Giáo án thiết kế cơ khí - Chương 7

Chia sẻ: Tran Ngoc Kin | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:35

Thêm vào BST

Báo xấu

190
lượt xem 65
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

PHẦN II THIẾT KẾ TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG CỦA PHẦN II Phần II của cuốn sách này gồm chín chương (chương 7-15), nhằm giúp bạn có đ ầy đ ủ kiến thức khi bắt đầu thiết kế

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo án thiết kế cơ khí - Chương 7

PHẦN II THIẾT KẾ TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG CỦA PHẦN II Phần II của cuốn sách này gồm chín chương (chương 7-15), nhằm giúp bạn có đ ầy đ ủ kiến thức khi bắt đầu thiết kế một thiết bị hoàn thiện – bộ truyền động cơ khí . Bộ truyền động cơ khí, đôi khi còn gọi là bộ truyền công suất, thực hiện những công việc sau: Nhận công suất từ một số nguồn có chuyển động quay như động cơ điện, động cơ  đốt trong, động cơ tuabin khí, động cơ thuỷ lực hoặc khí nén, tuabin hơi hoặc nước, hay thậm chí chuyển động quay được thực hiện bằng tay. Bộ truyền thường làm thay đổi tốc độ quay của các trục để trục ra quay chậm hơn  hoặc nhanh hơn trục vào. Thường thì các bộ truyền giảm tốc đ ược sử dụng phổ biến hơn so với các bộ truyền tăng tốc. Truyền công suất từ trục vào đến trục ra.  Khi tốc độ giảm xuống, tương ứng sẽ làm cho mômen xoắn tăng lên. Ngược lại, khi  tốc độ tăng lên thì mômen xoắn ở đầu ra sẽ giảm so với mômen xoắn ở đầu vào. Các chương trong phần II này sẽ giới thiệu cụ thể về nhiều chi tiết cơ khí khác nhau thường dùng trong truyền công suất: truyền động đai, truyền động xích, bánh răng, trục, ổ trục, then, nối trục, lót kín, và cuối cùng là vỏ máy để gắn kết các bộ phận thành một khối. Bạn sẽ được tìm hiểu các đặc trưng quan trọng của các chi tiết này cũng như các phương pháp phân tích và thiết kế chúng. Một nội dung quan trọng không kém được đưa ra đó là những chi tiết này tác đ ộng l ẫn nhau như thế nào. Ví dụ, bạn phải biết các bánh răng lắp lên trục như thế nào, các trục được đỡ bởi ổ trục ra sao, hay các ổ trục phải được gắn một cách chắc chắn lên vỏ hộp như thế nào – chi tiết dùng để liên các bộ phận thành một hệ thống. Thiết kế hoàn chỉnh cuối cùng phải làm việc như một khối thống nhất. Quá trình thiết kế truyền động cơ khí Trong thiết kế truyền động, thông thường bạn cần nắm được những nội dung sau: Đặc điểm của bộ phận chấp hành (bộ công tác) : Đó có thể là máy công cụ dùng  để cắt kim loại trong nhà máy; máy khoan điện được sử dụng bởi những người thợ mộc hoặc những công nhân kỹ thuật; trục của máy kéo nông nghiệp; trục cánh quạt trong tuabin phản lực của máy bay; trục chân vịt của tàu cỡ lớn; các bánh xe của một tàu hoả đồ chơi; cơ cấu định thời bằng cơ; hoặc bất kỳ một trong các sản phẩm nào khác yêu cầu truyền dẫn tốc độ điều khiển được. Công suất truyền: Từ những ví dụ đã liệt kê kể trên, công suất yêu cầu có thể từ  vài ngàn mã lực đối với một chiếc tàu biển; vài trăm mã lực đối với một máy kéo nông nghiệp cỡ lớn hoặc máy bay; hay có thể chỉ vài oát cho một bộ định thời hoặc đồ chơi. 25
Tốc độ quay của động cơ dẫn động hoặc các động cơ nguồn khác: Thông  thường các động cơ nguồn làm việc ở tốc độ quay khá cao. Trục của các động cơ điện tiêu chuẩn quay khoảng 1200, 1800 hoặc 3600 vòng/phút (vg/ph, rpm). Các động cơ xe ôtô vận hành với tốc độ từ 1000 đến 6000 vòng/phút (rpm). Động cơ đa năng trong các dụng cụ cầm tay (như khoan, cưa, bào) và các sản phẩm gia dụng (máy trộn, máy khuấy, máy hút bụi) vận hành với tốc độ từ 3500 tới 20 000 rpm. Hay như các động cơ tuabin khí dùng cho máy bay có thể quay nhiều nghìn vòng trên phút. Tốc độ đầu ra mong muốn của bộ truyền: Giá trị này phần lớn phụ thuộc vào  ứng dụng cụ thể. Một số động cơ bánh răng cho các dụng cụ đo quay ở tốc đ ộ nhỏ hơn 1.0 vg/ph. Các máy sản xuất có thể quay vài trăm vg/ph. Các bộ dẫn đ ộng cho băng chuyền lắp ráp có thể quay với tốc độ nhỏ hơn 100 vg/ph. Nhưng cánh quạt máy bay có thể quay tới nhiều nghìn vg/ph. Do đó, với vai trò của một nhà thiết kế, bạn phải thực hiện những công việc sau đây: Chọn loại bộ truyền được sử dụng: bộ truyền bánh răng, đai, xích, hay các loại khác.  Thực tế một số hệ thống truyền công suất có thể sử dụng hai hay nhiều loại bộ truyền nối tiếp nhau để tối ưu hoá khả năng năng hoạt động của mỗi bộ truyền. Các chi tiết quay được bố trí như thế nào, và cách lắp các chi tiết truyền đ ộng lên  trục. Thiết kế các trục đảm bảo an toàn khi làm việc dưới tác đ ộng của mômen xoắn,  mômen uốn dự kiến, đồng thời có thể định vị chính xác các chi tiết truyền công suất và các ổ trục. Nói chung các trục sẽ có nhiều bậc với đường kính khác nhau, và những kết cấu đặc biệt để lắp then, khớp nối, vòng lò xo, và các chi tiết khác. Phải xác định kích thước của tất cả các yếu tố, cùng với dung sai cho từng kích thước và độ nhám bề mặt. Chọn ổ trục phù hợp để đỡ các trục, xác định cách lắp lên trục và đặt lên vỏ máy.  Xác định then để nối trục với các chi tiết truyền công suất; các khớp nối để nối trục  của bộ phận dẫn động với trục vào bộ truyền hay nối trục ra với bộ phận công tác; các lót kín để ngăn cản tạp chất có hại chui vào trong bộ truyền đ ộng; và các bộ phận khác. Lắp ráp tất cả các bộ phận vào một vỏ máy phù hợp nhằm bảo vệ chúng khỏi các  tác động của môi trường và chứa dầu bôi trơn. Nội dung các chương trong phần II Để hướng dẫn bạn thực hiện qui trình thiết kế truyền động cơ khí, phần II bao gồm các chương sau: Chương 7: Truyền động đai và xích chủ yếu tập trung xem xét các bộ truyền đai và xích thương phẩm, các thông số thiết kế quan trọng, và phương pháp xác đ ịnh những b ộ phận phù hợp nhất cho các hệ truyền động. Chương 8: Động học bánh răng mô tả và định nghĩa các thông số hình học đặc trưng của bánh răng. Trình bày các phương pháp chế tạo bánh răng cũng như tầm quan trọng của đ ộ chính xác trong hoạt động của các bánh răng. Mô tả chi tiết quá trình ăn khớp của một cặp bánh 26
răng, đồng thời thiết kế và phân tích hoạt động của hai hay nhiều cặp bánh răng trong m ột hệ bánh răng. Chương 9: Thiết kế bánh răng trụ thẳng trình bày cách tính toán lực ăn khớp, các phương pháp tính ứng suất trên răng, và trình tự thiết kế để xác định các thông số hình học và vật liệu của bánh răng để bộ truyền làm việc an toàn với tuối thọ cao. Chương 10: Bánh răng nghiêng, bánh răng côn, và trục vít bánh vít bao gồm những cách tiếp cận tương tự như với bánh răng trụ thẳng với sự chú ý đặc biệt đ ến hình dạng khác nhau của các loại bánh răng này. Chương 11: Then, nối trục, và lót kín trình bày phương pháp thiết kế then đảm bảo an toàn dưới tác động của các tải trọng phổ biến gây ra bởi mômen xoắn cần truyền t ừ trục qua then đến bánh răng hay các bộ phận khác. Chọn nối trục phù hợp với đ ộ lệch của các trục trong khi truyền được mômen xoắn yêu cầu ở tốc độ xác định. Xác định lót kín trên các trục nhô ra bên ngoài vỏ hộp và cho các ổ trục để ngăn tạp chất. Nó giúp giữ chất bôi trơn sạch để các chi tiết làm việc hiệu quả. Chương 12: Thiết kế trục trình bày các yếu tố thực tế được tính đến trong thiết kế trục nhằm đảm bảo an toàn khi truyền một mômen xoắn yêu cầu ở tốc đ ộ đã biết, trục có thể có một vài đường kính và các kết cấu đặc biệt để lắp then, nối trục, vòng lò xo, và các chi tiết khác. Phải xác định được kích thước của tất cả các yếu tố này, cùng với dung sai và đ ộ nhám của chúng. Để hoàn chỉnh những công việc này yêu cầu một số kĩ năng đ ược xây dựng ở những chương tiếp theo. Vì thế bạn sẽ trở lại với nội dung này sau. Chương 13: Dung sai và lắp ghép trình bày về phần lắp ghép giữa các chi tiết có thể có chuyển động tương đối; lắp ghép đóng vai trò quan trọng đối với khả năng làm việc và tuổi thọ của các chi tiết. Trong một số trường hợp, như lắp ghép vòng trong của ổ bi hoặc ổ đũa lên trục, các nhà chế tạo ổ chỉ ra dung sai kích thước được phép của trục để có thể phù hợp với dung sai của ổ. Lắp ghép giữa vòng trong của ổ và trục thường là lắp trung gian. Nhưng lắp ghép giữa vòng ngoài của ổ với gối trên vỏ lại là lắp lỏng cấp 1. Nói chung, điều quan trọng là bạn phải xác được chi phí để đạt được dung sai của tất cả các kích thước đ ể đ ảm bảo khả năng làm việc hợp lí trong khi vẫn đảm bảo tính kinh tế. Chương 14: Ổ lăn tập trung vào các ổ lăn thương phẩm như là ổ bi, ổ đũa, ổ đũa côn, và các loại khác. Bạn phải tính toán hoặc xác định được tải trọng mà ổ phải chịu, t ốc đ ộ làm việc, và tuổi thọ mong muốn của ổ. Từ các số liệu này bạn có thể chọn đ ược các ổ tiêu chu ẩn từ catalog của của nhà sản xuất. Sau đó bạn phải xem lại quá trình thiết kế trục được trình bày trong chương 12 để tính toán các kích thước và dung sai cụ thể. Thông thường quá trình thi ết kế các chi tiết truyền công suất, trục, ổ phải tiến hành lặp để đạt được tổ hợp tối ưu. Chương 15: Hoàn thiện thiết kế cho một bộ truyền công suất kết hợp tất cả các chủ đề đã trình bày ở những chương trước. Bạn sẽ thiết kế cụ thể cho từng chi tiết và đ ảm bảo các bộ phận có thể lắp được với nhau. Bạn sẽ cần xem lại t ất cả các gi ải pháp thi ết k ế, các giả thiết trước đây và kiểm tra xem thiết kế có đạt yêu cầu. Sau khi phân tích các chi ti ết riêng rẽ, và quá trình kết hợp chúng hoàn tất, các bộ phận này cần được lắp vào một vỏ máy thích hợp đảm bảo an toàn cũng như chống được các tạp chất bên ngoài và bảo vệ những người làm việc xung quanh. Vỏ máy cũng phải được thiết kế sao cho phù hợp với bộ phận dẫn đ ộng và cơ cấu chấp hành. Điều này thường yêu cầu phần dự trữ, và cách định vị những bộ phận liên kết với thiết bị khác. Cần xem xét cẩn thận quá trình lắp ráp và làm việc. Sau đó b ạn sẽ đ ưa ra 27
các thông số kỹ thuật cuối cùng cho một hệ truyền công suất hoàn chỉnh và tài li ệu thi ết k ế của bạn bao gồm thuyết minh và các bản vẽ tương ứng. Chương 7 Truyền động đai và xích Tổng quan Bạn là nhà thiết kế 7.1 Nội dung của chương 7.2 Phân loại bộ truyền đai 7.3 Truyền động đai thang 7.4 Thiết kế bộ truyền đai thang 7.5 Truyền động xích 7.6 Thiết kế bộ truyền xích 28
Tổng quan: Truyền động đai và xích Nội dung thảo luận Tìm hiểu  Đai và xích là hai bộ truyền điển Quan sát và xác định ít nhất một thiết bị cơ khí có sử dụng truyền hình dùng để động đai và một thiết bị cơ khí có sử dụng truyền động xích. truyền công suất Mô tả các bộ truyền này, và phác họa cách thức chúng nhận công một cách linh suất từ một nguồn cấp và cách thức chúng truyền công suất cho bộ hoạt. Đai làm việc phận bị dẫn. trên các bánh đai trong khi xích làm Mô tả sự khác nhau giữa bộ truyền đai và bộ truyền xích. việc trên các đĩa Trong chương này bạn sẽ tìm hiểu phương pháp chọn các chi tiết tròn có răng gọi là phù hợp cho bộ truyền đai và bộ truyền xích từ những thiết kế đĩa xích. thường gặp. Đai và xích là hai dạng điển hình dùng để truyền công suất một cách linh hoạt. Hình 7-1 thể hiện một ứng dụng thường gặp trong công nghiệp của các bộ truyền này kết hợp với một hộp giảm tốc bánh răng. Ứng dụng này chỉ ra vị trí sử dụng của từng bộ truyền đai, bánh răng, xích để đạt được hiệu quả cao nhất. (b) Hình vẽ lắp đặt bộ truyền thực tế. Chú ý đã bỏ đi phần hộp che chắn bộ truyền đai và xích để dễ quan sát Hình 7-1 Hệ dẫn động kết hợp bộ truyền đai thang, hộp giảm tốc bánh răng, và bộ truyền xích [Nguồn của phần (b): Browning Mfg. Division, Emerson Electric Co., Maysville, KY] Công suất quay được tạo ra bởi động cơ điện, nhưng động cơ thường hoạt động ở tốc độ quá cao và dẫn đến mômen xoắn quá nhỏ để có thể phù hợp với dạng truyền đ ộng cuối (b ộ công tác). Chú ý rằng, trong truyền động công suất mômen xoắn tỉ lệ nghịch với tốc đ ộ. Vì thế thường yêu cầu giảm tốc độ. Do động cơ có tốc độ lớn nên bộ truyền đai khá lý t ưởng cho bước giảm tốc đầu tiên. Bánh đai nhỏ được lắp trên trục động cơ trong khi bánh đai có đường kính lớn hơn được lắp trên một trục song song sẽ có tốc độ thấp hơn. Bánh đai còn được gọi là puli. Tuy nhiên, nếu yêu cầu tỉ số giảm tốc rất lớn thường sử dụng hộp giảm tốc bánh răng vì chúng có thể đạt được sự giảm tốc rất lớn với kích thước nhỏ hơn. Tr ục ra của hộp gi ảm tốc bánh răng thường có tốc độ thấp và mômen xoắn cao. Nếu cả mômen xoắn và t ốc đ ộ phù hợp nó có thể được nối trực tiếp với bộ công tác. Mặc dù vậy, do các hộp giảm tốc bánh răng sẵn có chỉ có một số tỉ số truyền nhất đ ịnh, nên thông thường ở đầu ra vẫn phải giảm tốc hơn nữa để đáp ứng yêu cầu của máy. Ở đi ều kiện làm việc có tốc độ thấp, mômen xoắn lớn, bộ truyền xích rất phù hợp. Mômen xoắn l ớn gây ra lực kéo lớn trên dây xích. Các chi tiết của bộ truyền xích thường làm b ằng kim loại, và 29
được thiết kế với kích thước đủ để chịu được các lực kéo lớn. Dây xích ăn khớp với các đĩa có răng gọi là đĩa xích tạo nên một bộ truyền động cơ khí rất chắc chắn, làm việc phù hợp với các điều kiện tốc độ thấp, mômen xoắn cao. Nói chung, bộ truyền đai thường được sử dụng ở vị trí có tốc độ tương đối cao, như bước giảm tốc đầu tiên từ động cơ. Vận tốc dài của đai thường từ 2500 đ ến 6500 ft/ph (foot/phút), nên chỉ gây ra lực kéo nhỏ trên dây đai. Ở tốc đ ộ nhỏ hơn, lực kéo tr ở nên r ất l ớn so với tiết diện của dây đai, và có thể gây ra hiện tượng trượt giữa dây đai và bánh đai. Ở t ốc đ ộ cao hơn, các hiệu ứng động như lực li tâm, sự va đập, và rung làm giảm hiệu suất và tuổi thọ bộ truyền. Thường thì vận tốc vào khoàng 4000 ft/phút là lý tưởng. Một số dây đai sử dụng vật liệu có cốt sợi có độ bền cao và có răng ăn khớp với rãnh trên mặt bánh đai nhằm tăng c ường khả năng truyền lực lớn ở tốc độ thấp. Trong nhiều ứng dụng các đai loại này có thể thay thế cho các bộ truyền xích. Bạn đã từng thấy các bộ truyền đai ở đâu? Quan sát các thiết bị cơ khí xung quanh nhà hoặc nơi làm việc của bạn; xe cộ; máy xây dựng; đi ều hoà không khí, và các h ệ th ống thông gió; hay máy móc công nghiệp. Hãy mô tả hình dạng chung c ủa chúng. Bánh d ẫn được gắn vào bộ phận nào? Tốc độ làm việc của nó là khá cao? Kích th ước c ủa bánh b ị dẫn? Nó có làm cho trục thứ hai quay với tốc độ chậm hơn? Chậm h ơn bao nhiêu? Có thêm các cấp giảm tốc nào khác được thực hiện bởi bộ truyền đai hoặc bộ gi ảm tốc khác không? Thực hiện phác thảo sơ đồ của hệ truyền động. Thực hiện các đo đạc có thể, v ới điều kiện phải đảm bảo an toàn cho thiết bị. Bạn đã từng gặp các bộ truyền động xích ở đâu? M ột ứng d ụng rõ nét nh ất c ủa b ộ truyền xích chính là trên xe đạp, trong đó đĩa xích l ớn đ ược gắn vào tr ục c ủa pêđan còn đĩa xích nhỏ hơn (líp) được gắn ở bánh sau xe. Đĩa xích dẫn và/hoặc đĩa xích b ị dẫn có th ể có nhiều kích cỡ, cho phép người lái xe lựa chọn các tỉ số truyền khác nhau nhằm đạt kh ả năng làm việc tối ưu dưới những điều kiện khác nhau về tốc độ cũng như địa hình. Ngoài ra bạn còn nhìn thấy bộ truyền xích ở đâu nữa? Một lần nữa chú ý đ ến các ph ương ti ện giao thông, máy xây dựng và máy công nghiệp. Mô tả và phác th ảo ít nh ất m ột h ệ truy ền động xích. Chương này sẽ giúp bạn biết cách xác định các đặc tr ưng thi ết k ế chính c ủa các b ộ truyền đai và xích thường gặp. Qua đó bạn có thể xác định đ ược lo ại và kích c ỡ phù h ợp để truyền công suất ở mức cho trước với tốc độ xác định, và đạt được đ ược t ỉ số truyền mong muốn giữa đầu vào và đầu ra của bộ truyền. Chương này cũng đ ưa ra nh ững chú ý về cách lắp đặt các bộ truyền để bạn có thể có đưa thiết kế của mình vào hệ hoàn chỉnh. cách nhẹ nhàng và không bị nát. Máy cần Bạn là nhà thiết kế mômen xoắn khoảng 31500 lb.in để dẫn động các lưỡi dao. Ở Louisiana người ta cần thiết kế một hệ thống truyền động dùng cho máy cắt Công ty của bạn được đặt hàng thiết cây mía dài thành các đoạn ngắn để đưa vào kế hệ dẫn động này, và bạn là người được chế biến. Trục dẫn động của máy quay chậm giao nhiệm vụ thiết kế. Theo bạn nên sử ở tốc độ 30 vòng/phút nhờ vậy chặt mía một dụng loại nguồn công suất nào? Bạn có thể 30
sử dụng động cơ điện, động cơ xăng, hay Với vai trò là một nhà thiết kế, bạn động cơ thuỷ lực. Hầu hết các loại này đều phải quyết định xem sẽ sử dụng loại đai, vận hành ở tốc độ tương đối cao, lớn hơn kích thước nào và xác định tỉ số truyền của khá nhiều so với tốc độ yêu cầu là 30 bộ truyền đai là bao nhiêu. Xác định cách lắp vòng/phút. Vì thế phải cần đến một số bộ bánh đai dẫn vào trục động cơ cũng như cách giảm tốc cho hệ thống. Rất có thể bạn sẽ lắp bánh đai bị dẫn lên trục vào của hộp chọn bộ giảm tốc giống trong hình 7-1. giảm tốc bánh răng. Động cơ đặt ở đâu so với hộp giảm tốc bánh răng, dẫn đến khoảng Có ba cấp giảm tốc được sử dụng. cách tâm giữa hai trục bằng bao nhiêu? Tỉ số Bánh đai dẫn của bộ truyền đai quay với tốc truyền của hộp giảm tốc bánh răng là bao độ của động cơ, trong khi bánh đai bị dẫn lớn nhiêu? Nên sử dụng hộp giảm tốc bánh răng hơn quay ở tốc độ chậm hơn và truyền công loại nào: bánh răng nghiêng,trục vít-bánh vít, suất cho đầu vào của hộp giảm tốc bánh hay bánh răng côn? Bộ truyền xích cần có tỉ răng. Phần lớn sự giảm tốc độ sẽ được thực số truyền bằng bao nhiêu để có được tốc độ hiện bởi hộp giảm tốc bánh răng, với trục ra phù hợp với trục của máy cắt mía? Xác định quay chậm hơn nhiều và tạo ra một mômen kích cỡ và loại bộ truyền xích? Xác định xoắn lớn. Nhớ rằng, với công suất truyền khoảng cách tâm giữa trục ra của hộp giảm cho trước thì khi tốc độ quay của trục giảm tốc bánh răng với trục vào của máy cắt mía. thì mômen xoắn tạo ra tăng lên. Nhưng do số Từ đó xác định chiều dài cần thiết của dây thiết kế có sẵn xích. Cuối cùng bạn cần tính toán công suất cần thiết để vận hành toàn bộ hệ thống với của hộp giảm tốc bị giới hạn nên tốc độ ở những điều kiện đã cho. Nội dung trong đầu ra có thể không đáp ứng được cho trục chương này sẽ giúp bạn giải đáp các thắc vào của máy cắt mía. Do đó ta phải sử dụng mắc về thiết kế những hệ thống truyền công thêm bộ truyền xích làm cấp giảm tốc cuối suất có chứa các bộ truyền đai và xích. Hộp cùng. giảm tốc bánh răng sẽ được trình bày trong các chương 8-10. 7-1 Nội dung của chương Sau khi hoàn thành chương này bạn có thể: 1. Mô tả các đặc trưng cơ bản của một hệ thống truyền động đai. 2. Mô tả một vài loại bộ truyền đai. 3. Xác định loại, kích cỡ thích hợp của dây đai và bánh đai để truyền một mức công suất cho trước ở các tốc độ cụ thể của bánh đai dẫn và bị dẫn. Hình 7-2 Các thông số hình học cơ bản của bộ truyền đai 4. Xác định các thông số lắp đặt chính của bộ truyền đai bao gồm khoảng cách trục và chiều dài đai. 5. Mô tả các đặc trưng cơ bản của bộ truyền xích. 6. Mô tả một vài dạng bộ truyền xích. 31
7. Xác định loại, kích cỡ thích hợp của xích và đĩa xích để truyền một mức công suất cho trước ở các tốc độ xác định của đĩa xích dẫn và bị dẫn. 8. Xác định các thông số lắp đặt chính của bộ truyền xích bao gồm khoảng cách trục của hai đĩa xích, chiều dài xích, và các yêu cầu về bôi trơn. 7-2 Phân loại bộ truyền đai Đai là một chi tiết truyền công suất mềm dẻo tỳ chặt trên các con lăn hay bánh đai. Hình 7-2 thể hiện các thông số cơ bản. Thông thường bộ truyền đai được sử dụng để giảm tốc, bánh đai nhỏ được lắp lên trục tốc độ cao, như trục của động cơ điện. Bánh đai lớn hơn đ ược lắp lên bộ phận bị dẫn. Đai được thiết kế để chuyển động quanh hai bánh đai mà không xảy ra trượt. Dây đai được lắp bằng cách đặt vòng quanh hai bánh đai khi khoảng cách trục đ ược thu hẹp lại. Sau đó dịch hai bánh đai ra xa nhau, t ạo ra một l ực căng ban đ ầu l ớn hơn trên dây đai. Khi truyền công suất, ma sát làm cho dây đai bám chặt vào các bánh đai, làm tăng l ực kéo trên một nhánh đai, gọi là “nhánh căng”. Lực kéo trên dây đai gây ra lực vòng trên bánh đai bị dẫn, và do đó tạo ra một mômen xoắn trên trục bị dẫn. Nhánh đối diện của dây đai cũng chịu l ực căng nhưng nhỏ hơn. Nên nhánh này gọi là “nhánh chùng”. Có nhiều loại dây đai: đai dẹt, đai răng, đai thang tiêu chuẩn, đai hình lục giác (đai thang kép), và các loại khác. Xem trong hình 7-3. Các tài liệu tham khảo 2-5 và 8-15 cung cấp thêm nhiều ví dụ và thông số kỹ thuật của đai. Đai dẹt là loại đơn giản nhất, thường được làm từ da hoặc vải cao su. Bề mặt bánh đai cũng phẳng và nhẵn, vì vậy lực truyền cũng bị hạn chế do ma sát nhỏ giữa dây đai và bánh đai. Một số nhà thiết kế thường ưu tiên sử dụng đai dẹt đối với những thiết bị chính xác bởi vì dây đai sẽ trượt nếu mômen xoắn tăng đến mức đủ lớn để làm hỏng máy (đề phòng quá tải). Hình 7-3 Một số loại đai Hình 7-4 Tiết diện đai thang và rãnh trên bánh đai Đai răng, còn gọi là đai định thời [hình 7-3(c)], bánh đai có răng ăn khớp với các răng của dây đai. Đây là loại đai truyền động nhờ ăn khớp, nó chỉ bị giới hạn bởi độ bền kéo của dây đai và độ bền cắt của răng đai. Một số loại đai có răng như hình 7-3(b), được sử dụng cho các bánh đai thang tiêu chuẩn. Răng đai giúp cho đai có độ đàn hồi tốt hơn và hiệu suất cao hơn so với các đai tiêu chu ẩn. Chúng có thể làm việc trên các bánh đai có đường kính tương đối nhỏ. 32
Một loại đai được sử dụng phổ biến, đặc biệt trong các bộ truyền động công nghiệp hay phương tiện giao thông đó là đai thang, hình 7-3(a) và 7-4. Tiết diện hình thang làm cho dây đai chèn chặt vào rãnh trên bánh đai, tăng ma sát và cho phép truyền mômen xoắn lớn mà không xảy ra trượt. Hầu hết các đai loại này có các sợi độ bền cao đ ược bố trí ở đường trung hòa của tiết diện đai để tăng độ bền kéo của đai. Các sợi này làm từ sợi tự nhiên, s ợi t ổng hợp, hoặc thép, được nhúng vào trong một hỗn hợp cao su bền tạo đ ộ đàn hồi cần thiết cho phép dây đai ôm quanh bánh đai. Thông thường có thêm lớp vỏ bằng vải sợi để dây đai có tuổi thọ cao hơn. Việc chọn lựa các bộ truyền đai thang sẽ được trình bày trong mục tiếp theo. 7-3 Bộ truyền đai thang Cách bố trí thông thường của một bộ truyền đai thang đ ược mô t ả trong hình 7-2. Sau đây là tóm tắt một số đặc điểm quan trọng: 11 Puli có rãnh vòng quanh để lắp dây đai gọi là bánh đai . 11 Kích cỡ của bánh đai được xác định bởi đường kính tính toán (đường kính làm việc) của nó, nhỏ hơn đường kính ngoài của bánh đai. 11 Tỉ số truyền giữa bánh đai dẫn và bánh đai bị dẫn tỉ lệ nghịch với tỉ số đ ường kính tính toán của các bánh đai. Điều này đúng trong trường hợp không có trượt (dưới t ải trọng chuẩn). Do đó vận tốc vòng của cả hai bánh đai là bằng nhau và bằng với vận tốc dây đai vb : vb = R1ω1 = R2ω 2 (7-1) Mặt khác R1 = D1 / 2 và R2 = D2 / 2 nên D1ω1 D2ω2 vb = = (7-1A) 2 2 Tỉ số vận tốc góc: ω1 D2 = (7-2) ω2 D1 11 Mối liên hệ giữa chiều dài đai L, khoảng cách trục C, và các đường kính bánh đai như sau: ( D2 − D1 )2 L = 2C + 1.57( D2 + D1 ) + (7-3) 4C B + B 2 − 32( D2 − D1 )2 C= (7-4) 16 trong đó B = 4 L − 6.28( D2 + D1 ) 5. Góc ôm trên mỗi bánh đai:  D − D1  θ1 = 180o − 2arcsin  2 (7-5)   2C  33
 D − D1  θ 2 = 180o + 2arcsin  2 (7-6)   2C  Đây là các góc quan trọng vì các đai thông dụng được đánh giá khả năng tải với giả thiết rằng góc ôm bằng 180 o . Điều này chỉ có khi tỉ số truyền bằng 1 (tức không có sự thay đổi tốc độ). Góc ôm trên bánh đai nhỏ sẽ luôn nhỏ hơn 180 o , có nghĩa công suất truyền sẽ nhỏ hơn. 6. Chiều dài nhánh đai giữa hai bánh đai, trên đó đai không tiếp xúc với bánh đai: 2  D − D1  S = C − 2 2 (7-7)  2 Thông số này cũng quan trọng vì hai lý do: Bạn có thể kiểm nghiệm lực căng đai phù hợp bằng cách đo lực cần thiết để làm biến dạng đai một lượng cho trước ở điểm giữa của nhánh đai. Đồng thời hiện tượng rung động hay võng của đai cũng phụ thuộc vào chiều dài này. 7. Còn sau đây là các yếu tố gây ra ứng suất trong đai: (a) Lực kéo trong đai, lớn nhất trên nhánh căng của đai. (b) Đai bị uốn quanh các bánh đai, lớn nhất khi nhánh căng của đai uốn quanh bánh đai nhỏ. (c) Lực li tâm tạo ra khi đai chuyển động quanh các bánh đai. Ứng suất tổng hợp lớn nhất xảy ra ở vị trí đai ôm quanh bánh đai nhỏ, trong đó ứng suất uốn là thành phần chính. Do đó, cần chú ý đến đường kính tối thiểu của bánh đai đối với các đai tiêu chuẩn. Việc sử dụng các bánh đai nhỏ hơn sẽ làm giảm đáng kế tuổi thọ của đai. 8. Giá trị tính toán của tỉ số lực kéo trong nhánh căng trên lực kéo trong nhánh trùng bằng 5.0 đối với các bộ truyền đai thang. Trong thực tế giá trị này có thể lên đến 10. Các tiết diện đai tiêu chuẩn Các dây đai thương phẩm thường được chế tạo theo một trong các dạng chuẩn trong các hình từ 7-5 đến 7-8. Có sự tương ứng giữa kích thước theo in và theo mét thể hiện bởi các cặp kích thước thực của cùng một tiết diện. Sự “chuyển đổi mềm” được dùng đ ể đổi từ kích cỡ thông thường theo in sang kích cỡ theo mét bằng cách sử dụng một con số để chỉ chiều rộng danh nghĩa của mặt trên tiết diện đai tính theo milimét. Giá trị danh nghĩa của góc chêm đai nằm trong khoảng từ 30 0 cho đến 420. Góc này trên dây đai có thể hơi khác để đai chèn chặt vào rãnh bánh đai. Một số đai lại được thiết kế để “nhô ra” ngoài một chút so với rãnh đai (hình 7-4). Nhiều ứng dụng trong ôtô sử dụng các bộ truyền đai răng còn gọi là đai định thời trong hình 7-3(c) hoặc đai hình lược trong hình 7-3(d). Các chuẩn sau đây của Hiệp hội kỹ sư ôtô (SAE _ Society of Automotive Engineer) đ ưa ra các kích thước cũng như khả năng làm việc của đai dùng trong ôtô. SAE Chuẩn J636: đai thang và bánh đai. 34
SAE Chuẩn J637: bộ truyền đai thang ôtô. SAE Chuẩn J1278: đai răng và bánh đai hệ SI (Mét). SAE Chuẩn J1313: bộ truyền đai răng ôtô. SAE Chuẩn J1459: đai hình lược và bánh đai. Hình 7-5 Đai thang dùng trong công nghiệp nặng Hình 7-6 Đai thang hẹp dùng trong công nghiệp Hình 7-7 Đai thang công suất nhỏ (FHP –Fractional Horse Power), hạng nhẹ Hình 7-8 Đai thang dùng cho ôtô 7-4 Thiết kế bộ truyền đai thang Các thông số trong chọn đai thang, bánh đai dẫn và bị dẫn cùng với cách thức lắp đ ặt b ộ truyền đai sẽ được trình bày tóm tắt trong mục này. Các số liệu ví dụ lấy từ các nhà sản xuất sẽ dùng để minh hoạ. Các catalog chứa nhiều số liệu hơn, và hướng dẫn sử dụng từng bước một. Sau đây là những thông số cơ bản để chọn lựa bộ truyền: Công suất định mức của động cơ dẫn động hoặc một nguồn cấp chuyển động khác.  Hệ số chế độ làm việc dựa trên loại bộ truyền và tải trọng truyền.  Khoảng cách trục.  Công suất định mức của một dây đai là hàm của kích cỡ và tốc độ của bánh đai nhỏ.  Chiều dài đai.  Kích thước của các bánh đai dẫn và bị dẫn.  Hệ số xét đến ảnh hưởng của chiều dài đai.  Hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ôm đai trên bánh đai nhỏ.  Số dây đai.  Lực căng đai ban đầu.  Nhiều giải pháp thiết kế còn phụ thuộc vào phạm vi sử dụng và giới hạn không gian làm việc. Dưới đây là một số hướng dẫn: Việc điều chỉnh khoảng cách trục phải được thực hiện theo cả hai chiều tăng và  giảm so với giá trị danh nghĩa. Cần thu hẹp khoảng cách trục ở thời điểm lắp đặt để cho phép đặt dây đai vào rãnh của bánh đai mà dây đai không chịu lực tác dụng. Dự phòng tăng khoảng cách trục để tạo lực căng ban đầu cho bộ truyền và tạo sức căng cho đai. Catalog của nhà sản xuất sẽ cung cấp số liệu này. Có một cách khá tiện lợi để thực hiện điều chỉnh đó là sử dụng bộ căng như trong hình 14-10 (b) và (c). 35
Nếu yêu cầu giữ cố định các tâm trục, nên sử dụng bánh căng đai (còn gọi là puli  căng đai). Tốt nhất là sử dụng puli căng có rãnh đặt trên mặt trong của đai, gần với bánh đai lớn. Các bộ căng đai thông dụng đều có bánh căng. Khoảng cách trục danh nghĩa nằm trong khoảng:  D2 < C < 3( D2 + D1 ) (7-8) Góc ôm đai trên bánh đai nhỏ lớn hơn 120 o .  Hầu hết các bánh đai đều làm bằng gang xám, nên tốc độ dây đai bị hạn chế không  được quá 6500 ft/phút. Nếu như vận tốc đai nhỏ hơn 1000 ft/phút nên cân nhắc sử dụng loại bộ truyền  khác, chẳng hạn bánh răng hay xích. Tránh nhiệt độ cao xung quanh đai.  Đảm bảo rằng các trục mang bánh đai phải song song với nhau và các bánh đai phải  được căn chỉnh sao cho đai chạy êm trong rãnh. Trong trường hợp lắp nhiều đai, yêu cầu đai có số. Các số đ ược in trên đai công  nghiệp thể hiện, số 50 dùng cho chiều dài đai rất gần giá trị danh nghĩa. Các đai dài hơn mang số lớn hơn 50; đai ngắn hơn mang số nhỏ hơn 50. Đai phải được lắp đặt với lực căng ban đầu theo hướng dẫn của nhà sản xuất. Lực  căng cần được kiểm tra sau vài giờ vận hành đầu tiên do lúc này đai bắt đ ầu tỳ chặt vào rãnh và có sự kéo giãn ban đầu. Thông số thiết kế Các catalog thường cung cấp rất nhiều trang số liệu thiết kế cho nhiều kích cỡ đai và bánh đai để tạo điều kiện thuận lợi trong thiết kế bộ truyền. Các số liệu thường đ ược đ ưa ra dưới dạng bảng (tham khảo 2). Đồng thời dạng đồ thị cũng được sử dụng nên bạn có thể nhận biết một cách trực quan sự thay đổi về khả năng hoạt động với các giải pháp thiết kế. Mọi thiết kế được thực hiện theo các số liệu trong cuốn sách này nên được kiểm tra, đối chiếu với các giá trị cụ thể của nhà sản xuất trước khi đưa vào sử dụng. Các số liệu được đưa ra ở đây dùng cho đai thang hẹp: 3V, 5V, và 8V. Ba cỡ đai này có khả năng truyền công suất trong một phạm vi rộng. Sử dụng hình 7-9 để chọn kích thước cơ bản của tiết diện đai. Chú ý rằng, trục công suất (trục hoành) là công suất thiết kế, bằng công suất định mức của nguồn cấp chuyển động nhân với hệ số chế độ làm việc cho trong bảng 7-1. Các hình 7-10, 7-11 và 7-12 đưa ra công suất định mức của một đai đối với ba tiết diện kể trên, được xem như là hàm của đường kính tính toán của bánh đai nhỏ và tốc độ quay của nó. Các đường thằng đứng ở mỗi hình tương ứng với các đường kính tính toán của bánh đai tiêu chuẩn. Công suất định mức cơ bản với tỉ số truyền bằng 1 được biểu thị là các đường liền theo bậc. Khi tỉ số truyền tăng (lên đến xấp xỉ 3.38), dây đai có thể tải công suất lớn hơn. Việc tăng tỉ số truyền lên nữa không có nhiều tác dụng và có thể gặp vấn đ ề về góc ôm trên bánh đai nhỏ (góc ôm nhỏ đi). Hình 7-13 là đồ thị biểu thị số liệu công suất định mức cơ bản tăng thêm phụ thuộc vào tỉ số truyền với đai 5V. Số liệu được đưa ra theo dạng bậc thang. Với những t ỉ s ố 36
truyền lớn hơn 3,38, công suất lớn nhất thêm vào được sử dụng để vẽ các đường cong nét đ ứt trong hình 7-10, 7-11, và 7-12. Trong hầu hết các trường hợp, ta có thể sử dụng giá trị n ội suy thô giữa hai đường cong. Hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ôm Cθ phụ thuộc vào góc ôm, tra theo đồ thị hình 7- 14. Hệ số xét đến ảnh hưởng của chiều dài đai C L tra theo đồ thị hình 7-15. Người ta muốn chiều dài của đai tăng lên vì khi đó tần suất mà một phần của đai phải chịu ứng suất l ớn nhất khi đi vào bánh đai nhỏ sẽ giảm xuống (số chu kì ứng suất giảm xuống). Chiều dài của đai thang được tiêu chuẩn (bảng 7-2). Ví dụ 7-1 sẽ minh hoạ cách sử dụng các thông số thiết kế này. Hình 7-9 Đồ thị lựa chọn đai thang hẹp dùng trong công nghiệp (Dayco Corp., Dayton, OH) Bảng 7-1 Hệ số chế độ làm việc của đai thang Bộ dẫn động Động cơ xoay chiều: mômen lớn Động cơ xoay chiều: mômen b trung bình a Động cơ một chiều: dây quấn Động cơ một chiều: dây quấn Dạng cơ cấu song song, dây quấn hỗn hợp. song song chấp hành Động cơ đốt trong: 4 xy lanh Động cơ đốt trong: nhiều xi lanh (bị dẫn) hoặc ít hơn 15 15 giờ/ngày giờ/ngày giờ/ngày giờ/ngày giờ/ngày giờ/ngày Máy khuấy, quạt thông hơi, quạt gió, bơm ly 1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3 tâm, băng chuyền hạng nhẹ Máy phát, máy công cụ, máy trộn, băng chuyền 1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4 cát sỏi Guồng gầu, máy dệt, máy nghiền búa, băng 1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.6 chuyền hạng nặng Máy nghiền đá, máy nghiền bi, máy nâng, 1.3 1.4 1.5 1.5 1.6 1.8 máy ép cao su, Các loại máy quạt gió 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 37
a Động cơ đồng bộ, tách pha, ba pha với mômen khởi động hoặc mômen quá tải nhỏ hơn 175% mômen toàn tải. b Động cơ một pha, ba pha với mômen khởi động hoặc mômen tới hạn lớn hơn 175 % mômen toàn tải Hình 7-10 Công suất định mức: đai 3V Hình 7-11 Công suất định mức: đai 5V Hình 7-12 Công suất định mức: đai 8V Hình 7-13 Phần công suất tăng thêm ứng với tỉ số truyền: đai 5V Hình 7-14 Hệ số tính đến ảnh hưởng của góc ôm, Cθ Hình 7-15 Hệ số tính đến ảnh hưởng của chiều dài đai, CL Bảng 7-2 Chiều dài đai tiêu chuẩn của đai thang 3V, 5V, và 8V (đơn vị in) 3V 3V và 5V 3V,5V, và 8V 5V và 8V 8V 25 50 100 150 375 26.5 53 106 160 400 28 56 112 170 425 30 60 118 180 450 31.5 63 125 190 475 33.5 67 132 200 500 38
35.5 71 140 212 37.5 75 224 40 80 236 42.5 85 250 45 90 265 47.5 95 280 300 165 315 335 355 Ví dụ 7-1 Thiết kế một bộ truyền đai thang với bánh đai dẫn được lắp trên trục của động cơ điện (mômen trung bình) có công suất định mức bằng 50.0 (hp) và tốc đ ộ toàn t ải bằng 1160 vòng/phút (rpm). Bộ truyền dẫn động gầu trong một máy hoá chất được sử dụng 12 giờ mỗi ngày ở tốc độ xấp xỉ 675 rpm. Lời giải Vấn đề Thiết kế bộ truyền đai thang. Công suất truyền = 50 hp, truyền tới gầu Đã cho Tốc độ động cơ = 1160 rpm; tốc độ ở đầu ra của bộ truyền = 675 rpm Sử dụng các thông số thiết kế đã trình bày trong mục này. Các bước thiết Phân tích kế được xây dựng theo trình tự dưới đây. Kết quả Bước 1. Tính công suất thiết kế. Từ bảng 7-1, với động cơ điện có mômen trung bình vận hành 12h một ngày để truyền động cho gầu, hệ số chế độ làm việc là 1.30. Do đó công suất thiết kế là 1.30(50.0 hp) = 65.0 hp. Bước 2. Chọn tiết diện đai. Từ hình 7-9, chọn tiết diện 5V với công suất truyền b ằng 70 hp, tốc độ đầu vào là 1160 rpm. Bước 3. Tính tỉ số truyền danh nghĩa: Tỉ số truyền danh nghĩa = 1160/675 = 1.72. Bước 4. Tính kích thước của bánh đai dẫn dùng cho đai có tốc độ 4000 ft/phút theo cách chọn bánh đai tiêu chuẩn: π D1n1 Tốc độ đai = ν b = ft/ph 12 Như vậy đường kính bánh đai dẫn cần thiết để ν b đạt 4000 ft/ph là 12ν b (12)(4000) 15279 15279 D1 = = = = = 13.17 in π n1 π n1 n1 1160 39
Bước 5. Chọn thử một đường kính cho bánh đai dẫn, và tính đường kính bánh bị dẫn. Chọn kích thước tiêu chuẩn cho bánh đai bị dẫn, và tính tỉ số truyền cũng như tốc độ đ ầu ra thực tế của bộ truyền. Đối với bài này, các giá trị thử được cho trong bảng 7-3 (đường kính tính theo in). Hai giá trị in đậm trong bảng 7-3 có tốc độ đầu ra chỉ sai lệch khoảng 1% so với giá trị yêu cầu 675 vg/ph, nên không ảnh hưởng nhiều đến tốc độ của gầu. Do không có các hạn chế về không gian làm việc, ta hãy chọn kích thước lớn hơn. Bước 6. Xác định công suất định mức từ hình 7-10, 7-11, hoặc 7-12. Đối với tiết diện 5V vừa chọn thì sử dụng hình 7-11. Với đ ường kính bánh đai là 12.4 in ở tốc độ quay 1160 rpm, ta thấy công suất định mức cơ bản là 26.4 hp. Do đó thi ết k ế này s ẽ yêu cầu dùng nhiều dây đai. Tỉ số truyền tương đối cao cho thấy có thể tăng đ ịnh mức công suất. Giá trị này có thể ước lượng qua hình 7-11 hoặc xác định trực tiếp từ hình 7-13 đối với tiết diện 5V. Ta có công suất tăng thêm là 1.15 hp. Như vậy công suất đ ịnh mức thực t ế là 26.4 + 1.15 = 27.55 hp. Bước 7. Xác định khoảng cách trục sơ bộ. Chúng ta có thể sử dụng công thức (7-8) để xác định khoảng giá trị cho phép của C: D2 < C < 3( D2 + D1 ) 21.1 < C < 3( 21.1 + 12.4) 21.1 < C
Bước 9. Chọn chiều dài tiêu chuẩn từ bảng 7-2, và tính khoảng cách trục thực tế theo công thức (7-4). Trong bài này, chiều dài tiêu chuẩn gần nhất là 100.0 in. Như vậy từ công thức (7-4): B = 4 L − 6.28( D2 + D1 ) = 4(100) − 6.28(21.1 + 12.4) = 189.6 189.6 + (189.6) 2 − 32(21.1 − 12.4) 2 = 23.30 in C= 16 Bước 10. Tính góc ôm đai trên bánh đai nhỏ theo công thức (7-5):  21.1 − 12.4   D − D1  θ1 = 180o − 2arcsin  2  = 180 − 2arcsin  2(23.30)  = 158 o o  2C    Bước 11. Xác định các hệ số hiệu chỉnh từ hình 7-14 và 7-15. Với θ = 158 , Cθ = 0.94 . o Với L = 100 in, C L = 0.96 . Bước 12. Tính công suất định mức trên một đai đã hiệu chỉnh (sau khi xét đến ảnh hưởng của các yếu tố trên) và số dây đai cần thiết để truyền được công suất thiết kế: Công suất đã hiệu chỉnh = Cθ C L P = (0.94)(0.96)(27.55 hp) = 24.86 hp Số dây đai = 65.0/24.86 = 2.61 đai (sử dụng 3 dây đai) Nhận xét Tóm tắt thiết kế Đầu vào: Động cơ điện, 50.0 hp, 1160 rpm Hệ số chế độ làm việc: 1.4 Công suất thiết kế: 70.0 hp Đai: tiết diện 5V, chiều dài đai 100 in, số dây đai 3 Bánh đai: Bánh dẫn, đường kính tính toán 12.4 in, ba rãnh đai 5V. Bánh bị dẫn, đường kính tính toán 21.1 in, ba rãnh đai 5V Tốc độ thực tế ở đầu ra bộ truyền : 682 rpm Khoảng cách trục: 23.30 in Lực căng đai Lực căng ban đầu tác dụng lên đai có tính quyết định, vì nó đảm bảo đai không bị trượt khi chịu tải trọng thiết kế. Ở trạng thái nghỉ hai nhánh đai có lực căng bằng nhau. Nhưng khi truyền công suất, lực căng ở nhánh căng tăng lên trong khi lực căng ở nhánh chùng giảm đi. Nếu không có lực căng ban đầu, nhánh chùng sẽ chùng hoàn toàn và đai sẽ không còn tỳ vào các rãnh đai nữa; do đó nó sẽ bị trượt. Catalog của các nhà sản xuất đều đ ưa ra hướng dẫn cách thức căng đai hợp lý. Bộ truyền đai răng 4
Đai răng được chế tạo với gân hoặc răng nằm ngang ở mặt dưới đai, hình 7-3(c). Các răng ăn khớp với các rãnh tương ứng trong các bánh đai dẫn và bánh đai bị dẫn, gọi là bánh đai răng, cho phép truyền động không nhờ ma sát và không xảy ra trượt. Do đó, có một mối quan hệ không đổi giữa tốc độ của bánh đai dẫn và tốc độ của bánh đai bị dẫn. Vì lý do này nên đai răng còn được gọi là đai định thời. Ngược lại, đai thang có thể xảy ra trượt do biến dạng (trượt đàn hồi) hoặc trượt trơn trên các bánh đai, đặc biệt dưới các tải trọng nặng hoặc công suất truyền thay đổi. Hoạt động đồng bộ (tỉ số truyền không đổi) có tính quyết định đối với việc vận hành các hệ thống như máy in, vận chuyển vật liệu, đóng hộp, và lắp ráp. Các bộ truyền đai răng đang được xem xét cải tiến để thay thế bộ truyền bánh răng hoặc bộ truyền xích trong một số ứng dụng. Hình 7-16 biểu diễn một đai răng ăn khớp với bánh đai dẫn có răng. Các bánh đai răng dẫn và bị dẫn thông dụng được thể hiện trong hình 7-17. Ít nhất một trong hai bánh đai sẽ có gờ để đảm bảo đai sẽ không di chuyển dọc trục. Hình 7-18 biểu diễn bốn bước răng phổ biến và các kích thước của những đai răng thông dụng. Bước răng là khoảng cách tính t ừ tâm của một răng này đến tâm của một răng nằm kề. Bốn bước răng tiêu chuẩn là 5 mm, 8 mm, 14 mm, và 20 mm. Hình 7-3(c) thể hiện chi tiết cấu trúc mặt cắt ngang của đai răng. Độ bền kéo đ ược t ạo ra chủ yếu nhờ các sợi độ bền cao được làm từ sợi thuỷ tinh hoặc các vật liệu t ương t ự. Các sợi này được bao bọc bởi vật liệu nền là cao su dẻo, còn răng được hình thành hoàn toàn t ừ l ớp cao su nền. Thông thường người ta phủ một lớp vải trên những phần của đai tiếp xúc với bánh đai để tăng khả năng chống mài mòn và nâng cao độ bền cắt cho răng. Có nhiều chiều rộng đai khác nhau tương ứng với mỗi bước răng cho phép truyền công suất trong phạm vi rộng. Các bánh đai răng thông dụng thường sử dụng các ống lót côn xẻ rãnh lắp bên trong mayơ với lỗ chính xác do đó khe hở khi lắp với trục chỉ khoảng 0.001 đến 0.002 in (0.025 đến 0.050 mm). Kết quả là cho phép làm việc êm, cân bằng, đồng tâm. Hình 7-16 Đai răng trên bánh đai dẫn Hình 7-16 Bánh đai răng dẫn và bị dẫn (Bản quyền của Rockwell Automation) (Bản quyền của Rockwell Automation) Hình 7-18 Các kích thước của đai răng tiêu chuẩn 42
Quá trình chọn lựa các bộ phận phù hợp cho một bộ truyền đai răng cũng tương tự với bộ truyền đai thang. Nhà sản xuất cung cấp những hướng dẫn giống như trong hình 7-19, đưa ra liên hệ giữa công suất thiết kế và tốc độ quay của bánh đai nhỏ. Chúng được sử dụng đ ể xác định bước răng cần thiết. Đồng thời, nhà sản xuất cũng cung cấp nhiều trang thông tin về khả năng làm việc của bộ truyền đai răng với các thông số khác nhau của chiều rộng đai, kích cỡ bánh đai dẫn và bị dẫn, và khoảng cách trục giữa hai bánh đai tương ứng với chiều dài đai xác định. Tiến trình chọn lựa chung bao gồm các bước sau đây. Tham khảo thêm các số liệu và trình tự thiết kế của những nhà sản xuất cụ thể được trình bày trong phần các địa chỉ internet 2-5. Trình tự thiết kế chung cho bộ truyền đai răng 1. Xác định tốc độ của bánh đai dẫn (thường là tốc độ của động cơ), và tốc độ yêu cầu của bánh đai bị dẫn. 2. Xác định công suất định mức của động cơ dẫn động. 3. Xác định hệ số chế độ làm việc, sử dụng các khuyến cáo của nhà sản xuất và chú ý đến loại bộ truyền cũng như đặc điểm của cơ cấu chấp hành. 4. Tính công suất thiết kế bằng cách nhân công suất định mức của bộ phận dẫn động (động cơ) với hệ số chế độ làm việc. 5. Xác định bước răng cần thiết dựa trên các số liệu của từng nhà sản xuất cụ thể. 6. Tính tỉ số truyền. 7. Chọn một vài tổ hợp số răng của bánh đai dẫn và số răng của bánh đai bị dẫn đ ể có được tỉ số truyền mong muốn. 8. Sử dụng phạm vi giới hạn của khoảng cách trục để xác định chiều dài đai tiêu chuẩn phù hợp với thiết kế. 9. Có thể yêu cầu một hệ số hiệu chỉnh xét đến ảnh hưởng của chiều dài đai. Số liệu trong các catalog sẽ cho biết các hệ số hiệu chỉnh bé hơn 1 đ ối với các khoảng cách trục ngắn hơn và lớn hơn 1 đối với các khoảng cách trục dài hơn. Giá trị này sẽ phản ánh tần suất mà một phần tử của đai phải chịu ứng suất cao khi nó đi vào bánh đai nhỏ. Sử dụng hệ số này để tính công suất định mức của đai. 10. Xác định các thiết kế cuối cùng cho các bánh đai như gờ, loại và kích cỡ của ống lót trong mayơ, và kích thước lỗ để lắp trục. 11. Tóm tắt lại thiết kế, kiểm tra tính tương thích giữa các bộ phận khác nhau của hệ thống, và chuẩn bị tài liệu bán hàng. Hình 7-19 Chọn bước răng cho bộ truyền đai răng (rpm: vòng/phút) Việc lắp đặt bánh đai và dây đai cần có khoảng cách trục nhỏ để các răng đai có thể trượt nhẹ vào rãnh trên bánh đai mà không cần dùng lực. Sau đó, khoảng cách trục sẽ đ ược điều chỉnh tăng lên để tạo lực căng ban đầu thích hợp theo nhà sản xuất. Thường thì lực căng ban đầu của bộ truyền đai răng nhỏ hơn bộ truyền đai thang. Ta có thể sử dụng bánh căng đ ể làm căng nhánh chùng nếu như có yêu cầu khoảng cách trục giữa hai bánh đai dẫn và b ị dẫn là cố định. Tuy nhiên điều này có thể làm giảm tuổi thọ của đai. Nên tham khảo nhà sản xuất. 43
Khi vận hành, lực căng ở nhánh căng thường nhỏ hơn so với trường hợp bộ truyền đai thang còn lực căng ở nhánh chùng gần như bằng không. Do đó lực tổng hợp trên đai là thấp hơn, tải trọng trên trục mang bánh đai thấp hơn, và giảm tải trọng tác động lên ổ. 7-5 Bộ truyền xích Xích là một bộ phận truyền công suất được tạo bởi một dãy các mắt xích nối với nhau b ằng chốt. Thiết kế kiểu này tạo ra khả năng ôm quanh đĩa xích trong khi vẫn cho phép xích truyền những lực kéo lớn. Xem các tài liệu tham khảo 1, 6, và 7 để có thêm thông tin kỹ thuật cũng như số liệu từ các nhà sản xuất. Trong quá trình truyền công suất giữa hai trục quay, các dây xích ăn khớp với các đĩa có răng, gọi là đĩa xích. Hình 7-20 biểu diễn một bộ truyền xích điển hình. Loại xích thông dụng nhất là xích con lăn, có con lăn ứng với từng chốt tạo ra lực ma sát rất thấp giữa xích và đĩa xích. Ngoài ra còn có nhiều loại xích khác bao gồm các kiểu mắt xích được thiết kế rất đa dạng sử dụng phổ biến trong các băng tải (hình 7-21). Xích con lăn được xếp loại theo bước xích, là khoảng cách giữa hai điểm tương ứng của hai mắt xích kề nhau. Bước xích thường được minh hoạ bằng khoảng cách tâm của hai chốt liền kề. Xích con lăn tiêu chuẩn có ký hiệu kích thước từ 40 cho đến 240 như đ ược liệt kê trong bảng 7-4. Các chữ số (không kể chữ số ở cuối) dùng để chỉ bước xích tính theo một phần tám in, giống trong bảng. Ví dụ, xích số 100 có bước xích là 10/8 hay 1 1 in. Với nhóm xích cỡ nặng 4 xích có thêm hậu tố H trong ký hiệu (60H-240H), chúng có các kích thước cơ bản giống với xích tiêu chuẩn ngoại trừ việc các má xích dầy hơn. Ngoài ra, cũng có các kích cỡ nhỏ và nhẹ hơn như: 25, 35, và 41. Hình 7-20 Xích con lăn (Rexnord, Inc.,Milwaukee, WI) Độ bền kéo của các loại xích cũng được liệt kê trong bảng 7-4. Những số liệu này có thể được sử dụng cho các bộ truyền tốc độ rất thấp hoặc cho các ứng dụng để tạo lực kéo hoặc đỡ tải. Cần chú ý rằng chỉ có 10% độ bền kéo trung bình được sử dụng trong các ứng dụng như vậy. Trong truyền công suất, cần phải xác định sự phụ thuộc của kích cỡ xích vào tốc độ quay, điều này sẽ được trình bày cụ thể ở phần sau của chương. Có nhiều đồ gá kèm theo để giúp xích con lăn có thể sử dụng trong vận tải ho ặc vận chuyển vật liệu. Thường là các má xích mở rộng, hoặc các vấu có lỗ, tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắp ghép xích với các thanh tròn, gầu xúc, bộ phận đẩy, bộ phận đ ỡ chi tiết, hay các thanh mỏng của băng chuyền. Hình 7-21 Một số kiểu xích con lăn (Rexnord, Inc.,Milwaukee, WI) Bảng 7-4 Các kích cỡ của xích con lăn Chỉ số xích Bước xích Đường kính Chiều rộng Chiều dày Độ bền kéo trung ống ống (in) má xích bình (lb) (cỡ xích) 25 1/4 Không có - 0.030 925 35 3/8 Không có - 0.050 2100 4