Chi tiết máy Chương III
CHƯƠNG 3
BỘ TRUYỀN ĐAI
3.1. KHÁI NIỆM CHUNG
3.1.1. Ngun lý
F
2
F
1
F
2
F
1
F
r
Hình 3.1:
- Bộ truyền đai hoạt động theo ngun lý ma sát: cơng suất từ bánh chủ động
(1) truyền cho bánh bị động (3) nhờ vào ma sát sinh ra giữa dây đai (3) và
bánh đai (1), (2).
- Ma sát sinh ra giữa hai bề mặt xác định theo cơng thức:
N.fF
ms
=
Như vậy, để có lực ma sát thì cần thiết phải có áp lực pháp tuyến. Trong bộ
truyền đai, để tạo lực pháp tuyến thì phải tạo lực căng đai ban đầu, ký hiệu là
F
0
.
3.1.2. Phân loại
- Theo tiết diện đai: bao gồm đai dẹt, đai hình thang, đai răng lược, đai tròn,
đai răng, đai lục giác.
- Theo kiểu truyền động: truyền động giữa hai trục song song cùng chiều,
truyền động giữa hai trục song song ngược chiều, truyền động giữa các trục
chéo nhau
3.1.3. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng
Ưu điểm:
- Có thể truyền động giữa các trục cách xa nhau (<15m)
- Làm việc êm, khơng gây ồn nhờ vào độ dẽo của đai nên có thể truyền động
với vận tốc lớn
- Nhờ vào tính chất đàn hồi của đai nên tránh được dao động sinh ra do tải
trọng thay đổi tác dụng lên cơ cấu.
- Nhờ vào sự trượt trơn của đai nên đề phòng sự q tải xảy ra trên động cơ
- Kết cấu và vận hành đơn giản
28
Chi tiết máy Chương III
Nhược điểm
- Kích thước bộ tuyền đai lớn so với các bộ truyền khác: xích, bánh răng.
- Tỉ số truyền thay đổi do hiện tượng trượt trơn giữa đai và bánh đai (ngoại trừ
đai răng)
- Tải trọng tác dụng lên trục và ổ lớn (thường gấp 2-3 lần so với bộ truỵền
bánh răng) do phải có lực căng đai ban đầu (tạo áp lực pháp tuyến lên đai tạo
lực ma sát)
- Tuổi thọ của bộ truyền thấp
⇒ Hiện nay, bộ truyền đai thang được sử dụng rộng rãi, đai dẹt ngày càng ít
sử dụng. Khuynh hướng dùng bộ truyền đai răng ngày cang phổ biến vì tận
dụng được ưu điểm của bộ truyền bánh răng và bộ truyền đai.
3.1.4. Các phương pháp căng đai
Căng đai nhằm tạo lực căng ban đầu cho bộ truyền đai. Tuỳ vào từng điều
kiện cụ thể, ta có các biện pháp căng đai khác nhau
a. Định kỳ điều chỉnh sức căng đai
Bánh đai chủ động được nối trên trục động cơ điện, lực căng đai được điều
chỉnh bằng vis đẩy động cơ trượt trên rãnh
b. Tự động điều chỉnh lực căng
Lực căng đai ln được giữ khơng đổi nhờ động cơ (1) được treo lên tấm lắc
(2). Vít (3) có nhiệm vụ giữ và điều chỉnh vị trí động cơ điện
c. Điều chỉnh lực căng theo tải trọng
Lực căng đai sẽ tự thay đổi theo sự thay đổi của tải trọng. Kết cấu của cơ cấu
ăng đai này có thể tham khảo trên hình (3.4d/104)
29
12
3
Chi tiết máy Chương III
3.2. VẬT LIỆU VÀ KẾT CẤU ĐAI
3.2.1. Vật liệu đai
Vật liệu làm đai phải thỏa mãn : độ bền mỏi, mòn, hệ số ma sát tương đối lớn
và có tính đàn hồi cao.
a. Đai dẹt
- Bao gồm các loại đai sau: đai da, đai vải cao su, đai sợi bơng, đai sợi len, đai
làm bằng vật liệu tổng hợp.
* Đai da:
+ Có khả năng tải cao, bền và chịu va đập.
+ Giá thành cao, khơng chịu ẩm.
+ Vận tốc làm việc <40…45m/s.
* Đai vải cao su : gồm nhiều lớp vải, liên kết lại với nhau nhờ cai su được
sulfua hố.
+ Độ bền cao, đàn hồi tốt.
+ Ít chịu ảnh hưởng của thay đổi nhiệt độ, chịu ẩm.
+ Sử dụng rộng rãi.
* Đai sợi bơng:
+ Khối lượng nhỏ, giá thành rẻ.
+ Làm việc với vận tốc cao, bánh đai có đường kính nhỏ.
+ Cơng suất nhỏ, khơng làm việc trong mơi trường ẩm ướt.
* Đai sợi len: chế tạo từ sợi len, được tẩm oxit chì và dầu gai.
+ Tính đàn hồi cao, lam việc được với tải trọng khơng ổ định và va đập.
+ Khơng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, độ ẩm, axít …
+ Khả năng tải kém, giá thành cao.
- Trừ một số loại đai bằng vật liệu tổng hợp chế tạo thành vòng kín, các loại
đai còn lại cần phải nối đai theo chiều dài.
b. Đai hình thang
- Cho phép tăng khả năng tải của bộ truyền nhờ tang hệ số ma sát giữa đai và
bánh đai. Điều này có thể chứng minh như sau:
Xét phần tử đai dl chịu tác dụng của lực dR. Lực ma sát dFs sinh ra theo
hướng lực vòng dFt như sau:
dR'f
)2/sin(
f
dRfdFdF
ns
=
ϕ
==
(3.1)
với f ‘ = f/sin(ϕ/2) : hệ số ma sát tương đương (thay thế) ϕ
- góc chêm đai có giá trụ tiêu chuẩn 40
0
suy ra: f ‘ = 3f – tăng lên 3 lần so với bộ truyền đai dẹt
30
Chi tiết máy Chương III
- Bề mặt làm việc của đai hình thang là hai mặt bên, giữa đáy đai và bánh đai
có khe hở. Dây đai khơng ngồi bánh đai để tránh hư hỏng do cạnh bánh đai.
- Đai thang gồm: đai sơi xếp, đai sợi bện. Đai được chế tạo thành vòng kín và
được tiêu chuẩn hố kích thước cũng như chiều dài đai
3.2.2. Kết cấu bánh đai
- Kết cấu bánh đai phục thuộc vào loại đai, khả năng cơng nghệ và quy mơ sản
xuất:
+ Đường kính <100mm: đúc
+ Đường kính lớn: bánh đai kht lõm, có lổ hoặc nan hoa để giảm khối
lượng
- Kết cấu vành đai thang có kích thước tương ứng với tiết diện đai. Góc chêm
bánh và đai hình răng lược = 40
0
, góc chêm bánh đai thang giảm theo chiều
tăng tải trọng ( 40
0
, 38
0
, 36
0
, 34
0
)
- Kết cấu bánh đai dẹt: trụ, tang trống, cơn. Thơng thường, bánh đai dẫn mặt
trụ và đai bị dẫn tang trống. Nếu vận tốc lớn (> 40m/s) thì kht rãnh để thốt
khơng khí.
- Bánh đai tròn được kht rãnh nữa đường tròn có bán kính bằng bán kính
dây đai
3.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN BỘ TRUYỀN ĐAI
3.3.1. Thơng số hình học bộ truyền đai:
- Thơng số hình học chủ yếu: a – khoảng cách trục; α
1
– góc ơm bánh đai nhỏ
- Do căng đai và đai có độ võng, nên α
1
lấy gần đúng
β−=α
0
1
180
với
a2)dd()2/sin(
12
−=β
vì β < 30
0
nên:
31
dR
dF
n
/2
dF
n
/2
ϕ
β
α
1
β/2
O
1
d
1
O
2
d
2
Chi tiết máy Chương III
)(a/)dd(57
a/)dd(
12
12
độ−≈β⇒
−≈β
a/)dd(57180
12
0
1
−−=α⇒
- Chiều dài đai được xác định theo cơng thức:
2
d
)2(
2
d
)
2
cos(a2L
2
1
1
1
α−π+α+
β
=
a4
)dd(
2
dd
a2L
2
2121
−
+
+
π+=⇒
(3.3)
- Chiều dài đai được chọn lại theo tiêu chuẩn. Sau đó tính lại khoảng cách trục
a:
4
8kk
a
22
∆−+
=
(3.4)
trong đó:
2/)dd(
2/)dd(Lk
12
21
−=∆
+π−=
3.3.2. Lực tác dụng lên bộ truyền đai
a. Lực tác dụng lên đai
0
F
0
d
1
- Gọi F
0
là lực căng ban đầu
F
1
, F
2
là lực căng trên nhánh căng và nhánh chùng khi bộ truyền chịu tải
Ft = 2T
1
/ d
1
lực vòng hay tải trọng có ích
- Điều kiện cân bằng lực:
t12
FFF
=−
(3.5)
- Do chiều dài L khơng thay đổi khi chịu tải trọng nên độ co và giãn trên
hai nhánh bằng nhau.
32
2
F
1
d
1
Chi tiết máy Chương III
FFF
FFF
02
01
∆−=
∆+=
(3.6)
012
F2FF
=+⇒
từ (3.5) và (3.6):
2
F
FF
2
F
FF
t
02
t
01
−=
+=
(3.7)
Mối quan hệ giữa F
1
và F
2
:
α
=
f
21
eFF
(3.8)
Từ (3.5), (3.7), (3.8) ta có:
)1e(2/)1e(FF
)1e/(FF
)1e/(eFF
ff
t0
f
t2
ff
t1
−+=
−=
−=
αα
α
αα
(3.9)
Suy ra:
)1e/()1e(F2F
ff
0t
+−=
αα
. Như vậy, nếu tăng góc ơm α và hệ số ma
sát f lên thì sẽ tăng khả năng tải của bộ truyền.
- Khi đai chuyển động trên bánh đai, mỗi phần tử đai chịu lực ly tâm, lực ly
tâm tạo nên lực căng phụ Fv trên đai:
ϕρ
ϕρ
dAv
dvdAd
dvdmd
c
.
)5,0/()5,0.(
)5,0/(.
2
2
2
=
=
=
`
`
`
`
V
F
V
F
2/d
v
=ω
d
dϕ
dϕ/2
V
F
V
F
dC
Trong đó
33
Chi tiết máy Chương III
ρ - khối lượng riêng của vật liệu làm đai, kg/m
3
A = bδ - diện tích mặt cắt ngang của đai
v – vận tốc, m/s
Phương trình cân bằng lực : dC = 2Fvsin (dϕ/2) ≈ Fv
dϕ
Từ hai phương trình này, suy ra:
2
m
2
v
vqAvF
=ρ=
(3.10)
qm – khối lượng trên 1m dây đai, kg/m
- Phương trình Ole có kể đến lực căng phụ
α
=
−
−
f
v2
v1
e
FF
FF
b. Lực tác dụng lên trục và ổ
F
2
F
1
F
2
F
1
F
r
- Lực tác dụng lên truc:
)
2
cos(F)
2
cos(FF
21r
υ−
β
+υ−
β
=
ν - là góc hợp bởi đường tâm trục và Fr, ν rất nhỏ nên có thể bỏ qua đai lượng
này. Khi đó:
)
2
sin(F2)
2
cos(F2F
1
00r
α
=
β
≈
(3.11)
3.3.3. Ứng suất sinh ra trong đai
Lực căng đai gây ra các ứng suất sau:
+ σ
v
= Fv/A = ρ v
2
. 10
-6
– ứng suất do lực căng phụ
+ σ
1
= F
1
/A, σ
2
= F
2
/A, - Ứng suất trên nhánh chủ động và bị động
+ σ
0
= F
0
/A - Ứng suất do lực căng ban đầu
+ σ
t
= Ft/A - Ứng suất có ích sinh ra trong đai
Ngồi ra còn ứng suất uốn tn theo định luật Hooke:
σ
u
= εE = Eδ/d (3.12)
ε = y/r – độ giãn dài tương đối của thớ ngồi cùng
y = δ/2 – khoảng cách từ đường trung hồ tới thớ đai ngồi cùng
r ≈ d/2 – bán kính cong đường trung hòa
- Ứng suất lớn nhất sinh ra trên nhánh căng khi đai bắt đầu tiếp xúc trên bánh
đai nhỏ :
34
Chi tiết máy Chương III
1uvt01uv1max
5,0
σ+σ+σ+σ=σ+σ+σ=σ
(3.13)
1uv
ff
tmax
)1e/(e
σ+σ+−σ=σ
αα
(3.14)
1u
2ff
1max
v)1e/(e)vA/P(
σ+ρ+−=σ
αα
(3.15)
- Khả năng kéo của bộ truyền đai đặc trưng bởi ứng suất có ích σ
t
:
)1e/()1e(2
ff
0t
+−σ=σ
αα
(3.16)
⇒ σ
0
tăng thì khả năng kéo tăng tuy nhiên tuổi tho của đai giảm. Vì vậy
hạn chế σ
0
: σ
0
≤ 1,5Mpa (đối với đai thang); σ
0
≤ 0,8Mpa (đối với đai dẹt)
- Ứng suất do lực ly tâm khi giá trị khối lượng riên đai =1000kh/m3
v = 10 m/s ⇒ σ
v
= 0,1Mpa
v = 20 m/s ⇒ σ
v
= 0,4Mpa
v = 30 m/s ⇒ σ
v
= 1,6Mpa
- Ứng suất uốn sinh ra trong đai khi E=200MPa
d/δ =200 ⇒ σ
u
= 1 MPa
d/δ =100 ⇒ σ
u
= 2 MPa
d/δ =50 ⇒ σ
u
= 4 MPa
d/δ =25 ⇒ σ
u
= 8 MPa
Ứng suất uốn làm phá hủy mỏi đai
- Tuổi thọ đai khơng những phụ thuộc vào ứng suất mà còn phụ thuộc vào đặc
tính và chu kỳ thay đổi tần số ứng suất. Tần số này xác định bằng số vòng
chạy của đai tong một giây:
I = v/L (3.17)
I càng lớn thì tuổi thọ càng thấp. Đối với đai thang: i ≤ 3 5 s
-1
; Đối với đai dẹt:
i ≤ 10 20 s
-1
3.3.4. Hiện tượng trượt trong bộ truyền đai
Bao gồm: trượt hình học, trượt đàn hồi, trượt trơn
- Trượt hình học: xảy ra khi bộ truyền chưa làm việc, dưới tác dụng của tải
trong F
0
, đai bị giãn → hiện tượng trượt trơn
-Trượt đàn hồi: do lực F
1
trên nhánh căng > F
2
trên nhánh chùng, nên độ biến
dạng đai λ
1
khi vào đai sẽ > độ biến dạng đai khi ra đai. Do đó, khi đai vào
tiếp xúc với bánh dẫn đai sẽ bị co lại gây nên hiện tượng trượt đàn hồi
Trên bánh bị dẫn xãy ra hiện tượng trượt đàn hồi khi ra đai.
- Trượt trơn: xảy ra khi moment truyền lớn hơn moment ma sát
3.3.5. Vận tốc và tỉ số truyền
35
Chi tiết máy Chương III
- Vận tốc vòng trên các bánh đai:
+ Trên bánh dẫn: v
1
= πd
1
n
1
/60000
+ Trên bánh bị dẫn: v
2
= πd
2
n
2
/60000 (3.18)
- Giữa vận tốc vòng hai bánh đai có sự liên hệ:
11
22
1
2
121
nd
nd
1
v
v
1v/)vv( −=−=−=ξ
)1(vv
12
ξ−=
(3.19)
với: ξ - hệ số trượt tưong đối. ξ = 0,01 0,02
- Tỉ số truyền của bộ truyền đai:
1
2
1
2
d
d
)1(d
d
u
≈
ξ−
=
(3.20)
3.4. TÍNH TRUYỀN ĐỘNG ĐAI
3.4.1. Tiêu chuẩn về khả năng làm việc và chỉ tiêu tính
a. Khả năng làm việc và chỉ tiêu tính
- Khả năng kéo.
- Tuổi thọ đai.
Hiện nay, tính tốn bộ truyền đai chủ yếu tính theo khả năng kéo
Để tránh xảy ra hiện tượng trượt trơn, hệ số kéo phải thỏa mãn điều kiện:
0
0
t
2
ϕ≤
σ
σ
=ϕ
b. Tuổi thọ đai:
Ứng suất thay đổi sẽ gây phá hủy mỏi đai. Quan hệ giữa ứng suất σ
max
và số chu kỳ làm việc tương đương NE biểu thị bằng phương trình đường
cong mỏi như sau
σ
max
m
N
E
= σ
r
m
N
0
với σ
r
– giới hạn mỏi của đai (MPa)
N
0
– Số chu kỳ làm việc cơ sở = 10
7
m – chỉ số của đường cong mỏi; m = 5 đối với đai dẹt, m = 8 đối với đai
thang
σ
r
= 6 MPa – đai vải cao su có lớp đệm
σ
r
= 7 MPa – đai vải cao su khơng có lớp đệm
σ
r
= 9 MPa – đai thang
σ
r
= 4 5 MPa – đai sợi bơng
36
Chi tiết máy Chương III
⇒
7m
maxrE
10)/(N
σσ=
(3.24a)
Chu kỳ N
E
liên hệ với tuổi thọ L
h
uhbE
/Lix3600N
υ=
(3.24b)
i = v/L :số vòng chạy của đai trong một giây.
xb – số bánh đai cùng đường kính
ν
u
– Hệ số ảnh hưởng khác nhau của ứng suất uốn trên các bánh đai (=1,2 2)
- Tuổi thọ đai ( xác định bằng giờ)
)ix3600/(10)(L
bu
7m
max
r
h
υ
σ
σ
=
(3.25)
3.4.2. Tính tốn bộ truyền đai dẹt
- Ứng suất có ích:
][
A
F
t
t
t
σ≤=σ
(3.27)
với F
t
= 1000P
1
/v
A = bδ - tiết diện đai
[σ
t
] – ứng suất có ích cho phép
r0v0tt
CCCC][][
α
σ=σ
(3.28)
+ [σ
t
] – ứng suất có ích cho phép. Tra bảng (3.4) [1]
+ C
α
- hệ số ảnh hưởng của góc ơm đai: C
α
= 1 – 0.003(180 -α
1
)
+ Cv – hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc
)1v01,0(c1C
2
vv
−−=
c
v
= 0,04 đối với tất cả bộ đai dẹt với vận tốc trung bình
Khi vận tốc cao: c
v
= 0,03 (đai vải cao su), c
v
= 0,02 (đai sợi bơng), c
v
=
0,01 (đai vật liệu tổng hợp)
+ C
0
– hệ số xét đến ảnh hưởng của vị trí bộ truyền, phụ thuộc vào góc
đường nối tâm và phương ngang.
Khi góc nghiêng 0 60
0
thì C
0
= 1
Khi góc nghiêng 60 80
0
thì C
0
= 0.9
Khi góc nghiêng 80 90
0
thì C
0
= 0.8
Khi bộ truyền đai có bánh căng điều chỉnh tự động C
0
=1
37
Chi tiết máy Chương III
+ Cr
hệ số làm việc tính đến ảnh hưởng của sự thay đổi theo chu kỳ của
tải trọng đến tuổi thọ đai. Tra bảng (3.5) [1].
- Chiều rộng đai được tính theo cơng thức:
r0v0t
1
CCCC][v
P1000
b
α
σδ
≥
(3.29)
3.4.3. Tính tốn bộ truyền đai thang
]P[z
1000
vzA][
1000
vF
P
1tt
1
=
σ
≤=
(3.30)
[P] – cơng suất có ích cho phép bộ truyền đai. Được xác định theo thực
nghiệm
vrzLu0
CCCCCC]P[]P[
α
=
(3.31)
+[P]
0
– cơng suất có ích cho phép được xác định bằng con đường thực
nghiệm
+
)e1(24,1C
110/
1
α−
α
−=
+
)1v01,0(05,01C
2
v
−−=
+ Cu – hệ số xét đến ảnh hưởng của tỉ số truyền. Tra bảng (3.6) [1]
+
6
0v
L/LC
=
+ Cz - hệ số xét đến sự ảnh hưởng của sự phân bố khơng đều tải trọng
giữa các dây đai: z = 2 3 thì Cz = 0.95; z = 4 6 thì Cz = 0.9; khi z>6 thì Cz =
0.85.
Số dây đai cần thiết:
vrzLu0
1
CCCCCC]P[
P
z
α
=
(3.32)
3.5. TRÌNH TỰ THIẾT KẾ ĐAI
3.5.1. Trình tự thiết kế đai dẹt
Thực hiện theo các bước sau:
1. Chọn đai theo điều kiện làm việc
2. Tính đường kính bánh đai nhỏ theo cơng thức:
)mm(
n
P
)1300 1100(d
3
1
1
1
=
Hoặc
)mm(T)4,6 2,5(d
3
11
=
38
Chi tiết máy Chương III
d
1
được chọn theo tiêu chuẩn :40, 45, 50, 56, 63, 71, 80, 90, 100, 112,
125, 140, 160, 180, 200, 224, 250, 315, 400, 450, 500, 560, 630, 710,
800, 900, 1000, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000.
Đường kính bánh đai lớn xác định theo cơng thức (3.20) và cho theo
giá trị tiêu chuẩn.
Tính v
1
, nếu v
1
> 30 m/s thì chọn đường kính đai nhỏ hơn.
3. Xác định khoảng cách trục a và chiều dài đai L. Có thể xác định a
theo chiều dài Lmin theo cơng thức (3.4).
Lmin = v/(3 5) bộ truyền đai hở.
Lmin = v/(8 10) bộ truyền đai có bánh căng.
Kiểm nghiệm khoảng cách trục a theo điều kiện:
+
)dd(2a
21
+≥
trường hợp bộ truyền đai hở.
+
)dd(a
21
+≥
trường hợp bộ truyền đai có bánh căng.
Sau khi xác định a, tính L theo cơng thức (3.3) và tăng L lên 100 400
để nối đai.
4. Tính góc ơm đai α
1
theo cơng thức (3.2) và kiểm nghiệm điều kiện α
1
≥ 150
0
5. Chọn chiều dày đai theo điều kiện:
d
1
/δ ≥ 25 đối với đai da
d
1
/δ ≥ 30 đối với đai vải cao su.
Tính chiều rộng b của đai theo cơng thức (3.29)
6. Tính chiều rộng bánh dai
7. Tính lực tác dụng lên trục Fr theo (3.11) và lực căng ban đầu
δσ=
bF
00
3.5.2. Trình tự thiết kế đai thang
1. Chọn loại đai theo cơng suất P
1
và n
1
theo đồ thị
2. Tính đuờng kính bánh đai nhỏ d
1
≈ 1,2 dmin với dmin tra bảng (3.3)
[1]. Chọn d
1
theo dãy tiêu chuẩn sau: 63, 71, 80, 90, 100, 112, 125, 140,
160, 180, 200, 224, 250, 280, 315, 355, 400, 450, 500, 560, 630, 710,
800, 900, 1000.
Theo cơng thức (3.18) tính d
2
và chọn ttheo tiêu chuẩn (bảng 3.3)
3. Chọn sơ bộ khoảng cách trục a theo đường kính d
2
u 1 2 3 4 5
≥ 6
a 1,5d
2
1,2d
2
d
2
0,95d
2
0,9d
2
0,85d
2
Theo cơng thức (3.3) xác định sơ bộ L và chọn theo tiêu chuẩn. Tính
chính xác khoảng cách trục a theo giá trị L tiêu chuẩn bằng cơng thức
(3.4). kiểm nghiệm điều kiện :
39
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét