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 đầy đủ 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 được 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 động lẫn 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.  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 25 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 độ nhỏ hơn 1.0 vg/ph. Các máy sản xuất có thể quay vài trăm vg/ph. Các bộ dẫn động 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 động lên trục.  Thiết kế các trục đảm bảo an toàn khi làm việc dưới tác động 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 động; 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 định những bộ 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 độ chính xác trong hoạt động của các bánh răng. Mô tả chi tiết quá trình ăn khớp của một cặp bánh răng, đồng thời thiết kế và phân tích hoạt động của hai hay nhiều cặp bánh răng trong một hệ bánh răng. 26 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 đến 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 từ trục qua then đến bánh răng hay các bộ phận khác. Chọn nối trục phù hợp với độ 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 độ 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 độ nhám của chúng. Để hoàn chỉnh những công việc này yêu cầu một số kĩ năng được 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 để đảm 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, tốc độ làm việc, và tuổi thọ mong muốn của ổ. Từ các số liệu này bạn có thể chọn được các ổ tiêu chuẩn 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 thiết 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 đảm bảo các bộ phận có thể lắp được với nhau. Bạn sẽ cần xem lại tất cả các giải pháp thiết kế, các giả thiết trước đây và kiểm tra xem thiết kế có đạt yêu cầu. Sau khi phân tích các chi tiết 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 động 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 bạn sẽ đưa ra các thông số kỹ thuật cuối cùng cho một hệ truyền công suất hoàn chỉnh và tài liệu thiết kế của bạn bao gồm thuyết minh và các bản vẽ tương ứng. 27 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  Đai và xích là hai bộ truyền điển hình dùng để truyền công suất một cách linh hoạt. Đai làm việc trên các bánh đai trong khi xích làm việc trên các đĩa tròn có răng gọi là đĩa xích. Tìm hiểu Quan sát và xác định ít nhất một thiết bị cơ khí có sử dụng truyền động đai và một thiết bị cơ khí có sử dụng truyền động xích. Mô tả các bộ truyền này, và phác họa cách thức chúng nhận công suất từ một nguồn cấp và cách thức chúng truyền công suất cho bộ phận bị dẫn. Mô tả sự khác nhau giữa bộ truyền đai và bộ truyền xích. Trong chương này bạn sẽ tìm hiểu phương pháp chọn các chi tiết phù hợp cho bộ truyền đai và bộ truyền xích từ những thiết kế 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 động cuối (bộ công tác). Chú ý rằng, trong truyền động công suất mômen xoắn tỉ lệ nghịch với tốc độ. Vì thế thường yêu cầu giảm tốc độ. Do động cơ có tốc độ lớn nên bộ truyền đai khá lý tưởng 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. Trục ra của hộp giảm tốc bánh răng thường có tốc độ thấp và mômen xoắn cao. Nếu cả mômen xoắn và tốc độ 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 định, nên thông thường ở đầu ra vẫn phải giảm tốc hơn nữa để đáp ứng yêu cầu của máy. Ở điều kiện làm việc có tốc độ thấp, mômen xoắn lớn, bộ truyền xích rất phù hợp. Mômen xoắn lớn gây ra lực kéo lớn trên dây xích. Các chi tiết của bộ truyền xích thường làm bằng kim loại, và 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. 29 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 đến 6500 ft/ph (foot/phút), nên chỉ gây ra lực kéo nhỏ trên dây đai. Ở tốc độ nhỏ hơn, lực kéo trở nên rất lớn so với tiết diện của dây đai, và có thể gây ra hiện tượng trượt giữa dây đai và bánh đai. Ở tốc độ 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 cường 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; điều hoà không khí, và các hệ thống thông gió; hay máy móc công nghiệp. Hãy mô tả hình dạng chung của chúng. Bánh dẫn được gắn vào bộ phận nào? Tốc độ làm việc của nó là khá cao? Kích thước của bánh bị dẫn? Nó có làm cho trục thứ hai quay với tốc độ chậm hơn? Chậm hơn bao nhiêu? Có thêm các cấp giảm tốc nào khác được thực hiện bởi bộ truyền đai hoặc bộ giảm tốc khác không? Thực hiện phác thảo sơ đồ của hệ truyền động. Thực hiện các đo đạc có thể, với điều kiện phải đảm bảo an toàn cho thiết bị. Bạn đã từng gặp các bộ truyền động xích ở đâu? Một ứng dụng rõ nét nhất của bộ truyền xích chính là trên xe đạp, trong đó đĩa xích lớn được gắn vào trục của pêđan còn đĩa xích nhỏ hơn (líp) được gắn ở bánh sau xe. Đĩa xích dẫn và/hoặc đĩa xích bị dẫn có thể có nhiều kích cỡ, cho phép người lái xe lựa chọn các tỉ số truyền khác nhau nhằm đạt khả 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 đến các phương tiện giao thông, máy xây dựng và máy công nghiệp. Mô tả và phác thảo ít nhất một hệ truyền động xích. Chương này sẽ giúp bạn biết cách xác định các đặc trưng thiết kế chính của các bộ truyền đai và xích thường gặp. Qua đó bạn có thể xác định được loại và kích cỡ phù hợp để truyền công suất ở mức cho trước với tốc độ xác định, và đạt được được tỉ số truyền mong muốn giữa đầu vào và đầu ra của bộ truyền. Chương này cũng đưa ra những chú ý về cách lắp đặt các bộ truyền để bạn có thể có đưa thiết kế của mình vào hệ hoàn chỉnh. Bạn là nhà thiết kế Ở Louisiana người ta cần thiết kế một hệ thống truyền động dùng cho máy cắt cây mía dài thành các đoạn ngắn để đưa vào chế biến. Trục dẫn động của máy quay chậm ở tốc độ 30 vòng/phút nhờ vậy chặt mía một cách nhẹ nhàng và không bị nát. Máy cần mômen xoắn khoảng 31500 lb.in để dẫn động các lưỡi dao. Công ty của bạn được đặt hàng thiết kế hệ dẫn động này, và bạn là người được giao nhiệm vụ thiết kế. Theo bạn nên sử dụng loại nguồn công suất nào? Bạn có thể sử dụng động cơ điện, động cơ xăng, hay động cơ thuỷ lực. Hầu hết các loại này đều vận hành ở tốc độ tương đối cao, lớn hơn khá nhiều so với tốc độ yêu cầu là 30 vòng/phút. Vì thế phải cần đến một số bộ giảm tốc cho hệ thống. Rất có thể bạn sẽ chọn bộ giảm tốc giống trong hình 7-1. Có ba cấp giảm tốc được sử dụng. Bánh đai dẫn của bộ truyền đai quay với tốc độ của động cơ, trong khi bánh đai bị dẫn lớn 3 hơn quay ở tốc độ chậm hơn và truyền công suất cho đầu vào của hộp giảm tốc bánh răng. Phần lớn sự giảm tốc độ sẽ được thực hiện bởi hộp giảm tốc bánh răng, với trục ra quay chậm hơn nhiều và tạo ra một mômen xoắn lớn. Nhớ rằng, với công suất truyền cho trước thì khi tốc độ quay của trục giảm thì mômen xoắn tạo ra tăng lên. Nhưng do số thiết kế có sẵn của hộp giảm tốc bị giới hạn nên tốc độ ở đầu ra có thể không đáp ứng được cho trục vào của máy cắt mía. Do đó ta phải sử dụng thêm bộ truyền xích làm cấp giảm tốc cuối cùng. Với vai trò là một nhà thiết kế, bạn phải quyết định xem sẽ sử dụng loại đai, kích thước nào và xác định tỉ số truyền của bộ truyền đai là bao nhiêu. Xác định cách lắp bánh đai dẫn vào trục động cơ cũng như cách lắp bánh đai bị dẫn lên trục vào của hộp giảm tốc bánh răng. Động cơ đặt ở đâu so với hộp giảm tốc bánh răng, dẫn đến khoảng cách tâm giữa hai trục bằng bao nhiêu? Tỉ số truyền của hộp giảm tốc bánh răng là bao nhiêu? Nên sử dụng hộp giảm tốc bánh răng loại nào: bánh răng nghiêng,trục vít-bánh vít, hay bánh răng côn? Bộ truyền xích cần có tỉ số truyền bằng bao nhiêu để có được tốc độ phù hợp với trục của máy cắt mía? Xác định kích cỡ và loại bộ truyền xích? Xác định khoảng cách tâm giữa trục ra của hộp giảm tốc bánh răng với trục vào của máy cắt mía. Từ đó xác định chiều dài cần thiết của dây xích. Cuối cùng bạn cần tính toán công suất cần thiết để vận hành toàn bộ hệ thống với những điều kiện đã cho. Nội dung trong chương này sẽ giúp bạn giải đáp các thắc mắc về thiết kế những hệ thống truyền công suất có chứa các bộ truyền đai và xích. Hộp 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. 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 3 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 được 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 được thu hẹp lại. Sau đó dịch hai bánh đai ra xa nhau, tạo ra một lực căng ban đầu lớn hơn trên dây đai. Khi truyền công suất, ma sát làm cho dây đai bám chặt vào các bánh đai, làm tăng lực 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 lực 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 chuẩn. Chúng có thể làm việc trên các bánh đai có đường kính tương đối nhỏ. 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 được 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, sợi tổng hợp, hoặc thép, được 32 nhúng vào trong một hỗn hợp cao su bền tạo độ 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 được mô tả trong hình 7-2. Sau đây là tóm tắt một số đặc điểm quan trọng: 1. Puli có rãnh vòng quanh để lắp dây đai gọi là bánh đai . 2. 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. 3. Tỉ số truyền giữa bánh đai dẫn và bánh đai bị dẫn tỉ lệ nghịch với tỉ số đường kính tính toán của các bánh đai. Điều này đúng trong trường hợp không có trượt (dưới tải trọng chuẩn). Do đó vận tốc vòng của cả hai bánh đai là bằng nhau và bằng với vận tốc dây đai b v : 2211 ωω RRv b == (7-1) Mặt khác 2/ 11 DR = và 2/ 22 DR = nên 1 1 2 2 2 2 b D D v ω ω = = (7-1A) Tỉ số vận tốc góc: 1 2 2 1 D D ω ω = (7-2) 4. Mối liên hệ giữa chiều dài đai L, khoảng cách trục C, và các đường kính bánh đai như sau: 2 2 1 2 1 ( ) 2 1.57( ) 4 D D L C D D C − = + + + (7-3) 2 2 2 1 32( ) 16 B B D D C + − − = (7-4) trong đó 2 1 4 6.28( )B L D D= − + 5. Góc ôm trên mỗi bánh đai: 2 1 1 180 2arcsin 2 o D D C θ −   = −     (7-5) 2 1 2 180 2arcsin 2 o D D C θ −   = +     (7-6) Đây là các góc quan trọng vì các đai thông dụng được đánh giá khả năng tải với giả thiết rằng góc ôm bằng o 180 . Điều này chỉ có khi tỉ số truyền bằng 1 (tức không có sự thay đổi 3 tốc độ). Góc ôm trên bánh đai nhỏ sẽ luôn nhỏ hơn o 180 , 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 2 2 1 2 D D S C −   = −     (7-7) 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 để 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 42 0 . 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) đưa ra các kích thước cũng như khả năng làm việc của đai dùng trong ôtô. SAE Chuẩn J636: đai thang và bánh đai. 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. 3 [...]... Tham khảo các bảng 7- 8 đến 7- 9 để có được số liệu cần thiết Hình này thể hiện kết quả thiết kế của ví dụ 7- 3 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH (CHAIN DRIVER DESIGN) Nhập số liệu đầu vào: Ứng dụng: Truyền động/loại: Cơ cấu chấp hành: Công suất ở đầu vào: Hệ số chế độ làm việc: Tốc độ đầu vào: Tốc độ đầu ra mong muốn: Số Liệu Sau Tính Toán: Ví dụ 7- 3 Băng chuyền than Động c - Truyền động cơ khí Băng chuyền chịu... nhúng trong thùng dầu Hình 7- 2 5 Bản vẽ thiết kế theo tỉ lệ của bộ truyền xích trong ví dụ 7- 2 và 7- 3 Ví dụ 7- 3 Thiết kế theo phương án khác với cùng các điều kiện trong ví dụ 7- 2 để có một bộ truyền xích nhỏ hơn Lời giải Vấn đề: Thiết kế bộ truyền xích nhỏ hơn cho ứng dụng trong ví dụ 7- 2 Đã cho: Công suất truyền = 15 mã lực cho một băng truyền than 52 Tốc độ động cơ = 900 vg/ph; Tốc độ ở đầu ra bộ truyền... cụ thể dựa vào bảng 7- 8 4 47 60Bảng 7- 6 Công suất định mức (hp) – xích con lăn một dãy, số40Bảng 7- 5 Công suất định mức (hp) – xích con lăn một dãy, số 80Bảng 7- 7 Công suất định mức (hp) – xích con lăn một dãy, số Bảng 7- 8 : Hệ số chế độ làm việc của các bộ truyền xích Kiểu tải trọng Loại cơ cấu dẫn động Dẫn động thuỷ lực Động cơ điện hoặc tuabin Động cơ đốt trong với dẫn động cơ khí 1.0 1.0 1.2 Tải... định mức từ hình 7- 1 0, 7- 1 1, hoặc 7- 1 2 Đối với tiết diện 5V vừa chọn thì sử dụng hình 7- 1 1 Với đường 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 thiết kế này sẽ yêu cầu dùng nhiều dây đai Tỉ số truyền tương đối cao cho thấy có thể tăng định mức công suất Giá trị này có thể ước lượng qua hình 7- 1 1 hoặc xác định trực tiếp từ hình 7- 1 3 đối với tiết... Cθ Hình 7- 1 5 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,5V, và 8V 5V và 8V 8V 25 26.5 28 30 31.5 33.5 35.5 37. 5 40 42.5 45 3 3V và 5V 50 53 56 60 63 67 71 75 80 85 90 100 106 112 118 125 132 140 150 160 170 180 190 200 212 224 236 250 265 375 400 425 450 475 500 47. 5 95 280 300 315 335 355 165 Ví dụ 7- 1 Thiết kế 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- 1 0, 7- 1 1 và 7- 1 2 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... truyền = 675 rpm Phân tích Sử dụng các thông số thiết kế đã trình bày trong mục này Các bước thiết 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... 2.0 2.0 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- 1 0 Công suất định mức: đai 3V 3 Hình 7- 1 1 Công suất định mức: đai 5V Hình 7- 1 2 Công suất định mức: đai 8V Hình 7- 1 3 Phần công suất tăng thêm ứng với tỉ số truyền: đai 5V Hình 7- 1 4 Hệ số tính... thực tế về mặt lý thuyết Từ công thức ( 7- 1 0): 51 N + N1 N + N1  8( N 2 − N1 ) 2 1  C = L − 2 + L − 2 − 4 2 2  4π 2    2     1 65 + 17 65 + 17  8(65 − 17) 2  C = 122 − + 122 − − 4 2 2  4π 2    2     ( 7- 1 0) C = 39 .76 6 bước xích = 39 .76 6(0 .75 in) = 29.825 in Bước 10 Tính góc ôm của xích trên mỗi đĩa xích theo các công thức ( 7- 1 2) và ( 7- 1 3) Cần chú ý rằng góc ôm tối thiểu phải...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 đặt bộ truyền đai sẽ được . 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- 1 5), nhằm giúp bạn có đầy đủ kiến thức khi bắt đầu thiết kế một thiết bị. liệu thiết kế của bạn bao gồm thuyết minh và các bản vẽ tương ứng. 27 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. 8V 25 26.5 28 30 31.5 33.5 35.5 37. 5 40 42.5 45 50 53 56 60 63 67 71 75 80 85 90 100 106 112 118 125 132 140 150 160 170 180 190 200 212 224 236 250 265 375 400 425 450 475 500 3 47. 5 165 95 280 300 315 335 355 Ví dụ 7- 1 Thiết