Báo cáo khoa học: "Nghiên cứu đánh giá chất l-ợng ăn khớp của bánh răng theo TCVN 1067-71 và các tiêu chuẩn khác" potx

Nghiên cứu đánh giá chất lợng ăn khớp
của bánh răng theo TCVN 1067-71
v các tiêu chuẩn khác

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

Tóm tắt: Bi báo cáo ny trình by về phơng pháp đánh giá chất lợng ăn khớp của
bánh răng khi thiết kế theo TCVN 1067 - 71 v các tiêu chuẩn khác với sự trợ giúp của máy vi
tính.
Summary: The article presents a method of evaluating the fitting quality of gears as per
TCVN 1067 - 71 and other standards aided by computers.

i. đặt vấn đề
Cho đến nay các giáo trình giảng dạy đại học nói chung và các phần mềm thiết kế bánh
răng nói riêng đều chỉ dừng ở mức thiết kế ra các kích thớc của bộ truyền bánh răng theo ứng
suất tiếp xúc hoặc ứng suất uốn, đồng thời chọn hệ số dịch chỉnh theo sổ tay thiết kế mà cha
tiến hành tính toán đánh giá chất lợng ăn khớp của cặp bánh răng nh: bộ truyền có bị cắt
chân răng hoặc chèn răng hay không.
Việc đánh giá đợc chất lợng ăn khớp sẽ hoàn thiện quá trình thiết kế, bảo đảm cho kết
quả tính toán không phụ thuộc vào các hệ số kinh nghiệm mà các hệ số này có số lợng ít va
chậm thay đổi.
Vì vậy các nghiên cứu hiện nay về bánh răng cũng hớng tới tiêu chuẩn cả quá trình đánh
giá chất lợng ăn khớp của bộ truyền này.
ii. Nội dung
2.1. Phơng pháp xác định chất lợng ăn khớp
Theo TCVN 1067 - 71. Tính các thông số cơ bản của bánh răng nh khoảng cách trục a,
góc profin

t
góc ăn khớp

tn
rồi từ đó tính ra hệ số dịch chỉnh tổng cộng X

và dựa vào tiêu
chuẩn để phân thành X
1
, X
2
.
Trờng hợp cho trớc các hệ số dịch chỉnh X
1
, X
2
tính khoảng cách trục a
w
cùng với X

.
Cách tính cụ thể trình bày trong các bảng 1, 2, 3, 4, 5.

2.1.1. Tính các hệ số dịch chỉnh X
1
, X
2
khi khoảng cách trục a
w
cho trớc

Dựa trên cách tính a
w
theo TCVN 1067 - 71 ta có thuật toán đợc lập trình bảng [1].
Bảng 1. Tính các thông số hình học cơ bản
Tên thông số Ký hiệu Công thức tính và chỉ dẫn
Tính các hệ số dịch chỉnh x
1
, x
2
, khi cho trớc khoảng cách trục a
w
1. Khoảng cách
trục tiêu chuẩn
a
cos.2
m).Z+Z(
=a
21

2. Góc prôfin

t



cos
tg
=tg
t

3. Góc ăn khớp

tw
t
w
tw
cos
a
a
=cos
4. Hệ số dịch
chỉnh tổng
X


+
=

tg2
)invinv)(ZZ(
X
twtw21
Khi = 20
o
( theo TCVN1065 -
71 và TCVN 1084 - 76). Các
công thức đơn giản để tính
x

,

t
và góc ăn khớp đối với bộ
truyền bánh răng trụ răng
thẳng đợc xác định theo bảng
1 của phụ lục 1.
Của
bánh
răng
chủ
động
X
1
5. Hệ
số dịch
chỉnh
Của
bánh
răng bị
động
X
2
Khi prôfin gốc theo TCVN 1065 - 71, việc phân X

= x
1
+ x
2

thành các hệ số x
1

, x
2
đợc giới thiệu trong phụ lục 2 và 3
Tính khoảng cách trục a
w
khi cho trớc các hệ số dịch chỉnh x
1
, x
2
6. Hệ số dịch
chỉnh tổng
x

x


= x
1
+ x
2
7. Góc prôfin

t


=
cos
tg
tg
t

8. Góc ăn khớp

tw
inv
ZZ
tgx2
inv
21
tw
+
+

=


Khi = 20
o
(theo TCVN1065 - 71 và
TCVN 1084 - 76). Các công thức
đơn giản để tính x

,
t
và góc ăn
khớp đối với bộ truyền bánh răng trụ
răng thẳng đợc xác định theo bảng
1 của phụ lục 1.
9. Khoảng cách
trục

w
tw
t21
cos
cos
cos2
m)ZZ(



+

Tính a
w
,
t
và góc ăn khớp của bộ
truyền bánh răng trụ răng thẳng
tw

đợc xác định theo bảng 1 của phụ
lục 1

2.1.2 Tính hệ số dịch chỉnh x

khi cho trớc khoảng cách trục a
w
theo bảng 2
Bảng 8. Tính hệ số dịch chỉnh khi x

khi cho trớc khoảng cách trục a
w
Tên thông số Ký hiệu Công thức tính và chỉ dẫn
Tính các hệ số dịch chỉnh x

khi cho trớc khoảng cách trục a
w
1. Hệ số dịch chỉnh
đợc dùng
Y
(
)

+
=
cos.2
ZZ
m
a
y
21w

2. Hệ số dịch chỉnh
cân bằng
y
(
)

+

=
cos
ZZ
1000
B
y
21

trong đó:
B - Đại lợng phụ đợc xác định theo biểu đồ trên hình 1.
A
tg
invinv
500B


=






Với:

A500
cos500
cos
+

=

A - Đại lợng phụ:
21
ZZ
cos.y.1000
A
+

=

- - Đại lợng phụ xác định theo đồ thị trên hình 2.
- = 0 - Đại lợng phụ xác định theo đồ thị trên hình 2.
- = 0 thì = 0
3. Hệ số dịch chỉnh
tổng
X

x

= y + y
Xác định B theo biểu đồ hình 1 khi cho trớc
khoảng cách truc a
w
(

= 20
o
, a
w
> a)
A
tg
invinv
500B


=

Với:
A500
cos500
cos
+

=

Ví dụ : cho Z
1
= 9, Z
2
= 26, m = 6mm, = 22
o
,
a

w
= 118mm
Tính:
(
)

+
=
cos.2
ZZ
m
a
y
21w
,

792.0
927.0x2
269
6
118
y =
+
=
Hình1.
21
ZZ
cos.y.1000
A
+

=
=

=
97.20
269
972.0x792.0x1000
=
+

Theo biểu đồ xác định đợc B=2.92
Hình 2.
Xác định đại lợng theo hình 2 phụ thuộc
vào A,

( = 20
o
):
t
ttw
tg2
invinv

-
w
tg2
invinv

= -
-

Với:
A500
cos500
cos
;
n
+

=

A500
cos500
cos
t
w
+

=

Ví dụ: cho A= 20.97, = 22
o
theo đồ thị xác
định đợc = 0.00040
2.1.3. Phân hệ số dịch chỉnh đối với bánh răng
trụ răng thẳng bảng 3
Bảng 3. Phân hệ số dịch chỉnh tổng x

của bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng
thnh các hệ số dịch chỉnh thnh phần x
1
, x
2
Hệ số dịch chỉnh
thành phần
Hệ số dịch
chỉnh tổng x

X
1
X
2
Phạm vi ứng dụng
Bộ truyền
động học
Z
1
> Z
min
nhn
g
khôn
g
nhỏ hơn 10 và
Z
2

17, Z
min
đợc xác định theo đồ thị
trên hình 7 của phụ lục 1 khi x
1
= x
2
= x

0 < x

<0.5
0 < x

< 0.5
x

0

Bộ truyền lực
Z
1
>Z
1min
+ 2 và Z
2
21, Z
1min
đợc xác định
theo đồ th

ị
trên hình 7 của ph
ụ
l
ụ
c 1 khi
x
1
= x
2
= x

Bộ truyền
động học
Z
1
10 và Z
2
Z
2min
+ 2, Z
2min
đợc xác
định theo đồ thị trên hình 7 của phụ lục 1
khi x
1
= x
2
= x

- 0.5
0.5 < x
2
< 1 -0.5
Bộ truyền lực
Z
1
11 và Z
2
Z
2min
+ 2, Z
2min
đợc xác
định theo đồ thị trên hình 7 của phụ lục 1
khi x
1
= x
2
= x

- 0.5
Chú thích:
1. Với khoảng cách trục đã cho a
w
trị số yêu cầu của hệ số dịch chỉnh tổng x

có thể có
đợc do thay đổi số răng Z
1

, Z
2
nếu nh cho phép có sự thay đổi này.
Khi 0.3 < x

< 0.7 và u < 2 vận tốc trợt lớn nhất trong ăn khớp sẽ lớn hơn so với bộ truyền
không dịch chỉnh.
Khi u = 1 nên dùng x
1
= x
2
= 0.5x



Phân hệ số dịch chỉnh x

của bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng và răng chữ V thành
các hệ số dịch chỉnh thành phần x
1
, x
2
theo bảng 4.
Bảng 4. hệ số dịch chỉnh của các bánh răng của bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng v chữ V
Hệ số dịch
chỉnh
X
1
X
2

Phạm vi ứng dụng
Z Z
min
, Z
min
đợc xác định theo bảng 5
0 0
Bộ truyền
động học
Z
1
> Z
1min
nhng không nhỏ hơn 10 và Z
2

Z
2min
, Z
1min,
Z
2min
đợc xác định theo đồ
thị trên hình 8 của phụ lục 1 khi x
1
=0.3,
x
2
= -0.3
Z

1
Z
min
+ 2 nhng không nhỏ hơn 10
và Z
2
3.5Z
min
đợc xác định theo đồ thị
trên hình 8 của phụ lục 1 khi x
1
= 0.3
không áp dụng cho bộ truyền khi mà độ
cứng mặt bánh răng bị động đến HB
320, độ cứng bánh răng chủ động vợt
quá độ cứng bánh răng bị động HB70.
0.3 -0.3
Cho trớc khoảng cách
trục

+
=
cos2
m)ZZ(
a
21
w
hoặc
không cho
Bộ truyền lực

Z
1
11 và Z
2
Z
2min
+ 2, Z
2min
đợc xác
định theo đồ thị trên hình 7 của phụ lục
1 khi x
1
= x
2
= x

- 0.5
2.1.4. Tính một số thông số hình học xác định chất lợng ăn khớp ở bảng 5.
Bảng 5. Tính một số thông số hình học xác định chất lợng ăn khớp
Tên thông số Ký hiệu Công thức tính và chỉ dẫn
Tính hệ số dịch chỉnh nhỏ nhất
1. Hệ số dịch chỉnh nhỏ nhất
x
min
Đợc xác định theo đồ thị trên hình 7
Tính hệ số trùng khớp ngang của bộ truyền không dịch chỉnh

2. Hệ số trùng khớp ngang của bộ
truyền không dịch chỉnh

a
a
=

+

a1 a2

a1, a2
là thành phần hệ số trùng khớp
của bộ truyền không dịch chỉnh đối với
bánh răng chủ động và bị động.
Đồ thị để xác định x
min
phụ thuộc vào Z và


hoặc Z
Hình 3.
min
phụ thuộc vào x và

(

= 20
o
, h
*
1
- h

*
a
= 1)


=
cos2
sinZ
hhx
t
2
*
2
*
1min



t
2
*
2
*
1
min
sin
cos)hh(2
Z

=
-
(đợc làm tròn tới
số nguyên lớn hơn)
Ví dụ cho Z = 15,

= 0
= 0.12
Theo đồ thị xác định đợc x
min
Đồ thị xác định hệ số trùng khớp ngang của
bộ truyền không dịch chỉnh

,

theo hình 4:
a1 a2
Đồ thị xác định

a1
,

của bộ truyền không
a2

dịch chỉnh phụ thuộc vào Z,

: (

= 20

o
, h
*
a
= 1)
)tgtg(
2
Z
twta


=
Ví dụ cho Z
1
= 22; Z
2
= 55;

= 15
Hình 4.
Theo đồ thị xác định đợc
ứng với Z
1
,



a1
= 0.76
ứng với Z

2
,



a2
= 0.76
2.2 Kiểm tra điều kiện ăn khớp
Chỉ tính một số thông số hình học cơ bản
theo phụ lục 1 của TCVN 1989 - 17 khi cho trớc
khoảng cách trục a
w
= 146 mm.
a. Hệ số dịch chỉnh đợc dùng

+
=
cos2
ZZ
m
a
y
21w
-

= 1,5 (1)
b. Hệ số dịch chỉnh cân bằng

+

=
cos
ZZ
.
1000
B
y
21
-

(2)
Trong đó: B là đại lợng đợc xác định theo
biểu đồ trên hình 1:
A
tg
invinv
500B


=
(3)
Với
500A
cos.500
cos

+

=
21
ZZ
y.1000
A
+
=
, Z1 = 25, Z2 = 118, m = 2, = 0, a
w
= 146, =10,489
Tra ra B = 0,02, = 0. Suy ra y = 0,00286
1,5 + 0,00286 = 1,50286
t chân răng

Với x
1
= 1,155, x
2
= 0,350 > x
1m
để đảm bảo không cắt chân răng và không chèn răng.
Với
a1
,
a2
thành phần của hệ số trùn ộ truyền không đợc dịch chỉnh, xác định
theo

a1
= 0,809;
a2
= 0,93
Suy ra 3 > 1,2
= y + y =
c. Hệ số dịch chỉnh tổng cộng: x

d. Xác định hệ số dịch chỉnh nhỏ nhất để thoả mãn điều kiện không cắ
Z
1
= 25; = 0 x = 0,35
min1
Z
2
= 118; = 0 x = 1,152
min1
86. Thỏa mãn x và x
1 in 2
> x
2min
e. Hệ số trùng khớp ngang

Ta kiểm tra điều kiện

> 1,2


= +
a1 a2

g khớp của b
đồ thị hình 4.


= 0,809 + 0,93 = 1,7
Nh vậy là thỏa mãn điều kiện về hệ số trùng khớp ngang
f. Tính góc ăn khớp
w

143
5028,1.1000
Z
x.1000
c
t
==


w
với
Ta có
w
= 22o54
iii. Kết luận
Sau khi dựa vào TCVN 1067 - 71, khoảng cách trục a
w
đợc tính toán với sự trợ giúp của
máy tính, ta có kết luận sau:
Việc giảng dạy và thiết kế bộ truyền bánh răng cần thiết phải đợc kiểm tra chất lợng ăn
khớp theo tiêu chuẩn sao cho hệ số trùng khớp ngang và các hệ số dịch chỉnh phải bảo đảm

điều kiện không cắt chân răng và không bị chèn răng.
Tài liệu tham khảo
[1]. Trơng Tất Đích. Nghiên cứu đánh giá việc áp dụng một số tiêu chuẩn quốc gia phù hợp với tiêu chuẩn
quốc tế về thiết kế bộ truyền bánh răng với sự trợ giúp của máy vi tính. Mã số T2004 - CK - 35.
[2]. Các tiêu chuẩn nhà nớc TCVN về truyền động bánh răng. TCVN 1087 - 71, TCVN 1067 - 84.
[3]. Phần mềm thiết kế bánh răng Bộ môn Thiết kế máy ĐHGTVT.
[4]. Joseph, Edward Shigley, Charles.R.Mishke. Mechanical Engineering. Design International edition, 1989