Bài giảng Cơ sở thiết kế máy - Chương 6: Bộ truyền bánh răng

Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy

Slide 1

Chương 6: Bộ truyền bánh răng

Trần Thiên Phúc

Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy

Slide 2

6.1 Khái niệm chung

Chương 6

6.2 Các thông số hình học

6.3 Đặc điểm ăn khớp của bánh răng

6.4 Lực tác dụng lên bộ truyền

6.5 Tải trọng tính

6.6 Hiệu suất của bộ truyền

6.7 Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính

6.8 Vật liệu và nhiệt luyện bánh răng

6.9 Ứng suất cho phép

6.10 Tính toán bánh răng trụ thẳng

6.11 Tính toán bánh răng trụ nghiêng

6.12 Tính toán bánh răng cone thẳng

6.13 Kết cấu và bôi trơn

Chương 6: Bộ truyền bánh răng

Trần Thiên Phúc

Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy

Slide 3

6.1 Khái niệm chung:

Nguyên lý hoạt động

Phân loại cơ cấu bánh răng:

❖ Theo vị trí tương đối giữa các trục: song song, giao nhau, chéo nhau

❖ Theo sự phân bố răng: trong, ngoài

❖ Theo phương răng: thẳng, nghiêng, cong, xoắn, V

❖ Theo biên dạng răng: thân khai, cycloide, Novikov

Ưu điểm:

Kích thước nhỏ nhưng tải lớn - Tỉ số truyền cố định - Hiệu suất cao - Khả năng

hoạt động cao - Tuổi thọ, độ tin cậy cao.

Nhược điểm:

Chế tạo phức tạp – Yêu cầu độ chính xác cao – Gây ồn ở vận tốc cao.

Phạm vi sử dụng

Chương 6: Bộ truyền bánh răng

Trần Thiên Phúc

Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy

Slide 4

6.2 Thông số hình học của bộ truyền:

Bánh răng trụ thẳng

❖ Vò ng chia – vòng lăn

❖ Bước răng – Module

❖ Đường ăn khớp – Góc ăn khớp

❖ Đoạn ăn khớp – Vòng cơ sở

❖ Tỉ số truyền

Bánh răng trụ nghiêng

❖ Góc nghiêng răng

❖ Bước ngang, module ngang – bước pháp, module pháp

Chương 6: Bộ truyền bánh răng

Trần Thiên Phúc

Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy

Slide 5

6.2 Thông số hình học của bộ truyền:

Ảnh hưởng của số răng trên biên dạng răng

Hiện tượng cắt chân răng

Dịch chỉnh răng

❖ Mục đích: Tránh cắt chân răng, tăng bền uốn và bền tiếp xúc, bù trừ khoảng

cách trục cho trước.

❖ Dịch chỉnh dương và dịch chỉnh âm.

❖ Dịch chỉnh đều

❖ Dịch chỉnh góc

Chương 6: Bộ truyền bánh răng

Trần Thiên Phúc

Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy

Slide 6

6.3 Đặc điểm của quá trình ăn khớp:

Quá trình chuyển động của truyền động bánh răng

Hệ số trùng khớp ngang

với

Hiện tượng trượt trong quá trình ăn khớp

❖ Vận tốc trượt: độ lớn

, phương chiều

Độ chính xác của truyền động bánh răng

Chương 6: Bộ truyền bánh răng

Trần Thiên Phúc

Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy

Slide 7

6.4 Lực tác dụng lên bộ truyền:

Bộ truyền bánh răng trụ thẳng

❖ Lực pháp tuyến

❖ Lực vòng

❖ Lực hướng tâm

Bộ truyền bánh răng trụ nghiêng

❖ Lực pháp tuyến

❖ Lực vòng

❖ Lực hướng tâm

❖ Lực hướng trục

Chương 6: Bộ truyền bánh răng

Trần Thiên Phúc

Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy

Slide 8

6.5 Tải trọng tính:

Tải trọng tính trong bộ truyền bánh răng

Hệ số tập trung tải trọng

❖ Sự phân bố tải trọng theo chiều rộng răng

❖ Bảng tra hệ số tập trung tải trọng

❖ Các biện pháp giảm tập trung ứng suất

 Vát mép đầu răng

 Tăng cứng các chi tiết đỡ

 Dùng vật liệu chạy mòn

 Bánh răng dạng trống

 Tăng độ chính xác gia công

 Dùng kết cấu đối xứng

Chương 6: Bộ truyền bánh răng

Trần Thiên Phúc

Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy

Slide 9

6.5 Tải trọng tính:

Hệ số tải trọng động

❖ Tải trọng động khi bánh răng ăn khớp

❖ Bảng tra hệ số tải trọng động

❖ Biện pháp giảm tải trọng động

 Vát cạnh mặt răng

Hệ số tải trọng không đều trên các răng

❖ Đối với bánh răng thẳng (trụ và nón) chọn giá trị này là 1

❖ Tra và tí nh hệ số tải trọng không đều trên các răng

6.6 Hiệu suất của bộ truyền bánh răng:

Công suất mất mát trong bộ truyền bánh răng

Chương 6: Bộ truyền bánh răng

Trần Thiên Phúc

Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy

Slide 10

6.7 Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính:

Đặc điểm của các ứng suất phát sinh trong quá trình hoạt động của bánh răng

Gãy răng: Thường xảy ra với các bộ truyền hở

❖ Các nguyên nhân: Tập trung tải trọng theo chiều rộng răng – Mòn răng - Tải

trọng động - Hiện tượng mỏi.

❖ Biện pháp: Kiểm nghiệm quá tải – Tránh chế độ làm việc quá tải – Tăng

module răng - Giảm tập trung tải trọng chân răng – Dùng vật liệu có độ bền cao

– Tính toán theo sức bền uốn.

Tró c mõ i mặt răng: Thường xảy ra với các bộ truyền kín

❖ Các nguyên nhân: Tác động của áp suất dầu trên các vết nứt do mỏi trên

mặt răng. Tróc nhất thời và tróc lan phụ thuộc vào độ rắn bề mặt

❖ Biện pháp: Tính toán theo sức bền tiếp xúc – Nâng cao độ rắn bề mặt –

Tăng góc ăn khớp – Tăng độ chính xác chế tạo

Chương 6: Bộ truyền bánh răng

Trần Thiên Phúc

Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy

Slide 11

6.7 Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính:

Mòn răng: Thường xảy ra với các bộ truyền hở

❖ Các nguyên nhân: Bôi trơn không tốt – Có nhiều hạt mài rơi vào vùng ăn

khớp của bánh răng

❖ Biện pháp: Tăng độ rắn bề mặt – Hạn chế hạt mài rơi vào vùng ăn khớp –

Dùng vật liệu bôi trơn có độ nhớt cao

Dính răng: Thường xảy ra với các bộ truyền chịu tải lớn và vận tốc cao

❖ Các nguyên nhân: Màn dầu bôi trơn bị phá vỡ do nhiệt độ cao hoặc ứng

suất tiếp xúc quá lớn

❖ Biện pháp: Tăng độ rắn bề mặt – Dùng vật liệu bôi trơn có độ nhớt cao, có

tính chống dính - làm nguội tốt dầu bôi trơn - Chế tạo cặp bánh răng bằng cặp

vật liệu thích hợp

Chỉ tiêu tính đối với bộ truyền kín và hở

Chương 6: Bộ truyền bánh răng

Trần Thiên Phúc

Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy

Slide 12

6.8 Vật liệu và nhiệt luyện bánh răng:

Dùng vật liệu dựa trên các điều kiện về bền tiếp xúc và bền uốn

Theo độ rắn, có hai nhóm thép như sau:

❖ Nhóm HB ≤ 350: (Thép thường hoá hoặc tôi cải thiện) có thể gia công sau

khi nhiệt luyện, có khả năng chạy mòn tốt (nên chọn độ rắn cặp bánh răng

chênh nhau 10-15HB). Thường dùng cho những bộ truyền công suất nhỏ và

vừa, bánh răng kích cỡ lớn.

❖ Nhóm HB ≥ 350: (Thép tôi thể tích, tôi cao tần, thấm carbon hay nitrogen)

phải gia công răng trước nhiệt luyện và sửa đúng răng sau nhiệt luyện, phải

chế tạo với độ chính xác cao, dùng chung với các chi tiết đỡ có độ cứng cao và

yêu cầu có các biện pháp chống tập trung tải trọng.

Có thể dùng gang với các bánh răng kích thước rất lớn, các bộ truyền chạy

chậm, tải nhỏ, bộ truyền hở, bộ truyền quay tay…

Có thể dùng chất dẽo như textolite, lignofon, polyamid dạng capron, gỗ ép… đối

với những bộ truyền có tải trọng thấp.

Chương 6: Bộ truyền bánh răng

Trần Thiên Phúc

Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy

Slide 13

6.8 Vật liệu và nhiệt luyện bánh răng:

Theo phương pháp nhiệt luyện có thể chia ra các nhóm như sau:

❖ Tôi thể tích: đạt độ cứng cao (45-55 HRC), thường dùng cho thép có nồng

độ carbon cao C45, 40Cr, 40CrNi…

❖ Tôi bề mặt: có thể đạt độ rắn bề mặt 48-50 HRC, thường dùng cho các bánh

răng có module ≥ 5 và có thể áp dụng cho những vật liệu như trên.

❖ Thấm than: lâu và đắt tiền, độ rắn có thể đạt 58-63 HRC, thường áp dụng

cho các loại vật liệu nồng độ carbon thấp C15, C20, 20Cr, 12 CrNi3A...

❖ Thấm nitrogen: nhạy quá tải và không thích hợp với mài mòn, thường dùng

với mác thép 38CrWVA1A, 38CrA1A…

❖ Thấm nitrogen-carbon: thấm carbon trong môi trường khí nitrogen có thể đạt

độ rắn 60-63 HRC, thường dùng với các mác thép 25CrMnMo, 25CrMnTi…

Chương 6: Bộ truyền bánh răng

Trần Thiên Phúc

Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy

Slide 14

6.9 Ứng suất cho phép:

Ứng suất tiếp xúc cho phép:

❖ Vật liệu thép:

➢ Thiết kế:

➢ Kiểm nghiệm:

➢ Khi tính bộ truyền răng thẳng chọn giá trị ứng suất tiếp xúc cho phép

min, răng nghiêng chọn

chọn phải thoả

. Giá trị

nếu không chọn

với răng nghiêng.

với răng thẳng và

❖ Vật liệu gang và phi kim:

➢ Gang xám

, Gang độ bền cao

, Lignofon

➢ Textolite

Chương 6: Bộ truyền bánh răng

Trần Thiên Phúc

Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy

Slide 15

6.9 Ứng suất cho phép:

Khi độ cứng bánh răng lớn hơn 350HB

thì số mũ mỏi bằng 9, ngược lại bằng 6

Ứng suất uốn cho phép:

❖ Vật liệu thép:

➢ Thiết kế:

➢ Kiểm nghiệm:

❖ Vật liệu gang và phi kim:

➢ Gang

➢ Textolite, Lignofon

Chương 6: Bộ truyền bánh răng

Trần Thiên Phúc

Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy

Slide 16

6.10 Tính toán bánh răng trụ thẳng:

Các tính toán trên nền sức bền tiếp xúc:

❖ Công thức Hertz:

❖ Công thức kiểm nghiệm:

❖ Công thức thiết kế:

Các tính toán trên nền sức bền uốn:

❖ Công thức tính ứng suất uốn thực lớn nhất:

❖ Công thức kiểm nghiệm:

❖ Công thức thiết kế:

Trình tự tính toán bộ truyền bánh răng trụ thẳng

Chương 6: Bộ truyền bánh răng

Trần Thiên Phúc

Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy

Slide 17

6.11 Tính toán bánh răng trụ nghiêng:

Các đặc điểm làm việc của bộ truyền bánh răng trụ nghiêng:

❖ Làm việc êm, không ồn

❖ Cường độ tải trọng trên răng nhỏ

❖ Đường tiếp xúc nằm nghiêng trên mặt răng

Thay thế bánh răng trụ nghiêng bằng bánh răng thẳng tương đương:

❖ Bánh răng trụ thẳng tương đương

❖ Đường kính tương đương:

❖ Số răng tương đương:

Chương 6: Bộ truyền bánh răng

Trần Thiên Phúc

Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy

Slide 18

6.11 Tính toán bánh răng trụ nghiêng:

Các tính toán trên nền sức bền tiếp xúc:

❖ Công thức Hertz:

❖ Công thức kiểm nghiệm:

❖ Công thức thiết kế:

Các tính toán trên nền sức bền uốn:

❖ Công thức tính ứng suất uốn thực lớn nhất:

❖ Công thức kiểm nghiệm:

❖ Công thức thiết kế:

Trình tự tính toán bộ truyền bánh răng trụ nghiêng

Chương 6: Bộ truyền bánh răng

Trần Thiên Phúc

Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy

Slide 19

6.12 Bộ truyền bánh răng nón thẳng:

Đại cương về bộ truyền bánh răng nón:

❖ Các loại bánh răng nón và ưu nhược điểm

❖ Các dạng răng trên mặt cắt dọc trục

Cá c kích thước hình học chủ yếu của bộ truyền:

❖ Mặt nón lăn - Mặt nón chia

❖ Mặt mút lớn - Mặt mút bé - Mặt mút trung bình

❖ Chiều dài nón ngoài - Chiều dài nón trung bình

Chương 6: Bộ truyền bánh răng

Trần Thiên Phúc

Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy

Slide 20

6.12 Bộ truyền bánh răng nón thẳng:

Lực tác dụng trong bộ truyền bánh răng nón:

❖ Lực vòng

❖ Lực hướng tâm

❖ Lực dọc trục

Tải trọng tính:

❖ Công thức tính tải trọng tính:

❖ Hệ số tải trọng tính khi tính độ bền tiếp xúc:

❖ Hệ số tải trọng tính khi tính độ bền uốn:

Chương 6: Bộ truyền bánh răng

Trần Thiên Phúc

Bài giảng Cơ sở thiết kế máy - Chương 6: Bộ truyền bánh răng - Trần Thiên Phúc