Môn học chi tiết máy - Chương 3: Truyền dẫn trong máy

MƠN HỌC CHI TIẾT MÁY GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VĂN THẠNH BỘ MƠN: THIẾT KẾ MÁY KHOA CƠ KHÍ TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM 3/11/2011 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 2 CHƯƠNG 3 TRUYỀN DẪN TRONG MÁY 3/11/2011 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 3 ξ1CHỨC NĂNG, YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI Chức năng • Bộ phận truyền dẫn trong máy thực hiện hai chức năng: • Truyền công suất, chuyển động (chủ yếu là chuyển động quay) từ trục này sang trục khác để truyền công suất, chuyển động từ nguồn (động cơ) đến nơi cần thiết. • Biến đổi chuyển động (nhanh chậm, thay đổi được, quay thành tịnh tiến…). 3/11/2011 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 4 2. Yêu cầu Trong quá trình truyền và biến đổi chuyển động, bộ phận truyền dẫn phải thoả mãn các yêu cầu sau đây: – Phạm vi thay đổi tốc độ và số cấp thay đổi của bộ phận cần thay đổi. – Phạm vi thay đổi được đặc trưng: – Rnq= nmax/nmin , đối với chuyển động quay. – Hay – Rnt=vmax/vmin , đối với chuyển động tịnh tiến. – Truyền động chính xác theo yêu cầu. – Thực hiện việc điều khiển an toàn, thuận tiện, dễ dàng. – Hiệu suất truyền công suất cao. – Kết cấu có tính công nghệ cao, dễ thay thế, lắp ráp,… – Ngoài ra, còn nhiều yêu cầu khác (chưa xét đến ở đây như không rung, không ồn…). 3/11/2011 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 5 3. Phân loại Có thể phân loại hệ thống truyền động theo nhiều cách: -Theo cơ cấu được sử dụng: đai, xích, bánh răng,… -Theo khả năng thay đổi tỉ số truyền: hộp tốc độ (để thay đổi số vòng quay n), hộp giảm tốc, hộp tăng tốc (ít dùng). - Theo tính chất thay đổi tỉ số truyền: vô cấp, phân cấp,… - Theo công dụng: hộp tốc độ (hộp số, hộp trục chính), hộp xe dao, hộp phân độ, hộp di chuyển nhanh. - Theo khả năng che chắn: hộp kín, hộp hở. 3/11/2011 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 6 ξ2 HỘP GIẢM TỐC • Hộp giảm tốc là một hệ thống bánh răng dùng để giảm tốc độ quay và truyền công suất từ động cơ đến bộ phận công tác. • Thông thường người ta thiết kế và chế tạo sẵn hộp giảm tốc và coi như thiết bị riêng, độc lập để khi cần thiết có thể mua sắm. • Ưu điểm của hộp giảm tốc là hiệu suất, độ tin cậy và tuổi thọ cao; thuận tiện, đơn giản khi sử dụng. • Hộp giảm tốc có thể phận loại theo các đặc điểm: – Loại truyền động: hộp giảm tốc bánh răng trụ, bánh răng nón, trục vít-bánh vít. – Số cấp: hộp giảm tốc một cấp, hai cấp, ba cấp,… – Vị trí tương đối giữa các trục trong không gian: hộp giảm tốc nằm ngang, thẳng đứng. – Dạng sơ đồ động: hộp giảm tốc khai triển, hộp giảm tốc đồng trục, hộp giảm tốc có cấp phân đôi. 3/11/2011 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 7 ξ3 HỘP TỐC ĐỘ I. Các Cơ Cấu Dẫn Động Thường Dùng Trong Hộp Tốc Độ Ở đây giới thiệu một số cơ cấu cơ khí thương dùng để thay đổi tốc độ của trục công tác. 1. Bộ Truyền Dây Đai: Trong các máy đơn giản, để thay đổi tốc độ thường dùng bộ truyền đai dẹt với puli thay thế như hình (a) hay puli nhiều bậc như hình (b). constCA L dDdDdD == ∏ − ∏ =+==+=+ 2 2 2 ...2211 3/11/2011 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 8 2. Bánh Răng Thay Thế • Trên những máy mà khi làm việc ít thay đổi tốc độ như các máy chuyên dùng, máy tự động, bán tự động... có thể sử dụng hộp tốc độ bánh răng thay thế. Số bánh răng thay thế có thể là hai như sơ đồ (c) và có thể là bốn như sơ đồ (d) để thay đổi tỉ số truyền từ trục I sang trục II. Điều kiện ăn khớp: Với sơ đồ 2 bánh răng là: a+b= const Với sơ đồ 4 bánh răng là : a+b > c+15 c+d > b+15 3/11/2011 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 9 3. Bánh Răng Nhiều Bậc Di Trượt: • Đây là loại cơ cấu thường dùng nhất trong hộp tốc độ. Có thể dùng khối bánh răng 2, 3, 4 bậc như trên hình vẽ: Ở đây b là bề rộng bánh răng (tính toán) , f là khe hở để thoát dao khi xọc răng hoặoặc là khe hở an toàn hoặëc là khe hở để lắp má của hệ thống tay gạt. f = 8... 12 (mm) để lắp má gạt. f = 2... 3 (mm) để an toàn. f <= m để thoát dao khi xọc răng. 3/11/2011 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 10 4. Bánh Răng Kết Hợp Với Ly Hợp • Để khắc phục nhược điểm của việc sử dụng khối bánh răng di trượt, trong hộp tốc độ người ta kết hợp bánh răng với ly hợp vấu, ly hợp ma sát hay ly hợp điện từ. 3/11/2011 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 11 5. Cơ Cấu Then Kéo • Sơ đồ động của cơ cấu then kéo như ở hình vẽ (a). • Cơ cấu này bao gồm khối bánh răng 1 lắp cố định trên trục I ăn khớp với một khối bánh răng 2 lắp lồng không trên trục II. 3/11/2011 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 12 6. Cơ Cấu Mean • Là cơ cấu gồm nhiều khối như nhau tạo thành từ hai bánh răng có số răng là a và b lắp trên hai trục I và II như hình vẽ. Nối các bánh răng này với bánh răng di trượt có số răng là c trên trục III qua bánh răng trung gian Zo. Dãy tỉ số truyền từ i1 – i6 lập thành một cấp số nhân với công bội là q=b/a. Có một giá trị u > 1 Một giá trị u =1 Và một số giá trị u < 1 Tức là cơ cấu Mean dùng truyền động từ trục I sang trục III vừa giảm, tăng vừa không đổi. 3/11/2011 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 13 7. Cơ Cấu Norton Nhờ bánh răng trung gian nên tổng số răng của hai bánh trên hai trục ăn khớp không cần phải là hằng, nên việc lựa chọn các số răng dễ dàng. 3/11/2011 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 14 8. Cơ cấu đảo chiều Ngoài thay đổi số vòng quay, trong nhiều trường hợp các bộ phận máy còn cần đổi chiều quay. Có thể đảo chiều bằng các cơ cấu cơ khí: a. Cơ cấu đai truyền b. Cơ cấu bánh răng trụ Thực chất là thêm hay bớt số cặp bánh răng ăn khớp ngoài (để thêm hay bớt số lần đổi chiều quay). Có thể thực hiện việc thêm hay bớt số cặp bánh răng ăn khớp bằng cách sử dụng: – Cơ cấu bánh răng di trượt cùng với ly hợp. – Dùng đầu đảo chiều (chạc đầu ngưa). 3/11/2011 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 15 c. Dùng cơ cấu bánh răng nón và ly hợp (Các mục a, b, c có thể xem [2]_ Thiết Kế Máy Cắt Kim Loại của Nguyễn Ngọc Cẩn). d. Cơ cấu bánh răng hành tinh Cơ cấu này ngoài việc đảo chiều còn thực hiện tỉ số truyền bất kỳ có giá trị lớn nên hay dùng ở các xích cần chuyển động nhanh sau khi đảo chiều. ? 3/11/2011 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 16 II. Nguyên Tắc Hình Thành Xích Truyền Động Trong Hộp Tốc Độ. • Để truyền động với phạm vi thay đổi lớn và nhiều cấp, trong thực tế người ta hay sử dụng nhiều cơ cấu đồng thời. Ví dụ, có thể sử dụng: bánh răng thay thế + Norton + bánh răng di trượt hay puli bậc hay puli bậc + bánh răng di trượt,… 3/11/2011 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 17 ** Điều Kiện Không Chạm Khi Di Trượt • Nhóm truyền từ trục I sang trục II với ba tỉ số truyền nhờ các cặp bánh răng Z1 _ Z’1, Z2 _ Z’2 , Z3 _ Z’3 như hình vẽ: • Các bánh răng này có cùng môđun. Muốn gạt Z1 ăn khớp với Z’1 thì Z3 không chạm vào Z’2 nghĩa là Z3 δz. • Tính toán cụ thể ta có kết quả: – Z2 - Z3 > 4 khi f0 = 1 – Z2 - Z3 ≥ 4 khi f0 = 0,8 Trong đó f0 là hệ số chiều cao đầu răng. • Hoàn toàn tương tự ta có quan hệ giữa Z1 và Z2: – Z2 – Z1 > 4 khi f0 = 1 – Z2 – Z1 ≥ 4 khi f0 = 0,8 3/11/2011 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 18 ξ5 TRUYỀN ĐỘNG VÔ CẤP • Cơ cấu truyền dẫn vô cấp (còn gọi là biến tốc) là cơ cấu dùng để thay đổi một cách liên tục tốc độ quay của trục bị động khi tốc độ quay của trục dẫn là một hằng số. • Đặc trưng chính của biến tốc là phạm vi điều chỉnh có thể đạt D = 3 đến 8 3/11/2011 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 19 I. Phân Loại Và Đặc Điểm 1. Phân Loại: Người ta có thể phân loại hộp biến tốc theo nhiều cách khác nhau: • Theo cơ cấu sử dụng cụ thể: biến tốc đai, biến tốc con lăn, biến tốc đai xích. • Theo số cấp: một cấp, hai cấp. • Theo đường truyền động: trực tiếp_ từ trục chủ động trực tiếp truyền sang trục bị động; gián tiếp_ từ trục chủ động trực tiếp truyền sang trục bị động thông qua trục trung gian. • Theo nguyên lý làm việc, chia ra làm ba loại: cơ khí, thuỷ lực, điện. Đây là những cách phân loại thông dụng nhất. Ở đây ta xét một số cơ cấu truyền dẫn vô cấp cơ khí, còn các cơ cấu truyền dẫn vô cấp bằng thuỷ lực, điện được xét trong các giáo trình thuỷ lực, điện. 3/11/2011 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 20 ðặc điểm: • Truyền dẫn vô cấp được sử dụng rộng rãi trong các máy cắt kim loại , máy ép, máy vận chuyển liên tục vì truyền dẫn vô cấp có những ưu điểm sau: – Trong phạm vi điều chỉnh từ nmin đến nmax có thể điều chỉnh để đạt được số vòng quay bất kỳ phù hợp với chế độ làm việc. Vì vậy biến tốc thích hợp trong lĩnh vực tự động hoá và điều khiển tự động chọn chế độ tối ưu. – Có thể dễ dàng thực hiện chuyển động nhanh mà không cần xích truyền động nhanh riêng. – Thực hiện việc điều chỉnh nhanh chóng, dễ dàng ngay khi máy đang chạy. • Tuy nhiên, truyền dẫn vô cấp có những nhược điểm: kết cấu cồng kềnh, phức tạp, sữa chữa và chế tạo khó khăn, giá thành cao. 3/11/2011 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 21 II. Các Cơ Cấu Biến Tốc Cơ Khí Hầu hết các cơ cấu biến tốc cơ khí làm việc trên nguyên tắc dùng ma sát để truyền động. 1. Biến Tốc Đĩa _ Con Lăn Đây là bộ truyền ma sát trực tiếp trong đó vị trí một bánh có thể thay đổi liên tục làm cho vị trí tiếp xúc trên bánh kia thay đổi liên tục nên tỉ số truyền thay đổi liên tục. Thông thường cơ cấu này hay dùng với: - Phạm vi điều chỉnh: D = 4, - Vận tốc vòng lớn nhất: vmax = 10 m/s, - Công suất lớn nhất P=4KW. 3/11/2011 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 22 Để mở rộng phạm vi điều chỉnh người ta dùng điều chỉnh vô cấp gồm hai đĩa ma sát và một con lăn trung gian như hình vẽ: Về nguyên tắc truyền động, có thể coi cơ cấu này gồm hai cơ cấu trên mắc nối tiếp nên nó mang đầy đủ các đặc tính của cơ cấu trên, chỉ có phạm vi điều chỉnh lớn hơn nhiều (D = 16). 3/11/2011 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 23 2. Biến Tốc Đai: a. Cơ Cấu Đai Truyền Puli Côn Ưu điểm của cơ cấu này là ở nơi tiếp xúc không có sự chênh lệch lớn về vận tốc, áp suất bề mặt nhỏ nên bề mặt côn ít bị mòn. Thường dùng hai pu li hình côn có kích thước như nhau nên: 2 min2 max2       = R R D 3/11/2011 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 24 b. Cơ Cấu Heynau Về nguyên tắc truyền động, cơ cấu này cũng như bộ truyền đai thang. Dịch chuyển đồng thời hai đĩa di trượt trên hai trục để làm thay đổi bán kính tiếp xúc trên hai puli Thông thường kích thước của hai puli giống nhau nên: Cơ cấu này được dùng nhiều nhất là trong hộp trục chính của máy nhỏ (máy khoan có công suất nhỏ). 2 min2 max2       = R R D 3/11/2011 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 25 c.Cơ Cấu Biến Tốc Hai Khối Xuyến Lõm Gồm hai đĩa ma sát (1), (2) lắp đồng đường tâm. Bề mặt làm việc của đĩa ma sát là mặt xuyến lõm. Hai đường sinh của hai khối xuyến lõm tạo nên một cung tròn R tâm O. Phạm vi điều chỉnh: Cơ cấu này tuy nhỏ gọn nhưng phức tạp và yêu cầu chính xác cao khi chế tạo, lắp ráp. 2 min max       = R R D 3/11/2011 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 26 ξ6 CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC TRUYỀN DẪN • Trong hệ thống truyền dẫn, do thiết kế, chế tạo, lắp ráp không chính xác, do mòn, rỉ trong quá trình làm việc,..., nên truyền động không chính xác. Vì vậy cần thiết phải có cơ cấu phụ để khử, bù, hiệu chỉnh sai số trong truyền dẫn. Ở đây chủ yếu nêu ra một số kết cấu khử độ rơ (do chế tạo, lắp ráp không chính xác và do mòn) trong truyền dẫn bánh răng, bộ truyền vitme - đai ốc. 3/11/2011 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 27 • Ở bộ truyền trục vít _ bánh vít người ta có thể khử độ rơ bằng cách dùng hai trục vít trong đó trục (1) và trục vít (2) có thể di trượt dọc trục và luôn luôn được tiếp xúc với bánh vít nhờ lòxo (3). • Cũng có thể lắp trục vít (1) lên giá lắc (2) có thể lắc quanh tâm O và dùng lòxo (3) buộc trục vít (1) luôn tiếp xúc với bánh vít. • Ở đây các lò xo (3) có thể thay bằng hệ thống thuỷ lực. 3/11/2011 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 28 ? ? 3/11/2011 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 29 ? ? 3/11/2011 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 30 ? 3/11/2011 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 31 Ở những máy yêu cầu chính xác động học cao như máy cắt ren chính xác, máy phay chép hình, máy doa tốc độ, ... , người ta sử dụng hệ thống tự động phát hiện và bù trừ sai số. Vd: Sai số bước vít me được phóng đại 1000 lần để làm mẫu chép hình (1). Đầu dò (2) tì lên mẫu (1) và khuếch đại một lần nữa qua hệ thống đòn. Sai số (đã được khuếch đại ) được thu vào cảm biến (3), qua bộ phận xử lý (4) (lọc, khuếch đại, ...), vào bộ phận điều khiển (5) để điều khiển số vòng quay của động cơ thuỷ lực (6) làm cho vitme sẽ quay với tốc độ thích hợp. Sơ đồ tự động hiệu chỉnh sai số trong truyền động vitme_đai ốc chạy dao của máy tiện ren vít Hệ thống này có thể đạt sai số bước vitme 0,08 mm tích luỹ trên chiều dài 1000 mm. 3/11/2011 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 32 HẾT CHƯƠNG 3