Chương V: Truyền động trục vít - bánh vít

NgụVn Quyt, B mụn K thut C s, Khoa C khớ 501

CHNG V: Truyền động trục vít - bánh vít

Đ1- Khái niệm chung
1. Khái niệm
Truyền động trục vít dùng để truyền chuyển động quay giữa hai trục chéo nhau. Góc
giữa hai trục thường bằng 90
0
. Thông thường trục vít là khâu dẫn động.













Hình 2.4.1: Truyền động trục vít- bánh vít
2. Phân loại

Hình 2.4.2: Các loại truyền động trục vít- bánh vít

Theo biên dạng ren trục vít phân ra:
- Trục vít Acsimet (hình 2.4.2a): có cạnh ren thẳng trong mặt cắt dọc chứa đường tâm
trục vít. Giao tuyến của mặt ren với mặt cắt ngang (vuông góc với trục) là đường xoắn ốc

Acsimet.
Trục vít ác si mét có thể gia công ren bằng phương pháp tiện, song muốn mài phải
dùng đá định hình có biên dạng phức tạp nên thường sử dụng ở các bộ truyền yêu cầu có độ
rắn mặt ren nhỏ hơn 350 HB và cắt ren không mài.
- Trục vít convolut (hình 2.4.2b): có cạnh ren thẳng trong mặt cắt pháp tuyến; giao
tuyến của mặt ren với mặt cắt ngang là đường thân khai kéo dài. Trục vít convolut dễ gia
công bằng phương pháp phay và mài (do có cạnh ren thẳng trong mặt cắt pháp tuyến).
- Trục vít thân khai (hình 2.4.2.c): có cạnh ren thẳng trong mặt cắt tiếp xúc với mặt
trụ cơ sở. Giao tuyến của mặt ren với mặt cắt ngang là đường thân khai. Trục vít thân khai
khi mài ren có thể dùng phương pháp mài bằng đá định hình (phải sửa đá phức tạp) hoặc
có thể mài bằng đá dẹt khi này đòi hỏi phải có máy mài trục vít chuyên dùng.
Theo dạng đường sinh của trục vít phân ra:
- Truyền động trục vít trụ (hình 2.4.1b) có đường sinh thẳng, loại này được dùng phổ
biến.
a) b) c)
NgụVn Quyt, B mụn K thut C s, Khoa C khớ 502

- Truyền động trục vít lõm (trục vít glôbôit): Đường sinh là một cung tròn (hình
2.4.1c).
3. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng
Ưu điểm:
- Tỉ số truyền rất lớn.
- Làm việc êm, không ồn.
- Có khả năng tự hãm.
Nhược điểm:
- Hiệu suất thấp, sinh nhiệt nhiều do có trượt dọc răng.
- Cần sử dụng vật liệu giảm ma sát đắt tiền (đồng thanh) để chế tạo vành bánh vít.
- Yêu cầu cao về độ chính xác lắp ghép.
Phạm vi sử dụng:
Truyền động trục vít đắt và chế tạo phức tạp hơn bánh răng nên chỉ sử dụng khi cần

truyền chuyển động giữa hai trục chéo nhau và tỉ số truyền lớn. Mặt khác do hiệu suất thấp
và nguy hiểm về dính nên cũng hạn chế khả năng truyền công suất của bộ truyền này.
Thường dùng để truyền công suất nhỏ và trung bình P 50 60 kW; tỉ số truyền trong
khoảng 20 60, đôi khi đến 100 (trong khí cụ hoặc cơ cấu phân độ: u 300).

Đ2- Đặc điểm ăn khớp và kết cấu bộ truyền
1. Các thông số hình học
Dưới đây trình bày các thông số và quan hệ hình học chủ yếu của bộ truyền trục vít
Acsimet (cũng dùng cho trục vít convolut).
Bánh vít ăn khớp với trục vít Acsimet có biên dạng thân khai trong tiết diện dọc trục vít.














Hình 2.4.2: Các thông số hình học của bộ truyền trục vít.

a) Mô đun
Mô đun dọc của trục vít bằng mô đun ngang của bánh vít.
m =

p
p - bước dọc ren trục vít.
Mô đun m được tiêu chuẩn.
b) Hệ số đường kính q
Vì vành bánh vít lõm, khi cắt bánh vít không những phải dùng dao có cùng mô đun
với trục vít mà còn có kích thước và hình dạng giống như trục vít ăn khớp với bánh vít (trừ
đường kính vòng đỉnh lớn hơn để tạo khe hở hướng tâm).
Như vậy, kích thước bánh vít không những phụ thuộc vào mô đun mà còn phụ thuộc
vào đường kính dao. Để hạn chế số lượng dao và sử dụng dao tiêu chuẩn, cần đưa vào hệ số
đường kính q:
NgụVn Quyt, B mụn K thut C s, Khoa C khớ 503

q =
m
d
1
(2.4.1)
Các trị số q được tiêu chuẩn hoá (cho trong sổ tay).
c) Số mối ren trục vít Z
1
và số răng bánh vít Z
2
Số mối ren trục vít Z
1
được tiêu chuẩn hoá, có các giá trị 1, 2 và 4. Khi tăng Z
1
thì
hiệu suất tăng song chế tạo phức tạp và kích thước bộ truyền tăng.
Khi truyền công suất lớn không nên dùng Z
1

= 1 vì mất mát công suất nhiều và nóng.
Khi chọn Z
1
cần lưu ý để Z
2
= u . Z
1
không quá nhỏ tránh cắt chân răng hoặc quá lớn
làm kích thước bộ truyền cồng kềnh và mô đun giảm gây yếu bộ truyền: Z
2min
Z
2
Z
2max

với Z
2min
= 26 28, Z
2max
= 60 80
d) Bước ren p và bước xoắn vít p
z
:
p
z
= Z
1
. p
e) Góc vít

Là góc hợp bởi tiếp tuyến của đường
xoắn vít trong mặt trụ chia với mặt
phẳng đáy (vuông góc với trục đường
xoắn vít).
tg =
q
Z
d
mZ
d
pZ
d
p
z 1
1
1
1
1
1


(2.4.2)
thường lấy từ 5 20
0
.
f) Chiều dài đoạn cắt ren b
1
của
trục vít và chiều rộng bánh vít b

2

Chiều dài cắt ren b
1
được xác định theo điều kiện để bánh vít có số răng đồng thời ăn
khớp nhiều nhất (tra bảng).
Chiều rộng bánh vít b
2
được lấy theo đường kính mặt trụ đỉnh ren trục vít (tra bảng).
g) Góc bánh vít ôm trục vít 2


Là góc ở tâm trục vít chắn cung giới hạn bởi 2 mặt mút bánh vít và đường kính bằng
da
1
- 0,5m với m là mô đun.
Sin =
md
b
a
5.0
1
2


Các thông số hình học của bánh vít thường đo trong mặt phẳng chính (mặt phẳng
trung bình) là mặt phẳng vuông góc với trục bánh vít và chứa đường tâm trục vít.
h) Dịch chỉnh trong bộ truyền trục vít - bánh vít
Do trục vít được cắt có hình dạng và kích thước giống dao phay lăn khi gia công bánh
vít đồng thời vì vị trí dao cắt luôn giống vị trí trục vít ăn khớp với bánh vít nên chỉ tiến hành

dịch chỉnh đối với bánh vít.
Dịch chỉnh trong truyền động trục vít chủ yếu nhằm đạt khoảng cách trục cho trước.
Dịch chỉnh không làm thay đổi kích thước của trục vít (trừ đường kính vòng lăn và
chiều dài phần cắt ren b
1
).
Với bánh vít, dịch chỉnh làm thay đổi kích thước của nó trừ đường kính vòng chia và
vòng lăn luôn trùng nhau: d
2
= d
w2
= mZ
2

2. Tỉ số truyền và vận tốc
a) Tỉ số truyền
Khi trục vít quay được một vòng thì mỗi điểm trên vòng lăn bánh vít di chuyển một
khoảng bằng bước xoắn vít p
Z
tức là bánh vít quay được
2
d
p
Z

vòng.
Khi trục vít quay n
1
vòng, bánh vít quay được n
2

= n
1
2
d
p
Z


vòng.
Hình 2.4.3: Sơ đồ xác định góc nâng,
bước ren và bước xoắn vít.
NgụVn Quyt, B mụn K thut C s, Khoa C khớ 504

Hình 2.4.4: Hoạ đồ vận tốc
của bộ truyền trục vít

Vậy tỉ số truyền: u =
1
2
1
22
2
1
Z
Z
pZ
mZ
p
d
n

n
Z


(2.4.3)
Từ (2.4.2) có: p
Z
= d
1
tg
Nên u =


tgd
d
tgd
d
1
2
1
2
(2.4.4)


Vì u =
1
2
Z
Z
mà Z

1
nhỏ nên tỉ số truyền của truyền động trục vít lớn, đồng thời
u =
tgd
d
1
2
hay d
2
= ud
1
tg , với 25
0
do đó kích thước bộ truyền vẫn nhỏ gọn.
b) Vận tốc vòng và vận tốc trượt
Khác với truyền động bánh răng, vận tôc vòng v
1
của trục vít và v
2
của bánh vít không
cùng phương (tạo thành một góc, thường là 90
0
) và có trị
số khác nhau (hình 2.4.4).
v
1
=
3
11
10.60

nd

(m/s) (2.4.5)
v
2
=
3
22
10.60
nd

(m/s) (2.4.6)
Vì
w1
2
2
1
tgd
d
n
n


Nên
22w11
dntgdn
hay v
2
= v
1

tg
w
(2.4.7)
Vậy, khi bộ truyền làm việc có trượt dọc theo ren
trục vít (ren vít trượt dọc trên răng bánh vít):
v
T
=
w
w
ndv



cos10.60cos
3
111
(2.4.8)

w
- góc vít trên mặt trụ lăn, với bộ truyền không dịch
chỉnh
w
=
cos =
22
1
2
1
2

1
1
1
1
qZ
q
q
Z
tg














Vậy: v
T
=
22
1
3
1

22
1
3
11
qZ
10.60
mn
q
qZ
.
10.60
nd




v
T
=
2
2
1
3
1
10.1,19
qZ
mn
(2.4.9)
Trượt dọc răng làm mất mát công suất, tăng mòn và dính nên trong thiết kế thường
lấy vận tốc trượt v

T
làm căn cứ chọn vật liệu bánh vít.
3. Hiệu suất
Khi làm việc, bộ truyền trục vít - bánh vít bị mất mát công suất là do:
- Ma sát giữa răng bánh vít và ren trục vít.
- Ma sát trong ổ trục.
- Ma sát do khuấy dầu.
Nếu chỉ kể đến mất mát công suất do ma sát giữa ren trục vít và răng bánh vít, khi
trục vít dẫn động, hiệu suất tính bằng công thức:
NgụVn Quyt, B mụn K thut C s, Khoa C khớ 505


K
=
1t
2t
111t
222t
11
22
1
2
F
tgF
ndF
ndF
nT
nT
P
P

(vì d
2
n
2
= d
1
n
1
tg)
Tương tự bánh răng nghiêng:
F
t1
= F
a2
= F
t2
tg( + )
Do đó:
K
=
)'(tg
tg


(2.4.10)
là góc ma sát: = arctg f với f- hệ số ma sát tương đương ( và f tra bảng).
Nếu kể cả đến tổn thất công suất do khuấy dầu:
=
)'(tg

tg
95,0


(2.4.11)
Hiệu suất tăng khi góc tăng và giảm. Do tg =
q
Z
1
nên tăng khi Z
1
tăng, q
giảm. Thực tế thường chọn 25
0
để kích thước bộ truyền không quá lớn do Z
1
tăng và
trục vít đủ cứng do q giảm.
Khi bánh vít chủ động, hiệu suất tính theo công thức:
= 0,95


tg
)'(tg
(2.4.12)
Khi , 0 bộ truyền tự hãm tức là không thể truyền chuyển động từ bánh vít
sang trục vít. Tính chất này thường được sử dụng trong cơ cấu nâng. Tuy nhiên khi bộ
truyền có tính tự hãm thì hiệu suất truyền động sẽ rất thấp ( < 0,5) nên chỉ dùng khi cần
thiết.
4. Độ chính xác chế tạo

Giống như bộ truyền bánh răng, tiêu chuẩn qui định 12 cấp chính xác chế tạo, theo
thứ tự giảm dần từ 1 12. Chọn cấp chính xác chế tạo được căn cứ theo vận tốc trượt v
T
,
thường sử dụng cấp 7, 8, 9.
Tiêu chuẩn cũng qui định 6 dạng khe hở cạnh răng, giảm dần theo thứ tự A, B, C, D,
E, H (H- khe hở bằng không).
Bộ truyền trục vít nhạy với sai số lắp ghép nên còn có qui định chặt chẽ về dung sai
khoảng cách trục và dung sai vị trí mặt phẳng trung bình của bánh vít so với trục vít.
5. Kết cấu bộ truyền







a) b)








c) d) e) f)

Hình 2.4.5: Kết cấu trục vít và kết cấu vành bánh vít.