Slide chi tiết máy chương 5 truyền động bánh răng

11/1/2019

co

ng

.c
om

Chương 5. Truyền động bánh răng

du
o

ng

th

an

1

5.1. Khái niệm chung và phân loại
Nguyên lý truyền động

u

Nhờ sự ăn khớp của các răng bánh răng hoặc thanh răng => Truyền

cu

chuyển động hoặc biến đổi chuyển động: Thay đổi vận tốc hoặc mô men.

Bộ truyền BR trụ

Bộ truyền BR côn
2

1
CuuDuongThanCong.com

/>

11/1/2019

Phân loại
 Truyền động giữa các trục song song:

BR trụ răng nghiêng

ng

BR trụ răng thẳng

.c
om

BR chữ V

co

BR bánh răng trụ ăn khớp trong

du
o

ng

th

an

3

Phân loại

cu

u

 Truyền động giữa các trục giao nhau:

BR cơn cung trịn
BR cơn răng thẳng
 Truyền động giữa các trục chéo nhau:

BR côn chéo (hypôit)
4

2
CuuDuongThanCong.com

/>

11/1/2019

Phân loại

0
Bánh vít

.c
om

Trục vít

co

ng

Bộ truyền TV-BV

du
o

ng

th

an

5

Phân loại

cu

u

 Theo phương của răng:

Răng thẳng
Răng nghiêng
BR nghiêng có hướng răng
tạo với đường sinh 1 góc
nghiêng 

Răng
xoắn/cong

6

3
CuuDuongThanCong.com

/>

11/1/2019

Phân loại
 Theo tính chất di động của tâm bộ truyền:

- Truyền động thường: Tâm các bánh răng cố định

ng

.c
om

- Truyền động hành tinh:

co

- Tâm của các BR di động:

du
o

ng

th

an

7

Phân loại

u

 Theo vị trí ăn khớp

cu

-Bộ truyền ăn khớp ngồi
- Bộ truyền ăn khớp trong

BR ăn khớp ngoài
BR bánh răng trụ ăn khớp trong

8

4
CuuDuongThanCong.com

/>

11/1/2019

Phân loại

.c
om

- Theo hình dạng răng: BR thân khai, Cycloid, Nơvikov.

ng

BR có biên dạng là đường
thân khai => BR thân khai

co

BR thân khai

Một đoạn
đường thân khai
được sử dụng
làm cạnh răng

du
o

ng

th

an

9

Phân loại

u

- Ưu điểm BR thân khai:

cu

 Khả năng tải cao
 Ma sát trên răng nhỏ
 Phương pháp gia cơng hồn thiện, chính xác năng suất cao.

10

5
CuuDuongThanCong.com

/>

11/1/2019

Phân loại

BR Cycloid

co

ng

-Ưu điểm:
+ Khơng có hiện tượng cắt chân răng.
+ Hệ số trùng khớp lớn.
+ Áp suất tiếp xúc cực đại nhỏ vì là biên dạng lồi tiếp xúc
với biên dạng lõm.
-Nhược điểm:
+ Chế tạo khó khăn.
+ Khơng có khả năng lắp lẫn.
+ Ko có khả năng dịch tâm => đảm bảo khoảng cách trục
thật chính xác.
+ Tải trọng ở ổ trục là tải trọng biến thiên (góc ăn khớp
biến đổi trong quá trình chuyển động)

.c
om

- Theo hình dạng răng: BR thân khai, Cycloid, Nôvikov.

du
o

ng

th

an

Link video BR cycloid

11

Phân loại

cu

u

- Theo hình dạng răng: BR thân khai, Cycloid, Nơvikov.

 Biên dạng răng là một phần của đường tròn.

12

6
CuuDuongThanCong.com

/>

11/1/2019

Phân loại

co

ng

Bánh răng- thanh răng

.c
om

-Truyền động bánh răng – thanh răng: Biến chuyển động quy => tịnh tiến
hoặc tịnh tiến => quay

Các sơ đồ bánh răng thường gặp

cu

u

du
o

ng

th

an

13

Bộ truyền bánh răng
trụ răng thẳng

Bộ truyền bánh răng
trụ răng nghiêng

Bộ truyền bánh răng
côn

Bộ truyền bánh răng
chữ V

14

7
CuuDuongThanCong.com

/>

11/1/2019

Chế tạo bánh răng
 Chép hình (cắt định hình):

.c
om

Dao phay đĩa

ng

Dao phay mơ đun
có biên dạng thân
khai giống hình
dạng răng.

Gá phôi trên đầu chia phân độ
=> chia đều số răng.

co

Dao phay ngón

du
o

ng

th

an

15

Chế tạo bánh răng

cu

u

 Chép hình (phương pháp cắt định hình):

16

Link video

8
CuuDuongThanCong.com

/>

11/1/2019

Chế tạo bánh răng
 Bao hình:

Thanh răng

- Nguyên lý:

.c

om

+ Thanh răng sinh chuyển động tịnh
tiến và chuyển động vng góc với
phơi.
+ Phơi quay với vận tốc thích hợp
(vận tốc vịng trên vòng chia = vận tốc
tịnh tiến của thanh răng)
+ Thanh răng cắt phôi tạo nên các
răng thân khai trên bánh răng.

co

ng

Phơi

du
o

ng

th

an

17

Chế tạo bánh răng

cu

u

 Bao hình:

Phay lăn răng
Xọc răng
18

Link video (phay lăn răng+ xọc răng)

9
CuuDuongThanCong.com

/>

11/1/2019

Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng
 Ưu điểm:
- Kích thước nhỏ gọn, khả năng tải lớn.
- Tỷ số truyền ổn định, vận tốc ổn định.
- Hiệu suất cao ( = 0,97-0,99)
- Tuổi thọ cao, làm việc tin cậy

.c
om

 Nhược điểm:

- Chế tạo phức tạp, đắt tiền
- Tiếng ồn khi vận tốc cao
- Địi hỏi độ chính xác cao

ng

 Phạm vi sử dụng:

co

- BT bánh răng được ứng dụng rộng rãi.

du
o

ng

th

an

19

5.2. Các thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng
Mô đun

cu

u

 Mô đun m – Bánh răng thẳng

 Mô đun m – Bánh răng nghiêng (m = mn)
Mô đun tiêu chuẩn là mô đun pháp
pháp:

Mô đun ngang

mn= pn/= mt.cos

pn – là bước trong mặt phẳng vng góc với cạnh răng
20

10
CuuDuongThanCong.com

/>

11/1/2019

Mô đun

.c
om

 Mô đun m – Bánh răng thẳng

Mô đun tiêu chuẩn là mô đun pháp:

ng

 Mô đun m – Bánh răng nghiêng

co

pn – là bước trong mặt phẳng vuông góc với cạnh răng

du
o

ng

th

an

21

Số răng

u

 Số răng:

cu

+ Số răng bánh nhỏ Z1, bánh lớn Z2
+ Để tránh hiện tượng cắt lẹm chân răng, số răng Z cần thỏa mãn đk:
Với BR trụ răng thẳng Z > Zmin = 17
Với BR trụ răng nghiêng Z > Zmin = 14

22

11
CuuDuongThanCong.com

/>

11/1/2019

Prôfin gốc

.c
om

- Khi Z tăng vô
hạn , BR =>
Thanh
răng,
profin răng thân
khai => răng
cạnh thẳng.

-BR ko dịch chỉnh => Thanh răng cơ bản ứng với prơfin gốc:
+ Góc prơfin a = 200

Prôfin vát đỉnh: Với các bộ truyền
quay nhanh => giảm lực va đập khi
vào khớp và ra khớp, giảm tiếng ồn.

ng

+ Chiều cao răng h = 2.m
+ Khe hở hướng tâm c = 0,25. m

co

+ Bkính góc lượn chân răng: ri= 0,4.m

du
o

ng

th

an

23

Các thơng số hình học của bánh răng

cu

u

Góc ăn khớp: a tw
Tâm ăn khớp: P
Đường ăn khớp: AB
atw

B
P
atw

A

24

12
CuuDuongThanCong.com

/>

11/1/2019

Các thông số của bộ truyền bánh răng
 Thông số hình học
 Đường kính vịng chia:

.c
om

 Đường kính vịng đỉnh và chân răng:

y – hệ số dịch tâm
y = xt – (aw-a)/m

ng

 Góc prơfin răng (mặt mút):

co

 Chiều rộng vành răng b

Các thông số của bộ truyền bánh răng

du
o

ng

th

an

25

 Tỷ số truyền

cu

u

 Đường kính lăn:

 Khoảng cách trục (aw):

 Khoảng cách trục chia (a):

26

13
CuuDuongThanCong.com

/>

11/1/2019

Dịch chỉnh bánh răng
• Khơng dịch chỉnh:
- Đường trung bình dao
trùng với đường chia.

.c
om

• Dịch chỉnh dương:
- Đường trung bình dao xa
tâm: +x.m
• Dịch chỉnh âm:
- Đường trung bình dao
tiến gần tâm: - x.m

Việc chế tạo BR dịch chỉnh có phức
tạp hơn BR ko dịch chỉnh ??

ng

Không, chỉ là khi cắt có dịch dao dương

hoặc âm để dùng những đoạn thân khai
khác của cùng 1 vòng tròn cơ sở làm
cạnh răng.

co

 x – Hệ số dịch chỉnh

du
o

ng

th

an

27

Dịch chỉnh bánh răng

u

 Tùy theo cách chọn hệ số dịch chỉnh => có hai phương pháp:

cu

 Dịch chỉnh đều: xt = x1 + x2 = 0
- Chiều dày răng bánh nhỏ tăng, bánh lớn giảm, nhưng tổng chiều dày
ko đổi bằng bước răng p

+ Các vòng chia của BR tiếp xúc nhau, trùng với vịng lăn

+ K/cách trục, góc ăn khớp ko đổi so với bt BR ko dịch chỉnh
 Dịch chỉnh góc: xt = x1 + x2  0 (thông thường xt > 0)
+ Khi x1 > 0; x2> 0 => Chiều dày BR nhỏ và lớn > p/2
+ Các vòng chia ko tiếp xúc với nhau (vòng lăn > vòng chia)
= > Khoảng cách trục, góc ăn khớp tăng lên.

28

14
CuuDuongThanCong.com

/>

11/1/2019

Dịch chỉnh bánh răng
Nhận xét:

.c
om

+ Dịch chỉnh dương tăng chiều dày chân răng => tăng độ bền
uốn.
+ Tăng góc ăn khớp => tăng độ bền tiếp xúc của răng
+ Dịch chỉnh dương làm nhọn răng => giảm hệ số trùng khớp =>
ko chọn x quá lớn.

ng

=> Chọn x hợp lý: Cải thiện chất lượng ăn khớp, tăng độ bền, đảm
bảo khoảng cách trục cho trước

Hệ số trùng khớp

du
o

ng

th

an

co

29

cu

u

 Để bộ truyền làm
việc liên tục, trước khi
có 1 cặp răng ra khớp
đã phải có 1 cặp khác
vào.
 Hệ số trùng khớp =
Số cặp răng ăn khớp

trong cùng thời điểm
(trung bình).

30

15
CuuDuongThanCong.com

/>

11/1/2019

Hệ số trùng khớp
Để phản ảnh vùng ăn khớp là nhiều hay ít có:
 Hệ số trùng khớp ngang:

.c
om

 Hệ số trùng khớp ngang cần được chú ý đến khi tính độ bền truyền
động bánh răng.

co

ng

 Hệ số trùng khớp dọc:

ng

th

an

31

du
o

Bánh răng nghiêng và đặc điểm ăn khớp
o Đặc điểm bánh răng nghiêng: Trong br nghiêng, các răng có hướng tạo
với đường sinh 1 góc  .

cu

u

o Mơ đun trong mặt phẳng cắt pháp là mô đun tiêu chuẩn; mn = m

32

16
CuuDuongThanCong.com

/>

11/1/2019

Bánh răng nghiêng và đặc điểm ăn khớp
o Đặc điểm bánh răng nghiêng: Trong br nghiêng, các răng có hướng tạo

với đường sinh 1 góc  .

co

ng

.c
om

o Mơ đun trong mặt phẳng cắt pháp là mô đun tiêu chuẩn; mn = m

ng

th

an

33

du
o

Bánh răng nghiêng và đặc điểm ăn khớp
o Đặc điểm bánh răng nghiêng: Trong br nghiêng, các răng có hướng tạo
với đường sinh 1 góc  .

u

o Mơ đun trong mặt phẳng cắt pháp là mô đun tiêu chuẩn; mn = m
o Profil trong mặt phẳng pháp trùng với profil răng thẳng

cu

Mơ đun ngang:

Đk vịng chia:

-Mặt cắt theo mặt phẳng pháp tuyến A-A
là 1 hình elip với các bán trục:
a = d/ (2cos)
c = d/2
- Cạnh răng gần đúng là đường thân khai của BR
trụ răng thẳng nào đó => BR tương đương.
34

17
CuuDuongThanCong.com

/>

11/1/2019

Bánh răng nghiêng và đặc điểm ăn khớp
 Khi tính toán BR nghiêng sẽ thay thế bằng
bánh răng thẳng tương đương có thơng số:
rv= E = a2/c = d/2cos2
Đk vịng chia:

.c
om

Số răng tương đương:

co

ng

m = mt.cos

ng

th

an

35

dv > d; zv > z
Tăng độ bền
của truyền động
BR nghiêng.

u

du
o

Bánh răng nghiêng và đặc điểm ăn khớp

cu

 Ăn khớp êm, tải trọng động giảm do răng vào khớp dần dần.
 Chiều dài tiếp xúc tăng, tải trọng riêng giảm nên khả năng tải cao so với
răng thẳng.

- Chọn min sao cho hệ số trùng khớp dọc:  > 1,1. –
- Chọn max sao cho không tạo ra lực dọc trục quá lớn tác
dụng lên trục và ổ.
- Không chọn max quá lớn sẽ làm giảm hiệu suất, mòn
nhanh do vận tốc trượt dọc răng tăng.
Bộ truyền bánh răng
chữ V
Bộ truyền bánh răng
trụ răng nghiêng
36

18
CuuDuongThanCong.com

/>

11/1/2019

Độ chính xác chế tạo
 Sai số về bước và prơfin răng: làm giảm độ chính xác động học và mức
làm việc êm, gây nên tải trọng va đặp và tiếng ồn.
 Sai số về hướng răng so với đường sinh của mặt trụ chia với đường
nghiêng của trục:
=> Tải trọng phân bố thay đổi trên chiều rộng vành răng.

.c
om

TCVN quy định 12 cấp chính xác theo thứ tự độ chính xác giảm dần.

co

ng

Thơng thường nhất là cấp 6,7,8,9.

ng

th

an

37

cu

u

du
o

Độ chính xác chế tạo

38

19
CuuDuongThanCong.com

/>

11/1/2019

ng

.c
om

Kết cấu

co

• Kết cấu bánh răng cơ bản giống nhau, phụ thuộc kích thước, quy mơ
sản xuất và lắp ghép

ng

th

an

39

du
o

Kết cấu

• Khi bánh răng q nhỏ so với trục thì được làm liền trục:
- Đk đáy răng chênh lệch ko nhiều so với đường kính trục.

u

- Khoảng cách từ đáy răng đến rãnh then < 2,5.m (BR trụ)
< 1,6 mte (BR cơn)

cu

• Khi đường kính d < 500 mm, BR được rèn, dập hoặc đúc.
• Bánh răng được khoét lõm và lỗ để giảm khối lượng.
• Khi d > 500 mm; BR được chế tạo bằng hàn (đơn chiềc); đúc (hàng
loạt)
-BR liền trục
+ ưu điểm
+ Nhược điểm: Nhiệt luyện
trục và BR khác nhau
+ Phạm vi sử dụng

40

20
CuuDuongThanCong.com

/>

11/1/2019

Vật liệu
 Vật liệu: Vật liệu chọn làm bánh răng cần phải đảm bảo điều kiện về độ bền
uốn, độ bền tiếp xúc, đồng thời phải dễ cắt răng, đảm bảo độ chính xác và độ
nhẵn cần thiết.
 Vật liệu: Gang, thép, chất dẻo
 Bánh răng chịu tải: Thường được làm bằng thép

.c
om

 Thép làm BR: Chia 02 nhóm

 Nhóm I: Có độ cứng HB  350, nhiệt luyện: thường hóa hoặc tơi cải thiện

 Nhóm II: Vật liệu có HB > 350, nhiệt luyện: tôi, thấm C, N hoặc thấm C,N.

co

ng

 Nhận xét:
- Vật liệu nhóm I có thể cắt răng chính xác sau nhiệt luyện (độ cứng thấp).
Chọn vật liệu bánh nhỏ lớn hơn 10-15 đơn vị độ cứng so với bánh lớn.
- Vật liệu nhóm II: Nhiệt luyện sau khi cắt răng, cần nguyên công tu sửa BR:
mài, mài nghiền….

du
o

ng

th

an

41

5.3. Cơ sở tính tốn bộ truyền bánh răng
Lực ăn khớp

u

* Lực tác dụng lên các răng khi ăn khớp:

cu

- Lực ma sát (thường bỏ qua)
- Áp lực pháp tuyến (phân bố trên đường tiếp
xúc, vng góc với mặt răng)
- Trong tính tốn coi như lực tập trung, đặt tại
tâm ăn khớp, tại điểm giữa vành răng.


Fn1

Fn 2

- Đặt lên bánh răng 1
- Đặt lên bánh răng 2

42

21
CuuDuongThanCong.com

/>

11/1/2019

Lực ăn khớp

co

ng

.c
om

- Đối với bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng:

du
o

ng

th

an

43

Lực ăn khớp

cu

u

- Đối với bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng:
ĐK vịng lăn
bánh 1
Góc ăn khớp
Khi x1 x2=0
aw=a

 Lực vòng Ft1 ngược chiều quay, tiếp
tuyến trụ lăn trong mặt phẳng vng góc
với trục.
 Lực hướng tâm Fr1 hướng về tâm BR 1,
vng góc với trục 1.
44

22
CuuDuongThanCong.com

/>

11/1/2019

Lực ăn khớp

- Đối với bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng:

Góc ăn khớp trong
mặt phẳng pháp

ng

.c
om

Góc nghiêng răng
trên mặt trụ lăn.

+ Khi x1 x2 = 0; w = ; dw= d;

45

du
o

ng

th

an

+ b góc ngiêng của răng trong
mặt phẳng ăn khớp

co

atw=at

Sự phân bố không đều tải trọng

u

- Sự phân bố không đều tải giữa các răng
răng::

cu

+ Do hiện tượng trùng khớp ( >1) nên mô men xoắn truyền qua 1 hoặc
nhiều đơi răng.
+ BR nghiêng ln có từ 2 đơi ăn khớp trở lên => có sự phân bố khơng
đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp.
+ Do sai số chế tạo, tải phân bố không đều trên các đôi răng khi ăn khớp.
Kể đến sự phân bố không đều tải => đưa vào hệ số:
+ KFa - hệ số phân bố không đều tải trọng khi tính độ bền uốn
+ KHa - hệ số phân bố khơng đều tải trọng khi tính độ bền tiếp xúc
+ Hệ số này tăng khi vận tốc vòng tăng và cấp chính xác giảm
46

23
CuuDuongThanCong.com

/>

11/1/2019

Sự phân bố không đều tải trọng
- Sự phân bố không đều tải theo chiều rộng răng:
Do răng bị biến dạng, trục và vành bị biến dạng xoắn, trục bị uốn …

 Để phản ảnh yếu tố này, đưa vào hệ số
phân bố không đều tải trọng trên chiều
rộng vành răng, K:
+ KH - hệ số phân bố không đều tải trọng khi
tính độ bền tiếp xúc

.c
om

Tải trọng phân bố không đều theo chiều rộng vành răng.

co

ng

+ KF - hệ số phân bố khơng đều tải trọng khi tính độ bền uốn

du
o

ng

th

an

47

Sự phân bố không đều tải trọng

u

- Tải trọng động khi ăn khớp:

cu

Do răng bánh răng bị biến dạng, sai số bước răng, profin do chế tạo =>
tỷ số truyền tức thời thay đổi => gây va đập và sinh tải trọng động.
- Tải trọng động riêng qv: tải trọng động sinh ra trên một đơn vị chiều
rộng vành răng.
-Tải trọng riêng ngoài qt: Tải trọng tĩnh sinh ra trên một đơn vị chiều rộng
vành răng.
Cường độ tải trọng
 H bw d w1

q  qv  qt  K v .qt
q
Kv  1  v
qt

K Hv  1

K Fv  1

2T1 K H K Ha

 H   H g o v aw / a

 F bw d w1

 F   F g o v aw / a

2T1 K F K Fa

Hệ số xét đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp
48

24
CuuDuongThanCong.com

/>

11/1/2019

Sự phân bố khơng đều tải trọng
- Do có sự phân bố không đều tải trọng và tải trọng động:

.c
om

=> Tải trọng riêng tính tốn về độ bền tiếp xúc và uốn là:

ng

KH và KF là hệ số khi tính khi tính về độ bền tiếp xúc và uốn có giá trị ≥ 1

co

Tải trọng tính tốn với răng tăng lên.

du
o

ng

th

an

49

Ứng suất trên răng bánh răng

u

 Ứng suất trên răng:

cu

Ứng suất tiếp xúc lớn nhất có giá trị tại C.

Tại F có tập trung ứng suất, nết nứt thường
bắt nguồn tại đây, phát triển dần dần và làm gãy
răng.

- Ứng suất tiếp xúc thay đổi theo chu trình

mạch động.

50

25
CuuDuongThanCong.com

/>