Hệ thống truyền dẫn cơ khí hộp giảm tốc

Ngụ Văn Quyết, Bộ mụn Kỹ thuật Cơ sở, Khoa cơ khớ 701 CHƯƠNG VII: hệ thống truyền dẫn cơ khí HỘP GIẢM TỐC Đ1- Khái niệm chung Để tạo thành máy (hoặc thiết bị cơ khí), các chi tiết máy và bộ phận máy phải được liên kết động và liên kết cố định với nhau. Các liên kết này được xác định theo sơ đồ động của máy cùng với các yêu cầu về kết cấu và công nghệ, đồng thời tạo ra các bộ phận máy. Bộ phận máy làm cầu nối giữa động cơ (bộ phận dẫn động) với bộ phận làm việc (cơ cấu chấp hành) chính là bộ phận truyền động (với đặc trưng tiêu biểu là hộp giảm tốc (hình 2.6.1), hộp tốc độ (hình 2.6.2), hộp biến tốc v.v.... Khi chúng nối gián tiếp hoặc trực tiếp với động cơ điện sẽ tạo thành hệ truyền dẫn cơ khí (hoặc gọi là hệ dẫn động cơ khí). Hệ thống như vậy được sử dụng rất rộng rãi trong thực tiễn. Hệ dẫn động băng tải như trên hình 2.6.1 là một ví dụ. Trong hệ thống đó, hộp giảm tốc (viết tắt là HGT) 3 có thể là hộp bánh răng, hoặc là hộp trục vít... Để nối động cơ với HGT và nối HGT với bộ phận làm việc có thể dùng khớp nối (hình 2.6.1) hoặc sử dụng các bộ truyền cơ khí như bộ truyền đai, bộ truyền xích (hình 2.6.2)... Trong nhiều trường hợp, người ta cũng có thể lắp trực tiếp động cơ với hộp giảm tốc tạo thành hệ thống động cơ-hộp giảm tốc (xem [2]). Đ2- Giới thiệu hộp giảm tốc Hộp giảm tốc là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp có tỷ số truyền không đổi và dùng để giảm vận tốc góc tăng mômen xoắn. (Một loại cơ cấu tương tự nhưng được dùng để tăng vận tốc góc, giảm mômen xoắn gọi là hộp tăng tốc). Hình 2.6.1: Hệ thống dẫn động băng tải 1- Động cơ điện; 2- Khớp nối; 3- Hộp giảm tốc; 4- Khớp nối; 5- Tang dẫn; 6- Bệ máy. Hình 2.6.2: Hệ thống dẫn động cơ khí dùng hộp tốc độ có ly hợp đảo chiều Ngụ Văn Quyết, Bộ mụn Kỹ thuật Cơ sở, Khoa cơ khớ 702 Theo số các bộ truyền trong hộp, HGT được phân thành một cấp và nhiều cấp. Theo loại truyền động, HGT được phân thành HGT bánh răng trụ, HGT bánh răng côn, HGT bánh răng côn - trụ, HGT trục vít, HGT trục vít- bánh răng, HGT bánh răng - trục vít, HGT bánh răng hành tinh, HGT bánh răng sóng vv... Sau đây chỉ trình bày sơ lược một số loại HGT thường dùng. 1- HGT bánh răng trụ (sơ đồ như trên hình 2.6.3) HGT bánh răng trụ được dùng rộng rãi hơn cả nhờ các ưu điểm: tuổi thọ và hiệu suất cao, kết cấu đơn giản, phạm vi tải trọng và vận tốc cho phép khá rộng. HGT bánh răng trụ một cấp (hình 2.6.3a): thường dùng khi u  78 . HGT bánh răng trụ hai cấp (hình 2.6.3b, c, d, e): dùng rất phổ biến khi u = 840. Loại HGT này thường được bố trí theo 3 sơ đồ sau đây: Hình 2.6.3: Sơ đồ HGT bánh răng trụ thông dụng a) một cấp; b) hai cấp khai triển; c) hai cấp đồng trục; d) hai cấp phân đôi cấp nhanh; a) b) c) d) e) f) g) h) i) k) l) m) Ngụ Văn Quyết, Bộ mụn Kỹ thuật Cơ sở, Khoa cơ khớ 703 e) hai cấp phân đôi cấp chậm; f) hai cấp đồng trục phân nhánh; g) ba cấp khai triển; h) ba cấp phân đôi; i) ba cấp khai triển mặt phân hộp nghiêng; k) hai cấp đồng trục hai mặt phân hộp; l) hai cấp đặt đứng; m) hai cấp trục đặt đứng. Hình 2.6.4: HGT bánh răng trụ một cấp Hình 2.6.5: HGT bánh răng trụ hai cấp khai triển - Sơ đồ khai triển (hình 2.6.3b; hình 2.6.5): HGT này đơn giản nhất, nhưng có nhược điểm là các bánh răng bố trí không đối xứng với các ổ, tải trọng phân bố không đều. - Sơ đồ phân đôi (hình 2.6.3d, e): trong đó kiểu cấp nhanh phân đôi hay dùng hơn (hình 2.6.6). Ngụ Văn Quyết, Bộ mụn Kỹ thuật Cơ sở, Khoa cơ khớ 704 - Sơ đồ đồng trục (hình 2.6.3c, k, l): đường tâm của trục vào và trục ra trùng nhau, nhờ đó có thể giảm bớt chiều dài của HGT, góp phần làm nhỏ gọn kích thước của máy. Nhưng nó kèm theo các nhược điểm như, kết cấu gối đỡ phức tạp, thường phải tăng cường độ cứng cho trục trung gian, các bánh lớn khó nhúng dầu như nhau. c- HGT bánh răng trụ 3 cấp (hình 2.6-3h, i, k) được sử dụng khi u = 37250 và có thể bố trí theo sơ đồ khi triển (hình 2.6-3h) hoặc phân đôi ở cấp trung gian (hình 2.6-3i). Hình 2.6.5: HGT bánh răng trụ cấp nhanh phân đôi 2- HGT bánh răng côn và côn trụ a- HGT bánh răng côn (hình 2.6.6a, b): truyền chuyển động và mômen xoắn giữa hai trục giao nhau (góc giữa hai trục thường là 900 trên mặt phẳng nằm ngang). Loại hộp này thường truyền với tỉ số truyền u  3 khi răng thẳng, với u  6 khi răng nghiêng hoặc răng cung tròn. b- HGT bánh răng côn – trụ hai cấp (hình 2.6.6c, d, e) với u = 6,340, hoặc 3 cấp (hình 2.6-5g, h) với u = 2575. HGT bánh răng côn và côn-trụ có nhược điểm cơ bản là giá thành chế tạo đắt, lắp ghép điều chỉnh khó, khối lượng kích thước lớn hơn so với HGT bánh răng trụ cùng công suất truyền. Trên hình 2.6.7 là kết cấu của HGT bánh răng côn. Hình 2.6.6: Sơ đồ HGT bánh răng côn và côn trụ Ngụ Văn Quyết, Bộ mụn Kỹ thuật Cơ sở, Khoa cơ khớ 705 3- HGT trục vít HGT trục vít (sơ đồ hình 2.6.8) được dùng để truyền chuyển động và mômen xoắn giữa các trục chéo nhau. Trên hình 2.6.8a, b, c, d là sơ đồ của các HGT trục vít một cấp, hình 2.6.8e, f, g lần lượt là sơ đồ HGT bánh răng-trục vít, HGT trục vít-bánh răng và HGT trục vít hai cấp. a-HGT trục vít một cấp Dùng khi tỷ số truyền u = 6,580. Trong đó, hộp có trục vít đặt dưới (hình 2.6.8a) được dùng khi vận tốc v = 45 m/s, bôi trơn vùng ăn khớp bằng cách ngâm trục vít trong dầu. Hộp có trục vít đặt trên (hình 2.6.8b) được dùng khi vận tốc v >5 m/s, bôi trơn vùng ăn khớp bằng cách ngâm bánh vít trong dầu và phải có thiết bị riêng để bôi trơn ổ trục vít. Loại hộp có sơ đồ như hình 2.6.8c, d ít dùng. Trênhình 2.6.9 là kết cấu của HGT trục vít một cấp. b- HGT bánh răng- trục vít và HGT trục vít-bánh răng Thường sử dụng khi u = 20315, cá biệt có thể lấy u = 480. Trong đó HGT bánh răng-trục vít có kích thước nhỏ gọn hơn, có thể dùng động cơ có tốc độ quay cao hơn, lại có thể dùng đồng thanh không thiếc rẻ tiền hơn để chế tạo bánh vít; còn loại HGT trục vít- bánh răng có hiệu suất cao hơn, kích thước bánh vít nhỏ gọn hơn. Trên hình 2.6.10 là kết cấu của HGT bánh răng - trục vít. Hình 2.6.7: HGT bánh răng côn Ngụ Văn Quyết, Bộ mụn Kỹ thuật Cơ sở, Khoa cơ khớ 706 Hình 2.6.8: Hộp giảm tốc trục vít một cấp Hình 2.6.9: Kết cấu HGT trục vít một cấp c) d) a) b) e) f) g) Ngụ Văn Quyết, Bộ mụn Kỹ thuật Cơ sở, Khoa cơ khớ 707 Hình 2.6.10: Kết cấu HGT bánh răng trục vít c- HGT trục vít hai cấp Được sử dụng khi u = 702500, cá biệt có thể lên tới u = 3600. Với cấp nhanh trục vít nên đặt trên bánh vít còn đối với cấp chậm trục vít nên đặt dưới. Đ3- Các vấn đề chung về thiết kế hệ dẫn động cơ khí 1- Nội dung thiết kế Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí bao gồm các nội dung thể hiện qua các bước sau: - Lựa chọn phương án bố trí hệ dẫn động. - Tính chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền, xác định các thông số chủ yếu trên các trục. - Tính toán thiết kế các bộ truyền ngoài hộp. - Tính toán thiết kế HGT, bao gồm các nội dung sau: + Tính toán thiết kế các bộ truyền trong hộp; + Tính toán thiết kế trục; + Tính chọn ổ lăn; + Tính chọn then, then hoa; + Tính toán thiết kế vỏ hộp, kể cả thiết bị bôi trơn, làm kín ... - Tính toán thiết kế bộ phận đỡ nối. - Tính toán thiết kế bệ máy, - Hoàn chỉnh và lập các hồ sơ liên quan. Chú ý: - Trong thực tế, để đơn giản cho việc thiết kế có thể tính chọn HGT theo tiêu chuẩn. - Trong một số trường hợp cần phải tính toán cả thiết bị phanh hãm, thiết bị phòng quá tải vv… 2- Phương pháp thiết kế Trong quá trình thiết kế máy, người thiết kế cần cân nhắc và giải quyết tốt các vấn đề sau: Tuân thủ các nguyên tắc chung: - Thực hiện đúng nhiệm vụ thiết kế, các số liệu đề ra phải được tuân theo triệt để. Ngụ Văn Quyết, Bộ mụn Kỹ thuật Cơ sở, Khoa cơ khớ 708 - Kết cấu cần có sự hài hoà về kích thước của các bộ phận máy và chi tiết máy ứng, về hệ số an toàn, tuổi thọ và độ tin cậy làm việc. - Sử dụng rộng rãi các tiêu chuẩn đã ban hành. - Thực hiện thống nhất hoá trong thiết kế. Lưu ý các đặc điểm tính toán thiết kế máy và CTM (xem phần 1). Vận dụng tốt các giải pháp: - Bố trí các đơn vị lắp, đảm báo các kích thước nhỏ gọn, tháo lắp thuận tiện, điều chỉnh và chăm sóc bảo dưỡng đơn giản, thuận tiện. - Chọn vật liệu, chọn phôi, chọn công nghệ gia công cơ và phương pháp nhiệt luyện, tăng bền phù hợp. - Lựa chọn đúng các kiểu lắp, dung sai, cấp chính xác, cấp độ nhám bề mặt của CTM. - Bôi trơn tốt các bề mặt làm việc cần giảm ma sát (ổ, cơ cấu dẫn hướng, ăn khớp bánh răng và trục vít...). 2-Tài liệu thiết kế Các hồ sơ liên quan đến quá trình tính toán thiết kế máy được gọi là tài liệu thiết kế, và bao gồm các nội dung sau đây: -Bản vẽ (bản vẽ chi tiết, cụm chi tiết, bản vẽ lắp...); -Bảng kê; -Bản thuyết minh; -Điều kiện kỹ thuật; -Các tài liệu hướng dẫn sử dụng, sửa chữa, bảo dưỡng máy ...