Ch6 Truyen Dong Banh Rang 7222

1

Chi Chi titiếếtt mmááyy TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

Chương 6 BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG1. Khái niệm chung

Công dụng: bộ truyền bánh răng truyềnchuyển động và mômen xoắn giữa 2 trụcgần nhau, làm việc theo nguyên lý ăn khớp

2


Phân loại theo vi trí các trục:

bánh răng trụ bánh răng côn bánh răng trụ chéo

Phân loại theo sư phân bố các răng:

bánh răng ngoài bánh răng trong

3


Phân loại theo phương răng so với đường sinh:

răng thẳng răng nghiêng

răng cong răng chữ V

4

Phân loại theo biên dạng răng: biên dạng thân khai, biên dạng cycloid, biên dạng Novikov


Base Circle

Involutetooth profile

5


Phân loại theo chiếu nghiêng của răng: nghiêng trái, nghiêng phải

Phân loại theo hệ đo lường: bánh răng hệ mét, bánh răng hệ anh

Ưu điểm:

• Kích thước nhỏ, khả năng tải lớn

• Tỉ số truyền không đổi

• Hiệu suất cao, tuổi thọ cao

Nhược điểm:

• Chế tạo phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao

• Gây ồn khi làm việc ở vận tốc cao

Ngh

iêng

phải

Ngh

iêng

trái

6


7


2. Thông số hình học bánh răng trụ

2.1 Bánh răng trụ răng thẳng

Bước răng

Môđun m (tiêu chuẩn tra trang 195)

Dãy 1: 1 1.25 1.5 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25

Dãy 2: 1.125 1.375 1.75 2.25 2.75

3.5 4.5 5.5 7 9 11 14 18 22

Số răng Z (Zmin=17)

Đường kính vòng chia

Khoảng cách trục

mp .π=

( )22

2121 ZZmdda

+=

+=

Zmd .=

8


2.2 Bánh răng trụ răng nghiêng

Bước pháp pn Bước ngang

Môđun pháp mn (tiêu chuẩn trang 195)

Môđun ngang với β là góc nghiêng răng

bánh răng nghiêng chọn 80≤ β ≤ 200

bánh răng chữ V chọn 300≤ β ≤ 400

Đường kính vòng chia

Đường kính vòng đỉnh

Đường kính vòng chân

Khoảng cách trục

βcosn

sp

p =

βcosn

sm

m =

βcosZm

Zmd ns ==

na mdd 2+=

ni mdd 5.2−=

( ) ( )βcos22

2121 ZZmZZma ns +

=+

=

9


3. Lực tác dụng và tải trọng tính

3.1 Phân tích lực tác dụng trong bánh răng

Lực ăn khớp Fn được phân tích thành 3 lực theo 3 phương vuông gócnhau.

• Lực vòng Ft có phương vuông góc trục (không cắt trục)

• Lực hướng tâm Fn có phương vuông góc trục

• Lực dọc trục Fa có phương song song trục

• Lực ăn khớp

1

12dTFt =

βtanta FF =

βα coscos n

tn

FF =

βα

costan nt

rF

F =

10


Ft1= - Ft2

Fr1= - Fr2

Fa1= - Fa2

11


Chiều của các lực:

• Lực Ft : trên bánh dẫn ngược chiều quay, trên bánh bị dẫn cùng chiềuquay

• Lực Fr : luôn luôn hướng vào đường tâm trục bánh răng

• Lực Fa : luôn luôn hướng vào mặt răng làm việc

3.3 Tải trọng tính

Tải trọng tính (dùng để tính toán) bao gồm tải trọng danh nghĩa và tảitrong phụ phát sinh trong quá trình ăn khớp

Pt=KPdn hoặc Tt=KTdn hoặc Ft=KFdn

Khi tính ứng suất tiếp xúc K=KH= KHβ KHV KHα

Khi tính ứng suất uốn K=KF= KFβ KFV KFα

Với KHβ, KFβ : hệ số tập trung tải trọng (bảng 6.4)

KHV, KFV : hệ số tải trọng động (bảng 6.5 và 6.6)

KHα, KFα : hệ số xét đến phân bố tải không đều giửa các đội răng(trang 213)

12


4. Hiệu suất của bộ truyền bánh răng

Hiệu suất

Với P1 là cộng suất trên trục dẫn

P2 là công suất trên trục bị dẫn

Thông thường đối với

• bộ truyền bánh răng trụ bôi trơn liên tục bằng dầu η = 0,97÷0,99

• bộ truyền bánh răng trụ bôi trơn định kỳ bằng mỡ η = 0,93÷0,95

• bộ truyền bánh răng côn bôi trơn liên tục bằng dầu η = 0,95÷0,98

• bộ truyền bánh răng côn bôi trơn định kỳ bằng mỡ η = 0,92÷0,94

1

2

PP

=η

13


5. Vật liệu và nhiệt luyện bánh răng

Yêu cầu: độ bền cao, độ cứng cao,rẽ tiền

Vật liệu: thương chọn gang hoặc thép (cácbon, hợp kim)

Nhiệt luyện: thường hoá, tôi cải thiện (HB<350)

tôi thể tích, tôi bề mặt, thấm than, nitơ (HB>350)

Đặc điểm:

• HB<350 cắt gọt sau nhiệt luyện nên không cần gia công tinh lại

• HB>350 nhiệt luyện sau cắt gọt nên cần gia công tinh lại sau nhiệt luyện

• Để chạy mòn tốt thì H1 > H2 + (10~15)HB

14


6. Ứng suất cho phép

6.1 Ứng suất tiếp xúc

• Thép

Khi tính toán thiết kế

Với σ0Hlim, sH tra bảng 6.13

hệ số tuổi thọ với

(nếu KHL<1 chọn KHL=1)

Nếu tải thay đổi theo bậc

Khi tính toán kiểm nghiệm

[ ]H

HLHH s

K9.0lim0σσ =

[ ]H

xHlVRHLHH s

KKZZKlim0σσ =

Hm

HE

HOHL N

NK =4.230HBNHO =

6=Hm

iii

HE tnTT

cN3

max60 ∑ ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

15


• Bánh răng trụ răng thẳng [σH] = min([σH1],[σH2])

• Bánh răng trụ răng nghiêng [σH] = 0,45([σH1]+[σH2])

•Gang

Gang xám [σH] = 1.5 HB

Gang có độ bền cao [σH] = 1.8 HB

• Phi kim loại

Tectolic [σH] = 45 ~ 60 MPa

Lignofon [σH] = 50 ~ 60 MPa

16


6.2 Ứng suất uốn•Thép

Khi tính toán thiết kếVới σ0Flim, sF tra bảng 6.13

hệ số tuổi thọ với(nếu KFL<1 chọn KFL=1) khi HB≤350

khi HB>350

Nếu tải thay đổi theo bậc

Khi tính toán kiểm nghiệm

• Gang

• Phi kim loại

[ ]F

FLFF s

Klim0σσ =

Fm

FE

OFFL N

NK = 610.5=FON

6=Fm9=Fm

ii

mi

FE tnTT

cNF

∑ ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

max60

[ ]F

FCxRFLFF s

KYYYK δσσ lim0=

[ ] MPaF 2015 ÷=σ

[ ] [ ] σ

σσ

KsF1−=

17


7. Dạng hỏng và chỉ tiêu tính

7.1 Dạng hỏng

Có 5 dạng hỏng xảy ra trong bộ truyền bánh răng

• Tróc rỗ bề mặt răng do sự thay đổi của ứng suất tiếp xúc

Tróc rỗ bề mặt

18


• Gãy răng do quá tải hoặc do sự thay đổi của ứng suất uốn

Gãy răng

19


• Mòn răng do trượt biên dạng

• Dính răng do nhiệt độ và áp suất cục bộ cao tại vùng tiếp xúc

• Bong bề mặt răng do nhiệt luyện kém

• Biến dạng dẽo bề mặt răng do cơ tính vật liệu kém

Dạng hỏng cơ bản: tróc rỗ bề mặt và gãy răng do mõi

7.2 Chỉ tiêu tính

Tính theo ứng suất tiếp xúc để tránh tróc rỗ bề mặt răng

Tính theo ứng suất uốn để tránh gãy răng do mõi uốn

20


Trường hợp bộ truyền được che kín và bôi trơn tốt

• Thiết kế theo chỉ tiêu tiếp xúc

• Kiểm tra bền theo chỉ tiêu uốn

Trường hợp bộ truyền để hở và bôi trơn kém

• Thiết kế theo chỉ tiêu uốn

• Kiểm tra bền theo chỉ tiêu tiếp xúc

8. Tính bền bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng

8.1 Tính theo chỉ tiêu tiếp xúc

Tính ứng suất tiếp xúc khi Fn ở vị trí tâm ăn khớp

Công thức Hetz cho 2 hình trụ tiếp xúc ngoài

Hệ số vật liệu

[ ]Hn

MHq

Z σρ

σ ≤=2

)1()1([2

221

212

21

µµπ −+−=

EEEE

ZM

21


Bán kính cong tương đương

Tải trọng phân bố

Với

⇒

Thay tất cả vào công thức Hetz

αααρρρ sin12

sin2

sin2111

11212 uu

ddd www

±×=±=±=

H

nHn l

FKq =

2εZ

bl wH =

34 α

εε−

=Z

ααε

cos2

cos 1

21

ww

H

H

tHn db

ZTKl

FKq ==

22


Công thức kiểm tra bền

Vật liệu thép – thép

: đường kính vòng chia (lăn) bánh răng 1

Công thức thiết kế (Khoảng cách trục)

Với tra bảng 6.15

32

1

][)1(50

u

TKua

Hba

Hw

σψβ±=

w

wba a

b=ψ

][)1(2 1

1H

w

H

w

HMH ub

uTKd

ZZZσσ ε ≤

±=

MPaZM 275=

76.1)202sin(

22sin2

0 =×

==w

HZα

96.03

2.143

4=

−=

−= α

εε

Z

1wd

23


8.2 Tính theo ứng suất uốn

Tính ứng suất khi lực Fn ở đỉnh răng

Ứng suất danh nghĩa ở chân răng

Ứng suất ở chân răng

Kσ : hệ số tập trung ứng suất ở chân răng

ααα

cos'cos'cos/ t

ntFFF ==

ααα

cos'sin'sin/ t

nnFFF ==

nu σσσ −=

σσσσ Knu )( −=

σσ αα

αασ K

sbF

sblFK

AF

WlF

w

t

w

tn

u

t .cos

'sincos

'cos6. 2

//

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

w

tFF

w

tFmb

FYKKsm

sml

bmFK

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −= σα

ααασ .

cos'sin

cos'cos6

. 2

24


Hệ số dạng răng

YF phụ thuộc số răng Z và hệ số dịch chỉnh x, không phụ thuộc môđun m


Công thức thiết kế (mô đun)

Với tra bảng 6.16

Thường chọn Z1 = 17 răng

3 21

1

][2

Fbd

FF

ZYTK

mσψ

≥

][ Fw

FtFF mb

YFKσσ ≤=

1w

wbd d

b=ψ

2092.09.272.1347.3 xZ

xZ

YF +−+=

σαα

αα K

sm

smlYF .

cos'sin

cos'cos6

2 ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −=

25


9. Tính bền bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng

9.1 Đặc điểm trong tính toán

• Làm việc êm

• Cường độ tải trọng trên răng bé

• Đường tiếp xúc nằm nghiêng trên mặt răng

• Thay bánh răng nghiêng bằng bánh răng trụ răng thẳng tương đương

Đường kính bánh răng tương đương

Số răng bánh răng tương đương

β2cosddv =

β3cosZZv =

26


9.2 Tính theo ứng suất tiếp xúc

Công thức thiết kế


Với

32

1

][)1(43

u

TKua

Hba

Hw

σψβ±=

][)1(2 1

1H

w

H

w

HMH ub

uTKd

ZZZσσ ε ≤

±=

)2sin(cos2

twHZ

αβ

×=

αε ε

1=Z 6.1=αε

27


9.3 Tính theo ứng suất uốn

Công thức thiết kế


Với

321

1

][

2

Fbd

FFn Z

YYYTKm

σψβε≥

][ Fw

FtFF mb

YYYFKσσ βε ≤=

2092.09.272.1347.3 xZ

xZ

Yvv

F +−+=

αε ε

1=Y

1401

0ββ −=Y

28


10. Truyền động bánh răng nón

10.1 Thông số hình học

• Mô đun trên mặt mút lớn me

(tiêu chuẩn trang 195)

• Số răng Z

• Đường kính vòng chia ngoài

• Mô đun trung bình

• Đường kính vòng chia trung bình

•Hệ số thường chọn

Zmd ee =

)5.01( beem mm ψ−=

Zmd mm =

ebe R

b=ψ 3.025.0 ÷=beψ

29


• Bề rộng bánh răng b

• Chiều dài đường sinh mặt nón chia

• Góc đỉnh nón chia

10.2 Lực tác dụng và tải trọng tính

10.2.1 Lực tác dụng

Lực ăn khớp Fn được phân tích thành 3 lực theo 3 phương vuông gócnhau.

Lực vòng Ft có phương vuông góc trục (không cắt trục)

Lực hướng tâm Fr có phương vuông góc trục

22

212

ZZm

R ee +=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

uZZ 1arctanarctan

2

11δ ( )u

ZZ arctanarctan

1

22 =⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=δ

021 90=+ δδ

1

121

2

mtt d

TFF ==

1121 costan δαtar FFF ==

30


Ft1 = - Ft2

Fa1 = - Fr2

Fr1 = - Fa2

31


• Lực dọc trục

Chiều của các lực:

• Lực Ft : trên bánh dẫn ngược chiều quay, trên bánh bị dẫn cùng chiềuquay

• Lực Fr : luôn luôn hướng vào đường tâm trục bánh răng

• Lực Fa : luôn luôn hướng ngược với đỉnh nón

10.2.2 Tải trọng tính

Khi tính ứng suất tiếp xúc K=KH= KHβ KHV

Khi tính ứng suất uốn K=KF= KFβ KFV

Với KHβ, KFβ : hệ số tập trung tải trọng (bảng 6.18 và công thức 6.105)

KHV, KFV : hệ số tải trọng động (bảng 6.17)

1121 sintan δαtra FFF ==

32


10.3 Tính bền bộ truyền bánh răng nón răng thẳng

10.3.1 Đặc điểm tính toán

• Ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn không thay đổi dọc theo chiều dàirăng

• Do điều kiện ăn khớp khó khăn nên đưa vào hệ số hiệu chỉnh 0.85

• Thay bánh răng nón răng thẳng bằng bánh răng trụ răng thẳng tươngđương

Đường kính bánh răng tương đương

Số răng tương đương

Tỉ số truyền tương đương

Mômen xoắn trên bánh răng tg đương

δcosm

vd

d =

δcosZZv =

2uuv =

1

11 cosδ

TT v =

33


10.3.2 Tính theo ứng suất tiếp xúc

Công thức thiết kế - Chiều dài đường sinh mặt nón chia (6.116b)

Công thức kiểm tra (6.114)

322

12

][)1(85.015.47

Hbebe

He u

TKuR

σψψβ

−+=

][85.0

122

1

21

Hm

HHMH ubd

uTKZZZ σσ ε ≤+

=

34


10.3.3 Tính theo ứng suất uốn

Công thức thiết kế - Môđun trên mặt mút lớn (6.119c)

Với

Công thức kiểm tra (6.118 )

( )3 2

1

11

5.01][85.02

beFbd

FFe Z

YTKmψσψ −

≥

][85.0

11F

m

FFF bm

YFK σσ ≤=

1mbd d

b=ψ

35


11. Trình tự thiết kế bộ truyền bánh răng (thiết kế theo tiếp xúc)

11.1 Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ

Thông số ban đầu: công suất P1, số vòng quay trục dẫn n1, tỉ số truyền u, điều kiện làm việc.

1. Chọn vật liệu, phương pháp nhiệt luyện

2. Xác định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép

3. Chọn hệ số ψba Chọn sơ bộ hệ số KH

4. Tính khoảng cách trục aw (làm tròn theo tiêu chuẩn nếu thiết kế hộpgiảm tốc tiêu chuẩn)

5. Chọn môđun mn = (0.01÷0.02)aw

6. Xác định số răng. Tính chính xác u

7. Tính vận tốc vòng v. Chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng

8. Xác định lại hệ số KH . Nếu sai lệch quá 5% so với giá trị sơ bộ thì trởlại bước 4

36


9. Kiểm tra theo độ bền uốn

10.Kiểm tra quá tải

11. Xác định chính xác các thông số hình học của bộ truyền

12. Tính lực tác động lên trục

11.2 Thiết kế bộ truyền bánh răng nón

1. Chọn vật liệu, phương pháp nhiệt luyện

2. Xác định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép

3. Chọn hệ số ψbe Chọn sơ bộ hệ số KH

4. Xác định chiều dài côn ngoài

5. Chọn Z1P. Xác định me. Tính chính xác tỉ số truyền

6. Xác định môđun trung bình. Tính vận tốc vòng. Chọn cấp chính xác.

7. Xác định lại hệ số KH . Nếu sai lệch quá 5% so với giá trị sơ bộ thì trởlại bước 4

8. Kiểm tra theo độ bền uốn

37

10.Kiểm tra quá tải

11. Xác định chính xác các thông số hình học của bộ truyền

12. Tính lực tác động lên trục

HẾT CHƯƠNG 6


Documents

Ch6 Truyen Dong Banh Rang 7222