Truyền động xích

Chương 4 TRUYỀN ĐỘNG XÍCH 1. Khái niệm chung 1.1 Cấu tạo chính và nguyên lý làm việc của bộ truyền xích a. Cấu tạo Hình 4.1 Hình 4.2 Cấu tạo chính của bộ truyền xích gồm: đĩa dẫn 1, đĩa bị dẫn 2 và xích 3 (hình 4.1). Ngoài ra, có thể có thêm bộ phận căng xích, bộ phận bôi trơn, hộp che. Có khi dùng một xích để truyền động từ một đĩa dẫn sang nhiều đĩa bị dẫn (hình 4.2). 2. Nguyên lý làm việc Xích là một chuỗi các mắt xích nối với nhau bằng bản lề. Xích truyền chuyển động và tải trọng từ trục dẫn sang trục bị dẫn nhờ sự ăn khớp của các mắt xích với các răng trên đĩa xích (ăn khớp gián tiếp). 1.2 Ưu - nhược điểm và phạm vi sử dụng 1. Ưu điểm _ Có thể truyền động giữa hai trục song song cách nhau tương đối xa. _ Khuôn khổ kích thước nhỏ gọn hơn truyền động đai cùng công suất; _ Không có hiện tượng trượt, tỷ số truyền trung bình ổn định; _ Hiệu suất cao, có thể đạt 98% nếu được chăm sóc tốt và sử dụng hết khả năng tải; _ Lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ; _ Có thể cùng một lúc truyền chuyển động từ một trục dẫn đến nhiều trục bị dẫn. 2. Nhược điểm _ Nhanh mòn bản lề, nhất là khi bôi trơn không tốt và làm việc ở nơi nhiều bụi; _ Vận tốc tức thời của xích và đĩa bị dẫn không ổn định nhất là khi số răng của đĩa xích nhỏ; _ Có tiếng ồn khi làm việc do va đập khi vào khớp nên hạn chế sử dụng ở bộ truyền ở tốc độ cao; _ Cần bôi trơn và điều chỉnh sức căng xích. 3. Phạm vi sử dụng _ Truyền công suất và chuyển động giữa trục có khoảng cách xa, cho nhiều trục đồng thời trong trường hợp n < 500 v/p _ Công suất truyền thông thường N < 100 kW _ Tỉ số truyền khi; và khi ; hiệu suất . Truyền động xích được dùng khá nhiều trong các phương tiện vận tải (xe đạp, môtô, ôtô …), máy nông nghiệp, các băng tải … 2. Các loại xích truyền động và đĩa xích 2.1 Các loại xích truyền động Hình 4.3 Dây xích ống con lăn Hình 4.4 Bộ truyền xích răng Tùy theo cấu tạo của dây xích, bộ truyền xích được chia thành các loại: - Xích ống con lăn (Hình 4.3). Các má xích được dập từ thép tấm, má xích 1 ghép với ống lót 4 tạo thành mắt xích trong. Các má xích 2 được ghép với chốt 3 tạo thành mắt xích ngoài. Chốt 3 và ống lót 4 tạo thành khớp bản lề, để xích có thể quay gập. Con lăn 5 lắp lỏng với ống lót 4, để giảm mòn cho răng đĩa xích 6 và ống lót 4. Số 6 biểu diễn tiết diện ngang của răng đĩa xích. Xích ống con lăn được tiêu chuẩn hóa cao. Xích được chế tạo trong nhà máy chuyên môn hóa. _ Xích ống, có kết cấu tương tự như xích ống con lăn, nhưng không có con lăn 5. Xích được chế tạo với độ chính xác thấp, giá tương đối rẻ. _ Xích răng (Hình 4.4), khớp bản lề được tạo thành do hai nửa chốt hình trụ tiếp xúc nhau. Mỗi mắt xích có nhiều má xích lắp ghép trên chốt. Khả năng tải của xích răng lớn hơn nhiều so với xích ống con lăn có cùng kích thước. Giá thành của xích răng cao hơn xích ống con lăn. Xích răng được tiêu chuẩn hóa rất cao. Trong các loại trên, xích ống con lăn được dùng nhiều hơn cả. Xích ống chỉ dùng trong các máy đơn giản, làm việc với tốc độ thấp (1-2 m/s). Xích răng được dùng khi cần truyền tải trọng lớn, yêu cầu kích thước nhỏ gọn. Trong chương này chủ yếu trình bày xích ống con lăn. 2.2 Đĩa xích Đĩa xích có cấu tạo gần giống bánh răng, chỉ khác ở phần vành răng. Kích thước và biên dạng răng phụ thuộc vào loại xích, hình 4.5a là đĩa xích con lăn, hình 4.5b là đĩa xích răng. Vật liệu làm đĩa xích thường là thép cacbon hay thép hợp kim, sau khi gia công tôi đạt độ rắn 50÷60 HRC. Biên dạng đĩa xích con lăn gồm các cung có bán kính r1 , r2 (hình 4.5a) và r3 (hình 4.5c). Do kích thước của xích được quy định theo tiêu chuẩn nên các số liệu để tính toán đĩa xích (hình 4.5) được tra trong bảng thông số xích. Đường kính vòng chia đĩa xích: (mm) Với Hình 4.5 c) t t t : Bước xích (mm) Z : Số răng đĩa xích 3. Các thông số hình học chính của bộ truyền xích 3.1 Bước xích của dây xích _ Bước xích (t) là thông số chủ yế u của bộ truyền xích. Bước xích càng lớn, khả năng truyền lực càng tăng nhưng va đập càng nhiều. Do đó khi truyền động với tốc độ cao thì chọn bước xích nhỏ. _ Để tăng khả năng tải có thể tăng số dãy xích (xích ống con lăn) hoặc tăng chiều rộng xích (xích răng) _ Bước xích được tiêu chuẩn hóa, khi tính toán tra theo bảng tiêu chuẩn. 3.2 Số răng đĩa xích _ Thông thường Z1 < Z2, nếu số răng nhỏ thì xích mau bị mòn (vì góc xoay bản lề lớn) và tải trọng động cũng như va đập tăng. _ Do đó, ta hạn chế số răng nhỏ nhất. Thông thường, khi thì đối với xích con lăn và xích ống và đối với xích răng, khi thì . Tuy nhiên, khi tăng Z1 thì số răng đĩa lớn Z2 cũng tăng lên làm cho xích dễ bị tuột khỏi đĩa xích khi xích bị mòn. _ Để tránh trật xích khi đĩa xích mòn, phải hạn chế số răng lớn nhất. (đối với xích ống con lăn), (đối với xích răng). _ Số răng đĩa xích nên lấy theo số lẻ vì khi đó mỗi răng đĩa xích sẽ lần lượt ăn khớp với tất cả các mắt xích, như vậy răng đĩa xích sẽ mòn đều hơn. 3.3 Khoảng cách trục A _ Khoảng cách trục (A): khoảng cách giữa hai tâm của hai đĩa xích. Nó có ảnh hưởng tới góc ôm của xích và sự va đập của bộ truyền. _ Khi xác định khoảng cách trục phải căn cứ vào điều kiện góc ôm . Khi i ≤ 3 thì (mm) Khi i > 3 thì (mm) Với, de1, de2 : đường kính vòng đỉnh của đĩa xích dẫn và bị dẫn. _ Nhưng Amax không quá 80t để tránh va đập. Do đó, hợp lý nhất là chọn : A = (30÷50)t _ Xác định chiều dài xích L: L = t.X Với, X : Số mắt xích 3.4 Số mắc xích X  Lưu ý : Nên quy tròn số mắc xích X thành số nguyên. _ Sau khi tính số mắc xích, phải tính chính xác lại khoảng cách trục bằng công thức: Hình 22.11 _ Để nhánh xích bị dẫn không quá căng, phải giảm khoảng cách trục một lượng: 4. Cơ học truyền động xích 4.1 Vận tốc và tỷ số truyền a. Vận tốc và tỷ số truyền tức thời _ Vì xích ăn khớp với các răng đĩa xích theo hình đa giác, cho nên vận tốc của xích và tỷ số truyền thay đổi theo thời gian. _ Ở thời điểm đang xét, bản lề A đang ăn khớp và bản lề B sắp vào khớp với răng C . _ Tại A, vận tốc tuyệt đối của mắt xích được phân làm hai thành phần, trong đó thành phần nằm ngang vxích là vận tốc xích chạy vào đĩa xích : Hình 4.6 (a) với Mặc dù không đổi nhưng vxích vẫn thay đổi vì góc thay đổi. Xét trên đĩa xích bị dẫn , ta có : (b) Với Từ (a) và (b): Điều này chứng tỏ rằng : vận tốc góc của đĩa bị dẫn thay đổi theo chu kỳ mặc dầu thay đổi . Để giảm bớt chuyển động thay đổi này, cần tăng số răng của đĩa xích (Chủ yếu là tăng Z1). Mặc khác nếu lấy chiều dài của nhánh dẫn là bội số của bước xích cũng giúp cho đĩa quay đều hơn . b. Vận tốc và tỷ số truyền trung bình _ Vận tốc của xích càng lớn, xích càng nhanh mòn, tải trọng và tiếng ồn tăng. Thường chọn vận tốc v < 15 m/s, nếu bôi trơn tốt v = (30÷35) m/s. Ở đây ta chỉ cần xác định vận tốc trung bình của xích : (m/s) Với, Z : Số răng đĩa xích n : Số vòng quay của đĩa xích (v/p) t : bước xích (mm) _ Do vận tốc vòng trung bình của hai đĩa xích bằng nhau nên ta có CT tính tỉ số truyền trung bình: i = _ Nên chọn . A B C Hình 4.7 4.2 Va đập của bản lề xích khi vào ăn khớp răng đĩa xích _ Khi bản lề B vào khớp với răng của đĩa C, vận tốc của B là: , có phương vuông góc với bán kính OA, còn vận tốc của điểm C là có phương vuông góc với OC, do đó sinh ra va đập. _ Mỗi lần vào khớp với một đĩa xích, một mắc xích bị hai lần va đập: khi sắp vào khớp (do mắc xích trước truyền tới) và khi vào khớp. 4.3 Lực tác dụng trong bộ truyền xích _ Lực vòng P liên hệ với lực trên nhánh dẫn F1 và nhánh bị dẫn F2: _ Lực căng do ly tâm: qm : Khối lượng một mét xích, kg/m v : vận tốc vòng , m/s _ Lực căng ban đầu do trọng lượng nhánh xích tự do: a : chiều dài đoạn xích tự do bằng khoảng cách trục g : gia tốc trọng trường kf : hệ số phụ thuộc độ võng xích kf = 6 : khi xích nằm ngang kf = 3 : khi xích nằm nghiêng < 400 so với phương ngang kf = 1 : khi xích thẳng đứng _ . Có thể lấy gần đúng: F1 = P _ Lực tác dụng lên trục: Lực tác dụng lên trục mang đĩa xích gồm các lực tiếp tuyến, lực ly tâm và lực do trọng lượng bản thân xích gây ra. Lực này được tính gần đúng theo công thức: Với, kt : hệ số xét đến tác dụng của trọng lượng xích liên tục. + kt = 1,15 : Khi bộ truyền đặt nằm ngang hoặc nghiêng < 400 + kt = 1 : Khi bộ truyền đặt thẳng đứng hoặc nghiêng >= 400 5. Các dạng hỏng, chỉ tiêu tính toán và chọn vật liệu 5.1 Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính toán a. Đứt xích, dây xích bị tách rời ra không làm việc được nữa. Xích bị đứt do mỏi, do quá tải đột ngột, hoặc do các mối ghép giữa má xích với chốt bị hỏng. b. Mòn bản lề, mòn bản lề do bề mặt tiếp xúc của bản lề chịu áp suất lớn, kết hợp với sự trượt tương đối của bản lề khi vào và ra khớp với răng đĩa xích => tốc độ mòn nhanh nếu không bôi trơn tốt. _ Bản lề mòn làm cho bước xích tăng lên, xích ăn khớp không chính xác với răng đĩa xích. Nếu mòn nhiều xích dễ bị trật ra khỏi đĩa xích và có thể bị đứt xích. c. Các phần tử của dây xích bị mỏi: rỗ bề mặt con lăn, ống lót, gẫy chốt, vỡ con lăn. d. Mòn răng đĩa xích, làm nhọn răng, răng đĩa xích bị gẫy. 5.2 Chọn vật liệu chế tạo xích và đĩa xích Vật liệu má xích thường được làm từ thép cán nguội, thép cacbon chất lượng tốt và thép hợp kim tôi đạt độ rắn 40÷50 HRC. Bản lề (chốt, ống, con lăn) được chế tạo bằng thép ít cacbon sau đó thấm cacbon và tôi đạt độ rắn 50÷60 HRC Vật liệu làm đĩa xích thường là thép cacbon hay thép hợp kim, sau khi gia công tôi đạt độ rắn 50÷60 HRC. 6. Tính toán bộ truyền xích 6.1 Tính truyền động xích theo áp suất cho phép _ Tuổi thọ xích theo độ bền mòn phụ thuộc vào khoảng cách trục,số răng z1, áp suất trong bản lề p, điều kiện bôi trơn … Trong đó, áp suất sinh ra trong bản lề là ảnh hưởng quan trọng nhất đối với tuổi thọ. _ Tính toán độ bền mòn theo áp suất p: Với, P: lực vòng,(N); F: diện tích tính toán (mm2); F = d.l (với d: đk chốt, l : chiều dài ống) : (N/mm2) áp suất cho phép, tra bảng. k: hệ số điều kiện sử dụng. Vì trong thực tế điều kiện làm việc của bộ truyền có khác với điều kiện thí nghiệm cho nên khi tính toán phải đưa vào hệ số điều kiện sử dụng k để điều chỉnh. Hệ số điều kiện sử dụng k được tính theo công thức : k = kđ.kA.k0.kđc.kb.kc kđ : Hệ số xét đến tính chất của tải trọng ngoài. kA : Hệ số xét đến chiều dài xích. k0 : Hệ số xét đến góc nghiêng. kđc : Hệ số xét đến khả năng điều chỉnh lực căng xích. kb : Hệ số xét đến điều kiện bôi trơn. kc : Hệ số xét đến chế độ làm việc của bộ truyền. _ Để tiện cho việc thiết kế, ta biến đổi điều kiện trên thành dạng sau: Mà , suy ra: Đặt : hệ số răng đĩa dẫn; : hệ số vòng quay đĩa dẫn. Z01, n01: số răng đĩa dẫn và số vòng quay đĩa dẫn của bộ truyền cơ sở Ta có điều kiện: => Đặt : : công suất tính toán. _ Suy ra điều kiện: Trị số tra bảng, từ điều kiện trên chọn xích, sau đó kiểm tra điều kiện về Nt đối với bước xích tương ứng. _ Nếu dùng xích ống con lăn có z dãy, điều kiện chọn xích như sau: ;[N] – Công suất cho phép của dãy xích. 6.2 Kiểm nghiệm số lần va đập của mắt xích trong một giây _ Nếu bộ truyền xích có hai đĩa thì trong một vòng chạy của xích, một mắt xích sẽ chịu bốn lần va đập Để đảm bảo độ bền lâu, cần kiểm tra số lần va đập cho phép của xích trong thời gian một giây: Với, [u] : Số lần va đập cho phép của xích con lăn trong thời gian một giây, tra bảng. 7. Bài tập ứng dụng