Báo cáo khoa học: "Tính toán khả năng chịu tải của truyền động đai răng"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Nguyễn Phương Hà Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

65
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ngày nay nhờ sự truyền động đai răng đ-ợc ứng dụng rất rộng rãi trong kỹ thuật. Để có một bộ truyền động đạt yêu cầu kỹ thuật, cần phải tính toán khả năng chịu tải của nó. Cho đến nay các ph-ơng pháp tính toán vẫn ch-a đ-ợc thống nhất. Bài báo đ-a ra một ph-ơng pháp tính toán kết hợp đ-ợc tính hợp lý và khoa học của ph-ơng pháp khác.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo khoa học: "Tính toán khả năng chịu tải của truyền động đai răng"

TÝnh to¸n kh¶ n¨ng chÞu t¶i cña truyÒn ®éng ®ai r¨ng TS. TrÇn vÜnh h−ng Bé m«n ThiÕt kÕ m¸y Khoa C¬ khÝ - Tr−êng §¹i häc GTVT Tãm t¾t: Ngμy nay nhê sù truyÒn ®éng ®ai r¨ng ®−îc øng dông rÊt réng r·i trong kü thuËt. §Ó cã mét bé truyÒn ®éng ®¹t yªu cÇu kü thuËt, cÇn ph¶i tÝnh to¸n kh¶ n¨ng chÞu t¶i cña nã. Cho ®Õn nay c¸c ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n vÉn ch−a ®−îc thèng nhÊt. Bμi b¸o ®−a ra mét ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n kÕt hîp ®−îc tÝnh hîp lý vμ khoa häc cña ph−¬ng ph¸p kh¸c. Summary: Today, gear transmission is widely applied in technical fields. Loading capacity should be carefully calculated for a gear transmission which satisfies technical requirements. Up to now, methods of calculation have still been under disscussion associated with characteristic features of other methods. i. më ®Çu Ngµy nay nhê sù ph¸t triÓn cña khoa häc vËt liÖu, chÊt l−îng chÕ t¹o d©y ®ai r¨ng kh«ng ngõng t¨ng lªn. Do chøc n¨ng vµ lîi Ých vÒ kinh tÕ nªn bé truyÒn ®éng ®ai r¨ng ®−îc sö dông rÊt réng r·i [1]. TruyÒn ®éng ®ai r¨ng kÕt hîp ®−îc nh÷ng −u ®iÓm cña truyÒn ®éng xÝch vµ truyÒn ®éng ®ai. §ã lµ chÞu ®−îc t¶i träng lín, kh«ng ån, ®é chÝnh x¸c truyÒn ®éng gãc quay cao, vËn tèc lín vµ kh«ng ph¶i b¶o d−ìng. Víi ph¹m vi sö dông réng lín cña truyÒn ®éng ®ai r¨ng, ®ßi hái d©y ®ai r¨ng ph¶i cã chÊt l−îng cao vµ kÝch th−íc h×nh häc tèi −u. V× vËy ph¶i cã nh÷ng tÝnh to¸n thiÕt kÕ lùa chän c¸c lo¹i d©y ®ai, b−íc d©y ®ai vµ bÒ réng cÇn thiÕt ®Ó tho¶ m·n c¸c ®iÒu kiÖn truyÒn ®éng cña bé truyÒn ®ai r¨ng. Cho ®Õn nay vÉn ch−a cã nh÷ng tiªu chuÈn chung cña c¸c nhµ s¶n xuÊt ®Ó tÝnh to¸n kh¶ n¨ng chÞu t¶i cña truyÒn ®éng ®ai r¨ng. ii. kh¶ n¨ng chÞu t¶i 2.1. Lùa chän lo¹i vµ b−íc r¨ng d©y ®ai §èi víi c¸c nhµ thiÕt kÕ, hiÖn nay cã hai lo¹i d©y ®ai ®Ó lùa chän, lo¹i d©y ®ai r¨ng h×nh thang ®−îc chÕ t¹o tõ chÊt dÎo Polyurethan víi lâi chÞu kÐo lµ c¸c sîi thÐp xo¾n, lo¹i d©y ®ai r¨ng ®−îc chÕ t¹o tõ cao su Neoprene víi lâi chÞu kÐo lµ c¸c sîi thuû tinh. VÒ biªn d¹ng r¨ng, phæ biÕn nhÊt lµ biªn d¹ng r¨ng h×nh thang do kh¶ n¨ng chÞu t¶i lín. ViÖc lùa chän lo¹i d©y ®ai phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn sö dông (®−îc chØ dÉn theo b¶ng 1) vµ chÊt l−îng s¶n phÈm (gi¸ vµ dÞch vô sau khi b¸n hµng cña nhµ s¶n xuÊt).
B¶ng 1. Nh÷ng tÝnh chÊt c¬ b¶n cña c¸c lo¹i d©y ®ai r¨ng Lo¹i d©y ®ai TÝnh chÊt - Lâi chÞu kÐo cã ®é bÒn kÐo ®øt cao - Lâi chÞu kÐo cã ®é biÕn d¹ng thÊp §ai r¨ng PUR víi lâi chÞu kÐo lµ c¸c - D−íi t¸c dông cña t¶i träng, b−íc r¨ng t¨ng lªn sîi thÐp xo¾n (Biªn d¹ng r¨ng h×nh chñ yÕu trªn gãc «m thang) - Lâi cã kh¶ n¨ng bÞ rØ khi gÆp m«i tr−êng ¨n mßn - CÇn thiÕt b«i tr¬n - ChØ ®−îc phÐp dïng lo¹i dÇu b«i tr¬n thÝch hîp víi cao su Neoprene §ai r¨ng Neoprene víi lâi chÞu kÐo lµ - Khi øng suÊt ban ®Çu lín kh«ng thÝch hîp cho c¸c sîi thuû tinh (Biªn d¹ng r¨ng h×nh b¸nh ®ai r¨ng qu¸ nhá thang) - D−íi t¸c dông cña t¶i träng, b−íc r¨ng t¨ng lªn chñ yÕu lµ do biÕn d¹ng dµi cña lâi chÞu kÐo - TÝnh chÊt gièng nh− ®ai r¨ng Neoprene – biªn §ai r¨ng Neoprene víi lâi chÞu kÐo lµ c¸c sîi thuû tinh (Biªn d¹ng r¨ng - d¹ng r¨ng h×nh thang, nh−ng chØ dïng cho nh÷ng HTD) [4] truyÒn ®éng cã c«ng suÊt lín Trong tµi liÖu chØ dÉn cña nhµ s¶n xuÊt d©y ®ai r¨ng Neoprene, (vÝ dô [5]), viÖc lùa chän b−íc r¨ng ch−a hîp lý mµ chØ thÝch hîp víi viÖc lùa chän bÒ réng d©y ®ai vµ ch−a quan t©m ®Õn nh÷ng nguyªn t¾c ®¸nh gi¸ ¶nh h−ëng cña sè r¨ng ¨n khíp víi kh¶ n¨ng truyÒn lùc vßng. ViÖc chän c«ng suÊt theo ®iÒu kiÖn giíi h¹n [6] ®èi víi lo¹i d©y ®ai chÊt dÎo PUR còng nh− lo¹i d©y ®ai cao su Neoprene theo h·ng Mulco(BRD) lµ nh− nhau, bëi v× c¶ hai lo¹i d©y ®ai r¨ng ®ã lùc vßng ®Òu phô thuéc vµo sè r¨ng ¨n khíp [7]. B¶ng 2 lµ sù lùa chän b−íc r¨ng chung cho c¶ hai lo¹i d©y ®ai r¨ng Polyurethan vµ Neoprene. B¶ng 2. Lùa chän b−íc r¨ng (theo [6]) B−íc Kho¶ng 2mm Kho¶ng 5mm Kho¶ng 10mm Kho¶ng 20mm T10; L;H T 20; XH; XXH VÝ dô lo¹i T 2,5 T 5; XL HTD 8mm HTD 14mm C«ng suÊt kw ®Õn 0,2 ®Õn 2 ®Õn 20 trªn 20 Sè vßng quay ®Õn 40.000 ®Õn 40.000 ®Õn 15.000 ®Õn 6.000 vßng/phót Tèc ®é ®Õn 80 ®Õn 80 ®Õn 60 ®Õn 40 m/gi©y ≥ 14 1 0 ÷ 35 10 ÷ 40 12 ÷ 45 Sè r¨ng cña ®Ó chèng bÞ uèn vÝ dô cã b¸nh c¨ng ®ai th× sè r¨ng nhá nhÊt ph¶i lín h¬n b¸nh ®ai bÐ 50% m¸y x©y dùng, m¸y m¸y c«ng cô, m¸y VÝ dô øng cho bé truyÒn m¸y mãc v¨n n«ng nghiÖp, « t« dÖt vµ c¸c m¸y dông nhá phßng, R«bèt... vµ nh÷ng m¸y cã c«ng nghÖ kh¸c c«ng suÊt lín.
2.2 TÝnh to¸n bÒ réng d©y ®ai Cho ®Õn nay, chän bÒ réng d©y ®ai cho lo¹i d©y ®ai PUR kh¸c víi lo¹i d©y ®ai Neoprene. Nh÷ng chØ dÉn lùa chän b−íc r¨ng, nh÷ng quy ®Þnh vÒ tÝnh to¸n kh¶ n¨ng truyÒn lùc vßng ®èi víi lo¹i d©y ®ai Neoprene sÏ kh«ng hîp lý nÕu kh«ng xÐt ®Õn sè r¨ng ¨n khíp, hoÆc lùc vßng cho phÐp vµ sè vßng quay. C¸c chØ dÉn cña h·ng Mulco [6] ®èi víi lo¹i d©y ®ai PUR nãi chung lµ hîp lý v× kh¶ n¨ng truyÒn lùc vßng ph¶i phô thuéc vµo sè r¨ng ¨n khíp. Khi sè r¨ng ¨n khíp ®Õn mét giíi h¹n nµo ®ã th× kh¶ n¨ng truyÒn lùc vßng còng ®Õn mét gi¸ trÞ nhÊt ®Þnh, lóc Êy ta ph¶i ®Ó ý ®Õn ®é bÒn cña lâi chÞu kÐo. Ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n kh«ng nh÷ng ®óng cho lo¹i d©y ®ai PUR mµ cßn ®óng cho lo¹i d©y ®ai Neoprene, bëi v× kh¶ n¨ng chÞu t¶i cña hai lo¹i d©y ®ai r¨ng nµy kh¸c nhau rÊt Ýt [7]. V× vËy nh÷ng chØ dÉn trong b¶ng 3 lµ cho c¶ hai lo¹i d©y ®ai r¨ng PUR vµ Neoprene. B¶ng 3. Gi¸ trÞ vÒ lùc vßng cho phÐp F1 (®¬n vÞ N) trªn mét ®¬n vÞ mm bÒ réng d©y ®ai, t−¬ng øng víi mét r¨ng ¨n khíp cña b¸nh ®ai nhá Lo¹i d©y ®ai F1 – N/mm mét r¨ng ¨n khíp PUR vµ Neoprene b−íc r¨ng tõ (2,0 ÷ 2,5)mm 0,8 PUR-T 5; Neoprene-XL 1,5 PUR víi b−íc r¨ng ®Æc biÖt tõ kho¶ng 7,5 mm; Neoprene-L 2,2 PUR-T10; Neoprene H; HTD-8mm 3,0 PUR-AT10 4,0 PUR-T20; Neoprene-XH; HTD-14mm 6,0 Neoprene-XXH 9,0 H−íng dÉn sö dông b¶ng 3: - Lùa chän gi¸ trÞ lùc vßng cho phÐp cÇn ph¶i ®Ó ý kh¶ n¨ng chÞu kÐo hai bªn mÐp cña d©y ®ai lµ kh«ng cã. BÒ réng hai bªn mÐp ®−îc tÝnh kho¶ng 0,15 x b−íc cña d©y ®ai. Gi¸ trÞ nµy ®−îc céng thªm vµo bÒ réng cña d©y ®ai khi tÝnh to¸n. - Khi sè r¨ng ¨n khíp lín th× viÖc tÝnh to¸n lùc vßng cho phÐp ph¶i so s¸nh víi ®é bÒn cña lâi chÞu kÐo. - Khi sè vßng quay lín h¬n 100 vßng/phót th× ph¶i tÝnh ®Õn viÖc c−êng ®é mµi mßn t¨ng lªn lµm gi¶m kh¶ n¨ng chÞu lùc vßng cña d©y ®ai. - Lùa chän gi¸ trÞ lùc vßng cho phÐp ch−a tÝnh ®Õn hÖ sè an toµn. Nã phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn sö dông. NÕu tÝnh ®Õn t¶i träng vµ thêi gian sö dông th× hÖ sè an toµn kho¶ng tõ 1,0 ®Õn 2,5. T¶i träng va ®Ëp trong thêi gian dµi, chän hÖ sè an toµn 2,5. NÕu bé truyÒn lµm viÖc víi t¶i träng æn ®Þnh, chän hÖ sè an toµn 1,0.
Ngoµi ra cÇn ph¶i chó ý, nÕu bÒ réng d©y ®ai lín gi¸ thµnh sÏ cao, kÝch th−íc lín sÏ lµm gi¶m hiÖu suÊt truyÒn ®éng. Qua c¸c chØ dÉn ë b¶ng 3, kh¶ n¨ng truyÒn lùc vßng ®−îc tÝnh theo c«ng thøc sau: 1 Fu = F1. (bb – 0,3p). Ze.K. (1) SD trong ®ã: bb: BÒ réng d©y ®ai: mm p: B−íc cña d©y ®ai r¨ng: mm Ze: Sè r¨ng ¨n khíp cña b¸nh nhá K: HÖ sè suy gi¶m theo h×nh 1 SD: HÖ sè an toµn 1,1 0,9 0,7 K 0,5 0,3 20000 100 500 1000 5000 U/min V/phót π H×nh 1. HÖ sè suy gi¶m t−¬ng øng víi sè vßng quay Tõ c«ng thøc (1) ta tÝnh ®−îc bÒ réng d©y ®ai cÇn thiÕt: FU.SD bb = + 0,3 P (2) F1.Ze.K NÕu tÝnh theo c«ng suÊt truyÒn ®éng ta sÏ cã: P.S D bb = + 0,3 P (3) F1.v.Z e .K trong ®ã: - P: C«ng suÊt - v lµ vËn tèc d©y ®ai: m/s Khi lùa chän bÒ réng cña ®ai r¨ng còng ph¶i l−u ý ®Õn c¸c bÒ réng tiªu chuÈn cña nhµ s¶n xuÊt ®ai r¨ng ®−a ra. iii. Lùc c¨ng d©y ®ai Lùc c¨ng d©y ®ai ®¶m b¶o mét lùc c¨ng tèi thiÓu trªn nh¸nh bÞ dÉn, ®Ó cho r¨ng cña nh¸nh
bÞ dÉn ¨n khíp ®óng víi r¨ng cña b¸nh ®ai bÞ dÉn. Theo c¸c tµi liÖu h−íng dÉn sö dông, c¸c h·ng s¶n xuÊt kh«ng quan t©m ®Õn mèi quan hÖ gi÷a kÝch th−íc d©y ®ai vµ lùc c¨ng cÇn thiÕt. Nh÷ng nghiªn cøu vÒ lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm ®· chøng minh r»ng ®é dµi cña d©y ®ai cã ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn lùc t¸c dông lªn nh¸nh dÉn vµ nh¸nh bÞ dÉn. Mèi quan hÖ cÇn thiÕt gi÷a lùc c¨ng d©y ®ai vµ lùc vßng kh«ng thÓ tÝnh to¸n ®−îc tõ tÝnh chÊt ®µn håi cña d©y ®ai. Mèi quan hÖ ®ã chØ nhËn ®−îc tõ c¸c kÕt qu¶ thùc nghiÖm: Zb FV = . FU (4) 100 trong ®ã: FV: Lùc c¨ng d©y ®ai, ®¬n vÞ: N FU: Lùc vßng, ®¬n vÞ: N Zb: Sè r¨ng cña d©y ®ai NÕu kh«ng biÕt ®−îc lùc vßng mét c¸ch chÝnh x¸c vµ bÒ réng d©y ®ai ®−îc x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm th× lùc c¨ng d©y ®ai cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh qua lùc vßng cho phÐp cña bé truyÒn ®éng. §o vµ kiÓm tra lùc c¨ng cã thÓ th«ng qua ®é uèn cña d©y ®ai theo h×nh vÏ 2. F e H×nh 2. §o lùc c¨ng d©y ®ai r¨ng F: Lùc kiÓm tra e: §é vâng Trong rÊt nhiÒu tr−êng hîp nÕu t¶i träng kh«ng ®Òu, vÝ dô nh− khi lùc khëi ®éng lín hoÆc bÞ phanh tøc thêi, sÏ xuÊt hiÖn lùc va ®Ëp trong thêi gian ng¾n. Trong nh÷ng tr−êng hîp nh− vËy, ®Ó ®¶m b¶o cho sù ¨n khíp ®óng, cÇn ph¶i thùc hiÖn mét sè biÖn ph¸p sau ®©y: - X¸c ®Þnh ®é lín cña lùc c¨ng ®ai t−¬ng øng víi ®é lín cña møc chÞu t¶i tèi ®a. - Sö dông c¬ cÊu c¨ng d©y ®ai ë nh¸nh bÞ dÉn (b¶ng 4, vÝ dô 5) hoÆc con l¨n trªn c¸c nh¸nh khi thay ®æi h−íng quay hoÆc h−íng t¶i träng. - Sö dông con l¨n cè ®Þnh ®Æt ë vÞ trÝ vµo khíp cña nh¸nh bÞ dÉn. Trong b¶ng 4 minh ho¹ c¸c kh¶ n¨ng thùc hiÖn lùc c¨ng cÇn thiÕt.
B¶ng 4. C¸c ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh lùc c¨ng C¸c ph−¬ng ph¸p S¬ ®å nguyªn lý Gi¶i thÝch D©y ®ai r¨ng cã sai sè sÏ 1. Cè ®Þnh kho¶ng c¸ch g©y ra sù thay ®æi lín cña trôc lùc c¨ng d©y ®ai 2. Kho¶ng c¸ch trôc cã Yªu cÇu dÞch chuyÓn Ýt vµ thÓ ®iÒu chØnh ®¶m b¶o an toµn cho æ trôc Gãc «m ®−îc t¨ng lªn; do h−íng chÞu uèn lu«n thay ®æi, nªn sè r¨ng tèi thiÓu cña 3. C¨ng d©y ®ai bªn b¸nh ®ai r¨ng nhá ph¶i t¨ng ngoµi (con l¨n trô tr¬n) lªn 50% (b¶ng 2); ®−êng kÝnh con l¨n b»ng ®−êng kÝnh b¸nh ®ai r¨ng nhá Gãc «m bÞ gi¶m ®i; ®−êng kÝnh cña con l¨n ph¶i lín h¬n hai lÇn ®−êng kÝnh b¸nh ®ai 4. C¨ng d©y ®ai bªn r¨ng nhá khi sö dông con l¨n trong (con l¨n trô tr¬n lµ trô tr¬n; khi sö dông con hoÆc b¸nh r¨ng) l¨n lµ b¸nh r¨ng, th× ®−êng kÝnh con l¨n vµ b¸nh ®ai r¨ng nhá b»ng nhau. a) ThÝch hîp cho truyÒn ®éng Nh¸nh bÞ dÉn cÇn dõng nhanh; lùc nÐn lß xo t¹o ra lùc c¨ng ë nh¸nh bÞ 5. C¨ng d©y ®ai b»ng lß dÉn b»ng lùc c¨ng ban ®Çu xo kÐo, nÐn cña d©y ®ai. Khi bé truyÒn ®éng thay ®æi chiÒu quay nªn b) dïng con l¨n ë c¶ hai nh¸nh d©y ®ai. Møc chÞu t¶i tèi ®a cÇn ph¶i 6. Sö dông con l¨n Ðp æn ®Þnh lùc c¨ng; cã vai trß trªn b¸nh dÉn ë nh¸nh rÊt cÇn thiÕt khi t¶i träng ®ai bÞ dÉn. hoÆc vËn tèc gãc thay ®æi. Nh¸nh bÞ dÉn iv. B«i tr¬n §ai r¨ng lo¹i cao su Neoprene kh«ng cÇn thiÕt ph¶i b«i tr¬n, tèt nhÊt lµ tr¸nh tiÕp xóc víi chÊt b«i tr¬n, bëi v× nã kh«ng thÝch hîp ®−îc víi c¸c lo¹i dÇu b«i tr¬n hiÖn nay. §èi víi ®ai r¨ng
PUR yªu cÇu b«i tr¬n nhÑ. VËt liÖu b«i tr¬n ph¶i phï hîp víi vËt liÖu b¸nh ®ai, vÝ dô mì b«i tr¬n vßng bi phï hîp b¸nh ®ai ®−îc chÕ t¹o tõ thÐp Molipden, cßn c¸c lo¹i vËt liÖu kh¸c lµ kh«ng phï hîp. v. KÕt luËn C¸c chØ dÉn tÝnh to¸n kh¶ n¨ng chÞu t¶i cña truyÒn ®éng ®ai r¨ng trong c¸c tµi liÖu kü thuËt cña c¸c h·ng s¶n xuÊt rÊt kh¸c nhau. Tõ kÕt qu¶ nghiªn cøu lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm ®· chØ ra r»ng, viÖc tÝnh to¸n vµ lùa chän lo¹i d©y ®ai, b−íc vµ bÒ réng d©y ®ai vÉn ch−a ®i ®Õn thèng nhÊt còng nh− viÖc x¸c ®Þnh søc c¨ng cã ®Ó ý ®Õn tÝnh ®µn håi cña d©y ®ai, kÝch th−íc h×nh häc cña bé truyÒn vµ sù thÝch hîp cña lùc vßng. Tæ hîp vËt liÖu vµ chÊt b«i tr¬n còng lµ yÕu tè c¨n b¶n ®èi víi kh¶ n¨ng chÞu t¶i cña truyÒn ®éng ®ai r¨ng. Tµi liÖu tham kh¶o [1]. Krause, W; Metzner,D. Anwendung von Zahnriemengetrieben. Maschinenbautechnik, Berlin 27. [ 2]. T rÇn VÜnh H − ng. § é chÝnh x¸c kÝch th − íc cña b¸nh ®ai r¨ng. T¹p chÝ khoa häc Giao th«ng vËn t¶i - sè 8 – 2004. [3]. TrÇn VÜnh H−ng. TÝnh chÊt bé truyÒn ®éng b¸nh ®ai r¨ng. T¹p chÝ khoa häc Giao th«ng vËn t¶i - sè 7 - 2004. [4]. Metzner,D; Urban sky, W. Entwicklungsstand bei Zahnriemengetrieben. Feingeritetechnick, Berlin 31. [5]. Power Grip. Berechnungsunterlagen. Firma Uniroyal BRD. [6]. Synchroflex - Zahnriemen. Firma Mulco BRD. [7]. Metzner, D. Scheibengeometrieben und Verschleiβverhaltenvon. Zahnriemengetrieben. Diss. TU. Dresden♦