền, sẽ dẫn đến kích thước công kênh.
Với khoảng cách trục đã cho, trên mỗi cặp puli cần thiết một đai có độ dài nhất định.
Để kết cấu đơn giản khi thực hiện nhiều tỷ số truyền cần phải làm thế nào sử dụng một đai cho tất cả các cặp puli. Độ dài của đai có thể tính theo sơ đồ ở hình (TH-18).
Hình III.18: Sơ đô truyện động puÙ: - đai truyền.
Độ đài của đai bằng những phần tiếp xúc với hai puli và hai đoạn thẳng tức là:
mm aa oD nd 28 a+ 2Acosu (HI-44)
Góc œ được tính bằng radian và có thể xác định:
72
D-d
sina = (II-45)
2A
Nếu góc œrất bé, tức là œ~0, cosœ~1, thì công thức (11-44) có thể tính gần đúng:
L<T + T +2A =2(D+4)+2A (11-46)
Công thức (III-46) có thể sử dụng khi œ<3°, và tương ứng với nó ta có A= 10(D- d).
Để có thể sử dụng một đai truyền cho nhiều cặp puli theo hình (HI-19), độ dài đai của từng cặp puli phải như nhau, thể hiện theo công thức gần đúng (TH1-46):
L.=5 (Dị +ải)+ 3Á =2 (Dạ + đạ) + 2Â = 200g + dạ) + 2A
Tức là:
Dị +dị =Dạ + dạ =...= D+ d=C= const, (III-47)
Cho nên, điều kiện cần thiết để sử dụng một đai cho nhiều cặp puli là tổng các đường kính của từng cặp puli phải bằng nhau.
:—Ẩl'
Ul —
Hình II1.19: Sơ đô hộp téc dé puli — dai truyén va dé thi sé ving quay.
Với điều kiện tổng đường kính các cặp puli là một hằng và tỷ số truyền cần thiết đã cho trên đồ thị số vòng quay, ta có thể tính đường kính của các puli, tức là:
D+d=€ và ¡=Ð
d
Từ đây, ta có:
d=——., C (III-48)
1+1
và D jae hoặc D = C- d (III-49)
1+1 Cần lưu ý trên thực tế, tỷ số truyền được tính toán từ đường kính puli không thật chính xác. Giữa tỷ số truyền thực tế và tỷ số truyền tính toán có sai số vì những nguyên nhân sau đây:
1. Đai truyền không phải cho vận tốc chu vi như nhau trên bề mặt ngoài cua puli, ma trên đường kính giữa của đai khi căng trên đường kính puli. Với việc tăng thêm đường kính puli bằng độ dày của đai, làm cho tỷ số truyền thay đổi. Trên thực tế, ta không tính đến độ dày đai khi tính tỷ số truyền. Do đó, dẫn đến sai số tỷ số truyền được trình bày trên hình (HI-20):
78
4 ô # Ai= ot 100%
. \ 5 Sj= hind
oN N ‘
a 3
YO ` SN 158
>ằ ijgel | 2,51} 4 . 25] 5} O| ols | 0 1 N N 2 i i
z N š
N D+d= 700mm
-3 AN
SN 500
“4 NAY 400
5 \ AX 200
Hinh I-20; Sai sé ty s6 truyén ciia puli — dai truyén
Sai số tỷ số truyền được biểu thị trên những tỷ số truyền khác nhau với độ đày đai s = mm. Các đường biểu diễn đặc trưng cho các tổng đường kính khác nhau của pulÙi. Với tỷ số truyền không đổi, đường kính puli tỷ lệ thuận với tổng đường kính của từng cặp puli.
Do đó, đường (a) biểu thị đường kính lớn, và đường (đ) đặc trưng cho puli nhỏ nhất. Từ đó ta thấy: nếu không chú ý đến độ dày của đai, ở puli có đường kính nhỏ sẽ dẫn đến sai số tỷ số truyền lớn hơn là puli có đường kính lớn.
2. Do sự biến dạng và hiện tượng trượt, nên vận tốc chu vi của hai puli không giống nhau. Hiện tượng trượt tỷ lệ thuận với tải trọng, và luôn luôn làm giảm số vòng quay của trục bị động. Ở tỷ số truyền ¡ > 1, hiện tượng trượt tăng (vì Ai có trị số âm), ở ¡ < 1 thì sai số giảm. Do đó, nếu không kể đến độ dày của đai, thì khi tăng tốc có tác dụng xấu hơn khi giảm tốc.
Thông thường, hộp tốc độ chỉ dùng puli 3 bậc, nhiều nhất là 4. Vì tăng số lượng puli, sẽ tăng kích thước chiều trục. Muốn tăng thêm cấp số vòng quay, thường hộp tốc đai truyền được mắc thêm một nhóm truyền động phản hỗi (cơ cấu Hacne).
3.5.2. Hộp tốc độ bánh răng di trượt:
Hộp tốc độ dùng bánh răng di trượt là loại được dùng phổ biến nhất trong máy công cụ, đặc biệt là ở các máy vạn năng. Nó bao gồm một số bánh răng ăn khớp nhau để thực hiện một số tỷ số truyền cố định giữa 2 trục, tạo nên một nhóm truyền động. Muốn mở rộng phạm vi điều chỉnh số vòng quay, ta mắc nối tiếp các nhóm truyền động với nhau mà không làm tăng nhiều kích thước của hộp (hình III-1).
Hộp tốc độ dùng bánh răng di trượt được sử dụng rộng rãi vì những ưu điểm sau đây:
- Việc thực hiện tỷ số truyền và điều chỉnh vận tốc được dễ dàng.
- Có thể truyền được mômen và công suất lớn với kích thước tương đối nhỏ.
- Vì chỉ có những bánh răng làm việc mới ăn khớp vào nhau, nên tiếng ôn nhỏ, các bánh răng ít mòn, đỡ tổn thất năng lượng, nâng cao được hiệu suất truyền động.
Nhược điểm của loại hộp tốc độ này là:
- Chỉ dùng được bánh răng thẳng: rất khó dùng bánh răng nghiêng và không dùng 74
được bánh răng hình chữ V.
- Kích thước của hộp theo chiêu trục tương đối lớn. Thông thường kích thước theo chiều trục của một nhóm truyền động: ¿ < 2bp.
(b- chiều rộng bánh răng; p - số tỷ số truyền trong một nhóm truyền động).
Khi thiết kế hộp tốc độ dùng bánh răng di trượt cần chú ý các nguyên tắc sau đây:
1. Để tránh khả năng vỡ bánh răng, khi một cặp bánh răng vào khớp, cặp kia phải ra khỏi khớp. Muốn thế, độ dài / phải bảo đảm theo hình vẽ (ŒHI-21):
Zs
Z KNƯẾT,
nL SH HI
¢
cll I <
x x
LJ bk
lL > 4b + 3c
a)
Hình IH-31: Kích thước theo chiêu trục của nhóm bánh răng di truot.
Nếu cho tất cả các bánh răng có bề rộng là b, và các khe hở giữa các bánh răng là c, thì kích thước theo chiều trục cần phải:
1> 4b + 3c x 6b (trường hợp a) (III-50)
ˆ 1> 7b + 6c ~ 11b (trường hợp b) qH-51)
2. Khi thiết kế hộp tốc độ dùng bánh răng di trượt, cần chú ý làm thế nào để khi di trượt các bánh răng khéng va cham lẫn nhau. Thí dụ ở hình (I1-21) bánh răng di trượt Z2 phải đi ngang bánh răng cố định za khi 2 bánh răng z¡ và z+ ăn khớp nhau. Muến cho bánh răng z¿ và Z3, không va chạm nhau, thì các đường kính đỉnh của chúng phải không tiếp xúc lẫn nhau. Ta đã biết khoảng cách trục:
A==m(za + Z' 1 2 m4 + Z3)
Các bán kính đỉnh của bánh răng z2 và Z3 la:
Tạo =5m Z +m 1 ri = 5m zg +m 1°
Muốn cho hai bánh răng Z2 và Z3 không va chạm nhau, thì cần thiết:
A> tp +h
Tức là: smứa +75)> (Gm +m)+(Gm 23 +m)=2 mũ; +23 +4)
Từ đó: zs -za > 4 rang (TIT-52)
75
Do đó, muốn cho các bánh răng trượt được đễ dàng, thì hiệu số răng của bánh răng di trượt lớn nhất (z3) và bánh răng di trượt nhỏ hơn và gần nó nhất phải lớn hơn 4.
Điều kiện này đối với dây số vòng quay có công bội @ nhỏ thì bất lợi, vì sự chênh lệch 4 răng cũng đã dẫn đến sự thay đổi lớn về tỷ số truyền. Do đó, nhằm giảm hiệu số này xuống thấp hơn 2, bánh răng di trượt nhỏ nhất và lớn nhất cần phải đặt cách xa nhau.
Trong trường hợp này, sự bố trí nhóm truyền động ở hình (III-91b) cần phải thay đổi như sau (IH-22):
| Lt |
II x x |
tủ, Lf
Zz 1 1> 9b Z, ?
qhnh LII-22: Bố trí bánh răng di trượt trong nhóm truyện động có p nhỏ.
Khối bánh răng di trượt tiện lợi nhất là có 2 hoặc 3 bánh răng. Khối di trượt gồm 4 bánh răng rất ít dùng trong hộp tốc độ hoặc hộp chạy dao. Nếu cần thiết, cân phân khối 4 bánh thành 2 khối 2 bánh răng.
3.5.3. Hộp tốc độ dùng cơ cấu ly hợp:
Hộp tốc độ dùng cơ cấu ly hợp có thể là ly hợp vấu (hình III-23a), ly hợp ma sát (hình IH-23b). Trên những máy hiện đại, ly hợp vấu vẫn thường dùng dưới đạng bánh răng ăn khớp trong, và ly hợp ma sát thường là ma sát đĩa đóng mở bằng điện từ.
Các bánh răng 2.21 va 29,29 luôn luôn ăn khớp với nhau. Bánh răng ở trục I lắp chặt vào: trục, và ở trục II thì chuyển động tự do. Khi cơ cấu ly hợp ở trục II đóng về phía bánh răng nào, thì bánh răng đó nhận truyền động và truyền cho trục II, còn bánh răng kia thì quay tự do trên trục.
:—H ì
ằ RES LJ Lz, L
a) b)
Hình ITI-23: H6p téc dé ding co cdu ly hop.
Hộp tốc độ dùng cơ cấu ly hợp có những ưu điểm như sau:
- Ở ly hợp vấu, khoảng di động để đóng mở ly hợp nhỏ. Điều khiến đã dàng và lực đóng mở ly hợp không đáng kể.
- Ở ly hợp ma sát, có thể thay đổi tốc độ khi máy đang chay.
76
- Cả hai loại cơ cấu đều có thể dùng bánh răng răng nghiêng, răng hình chữ V.
Nhược điểm của nó là:
- Tổn thất công suất nhiều, vì có những bánh răng không tham gia truyền động nhưng vẫn quay.
- Mômen truyền được không lớn lắm, Ở cơ cấu ly hợp ma sát muốn truyền được mômen lớn, phải tăng kích thước chiều trục và dường kính của cơ cấu ly hợp.
- Ly hợp vấu không thể vào khớp khi vận tốc chênh lệch quá lớn, vì dã xảy ra hiện tượng gãy răng. Do đó, tổn phí thời gian phụ nhiều hơn.
Vì những nhược điểm trên, việc dùng cơ cấu ly hợp trong hộp tốc độ có ít nhiều hạn chế. Thông thường chỉ dùng trong những trường hợp sau:
- Khi cần thiết phải dùng bánh răng nghiêng và răng chữ V (như máy tiện 1A62).
- Khi cần thay đổi vận tốc nhưng không dừng máy. Trường hợp này thường dùng ly hợp ma sát đĩa điện từ (máy tiện revolver 1B136).
- Khi cần phải đảo chiều vận tốc. Trường hợp này thường dùng ly hợp ma sát đĩa hai chiêu. Cơ cấu này cũng làm chức năng hãm máy khi đảo chiều (máy tiện T620).
- Dùng phổ biến trong việc đóng mở các tỷ số truyền của cơ cấu Hacne (máy tiện
T616).
3.5.4. Hộp tốc độ phản hồi:
Hộp tốc độ dùng cơ cấu phản hồi (còn gọi là cơ cấu Hacne) là sự tổ hợp của cơ cấu ly hợp với một tỷ số truyền của bánh răng, hoặc khối bánh răng di trượt. Cơ cấu phản hồi có thể coi như một nhóm khuếch đại dùng để mở rộng phạm vi điều chỉnh số vòng quay và số cấp vận tốc. Sơ đô của loại hộp tốc độ này được trình bày ở hình (HH-24):
Đặc điểm của hộp tốc độ phản hôi là ở nhóm truyền động này không phải chỉ có 2 trục, mà thực tế là 3 trục: trục chủ động, trục Haecne H và trục bị động. Trục chủ động và trục bị động có cùng một đường tâm, và trên thực tế kết cấu, một trong hai trục phải là trục rỗng.
Đặc điểm về truyền động là khi ly hợp đóng sang trái, truyền động được đưa trực tiếp đến trục bị động với tỉ số truyền i¿ =1. Nếu ly hợp đóng sang phải, truyền động qua tỷ số
.. 7, Z2 ~ as , ae os ga ` :
truyén 1, = 4l “3, và từ trục Hacne H phản hỏi về trục bị động. Đường truyền động trực
Z2 24 tiếp cho những vận tốc nhanh và đường truyền động gián tiếp (qua trục H) cho những vận tốc chậm. Cho nên, một đặc điểm của hộp tốc độ phản hồi là chỉ sử dụng ở nơi nào cần một tỷ số truyền 1:1.
I [ - I ny ny =n,
H
¡—> > 2, Hình HII-24: So dé động, sơ đô
H truyén lực uà đô thị số uòng qua
II _—+ mr của hộp tốc độ phản hồi.
77
Đồ thị số vòng quay của hộp tốc độ phần hồi cũng có phần khác hơn đồ thị của những hộp tốc độ thông thường. Vì trục chủ động và bị động cùng một đường tâm, nên chỉ đặc trưng bằng một đường thẳng. Các tia tỷ số truyền được vẽ theo nguyên tắc chung: vì giảm tốc, nên nghiêng sang trái từ trục chủ động đến trục H, và từ trục H phản hồi lên trục bị động. Để tránh nhầm lẫn về hướng nghiêng, các tia truyền động được thể hiện bằng mũi tân.
Tỷ số truyền trực tiếp iạ =1 không thể hiện bằng tia, mà đặc trưng bằng điểm, và ở điểm này số vòng quay của trục bị động và trục chú động trùng nhau (nạ =n„). Đường truyền lực của số vòng quay nạ cũng được thể hiện trùng nhau trên cùng một trục, trục H ở đây không tham gia truyền lực.
Hộp tốc độ phản hồi có khi cũng được thực hiện với việc tổ hợp cơ cấu ly hợp với một nhóm bánh răng di trượt để có thé đạt được 3, 4 hoặc 6 cấp vận tốc. Hình (II-25) giới thiệu hộp tốc độ phản hồi với khối bánh di trượt.
r1
I - = ny R ng Ny