NGUYÊN LÝ CHI TIẾT MÁY Đề tài BỘ TRUYỀN ĐỘNG TRỤC VÍT

Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính toán bộ truyền trục vít Trong quá trình làm việc, bộ truyền trục vít – bánh vít có thể xuất hiện các dạng hỏng sau: Dính xước bề mặt, thường xảy ra ở các b

ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CƠ ĐIỆN ĐIỆN TỬ

-

NGUYÊN LÝ CHI TIẾT MÁY

Đề tài:

BỘ TRUYỀN ĐỘNG TRỤC VÍT

GVHD: ThS TRẦN HỮU TUYỂN SVTH: NGUYỄN TRUNG KIÊN

TRƯƠNG DUY KHÁNH NGUYỄN HỒ MINH KHÁNH NGUYỄN TUẤN KIỆT

NGUYỄN KHẮC HOÀI NAM

Đồng nai, 2022

[dùng tính năng Refercences/add text/Insert table of figures (table of contents, table

of figures,…) trong Office 2010 để làm mục lục tự động]

MỤC LỤC CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined 1.1 Lý do chọn đề tài Error! Bookmark not defined 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Error! Bookmark not defined 1.3 Phạm vi nghiên cứu Error! Bookmark not defined 1.4 Kết quả đạt được Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Error! Bookmark not defined 2.1 Tiêu đề mục 2.1 Error! Bookmark not defined 2.1.1 Tiêu đề mục 2.1.1 Error! Bookmark not defined 2.2 Tiêu đề mục 2.2 Error! Bookmark not defined 2.2.1 Tiêu đề mục 2.2.1 Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 3 PHÁT BIỂU VẤN ĐỀ Error! Bookmark not defined 3.1 Tiêu đề mục 3.1 Error! Bookmark not defined 3.2 Tiêu đề mục 3.2 Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ Error! Bookmark not defined 4.1 Tiêu đề mục 4.1 Error! Bookmark not defined 4.2 Tiêu đề mục 4.2 Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined PHỤ LỤC (nếu có) Error! Bookmark not defined Chương trình minh họa 1 Error! Bookmark not defined Chương trình minh họa 2 Error! Bookmark not defined DANH MỤC BẢNG BIỂU Error! Bookmark not defined DANH MỤC HÌNH ẢNH Error! Bookmark not defined.

BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT

1 Khái niệm chung

Nguyên lý làm việc:

- Làm việc theo nguyên lý ăn khớp, được xếp vào loại truyền động răng-vít, kết

hợp giữa bộ truyền bánh răng và vít Bộ truyền trục vít-bánh vít gồm trục vít và bánh

vít ăn khớp với nhau, khi trục vít quay truyền chuyển động và cơ năng sang bánh vít

2 Thông số hình học

5 PHÂN TÍCH LỰC

Khi bộ truyền làm việc, trục và ổ mang trục vít và bánh vít chịu tác dụng của

những lực sau (Hình 5.1):

Hình 5.1 lực tác dụng lên trục và ổ bộ truyền trục vít, bánh vít

Lực tiếp tuyến Ft1 tác dụng lên trục dẫn I, lực Ft2 tác dụng lên trục II Phương của Ft1 tiếp tuyến với vòng lăn trục vít, phương của Ft2 tiếp tuyến với vòng lăn của bánh vít Chiều của Ft1 ngược với chiều quay n1, chiều của Ft2 cùng với chiều quay n2 Giá trị của Ft1 và Ft2:

Quan hệ giữa Ft1 và Ft2 được xác định:

Trong đó φ là góc ma sát trên bề mặt tiềp xúc của ren trục vít và răng bánh vít

Lực hướng tâm Fr1 tác dụng lên trục I, vuông góc với trục I và hướng về phía trục I Lực hướng tâm Fr2 vuông góc với trục II và hướng về phía trục II Giá trị: Fr1 = Fr2 = Ft2.tgα/cosγ

Lực dọc trục Fa1 tác dụng lên trục I, song song với trục I Lực dọc trục Fa2 song song với trục II Chiều của lực Fa1, Fa2 phụ thuộc vào chiều quay và chiều nghiêng của đường ren Giá trị của lưc dọc trục:

Lực Fa1 tác dụng lên trục vít có giá trị rất lớn, để làm trục vít mất ổn định

6 CÁC DẠNG HỎNG VÀ CHỈ TIÊU TÍNH

Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính toán bộ truyền trục vít

Trong quá trình làm việc, bộ truyền trục vít – bánh vít có thể xuất hiện các dạng hỏng sau:

Dính xước bề mặt, thường xảy ra ở các bộ truyền có áp suất trên bế mặt tiếp xúc lớn, vận tốc làm việc tương đối lớn Trên bề mặt ren trục vít có dính các hạt kim loại, bị bứt ra từ bánh vít Mặt ren trở nên sần sùi Đồng thời mặt răng bánh vít bị cào xước Chất lượng bề mắt giảm đáng kể, bộ truyền làm việc không tốt nữa Nguyên nhân: do ứng suất lớn và nhiệt độ cao làm vật liệu của bánh vít tại chỗ tiếp xúc đạt đến trạng thái chảy dẻo Kim loại bị bứt ra dính lên mặt ren trục vít, tạo thành các vấu, các vấu này cào xước mặt răng bánh vít

Mòn răng bánh vít và ren trục vít, do vận tốc trượt rất lớn, nên tốc độ mòn cao Vật liệu của bánh vít có cơ tính thấp, bánh vít bị mòn nhiều hơn Mòn làm yếu chân răng và làm nhọn răng bánh vít Mòn thường xảy ra ở những bộ truyền có áp suất trung bình và bôi trơn không đầy đủ

Biến dạng mặt răng, trên răng bánh vít có những chỗ lồi lỏm, dạng răng bị thay đổi, bộ truyền ăn khớp không tốt nữa Dạng hỏng này thường xuất hiện ở các

bộ truyền có áp suất trên mặt tiếp xúc lớn, và vận tốc làm việc thấp

Gãy răng bánh vít, một hoặc vài răng tách rời khỏi bánh vít Gãy răng là dạng hỏng nguy hiểm

Gãy răng có thể do quá tải, hoặc do bị mỏi, khi ứng suất uốn trên tiết diện chân răng vượt quá giá trị cho phép

Tróc rỗ mặt răng, trên mặt ren trục vít và răng bánh vít có những lỗ nhỏ và sâu, làm hỏng mặt răng, bộ truyền làm việc không tốt nữa Tróc rỗ thường xảy ra

ở những bộ truyền bánh vít làm bằng đồng thanh có độ bền chống dính cao, ứng suất tiếp xúc nhỏ và được bôi trơn đầy đủ

Nhiệt độ làm việc quá cao Khi nhiệt độ vượt quá giá trị cho phép, sẽ làm giảm chất lượng dầu bôi trơ Làm thay đổi tính chất các mối ghép, có thể dẫn đến kẹt ổ Làm các trục dãn dài, có thể làm tăng tải trọng phụ

Trục vít bị uốn cong, do mất ổn định Đối với những bộ truyền có trục vít mảnh, tỷ lệ giữa khoảng cách l1 và đường kính df1 quá lớn Lực dọc trục Fa1 nén trục vít, làm trục vít mất ổn định

Để tránh các dạng hỏng nêu trên, người ta tính toán bộ truyền trục vít theo các chỉ tiêu:

Trong đó:

σH là ứng suất tiếp xúc tại điểm nguy hiểm trên mặt răng

[σH2] là ứng suất tiếp xúc cho phép của mặt răng bánh vít

σF2 lá ứng suất uốn tại điểm nguy hiểm trên tiết diện chân răng bánh vít [σF2] là ứng suất uốn cho phép của răng bánh vít, tính theo sức bền mỏi θlv là nhiệt độ làm việc của bộ truyền trục vít

[θ] là nhiệt độ làm việc cho phép của bộ truyền

[Fa] là lực dọc trục cho phép của trục vít

Tính toán bộ truyền truụ vít theo chỉ tiêu 14-1, là tính theo sức bền tiếp xúc Tính theo chỉ tiêu 14-2, gọi là tính theo sức bền uốn

Tính theo chỉ tiêu 14-3, gọi là tính theo điều kiện chịu nhiệt

Tính theo chỉ tiêu 14-4, gọi là tính theo độ ỗn định thân trục vít

Nếu bộ truyền trục vít chịu tải trọng quá tải trong một thời gian ngắn, cần phải kiểm tra theo sức bền tĩnh, gọi là kiểm tra bộ truyền theo tải trọng quá tải

Vật liệu chế tạo trục vít, bánh vít

Về khái niệm thì bộ truyền trục vít – bánh vít dùng để truyền chuyển động giữa 2 trục chéo nhau Góc giữa 2 trục thường bằng 90 và thông thường trục vít sẽ là trục dẫn động

Hình ảnh 7.1: Bộ truyền Trục Vít – Bánh Vít

Về phân loại thì trục vít phân loại chủ yếu theo hình dạng biên dạng ren và có 3 loại chính là trục vít Acsimet, trục vít convolute, và trục vít thân khai Tùy từng đặc trưng

và tính ưu việt của từng loại mà phạm vi sử sụng của trục vít và bánh vít sẽ khác nhau Trong cơ khí chế tạo thì chúng ta thường thấy Bộ truyền trục vít – bánh vít được sử dụng rộng rãi trong cơ cấu phân độ, hay các trục vime của máy gia công( máy tiện… )

và cũng thường sử dụng trong các cơ cấu nâng vì có đặc tính ưu việt là khả năng tự hãm

Như vậy thì ưu điểm chủ yếu của bộ truyền trục vít – bánh vít là

Tỷ số truyền lớn

Làm việc êm, không ồn

Có khả năng tự hãm

Có độ chính xác động học cao

Tuy nhiên bộ truyền trục vít cũng tồn tại những nhược điểm không nhỏ như: Hiệu xuất thấp, sinh nhiệt nhiều do vận tốc trượt lớn Ngoài ra thì giá thành chế tạo đắt do vật liệu chế tạo bánh vít thường là kim loại màu để giảm ma sát

Vậy nên vật liệu được sử dụng chủ yếu để chế tạo bộ truyền tục vít – bánh vít hiện nay ngoài thực tế đó là: Trục vít thường làm bằng thép; Bánh vít thường làm bằng hợp kim màu, cụ thể là hợp kim của đồng( đồng thanh) Tại sao lại sử dụng như vậy?

Thực tế thì trục vít( thường là trục dẫn động) được làm bằng thép và liền với trục vì chịu tải lớn, còn bánh vít ( thường là bánh bị dẫn động, nhận chuyển động từ trục vít) cho nên bề mặt làm việc của bánh vít phải làm bằng vật liệu kém bền hơn, và hợp kim màu, cụ thể là hợp kim đồng được sử dụng chủ yếu vì đồng có rất nhiều tính năng phù hợp với điều kiện làm việc của trục vít – bánh vít

Mình xin chia sẻ một số nguyên nhân chủ yếu như sau:

Đồng có độ bóng cao và có khả năng thấm dầu bôi trơn tốt, làm giảm ma sát trong quá trình làm việc khi bộ truyền trục vít – bánh vít hoạt động giảm ma sát khi làm việc là cực kì quan trọng

Trong bộ tuyền Trục vít – Bánh vít thì một trong hai vật liệu làm trục vít – bánh vít phải khác vật liệu kia Và trục chủ động phải có độ cứng cao hơn trục bị động

Sử dụng hợp kim đồng vì đồng có độ dẫn nhiệt tốt, lại tản nhiệt nhanh, chính vì thế mà

sẽ giảm được nhiệt rõ rệt ở vùng tiếp xúc Hiện tượng hỏng do dính là khá thấp

Ngoài ra thì đồng tương đối dễ tìm kiếm, rẻ tiền, dễ sửa chữa và thay thế

Trên đây mình vừa chia sẻ tổng hợp nguyên nhân và lý do mà bộ truyền Trục Vít- Bánh vít hay sử dụng vật liệu làm trục vit bằng thép và vật liệu làm bánh vít bằng hợp kim của Đồng

Vật liệu chế tạo trục vít, bánh vít có thể chọn như sau:

Khi truyền công suất nhỏ (dưới 3kW), nên dùng trục vít Acsimet hoặc Covolut không mài Trục vít được làm bằng thép C35, C45, C50, C35CrCu, tối cải thiện có độ rắn bề mặt dưới 350 HB

Khi truyền công suất trung bình và lớn, người ta dùng trục vít thân khai có mãi Thường dùng loại thép C40C, 40CrNi, 12CrNi3AI, 20CrNi3AI, 30CrMnPbAl, tôi đạt độ rắn bề mặt 45 – 50 HRC Sau khi cắt ren, tôi bề mặt ren, sau đó mài ren và đánh bỏng Trục vít tôi thường dùng ăn khớp với bánh vít bang đồng thanh

Bánh vít trong các bộ truyền kin có vận tốc trượt và ≤ 5 m/s, được làm bằng đồng thanh không thiếc, như: BCuAI9Fe4, BCuAl10Fe4N4 hoặc đồng thau LCu66A16Fe3Mg2, LCu58Mg2Pb2

Nếu vận tốc trượt trong khoảng 5 + 12 m/s, bánh vít được chế tạo bằng đồng thanh ít thiếc, như: BCuSn6Zn6Pb3 BCuSn5Zn5Pb5

Nếu vận tốc trượt lớn hơn nữa, có thể dùng đồng thanh nhiều thiếc, như:BCuSn10P1, BCuSn10NIP

Trong các bộ truyền quay tay, hoặc công suất nhỏ, bánh vít được chế tạo bằng gang, ví

dụ như GX10, GX15, GX18, GX20 Trường hợp này dùng trục vít bằng thép C35, C40, C45, tôi cải thiện đạt độ ran 300 HB – 350 HB

Tính toán bộ truyền trục vít

Trình tự tính toán thiết kế bộ truyền trục vít

1 Xác định tỉ số truyền:

2 Dự đoán vận tốc trượt theo công thức:

3 Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép bánh vít:

Ứng suất uốn cho phép:

4 Chọn số mối ren z1 theo tỉ số truyền u Khi z1=4 thì u = 8/15; khi z1=2 thì u= 16/30; khi z1=1 thì 80≥u≥30

Tỷ số truyền bộ truyền trục vít được chọn theo dãy số tiêu chuẩn sau:

Tính z2=uz1 (với z2≥28) Tính lại tỷ số truyền u Chọn hệ số đường kính q theo tiêu chuẩn thỏa mãn điều kiện 0,4≥q/z2≥0,22, thông thường chọn q/z2≈0,26

5.chọn sơ bộ theo công thức:

6 tính khoảng cách trục theo độ bền tiếp xúc theo công thức:

Sau đó tính toán lại khoảng cách trục, nếu khoảng cách trục không phải tiêu chuẩn hoặc số nguyên ta phải tiến hành dịch chỉnh bánh vít Nếu bộ truyền quay tay thì ta tính môđun theo độ bền uốn bằng công thức:

7 xác định các kích thước chính bộ truyền:

8 Kiểm nghiệm vận tốc trượt theo công thức:

Hệ số tải trọng tính theo bảng 7.6 và công thức: sửa cái ngoặc lại bình thường

Hiệu suất theo công thức:

9 Nếu vật liệu bánh vít chế tạo từ đồng thanh có độ rắn cao hoặc gang thì tính toán lại giá trị ứng suất tiếp xúc cho phép với vận tốc trượt vừa tìm được, giá trị vừa tính không được nhỏ hơn 10% hoặc lớn hơn 5% giá trị sơ bộ trên mục 3 Nếu không ta tiến hành tính toán thiết kế lại

sô Yz2 theo bảng 7.10 và kiểm nghiệm ứng suất uốn của bánh vít theo công thức:

11 Kiểm nghiệm giá trị bền thân trục theo hệ sô an toàn

12 Tính toán nhiệt theo công thức:

Trong đó [t1] là nhiệt độ làm việc cho phép tùy vào loại dầu bôi trơn, có giá trị lớn nhất 95 độ C

13 Xác định giá trị các lực:

14 Kiểm tra độ bền uốn của trục theo công thức:

Trong đó, tổng moomen uốn tương đương, xác định theo công thức:

ứng suất uốn cho phép trực vít có thể tra trong bảng 7.11

15 Kiểm tra độ cứng trục vít theo công thức:

thỏa mãn điều kiện trên thì ta phải tăng hệ số đường kính q hoặc giảm khoảng cách giữa các trục

Kết cấu và bôi trơn bộ truyền trục vít

Kết cấu bộ truyền trục vít:

Trục vít thường được chế tạo liền với trục, khi thiết kế kết cấu cần chú ý đến việc thoát dụng cụ cắt khi gia công ren

Bánh vít được chế tạo riêng rồi lắp lên trục Khi đường kính bánh vít dưới 120

mm có thể chế tạo bánh vít liền khối, còn khi đường kính lớn, để tiết kiệm kim loại màu, thường chế tạo bánh vít bằng vật liệu giảm ma sát rồi ghép với thân bánh vít bằng gang nhờ độ dôi (hình a), bulông (hình b) Trong sản xuất hàng loạt thường dùng vành bánh vít bằng đồng thanh đúc trực tiếp vào máy (hình c)

Những yếu tố sau ảnh hưởng đến hiệu

quả của bánh vít-trục vít:

Góc nghiêng ren của trục vít

Tốc độ trượt

Chất bôi trơn

Chất lượng bề mặt

Điều kiện lắp đặt

Giải pháp bôi trơn bánh vít- trục vít

Cơ cấu bánh vít-trục vít có một trở ngại chính: chuyển động tương đối giữa các răng khớp nhau của hai phần tử gần như hoàn toàn trượt Điều này đặt ra một thách thức đáng kể vì chất bôi trơn liên tục bị gạt sang một bên, rất khó duy trì được màng dầu tại điểm tiếp xúc giữa trục vít và bánh răng Ngoài ra nhiệt độ hoạt động có thể đạt tới 90oC hoặc cao hơn đòi hỏi phải sử dụng dầu bôi trơn có độ nhớt ISO VG 460

(AGMA 7) hoặc cao hơn và độ bền nhiệt bền oxy hóa cao

Trình tự thiết kế bộ truyền trục vít

1 Xác định tỉ số truyền

2 Dự đoán vận tốc trượt vs Chọn vật liệu bánh vít, trục vít, phương pháp chế tạo, nhiệt luyện, cấp chính xác

3 Tính ứng suất cho phép và

4 Chọn số mối ren , hệ số đường kính q Tính Tính chính xác tỉ số truyền u

5 Chọn sơ bộ η

6 Tính khoảng cách trục a, modun và chọn m theo tiêu chuẩn Sau đó tính lại

[H] [F]

1

z z2 u z 1

khoảng cách trục a …

7 Xác định các kích thước chính của bộ truyền

8 Kiểm nghiệm vận tốc trượt theo, hệ số tải trọng, hiệu suất

9 Nếu vật liệu bánh vít chế tạo từ đồng thanh, gang, tính toán lại giá trị

với vừa tìm được

10 Xác định số răng tương đương bánh vít Chọn hệ số và kiểm nghiệm ứng suất uốn

11 Tính toán nhiệt

12 Chọn dầu bôi trơn

Ví dụ:

Thiết kế truyền động trục vít với các số liệu sau: = 2,45 kW; = 80 vg/ph; u = 18;

bộ truyền quay một chiều, tải trọng thay đổi theo sơ đồ trên hình; thời hạn sử dụng

10000 h, trục vít đặt dưới bánh vít

Giải:

1 Tính sơ bộ vận tốc trượt theo:

Với chọn vật liệu vành bánh vít là đồng thanh nhôm sắt niken, đúc ly tâm,

có ; trục vít bằng thép 45, tôi bề mặt đạt độ cứng

, ren thân khai, sau khi cắt ren được mài

2 Xác định ứng suất cho phép:

với bộ truyền quay một chiều:

[H]

s

v

2

2 2

9, 5.10 9, 5.10 18 2, 45.80 4, 28 /

sb

v   u P n    m s

5 /

sb

v  m s

b MPa ch MPa

   

45 50HCR

[H]=192,5 MPa;

9 9

6

2 2

2 max 6

[ ]=0,25 0, 08 0, 25.600 0, 08.200 166

0, 74 15.10

1445

60 ( ) 60 .10000(1 0, 3 0, 7 0, 4.0, 5 0, 3)

18 15.10

[ ] 166.0, 74 122, 6

FO ch ch

FL

FE

i

F

MPa

K

N

T

T

MPa





