Bài giảng Chi tiết máy - Chương 3: Truyền động đai

1. Các khái niệm chung 2. Thông số và quan hệ hình học 3. Cơ học truyền động đai 4. Tính toán và thiết kế bộ truyền đai 1 CHƯƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI CHƯƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 2 + Đai dẹt + Đai thang + Đai hình lược + Đai tròn 1.1 Phân loại Theo tiết diện đai CHƯƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 1.1 Phân loại Theo cách mắc đai ➢ mắc thẳng ➢ mắc chéo ➢ mắc nửa chéo 3 CHƯƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 1.2 Các loại đai chính a. Đai dẹt 4 - Đai da - Đai sợi bông - Đai sợi len - Đai vải cao su - Đai sợi tổng hợp Tiêu chuẩn hóa theo: b x δ Tiêu chuẩn hóa theo : b x δ x l δ CHƯƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 1.2 Các loại đai chính b. Đai thang b x h x L : tiêu chuẩn hóa • Đai thang tiết diện thường bt / h ≈ 1.4 • Đai thang hẹp bt / h = 1.05 ÷ 1.1 • Đai thang rộng bt / h = 2 ÷ 4.5 5 CHƯƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 2. Thông số và quan hệ hình học 6 b d1 d2 a1 a2 Mặt phẳng ngang • b - góc nghiêng của bộ truyền CHƯƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 2. Thông số và quan hệ hình học • a - khoảng cách trục • d1, d2 - đường kính tính toán. Đối với đai dẹt là đường kính ngoài của bánh đai. Đối với đai hình thang hoặc hình lược là đường kính vòng tròn qua lớp trung hòa của đai. α1, α2 - góc ôm trên bánh nhỏ và bánh lớn. 7 CHƯƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 2. Thông số và quan hệ hình học • α1 = 180o - 2γ • α2 = 180o + 2γ • α1 > 150o -> γ < 15o 8 a2 ddsin 12 −=γ CHƯƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 2. Thông số và quan hệ hình học Chiều dài đai 9 γ+α+α= cosa2 2 d 2 dL 2211 a4 )dd( 2 )dd(a2L 2 1221 −+ +π +≈ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ −−⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡ +π−+ +π −≈ 212 2 2121 )dd(2 2 )dd(L 2 )dd(L 4 1a CHƯƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 2. Thông số và quan hệ hình học Đai dẹt 10 3 11 3 1 1 1 )4.62,5( )12001100( Td n Pd ÷= ÷= CHƯƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 2. Thông số và quan hệ hình học Đai thang d1 min ứng với loại đai 11 min11 )2.11,1( dd ÷= CHƯƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 2. Thông số và quan hệ hình học Chọn a đai dẹt đai thang: 12 )53( ÷≤ L v 2)5,19,0( da ÷= CHƯƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 13 a d1 d2 a1 a2 F0 0F 1F F2 T1 T2 𝛼1 𝛼2 CHƯƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 3. Cơ học truyền động đai 3.1 Lực tác dụng Phương trình cân bằng momen 14 ( ) 11 2 12 dF F T- = 1 1 2 1 2 t t TF F F F d = Þ = - CHƯƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 3. Cơ học truyền động đai 3.1 Lực tác dụng Quan hệ giữa F0, F1, F2 Với 15 tt01 F1 F 2 1FF −λ λ =+= tt02 F1 1F 2 1FF −λ =−= 1 1F2F 0t +λ −λ = = ef↵1 CHƯƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI Lực căng phụ ✓ Lực căng phụ có giá trị như nhau trên tất cả các tiết diện đai ✓ Lực căng phụ làm giảm tác dụng của lực căng ban đầu Fo 16 2vqF mv = 3.2 ỨNG SUẤT TRONG ĐAI Ứng suất căng ban đầu A: diện tích tiết diện đai Ứng suất kéo trên nhánh chủ động (nhánh căng) Ứng suất kéo trên nhánh bị động (nhánh trùng) 17 A F0 0 =σ vt vtv A F A F A FF σσ λ λ λ λ σ + − =+ − = + = 11 1 1 vt vtv A F A F A FF σσ λλ σ + − =+ − = + = 1 1 1 12 2 3.2 ỨNG SUẤT TRONG ĐAI 18 • Khi đai vòng qua bánh đai còn xuất hiện ứng suất uốn E d Eu δ εσ == 3.2 ỨNG SUẤT TRONG ĐAI 19 • Biểu đồ ứng suất trong đai 1 11max 1 uvt u σσσ λ λ σσσ ++ − =+= Introduction 2 Các bộ phận và thông số chính „ Thông số chính Đường kính bánh đai d1, d2 Tỷ số truyền u d1 d2 α1 α2 F0 d Góc ôm α1, α2 Khoảng cách trục a Chiều dài đai L a 0F a dd 12000 1 57180180 −−=γ−=α ( ) a ddddaL 42 2 2 1221 −++π+≈ ( )ε−== 11 2 2 1 dn nu 2. Cơ sở tính toán b.t. đai Lực tác dụng lên đai „ Lực tác dụng lên đai Khi chưa làm việc lực căng trên các nhánh bằng lực căng ban đầu F0. Khi truyền momen => xuất hiện nhánh căng và nhánh chùng (F1 > F2). ⎞⎛λ +−λ= +−λ λ= 21 1 1 2 1 v t v t FFF FFF a d1 d2 α1 α2 F0 0F α1 1F F2 T1 T2 tâmli do vòngLuc 2 2 2 2 1 1 1 21 021 −= − λ== − − ==− =+ α qvF F e FF FF F d TFF FFF v t f v v t ( ) ( ) ⎟ ⎠ ⎜ ⎝ + −−=+λ −−= α 11212 00 fvvt eFFFFF 2. Cơ sở tính toán Lực tác dụng lên trục „ Lực tác dụng lên trục Lực tác dụng lên trục được coi như nằm trên đường nối tâm các bánh đai. F2 T F F0 – lực căng ban đầu ⎟ ⎠ ⎞⎜ ⎝ ⎛ α≈ += 2 2 10 21 sinFF FFF r r GGG d1 α 1 1F 1 2 F1 rF β 2. Cơ sở tính toán Ứng suất trong đai σv σ2 σmin σ1 σu1 σmax σu2 2. Cơ sở tính toán Hiện tượng trượt 2F v2B CF2 KKhi chưa làm việclàm việc d2 F0 2T 1T F1 α1 a v1A D I 1F d1 α1 α2 0F α1 1F 36 00 - 2. Cơ sở tính toán Hiện tượng trượt „ Trượt đàn hồi: do sự dãn dài khác nhau của đai tại vùng tiếp xúc với bánh đai vì lực căng thay đổi F2 „ Trượt trơn: không đủ ma sát giữa phân tố đai và bánh đai. Trượt trơn toàn phần „ Hệ số trượt α 1 1F α 1α 1α 1 ( )ε−==⇒ −=ε 11 2 2 1 1 21 d d n nu v vv 3.3 HIỆN TƯỢNG TRƯỢT 20 a. Trượt trơn Khi Ft tăng vượt quá giá trị của Fms , trên đai xuất hiện hiện tượng trượt trơn do quá tải từng phần gây nên. Tiếp tục tăng Ft ⇨ trượt trơn hoàn toàn Hiện tượng trượt trơn xảy ra - Khi quá tải - Không đủ lực căng 3.3 HIỆN TƯỢNG TRƯỢT 21 b. Trượt đàn hồi Hiện tượng trượt đàn hồi xảy ra do biến dạng của đai so với bánh đai trong quá trình hoạt động. Khi chịu lực : ✓ Đai làm bằng vật liệu có E nhỏ ⇨ biến dạng lớn ✓ Bánh đai làm bằng vật liệu E lớn ⇨ không biến dạng 3.3 HIỆN TƯỢNG TRƯỢT 22 b. Trượt đàn hồi Khi bộ truyền đai làm việc • Trên cung ôm bánh chủ động: lực căng giảm dần từ F1 ! F2 do đó đai bị co lại so với bánh đai ⇨ trượt • Trên cung bánh bị động : lực căng tăng dần từ F2 ! F1 do đó đai bị giãn dài ra so với bánh đai ⇨ trượt 3.3 HIỆN TƯỢNG TRƯỢT 23 b. Trượt đàn hồi Trượt đàn hồi phụ thuộc Ft , Ft càng lớn, trượt càng tăng. Trượt đàn hồi là bản chất của bộ truyền đai, không thể loại bỏ được. Tỷ số truyền ε : hệ số trượt u phụ thuộc vào ε 11 22 1 21 nd nd1 v vv −= − =ε )1(d d n nu 2 1 1 2 ε− == 3.3 HIỆN TƯỢNG TRƯỢT 24 c. Đường cong trượt và hiệu suất ψ : hệ số kéo Hiệu suất ε - hệ số trượt Thí nghiệm để tìm quan hệ ψ, ε, η 0 t 0 t 2F2 F σ σ ==ψ 1 2 P P =η εψψ0 η Truît ®µn håi Truît ®µn håi + Truît tr¬n ψmax 3.3 HIỆN TƯỢNG TRƯỢT 25 c. Đường cong trượt và hiệu suất Đường cong (ψ , η) - đường cong hiệu suất Đường cong (ψ , ε) - đường cong trượt Trượt trơn hoàn toàn Trượt đàn hồi Trượt đà hồi + Trượt trơn 7,04,0 -=oy 5,115,1/max -=oyy î í ì - - = 97.092,0 98.097,0 maxh TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI 26 Chỉ tiêu tính toán Vật liệu d, b, L / A, L d1, d2 a Fo Ftrục Kết quả bài toán thiết kế Dữ kiện P n1 u Điều kiện làm việc, Yêu cầu kỹ thuật 4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI 4.1. Chỉ tiêu tính toán bộ truyền đai • Khả năng kéo là chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của đai. • Do điều kiện thực tế khác điều kiện thí nghiệm 27 0 0 t 2 ψ≤ σ σ =ψ 0t00t ][2 σ=ψσ≤σ Ứng suất cho phép Xác định bằng thực nghiệm 0ttt ].[C][ σ=σ≤σ THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI DẸT 28 4.2. Tính đai dẹt theo khả năng kéo Tính [σt] C = CαCvCb 0tt t t ].[C][A F σ=σ≤=σ 0tt ].[C][ σ=σ 4.2. Tính đai dẹt theo khả năng kéo 29 C = CαCvCb Ca - hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm a1 Ca = 1 - 0.003(180 - a1) Cv - hệ số kể đến ảnh hưởng của vận tốc vòng Cv = 1 – kv(0.01v2 -1) kv = 0.04 (đai sợi tổng hợp); 0.01(các loại vật liệu khác) THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI DẸT 4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI 30 Cb - b £ 60o Cb = 1 60o < b £ 80o Cb = 0.9 80o £ b < 90o Cb = 0.8 Nếu có bộ phận tự động căng đai Cb = 1. b d1 d2 a1 a2 Mặt phẳng ngang 31 4.2. Tính đai dẹt theo khả năng kéo Tính tiết diện đai Kđ - hệ số tải trọng động. Tra bảng 13.7 Chọn d theo d1 (chọn theo giá trị tiêu chuẩn gần nhất) 4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI 58 4.2. Tính đai dẹt theo khả năng kéo Tính tiết diện đai Kđ - hệ số tải trọng động. Tra bảng 13.7 Chọn d theo d1 (chọn theo giá trị tiêu chuẩn gần nhất) ][ t đt KFbA s d ³= 40 1 30 1 1 ÷= d d ][ KFb t đt s ³ 4.2. Tính đai thang theo khả năng kéo • A1 - diện tích tiết diện đai đã chọn • x - số đai [Ft] = A1[σt] - lực vòng cho phép đối với 1 đai [Ft]v = [P] - công suất cho phép của 1 đai Ft v = P - công suất cần truyền 32 ][ A.x F t 1 t t σ≤=σ THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG ][][][][1 P PK Fv KvF F KF A KFx đ t đt t đt t đt ===³ s 33 4.2. Tính đai thang theo khả năng kéo [P] được xác định từ các thí nghiệm của đai về khả năng kéo. ]P[ PKx đ≥ ) 9550 nTCCP(]P[ 11L0 Δ += α THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG 34 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG 4.2. Tính đai thang theo khả năng kéo • P0 - công suất truyền được bởi 1 đai trong điều kiện số bánh đai trong bộ truyền bằng 2, tỷ số truyền u = 1, góc ôm α = 180o, chiều dài đai Lo, làm việc không có tải trọng động. Tra đồ thị trang 36. • Cα - hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ôm. Góc ôm giảm, Cα giảm. Tra bảng 13.11 trang 35. 35 4.2. Tính đai thang theo khả năng kéo • CL - hệ số xét đến ảnh hưởng của chiều dài đai. Chiều dài đai lớn, tần số thay đổi ứng suất giảm, tuổi thọ tăng. • ΔT1 - gia số momen xoắn mà bộ truyền có thể truyền thêm được khi tỉ số truyền u>1. Ứng suất uốn giảm khi đai vòng qua bánh lớn. Tra bảng 13.13 trang 37. THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI Chỉ tiêu cơ bản để tính bộ truyền đai: • Khả năng chịu kéo • Tuổi thọ (kiểm nghiệm) 36 TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN b1. Chọn loại đai Đai dẹt: đai da, đai sợi bông, đai vải cao su, đai sợi tổng hợp • Tiết diện bxδ được tiêu chuẩn hóa, riêng đai sợi tổng hợp có chiều dài L tiêu chuẩn Đai thang: • Thang hẹp: có 4 loại (tiêu chuẩn Nga) • Thang thường: có 7 loại • Chọn tiết diện đai dựa vào P và n theo hình 4.1 37 TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN 38 b2. Xác định các thông số bộ truyền Đai dẹt: - Đường kính: Tính d1 (4.1) => tiêu chuẩn => tính d2 d2 = d1u(1-ε) ⇒tính lại u = d2/d1 , Δu ≤ 4% - Tính sơ bộ khoảng cách trục a = (1,5 ÷ 2)(d1 + d2) TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN 39 b2. Xác định các thông số bộ truyền - Chiều dài đai L Đai vải cao su: L = L + (100÷400)mm Đai sợi tổng hợp: L lấy tiêu chuẩn => tính a - Góc ôm: Đai vải cao su: α1 ≥ αmin = 150o Đai sợi tổng hợp α1 ≥ αmin = 120o - Chiều dày đai δ, sao cho δ/d1 ≤ (δ/d1)max - Chiều rộng đai: b TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN 40 b2. Xác định các thông số bộ truyền - Kiểm nghiệm đai về tuổi thọ thông qua số lần uốn đai trong một giây i = v/L ≤ imax = 3...5(đai dẹt), =10(đai thang) - Tính lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN 41 b2. Xác định các thông số bộ truyền Đai thang - Xác định đường kính: d1, d2 (tiêu chuẩn) - Khoảng cách trục : dựa vào a/d2 (tra bảng) - Tính chiều dài L, L lấy theo tiêu chuẩn ⇒tính lại khoảng cách trục a - Góc ôm α1 - Tính số đai x (làm tròn) x – xt ≥ 0.2 -> chọn lại d1 (d1 giảm -> x )