Bài giảng Nguyên lý máy - Chương 11: Cơ cấu bánh răng không gian

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

CHƯƠNG XI: CƠ CẤU

BÁNH RĂNG KHÔNG GIAN

TS. Lê Thanh Long

[email protected]

1

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

Nội dung

11.1. Cơ cấu bánh răng trụ chéo.

11.2. Cơ cấu trục vít – bánh vít.

11.3. Cơ cấu bánh răng nón.

2

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

11.1. Cơ cấu bánh răng trụ chéo

1. Đặc điểm cấu tạo

3

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

11.1. Cơ cấu bánh răng trụ chéo

1. Đặc điểm cấu tạo

- Là cơ cấu bánh răng trụ tròn răng nghiêng dùng truyền chuyển động

giữa hai trục chéo nhau

- Hai mặt lăn của hai bánh răng tiếp xúc nhau tại một điểm P

- Hai giao tuyến của mặt răng với mặt lăn của

mỗi bánh răng, a₁và a₂, là hai đường xoắn ốc

tiếp xúc nhau tại P

- Hai đường sinh p₁và p₂đi qua P của hai mặt

trụ lăn và tiếp tuyến tt của hai đường răng a₁

và a₂nằm trên tiếp diện chung của hai mặt lăn

- Góc nghiêng của mặt răng trên mỗi bánh răng

₁ ( p₁,tt), ₂ ( p₂,tt)

- Khoảng cách tâm O₁O₂là đường vuông góc

chung của hai trục bánh răng (đi qua P)

4

O₁O₂ A  O P  O₂P  r  r

1

2

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

11.1. Cơ cấu bánh răng trụ chéo

- Quan hệ vận tốc

r

2. Tỉ số truyền

v_P



v_P



v_{P P}

2

1

2 1

 p₂p₂

 p₁p₁

₁r₁

//tt

₂r₂

v_Psin ₁ v_Psin ₂

1

2

- Tỉ số truyền

v_Pcos₁ v_Pcos ₂





₁r cos ₂

1

2

 i  



12

₂

rcos₁

₁r₁cos₁ ₂r₂cos 

₂



1

- Gọi m_S1, m_S2, z₁, z₂là module ngang và số răng

1

m_sz₂cos ₂

m_sz₂cos ₂m_nz₂

2

1

2

i₁₂



m_sz₁cos₁

m_nz₁

1

m_sz₁cos₁

1

2

- Điều kiện ăn khớp đúng

t  t  t_n





n₁

n₂

m_nz₂

z₂

 i₁₂



m  m  m

m_nz₁z₁





n₁

n₂

n

- Thường dùng các cặp bánh răng với δ = 90⁰

5

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

11.1. Cơ cấu bánh răng trụ chéo

2. Tỉ số truyền

- Ưu điểm:

+ Có thể chọn 4 thông số để thỏa mãn một tỉ số

truyền cho trước

₁r cos ₂

2

i₁₂ 

₂rcos₁

1

+ Khi thiết kế, muốn đổi chiều quay của một

bánh trong khi chiều quay của bánh còn lại không

thay đổi, không cần thêm bánh răng trung gian mà

chỉ cần đổi góc nghiêng của răng sao cho

 180⁰ (₁ ₂)

Điều này dễ thực hiện khi δ = 90⁰

6

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

11.1. Cơ cấu bánh răng trụ chéo

3. Đặc điểm tiếp xúc

- Cặp bánh răng trụ chéo tiếp xúc theo điểm

- Tại điểm tiếp xúc có vận tốc trượt tương đối nên mặt răng mau mòn

và mau không đều

7

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

11.2. Cơ cấu trục vít - bánh vít

1. Đặc điểm cấu tạo

- Cơ cấu trục vít – bánh vít là cơ cấu bánh răng trụ chéo đặc biệt với

+ Góc giao nhau giữa hai trục δ = β₁+ β₂= 90⁰→ truyền động giữa hai

trục vuông góc nhau.

+ β rất lớn nên đường răng thành đường xoắn ốc quấn trên mặt trụ. Số

răng được gọi là số mối ren z = 1 ÷ 4. Bánh răng này được gọi là trục vít,

bánh răng còn lại được gọi là bánh vít.

8

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

11.2. Cơ cấu trục vít - bánh vít

2. Tỉ số truyền

- Như cặp bánh răng trụ chéo

₁r cos ₂

2

i₁₂ 

₂rcos₁

1

- Ưu điểm: Vì số mối ren (z₁) ít trong khi số răng

của bánh vít (z₂) có thể rất nhiều nên tỉ số truyền

có thể rất lớn

- Trong một số trường hợp, bộ truyền trục vít –

bánh vít chỉ truyền động theo một chiều từ trục

vít đến bánh vít (tự hãm theo chiều ngược lại)

9

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

11.2. Cơ cấu trục vít - bánh vít

3. Đặc điểm tiếp xúc

- Bộ truyền trục vít – bánh vít tiếp xúc theo

điểm và có vận tốc trượt

- Vận tốc trượt của bộ truyền trục vít –

bánh vít rất lớn nên mau mòn, ma sát lớn,

hiệu suất thấp

→Để khắc phục, người ta thay đổi cấu tạo

của bánh vít

+ bánh vít lõm: răng của bánh vít ở trên

mặt trụ tròn xoay mà đường sinh là cung tròn

sao cho bánh vít ôm lấy trục vít

+ trục vít lõm (trục vít globoit): trục vít

ôm lấy bánh vít

10

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

11.3. Cơ cấu bánh răng nón

11

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

11.3. Cơ cấu bánh răng nón

1. Cấu tạo của bánh răng hình nón

- Xét cặp bánh răng hình trụ răng thẳng: các đường sinh của các mặt trụ

chân răng, trụ đỉnh răng, trụ lăn, trụ chia,…, đường tiếp xúc giữa hai

bánh răng đều song song nhau và song song với hai tâm quay của hai

bánh răng

→ các đường này cắt nhau tại điểm O ở vô cực (∞)

- Tưởng tượng rằng dịch chuyển O về gần trên

đường tiếp xúc giữa hai răng

+ các mặt trụ trở thành mặt nón cùng đỉnh O như

mặt nón chân răng, nón đỉnh răng, nón lăn, nón

chia,…

+ mặt phẳng đáy trở thành mặt cầu cùng tâm O

+ mặt trụ thân khai trở thành mặt nón thân khai

→ bánh răng hình trụ thân khai trở thành bánh răng

12

hình nón thân khai

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

11.3. Cơ cấu bánh răng nón

2. Thông số hình học của bánh răng nón răng thẳng

- Kích thước đặc trưng cho bánh răng nón được quy định là kích thước

trên đáy lớn. Để thuận tiện, thay mặt cầu đáy lớn bằng mặt nón tiếp

xúc với mặt cầu này

13

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

11.3. Cơ cấu bánh răng nón

2. Thông số hình học của bánh răng nón răng thẳng

t

m 

- Module (trên đáy lớn)



tz_1,2

1

r 

 mz_1,2

2 2

1,2

- Bán kính vòng chia

- Chiều cao đầu răng

- Chiều cao chân răng

- Bán kính vòng đỉnh

h^' m

h^''1,25m

r  r  h^'cos_1,2

e_1,2

1,2

m

 (z_1,2 2cos_1,2)

2

r  r  h^''cos_1,2

e_1,2

1,2

- Bán kính vòng chân

m

 (z_1,2 2,5cos_1,2)

r

2

1,2

L 

- Chiều dài nón

sin_1,2

14

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

11.3. Cơ cấu bánh răng nón

3. Bánh răng thay thế của bánh răng nón răng thẳng

- Bánh răng tưởng tượng có bán kính r^’₁, r^’₂được gọi là bánh răng thay thế

của bánh răng nón răng thẳng

t

m 

- Module (trên đáy lớn)

- Bán kính vòng chia

- Số răng thay thế



r

1,2

r^'_1,2

cos

2r^'_1,2

2r

1,2

z_tt1,2



m mcos

z_1,2

cos_1,2



15

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

11.3. Cơ cấu bánh răng nón

4. Các dạng truyền động của cặp bánh răng nón

Xét cặp bánh răng nón răng nghiêng với góc nghiêng trên mặt nón lăn là β₁, β₂

a. β₁= -β₂: cặp bánh răng nón truyền chuyển động giữa hai trục giao nhau

₁ ₂ 0

₁ ₂ 0

Bánh răng nón

răng nghiêng

Bánh răng nón

răng thẳng

₁z₂r OPsin₂sin₂

2

- Tỉ số truyền

₁r₁ ₂r₂ i₁₂   



₂z₁r OPsin₁sin₁

1

- Truyền chuyển động giữa hai trục giao nhau tiếp xúc theo đường thẳng d

+ bánh răng nón răng thẳng → d qua đỉnh nón

+ bánh răng nón răng nghiêng → d không qua đỉnh nón

- Tại điểm tiếp xúc trên mặt nón lăn không có vận tốc trượt tương đối

16

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

11.3. Cơ cấu bánh răng nón

4. Các dạng truyền động của cặp bánh răng nón

Xét cặp bánh răng nón răng nghiêng với góc nghiêng trên mặt nón lăn là β₁, β₂

a. β₁≠ -β₂: cặp bánh răng nón truyền chuyển động giữa hai trục chéo nhau

- Cặp bánh răng nón chéo (hypoid)

- Cặp bánh răng này hoàn toàn tương ứng với

cặp bánh răng trụ chéo

- Tỉ số truyền

₁z₂r cos₂

2

i₁₂  

₂z₁rcos₁

1

- Đặc điểm tiếp xúc: tiếp xúc theo điểm và có

vận tốc trượt tương đối nên mặt răng mau

mòn và mòn không đều

17

Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ Khí

Bài giảng Nguyên lý máy - Chương 11: Cơ cấu bánh răng không gian - Lê Thanh Long