Báo cáo khoa học: "Thiết kế xích con lăn chính xác b-ớc ngắn và đĩa xích theo tiêu chuẩn Việt Nam và nước ngoài" pdf

Thiết kế xích con lăn chính xác
bớc ngắn v đĩa xích theo tiêu chuẩn
Việt Nam v nớc ngoi



TS. Trơng tất đích
Bộ môn Thiết kế máy
Khoa Cơ khí - Trờng Đại học GTVT

Tóm tắt: Bi báo giới thiệu về xích con lăn chính xác bớc ngắn v đĩa xích các tiêu
chuẩn: TCVN, ISO (kiểu Anh, Mỹ) v tiêu chuẩn GOST từ đó trình by phơng pháp thiết kế
các loại xích ny.
Summary: The article introduces short pitch precision roller chains and chain wheels of
Vietnamese, ISO (US, British) standards and GOST, through which a method of designing such
chains is presented
i. đặt vấn đề
Để thiết thực phục vụ cho sự nghiệp công nghiệp hoá thì cần thiết phải nghiên cứu áp dụng
những tiêu chuẩn mới của ngành cơ khí nói riêng và các tiêu chuẩn quốc gia nói chung vì nó có
ý nghĩa to lớn về kinh tế và kỹ thuật cho đất nớc. Đồng thời để góp phần thúc đẩy quá trình hội
nhập với khu vực và quốc tế cần phải nghiên cứu các tiêu chuẩn quốc tế và nớc ngoài để áp
dụng trong thiết kế và sản xuất ở nớc ta càng nhanh càng tốt.
TCVN 6374 - 1998 về xích con lăn chính xác bớc ngắn và đĩa xích đã đợc Bộ Khoa học
công nghệ và Môi trờng ban hành. Tiêu chuẩn này đợc dựa trên các tiêu chuẩn ISO 606:
1994 (E); ISO 1275: 1995; ISO 1395: 1997 (E) để soạn thảo, vì vậy việc áp dụng tiêu chuẩn này
trong thiết kế và sản xuất thay thế cho các tiêu chuẩn trớc đây có thể cho phép áp dụng một
phơng pháp thiết kế chung cho xích con lăn chính xác bớc ngắn của Việt Nam và của nớc
ngoài thay vì có nhiều cách thiết kế nh hiện nay.
ii. Giới thiệu về xích con lăn theo TCVN; Tiêu chuẩn của Mỹ (ISO kiểu A); tiêu
chuẩn của Anh (ISO kiểu B) v tiêu chuẩn của Nga GOST

2.1. Xích con lăn theo tiêu chuẩn TCVN 6374 ữ 1998
Ưu điểm của tiêu chuẩn này là đợc soạn thảo dựa trên các tiêu chuẩn quốc tế ISO. Nó áp
dụng cho xích con lăn chính xác bớc ngắn một dãy, nhiều dãy và đĩa xích tơng ứng dùng
trong truyền động cơ khí bao gồm: kích thớc, dung sai, chiều dài, tải trọng thử và độ bền kéo
nhỏ nhất. Tiêu chuẩn này không áp dụng cho xích xe đạp và xích xe máy mặc dầu bớc xích
của chúng có thể nh nhau.
Kí hiệu của các loại xích một dãy, hai dãy và ba dãy lần lợt nh sau:

16B - 1 TCVN 6374: 1988
16B - 2 TCVN 6374 1988
16B - 3 TCVN 6374: 1988
Vì các mắt xích có thể đợc chế tạo ở các cơ sở khác nhau nên tiêu chuẩn quy định các
kích thớc lớn nhất và nhỏ nhất để bảo đảm tính lắp lẫn các mắt xích, đó là dung sai biểu thị giới
hạn lắp lẫn, không phải dung sai chế tạo.
Để xác định độ bền kéo nhỏ nhất ngời ta đặt từ từ một lực kéo không nhỏ hơn độ bền kéo
nhỏ nhất đã qui định lên mẫu thử là đoạn xích thử bao gồm ít nhất năm bớc xích, sự phá huỷ
mẫu xuất hiện tại thời điểm mà độ dãn dài không tăng hơn nữa khi tăng tải trọng, tức là tại đỉnh
của biểu đồ tải trọng/ độ dãn dài.
Tiêu chuẩn TCVN 6374 - 1998 qui định về đĩa xích nh sau:
Các thông số hình học đĩa xích (xem hình 1).

Hình 1.
Đờng kính vòng chia:
d
Z
180
sin
P
d
0

=

Với P - bớc xích, Z: số răng đĩa xích.
Đờng kính chốt đo.
d
R
=
01,0
0
1
d
+
Với d
1
đờng kính vòng chân.
Kích thớc đo qua chốt.
M
R
= d + d
Rmin
cho số răng chẵn.

M
R
= d. cos
Z
90
0
+ d
Rmin

cho số răng lẻ.
Dạng rãnh răng hình 2.

Hình 2.
d
1
- đờng kính con lăn lớn nhất.
R
i
- bán kính tựa con lăn, r
imin
= 0,505 d
1
.
- Góc tựa con lăn,
max
= 140
0
-
Z
90
0

r
e
- Bán kính sờn lăn,
r
emax
= 0,12d
1

(Z + 2)
r
emin
= 0,008d
1
(Z
2
+ 180)
r
imin
= 0,505d
1
+ 0,069
3
1
d


min
= 120
0
-
Z
90
0

Prophin răng đĩa xích hình 3.

Hình 3.
Bảng 1 trình bày TCVN 6374 1988.

2.2. Xích con lăn theo tiêu chuẩn của Mỹ (ISO kiểu A), tiêu chuẩn của Anh (ISO kiểu
B), tiêu chuẩn của Nga (Gost)
Các bảng 2, 3, 4 trình bày về tiêu chuẩn trên.
Bảng 2. Xích con lăn theo tiêu chuẩn của Mỹ (ISO kiểu A)
Loại xích
Bớc xích
P,mm
b
Tải trọng phá
hỏng kN
Khối lợng
1m xích 1,kg
d
1
I
35(06C -1) 9.52 4.78 10.2 0.33 5.08 10.13
40(08A-1) 12.70 7.92 17.2 0.61 7.92 14.38
50(10A-1) 15.88 9.53 28.3 0.98 10.16 18.11
60(12A-1) 19.05 12.70 38.5 1.59 11.91 22.78
80(16A1) 25.40 15.88 65.8 2.56 15.88 9.29
100(20A-1) 31.75 19.05 108.9 3.78 19.05 35.76
120(24A-1) 39.10 25.40 154.2 5.82 22.23 45.44
140(28A-1) 44.45 25.40 208.7 7.62 25.40 48.87

160(32A1) 50.80 31.75 263.1 9.88 25.58 58.55
200(40A-1) 63.50 38.10 430.9 15.91 39.67 71.55
Bảng 3. Xích con lăn theo tiêu chuẩn của Anh (ISO kiểu B)
Loại xích
Bớc xích
P,mm
b
Tải trọng phá
hỏng kN
Khối lợng
1m xích 1,kg
D
1
I
06B-1 9.52 5.72 10.7 0.39 6.35 10.24
08B-1 12.70 7.75 18.2 0.68 8.51 13.92
10B-1 15.88 9.65 22.7 0.85 10.16 16.50
12B-1 19.05 11.68 29.5 1.16 12.07 19.46
16B-1 25.40 17.56 65.0 2.71 15.88 31.88
20B-1 31.75 19.56 98.1 3.70 19.05 36.45
24B-1 38.10 25.40 108.9 6.70 25.40 48.36
28B-1 44.45 30.99 131.5 8.25 27.94 59.56
32B-1 50.80 30.99 172.4 9.22 29.21 58.55
40B-1 63.50 38.10 272.2 15.48 39.37 72.29
Bảng 4. Xích con lăn theo tiêu chuẩn của Nga (GOST 13568 - 75)
Xích con lăn 1 dãy, mm Bớc xích
P,mm
B, không nhỏ hơn d
0
d

1
Tải trọng phá
hỏng kN
Khối lợng
1m xích 1,kg
12,7 5,4 4,45 8,51 18,2 0,65
12,7 7,75 4,45 8,51 18,2 0,75
15,875 6,48 5,08 10,16 22,7 0,8
15,875 9,65 5,08 10,16 22,78 1,0
19,05 12,7 5,96 11,91 31,8 1,9
25,4 15,88 7,95 15,88 56,7 2,6
31,75 19,05 9,55 19,05 88,5 3,8
38,1 25,4 11,1 22,23 127,0 5,5

2.3. Một số nhận xét về TCVN và tiêu chuẩn nớc ngoài
Việc xem xét các tiêu chuẩn của Việt Nam, Anh, Mỹ, Nga về loại xích này cho thấy những
điểm sau đây:
Chúng đều đợc dựa trên các tiêu chuẩn quốc tế ISO để biên soạn thành tiêu chuẩn quốc
gia của mỗi nớc cho nên những thông số chung nh ký hiệu, kích thớc, tải trọng phá hỏng,
khối lợng đều có trong các tiêu chuẩn này.
Thông số cơ bản là bớc xích P trong tiêu chuẩn của Anh, Mỹ giống nhau với độ chính xác
đến hai số lẻ (ví dụ 15,58mm).
Thông số cơ bản này ở TCVN và GOST khác với hai tiêu chuẩn trên ở số lẻ gồm 3 chữ số
ví dụ P = 15,875 mm. Các số hàng chục và đơn vị hầu nh giống nhau
Trong các tiêu chuẩn của Anh, Mỹ, Nga đều có ghi khối lợng 1 mét xích, riêng TCVN
không có.
Các tiêu chuẩn của Anh, Mỹ, Nga có các thông số của xích giống nhau nhng trị số không
giống nhau.
Ví dụ: khối lợng 1 m xích 9 kg đối với tiêu chuẩn của Mỹ, Anh và Nga dùng cho bớc xích
P = 12,70mm là 0,61, 0,68, 0,65.

Iii. Thiết kế xích theo tiêu chuẩn ansi
ANSI American National Standards Institute: Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kỳ.
Theo tiêu chuẩn ANSI công suất danh định của xích con lăn với số răng đĩa dẫn là 17, xem
trong bảng 5
Bảng 5

trong đó: kiểu A: bôi trơn bằng tay hoặc nhỏ giọt

B: bôi trơn ngâm dầu
C: bôi trơn phun dầu
ở đây bảng 5 đợc trích tiêu chuẩn ANSI. Số liệu đầy đủ của bảng này còn có các số liệu
xích 80, 100, 120, 140, 160, 180, 200 và 240.
Trờng hợp răng đĩa dẫn khác 17 ngời ta dùng hệ số K
1
để điều chỉnh hợp lý (xem bảng
6).
Bảng 6
Số răng đĩa dẫn K
1
Số răng đĩa dẫn K
1
11 0.53 22 1.29
12 0.62 23 1.35
13 0.70 24 1.41
14 0.78 25 1.46
15 0.85 26 1.73
16 0.92 27 1.95
17 1.00 28 2.15
18 1.05 29 2.37
19 1.11 30 2.51

20 1.18 31 2.66
21 1.26 32 2.8
Trờng hợp xích nhiều dãy, khi tính toán đợc điều chỉnh bằng hệ số K
2
, xem bảng 7.

Bảng 7
Số dy xích K
2
1 1.0
2 1.7
3 2.5
4 3.3
Nh vậy, khi tính toán cho xích có số răng đĩa xích dẫn khác với 17 và có số dãy lớn hơn 1
thì công suất tính toán sẽ là:
Hr

= K
1
K
2
Hr (3.1)
trong đó:
K
1
: hệ số phụ thuộc số răng đĩa dẫn
K
1
: hệ số phụ thuộc số dãy xích
Hr: công suất danh định của xích theo ANSI

Khi thiết kế, số liệu ban đầu là công suất cần truyền có thể cho trớc cùng với điều kiện sử
dụng tải trọng. Khi đó công suất cần thiết đợc viết dới dạng:
H = A.K
S
(3.2)
trong đó:

H - Công suất cần thiết
K
S
-
Hệ số phụ thuộc điều kiện sử dụng tải trọng, xem bảng 8
A - Công suất cần truyền

Bảng 8
Tải trọng Mô men trung bình, Ks Mô men cao, Ks
Êm 1.0 đến 1.2 1.1 đến 1.3
Va đập nhẹ 1.1 đến 1.3 1.2 đến 1.4
Va đập trung bình 1.2 đến 1.4 1.4 đến 1.6
Va đập nặng 1.3 đến 1.5 1.5 đến 1.8
So sánh H và Hr

ta có số liệu xích và bớc xích P. Từ đó xác định các thông số còn lại
của bộ truyền xích.
Nhận xét chung ta thấy cách thiết kế theo tiêu chuẩn ANSI có u điểm đơn giản dễ tính
toán nhng có nhợc điểm là bỏ qua những ảnh hởng của nhiều thông số quan trọng nh
khoảng cách trục, ảnh hởng của số ca làm việc trong ngày, cách bố trí bộ truyền và khả năng
điều chỉnh sức căng xích. Những thông số đó có ý nghĩa lớn đến dao động, tuổi thọ và kết cấu
bộ truyền xích.
Cách thiết kế theo tiêu chuẩn TCVN và GOST trình bày ở dới đây sẽ khắc phục nhợc

điểm trên.
IV. Thiết kế xích theo tiêu chuẩn tcvn v gost
Chỉ tiêu cơ bản để tính toán bộ truyền xích là đảm bảo độ bền mòn vì mòn bản lề xích là
dạng hỏng nguy hiểm nhất. Có nhiều cách tính toán khác nhau khi thiết kế xích nhng nh trên
ta đã trình bày 4 loại xích đã nêu đều dựa trên tiêu chuẩn ISO để biên soạn nên có thể thiết kế
theo phơng pháp sau để đảm bảo chỉ tiêu độ bền mòn.
Gọi [P
0
] là áp suất cho phép
A
KF
P
t
0
= (4.1)
Với K: hệ số sử dụng.
K = K
a
. K
b
. K
d
. K
de
. K
0
K
a
: hệ số xét đến ảnh hởng của khoảng cách trục
K

b
: hệ số xét đến ảnh hởng của điều kiện bôi trơn
K
c
: hệ số xét đến chế độ làm việc
K
d
: hệ số xét đến tải trọng động
K
0
: hệ số xét đến cách bố trí bộ truyền
K
dc
: hệ số xét đến khả năng điều chỉnh lực căng xích

F
t
: lực vòng cũng là độ bền kéo lấy theo bảng 1
A: diện tích hình chiếu của mặt tựa bản lề lên phơng tác dụng của lực.
Công suất cần truyền đợc tính là:
K10.6
PnZ]P[A
P
7
01010
1
=
(4.2)
ở đây:
P: bớc xích

Z
0
, n
0
: số răng đĩa xích nhỏ và số vòng quay của bộ truyền cơ sở.
Bộ truyền cơ sở có công suất cho phép là:
[
]
K10.6
PnZPA
p
7
01010
0
=
(4.3)
Quan hệ giữa công suất cần truyền và công suất cho phép đợc viết nh sau:
7
zn
01010
1
10.6.K.K.K
PnZ.A]P[A
P =
(4.4)
Với
1
01
z
Z

Z
K =
;
1
01
n
n
n
K =
(4.5)
Công suất tính toán đợc tính nh sau:
P
t
= P
1
. K. K
z
.K
n
[P
0
]

(4.6)
Từ đó tra bảng ta tìm đợc bớc xích và ký hiệu xích.
VI. Kết luận v kiến nghị
Xích con lăn theo tiêu chuẩn TCVN 6374 - 1998 phải đợc thay thế cho các tiêu chuẩn cũ
khi thiết kế xích.
Các tiêu chuẩn về xích con lăn của Mỹ, Anh, Nga và Việt Nam có các thông số giống nhau,
nhng khác nhau về một số ký hiệu và trị số (trị số khác nhau ít).

Phơng pháp thiết kế theo TCVN và GOST đầy đủ hơn theo tiêu chuẩn ANSI về đánh giá
ảnh hởng của các yếu tố kết cấu và sử dụng.
Kiến nghị: Sau khi nghiên cứu chúng tôi kiến nghị sử dụng trong thiết kế phơng pháp tính
của TCVN. Khi thiết kế theo tiêu chuẩn ANSI cần phải bổ sung các hệ số K
a
, K
e
, K
o
, K
đc
(xem
mục IV) còn công suất lấy theo ANSI.
Tài liệu tham khảo
[1]. Joseph Edmard Shiley. Mechanical Engneering Design,1989.
[2]. Robert Mott LPR. Machine Elements in Mechanincal Design, 1992.
[3]. Tiêu chuẩn Việt Nam - Hà Nội, 2001.
[4]. Trơng Tất Đích. Chi tiết máy. NXB Giao thông Vận tải, 2002