Giới Thiệu
Gần đây, ít khi có các sản phẩm mới với cấu trúc sáng tạo được phát triển. Thay vào đó, trong hầu hết các trường hợp, chỉ có sự thay đổi về thông số kỹ thuật và thiết kế của các mô hình hiện có được thực hiện. Do đó, mong muốn của các kỹ sư thiết kế là họ có được kỹ năng để thay đổi một số cấu trúc của các mô hình hiện có hoặc các bộ phận để phát triển sản phẩm mới. Các kỹ sư thiết kế nên chịu trách nhiệm trong trường hợp có sự cố do thay đổi lớn về cấu trúc hoặc thiết kế bộ phận do quyết định tùy ý của kỹ sư. Đó chính là tình hình hiện tại khi hầu hết các kỹ sư chỉ sao chép và dán bằng phần mềm CAD mà không học về nguyên tắc của cấu trúc và cơ cấu. Ngẫu nhiên, máy nghe radio-cassette và máy nghe CD, mà trước đây được ưa chuộng rộng rãi cho sở thích hoặc việc sử dụng trong ô tô, có một cấu trúc đáng tin cậy do các liên kết, bánh răng và lò xo được sắp xếp chặt chẽ trong một không gian hẹp. Ngày nay, chúng ta chỉ cần chèn một USB hoặc sử dụng kết nối không dây để nghe nhạc, và do đó, tất cả những gì mà các kỹ sư thiết kế máy cần là thiết kế một khung chứa các bộ phận không di chuyển để đặt một bản mạch điện tử. Những thay đổi như vậy trong thời đại của chúng ta cũng làm giảm cơ hội của các kỹ sư thiết kế máy tiếp xúc với thiết kế cơ cấu, điều này dẫn đến sự thiếu sáng tạo trong việc phát triển cấu trúc và cơ cấu mới. Vậy bây giờ, làm thế nào các kỹ sư thiết kế máy nên đối diện với các nhiệm vụ thiết kế cơ cấu khi việc thay đổi các mô hình và chức năng hiện có bị yếu đi?
Trong chương này, kiến thức cơ bản về bánh răng sẽ được giải thích trước khi chúng ta tiến hành phát minh các cơ cấu sử dụng bánh răng.
Chi Tiết Máy
Các phần chi tiết máy là các đơn vị nhỏ nhất của các bộ phận chức năng (ví dụ như ốc vít, đai ốc, bánh răng, chìa khóa, v.v.) trong các thành phần cấu thành một máy như được thể hiện trong bảng dưới đây (bảng 1-1).
Chuyển động quay liên tục.
Chuyển động quay liên tục.
Chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tuyến tính không liên tục.
Lưu trữ tải trọng, hấp thụ va đập.
Hỗ trợ trục quay.
Loại Phần Truyền Động
Trong số các phần máy, các yếu tố truyền động được phân loại thành các nhóm sau. (Bảng 1-2)
Bảng 1-2: Các Loại Phần Truyền Động
| Phương Thức Truyền Động | Truyền Động Liên Hợp Rắn | Truyền Động Mạng Lưới |
|---|---|---|
| Bánh Răng, vv. | ||
| Truyền Động Ma Sát | Trục Lăn Ma Sát, vv. | |
| Truyền Động Liên Kết Không Rắn | Truyền Động Mạng Lưới | Dây Curoa và Xích |
| Truyền Động Ma Sát | Dây Đai Phẳng, vv. | |
| Truyền Động Không Tiếp Xúc | Truyền Động Từ Trường | Bánh Răng Nam Châm, vv. |
Trong số các yếu tố truyền động này, các bánh răng truyền động mạng lưới được sử dụng cho các cơ cấu tổng quát.
Bánh răng được định nghĩa là “các phần máy dùng để truyền chuyển động quay bằng cách liên tục kết hợp bề mặt lõm trên một trục với bề mặt đòn (răng) trên trục khác”.
Các Chức Năng của Bánh Răng
Dưới đây là danh sách các chức năng của bánh răng cho thiết kế cơ cấu. (Bảng 1-3)
Bảng 1-3: Chức Năng của Bánh Răng
| Chức Năng Đặc Trưng của Bánh Răng | Giải Thích |
|---|---|
| Thay Đổi Hướng Trục Quay | Xem chương này |
| Chuyển Động Quay Thành Chuyển Động Tuyến Tính | Xem chương này |
| Thay Đổi Hướng Xoay (Theo Chiều Kim Đồng Hồ / Ngược Chiều Kim Đồng Hồ) | |
| Thay Đổi Số Vòng Quay (Tăng Tốc Độ / Giảm Tốc Độ) | |
| Thay Đổi Lực Quay (Tăng / Giảm Momen) |
Trong số các đặc điểm như hình dạng, mục đích, vật liệu, một người thiết kế đầu tiên cần xem xét bố trí của hai trục mà trên đó các bánh răng được lắp đặt. Loại bánh răng xác định hướng của hai trục. Bố trí của trục bánh răng có thể được phân loại thành ba loại như được hiển thị dưới đây. (Bảng 1-4)
Bánh răng nón thẳng / Bánh răng nón xoắn ốc
Bánh răng ốc trụ / Bánh răng vít / Bánh răng xoắn hướng
Đây là những bánh răng tròn có dạng răng cưa thẳng và song song với trục. Do có răng cưa thẳng và song song với trục, chúng có hiệu suất máy tốt hơn, tuy nhiên yếu điểm của chúng là độ mạnh và sự yên tĩnh kém hơn khi gắp khớp do tỷ lệ tiếp xúc nhỏ hơn so với bánh răng xoắn ốc.
Đây là những bánh răng tròn có dạng răng cưa chéo so với trục. Hiệu suất máy thấp hơn so với bánh răng thẳng do lực đẩy tạo ra bởi răng cưa chéo. Tuy nhiên, chúng có độ mạnh và tính yên tĩnh tốt hơn khi gắp khớp do tỷ lệ tiếp xúc lớn hơn so với bánh răng thẳng.
Là sự kết hợp của hai bánh răng xoắn ốc có chiều xoắn đối diện. Được sử dụng để giảm lực đẩy theo hướng trục do các bánh răng cân bằng lực đẩy tạo ra từ quá trình gắp khớp.
Là các bánh răng có răng cưa bên trong của hình trụ. Dạng của răng cưa có thể song song với trục và thẳng hoặc chéo so với trục. Có thể được sử dụng để tối ưu hóa không gian hiệu quả.
Là các răng được cắt trên một tấm phẳng hoặc trục tròn. Có thể coi thanh răng như các bánh răng tròn có bán kính tiết diện vô hạn. Các pinion là các bánh răng tròn thông thường được kết hợp với thanh răng. Được sử dụng để chuyển động quay thành chuyển động tuyến tính hoặc ngược lại.
Là các bánh răng có dạng răng cưa thẳng, giống như dạng ô dù, và trùng với đường sinh học tuyến tính của cấu nón chia độ.
Là các bánh răng nón có dạng răng cưa cong. Được thiết kế cong để tăng tỷ lệ tiếp xúc, chúng có độ mạnh và tính yên tĩnh tốt hơn so với bánh răng nón thẳng, tương tự như trường hợp của bánh răng tròn.
Table 1-7 Types and characteristics of gears for skewed shafts
Bánh răng trục vít là thuật ngữ chung để chỉ các loại bánh răng được tạo thành từ một trục vít và một bánh răng ốc vít nối khớp. Chúng cung cấp tỷ lệ giảm tốc lớn chỉ trong một giai đoạn. Mặc dù hiệu suất máy giảm đáng kể so với các loại bánh răng khác do ma sát từ tiếp xúc trượt, tuy nhiên, tiếng ồn được tạo ra từ quá trình nối khớp thấp hơn. Khi tỷ lệ giảm tốc là 1/40 hoặc cao hơn, bánh răng có thể được đẩy bởi trục vít, nhưng không thể đẩy từ bánh răng ốc vít, tạo ra tính không thể đảo ngược (còn được gọi là tính tự khóa). Đôi khi có thể đẩy bằng bánh răng ốc vít do rung động.
Một cặp bánh răng tròn được sử dụng để truyền chuyển động giữa các trục nghiêng. Thường được sử dụng trong các cơ cấu với tải trọng nhẹ.
Là một cặp bánh răng nón truyền chuyển động giữa các trục không giao nhau. Mặc dù tỷ lệ giảm tốc thông thường của bánh răng xoắn hướng là khoảng 1/10, các loại bánh răng xoắn hướng có tỷ lệ giảm tốc cao cung cấp tỷ lệ giảm tốc nhanh và có khả năng không thể đảo ngược.
Trong quá trình thiết kế, việc quyết định bố trí của hai trục thường được thực hiện trước khi chọn loại bánh răng. Tuy nhiên, người thiết kế nên xem xét rằng chi phí của các bánh răng thay đổi tùy thuộc vào bố trí của trục như sau:
- Bánh răng cho trục song song (Rẻ)
- Bánh răng cho trục cắt giao
- Bánh răng cho trục nghiêng (Đắt)
Chúng tôi đã thảo luận về chức năng của bánh răng như các yếu tố máy móc, và loại và đặc điểm của bánh răng trong phần này.