Chức Năng của Bánh Răng Dưới đây là danh sách các chức năng của bánh răng cho thiết kế cơ cấu. (Bảng 2-1)
Bảng 2-1: Chức Năng của Bánh Răng
| Chức Năng Đặc Trưng của Bánh Răng | Giải Thích |
|---|---|
| Thay Đổi Hướng Trục Quay | (đã được giải thích) |
| Chuyển Động Quay Thành Chuyển Động Tuyến Tính | (đã được giải thích) |
| Thay Đổi Hướng Xoay (Theo Chiều Kim Đồng Hồ / Ngược Chiều Kim Đồng Hồ) | Xem chương này |
| Thay Đổi Số Vòng Quay (Tăng Tốc Độ / Giảm Tốc Độ) | Xem chương này |
| Thay Đổi Lực Quay (Tăng / Giảm Momen) |
Bạn có thể thay đổi hướng và số vòng quay của các trục đầu vào và đầu ra bằng cách nối nhiều bánh răng với nhau. Hãy để tôi giải thích điều này với các loại bánh răng tròn thường được sử dụng.
Hình 2-1: Định nghĩa về hướng quay của động cơ
Các kỹ sư thiết kế cơ khí cần truyền thông tin về hướng quay của động cơ đến các kỹ sư thiết kế điện và thiết kế phần mềm. Khác với động cơ, hướng quay của bánh răng có thể được định nghĩa khác nhau tùy thuộc vào hướng nhìn. Do đó, hướng nhìn cần phải nhất quán khi hiển thị chuyển động của cơ cấu qua hình ảnh (Hình 2-2).
Hình 2-2: Định nghĩa về hướng quay của bánh răng nhìn từ một hướng nhìn xác định trước
Tỷ lệ Tốc độ (Tỷ lệ tăng tốc độ / giảm tốc độ)
Mục tiêu của việc thiết kế cơ cấu với bánh răng là đạt được số vòng quay cần thiết bằng cách kết hợp nhiều bánh răng. Tốc độ quay của trục đầu ra được giảm, tăng hoặc giữ nguyên so với tốc độ quay của trục đầu vào tùy thuộc vào mục đích của ứng dụng. Mô-men xoắn trở nên nhỏ hơn khi tăng tốc độ và lớn hơn khi giảm tốc độ. (Điểm này sẽ được giải thích trong chương tiếp theo.) Do đó, trong hầu hết các trường hợp, tốc độ của một motor có công suất nhỏ được giảm bằng bánh răng để tạo ra mô-men xoắn lớn hơn. Nhiều motor có bánh răng được sử dụng trong các bộ phận ô tô, thiết bị gia dụng và motor của các máy công nghiệp. Motor có bánh răng là một bộ phận điện bao gồm một motor nhỏ và một hộp số để tạo ra mô-men xoắn lớn thay vì giảm tốc độ quay của motor.
Tính Tỷ lệ Tốc độ của Hệ thống Bánh Răng
Hình 2-4: Công Thức Tỷ lệ Tốc độ của Hệ thống Bánh Răng
Số vòng quay của các bánh răng hoàn toàn phụ thuộc vào số răng của các bánh răng nối khớp và được truyền tải theo công thức tính toán. Một hệ thống bánh răng mà các bánh răng nối khớp trên cùng một mặt phẳng được gọi là “hệ thống bánh răng một giai đoạn” và các công thức sau đây được áp dụng
Khi số răng của bánh răng A quay với số vòng quay NA, số vòng quay của bánh răng B giảm xuống theo công thức:
NB = (ZA/ZB) × NA
Khi số răng của bánh răng B quay với số vòng quay NB, số vòng quay của bánh răng A tăng lên.
NA = (ZB/ZA) × NB
VD:
Tính toán số vòng quay và hướng quay của bánh răng động (bánh răng A).
Biểu tượng của bánh răng động trong Hình 2-5 đại diện cho bánh răng động.
- rpm: số vòng quay mỗi phút: số lần quay trong một phút. Theo cách này, số vòng quay mỗi giây là “rps”.
Số răng của bánh răng: [Điều Kiện] Số răng: ZA=20, ZB=40 Số vòng quay của bánh răng động: NB=125rpm Hướng quay của bánh răng động: CCW (theo chiều kim đồng hồ)
[Đáp Án] Số vòng quay của bánh răng A NA=（ZB/ZA）× NB= （40/20）× 125 = 250rpm Hướng quay của bánh răng A: CW (theo chiều kim đồng hồ)
VD:
Tính toán số vòng quay và hướng quay của bánh răng bị động (bánh răng B).
Biểu tượng của bánh răng động trong Hình 2-6 đại diện cho bánh răng động.
Số răng của bánh răng: [Điều Kiện] Số răng: ZA=17, ZB=51 Số vòng quay của bánh răng động: NA=1800rpm Hướng quay của bánh răng động: CCW (theo chiều kim đồng hồ)
[Đáp Án] Số vòng quay của bánh răng B NB=（ZA/ZB）× NA= （17/51）× 1800 = 600rpm Hướng quay của bánh răng B: CW (theo chiều kim đồng hồ)
VD Tính toán số vòng quay và hướng quay của bánh răng bị động (bánh răng C).
Biểu tượng của bánh răng động trong Hình 2-7 đại diện cho bánh răng động.
Số răng của bánh răng: [Điều Kiện] Số răng: ZA=20, ZB=30, ZC=20 Số vòng quay của bánh răng động: NA=90rpm Hướng quay của bánh răng động: CCW (theo chiều kim đồng hồ)
[Đáp Án] Số vòng quay của bánh răng B: NB=（ZA/ZB）× NA= （20/30）× 90 ≈ 60rpm Hướng quay của bánh răng B: CW (theo chiều kim đồng hồ) NC=（ZB/ZC）× NB= （30/20）× 60 = 90rpm Hướng quay của bánh răng C: CCW (ngược chiều kim đồng hồ)
Những phép tính này trở nên ngày càng phức tạp khi số lượng bánh răng tăng lên. (Hình 2-8)
Hình 2-8: Tính toán tỷ lệ tốc độ của hệ thống bánh răng
Nếu nhiều bánh răng nối khớp trong một hệ thống bánh răng một giai đoạn, số vòng quay được xác định bởi số răng của bánh răng đầu vào và bánh răng đầu ra, bất kể số lượng bánh răng và số răng của các bánh răng ở giữa.
Do đó, số vòng quay của bánh răng E được tính như sau: NE = (ZA/ZE) × NA
“Việc tính toán cho một hệ thống bánh răng chuyển động trong một giai đoạn dễ dàng ngay cả khi số lượng bánh răng nối khớp tăng lên!”
Tính toán Tỷ lệ Tốc độ của Hệ thống Bánh Răng Nhiều Tầng
Một hệ thống bánh răng nối khớp trên hơn một mặt phẳng được gọi là “hệ thống bánh răng đa tầng”. (Hình 2-9)
Trong trường hợp này ta tính cho từng cặp bánh răng ăn khớp một
VD:
Tính toán số vòng quay và hướng quay của bánh răng bị động (bánh răng D).
Biểu tượng của bánh răng động trong Hình 2-10 đại diện cho bánh răng động.
Số răng của bánh răng: [Điều Kiện] Số răng: ZA=20, ZB=40, ZC=20, ZD=30 Số vòng quay của bánh răng động: NA=120rpm Hướng quay của bánh răng động: CCW (theo chiều kim đồng hồ)
[Đáp Án] Số vòng quay của bánh răng B: NB=（ZA/ZB）× NA= （20/40）× 120 = 60rpm Hướng quay của bánh răng B: CW (theo chiều kim đồng hồ) NC= NB= 60rpm (trên cùng một trục) Hướng quay của bánh răng C: CW (theo chiều kim đồng hồ)
ND=（ZC/ZD）× NC= （20/30）× 60 ≈ 40rpm Hướng quay của bánh răng D: CCW (ngược chiều kim đồng hồ)
Khi tỷ lệ giảm/giảm tốc độ trở nên lớn hơn, một bánh răng cần phải lớn hơn và không còn nhiều không gian nếu bạn chỉ sử dụng một giai đoạn bánh răng. Do đó, việc sử dụng hệ thống bánh răng đa giai đoạn trở nên cần thiết để tận dụng không gian một cách hiệu quả.
Chúng ta đã thảo luận về việc tính toán số vòng quay của bánh răng dựa trên số răng trong phần này.