Cơ khí chế tạo máy - Chương 4: Truyền động đai

CHƢƠNG 4. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 1 NỘI DUNG 1.Các khái niệm chung 2.Thông số và quan hệ hình học 3.Cơ học truyền động đai 4.Tính toán và thiết kế bộ truyền đai 2 CHƢƠNG 4. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 1. Các khái niệm  Bộ truyền đai thường gồm : bánh dẫn, bị dẫn và vòng đai mắc căng trên 2 bánh.  Do có ma sát giữa đai và bánh, bánh dẫn quay sẽ truyền chuyển động và cơ năng sang bánh bị dẫn 3 CHƢƠNG 4. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 1.1 Phân loại Theo tiết diện đai 4 + Đai dẹt + Đai thang + Đai hình lược + Đai tròn CHƢƠNG 4. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 1.1 Phân loại Theo cách mắc đai  mắc thẳng  mắc chéo  mắc nửa chéo 5 CHƢƠNG 4. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 1.2 Các loại đai chính a. Đai dẹt • Đai da: khả năng tải tốt, tuổi thọ cao, chịu va đập tốt nhưng đắt nên ít dùng • Đai sợi bông : mềm, rẻ , thích hợp với vận tốc cao và bánh đai có đường kính nhỏ nhưng khả năng tải thấp và không dùng được ở nơi ẩm ướt và nhiệt độ cao. 6 CHƢƠNG 4. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 1.2 Các loại đai chính a. Đai dẹt • Đai sợi len : sợi dọc bằng len, sợi ngang bằng bông, chịu tải trọng va đập tốt, có thể làm việc với bánh đai có đường kính nhỏ nhưng đắt tiền. • Đai vải cao su: gồm nhiều lớp vải bông và cao su sunfua hoá, bền dẻo, ít bị ảnh hưởng của độ ẩm. 7 CHƢƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 1.2 Các loại đai chính a. Đai dẹt • Đai sợi tổng hợp: làm bằng vật liệu tổng hợp trên nền nhựa poliamit có cốt là sợi caprôn, lapxan. Có độ bền và tuổi thọ cao. • Đai sợi tổng hợp được chế tạo thành vòng kín, có chiều dài xác định 8 CHƢƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 1.2 Các loại đai chính a. Đai dẹt 9 - Đai da - Đai sợi bông - Đai sợi len - Đai vải cao su - Đai sợi tổng hợp Tiêu chuẩn hóa theo: b x  Tiêu chuẩn hóa theo : b x  x l  CHƢƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 1.2 Các loại đai chính b. Đai thang b x h x L : tiêu chuẩn hóa • Đai thang tiết diện thường bt / h  1.4 • Đai thang hẹp bt / h = 1.05  1.1 • Đai thang rộng bt / h = 2  4.5 10 CHƢƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 1.2 Các loại đai chính c. Đai hình lƣợc 11 CHƢƠNG 4. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 1.3 Các loại đai khác 12 ƢU NHƢỢC ĐIỂM & PHẠM VI ỨNG DỤNG Ƣu điểm  Có thể truyền động giữa các trục xa nhau  Truyền động êm, không có tiếng ồn  Khi có tải có thể trượt trơn -> an toàn  Đơn giản, dễ chế tạo, giá rẻ 13 ƢU NHƢỢC ĐIỂM & PHẠM VI ỨNG DỤNG Nhƣợc điểm  Bộ truyền đai cồng kềnh  Tỷ số truyền không ổn định, phụ thuộc tải  Lực tác dụng lên trục lớn  Tuổi thọ thấp 14 CHƢƠNG 4. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 2. Thông số và quan hệ hình học 15 a 1 2 CHƢƠNG 4. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 2. Thông số và quan hệ hình học • a - khoảng cách trục • d1, d2 - đường kính tính toán. Đối với đai dẹt là đường kính ngoài của bánh đai. Đối với đai hình thang hoặc hình lược là đường kính vòng tròn qua lớp trung hòa của đai. 1, 2 - góc ôm trên bánh nhỏ và bánh lớn. 16 CHƢƠNG 4. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 2. Thông số và quan hệ hình học • 1 = 180 o - 2 • 2 = 180 o + 2 • 1 > 150 o ->  < 15o 17 a2 dd sin 12   CHƢƠNG 4. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 2. Thông số và quan hệ hình học Chiều dài đai 18  cosa2 2 d 2 d L 22 1 1 a4 )dd( 2 )dd( a2L 2 1221                    212 2 2121 )dd(2 2 )dd( L 2 )dd( L 4 1 a CHƢƠNG 4. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 2. Thông số và quan hệ hình học Đai dẹt 19 3 11 3 1 1 1 )4.62,5( )12001100( Td n P d   CHƢƠNG 4. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 2. Thông số và quan hệ hình học Đai thang d1 min ứng với loại đai 20 min11 )2.11,1( dd  CHƢƠNG 4. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 2. Thông số và quan hệ hình học Chọn a đai dẹt đai thang: 21 )53(  L v 2)5,19,0( da  CHƢƠNG 4. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 3. Cơ học truyền động đai 3.1 Lực tác dụng 22 CHƢƠNG 4. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 3. Cơ học truyền động đai 3.1 Lực tác dụng Phương trình cân bằng momen 23 CHƢƠNG 4. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 3. Cơ học truyền động đai 3.1 Lực tác dụng Quan hệ giữa F0, F1, F2 24 CHƢƠNG 4. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 3. Cơ học truyền động đai 3.1 Lực tác dụng Phương trình Euler cho dây mềm 25 1f 21 eFF  CHƢƠNG 4. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 3. Cơ học truyền động đai 3.1 Lực tác dụng Quan hệ biến dạng Ban đầu, dưới tác dụng của lực căng F0, tổng lượng biến dạng của đai là 20 (0 là biến dạng tương đối của 1 nhánh đai) 26 CHƢƠNG 4. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 3. Cơ học truyền động đai Quan hệ biến dạng Khi làm việc: • Ở nhánh dẫn, lực căng F1 gây ra biến dạng là 1 • Ở nhánh bị dẫn, lực căng F2 gây ra biến dạng là 2 •  tổng lượng biến dạng của đai là 1 + 2 27 CHƢƠNG 4. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 3. Cơ học truyền động đai Giả thiết : khi chưa làm việc cũng như khi hoạt động, chiều dài của đai không đổi  20 = 1 + 2  2F0 = F1 + F2 28 CHƢƠNG 4. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 3. Cơ học truyền động đai • Với  = 29 tt01 F 1 F 2 1 FF    tt02 F 1 1 F 2 1 FF   1 1 F2F 0t    1fe  CHƢƠNG 4. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI Nhận xét  Khi bộ truyền làm việc, lực căng ở nhánh căng tăng lên bao nhiêu thì lực căng ở nhánh trùng giảm xuống bấy nhiêu. Tổng lực căng không đổi.  Với bộ truyền đã cho, các biện pháp tăng khả năng tải: 30 CHƢƠNG 4. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 31 CHƢƠNG 4. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI Lực căng phụ  Lực căng phụ có giá trị như nhau trên tất cả các tiết diện đai  Lực căng phụ làm giảm tác dụng của lực căng ban đầu Fo 32 2vqF mv  3.2 ỨNG SUẤT TRONG ĐAI Ứng suất căng ban đầu A: diện tích tiết diện đai Ứng suất kéo trên nhánh chủ động (nhánh căng) Ứng suất kéo trên nhánh bị động (nhánh trùng) 33 A F0 0  vt vtv A F A F A FF              11 1 1 vt vtv A F A F A FF           1 1 1 12 2 Us có ích 3.2 ỨNG SUẤT TRONG ĐAI 34 • Khi đai vòng qua bánh đai còn xuất hiện ứng suất uốn E d Eu    3.2 ỨNG SUẤT TRONG ĐAI 35 • Biểu đồ ứng suất trong đai 1 11max 1 uvt u        3.2 ỨNG SUẤT TRONG ĐAI 36 Nhận xét  Ứng suất trong đai thay đổi  đai hỏng vì mỏi  Để tăng tuổi thọ của đai Giảm ứng suất lớn nhất trong đai : tăng d1 ; d1 > dmin phụ thuộc loại đai Giảm tần số thay đổi ứng suất : tăng a, L 3.3 HIỆN TƢỢNG TRƢỢT 37 a. Trƣợt trơn Khi Ft tăng vượt quá giá trị của Fms , trên đai xuất hiện hiện tượng trượt trơn do quá tải từng phần gây nên. Tiếp tục tăng Ft  trượt trơn hoàn toàn Hiện tƣợng trƣợt trơn xảy ra - Khi quá tải - Không đủ lực căng 3.3 HIỆN TƢỢNG TRƢỢT 38 b. Trƣợt đàn hồi Hiện tượng trượt đàn hồi xảy ra do biến dạng của đai so với bánh đai trong quá trình hoạt động. Khi chịu lực :  Đai làm bằng vật liệu có E nhỏ  biến dạng lớn  Bánh đai làm bằng vật liệu E lớn  không biến dạng 3.3 HIỆN TƢỢNG TRƢỢT 39 b. Trƣợt đàn hồi Khi bộ truyền đai làm việc • Trên cung ôm bánh chủ động: lực căng giảm dần từ F1  F2 do đó đai bị co lại so với bánh đai  trượt • Trên cung bánh bị động : lực căng tăng dần từ F2  F1 do đó đai bị giãn dài ra so với bánh đai  trượt 3.3 HIỆN TƢỢNG TRƢỢT 40 b. Trƣợt đàn hồi  1 1F F2  11 3.3 HIỆN TƢỢNG TRƢỢT 41 b. Trƣợt đàn hồi Trượt đàn hồi phụ thuộc Ft , Ft càng lớn, trượt càng tăng. Trượt đàn hồi là bản chất của bộ truyền đai, không thể loại bỏ được. Tỷ số truyền  : hệ số trượt u phụ thuộc vào  11 22 1 21 nd nd 1 v vv    )1(d d n n u 2 1 1 2   3.3 HIỆN TƢỢNG TRƢỢT 42 Ảnh hưởng của hiện tượng trượt  Tỷ số truyền u thay đổi  Mòn đai  làm giảm f  Nóng đai  hỏng đai  Tổn hao công suất  giảm hiệu suất  Khắc phục : cho đai làm việc với tải trọng thích hợp 3.3 HIỆN TƢỢNG TRƢỢT 43 c. Đƣờng cong trƣợt và hiệu suất  : hệ số kéo Hiệu suất  - hệ số trượt Thí nghiệm để tìm quan hệ , ,  0 t 0 t 2F2 F    1 2 P P  3.3 HIỆN TƢỢNG TRƢỢT 44 c. Đƣờng cong trƣợt và hiệu suất Thí nghiệm với các bộ truyền đai - nằm ngang - u =1 (góc ôm = 180o) - tự động căng đai - v = 10m/s Thay đổi Ft  xác định được  - đo vận tốc trên bánh 2  v2   - đo công suất trên bánh 2  P2   3.3 HIỆN TƢỢNG TRƢỢT 45 c. Đƣờng cong trƣợt và hiệu suất Đường cong ( , ) - đường cong hiệu suất Đường cong ( , ) - đường cong trượt    Truî t ®µn håi Truî t ®µn håi + Truî t tr¬n max trượt trơn hoàn toàn 3.3 HIỆN TƢỢNG TRƢỢT 46 c. Đƣờng cong trƣợt và hiệu suất • Ban đầu khi tăng Ft, dẫn đến  tăng, v2 giảm dẫn đến  tăng,  tăng bậc nhất so với , trong đai chỉ xảy ra hiện tượng trượt đàn hồi • Khi  = 0, nếu tiếp tục tăng Ft trong đai ngoài trượt đàn hồi còn có trượt trơn,  là đường cong với hệ số góc tăng dần. •   0 : Ft tăng   tăng do tổn thất ma sát tăng chậm so với P2 •   0 : trượt trơn xảy ra  tổn thất do ma sát tăng  P2 giảm   giảm 3.3 HIỆN TƢỢNG TRƢỢT 47 c. Đƣờng cong trƣợt và hiệu suất Nhận xét:   = 0 đai làm việc lợi nhất (khả năng kéo lớn,  = max )   < 0 đai làm việc non tải   > 0 đai làm việc quá tải 4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI 48 4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI 49 4.1. Chỉ tiêu tính toán bộ truyền đai • Tuổi thọ (độ bền lâu) dưới tác dụng của ứng suất thay đổi trong một vòng chạy của đai, đai có thể bị hỏng sau một số chu kỳ chịu tải xác định. • Khả năng kéo : Đai chưa bị đứt đã không làm việc được nữa nếu tải trọng tác dụng vào đai vượt quá khả năng kéo của đai ứng với hệ số kéo tới hạn. Để đảm bảo khả năng kéo của đai, tức là đai làm việc không xảy ra trượt trơn 4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI 50 4.1. Chỉ tiêu tính toán bộ truyền đai Khả năng kéo là chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của đai. Do điều kiện thực tế khác điều kiện thí nghiệm 0 0 t 2     0t00t ][2  Ứng suất cho phép Xác định bằng thực nghiệm 0ttt ].[C][  4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI 51 4.2. Tính đai dẹt theo khả năng kéo Tính [t] C = CCvCb 0tt t t ].[C][ A F  0tt ].[C][  4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI 52 4.2. Tính đai dẹt theo khả năng kéo • C - hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm 1 (tra bảng 13.9) hoặc C = 1 - 0.003(180 0 - 1) • Cv - hệ số kể đến ảnh hưởng của vận tốc (vận tốc tăng, lực ly tâm tăng). Tra bảng 13.10 hoặc tính theo công thức Cv = 1.04 - 0.0004v 2 4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI 53 4.2. Tính đai dẹt theo khả năng kéo Cb - hệ số kể đến ảnh hưởng của vị trí bộ truyền so với phương ngang và cách căng đai. Tính theo góc nghiêng    60o Cb = 1 60o <   80o Cb = 0.9 80o   < 90o Cb = 0.8 Nếu có bộ phận tự động căng đai Cb = 1. 4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI 54 4.2. Tính đai dẹt theo khả năng kéo Tính tiết diện đai Kđ - hệ số tải trọng động. Tra bảng 13.7 Chọn  theo d1 (chọn theo giá trị tiêu chuẩn gần nhất) ][ t đtKFbA    40 1 30 1 1  d  ][ KF b t đt   4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI 55 4.2. Tính đai thang theo khả năng kéo A1 - diện tích tiết diện đai đã chọn x - số đai [Ft] = A1[t] - lực vòng cho phép đối với 1 đai [Ft] v = [P] - công suất cho phép của 1 đai Ft v = P - công suất cần truyền ][ A.x F t 1 t t  ][A KF x t1 đt   4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI 56 4.2. Tính đai thang theo khả năng kéo [P] được xác định từ các thí nghiệm của đai về khả năng kéo. ]P[ PK x đ ) 9550 nT CCP(]P[ 11L0    4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI 57 4.2. Tính đai thang theo khả năng kéo • P0 - công suất truyền được bởi 1 đai trong điều kiện số bánh đai trong bộ truyền bằng 2, tỷ số truyền u = 1, góc ôm  = 180o, chiều dài đai Lo, làm việc không có tải trọng động. Tra đồ thị trang 36. • C - hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ôm. Góc ôm giảm, C giảm. Tra bảng 13.11 trang 35. 4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI 58 4.2. Tính đai thang theo khả năng kéo • CL - hệ số xét đến ảnh hưởng của chiều dài đai. Chiều dài đai lớn, tần số thay đổi ứng suất giảm, tuổi thọ tăng. • T1 - gia số momen xoắn mà bộ truyền có thể truyền thêm được khi tỉ số truyền u>1. Ứng suất uốn giảm khi đai vòng qua bánh lớn. Tra bảng 13.13 trang 37. THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI 59 Chỉ tiêu cơ bản để tính bộ truyền đai: - Khả năng chịu kéo - Tuổi thọ (kiểm nghiệm) TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN 60 b1. Chọn loại đai Đai dẹt: đai da, đai sợi bông, đai vải cao su, đai sợi tổng hợp Tiết diện bx được tiêu chuẩn hóa, riêng đai sợi tổng hợp có chiều dài l tiêu chuẩn Đai thang: Thang hẹp: có 4 loại (tiêu chuẩn Nga) Thang thường: có 7 loại Chọn tiết diện đai dựa vào P và n theo hình 4.1 TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN 61 b2. Xác định các thông số bộ truyền Đai dẹt: - Đường kính: Tính d1 (4.1) => tiêu chuẩn => tính d2 d2 = d1u(1-)  tính lại u = d2/d1 , u  4% - Tính sơ bộ khoảng cách trục a = (1,5  2)(d1 + d2) TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN 62 b2. Xác định các thông số bộ truyền - Chiều dài đai l Đai vải cao su: l = l + (100400)mm Đai sợi tổng hợp: l lấy tiêu chuẩn => tính a - Góc ôm: Đai vải cao su: 1  min = 150 o Đai sợi tổng hợp 1  min = 120 o - Chiều dày đai , sao cho /d1  (/d1)max - Chiều rộng đai: b TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN 63 b2. Xác định các thông số bộ truyền - Kiểm nghiệm đai về tuổi thọ thông qua số lần uốn đai trong một giây i = v/l  imax = 3...5(đai dẹt), =10(đai thang) - Tính lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN 64 b2. Xác định các thông số bộ truyền Đai thang - Xác định đường kính: d1, d2 (tiêu chuẩn) - Khoảng cách trục : dựa vào a/d2 (tra bảng) - Tính chiều dài l, l lấy theo tiêu chuẩn  tính lại khoảng cách trục a - Góc ôm 1 - Tính số đai z (làm tròn) z – zt  0.2 -> chọn lại d1 (d1 giảm -> x )