Chức năng của Bánh Răng
Dưới đây là danh sách các chức năng của bánh răng trong thiết kế cơ cấu. (Bảng 3-1)
Bảng 3-1: Các Chức Năng của Bánh Răng
| Đặc điểm của bánh răng | Giải thích |
|---|---|
| Thay đổi hướng quay của trục xoay | (Đã giải thích) |
| Chuyển động quay thành chuyển động thẳng | (Đã giải thích) |
| Thay đổi hướng quay (theo chiều kim đồng hồ / ngược chiều kim đồng hồ) | (Đã giải thích) |
| Thay đổi số vòng quay (tăng tốc độ / giảm tốc độ) | (Đã giải thích) |
| Thay đổi lực xoắn (tăng / giảm mô-men xoắn) | Xem chương này |
Bạn có thể tăng hoặc giảm mô-men xoắn của một bánh răng bằng cách thay đổi số vòng quay.
Định nghĩa về mô-men xoắn (lực xoắn)
Mô-men xoắn là lực xoắn được tạo ra khi tải trọng F (N) được áp dụng ở một khoảng cách L (mm) xa tâm quay. Mô-men xoắn T được biểu diễn theo công thức sau đây trong đơn vị N·mm (Newtown milimét). (Hình 3-1)
Mô-men xoắn T sẽ trở nên lớn hơn khi L (khoảng cách từ trung tâm quay) dài, ngay cả khi tải trọng F nhỏ. Ngược lại, mô-men xoắn T sẽ trở nên lớn hơn khi tải trọng F tăng lên, ngay cả khi L (khoảng cách từ trung tâm quay) ngắn.
Nói cách khác, mô-men xoắn T là yếu tố được xác định bởi L (khoảng cách từ trung tâm quay) và tải trọng F.
Cách xác định truyền mô-men xoắn (không xem xét hiệu suất của máy móc)
Mô-men xoắn truyền qua bánh răng thay đổi khi tốc độ tăng hoặc giảm. Thường thì, bằng cách giảm tốc độ, một mô-men xoắn nhỏ ở phía đầu vào được truyền thành một mô-men xoắn lớn ở phía đầu ra. Việc tính toán mô-men xoắn phụ thuộc vào số răng của các bánh răng. Hãy để tôi giải thích thông qua một sơ đồ sử dụng đường kính của vòng cơ sở.
Mô-men xoắn được tính như sau:
- Xác định tải trọng F ở điểm tiếp xúc (tại bán kính của vòng cơ sở của Bánh Răng A) của mô-men xoắn đầu vào.
- Xác định mô-men xoắn ở phía đầu ra từ tải trọng F ở điểm tiếp xúc của răng (bán kính của vòng cơ sở của Bánh Răng B).
Điều kiện
Mô-men xoắn định mức của động cơ: TA = 600 N·mm (0.6 N·m)
Đường kính vòng cơ sở của Bánh Răng A: φ20
Đường kính vòng cơ sở của Bánh Răng B: φ40
Tính toán Truyền mô-men xoắn
Tải trọng ở điểm tiếp xúc của Bánh Răng A: F = TA / LA = 60 (N) Mô-men xoắn ở phía đầu ra: TB = F × LB = 60 (N) × 20 (mm) = 1200 (N·mm)
Hình 3-2: Sơ đồ tính toán truyền mô-men xoắn của các bánh răng
Như bạn có thể thấy từ Hình 3-2, bằng cách giảm tốc độ của trục đầu ra từ trục đầu vào đi 1/2, mô-men xoắn ở đầu ra tăng gấp đôi.
Xem xét về hiệu suất máy móc
Như được thể hiện trong chương trước, bạn có thể tính số vòng quay của một bánh răng dựa trên số răng của nó. Tuy nhiên, bạn không thể tính mô-men xoắn truyền qua một bánh răng chỉ đơn giản như đã được trình bày trước đó vì các lý do sau:
- Nhiệt độ tăng lên do sự tiếp xúc giữa các răng và năng lượng bị mất đi.
- Âm thanh đập nhau được tạo ra do sự tiếp xúc giữa các răng và năng lượng bị mất đi.
Do đó, mô-men xoắn (lực xoắn) giảm đi bằng lượng năng lượng bị mất đi như đã nêu trên. Tỷ lệ giữa lực đầu vào và đầu ra của các bánh răng được gọi là “hiệu suất máy móc” và giá trị xấp xỉ của nó được biết đến tùy thuộc vào loại bánh răng. (Bảng 3-2)
Bảng 3-2: Hiệu suất máy móc của các loại bánh răng
Tính toán mô-men xoắn truyền (bao gồm hiệu suất máy móc) Bây giờ, hãy xem công thức tính toán mô-men xoắn bao gồm hiệu suất máy móc η (Hình 3-3).
Hình 3-3: Công thức tính toán mô-men xoắn truyền
Khi mô-men xoắn đầu vào của bánh răng A là TA và hiệu suất máy móc là η, mô-men xoắn TB được truyền tới bánh răng B tăng khi hiệu suất η tăng.
TB = η(ZB/ZA) × TA
Khi mô-men xoắn đầu vào của bánh răng B là TB, mô-men xoắn TA được truyền tới bánh răng A giảm khi hiệu suất η giảm.
TA = η(ZA/ZB) × TB
VD: Tính toán mô-men xoắn được truyền tới bánh răng động (B). Giả sử loại bánh răng là bánh răng thẳng. Biểu tượng của bánh răng động trong Hình 3-4 đại diện cho bánh răng động.
Hình 3-4: vấn đề về mô-men xoắn truyền (1)
[Điều Kiện] Số răng của bánh răng: ZA=20, ZB=40 Mô-men xoắn của bánh răng động A: TA=600 (N·mm) Hiệu suất máy móc η: Đặt là 0.99 vì sử dụng bánh răng thẳng.
[Kết Quả] Mô-men xoắn được truyền tới bánh răng B TB = η(ZB/ZA) × TA = 0.99(40/20) × 600 = 1188 (N·mm)
VD Tính toán mô-men xoắn được truyền tới bánh răng vít B. (Hình 3-5)
[Điều Kiện] Số răng của bánh răng: ZA=1, ZB=30 Mô-men xoắn của bánh răng vít A: TA=600 (N·mm) Hiệu suất máy móc η: Đặt là 0.3 vì sử dụng bánh răng vít.
[Kết Quả] Mô-men xoắn được truyền tới bánh răng vít B TB = η(ZB/ZA) × TA = 0.3(30/1) × 600 = 5400 (N·mm)
VD Tính toán mô-men xoắn được truyền tới bánh răng động (C). Giả sử loại bánh răng là bánh răng xoắn. Biểu tượng của bánh răng động trong Hình 3-6 đại diện cho bánh răng động.
[Điều Kiện] Số răng của bánh răng: ZA=20, ZB=30, ZC=20 Mô-men xoắn của bánh răng động A: TA=500 N·mm Hiệu suất máy móc η: Đặt là 0.98 vì sử dụng bánh răng xoắn.
[Kết Quả] Mô-men xoắn được truyền tới bánh răng B: TB = 0.98 × (30/20) × 500 = 735 N·mm
Mô-men xoắn được truyền tới bánh răng C: TC = 0.98 × (20/30) × 735 = 480.2 N·mm
“Giống như số lần quay, số răng của bánh răng đầu và cuối cùng xác định mô-men xoắn của một giai đoạn bánh răng, nhưng mô-men xoắn giảm đi khi hiệu suất máy móc bị ảnh hưởng bởi số lượng bánh răng trung gian!”
VD Tính toán mô-men xoắn được truyền tới bánh răng động (D). Giả sử loại bánh răng là bánh răng xoắn. Biểu tượng của bánh răng động trong Hình 3-7 đại diện cho bánh răng động.
Dựa trên [Điều Kiện]:
Số răng của bánh răng: ZA=20, ZB=40, ZC=20, ZD=30
Mô-men xoắn của bánh răng động A: TA=400 N·mm
Hiệu suất máy móc η: Đặt là 0.98 vì sử dụng bánh răng xoắn.
[Kết Quả]
Mô-men xoắn được truyền tới bánh răng B: TB = 0.98 × (40/20) × 400 = 784 N·mm
Mô-men xoắn được truyền tới bánh răng C: TC = TB = 784 N·mm (vì cùng trục với B)
Mô-men xoắn được truyền tới bánh răng D: TD = 0.98 × (30/20) × 784 = 1152.5 N·mm
Khi bắt đầu thiết kế cơ cấu sử dụng bánh răng, việc nhận thức về hiệu suất máy móc là rất quan trọng. Một cơ cấu thiết kế mà không xem xét hiệu suất máy móc có thể không đáp ứng các thông số kỹ thuật do thiếu mô-men xoắn.
Chúng ta đã thảo luận về việc hiệu suất máy móc ảnh hưởng đến mô-men xoắn truyền của bánh răng tùy thuộc vào loại bánh răng và số lượng răng kết nối.