Tài liệu PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐAI RĂNG

Tạp chí Khoa học – Công nghệ Thủ y sản số 03-04/2006 Trường Đại học Nha Trang PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐAI RĂNG Th.S Trần Ngọc Nhuần Khoa Cơ khí, ĐH Nha Trang I - ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay đai răng đang được sử dụng nhiều trong mọi lĩnh vực; loại truyền động này có ưu điểm của truyền động xích và truyền động đai. Tuy nhiên những tài liệu trình bày về loại đai này tương đối ít. Trong giáo trình chỉ trình bày chủ yếu về đai dẹt và đai thang. Do vậy bài báo này cung cấp cho bạn đọc phương pháp tính toán truyền động đai răng. răng dây đai chịu đựng được tải. Với cùng một công suất truyền, nếu tốc độ đai tăng lên thì để đảm bảo khả năng ăn khớp êm ta phải giảm môđun, điều này có nghĩa là môđun tỉ lệ nghịch đối với tốc đồ quay của trục. Thừa kế các nghiên cứu trước về đai răng, môđun được xác định bằng công thức: m = 35. 3 II - NỘI DUNG [1] (1) Trong đó: P1 – công suất trên bánh đai chủ động 1. Xác định mođun và chiều rộng của đai n1 – tốc độ quay của bánh đai chủ động a) Xác định môđun m Tuỳ theo công suất và tốc độ quay của trục mà chọn môđun theo các giá trị tiêu chuẩn:2; 3; 4; 5; 7; 10. Công suất truyền càng lớn thì dĩ nhiên môđun của đai tăng lên để các STT P1 n1 Hoặc chọn theo theo mômen xoắn T1 ở bảng 1 sau: Kích thước khi mô đun m (mm) Thông số 2 1 Chiều cao răng h,mm 2 Đường kính dây chão δ,mm 3 Khoảng cách từ đáy răng đến dây chão ∆,mm 4 Khối lượng 1m dây đai, kg/m, b=10mm 5 Sử dụng khi T1 (N.m) 6 Tải trọng riêng khi u ≥ 1, z ≥ 6, [qo] N/m 7 Vận tốc lớn nhất 3 4 5 7 10 1,2 1,8 2,4 3,0 4,2 6,0 0,35 0,35 0,35;0,65 0,65 0,65 0,65 0,6 0,6 0,6;1,5 1,3 1,3 1,3 0,032 0,04 0,05;0,065 0,075 0,09 0,11 ≤0,2 10 15 ; 25 ≤ 40 ≤ 190 ≤ 1900 4 ≤ 2,4 ≤22 35 45 60 25 30 35 b) Xác định chiều rộng đai b Khả năng tải của đai phụ thuộc rất nhiều vào chiều rộng đai b. khi chiều rộng tăng, diện tích tiếp xúc của các răng dây đai và răng bánh đai tăng, số sợi cốt của đai tăng tuyến tính theo chiều rộng nên khả năng chịu được lực vòng tăng lên. Theo công thức (1), sau khi tính chọn được môđun theo công suất và tốc độ quay trên bánh chủ động, căn cứ và sức bền cắt ở chân 40 răng và sức bền kéo của lõi đai ta xác định được chiều rộng b của đai. Tuy nhiên để dễ dàng trong việc tính toán thiết kế cũng như giảm bớt chủng loại đai khi thiết kế, cần phải tiêu chuẩn hoá chiều rộng đai. Công thức xác định chiều rộng đai dựa theo [1]: b = ψđ.m (2) 53 Tạp chí Khoa học – Công nghệ Thủ y sản số 03-04/2006 Chọn ψ đ dao động từ 6 đến 9. Theo công thức (1) trị số m sẽ là số lẻ do vậy phải được làm tròn. Nếu m được làm tròn Trường Đại học Nha Trang lớn lên thì chọn ψ đ nhỏ và ngược lại. Với cùng một môđun và công suất, chiều rộng đai phụ thuộc nhiều vào vật liệu làm đai và vật liệu cốt, chiều rộng đai được sơ bộ chọn trước như sau : Bảng 2: Chiều rộng đai răng b Chiều rộng dây đai răng b (mm) Môđun của đai m (mm) 1 3; 4; 5; 8; 10; 12,5 1,5 3; 4; 5; 8; 10; 12,5; 16; 20 2 5; 8; 10; 12,5; 16; 20 3 16; 20; 25; 32; 40; 50 4 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80 5 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100 7 40; 50; 63; 80; 100; 125 10 50; 63; 80; 100; 125;160 Chiều rộng bánh đai: B=b+m 2. Xác định các thông số của bộ truyền a) Số răng Z 1 của bánh đai nhỏ Để đảm bảo tuổi thọ cho đai thì số răng của bánh đai nhỏ phải lớn hơn một giá trị tối thiểu cho phép Z 1min bởi hai lý do: thứ nhất, số răng bánh đai ít tức là số răng dây đai ăn khớp với bánh đai ít làm cho tải mà mỗi răng đai phải gánh lớn; thứ hai, số răng bánh đai bé thì đường kính bánh đai bé, dây đai bị uốn nhiều nên chóng hỏng. Số răng tối thiểu Z1 được chọn dựa vào môđun và tốc độ quay của bánh đai nhỏ theo bảng 3 [1] Bảng 3: Số răngcủa bánh đai nhỏ Z1 Môđun của đai m (mm) Số vòng quay của bánh đai nhỏ n(v/ph) Z 1 không nhỏ hơn Môđun của đai m (mm) Số vòng quay của bánh đai nhỏ n(v/ph) 500 Z 1 không nhỏ hơn 20 1000 22 500÷1000 3 12 1500÷2000 14 2500÷3500 16 1500 24 4000÷5000 18 2000 26 7 54 Tạp chí Khoa học – Công nghệ Thủ y sản số 03-04/2006 14 16 18 20 500 1000 4 1500÷2000 2500÷3500 1000÷1500 2000÷3000 3500÷400 500 1000 1500 2000 20 22 24 26÷28 Ngoài việc đảm bảo số răng Z1 không được nhỏ hơn các giá trị cho trong bảng đồng thời số răng ăn khớp trên bánh đai nhỏ không được nhỏ hơn 6 răng 16 18 20 22 500 5 10 Trường Đại học Nha Trang b) Số răng Z2 của bánh đai lớn n1, n2 lần lượt là tốc độ vòng của bánh đai chủ động và bị động. Số răng của bánh đai lớn Z2 được xác định theo tỉ số truyền của bộ truyền sau khi chọn trước Z1 Đường kính báh đai : d1 = mz1 (mm) d2 = mz2 (mm) Z2 = u.Z 1 c) Khoảng cách trục A và số răng dây Trong đó u = n1/n2 = Z 2 /Z1 là tỉ số truyền. đai R2 R1 β1 γ A Hình 1: Sơ đồ tính toán khoảng cách trục Theo hình 1 ta có: 2 A.sin β1 = L − π (R2 + R1 ) − (π − β1 )(R2 − R1 ) (3) và A.cosβ1 = R2 - R1 Kết hợp (3) và (4) ta được: (4) tg ( β1 ) − β1 N − Z 2 = π Z 2 − Z1 (5) Phương trình (5) muốn giải được phải sử dụng phương pháp số và máy tính, giải ra ta được β1, thay vào phương trình (3) sẽ tìm được khoảng cách trục A. 55 Tạp chí Khoa học – Công nghệ Thủ y sản số 03-04/2006 Trong các công thức trên: R1, R2 lần lượt là bán kính puly nhỏ và puly lớn Từ công thức (7), khoảng cách trục A được tính chính xác bằng công thức: A= Z 1, Z 2 lần lượt là số răng puly nhỏ và puly Trường Đại học Nha Trang [ 1 L − π ( R1 + R2 ) + ( L − π ( R1 + R2 ) 2 − 8( R2 + R1 ) 2 4 (10) lớn (Z.t = 2πR) β1, β2 lần góc ôm trên puly nhỏ và puly lớn p là bước răng của dây đai (t = m.π) L - chiều dài dây đai A - khoảng cách trục của bộ truyền. Từ (7) và (10) ta thấy nếu biết trước khoảng cách trục và các thông số khác của bộ truyền sẽ tìm được chiều dài dây đai cần thiết và ngược lại nếu biết trước chiều dài dây đai và các thông số cần thiết khác ta sẽ tính được khoảng cách trục. Công thức (3) là công thức chính xác nhưng khó sử dụng do vậy ta sử dụng công thức gần đúng xuất phát từ công thức chính xác tính chiều dài dây đai: Góc ôm đai: L = 2 Acos(γ / 2) + π ( R2 + R1 ) + γ (R2 − R1 ) (6) Số răng của dây đai vào mối ăn khớp: γ thường < 350 nên khi khai triển ta lấy hai số hạng đầu tiên (cos (γ/2) α1 = 180 -2β = 180 – 2arcsin ((d2 – d1 )/2). (11) o o Zo = z1.α1 / 360 (12) Điều kiện Z0 ≥ 6 Lực vòng : Ft = 1000P/v 2 = 2(R2 - R1)/A Do vậy công chiều dài đai từ công thức (6) được xấp xỉ: ( R − R1 ) 2 L = 2 A + π ( R2 + R1 ) + 2 A (7) L Số răng của dây đai N : N = p (8) (N) với v = π d1n1 /60000 = 1 - γ /8) và xấp xỉ γ (m/s) 3. Tính toán kiểm nghiệm đai theo lực vòng riêng. Với một loại đai cho trước nó chỉ chịu được một lực vòng nằm trong một giới hạn cho phép: q = kđ Ft /b + qmv ≤ [q] 2 Với L được tính từ công thức (7) và nói chung N tính theo công thức (8) là một số lẻ thập phân do vây ta phải làm tròn nó về phía nhỏ bởi vì sau một thời gian làm việc bộ truyền đai bị mòn cả dây đai cũng như bánh đai và dây đai cũng bị dãn ra. (13) trong đó: F t - lực vòng tác dụng lên bộ truyền (N) qm - khối lượng 1 mét đai có chiều rộng 1 mm v - tốc độ vòng (m/s) kđ - hệ số tải trọng động, xác định theo bảng 4 [1] Chiều dài đai cuối cùng xác định theo công thức: L = p.N (9) 56 ] Tạp chí Khoa học – Công nghệ Thủ y sản số 03-04/2006 Trường Đại học Nha Trang Bảng 4: Hệ số tải trọng động: Đặc tính tải trọng Loại máy Tải trọng tĩnh. Tải trọng mở máy đến 120% so vói tải trọng danh nghĩa. Máy phát điện, quạt, máy nén và bơm ly tâm; máy cắt gọt liên tục; băng tải 1,0 Tải trọng làm việc có dao động nhỏ tải trọng mở máy đến 150% so với tải trọng danh nghĩa. Máy bơm và máy nén khí kiểu pittông có ba xi lanh trở lên; xích tải , máy phay, máy tiện rơ vôn ve. 1,1 Tải trọng làm việc có dao động lớn. Tải trọng mở máy đến 220% so với tải trọng danh nghĩa Thiết bị dẫn động quay hai chiều ; máy bơm và máy nén khí kiểu một hoặc hai pittông ; máy bào máy xọc ; vít vận chuyển máng cào ; máy ép lệch tâm có vô lăng lặng. 1,25 Tải trọng va đập và thay đổi nhiều, tải trọng mở máy đến 330% so với tải trọng danh nghĩa Máy cắt tấm , búa máy, máy nghiền; thang máy ; máy xúc; máy ép kiểu vít và máy lệch tâm có vô lăng nhẹ 1,5÷1,6 Kđ 1. Đối với các động cơ có mô men mở máy lớn, đóng mở nhiều lần, các trị số trong bảng được tăng thêm 0,15. Chú thích : 2. các trị số trong bảng dùng cho chế độ làm việc một ca; nếu làm việc hai ca cần tăng thêm 0,15 và nếu làm việc 3 ca tăng thêm 0,35. q, (N/mm) [q] = q0CrCuC0 (N/mm) Trong đó: Cr: Hệ số chế độ làm việc: (Khi làm việc 2 ca giảm 0,1; ba ca giảm 0.2) Bảng 5: Hệ số Cr khi làm việc 1 ca. Tĩnh Dao động nhẹ Dao động mạnh Va đập 1 ÷ 0,85 0,9 ÷ 0,80 0,8 ÷ 0,70 0,7 ÷ 0,60 Bảng 6: Hệ số Cu ảnh hưởng của tỷ số truyền u 1 1,1 1,2 1,4 1,8 ≥ 2,6 Cu 1 1,04 1,07 1,10 1,12 1,14 Bảng 7: Hệ số Co Hệ số ảnh hưởng việc bố rtrí bộ truyền Góc nghiêng 0 ÷ 60 C0 1 o o 60 ÷ 80 o 0,9 o 80 ÷ 90 o o 0,8 57 Tạp chí Khoa học – Công nghệ Thủ y sản số 03-04/2006 4. Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục. Lực tác dụng lên trục: F r = (1,0 ÷1,2)Ft a) Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục Đai răng làm việc theo nguyên tắc ăn khớp thì lực căng ban đầu không lớn như đai thang. Lực căng ban đầu ở đây chỉ cần đủ khử khe hở giữa răng bánh đai và răng dây đai và một phần chống lại sự văng của lực ly tâm. Lực căng ban đầu: 2 F0 = (1,1÷1,3) FV = (1,1÷1,3) qm bv Trong đó: FV là lực li tâm (N) Trường Đại học Nha Trang Trong đó: Ft là lực vòng (N) III. KẾT LUẬN Đây là những vấn đề cơ bản của truyền động đai răng, bài báo này với mong muốn cung cấp cho độc giả một vài thông số chủ yếu, các bảng tra và cách tính toán một bộ truyền đai răng. Những vấn đề trên là những điều chung nhất của một bộ truyền động đai răng và là điều cần thiết cho công việc tính toán thiết kế bộ truyền. qm - khối lượng 1 mét dây đai có chiều rộng 1 mm v - vận tốc vòng (m/s) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trịnh Chât, Lê Văn Uyển Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, NXB Giáo dục 2002 [2] Nguyễn Hữu Lộc Cơ sở thiết kế máy. NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh 2004 [3] The world of timing belts. ABSTRACT To day the timing belt drive has been used richly, but it is not interested to show in the course books. This article outfits caculating and desgin method for timing belt drive broadly: pipoint the power, choice timing belt catergory and several parameters of the drive, to help learners get some general knowledge about timing belt drive. 58