Các bộ phận chuyển động trong cơ cấu gầu xích tải

L ỜI CAM ĐOAN

3. Ý nghĩa của đề tài

2.1. Các bộ phận chuyển động trong cơ cấu gầu xích tải

2.1.1. Xích tải

Bộ truyền xích dùng trong truyền động rất đa dạng về chủng loại và kết cấu. Tùy từng điều kiện cụ thể và yêu cầu của từng trường hợp mà có cách lựa chọn bộ truyền xích sao cho hợp lí.

Hình 2.1. Các loại xích

a) Xích tải tròn; b) Xích tải bản; c) Xích kéo ống; d) Xich truyền dộng một dãy e) Xích truyền động hai dãy; f) Xích truyền động má cong

g) Xích truyền động ống; h, i) Xích răng có má dẫn hướng trong và ngoài j, k) Xích ống truyền động có mắt xích định hình

Xích con lăn: Khi làm việc con lăn có thể xoay tương đối so với ống do đó nó sẽ lăn trên răng của đĩa xích và nhờ đó có thể giảm mòn cho răng.

Hình 2.2. Các thành phần của xích ống con lăn

Xích ống: Về kết cấu tương tự như xích con lăn, chỉ khác là không có con lăn do đó khối lượng giảm và giá thành rẻ hơn, tuy nhiên bản lề và răng đĩa mòn nhanh hơn. Vì vậy chỉ dùng xích ống đối với các trường hợp không quan trọng, yêu cầu khối lượng nhỏ và vận tốc thấp ( v ≤ 1m/s). Tùy theo công suất cần truyền, xích ống cũng như xích con lăn có thể là một dãy hoặc nhiều dãy.

Hình 2.4. Một số loại xích đặc biệt

Xích răng: Gồm nhiều mà xích hình răng xếp xen kẽ và nối với nhau bằngbản lề. Số lượng má xích xác định nên chiều rộng xích B và phụ thuộc vào công suất cần truyền. Các mặt răng làm việc tạo thành một góc 600 và sẽ tiếp xúc với hai răng của đĩa xích. So với xích con lăn, xích răng có kết cấu chắc chắn, khả năng tải cao hơn như`ng nặng nề, chế tạo phức tạp nên chỉ dùng khi công suất và vận tốc lớn. Với tải trọng và vận tốc trung bình dùng xích con lăn thích hợp hơn.

Hình 2.5. Cấu tạo xích răng

Các kích thước của xích được quy định theo bước xích p.

Ngoài việc sử dụng xích để làm truyền động gầu tải vật liệu rời thì xích còn được dùng phổ biến rộng rãi trong các hệ thống băng tải xích.

Hình 2.8. Ứng dụng bộ truyền xích trong các ngành công nghiệp

2.1.2. Đĩa xích

Kết cấu đĩa xích có nhiều điểm tương tự như bánh răng (H.2.4). Khi đĩa xích có kích thước nhỏ, để chế tạo đĩa xích ta sử dụng phôi dập (H.2.4c,d). Khi đường kính lớn, ta chế tạo phần đĩa và phần mayơ riêng, và

ghép lại bằng hàn (H.2.4e), hoặc mối ghép bulông (H.2.4f). Ta có thể sử dụng đĩa xích với các răng có thể tháo lắp được (H.2.4g).

Hình 2.10. Một số dạng đĩa xích

2.1.3. Gầu tải

Khi vận chuyển vật liệu rời, gầu chính là phần mang vật liệu lên cao. Gầu được bắt vào xích tải hoặc băng tải. Và khi xích nhận được chuyển động quay từ đĩa xích thì gầu được đưa lên cao theo chiều chuyển động của xích. Kết cấu và kích thước các loại gầu phụ thuộc vào từng loại vật liệu được vận chuyển.

Hình 2.12. Gầu tải trong hệ thống

2.2. Một vài nét về động học bộ truyền xích. 2.1. Vận tốc và tỉ số truyền

Vận tốc trung bình của xích:

v = z*p*n/60000 (m/s) (2.8) Trong đó: p – bước xích (mm)

z – số răng đĩa xích

n – số vòng quay trong 1 phút của đĩa xích

Khi làm việc thì vận tốc vòng trung bình trên hai đĩa xích bằng nhau nên:

v = z1pn1 = z2pn2 Do đó: 1 2 2 1 z z n n u  (2.9)

Tuy nhiên đây là tỷ số truyền trung bình. Tỷ số truyền tức thời phụ thuộc vào thời gian, vì rằng xích ăn khớp với các răng đĩa theo những hình đa giác.

Hình 2.14. Sơ đồăn khớp của xích với răng đĩa chủđộng

Khảo sát sự ăn khớp của xích với các răng đĩa chủ động như hình 2.8, với góc tâm 12/z1

Ở thời điểm đang xét, bản lề A đang ăn khớp còn bản lề B sắp sửa vào ăn khớp với răng C. Vận tốc bản lề A bằng vận tốc vòng của đĩa xích tại điểm

trùng với tâm bản lề. Vận tốc này được phân thành hai thành phần: vx – hướng dọc theo nhánh xích và vy – vuông góc với dây xích.

 

0,5 d cos

vx 1 1 vy0,51d1sin

Hình 2.15. Vận tốc bộ truyền xícVì v trí c a dây xích xác đ nh b ng góc thay đ i t

2 1   đ n 2 1 

nên m c dù 1 = const, v n t c xích v n thay đ i, vxđ t giá tr l n nh t khi  = 0

và giá tr nh nh t khi 2 1     .

Tương tự, ở đĩa bị động, vị trí của dây xích cũng thay đổi từ  bằng

2 2   đến 2 2 

với 22/z2, tại đó vx 0,52d2cos. Bỏ qua biến dạng

của các yếu tố xích, ta có vx2vx11d1cos/2, do đó vận tốc góc của đĩa bị động sẽ là:        cos d cos d cos d 5 , 0 v 2 1 1 2 x 2 và tỷ số truyền tức thời:       cos d cos d u 1 2 2 1 t (2.10)

cũng thay đổi theo thời gian, phụ thuộc vào sự thay đổi của  và , kết quả là đĩa bị động chuyển động không đều mặc dù đĩa chủ động quay đều.

Công thức (2.10) cũng cho thấy rằng sự dao động của tỷ số truyền càng tăng nếu số răng của các đĩa xích, đặc biệt là số răng đĩa nhỏ z1, càng nhỏ, vì rằng số răng càng giảm thì trị số của các góc  và  càng lớn.

Mặt khác, thành phần vy của vận tốc xích gây nên dao động theo phương vuông góc với hướng chuyển động của dây xích. Ở thời điểm bản lề B tiếp xúc với răng C (hình 2.8) các thành phần thẳng đứng của vận tốc vòng đĩa xích vy’ và vận tốc xích vy hướng vào nhau, do đó khi vào khớp gây nên va đập giữa bản lề xích và răng đĩa. Các va đập liên tiếp sẽ gây nên tiếng ồn của bộ truyền và đó là một trong những nguyên nhân phá hỏng bản lề xích và răng đĩa.

Hiệu quả va đập thường được đánh giá bằng tổn thất động năng E, theo tính toán trị số của E tăng tỉ lệ với bình phương của số vòng quay đĩa chủ động n1 và lập phương của bước xích p ( 2 3

1p n ~

E ). Vì vậy để hạn chế ảnh hưởng có hại của va đập đến bộ truyền xích, khi vận tốc tăng cần chọn bước xích giảm, trị số của p phải nhỏ hơn pmax.

2.2.2. Đánh giá bộ truyền xích

a. Ưu điểm

Có thể đồng thời truyền chuyển động và mômen đến một số trục cách nhau tương đối xa, điều này không thể thực hiện được bằng truyền động bánh răng, còn nếu dùng truyền động đai thì không đảm bảo độ tin cậy.

Nhờ truyền lực bằng ăn khớp và sử dụng vật liệu có độ bền cao hơn nên so với bộ truyền đai, khả năng tải và hiệu suất của bộ truyền xích cao hơn, kết cấu nhỏ gọn hơn.

Lực tác dụng lên trục nhỏ hơn với bộ truyền đai vì không yêu cầu căng xích với tực căng banđầu.

Vì không có trượt, tỷ số truyền trung bình là không đổi.

b. Nhược điểm

Có nhiều tiếng ồn khi làm việc do va đập khi vào khớp, nhất là khi đĩa xích có số răng nhỏ và bước xích lớn. Nhược điểm này hạn chế khả năng sử dụng bộ truyền với tốc độ cao.

Bản lề bị mòn tương đối nhanh do bôi trơn bề mặt tiếp xúc khó khăn.

Kết cấu phức tạp, chi phí chế tạo và bảo dưỡng chăm sóc (bôi trơn, điều chỉnh độ chùng của xích) cao hơn so với bộ truyền đai.

c. Phạm vi sử dụng

Truyền động xích thường được sử dụng để truyền động giữa các trục có khoảng cách trung bình từ một đến một số trục để giảm tốc hoặc tăng tốc.

Hình 2.17. Bộ truyền xích dùng trong hệ thống

đóng mở tấm lọc xử lý nước thải

2.3. Đặc điểm ăn khớp của cơ cấu xích kéo trong hệ thống dẫn động

Khi làm việc tỷ số truyền tức thời thay đổi theo thời gian và phụ thuộc vào , , z1. Vận tốc vy gây nên dao động theo phương vuông góc với hướng chuyển động của dây xích và ở thời điểm bản lề tiếp xúc với răng các thành phần thẳng đứng của vận tốc vòng đĩa xích vy’ và vận tốc xích vy hướng vào nhau, do đó khi vào khớp gây nên va đập giữa bản lề xích và răng đĩa. Các va đập liên tiếp sẽ gây nên tiếng ồn của bộ truyền và đó là một trong những nguyên nhân phá hỏng bản lề xích và răng đĩa.

Hình 2.18. Bộ phận đĩa xích trong hệ thống

Hơn nữa khi làm việc bản thân xích không những truyền chuyển động mà còn mang tải gầu, do đó xích sẽ chịu thêm 1 thành phần tải trọng trên từng mắt xích.

Với việc vận chuyển vật liệu rời là những hạt nhỏ, mịn như xi măng, cát, ... sẽ không tránh khỏi việc rơi vãi vào các răng của xích. Khi làm việc các hạt này sẽ làm mòn đĩa xích và răng xích. Đặc biệt là mòn bản lề là do khi chịu tải, bề mặt tiếp xúc của bản lề chịu áp suất lớn, lại có sự xoay tương đối khi vào và ra khớp với răng đĩa trong điều kiện bôi trơn ma sát ướt không thể hình thành dù rằng bộ truyền được bôi trơn liên tục. Bản lề bị mòn làm cho bước xích tăng lên do đó xích ăn khớp không chính xác với răng đĩa, càng bị mòn, xích ăn khớp càng xa tâm đĩa dẫn đến xích hay bị tuột và cuối cùng có thể bị đứt.

Mặt khác do tác dụng của ứng suất thay đổi và va đập, thường chỉ xảy ra khi bộ truyền chịu tải trọng lớn, vận tốc cao, làm việc trong hộp kín, được bôi trơn tốt nên ít mòn thì con lăn lại thường bị rỗ hoặc bị vỡ.

Khi tải trọng thực tế vượt quá tải trọng thiết kế, hoặc khi mở máy, hoặc do tải trọng va đập quá lớn sẽ làm cho xích gầu tải bị đứt.

Với hệ thống dẫn động xích gầu tải xích tốc độ cao, vật liệu vận chuyển là các hạt có tính mài mòn cao. Nếu như bản lề xích bị mòn là nguyên nhân chính dẫn đến làm mất khả năng làm việc của hệ thống. Nên khi thiết kế tính toán cần lưu ý đến độ bền mòn sao cho áp suất sinh ra trong bản lề không được vượt quá giới hạn cho phép.

2.4. Kết luận chương 2

Bộ truyền xích được sử dụng rộng rãi trong việc truyền chuyển động với những ưu điểm mà các bộ truyền khác không có. Kết cấu và vật liệu chế tạo đa dạng, độ tin cậy cao. Bộ truyền xích trong hệ thống gầu tải vật liệu thì dùng chuyển vật liệu rời, vận tốc cao. Tỷ số truyền tức thời của bộ truyền trong hệ thống thay đổi theo thời gian. Các thành phần vận tốc khi bộ truyền

hoạt động gây nên va đập giữa con lăn và đĩa xích là một trong những nguyên nhân gây phá hủy con lăn.

Chương 3.

NGHIÊN CỨU CÁCH TÍNH SỨC BỀN VÀ TÍNH THIẾT KẾ CƠ CẤU XÍCH KÉO

3.1. Động lực học bộ truyền xích

3.1.1. Lực tác dụng trong bộ truyền xích

a. Lực căng trên các nhánh xích

Khi chưa làm việc, trọng lượng bản thân xích gây nên lực căng ban đầu F0:

F0 = kf*qm*a*g (3.1) Trong đó: a -chiều dài đoạn xích tự do (không ăn khớp với răng đĩa)

g - gia tốc trọng trường

kf - hệ số phụ thuộc độ võng của xích f.

Khi làm việc truyền mômen xoắn T, trên các mắt xích ăn khớp với răng đĩa sẽ xuất hiện lực vòng:

Ft = 2T/d (3.2) Đồng thời lực căng trên hai nhánh xích thay đổi, trên nhánh chủ động tăng lên thành F1 và trên nhánh bị động giảm xuống còn F2 (hình 2.6a). Từ điều kiện cân bằng của đĩa xích suy ra:

Ft = F1 - F2 (3.3)

Hình 3.2. Sơ đồ phân bố lực khi xích làm việc

Ngoài ra khi xích làm việc còn xuất hiện lực căng phụ do lực li tâm sinh ra. Gọi v – vận tốc xích, dm – khối lượng một phân tố xích nằm trên cung ôm choán cung d (hình 2.6b), lực li tâm sẽ là:

dm2v /d 2 d dm dFlt 2  2 (3.4) Nhưng:   d 2 d q d 2 d A dm m , nên dF q v2d m lt (3.5)

qm= .A - khối lượng 1 mắt xích.

Từ điều kiện cân bằng phân tố xích có:

dFlt2Fvsin(d/2)Fvd (3.6) Do đó từ (2.5), (2.6) suy ra lực căng phụ Fv do lực li tâm sinh ra:

2 m v q v

F  (3.7) Như vậy khi làm việc lực tác dụng trên các nhánh xích sẽ là:

F2 = F0 + Fv

F1 = Ft + F2

b. Lực tác dụng lên trục

Lực tác dụng lên trục đĩa xích do lực vòng Ft và trọng lượng xích gây nên, được tính gần đúng theo công thức:

Fr = kxFt

Trong đó: kx - hệ số kể đến trọng lượng xích

3.1.2. Tải trọng động

Sự thay đổi có chu kì của vận tốc như đã trình bày ở trên không những là nguyên nhân gây nên sự thay đổi của tỷ số truyền tức thời ut, mà còn là nguyên nhân sinh ra tải trọng động phụ trong bộ truyền. Thành phần vận tốc v1 là nguyên nhân gây nên sự dao động ngang các nhánh xích và sự va đập giữa bản lề xích và răng của đĩa xích. Do đó bộ truyền xích làm việc thường rất ồn. Khi số răng của đĩa xích càng ít thì tải trọng động phụ sinh ra càng lớn. Tuy nhiên, tải trọng động sinh ra chỉ chiếm khoảng vài phần trăm so với lực vòng Ft trong miền giá trị cho phép các kích thước hình học của bộ truyền.

3.1.3. Động năng va đập

Tại thời điểm bản lề B ăn khớp với răng của đĩa xích, các thành phần vy

và vy’ gặp nhau gây nên va đập (hình 2.5). Hậu quả của va đập được đánh giá bằng tổn thất động năng E:

E = 0,5mvv2

Trong đó: m = 10-3qmpc – khối lượng xích tham gia vào va đập

qm – khối lượng của một mắt xích

pc – bước xích

vv – vận tốc va đập

Do để quá trình làm việc mà động năng va đập không vượt quá giới hạn cho phép thì:

E0,5qmn12p3csin2(3600 /z1) E (3.8) Va đập trong bộ truyền xích gây nên tiếng ồn và là nguyên nhân phá hủy bản lề xích và răng của đĩa xích. Va đập là nguyên nhân làm vỡ con lăn xích. Và thường hạn chế giới hạn pc, hoặc nếu biết trước pc sẽ giới hạn số vòng quay.

3.2. Các dạng hỏng

Các dạng hỏng trong bộ truyền xích bao gồm: mòn bản lề, hỏng do mỏi, vỡ con lăn, mòn răng đĩa xích, má xích xoay tương đối so với chốt và ống, ma sát giữa các má xích, ma sát giữa ống và con lăn, mòn con lăn, độ căng đạt đến giá trị tới hạn (đối với các bộ truyền không điều chỉnh khoảng cách trục),...

Hình 3.3. Xích bị hỏng do mòn

a – Mòn bản lề, b – Mòn răng đĩa xích, c – Ăn khớp trước khi mòn,

d – Ăn khớp sau khi mòn bản lề

Do tải trọng động thay đổi, tải trọng va đập gây nên ứng suất thay đổi và làm cho xích bị hỏng do mỏi. Khi làm việc bộ truyền chịu tải trọng lớn, tốc độ cao. Bên cạnh đó sai số lắp ghép và sai số chế tạo làm cho má xích xoay tương đối với chốt và ống làm cho má xích bị hỏng (hình 3.3.b)

3.3. Các chỉ tiêu tính thiết kế bộ truyền xích

Tuổi thọ của xích theo độ bền mòn phụ thuộc vào khoảng cách trục a,