Báo cáo khoa học: "một số kết quả Nghiên cứu đánh giá việc áp dụng một số tiêu chuẩn quốc gia phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế về thiết kế bánh răng với sự trợ giúp của máy tính" ppsx

một số kết quả Nghiên cứu đánh giá việc
áp dụng một số tiêu chuẩn quốc gia phù hợp
với tiêu chuẩn quốc tế về thiết kế bánh răng
với sự trợ giúp của máy tính

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

Tóm tắt: Bi báo ny trình by một số kết quả nghiên cứu đánh giá việc áp dụng một số
tiêu chuẩn quốc gia phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế về thiết kế bánh răng với sự trợ giúp của
máy tính, từ đó kiến nghị loại bỏ các tiêu chuẩn cũ.
Summary: The article presents some research results of application of the national
standards. Comforming to the international standards in designing gears with the computer
aided and then removal of the old standards is proposed.
i. đặt vấn đề
Sản phẩm công nghiệp của chúng ta có sức cạnh tranh mạnh hay yếu trên thị trờng nội
địa, khu vực và quốc tế trớc hết phụ thuộc vào chất lợng của chúng, đi kèm với nó là thơng
hiệu, mẫu mã, giá cả
Để sản phẩm có chất lợng tốt, cần phải áp dụng đầy đủ các tiêu chuẩn nhà nớc, quốc tế
và nớc ngoài có lựa chọn cho phù hợp với điều kiện Việt Nam. áp dụng tiêu chuẩn để sản xuất
sản phẩm đợc ví nh cấp giấy thông hành để sản phẩm lu thông đợc trên thị trờng.
Vì vậy cần thiết phải áp dụng TCVN phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế mà trớc hết cho các
bộ truyền bánh răng, xích vì nó rất phổ biến, sau đó phải đánh giá việc áp dụng đó để có kết
luận thoả đáng.
Đề tài này còn có ý nghĩa là khuyến khích, thúc đẩy việc vận dụng các tiêu chuẩn mới phù
hợp với các thành tựu khoa học mới và kinh nghiệm tiên tiến, kết hợp loại bỏ các tiêu chuẩn cũ
không phù hợp nữa.
ii. Nội dung
2.1. Các hớng nghiên cứu áp dụng các tiêu chuẩn nâng cao chất lợng sản phẩm

Hiện nay có hớng nghiên cứu sau:
- Nghiên cứu các tiêu chuẩn quốc tế để đợc chấp nhận thành tiêu chuẩn Việt Nam.

- Nghiên cứu đánh giá để huỷ bỏ một số tiêu chuẩn không còn phù hợp.
- Nghiên cứu đánh giá những tiêu chuẩn quan trọng để đa vào danh mục tiêu chuẩn bắt
buộc áp dụng.
- Nghiên cứu các tiêu chuẩn áp dụng sao cho phù hợp và hiệu quả nhất.
- Nghiên cứu các tiêu chuẩn đợc áp dụng để đăng ký chất lợng hàng hóa xuất nhập
khẩu.
Đề tài này là một hớng nghiên cứu quan trọng trong số các hớng nghiên cứu trên.
2.2. Các tiêu chuẩn hiện hành và các phơng pháp thiết kế theo tiêu chuẩn cũ và mới
Đề tài giới thiệu 26 tiêu chuẩn về bánh răng hiện hành nh TCVN 1067 - 84, TCVN 1067 - 74,
TCVN 1804 - 76 qua đó lựa chọn các tiêu chuẩn dùng trong thiết kế bánh răng nh các tiêu
chuẩn sau:
- TCVN 1067 - 84 thay thế TCVN 1067 - 71
- TCVN 1687 - 86 thay thế TCVN 1687 - 75
2.2.1 Biện pháp để đánh giá việc áp dụng các tiêu chuẩn mới về bánh răng
Để đánh giá việc áp dụng các tiêu chuẩn mới trong thiết kế bánh răng trớc hết ta so sánh
việc áp dụng các tiêu chuẩn cũ và mới trong phơng pháp thiết kế bánh răng. Sau đó so sánh
kết quả áp dụng thử với các bánh răng cụ thể.
a. Thiết kế bánh răng với tiêu chuẩn cũ (TCVN 1067 - 84; TCVN 4749 - 89 (STSEV 7813- 81))
Nh ta đã biết, thiết kế bộ truyền bánh răng theo TCVN 1607 - 84, các quan hệ hình học
chủ yếu của bộ truyền đợc định ra dựa trên các công thức tính sức bền tiếp xúc hoặc sức bền
uốn của răng.
- Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng và răng nghiêng theo sức bền tiếp xúc,
khoảng cách trục đợc xác định theo công thức:
[]
3
2A
2

tx
6
n
N.K
i.
10.05,1
).1i(A










=
(1)
Đối với bánh răng côn chiều dài nón đợc xác định theo công thức:
[]
3
2L
2
tx
L
6
2
n 85,0
N.K

.
.i.5,01
10.05,1
.1iL










+
(2)
trong đó:
i: tỉ số truyền; N: công suất; [
]tx: ứng suất tiếp xúc cho phép;
A
,
L
: hệ số chiều rộng
bánh răng;
,: hệ số phản ánh sự tăng khả năng tải của bánh răng nghiêng so với bánh răng
thẳng hoặc của bánh răng côn răng nghiêng so với bánh răng côn răng thẳng. Trờng hợp bánh
răng trụ hoặc côn răng thẳng thì
= = 1; K: hệ số tải trọng, với K = K
tt
.K

đ
Các trị số K
tt
và K
đ
tra trong các sổ tay thiết kế bánh răng nhng để tiện cho việc so sánh,
đánh giá với TCVN 1067 - 71 ta dẫn ra một số trị số đó trong bảng 1 và 2 sau:

Bảng 1. Hệ số tập trung tải trọng K
tt
ổ trục không đối xứng (so với
bánh răng)
2
1i
.
d
b
A
1
d

==
ổ trục đối xứng
sát bánh răng
Trục rất cứng Trục ít cứng
Bánh răng trên trục
chìa (côngxôn)
0,2 1 1 1,05 1,15
0,4 1 1,04 1,10 1,22
0,6 1,03 1,08 1,16 1,32

0,8 1,05 1,15 1,22 1,45
1,0 1,10 1,18 1,28 -
1,2 1,14 1,23 1,36 -
1,4 1,18 1,29 1,45 -
1,6 1,25 1,35 1,55 -
Bảng 2. Hệ số tải trọng động Kđ cho bánh răng thẳng
v bánh răng nghiêng có


sin
m5,2
b
n
(3)
Vận tốc vòng v, m/s
Cấp chính xác Độ rắn bề mặt răng HB
<1
1
ữ3 3ữ8 8ữ12
6
350
> 350
- -
1,2
1,2
1,3
1,3
7
350
> 350

-
1,25
1,2
1,45
1,30
1,55
1,40
8
350
> 350
1
1
1,35
1,30
1,55
1,40
-
9
350
> 350
1,1
1,1
1,45
1,40
- -
Sau khi xác định môđun pháp m
n
, số răng z
i
và góc nghiêng của bánh răng ta kiểm

nghiệm sức bền uốn của nó theo công thức:
[
u
2
n
6
u
''.b.n.Z.m.y
N.K.10.1,19


=
]
(4)
Đối với bánh răng côn tính theo công thức [1].
Tiếp theo, kiểm nghiệm sức bền bánh răng khi chịu quá tải đột ngột, xác định các thông số
hình học chủ yếu của bộ truyền và tính lực tác dụng lên bánh răng.
Nếu khoảng cách trục đã cho trớc thì phải tính các hệ số dịch chỉnh x
1
, x
2
. Ngợc lại khi
prôfin gốc theo TCVN 1065 - 71 thì các trị số x
1
, x
2
xác định theo TCVN1984 - 77.
b. Thiết kế bánh răng theo TCVN 1067 - 71 với bánh răng trụ răng nghiêng và răng chữ V
Tính toán theo sức bền tiếp xúc, khoảng cách trục đợc xác định theo công thức:
[]

3
2
Hbd
H1
3
HHvHMw
u
K.T
).1u.(K.K).Z.Z.Z.(5.0a

=


(5)

Đặt
3
HHvHMa
K.K).Z.Z.Z.(5,0K

=
. Với bánh răng bằng thép Ka = 43 (MPa)1/3
trong đó:
Z
M
: hệ số xét đến ảnh hởng của cơ tính vật liệu.
Z
H
: hệ số xét đến ảnh hởng của hình dạng bề mặt tiếp xúc.
Z

: hệ số xét đến tổng chiều dài tiếp xúc đối với bánh răng nghiêng và răng chữ V.
T
1
: mômen xoắn trên bánh dẫn.
K
H

: hệ số phân bố không đều tải trọng giữa các răng (bảng 3).
Bảng 3. Hệ số phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp
K
H

, K
F

khi cấp chính xác về mức làm việc êm (TCVN 1067 - 71)
6 7 8 9
Vận tốc
vòng m/s
K
H

K
F

K
H

K

F

K
H

K
F

K
H

K
F

2,5
1,01 1,05 1,03 1,12 1,05 1,22 1,13 1,37
5 1,02 1,07 1,05 1,16 1,09 1,27 1,16 1,40
10 1,03 1,10 1,07 1,22 1,13 1,37 - -
15 1,04 1,13 1,09 1,25 1,17 1,45 - -
20 1,05 1,17 1,12 1,35 - - - -
25 1,06 1,20 - - - - - -
K
H

: hệ số tập trung tải trọng tra theo [2]
K
Hv
: hệ số tải trọng động tính theo công thức

+=
HH1
1wwH
Hv
K.K.T.2
d.b.
1K
(6)
Với

H
: cờng độ tải trọng tính theo công thức
u
a
.v.g.
w
oHH
=
(7)
trong đó:
v: vận tốc của bánh răng m/s.

H
: hệ số kể đến ảnh hởng của loại răng (thẳng, nghiêng) và sai số ăn khớp, tra trong
bảng 4.
Bảng 4. Trị số

H

Độ rắn mặt bánh răng chủ động HB
1
và
của bánh bị động HB
2
Loại răng

H

F
HB
2
350 HB
Thẳng không vát mép
Thẳng có vát mép
Nghiêng
0,006
0,004
0,002
0,016
0,011
0,006
HB
1
> 350 HB
HB
2
> 350 HB
Thẳng không vát mép
Thẳng có vát mép

Nghiêng
0,014
0,010
0,004
0,016
0,011
0,006

g
o
: hệ số ảnh hởng của sai số bớc răng bánh dẫn và bánh bị dẫn, tra theo bảng 5.
Bảng 5. Trị số g
o
Trị số g
o
khi cấp chính xác theo mức làm việc êm
Môđun m, mm
6 7 8 9
Đến 3,55 38 47 56 73
Trên 3,55 đến 10 42 53 61 82
Trên 10 48 64 72 100
Sau khi tính đợc
H
phải so sánh giá trị đó với giá trị giới hạn
Hmax
(tra bảng 6), nếu vợt
quá giới hạn thì lấy

H
=

Hmax
.
Bảng 6. Trị số

Hmax
v

Fmax

Hmax
,
Hmax
khi cấp chính xác theo mức làm việc êm
Môđun
6 7 8 9
Đến 3,55 160 240 380 700
Trên 3,55 đến 10 194 310 410 880
Trên 10 250 450 590 1050

bd
: hệ số chiều rộng bánh răng phụ thuộc vào độ cứng, cách bố trí bánh răng trên trục.
Từ khoảng cách trục a
w
sẽ tính đợc các thông số hình học của bộ truyền, sau đó kiểm
nghiệm bánh răng theo độ bền uốn theo công thức:
m.d.b
Y.Y.K.K.K.T2
1ww
1FFvF1
1F

=
[
F1
] (8)
1F
2F1F
2F
Y
Y.
=
[
F2
] (9)
Từ công thức (1)(5) ta thấy theo tiêu chuẩn ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn chỉ kể
chung một hệ số tải trọng K với sự ảnh hởng của tải trọng tập trung K
tt
và tải trọng động K
đ
.
Các bảng 1,2 cũng chỉ có một số rất ít số liệu và rời rạc.
Khi tính theo tiêu chuẩn TCVN 1067 - 71 đã kể đến ảnh hởng của cơ tính vật liệu, hình
dạng bề mặt tiếp xúc, tổng chiều dài tiếp xúc và đặc biệt phân chia rõ ràng sự ảnh hởng khác
nhau của các yếu tố này đối với ứng suất uốn và tiếp xúc, đồng thời có sự ảnh hởng qua lại
của các yếu tố này. Đó là u việt của cách tính theo tiêu chuẩn TCVN 1067 - 71 so với tiêu
chuẩn cũ.
Theo hai phơng pháp tính của hai tiêu chuẩn trên có thể dựa vào sự hỗ trợ của máy vi tính
để lập trình theo thuật toán sau:

Chọn vật liệu

Tính ứng suất
cho phép
Nhập
dữ liệu
ệ
Tính khoảng
cách trục sơ bộ
Tính các thông
số ăn khớp
Kiểm nghiệm
bền tiếp xúc
Kiểm n
g
hiệm
bền uốn
Kiểm n
g
hiệm
bền

Tính các
thông số bộ
truyền
Tính
lại
a
w
b
w

vật
liệu
Yes
Yes
Yes
No
No
No
2.2.2 Ví dụ áp dụng các tiêu chuẩn cũ v mới
Các chơng trình tính toán bánh răng trụ theo tiêu chuẩn cũ và mới.
Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng trong hộp giảm tốc có tải trọng thay đổi theo
cơ sở đồ thị 8.
Vật liệu có HB < 350 theo bảng sau:

Vật
liệu
Nhiệt
luyện
Giới hạn
bền
Giới
hạn
chảy
Độ cứng
Bánh
chủ
động
Thép
45
Tôi cải

thiện
850
MPa
850
MPa
241 HB
285 HB
Bánh bị
động
Thép
45
Tôi cải
thiện
850
MPa
850
MPa
170 HB
217 HB

Tck

3s 4,4Tc
k
3,4Tc
k

0,7T
1,6T
T

Công suất 8,18 kW, tốc độ bánh dẫn n
1
= 1450
vòng/phút. Bộ truyền quay một chiều, tổng số giờ làm
việc là 18 000 giờ.
Hình 8.
Với cùng một số liệu đầu vào để thiết kế bộ truyền
bánh răng trụ răng thẳng, có sử dụng máy tính, đối với
tiêu chuẩn cũ TCVN 1067 - 84 và mới TCVN 1067 - 71 cho ta kết quả là:
Theo TCVN 1067- 84 Theo TCVN 1067- 71
Khoảng cách trục a
w
= 153,75 ữ 160 a
w
= 140 ữ 146
Chiều rộng vành răng b
w
= 46,12 b
w
= 44
Số răng bánh dẫn Z
1
= 36
bánh bị dẫn Z
2
= 169
Z
1
= 25
Z

2
= 118
Môđun m = 1,58 m = 2
Ta thấy do các số liệu của tiêu chuẩn mới đầy đủ hơn, phơng pháp tính chính xác hơn
nên kích thớc bộ truyền thu gọn hơn.

iii. Đánh giá chung
Qua nghiên cứu về phơng pháp thiết kế bánh răng theo TCVN 1067 - 84 và TCVN 1067 - 71
cùng một số tiêu chuẩn về bánh răng khác, chúng tôi đánh giá nh sau:
a. Thiết kế bánh răng theo tiêu chuẩn cũ 1067 - 84 đã không tính đầy đủ ảnh hởng của
hình dạng bề mặt tiếp xúc, chiều dài tiếp xúc và cha phân biệt rõ ràng sự ảnh hởng khác
nhau của các yếu tố trên đối với ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cũng nh ảnh hởng qua lại
giữa các yếu tố đó.
Các trị số của hệ số tập trung tải trọng
K
tt
quá ít và rời rạc.
b. Thiết kế bánh răng theo tiêu chuẩn TCVN 1067 - 71 đã khắc phục những nhợc điểm
trên nên mức độ chính xác cao hơn.
c. Với sự trợ giúp của máy vi tính, kết quả tính thử cho thấy độ chính xác theo TCVN
1067 - 71 cao hơn.
iv. Kết luận v kiến nghị
Phơng pháp tính theo TCVN 1067 - 71 hoàn thiện hơn TCVN 1067 - 84, phơng pháp này
đã đợc thể hiện qua phần mềm thiết kế bánh răng. Vì vậy xin kiến nghị: huỷ bỏ cách tính theo
tiêu chuẩn TCVN 1067 - 84 cùng các phần mềm dựa trên nó để thay thế bằng cách tính theo
TCVN 1067 - 71 và các phần mềm tơng ứng.
Tài liệu tham khảo
[1]. Đề tài mã số T2004 - CK - 35. Chủ nhiệm Trơng Tất Đích.
[2]. Các tiêu chuẩn về bánh răng của Việt Nam. TCVN 1067 - 71, TCVN 1989 - 71, TCVN 1067 84,
TCVN 1804 - 86.

[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