Bài giảng Cơ sở thiết kế máy - Phần II: Chuyển động cơ khí - Chương IX: Truyền động vít-đai ốc

Nội dung text: Bài giảng Cơ sở thiết kế máy - Phần II: Chuyển động cơ khí - Chương IX: Truyền động vít-đai ốc

1. Chæång IX TRUYÃÖN ÂÄÜNG VÊT - ÂAI ÄÚC 9.1. Khaïi niãûm chung 1. Giåïi thiãûu bäü truyãön vêt - âai äúc ƒ Bäü truyãön vêt âai äúc duìng âãø biãún âäøi chuyãøn âäüng quay thaình chuyãøn âäüng tënh tiãún nhåì sæû tiãúp xuïc vaì âáøy nhau cuía ren vêt vaì ren âai äúc. ƒ Bao gäöm hai bäü pháûn chênh: vêt (1) coï ren ngoaìi, âai äúc (2) coï ren trong (hçnh 9.1). Vêt Hçnh 9.1a Hçnh 9.1b Âai äúc ƒ Tuìy theo yãu cáöu vãö bäú trê kãút cáúu vaì sæí duûng coï thãø coï caïc phæång aïn phäúi håüp chuyãøn âäüng cuía vêt vaì âai äúc nhæ sau : V n Vêt me 1 Âai äúc 2 Hçnh 9.2a : Cå cáúu chaûy dao trong maïy tiãûn 1 2 n V + Vêt quay, âai äúc tënh tiãún Vê duû vêt chaûy dao trong maïy tiãûn trãn hçnh 9.2a : hai âáöu vêt 1 âæåüc âàût trãn hai gäúi âåî, âai äúc gàõn cæïng våïi baìn chaûy dao, baìn chaûy dao näúi våïi thán maïy bàòng khåïp træåüt (duìng säúng træåüt hay raînh træåüt); khi quay vêt 1, âai äúc gàõn våïi baìn chaûy dao seî chuyãøn âäüng tënh tiãún so våïi thán maïy. + Vêt væìa quay væìa tënh tiãún, âai äúc cäú âënh Baìi giaíng Cå såí thiãút kãú maïy - Pháön I - Lã Cung - Bäü män Nguyãn lyï Chi tiãút maïy - Khoa Sæ phaûm kyî thuáût 95
2. Vê duû cå cáúu maïy eïp, cå cáúu kêch vêt (hçnh 9.2b). + Âai äúc quay, vêt tënh tiãún. Vê duû cå cáúu kêch vêt trãn hçnh 9.2c vaì hçnh 9.2d. Trãn hçnh 9.2c baïnh ràng noïn 3 gàõn cäú âënh våïi âai äúc 2 vaì näúi våïi thán maïy bàòng khåïp quay, do âoï khi quay baïnh ràng 3, âai äúc seî quay, coìn vêt seî tënh tiãún. Trãn hçnh 9.3d thay vç duìng bäü truyãön baïnh ràng noïn, duìng bäü truyãön truûc vêt. a c) d) b) Hçnh 9.2 : Cå cáúu kêch vêt 2. Phán loaûi bäü truyãön vêt âai äúc Tuìy theo hçnh daûng ren trong tiãút diãûn doüc truûc âæåüc sæí duûng, bäü truyãön vêt âai äúc âæåüc chia thaình caïc loaûi: ƒ Bäü truyãön vêt âai äúc duìng ren hçnh thang (hçnh 9.3a): coï âäü bãön khaï cao, dãù gia cäng, tiãúp nháûn âæåüc taíi troüng docü truûc låïn, thæåìng duìng trong caïc cå cáúu truyãön læûc hai chiãöu. Trong caïc vêt taíi, âãø taûo læûc doüc truûc låïn, thæåìng duìng ren hçnh thang bæåïc låïn. Trong vêt me cuía cå cáúu chaûy dao maïy tiãûn, âãø giaím ma saït, tàng hiãûu suáút truyãön âäüng, thæåìng duìng ren nhiãöu âáöu mäúi. Âãø khæí khe håí do moìn, âai äúc cuía vêt me thæåìng gäöm hai næía (âai äúc hai næía, âai äúc gheïp - hçnh 9.4a). ƒ Bäü truyãön vêt âai äúc duìng ren hçnh ràng cæa (hçnh 9.3b) : hiãûu suáút truyãön âäüng tæång âäúi cao, duìng trong caïc bäü truyãön chëu læûc theo mäüt chiãöu nháút âënh (vêt cuía maïy eïp, vêt cuía cå cáúu kêch vêt, ). Âäúi våïi cå cáúu kêch vêt, âãø dãù tæû haîm, thæåìng duìng ren mäüt âáöu mäúi (coï goïc vêt γ beï). ƒ Bäü truyãön vêt âai äúc duìng ren hçnh vuäng (hçnh 9.3c): hiãûu suáút truyãön âäüng ráút cao nhæng ren vuäng khoï chãú taûo, khi moìn taûo thaình khe håí doüc truûc khoï khàõc phuûc, do âoï hiãûn nay êt duìng. ƒ Bäü truyãön vêt âai äúc duìng ren tam giaïc (hçnh 9.3d) âãø thæûc hiãûn caïc dëch chuyãøn chênh xaïc, khäng quan tám âãún hiãûu suáút truyãön âäüng. Âãø thæûc hiãûn dëch chuyãøn chênh xaïc, duìng ren bæåïc nhoí. Âãø âaím baío cho bäü truyãön khäng coï khe håí, duìng âai äúc keïp (hçnh 9.4b). Baìi giaíng Cå såí thiãút kãú maïy - Pháön I - Lã Cung - Bäü män Nguyãn lyï Chi tiãút maïy - Khoa Sæ phaûm kyî thuáût 96
3. 30 300 Hçnh 9.3a : Ren hçnh thang Hçnh 9.3b : Ren ren cæa 0 60 p d d2 d1 Hçnh 9.3a : Ren hçnh vuäng Hçnh 9.3d :Ren tam giaïc Âãûm kim loaûi Âai äúc 1 Vêt âiãöu chènh Âai äúc 2 Hçnh 9.4b: Âai äúc keïp Hçnh 9.4a: Âai äúc hai næía + Ngoaìi ra, âãø giaím ma saït, do âoï giaím âæåüc âäü moìn cuía vêt vaì tàng âæåüc hiãûu suáút truyãön âäüng, âäöng thåìi coï thãø náng cao âäü chênh xaïc cuía chuyãøn âäüng, gáön âáy sæí duûng räüng raîi bäü truyãön vêt âai äúc bi. Kãút cáúu bäü truyãön vêt âai äúc bi nhæ trãn hçnh 9.5a vaì b. Giæîa caïc raînh cuía âai äúc (1) vaì vêt (2) coï âàût caïc viãn bi (3), nhåì âoï ma saït træåüt giæîa ren vêt vaì ren âai äúc biãún thaình ma saït làn giæîa caïc viãn bi våïi ren vêt vaì ren âai äúc. Âãø baío âaím ma saït làn hoaìn toaìn, bi cáön phaíi chuyãøn âäüng liãn tuûc nhåì maïng (4) âãø dáùn bi tæì raînh cuäúi cuía âai äúc vãö raînh âáöu (coìn goüi laì raînh häöi bi). Âãø khæí khe håí giæîa vêt vaì âai äúc hçnh thaình trong quaï trçnh truyãön læûc, ngæåìi ta duìng âai äúc keïp (hçnh 9.5c) bao gäöm hai âai äúc (1) vaì (2), åí giæîa âàût voìng càng (3) coï bãö màût âæåüc âaïnh boïng våïi chiãöu daìy nháút âënh âãø taûo nãn læûc càng så bäü khæí khe håí giæîa âai äúc vaì bi. Baìi giaíng Cå såí thiãút kãú maïy - Pháön I - Lã Cung - Bäü män Nguyãn lyï Chi tiãút maïy - Khoa Sæ phaûm kyî thuáût 97
4. Nhåì voìng càng, caïc raînh cuía hai âai äúc tyì saït vaìo bãö màût viãn bi vaì do âoï khe håí bë triãût tiãu (hçnh 9.5c vaì 9.5d). Vêt 4 Raînh häöi bi a) mäúi ren Âáöu vêt Vêt (1) Âai äúc (2) Bi (3) b) Âäüng cå (4) d Bæåïc p Giaï (5) Hçnh 9.5a, b: Vêt me - âai äúc bi Voìng càng (3) Voìng càng (3) Âai äúc (1) Âai äúc (2) Âai äúc (1) Âai äúc (2) c) d) Hçnh 9.5c, d : Âiãöu chènh khe håí trong cå cáúu vêt - âai äúc bi So våïi cå cáúu vêt - âai äúc thæåìng, cå cáúu vêt - âai äúc bi coï hiãûu suáút cao hån (do giaím âæåüc ma saït giæîa caïc bãö màût tiãúp xuïc, hiãûu suáút coï thãø âaût 0,9÷0,95) vaì coï thãø baío âaím chuyãøn âäüng äøn âënh åí váûn täúc nhoí; êt bë nung noïng; âäü chênh xaïc cao hån. Nhæåüc âiãøm laì âäü cæïng væîng tháúp hån, haình trçnh ngàõn hån vaì bäi trån thæåìng khoï thæûc hiãûn. 3. Caïc thäng säú chuí yãúu cuía bäü truyãön vêt âai äúc ƒ Caïc thäng säú cuía ren + Âæåìng kênh ngoaìi (âæåìng kênh danh nghéa) cuía ren vêt d, cuía ren âai äúc D. + Âæåìng kênh trong cuía ren vêt d1, cuía ren âai äúc D1. Baìi giaíng Cå såí thiãút kãú maïy - Pháön I - Lã Cung - Bäü män Nguyãn lyï Chi tiãút maïy - Khoa Sæ phaûm kyî thuáût 98
5. dd+ DD+ + Âæåìng kênh trung bçnh cuía ren vêt : d = 1 , cuía ren âai äúc : D = 1 2 2 2 2 α p h d1 d2 d Hçnh 9.6 + Bæåïc ren : p Bæåïc ren coï hai loaûi : bæåïc nhoí vaì bæåïc låïn. + Bæåïc xoàõn vêt pX (bæåïc cuía âæåìng xoàõn äúc). + Säú mäúi ren cuía vêt : n Våïi ren mäüt âáöu mäúi : pX = p ; Våïi ren n âáöu mäúi : pX = np + Goïc vêt γ (goïc náng cuía âæåìng xoàõn äúc trãn màût truû trung bçnh). p np Ta coï : tgγ=x = (9.1) ππdd22 + Goïc präfin ràng (goïc tiãút diãûn ràng) : α + Chiãöu cao laìm viãûc cuía ren : h ƒ Caïc thäng säú khaïc + Chiãöu cao cuía âai äúc H + Säú voìng ren cuía âai äúc x + Khoaíng dëch chuyãøn cáön thiãút l0 cuía vêt hay cuía âai äúc (chiãöu cao náng trong kêch vêt, haình trçnh baìn chaûy dao trong cå cáúu chaûy dao ) + Chiãöu daìi lr cuía pháön gia cäng ren trãn vêt, lr phuû thuäüc vaìo khoaíng dëch chuyãøn cáön thiãút l0 cuía vêt hay âai äúc. Våïi kêch vêt thæåìng láúy : l(810)dr = ÷ . + Khoaíng caïch giæîa hai gäúi âåî vêt : l + Âæåìng kênh ngoaìi cuìng cuía âai äúc De . Thæåìng choün bàòng : D(33,5)de = ÷ . dsp np + Tyí säú ==x cho biãút chuyãøn vë cuía mäüt trong hai chi tiãút so våïi goïc quay cuía d22ϕππ chi tiãút kia. 9.2. Tênh toaïn bäü truyãön vêt âai äúc 1. Caïc daûng hoíng chuí yãúu vaì chè tiãu tênh toaïn ƒ Daûng hoíng chuí yãúu laì moìn màût ren ⇒ cáön tênh toaïn bäü truyãön theo âäü bãön moìn theo âiãöu kiãûn: pp00≤ [ ] trong âoï : p0 : aïp suáút trãn màût ren, [p0 ] : aïp suáút cho pheïp. Muäún giaím moìn cáön choün váût liãûu thêch håüp vaì bäi trån täút. Baìi giaíng Cå såí thiãút kãú maïy - Pháön I - Lã Cung - Bäü män Nguyãn lyï Chi tiãút maïy - Khoa Sæ phaûm kyî thuáût 99
6. ƒ Ngoaìi ra, caïc vêt chëu læûc låïn coï thãø gaîy hoíng do khäng âuí âäü bãön ⇒ cáön kiãøm nghiãûm vêt vãö âäü bãön. Våïi caïc vêt daìi vaì chëu neïn ⇒ coï thãø bë uäún doüc vaì khäng äøn âënh ⇒ cáön kiãøm nghiãûm vêt vãö äøn âënh (tênh vãö uäún doüc). 2. Tênh bäü truyãön vêt âai äúc theo âäü bãön moìn ƒ AÏp suáút sinh ra trãn bãö màût tiãúp xuïc giæîa ren vêt vaì âai äúc phaíi thoía maîn âiãöu kiãûn : Fa pp00=≤[] πdhx2 Fa : læûc doüc truûc [N], d2 : âæåìng kênh trung bçnh cuía vêt [mm], h: chiãöu cao laìm viãûc cuía ren [mm], x: säú voìng ren trãn âai äúc. ƒ Ta coï : h.p=ψh våïi : p laì bæåïc ren Våïi ren thang, hãû säú ψ=h 0,5 ; ren ràng cæa : ψh = 0,75 ; ren tam giaïc : ψ h = 0,54 H Vaì: x = våïi H : chiãöu cao âai äúc. p Fa Suy ra : pp00=≤[] πψdH2h Âàût: Hd=ψH2 Hãû säú ψ=h 1, 2 ÷ 2, 5 âäúi våïi âai äúc nguyãn vaì ψh =÷2,5 3,5 âäúi våïi âai äúc gheïp. Fa Suy ra: d2 ≥ (9.2) πψhH ψ []p 0 Láúy d2 theo giaï trë tiãu chuáøn. Tra tiãu chuáøn ⇒ caïc thäng säú khaïc cuía vêt nhæ d, d1 , p. Aïp suáút cho pheïp : [p1113MPa0 ] =÷ âäúi våïi vêt bàòng theïp täi - âai äúc bàòng âäöng thanh; [p810MPa0 ] =÷ âäúi våïi theïp khäng täi - âäöng thanh; [p46MPa0 ] =÷ âäúi våïi theïp khäng täi - gang. 3. Tênh bäü truyãön vêt âai äúc vãö âäü bãön Khi laìm viãûc, vêt væìa chëu keïo (hoàûc neïn) væìa chëu xoàõn ⇒ âiãöu kiãûn bãön: 22 σ=σ+τ≤σtd 3 [] (9.3) (theo lyï thuyãút bãön thãú nàng biãún âäøi hçnh daïng - lyï thuyãút bãön thæï 4) Trong âoï : 4Fa σ laì æïng suáút keïo do læûc doüc truûc Fa : σ= 2 πd1 T 16T τ laì æïng suáút xoàõn do momen xoàõn T (momen laìm quay vêt hay âai äúc) : τ = = 3 W0 πd1 d1 : âæåìng kênh trong cuía ren vêt W0 : momen chäúng xoàõn cuía vêt σ [σ]: æïng suáút cho pheïp : []σ= ch s σch : giåïi haûn chaíy cuía váût liãûu; s : hãû säú an toaìn, coï thãø láúy : s = 3. 4. Tênh bäü truyãön vêt âai äúc theo âiãöu kiãûn äøn âënh ƒ Âãø vêt khäng bë hoíng do uäún doüc, læûc neïn phaíi thoaí maîn âiãöu kiãûn äøn âënh Euler: Baìi giaíng Cå såí thiãút kãú maïy - Pháön I - Lã Cung - Bäü män Nguyãn lyï Chi tiãút maïy - Khoa Sæ phaûm kyî thuáût 100
7. Fth Fa ≤ (9.4) s Våïi : Fa : læûc doüc truûc; Fth : taíi troüng tåïi haûn; s : hãû säú an toaìn vãö äøn âënh s = 2,5÷4. ƒ Taíi troüng tåïi haûn Fth âæåüc xaïc âënh dæûa trãn âäü mãöm λ cuía vêt: µl λ= i µ : hãû säú phuû thuäüc vaìo phæång phaïp cäú âënh hai âáöu vêt. l : chiãöu daìi tênh toaïn cuía vêt. µ = 1 : khi hai âáöu vêt âàût trãn äø truûc coï chiãöu daìi äø B ≤ 2d0 våïi d0 : âæåìng kênh äø µ = 2 : khi mäüt âáöu bë ngaìm, mäüt âáöu tæû do µ = 0,7 : khi mäüt âáöu bë ngaìm, mäüt âáöu âàût trãn äø truûc coï chiãöu daìi äø B ≤ 2d0 µ = 0,5 : khi caí hai âáöu bë ngaìm Læu yï nãúu duìng âai äúc laìm gäúi âåî thæï hai ⇒ coi nhæ vêt bë ngaìm mäüt âáöu. Våïi vêt hai gäúi âåî ⇒ chiãöu daìi tênh toaïn l laì khoaíng caïch giæîa hai gäúi âåî. Våïi vêt mäüt gäúi âåî ⇒ chiãöu daìi tênh toaïn l laì khoaíng caïch tæì giæîa chiãöu cao âai äúc âãún gäúi âåî. π2EJ ¾ Khi λ ≥ 100 : Fth = (cäng thæïc Euler). ()µl 2 πd2 J ≈ 1 : momen quaïn tênh cuía tiãút diãûn vêt; E : moâun âaìn häöi cuía vêt. 64 2 ¾ Khi 60 < λ < 100: Fth âæåüc tênh theo cäng thæïc thæûc nghiãûm: F0,25d(ab)th= π−λ 1 a vaì b hãû säú thæûc nghiãûm phuû thuäüc vaìo váût liãûu vêt: Våïi theïp 45 : a = 450; b = 1,67 Våïi theïp: a = 473; b = 1,87 ¾ Khi λ ≤ 60 : khäng cáön kiãøm nghiãûm vãö äøn âënh. 9.3. Trçnh tæû thiãút kãú bäü truyãön vêt âai äúc ƒ Säú liãûu cho træåïc Trë säú cuía taíi troüng doüc truûc Fa cuía vêt, khoaíng dëch chuyãøn cáön thiãút l0 cuía vêt hay âai äúc, cäng duûng vaì âiãöu kiãûn laìm viãûc cuía bäü truyãön. ƒ Trçnh tæû thiãút kãú 1) Choün váût liãûu vêt vaì âai äúc (dæûa trãn cäng duûng cuía bäü truyãön) 2) Xaïc âënh aïp suáút cho pheïp [p0], æïng suáút cho pheïp [σ] (nãúu cáön kiãøm nghiãûm vãö âäü bãön) 3) Choün präfin ren (dæûa trãn trë säú vaì chiãöu cuía læûc doüc truûc Fa). Xaïc âënh ψh . Choün kãút cáúu âai äúc dæûa trãn cäng duûng cuía bäü truyãön (âai äúc nguyãn, âai äúc hai næía, âai äúc keïp ) ⇒ xaïc âënh ψH . 4) Xaïc âënh âæåìng kênh trung bçnh d2 cuía vêt theo âiãöu kiãûn bãön moìn (9.2). Choün d2 theo tiãu chuáøn. Dæûa trãn d2, tra tiãu chuáøn ⇒ caïc thäng säú khaïc cuía vêt nhæ d, d1. Dæûa vaìo cäng duûng bäü truyãön, yãu cáöu tæû haîm hay khäng âãø choün säú mäúi ren n, bæåïc ren p ⇒ xaïc âënh goïc vêt γ theo biãøu thæïc (9.1) vaì chiãöu daìi pháön gia cäng ren lr cuía vêt. H 5) Xaïc âënh chiãöu cao H vaì säú voìng ren x cuía âai äúc : Hd= ψ , x = . H2 p 6) Kiãøm nghiãûm âäü bãön cuía vêt theo âiãöu kiãûn (9.3) (våïi caïc vêt chëu taíi låïn). 7) Kiãøm nghiãûm vêt vãö âiãöu kiãûn äøn âënh theo âiãöu kiãûn (9.4) (våïi caïc vêt daìi vaì chëu neïn). Baìi giaíng Cå såí thiãút kãú maïy - Pháön I - Lã Cung - Bäü män Nguyãn lyï Chi tiãút maïy - Khoa Sæ phaûm kyî thuáût 101
8. 9.4. Âaïnh giaï bäü truyãön vêt âai äúc ƒ Æu âiãøm + Kãút cáúu âån giaín, dãù chãú taûo, goün. + Khaí nàng taíi cao, laìm viãûc tin cáûy. + Laìm viãûc ãm, khäng äön. + Taûo âæåüc læûc doüc truûc ráút låïn (gáúp haìng tràm láön læûc voìng laìm quay vêt). + Coï thãø thæûc hiãûn caïc di chuyãøn cháûm vaì chênh xaïc. ƒ Nhæåüc âiãøm + Hiãûu suáút tháúp do ma saït trãn ren. + Ren bë moìn nhanh do ma saït låïn. ƒ Phaûm vi sæí duûng Sæí duûng räüng raîi trong caïc thiãút bë nhàòm taûo læûc låïn nhæ kêch vêt, vêt eïp ; trong caïc cå cáúu yãu cáöu chuyãøn vë chênh xaïc (cå cáúu chaûy dao trong maïy càõt, caïc duûng cuû âo, caïc thiãút bë âënh vë vaì âiãöu chènh). Baìi giaíng Cå såí thiãút kãú maïy - Pháön I - Lã Cung - Bäü män Nguyãn lyï Chi tiãút maïy - Khoa Sæ phaûm kyî thuáût 102