Cơ khí chế tạo máy - Chương 7: Truyền động trục vít

CHƢƠNG 7. TRUYỀN ĐỘNG TRỤC VÍT 1 NỘI DUNG 1. Khái niệm chung 2. Tải trọng và hiệu suất 3. Tính toán truyền động trục vít 4. Vật liệu và ứng suất cho phép 2 7.1 Khái niệm chung • Truyền động trục vít dùng để truyền chuyển động giữa hai trục chéo nhau • Trục vít là trục có ren, bánh vít là bánh răng 3 4 7.1 Khái niệm chung 6.1.1 Các loại trục vít – bánh vít 5 7.1 Khái niệm chung Trục vít - Trục vít hình trụ: • Trục vít Acsimet • Trục vít Konvolut • Trục vít thân khai 6 7.1 Khái niệm chung Bánh vít • Được chế tạo bằng dao phay lăn trục vít, có hình dạng và kích thước giống trục vít sẽ ăn khớp với bánh vít 7 7.1 Khái niệm chung 8 7.1.2 Các thông số hình học 9 7.1.2 Các thông số hình học  d1 : đường kính chia trục vít  Mođun m được tiêu chuẩn hóa  Hệ số đường kính q q tiêu chuẩn theo m 10  p m  m d q 1 7.1.2 Các thông số hình học  Số ren trục vít và số răng bánh vít - Số ren trục vít z1 = 1, 2, 4 - Số răng bánh vít z2 = uz1 z2 ≥ 26 (tránh cắt lẹm chân răng) z2 ≤ 80 (tránh gây nên biến dạng trục vít) 11 7.1.2 Các thông số hình học  Góc vít  12 q z d mz d pz d p tg z 1 1 1 1 1 1    7.1.2 Các thông số hình học  Dịch chỉnh và hệ số dịch chỉnh Dịch chỉnh nhằm đảm bảo khoảng cách trục x : hệ số dịch chỉnh x.m : khoảng dịch chỉnh Khi cắt BV phải dùng dao có kích thước giống TV sẽ ăn khớp với BV -> dịch chỉnh chỉ tiến hành đối với BV • Khoảng cách trục 13 )2( 2 2 xZq m a  7.1.2 Các thông số hình học  Độ chính xác chế tạo o Trục vít rất nhạy với sai số về lắp ghép do đó dung sai khoảng cách trục và vị trí mặt trung bình bánh vít đòi hỏi chặt chẽ o Có 12 cấp chính xác 14 7.1.3 Các thông số động học a. Vận tốc vòng và tỷ số truyền TV quay 1 vòng -> BV quay vòng TV quay n1 vòng -> BV quay n2 = n1. vòng Tỷ số truyền 15 2d pz  2d pz  1 2 1 22 2 1 .. Z Z pZ Zm p d n n u z   7.1.3 Các thông số động học Nhận xét z1 = 1,2,4, z2min = 26 => u khá lớn => vectơ vận tốc v1 ≠ v2 16 1 2 1 2 1 22 d d tgd d tgd d p d u z    7.1.3 Các thông số động học b. Vận tốc trượt vt: vận tốc trượt 17 1 1  v1 v2 vt v2 2    cos.1000.60cos 111 ndvvt  22 1 1 22 1 2 12 11 22 1 2 19100 . 1 1 cos qZ nm v qZ q tg q Z mqu mZ nd nd v v tg t            7.1.3 Các thông số động học  Nhận xét o vt có trị số khá lớn o Làm tăng tổn thất do ma sát -> nguy cơ bị dính và mòn rất lớn o Dùng giá trị vt để chọn vật liệu vt lớn -> chọn vật liệu có f nhỏ 18 7.1.4 Kết cấu trục vít và bánh vít  Trục vít được chế tạo liền trục  Bánh vít chế tạo rời rồi lắp lên trục 19 7.1.4 Kết cấu trục vít và bánh vít • Khi đường kính bánh vít lớn, để tích kiệm kim loại màu => o Làm vành răng BV bằng vật liệu đắt tiền o Làm mayơ bằng vật liệu khác 20 7.2 Tải trọng và hiệu suất 7.2.1 Lực tác dụng khi ăn khớp 21 Ft2 Fa1 Ft1 Fr1 n1 n1 n2 Fr2 Fa1 Ft1 Fa2 7.2.1 Lực tác dụng khi ăn khớp 22 7.2.1 Lực tác dụng khi ăn khớp 23 1 1 21 2 d T FF at  2 2 12 2 d T FF at  )(11   tgFF at )cos( cos ' 1     an FF )cos( cos 11     nar tg FF 7.2.1 Lực tác dụng khi ăn khớp 24 1 1 21 2 d T FF at  2 2 12 2 d T FF at  tgFF at 11    cos 221 n trr tg FFF   coscos 2 n t n F F  7.2.2 Tải trọng riêng và hệ số tải trọng a. Sự phân bố ko đều tải trọng trên chiều dài tx Do sai số chế tạo, lắp ghép, biến dạng đàn hồi nên tải trọng phân bố ko đều trên chiều dài tiếp xúc Hệ số K tb: chuyển vị đàn hồi trung bình trên chiều dài tx : cvị đàn hồi phụ thêm do độ võng TV gây ra 25 tbtb tb tb q qq q q K       1max 7.2.2 Tải trọng riêng và hệ số tải trọng a. Sự phân bố ko đều tải trọng trên chiều dài tx Độ võng phụ thuộc o Khoảng cách hai gối đỡ trục vít o Đường kính d1 o Số mối ren z1 o Khi tải không đổi K = 1 26              max2 2 3 2 11 T TZ K tb   7.2.2 Tải trọng riêng và hệ số tải trọng b.Tải trọng động Pv: tải do va đập Pn : tải trọng ngoài Kv phụ thuộc v, cấp chính xác 27 n v n v n vn v P P q q q qq K    11 7.2.3 Hiệu suất Trục vít dẫn Bánh vít dẫn Hiệu suất tăng khi  tăng và  giảm z1 tăng -> bộ truyền lớn q giảm -> d1 giảm -> giảm độ cứng 28 )(111 222 11 22 1 2        tg tg dnF dnF T T P P t t ak    tg tg P P ak )( 2 1  q Z tg 1 7.2.3 Hiệu suất Thực tế  < 250. ak max khi  = 45 0  /2 Khi xét đến công suất mất mát do khuấy dầu  = (0,95  0,96)ak Z1 = 1 ->  = 0,7 – 0,75 Z1 = 2 ->  = 0,75 -0,82 Z1 = 4 ->  = 0,82 -0,9 29 7.2.3 Hiệu suất Trường hợp bánh vít là chủ động Khi  ≤  ,  = 0 , bộ truyền tự hãm Sử dụng tính chất tự hãm trong cơ cấu nâng Khi đảm bảo tính chất tự hãm, hiệu suất thấp ( < 0,5) 30    tg tg )( .95,0   7.3 Tính toán truyền động trục vít 1. Các dạng hỏng và phương pháp tính 2. Tính toán sức bền bền tiếp xúc 3. Tính toán sức bền uốn 4. Tính nhiệt 31 7.3.1 Các dạng hỏng và p2 tính Các dạng hỏng Truyền động trục vít có các dạng hỏng như trong truyền động bánh răng +Tróc rỗ +Mòn +Dính +Gãy răng TR-BV có hai trục chéo nhau -> trượt dọc răng khá lớn -> dính, mòn nguy hiểm hơn 32 7.3.1 Các dạng hỏng và p2 tính Dính : đặc biệt nguy hiểm với BV làm bằng vật liệu rắn hơn (đồng thanh, gang...). Với vật liệu mềm hơn, dính không nguy hiểm Phƣơng pháp tính: Dính và mòn là nguy hiểm hơn, tuy nhiên chưa có phương pháp tính chính xác. Mòn và dính liên quan chặt chẽ đến ứng suất tiếp xúc -> tính toán TV-BV theo độ bền tiếp xúc. 33 7.3.1 Các dạng hỏng và p2 tính Phƣơng pháp tính H  [H] Nguy hiểm về dính được kể đến khi xác định [H] Dùng vật liệu đồng thanh thiếc chống dính tốt [H] không phụ thuộc vt, hỏng do tróc là chính Dùng vật liệu đồng thanh không thiếc [H] phụ thuộc vt, vt càng lớn [H] càng giảm 34 7.3.1 Các dạng hỏng và p2 tính Phƣơng pháp tính Khi tính độ bền, coi BV là bánh răng nghiêng có góc nghiêng  =  Do vt lớn -> sinh nhiệt khi làm việc -> sau khi tính độ bền còn phải tính nhiệt của bộ truyền Trục vít liền trục do đó cần tính toán theo hệ số an toàn giống trục 35 7.3.2 Tính toán sức bền tiếp xúc  Tránh hỏng về bề mặt  Tính như bộ truyền BRN (có tính đến đặc điểm ăn khớp và hình dạng đường tiếp xúc)  Công thức tính H ≤ [H] 36   .2 n MH q Z 37 7.3.2 Tính toán sức bền tiếp xúc  Bánh răng nghiêng  Trục vít -> thay  =  38 H Hn n l KF q  b H Kb l    cos  360 .2 1   db   cos.cos 1 . .2 cos.cos 2 22 d TF F tn  7.3.2 Tính toán sức bền tiếp xúc Tính  1 =  39   cos.. 360. 12 2 Kdd KT q Hn  21 111    sin 2 2 2 d  7.3.2 Tính toán sức bền tiếp xúc - 2. = 100o (góc ôm trục vít) -  = 20o -  = 1,8 (hệ số trùng khớp) - K = 0,75 -  = 10o Với trục vít bằng thép E1 = 2,1.10 5 Mpa Bánh vít: đồng thanh E2 = 0,9.10 5 Mpa 40 1 2 2 .28,2 d KT d Z HM H  -> ZM = 210 7.3.2 Tính toán sức bền tiếp xúc  Công thức kiểm nghiệm  Thay d1 = m.q d2 = m.z2 Công thức thiết kế bộ truyền TV - BV 41 ][ 480 1 2 2 H H H d KT d   2 .2 zq a m    3 2 2 2 2 ][ 170 )( q KT z qza H H          7.3.2 Tính toán sức bền tiếp xúc  T2 – momen xoắn trên trục bánh vít (Nmm)  KH = KH.KHv – hệ số tải trọng  z2 – số răng bánh vít  q – hệ số đường kính  [H] - ứng suất tiếp xúc cho phép 42 3 2 2 2 2 ][ 170 )( q KT z qza H H          7.3.2 Tính toán sức bền tiếp xúc  Sử dụng công thức thiết kế - Chọn vật liệu -> xác định [H] - Dựa vào u -> chọn z1 -> z2 = u.z1 - Chọn sơ bộ q theo z2 q = (0,25  0,3).z2 -> lấy theo tiêu chuẩn - Chọn sơ bộ hệ số tải trọng KH = (1,2  1,3) => a 43 3 2 2 2 2 ][ 170 )( q KT z qza H H          7.3.3 Tính toán sức bền uốn  BV làm bằng vật liệu có cơ tính nhỏ hơn TV do đó chỉ cần tính độ bền uốn cho BV  Coi BV là BRN có  =   Công thức kiểm nghiệm độ bền uốn - b2 : chiều rộng BV - YF : hệ số dạng răng, xác định theo 44 ][ .4,1 22 2 F n FvFF F mdb KKYT    3 2 cos z ztđ  7.3.3 Tính nhiệt  Tính nhiệt để đảm bảo nhiệt độ của dầu không nóng quá mức cho phép  Cơ sở tính toán xuất phát từ điều kiện Nhiệt lượng sinh ra cân bằng với nhiệt thoát đi Qs = Qt 45 7.3.3 Tính nhiệt  Nhiệt lượng sinh ra Qs = 1000.(1 - )P1 Hiệu suất  = (0,95  0,96)ăk  Nhiệt lượng thoát Qt = KT.A.(t-to)(1+) KT : hệ số tỏa nhiệt t, to : nhiệt độ làm việc và nhiệt độ môi trường A : diện tích tỏa nhiệt  : hệ số kể đến nhiệt lượng tỏa xuống đáy 46 7.3.3 Tính nhiệt  Nhiệt lượng thoát Qt = KT.A.(t-to)(1+)  : hệ số phản ánh nhiệt lượng giảm đi do làm việc ngắt quãng và tải trọng thay đổi  Phương trình cân bằng nhiệt 1000.(1 - )P1 = KT.A.(t-to)(1+) [tmax] : nhiệt độ cao nhất cho phép của dầu 47 ][ ).1.( )1(.1000 max 1 tt AK P t o T       7.3.3 Tính nhiệt Nếu nhiệt độ vượt mức cho phép, biện pháp: - Tăng diện tích tỏa nhiệt - Làm mát nhân tạo 48 7.4 Vật liệu và ứng suất cho phép a. Vật liệu Trục vít :thép Cacbon Bánh vít :làm bằng đồng thanh để giảm ma sát - vt ≥ 5 m/s → vật liệu nhóm I : đồng thanh thiếc [H] không phụ thuộc vt - vt < 5 m/s → vật liệu nhóm II: đồng thanh không thiếc [H] phụ thuộc vt - vt < 2 m/s → vật liệu nhóm III: gang xám 49 7.4 Vật liệu và ứng suất cho phép b. Ứng suất tiếp xúc cho phép o Bánh vít làm bằng đồng thanh thiếc [H] = (0,75  0.90).b.KHL +b: giới hạn bền của vật liệu +KHL : hệ số tuổi thọ +NHE :số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương NHE > 25.10 7 , lấy NHE = 25.10 7 để tính 50 8 710 HE HL N K  7.4 Vật liệu và ứng suất cho phép b. Ứng suất tiếp xúc cho phép o Bánh vít làm bằng đồng thanh không thiếc [H] phụ thuộc vận tốc trượt vt [H] không phụ thuộc số chu kỳ ứng suất 51 7.4 Vật liệu và ứng suất cho phép c. Ứng suất uốn cho phép Bánh vít làm bằng đồng thanh [F] = [FO]KFL [FO] - ứng suất uốn cho phép ứng với 10 6 chu kỳ KFL – hệ số tuổi thọ NFE : số chu kỳ tương đương 52 9 610 FE FL N K  Trình tự thiết kế 1. Dự đoán vt -> chọn vật liệu trục vít và bánh vít. Tính ứng suất cho phép 2. Chọn số mối ren Z1 • Tính Z2 = uZ1 • Z2 ≥ 28 • Chọn sơ bộ hiệu suất  -> T2 = .u.T1 • Chọn q = (0,25 – 0,3)Z2 53 Trình tự thiết kế 3. Tính a sơ bộ 54 3 2 2 2 2 ][ 170 )( q KT z qza H H          qZ a m   2 2 Trình tự thiết kế 4. Xác định vt, , KH, KHv Nghiệm lại 5. Kiểm nghiệm sức bền uốn 6. Xác định kích thước hình học 7. Tính nhiệt và lực tác dụng 55 ][ 480 1 2 2 H H H d KT d   Câu hỏi ôn tập  Giải thích và nêu rõ cách phương pháp xác định các thông số trong các công thức: −Công thức tính ứng suất tiếp xúc, us uốn −Công thức tính khoảng cách tâm trục và mô đun trong bộ truyền bộ truyền trục vít (cho biết công thức). −Nêu rõ cách sử dụng các công thức đó. 56  Suy diễn công thức tính tỷ số truyền và vận tốc trượt trong truyền động trục vít. Nêu ý nghĩa và nêu các giải pháp để giảm ma sát mài mòn bề mặt răng bánh vít.  Thiết lập công thức tính bộ truyền trục vít về nhiệt. Nêu các giải pháp khi nhiệt độ bên trong hộp vượt quá nhiệt độ cho phép. 57