Chương 3 TRUYỀN ĐỘNG TRONG MÁY XÂY DỰNG
3.2. TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ
3.2.2. Truyền động ăn khớp
1. Truyền động bánh răng: cấu tạo của bộ truyền bánh răng đơn giản gồm một cặp có hai bánh răng (hình 3- 5), bánh dẫn 1 và bánh răng bị dẫn 2, ăn khớp với nhau. Cấu tạo của bánh răng có thể là bánh răng hình trụ răng thẳng, răng nghiêng hoặc chữ V. Bánh răng thường chế tạo bằng thép các bon chất lượng cao, thép hợp kim hoặc gang, các loại thép này phải nhiệt luyện hay xử lý bề mặt răng
đạt độ cứng nhất định để chống mòn . Khi làm việc, nhờ sự ăn khớp của các răng, bánh răng dẫn 1 quay sẽ đẩy bánh răng bị dẫn 2 quay theo.
Truyền động bánh răng có nhiều ưu điểm: kích thước nhỏ, hiệu suất cao, η = 0,97 0,99. Bánh răng chịu được tải lớn, làm việc chắc chắn, tỷ số truyền ổn định và dễ sử dụng. Khi chế tao cẩn thận, bôi trơn tốt thì bộ truyền bánh răng có tuổi thọ cao, làm việc êm. Tuy nhiên truyền động bánh răng so với các truyền đông cơ khí khác cũng có nhược điểm: Chế tạo phải có độ chính xác cao, chịu va đập kém, có tiếng ồn khi làm việc với tốc độ lớn ở trường hợp sử dụng bánh răng thẳng khi chế tạo không chính xác. Ngày nay, do sự phát triển cao của công nghệ chế tạo máy, dụng cụ đo, nên việc chế tạo chính xác bánh răng không còn là rào cản nữa.
Các thông số hình học chủ yếu cho bánh răng trụ răng thẳng ăn khớp ngoài:
Số răng z: khi thiết kế bộ truyền bánh răng thì mỗi bánh răng phải có một số răng nhất định để bảo đảm tỷ số truyền.
Do nhiều lý do, dạng răng (đa phần dạng mặt răng được tạo từ đường cong thân khai), phương pháp dịch chỉnh, góc ăn khớp, mà số răng của bánh răng nhỏ z1
không được quá ít (thường phải lớn hơn 11) và điều kiện bôi trơn mà số răng bánh lớn z2
không quá nhiều ( nhất là các cặp bánh răng lắp trong hộp số).
Tỷ số truyền, i:
1 2 2 1 1 2 2 1
D D z
z n
i n =
ω
= ω
=
= (3-13)
Mô-đun ăn khớp:
= πt m
Điều kiện để một cặp bánh răng ăn khớp được với nhau là phải có mô đun ăn khớp m như nhau. Đây là thông số rất quan trọng của bộ truyền bánh răng. Thông thường, thông số m được tiêu chuẩn và có trị số m = 0,05÷100
Hình 3-5. Bộ truyền bánh răng với các thông số hình học của chúng
1- Bánh răng dẫn; 2- Bánh răng bị dẫn
D2
O2
O1
T©m ¨n khíp
h h®
hc α2
n2
A
1 2
Sm Sz t
P α1
n1
D1
t - bước răng là khoảng cách hai răng liền nhau đo trên vòng tròn chia.
Đường kính vòng tròn chia bánh 1: D1 = mz1
Đường kính vòng tròn chia bánh 2: D2 = mz2 Đường kính vòng tròn đỉnh răng bánh 1: De1 = D1 + 2.m
Đường kính vòng tròn đỉnh răng bánh 2: De2 = Đ2 + 2.m Đường kính vòng tròn chân răng bánh 1: Di1 = D1 - 2,5m
Đường kính vòng tròn chân răng bánh 2: Di2 = D2 - 2,5m
Đường kính vòng tròn cơ sở: D0 = Dicosα; αlà góc ăn khớp.
Chiều cao đỉnh răng: hđ = m
Chiều cao chân răng : hc = 1,25.m Chiều cao răng : h = hđ + hc = 2,25.m Chiều dầy răng sz và chiều rộng rãnh răng sm:
2 S t Sz= m = Khoảng cách trục: A = D1 + D2
Ngoài ra còn có nhiều loại bánh răng khác: răng nón răng thẳng, răng chéo, răng trụ chéo, răng xoắn, … được giới thiệu trong các tài liệu chuyên ngành.
Các cặp bánh răng khi làm việc thì hai răng ăn khớp với nhau. Răng của bánh dẫn đẩy bánh bị dẫn với lực vòng P không đổi nhưng do đường kính bánh bị dẫn lớn hơn nên mô men trên trục này lớn hơn.
Khi chuyển động, hai mặt răng trượt lên nhau. Như vậy để bảo đảm độ bền làm việc, cần phải xác định theo ứng suất uốn (không gẫy răng) (hình 3-6) đối với bộ truyền để hở và không bị tróc rỗ bề mặt
do mỏi đối với bộ truyền kín. Hình 3-6. Xác định ứng suất uốn răng
Do có nhiều ưu điểm nên trong máy xây dựng và các loại máy khác, truyền động bánh răng được sử dụng nhiều nhất. Thông thường các cặp bánh răng được
b
h
P
lắp trên các trục liên tiếp nhau tạo thành một hộp số truyền động và công suất. Các hộp số được chế tạo và lắp ráp hoàn chỉnh, truyền được một công suất và tỷ số truyền nhất định, được bôi trơn tốt nên rất bền Ngoài chức năng truyền động, bánh răng còn được sử dụng vào mục đích khác như khớp nối ( khớp răng), bơm thuỷ lực (bơm bánh răng), v..v. Ngày nay nhiều máy xây dựng hiện đại (đặc biệt là máy làm đất) người ta thường dùng hộp số bằng truyền động hành tinh kết hợp phanh thuỷ lực. Việc kết hợp này đã là một tiến bộ kỹ thuật lớn làm thay đổi hẳn phương pháp sang số cơ học (gạt các cặp bánh răng trong hộp số ăn khớp theo tỷ số truyền) thông thường nặng nề sang phương pháp chuyển tốc độ bằng phanh kết hợp các cặp hành tinh bấm nút nhẹ nhàng.
Trên hình 3-7a là các bộ truyền bánh răng hành tinh, trong đó vành răng 1 ăn khớp trong, bánh răng hành tinh 2 ăn khớp ngoài, bánh răng trung tâm 3 (bánh răng mặt trời) ăn khớp ngoài, cần U liên kết các tâm quay của các bánh răng hành tinh 2. Trong kết cấu này bánh răng trung tâm 3 và vành răng 1 có tâm quay cố định. Các bánh răng hanh tinh vừa quay xung quanh tâm của chúng đồng thời các tâm này quay xung quanh bánh răng trung tâm.
Do chuyển động này của hộp số nên gọi là truyền động hành tinh. Truyền động hành tinh có kết cấu nhỏ gọn, tỷ số truyền lớn do cách kết hợp chuyển động giữa các bánh răng hành tinh và bánh răng mặt trời, khả năng động học rộng. Tuy nhiên chế tạo hộp số kiểu này đòi hỏi độ chính xác cao.
2. Truyền động xích:
M1
U
n z -
+
M2
z2n2
3 3
a)
z0n0 z2n2
n0 z0
n
3 3
z
z
2 2
n
z1 1n b) M1
1 1n
1 z z n1
z
M2
1 2
3
2
z3n
3 3
U
1 2
3
Hình 3-7. Truyền động hành tinh:1- Vành răng, 2- Bánh răng hành tinh,
3- Bánh răng trung tâm ( mặt trời), U- Cần (liên kết các tâm quay của bánh răng hành tinh)
Bộ truyền động xích được giới thiệu trên hình 3-8a gồm có: đĩa dẫn 1, đĩa bị dẫn 2 và xích 3. Xích là một chuỗi các mắt xích nối với nhau bằng bản lề. Khi làm việc, xích truyền chuyển động hay công suất từ trục dẫn sang trục bị dẫn, nhờ sự ăn khớp của các mắt xích với răng đĩa xích. Xích thường được chế tạo bằng thép hợp kim và phải nhiệt luyện để bảo đảm độ bền.
Trong máy xây dựng, tuỳ theo công suất và tốc độ, có thể dùng xích một hoặc hai dãy, loại xích ống con lăn, xích răng hoặc xích định hình.
Xích ống con lăn (hình 3-8b) gồm có: chốt 4 lắp chặt với má ngoài 5, các má trong 7 lắp chặt với ống 6. ống 6 lắp lỏng với chốt 4, tạo thành bản lề. Phía ngoài ống 6 lồng con lăn 8. Khi lắp xích vào đĩa xích, con lăn tiếp xúc hay ăn khớp trực tiếp với răng của đĩa xích.
Trong truyền động xích có thể truyền chuyển động giữa hai trục cách nhau tương đối xa (Amas = 8m). So với truyền động đai thì truyền động xích có kích thước nhỏ gọn hơn, có tỉ số truyền không đổi, có hiệu suất cao η =0,98, lực tác dụng lên trục nhỏ. Có thể đồng thời truyền chuyển động và công suất cho nhiều trục.
Kết cấu của truyền động xích phức tạp hơn truyền động đai, cần chăm sóc thường xuyên, chóng mòn, làm việc ồn và có thể gây tải trọng động, lúc căng lúc chùng sinh ra va đập. Chế tạo, lắp ráp đòi hỏi chính xác cao, nên giá thành cao.
D2 D1
3
2 1
bb0
d t
4 5 6 7 8
Các thông số chủ yếu, đặc trưng cho truyền động xích:
Số răng đĩa dẫn z1 Số răng đĩa bị dẫn z 2. Tỷ số truyền i:
1 2 2 1
z z n
i= n = (3- 14)
Đường kính vòng tròn chia bánh xích dẫn:
1 1
sinz
D = tπ (3-15)
Đường kính vòng tròn chia bánh xích bị dẫn:
2 2
sinz
D = tπ (3- 16)
trong đó: t - bước xích.
Lực vòng cho phép:
c 0k b d ] p [
P= ; trong đó:
[P0] = 14 ÷ 35 MPa - áp suất cho phép trong bản lề ; b0 - chiều dài của ống 6;
d - đường kính của chốt 4;
kc = kc = 1,2 ÷ 3,0 - hệ số kể đến điều kiện bôi trơn, điều chỉnh, tuỳ thuộc vào tính chất tải trọng và sử dụng.
Công suất truyền, N:
N = P v (3- 17)
Tron đó:
P - lực vòng cho phép;
a/ b/
Hình 3-8. Bộ truyền xích
1- Đĩa dẫn; 2- Đĩa bị dẫn; 3- Xích; 4- Chốt; 5- Má ngoài;