Cơ khí chế tạo máy - Chương 4: Bộ truyền bánh răng

Bm. Thiết kế máy TS. Bùi Trọng Hiếu 1 Chương 4 BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CBGD: TS. Bùi Trọng Hiếu 24.1. KHÁI NIỆM CHUNG a. Nguyên lý làm việc: theo nguyên lý ăn khớp. Tỉ số truyền xác định. 3NỘI DUNG 4.2. THÔNG SỐ HÌNH HỌC 4.3. PHÂN TÍCH LỰC TÁC DỤNG 4.1. KHÁI NIỆM CHUNG 4.4. CÁC DẠNG HỎNG VÀ CHỈ TIÊU TÍNH 4.5. VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÁNH RĂNG 4NỘI DUNG 4.6. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG THẲNG 4.9. TRÌNH TỰ THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN BR 4.7. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG NGHIÊNG 4.8. BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG NÓN RĂNG THẲNG 4.10. KẾT CẤU VÀ BÔI TRƠN BÁNH RĂNG 54.1. KHÁI NIỆM CHUNG 4.1.1. Nguyên lý làm việc 4.1.2. Phân loại 4.1.3. Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng 64.1. KHÁI NIỆM CHUNG - Truyền chuyển động giữa các trục song song với nhau. 74.1. KHÁI NIỆM CHUNG - Truyền chuyển động giữa các trục song song với nhau. 84.1. KHÁI NIỆM CHUNG - Truyền chuyển động giữa các trục giao nhau hoặc chéo nhau. 94.1. KHÁI NIỆM CHUNG - Biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến hoặc ngược lại. 10 4.1. KHÁI NIỆM CHUNG - Truyền động với tỉ số truyền thay đổi. 11 4.1. KHÁI NIỆM CHUNG - Truyền động với tỉ số truyền thay đổi. - Vị trí giữa các trục - Sự ăn khớp - Hình dạng của BR - Cách bố trí răng trên BR Bộ truyền BR phẳng Bộ truyền BR không gian Bộ truyền BR ăn khớp ngoài Bộ truyền BR ăn khớp trong Bộ truyền BR tr ụ Bộ truyền BR nón Bộ truyền BR răng thẳng Bộ truyền BR răng nghiêng PHÂN LOẠI THEO Bộ truyền BR chữ V - Phương diện khác của hình dạng BR Bộ truyền BR tròn Bộ truyền BR không tròn Bộ truyền BR răng cong       - Biên dạng răng Bộ truyền BR thân khai Bộ truyền BR Xicloit Bộ truyền BR Novicov - Vị trí giữa các trục - Sự ăn khớp - Hình dạng của BR - Cách bố trí răng trên BR Bộ truyền BR phẳng Bộ truyền BR không gian Bộ truyền BR ăn khớp ngoài Bộ truyền BR ăn khớp trong Bộ truyền BR tr ụ Bộ truyền BR nón Bộ truyền BR răng thẳng Bộ truyền BR răng nghiêng PHÂN LOẠI THEO Bộ truyền BR chữ V - Phương diện khác của hình dạng BR Bộ truyền BR tròn Bộ truyền BR không tròn Bộ truyền BR răng cong       - Biên dạng răng Bộ truyền BR thân khai Bộ truyền BR Xicloit Bộ truyền BR Novicov Bộ truyền bánh răng phẳng Bộ truyền bánh răng khơng gian - Vị trí giữa các trục - Sự ăn khớp - Hình dạng của BR - Cách bố trí răng trên BR Bộ truyền BR phẳng Bộ truyền BR không gian Bộ truyền BR ăn khớp ngoài Bộ truyền BR ăn khớp trong Bộ truyền BR tr ụ Bộ truyền BR nón Bộ truyền BR răng thẳng Bộ truyền BR răng nghiêng PHÂN LOẠI THEO Bộ truyền BR chữ V - Phương diện khác của hình dạng BR Bộ truyền BR tròn Bộ truyền BR không tròn Bộ truyền BR răng cong       - Biên dạng răng Bộ truyền BR thân khai Bộ truyền BR Xicloit Bộ truyền BR Novicov Bộ truyền bánh răng ăn khớp ngồi Bộ truyền bánh răng ăn khớp ngồi Bộ truyền bánh răng ăn khớp trong - Vị trí giữa các trục - Sự ăn khớp - Hình dạng của BR - Cách bố trí răng trên BR Bộ truyền BR phẳng Bộ truyền BR không gian Bộ truyền BR ăn khớp ngoài Bộ truyền BR ăn khớp trong Bộ truyền BR tr ụ Bộ truyền BR nón Bộ truyền BR răng thẳng Bộ truyền BR răng nghiêng PHÂN LOẠI THEO Bộ truyền BR chữ V - Phương diện khác của hình dạng BR Bộ truyền BR tròn Bộ truyền BR không tròn Bộ truyền BR răng cong       - Biên dạng răng Bộ truyền BR thân khai Bộ truyền BR Xicloit Bộ truyền BR Novicov Bánh răng trụ Bánh răng nĩn - Vị trí giữa các trục - Sự ăn khớp - Hình dạng của BR - Cách bố trí răng trên BR Bộ truyền BR phẳng Bộ truyền BR không gian Bộ truyền BR ăn khớp ngoài Bộ truyền BR ăn khớp trong Bộ truyền BR tr ụ Bộ truyền BR nón Bộ truyền BR răng thẳng Bộ truyền BR răng nghiêng PHÂN LOẠI THEO Bộ truyền BR chữ V - Phương diện khác của hình dạng BR Bộ truyền BR tròn Bộ truyền BR không tròn Bộ truyền BR răng cong       - Biên dạng răng Bộ truyền BR thân khai Bộ truyền BR Xicloit Bộ truyền BR Novicov Răng thẳng Răng nghiêng Răng chữ V Răng cong - Vị trí giữa các trục - Sự ăn khớp - Hình dạng của BR - Cách bố trí răng trên BR Bộ truyền BR phẳng Bộ truyền BR không gian Bộ truyền BR ăn khớp ngoài Bộ truyền BR ăn khớp trong Bộ truyền BR tr ụ Bộ truyền BR nón Bộ truyền BR răng thẳng Bộ truyền BR răng nghiêng PHÂN LOẠI THEO Bộ truyền BR chữ V - Phương diện khác của hình dạng BR Bộ truyền BR tròn Bộ truyền BR không tròn Bộ truyền BR răng cong       - Biên dạng răng Bộ truyền BR thân khai Bộ truyền BR Xicloit Bộ truyền BR Novicov - Vị trí giữa các trục - Sự ăn khớp - Hình dạng của BR - Cách bố trí răng trên BR Bộ truyền BR phẳng Bộ truyền BR không gian Bộ truyền BR ăn khớp ngoài Bộ truyền BR ăn khớp trong Bộ truyền BR tr ụ Bộ truyền BR nón Bộ truyền BR răng thẳng Bộ truyền BR răng nghiêng PHÂN LOẠI THEO Bộ truyền BR chữ V - Phương diện khác của hình dạng BR Bộ truyền BR tròn Bộ truyền BR không tròn Bộ truyền BR răng cong       - Biên dạng răng Bộ truyền BR thân khai Bộ truyền BR Xicloit Bộ truyền BR Novicov Bộ truyền bánh răng trịn Bộ truyền bánh răng trịn Bộ truyền bánh răng khơng trịn 54.1. KHÁI NIỆM CHUNG c. Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng:  Kích thước nhỏ, khả năng tải lớn. Ưu điểm:  Tỉ số truyền không đổi do không có hiện tượng trượt trơn.  Hiệu suất cao: 0,97  0,99.  Làm việc với vận tốc cao, công suất lớn.  Tuổi thọ cao, làm việc với độ tin cậy cao.  Chế tạo tương đối phức tạp. Nhược điểm:  Đòi hỏi độ chính xác cao.  Có nhiều tiếng ồn khi làm việc với vận tốc cao. 64.1. KHÁI NIỆM CHUNG c. Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng: Được sử dụng rộng rãi trong ngành chế tạo máy, trong đó bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng được sử dụng nhiều nhất. Phạm vi sử dụng: 7 1/7 4.2. THÔNG SỐ HÌNH HỌC 4.2.1. Thông số hình học bánh răng thẳng 4.2.2. Thông số hình học bánh răng nghiêng 4.2.1. THƠNG SỐ HÌNH HỌC BÁNH RĂNG THẲNG  Biên dạng răng (thân khai). M0M  N 0r O 4.2.1. THƠNG SỐ HÌNH HỌC BÁNH RĂNG THẲNG  Đường kính vịng đỉnh da.  Đường kính vịng chia d.  Đường kính vịng chân df.  Đường kính vịng cơ sở d0.  Bước răng p: z r esp tt 2  ad fd  Biên dạng răng (thân khai).  Chiều cao răng. 0d d ts  Bề dày răng st.  Bề rộng rãnh răng et. te p 4.2.1. THƠNG SỐ HÌNH HỌC BÁNH RĂNG THẲNG  Modun m (được tiêu chuẩn hĩa):  p m  Dãy 1 1 1.25 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 Dãõy 2 1,125 1,375 1,75 2,25 2,75 3,5 4,5 5,5 7 9 11 14 18 22 4.2.1. THƠNG SỐ HÌNH HỌC BÁNH RĂNG THẲNG otste p fd d ad 4.2.1. THƠNG SỐ HÌNH HỌC BÁNH RĂNG THẲNG 4.2.1. THƠNG SỐ HÌNH HỌC BÁNH RĂNG THẲNG np tp t t n n  Gĩc nghiêng .  Bước pháp pn.  Bước ngang pt.  Modun pháp mn :  n n p m   Modun ngang mt :  t t p m  cos n t m m  4.2.1. THƠNG SỐ HÌNH HỌC BÁNH RĂNG NGHIÊNG  Đường kính vịng chia: cos . . zm zmd nt   Đường kính vịng đỉnh: na mdd 2  Đường kính vịng chân: nf mdd 5,2  Khoảng cách trục:     cos22 21 21 zzm zz m a nt   4.2.1. THƠNG SỐ HÌNH HỌC BÁNH RĂNG NGHIÊNG 16 1/16 4.3. PHÂN TÍCH LỰC TÁC DỤNG 4.3.1. Lực tác dụng trong bộ truyền BR trụ răng thẳng. 4.3.2. Lực tác dụng trong bộ truyền BR trụ răng nghiêng. QUI TẮC XÁC ĐỊNH CHIỀU LỰC ĂN KHỚP  Chiều lực hướng tâm : luơn hướng vào tâm trục.rF   Chiều lực vịng : - Trên bánh chủ động: ngược chiều chuyển động. - Trên bánh bị động : cùng chiều chuyển động. tF  aF   Chiều lực dọc trục : - Trên bánh chủ động: hướng vào mặt răng làm việc. - Trên bánh bị động : ngược chiều so với trên aF  bánh chủ động. Lực vịng Lực hướng tâm Lực ăn khớp 4.3.1. LỰC TÁC DỤNG TRONG BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG THẲNG tF  rF  112 21 d T FF tt  Lực vịng: tgFFF trr .121   Lực hướng tâm: cos 1 21 t nn F FF   Lực ăn khớp: Bánh bị động Bánh chủ động 1w d 2w d W rF  tF  nF  4.3.1. LỰC TÁC DỤNG TRONG BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG THẲNG Lực vịng Lực dọc trụcLực ăn khớp tF  aF  Lực hướng tâm rF  4.3.2. LỰC TÁC DỤNG TRONG BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG NGHIÊNG nn  tF  rF  aF  'F  rF  'F  nn  nF  n 4.3.2. LỰC TÁC DỤNG TRONG BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG NGHIÊNG 'F  rF  aF  nF  W n tF  4.3.2. LỰC TÁC DỤNG TRONG BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG NGHIÊNG  Lực vịng:  Lực dọc trục:    cos . '. 1 21 nt nrr tgF tgFFF  Lực hướng tâm: n t n nn FF FF  cos.coscos ' 1 21  Lực ăn khớp: cos ' 1 tF F  1 12 21 d T FF tt  tgFFF taa .121  4.3.2. LỰC TÁC DỤNG TRONG BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG NGHIÊNG F  F  F   F   F F  4.3.2. LỰC TÁC DỤNG TRONG BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG NGHIÊNG F  F  F   F  F  F  4.3.2. LỰC TÁC DỤNG TRONG BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG NGHIÊNG 4.3.2. LỰC TÁC DỤNG TRONG BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG NGHIÊNG F  F  F  F  F  F  4.3.2. LỰC TÁC DỤNG TRONG BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG NGHIÊNG 4.3.2. LỰC TÁC DỤNG TRONG BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG NGHIÊNG F  F  F  F  F  F  4.3.2. LỰC TÁC DỤNG TRONG BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG NGHIÊNG 4.3.3. TẢI TRỌNG TÍNH  Tải trọng tính: dntt FKF .  Hệ số tải trọng tính:  KKKK v .. 121/12 4.4. CÁC DẠNG HỎNG VÀ CHỈ TIÊU TÍNH 4.4.1. CÁC DẠNG HỎNG Gãy răng. Trĩc vì mỏi bề mặt răng. Mịn răng. Dính răng. Biến dạng dẻo bề mặt răng. Bong bề mặt răng. 4.4.2. CHỈ TIÊU TÍNH  Gãy răng: do ứng suất uốn. 4.4.1. CÁC DẠNG HỎNG  Trĩc vì mỏi bề mặt răng: do ứng suất tiếp xúc và ma sát trên bề mặt răng.  Mịn răng: xảy ra ở các bộ truyền hở, bơi trơn kém.  Dính răng: xảy ra ở các bộ truyền chịu tải trọng lớn làm việc với vận tốc cao.  Biến dạng dẻo bề mặt răng: xảy ra ở bộ truyền chế tạo từ thép mềm, chịu tải trọng lớn và vận tốc thấp.  Bong bề mặt răng: xảy ra ở bộ truyền được tăng bền bề mặt. (Bộ truyền kín, bơi trơn tốt). (Bộ truyền hở, bơi trơn kém). 4.4.2. CHỈ TIÊU TÍNH Tính theo độ bền tiếp xúc Kiểm tra theo độ bền uốn Tính theo theo độ bền uốn Kiểm tra độ bền tiếp xúc CHỈ TIÊU TÍNH 15 4.5. VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÁNH RĂNG SV tự đọc trang 220, tài liệu [1] 16 4.6. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG THẲNG Tính theo độ bền tiếp xúc Tính theo theo độ bền uốn TÍNH TOÁN 17 4.6. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG THẲNG 4.6.1. Tính theo độ bền tiếp xúc: 18 4.6. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG THẲNG  Điều kiện bền: ][ HH    Ứng suất tiếp xúc tính theo cơng thức Hetz:   2 n MH q Z 19 4.6. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG THẲNG a. Hệ số xét đến cơ tính vật liệu: )]1()1([ 2 2 21 2 12 21    EE EE ZM 20 4.6. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG THẲNG b. Bán kính cong tương đương: 21 111           2 sin 2 sin 2 2 1 1     d d  sin )1(21 1ud u   21 4.6. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG THẲNG c. Cường độ tải trọng: H Hn n l KF q  22 4.6. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG THẲNG c. Cường độ tải trọng: H Hn n l KF q    cos 2 1 2 1 bd ZKT q Hn  23 4.6. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG THẲNG   cos 2 1 2 1 bd ZKT q Hn  )]1()1([ 2 2 21 2 12 21    EE EE ZM  sin )1(21 1ud u   ][ )1(2 1 1 H HHM H bu uKT d ZZZ      2sin 2 HZ 24 4.6. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG THẲNG ][ )1(2 1 1 H HHM H bu uKT d ZZZ      3 2 1 1 ][ )1( u uKT Kd Hbd H d    25 4.6. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG THẲNG 3 2 1 1 ][ )1( 6,75 u uKT d Hbd H    26 4.6. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG THẲNG 3 2 1 ][ )1(50 u KT ua Hba H   27 4.6. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG THẲNG 28 4.6. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG THẲNG 4.6.2. Tính theo độ bền uốn: 29 4.6. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG THẲNG 4.6.2. Tính theo độ bền uốn: Ứng suất thực tính tốn:  KF . Lực pháp tuyến Fn đặt tại đỉnh răng:    cos 'cos 'cos' tnt F FF     cos 'sin 'sin' tnr F FF  30 4.6. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG THẲNG 4.6.2. Tính theo độ bền uốn: Ứng suất danh nghĩa tại chân răng: A F W lF rt nu ''   31 4.6. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG THẲNG 4.6.2. Tính theo độ bền uốn: Vì l và δ tỉ lệ bậc nhất với modun m, nên: mmll ';'         K l bm KF Ft F        cos'. 'sin cos 'cos )'( '6 2 Do đĩ: 32 4.6. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG THẲNG 4.6.2. Tính theo độ bền uốn: Đặt hệ số dạng răng: Hệ số dạng răng cĩ thể xác định bằng thực nghiệm:      K l YF        cos'. 'sin cos 'cos )'( '6 2 2092,0 9,272,13 47,3 x z x z YF  33 4.6. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG THẲNG 4.6.2. Tính theo độ bền uốn: Cơng thức kiểm nghiệm độ bền uốn: Cơng thức thiết kế bánh răng theo độ bền uốn: ][ F FtF F bm KFY   3 2 1 1 3 1 1 ][ 2 ][ 2 Fbd FF Fbm FF z YKT z YKT m   m b bm  1 1 1 1 1 22 mz T d T F  34 4.6. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG THẲNG 35 4.7. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG NGHIÊNG 4.7.1. Các đặc điểm khi tính tốn BTBR trụ răng nghiêng: Ăn khớp êm và tải trọng động giảm. Cường độ tải trọng trên bánh răng nghiêng nhỏ hơn trên bánh răng thẳng. Thay thế bánh răng nghiêng bằng bánh răng trụ răng thẳng tương đương. Đường tiếp xúc nằm chếch trên mặt răng. 36 4.7. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG NGHIÊNG 4.7.2. Tính theo độ bền tiếp xúc: Cơng thức kiểm tra bền: ][ )1(2 1 1 H HHM H bu uKT d ZZZ        2sin cos2 HZ    1 Zvới Sử dụng các cơng thức tính tốn BTBR trụ răng thẳng, nhưng thay các thơng số của BR tương đương vào. 37 4.7. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG NGHIÊNG 4.7.2. Tính theo độ bền tiếp xúc: Cơng thức thiết kế: 3 2 1 ][ )1(43 u KT ua Hba H   38 4.7. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG NGHIÊNG 4.7.3. Tính theo độ bền uốn: Cơng thức kiểm tra bền: Sử dụng các cơng thức tính tốn BTBR trụ răng thẳng, nhưng thay các thơng số của BR tương đương vào. ][ F n FtF F bm YYKFY    39 4.7. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BR TRỤ RĂNG NGHIÊNG 4.7.3. Tính theo độ bền uốn: Cơng thức thiết kế: Sử dụng các cơng thức tính tốn BTBR trụ răng thẳng, nhưng thay các thơng số của BR tương đương vào. 3 2 1 1 3 1 1 ][ 2 ][ 2 Fbd FF Fbm FF z YYYKT z YYYKT m   