Truyền động cơ khí - Bài mở đầu: Những vấn đề chung về truyền động cơ khí

Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 1 Phần II: TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ Bài mở đầu: Những vấn đề chung về TĐCK 0.1. Sự cần thiết sử dụng Truyền động cơ khí 0.1.1 -Khái niệm: - Truyền cơ năng từ động cơ đến các bộ phận - Biến đổi vận tốc/ lực/ mô men hoặc dạng, quy luật chuyển động Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 2 0.1.2 -Nguyên nhân sử dụng TĐCK - Tốc độ các bộ phận công tác có nhiều giá trị khác nhau  dùng động cơ tốc độ chuẩn + TĐCK rẻ, tiện hơn - Dùng TĐCK cho phép từ 1 động cơ có thể truyền đến nhiều bộ phận công tác khác nhau. - Dạng chuyển động của các bộ phận công tác thường đa dạng (quay đều, quay không đều, quay lắc, tịnh tiến khứ hồi), không có động cơ thỏa mãn – nếu có rất đắt. - Dùng TĐCK an toàn cho người vận hành hơn là nối trực tiếp động cơ với bộ phận công tác. Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 3 0.1.3 -Phân loại TĐCK - Truyền động nhờ ma sát: Truyền động Đai, Truyền động bánh ma sát - Truyền động nhờ ăn khớp: Truyền động bánh răng, Truyền động bánh vít, Truyền động xích Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 4 0.2. Các ký hiệu và thông số chính: - Công suất: P (KW) - Với mỗi cặp truyền động, chỉ số 1 – trục/bánh chủ động; chỉ số 2 – bị động. Ví dụ P1, P2 - Tốc độ quay : n1, n2 (vòng/phút) - Tỷ số truyền : u=n1/n2 (dương, không xét chiều quay) - Hiệu suất : = P2/P1 - Mô men xoắn : Ti= 9,55.10 6 Pi /ni Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 5 Chương 6: TRUYỀN ĐỘNG BÁNH MA SÁT 6.1. Khái niệm chung -Truyền chuyển động quay nhờ lực ma sát sinh ra trên vùng tiếp xúc chung giữa các bánh ma sát. Fms = N. f  Muốn có lực ma sát cần tạo lực ép. 6.1.1 -Khái niệm Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 6 6.1.2 -Phân loại - TST ko đ/c được (m/s) - TST đ/c được (biến tốc) +)Theo kh¶ năng ®iÒu chØnh tû sè truyÒn +) Theo hình thức tiếp xúc Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 7 6.1.3 -Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng -Cấu tạo đơn giản a. Ưu điểm b. Nhược điểm -Lực tác dụng lên trục và ổ lớn -Làm việc êm, không ồn -Có khả năng điều chỉnh vô cấp tốc độ -Tỷ số truyền không ổn định do trượt -Khả năng tải tương đối thấp Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 8 -Truyền công suất nhỏ và trung bình (dưới 20 kW) c. Phạm vi sử dụng -Tỉ số truyền nhỏ hơn 7 -Dùng nhiều trong thiết bị rèn, ép, các bộ biến tốc 15 20v - (m/s) Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 9 6.2. Cơ sở tính toán truyền động bánh ma sát - Sự trượt - Tỷ số truyền - Lực ép + Trượt hình học + Trượt đàn hồi + Trượt trơn + TST trong truyền động thường + TST trong Biến tốc ma sát Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 10 6.2.1 -Sự trượt trong truyền động bánh ma sát -Hiện tượng: sự chênh lệch vận tốc vòng giữa các bánh ma sát. -Hậu quả: Gây mòn, xước, phát sinh nhiệt, giảm hiệu suất truyền dẫn. -Có 3 dạng trượt trong TĐBMS: Trượt hình học, trượt đàn hồi, trượt trơn. Trượt đàn hồi là bản chất của TĐMS, không thể khắc phục được. Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 11 a. Trượt hình học -Nguyên nhân: Do hình dáng hình học không hợp lý -Hiện tượng: Xảy ra dọc đường tiếp xúc chung - Khắc phục/ giảm: + Ma sát đĩa: bánh MS trụ dạng trống + Truyền chuyển động giữa các trục // phải đảm bảo đường t/xúc // với trục + Truyền chuyển động giữa các trục cắt nhau: đường t/xúc kéo dài phải đi qua giao điểm trên 2 trục Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 12 b. Trượt đàn hồi Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 13 - Nguyên nhân: Do biến dạng đàn hồi không giống nhau theo phương tiếp tuyến giữa các phần tử 2 bánh ma sát trong vùng tiếp xúc chung. - Hiện tượng: Chênh lệch vận tốc tế vi giữa các điểm trong vùng tiếp xúc. - Vật liệu luôn có tính đàn hồi nên không thể khắc phục triệt để trượt đàn hồi. Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 14 c. Trượt trơn -Nguyên nhân: quá tải. Lực vòng cần truyền lớn hơn lực ma sát có thể sinh ra. -Khi Ft y Fms trượt trơn từng phần. -Khi trượt trơn toàn phần. t ms t txF F     Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 15 t n F F f    - Fn.f càng lớn => Ft càng lớn. -Giá trị hợp lý của Fn.f được xác định qua quan hệ giữa hệ số kéo  với hệ số trượt . -Thí nghiệm với các giá trị khác nhau của  vẽ được đường cong trượt và hiệu suất 6.2.2. Hệ số kéo, đường cong trượt và đường cong hiệu suất: - Hệ số kéo: Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 16 Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 17 6.2.3. Tỷ số truyền 1 2 2 1 d d n n u  2 2 1 1 1 d n d n    - Không trượt (v1=v2): ? 2 1 21  n n vv- Có trượt 11 22 1 2 1 21 1 11 nd nd v v v vv v vt    1 2 2 1(1 ) n d u n d      a. Truyền động bánh ma sát trụ Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 18     1 2 2 2 2 1 1 1 n d tg u tg n d           d1, d2- đường kính trung bình của các bánh dẫn và bị dẫn b. Truyền động bánh ma sát côn Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 19 d1 = const; d2 = [d2min Id2max]   2min min 1 1 d u d      2max max 1 1 d u d    2 ax ax 2 ax 2min min 2minu d m m mn u dD n    Khoảng điều chỉnh tốc độ c. Biến tốc ma sát trực tiếp Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 20 d1 = [d1min Id1max] d2 = [d2min Id2max] d. Biến tốc ma sát gián tiếp   2min min 1 ax 1m d u d      2max max 1min 1 d u d    2 ax ax 2 ax 1 ax 2min min 2min 1minu d m m m mn u d dD n d      Khoảng điều chỉnh tốc độ 1min 2min mind d d  1max 2max maxd d d  2 2 ax 2mind mdD         Nếu: Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 21 Fms = f.Fn -Điều kiện cần để truyền lực vòng : => f. Fn ≥ Ft 6.2.4. Lực ép a. Cơ sở để xác định lực ép -Lực ma sát : Fms ≥ Ft Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 22 . t n s F F f   0 t n F F f    0 t n F F f    Khi thiết kế chọn hệ số kéo là hệ số kéo tới hạn: 0 1 s  Trong đó: Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 23 b. Lực ép trong truyền động bánh ma sát trụ Fe Fe e nF F . t e s F F f   Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 24 b. Lực ép trong truyền động bánh ma sát côn e1 1F sinnF   e2 2F sinnF   . t n s F F f Đã có 1 1 2 2 . sin . sin t e t e s F F f s F F f       Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 25 6.3. Vật liệu và ứng suất cho phép 6.3.1. Vật liệu -Vật liệu phải có độ bền tiếp xúc và độ bền mỏi cao -Hệ số ma sát lớn Yêu cầu đối với vật liệu: Các loại vật liệu thường dùng: -ШХ15, 65Г tôi thể tích -18XГТ, 12XH3A, 18X2H2ВА vv thấm than và tôi -Gang СЧ 15-32, СЧ 18-36, СЧ 24-44 với bộ truyền hở, làm việc khô hoặc có dầu; -Thép hoặc gang với tếchtôlít hoặc phíp -Tải nhỏ có thể dùng gỗ hoặc bọc da, vải cao su Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 26 6.3.2. Ứng suất cho phép -Thép với thép có dầu bôi trơn -Thép với thép không có dầu bôi trơn -Gang với gang hoặc thép không có dầu bôi trơn    2,5 3H HB      1,5 2,5H HB     1,5H HB   -Tếch tô lít với thép hoặc gang: N/mm2   50 60nq  -Phíp với thép hoặc gang: N/mm2   30 40nq  Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 27 6.4. Tính toán độ bền truyền động bánh ma sát 6.4.1. Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính toán -Tróc vì mỏi bề mặt làm việc: bộ truyền kín, bôi trơn đầy đủ; -Mòn: khi không bôi trơn hoặc bôi trơn không đầy đủ; -Dính: khi vận tốc cao, tải trọng lớn, bôi trơn không đầy đủ. a. Các dạng hỏng b. Chỉ tiêu tính Tính theo sức bền tiếp xúc:  n nq q  H H -Với vật liệu kim loại: -Với vật liệu phi kim loại: Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 28 6.4.2. Tính toán độ bền truyền động bánh ma sát trụ  0,418 nH H q E        a. Với vật liệu kim loại n n F q b  qn -tải trọng phân bố 1 1 2t n s F s T F f f d       Fn –áp lực pháp tuyến Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 29 ρ –Bán kính cong tương đương tại chỗ tiếp xúc 1 2 2 1         1 2 2 1 d d d d     1 1 2 d   2 2 2 d   Vì: 2 1d u d  2 1 1 2 2 1 d d a a d u       Lại có:   2 1 a u u     Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 30     3 1 10,418 H H s T u E a f u b            1 2 1 2 2 E E E E E     E –Mô đun đàn hồi tương đương Thay qn, E và ρ vào công thức tính ứng suất tiếp xúc ta có: / 0,2 0,4ba b a   Khi thiết kế đặt và biến đổi công thức trên được:     2 13 0,418 1 H ba s T E a u f u               Công thức kiểm ngiệm Công thức thiết kế Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 31 b. Với vật liệu phi kim loại    1 1 n t n n s T uF s F q q b f b f a           Tính toán đảm bảo điều kiện:  n nq q Công thức kiểm ngiệm / 0,2 0,4ba b a   Khi thiết kế đặt và biến đổi công thức trên được:     1 1 n ba s T u a q f        Công thức thiết kế Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 32 * Một số công thức thiết kế thời gian phục vụ L , hệ số làm việc trong ngày Kng; hệ số làm việc trong năm Kn . Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 33 * Một số công thức tính bộ biến tốc ma sát đĩa thời gian phục vụ L , hệ số làm việc trong ngày Kng; hệ số làm việc trong năm Kn . 34 Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí 35 * Một số công thức tính Bộ truyền bánh ma sát trụ hình chêm 36