Khe hỡ mặt răng GEAR BACKLASH

Gear backlash, khe hỡ giữa 2 mặt răng của bánh răng, là khoảng trống giữa các răng của hai bánh răng kết nối, khi chúng không chạm vào nhau. Khi bánh răng thay đổi hướng quay hoặc thay đổi tốc độ, sự lỏng lẻo này cho phép chúng di chuyển một chút mà không gây ra va chạm hoặc chật kín.

Khe hỡ này của bánh răng có thể được kiểm soát trong quá trình thiết kế và sản xuất để đảm bảo chất lượng của hệ thống truyền động và tránh các hiện tượng va chạm không mong muốn. Sự lỏng lẻo quá mức hoặc không đồng đều có thể gây ra tiếng ồn, giảm hiệu suất và gây hao mòn cho các thành phần của hệ thống bánh răng.

Để có sự quay mượt mà của các bánh răng đã kết hợp, việc có khe hỡ là cần thiết. Sự lỏng lẻo (gear backlash) là lượng mà không gian giữa các răng vượt quá độ dày của một răng bánh răng tham gia vào quá trình kẹp nhau. Khe hỡ của bánh răng được phân loại theo các cách sau.

Các loại khe hỡ

(1) Khe hở chu vi ( j t ) Khe hở chu vi là chiều dài của cung trên vòng tròn cơ sở. Chiều dài này là khoảng cách mà bánh răng quay cho đến khi mặt răng của bánh răng kẹp nhau tiếp xúc trong khi bánh răng đối diện được giữ chặt tại một điểm cố định.

(2) Khe hở bình thường ( j n ) Khe hở bình thường là khoảng cách tối thiểu giữa mỗi mặt răng kẹp nhau trong một cặp bánh răng, khi nó được thiết lập sao cho các bề mặt răng tiếp xúc với nhau.

(3) Khe hở góc ( j θ) Khe hở góc là góc tối đa cho phép cho việc di chuyển của bánh răng khi bánh răng đối diện được giữ chặt tại một điểm cố định.

(4) Khe hở theo phương ray ( j r ) Khe hở theo phương ray là sự co lại (di chuyển) trong khoảng cách tâm theo chiều bán kính khi nó được thiết lập sao cho các mặt răng kẹp nhau của các bánh răng cặp tiếp xúc với nhau.

(5) Khe hở theo phương trục ( j x ) Khe hở theo phương trục là sự co lại (di chuyển) trong khoảng cách tâm theo chiều trục khi một cặp bánh răng nón được thiết lập sao cho các mặt răng kẹp nhau của các bánh răng cặp tiếp xúc với nhau.

Mối quan hệ giữa các khe hỡ

Bảng 6.1: Tiết lộ các mối quan hệ giữa các khe hở và các phương trình cơ bản. Trong khi bánh răng nón có hình dạng hình nón, khe hở theo phương trục được xem xét thay vì khe hở theo phương ray.

Khe hở của Bánh Răng Trục Song Song Bảng 6.2 hiển thị ví dụ tính toán cho các khe hở và khoảng cách tâm của các bánh răng trục chính và bánh răng xoắn ốc. Bằng cách điều chỉnh khoảng cách tâm (khe hở theo phương ray), khe hở có thể được kiểm soát.

Bảng 6.2: Kết nối Bánh Răng Trục Chính và Bánh Răng Xoắn Ốc

Khe hở của Kết Nối Bánh Răng Trục Giao Nhau Bảng 6.3 hiển thị ví dụ tính toán cho các khe hở và khoảng cách lắp đặt của các bánh răng nón. Cách phổ biến để kiểm soát khe hở của các kết nối bánh răng nón là điều chỉnh khoảng cách lắp đặt (khe hở theo phương trục) bằng cách thêm các tấm lót. Khi điều chỉnh khoảng cách lắp đặt, quan trọng nhất là phải duy trì sự tiếp xúc đều của các răng và các pinion để đảm bảo cân bằng.

Bảng 6.3: Kết Nối Bánh Răng Nón

Khe hở của Kết Nối Trục Không Song Song và Không Giao Nhau Bảng 6.4 hiển thị ví dụ tính toán cho các khe hở và khoảng cách lắp đặt của các kết nối bánh răng vít. Một cặp bánh răng vít có một khe hở chu vi khác nhau cho mỗi bánh răng động và bánh răng đỡ (vít và bánh răng), và đó là một đặc điểm của một cặp bánh răng vít.

Bảng 6.4: Kết Nối Cặp Bánh Răng Vít

Bảng 6.5: Ví dụ tính toán cho khe hở của kết nối bánh răng vít.

Mối tương quan giữa bề dày răng và khe hỡ

Có hai cách để tạo ra khe hở. Một cách là tăng khoảng cách tâm. Cách khác là giảm độ dày của răng. Cách thứ hai được ưa chuộng hơn nhiều so với cách đầu tiên. Chúng ta sẽ thảo luận thêm về cách giảm độ dày của răng.

Trong quá trình kẹp nhau của một cặp bánh răng, nếu độ dày của pinion và bánh răng được giảm đi Δs1 và Δs2, chúng sẽ tạo ra một khe hở theo hướng vòng tròn cơ sở là Δs1 và Δs2. Giả sử độ lớn của Δs1 và Δs2 là 0.1. Ta biết rằng a = 20 độ, sau đó:

Chúng ta có thể chuyển đổi nó thành khe hở theo hướng bình thường jn:

Giả sử khe hở theo hướng khoảng cách tâm là jr, sau đó:

Những công thức này thể hiện mối quan hệ giữa các loại khe hở khác nhau. Trong quá trình ứng dụng, người ta nên tham khảo các tiêu chuẩn JIS (Japanese Industrial Standards). Có hai tiêu chuẩn JIS về khe hở – một là JIS B 1703-76 (Tiêu chuẩn Tạm dừng) cho bánh răng trụ và bánh răng xoắn ốc, và một là JIS B 1705-73 cho bánh răng nón. Tất cả các tiêu chuẩn này điều chỉnh khe hở tiêu chuẩn theo hướng vòng tròn cơ sở jt hoặc jtt. Các tiêu chuẩn này có thể được áp dụng trực tiếp, nhưng khe hở vượt quá tiêu chuẩn cũng có thể được sử dụng cho các mục đích đặc biệt. Khi ghi độ dày của răng trên bản vẽ kỹ thuật, việc chỉ định độ chấp nhận về độ dày cũng như khe hở là cần thiết.

Ví dụ:

Vì độ dày của răng trực tiếp liên quan đến khe hở, việc chấp nhận độ dày sẽ trở thành một yếu tố rất quan trọng.

Khe hỡ trên toàn hệ thống bánh răng

Cho đến nay, chúng ta đã thảo luận về một cặp bánh răng duy nhất. Bây giờ, chúng ta sẽ thảo luận về các hệ thống bánh răng hai giai đoạn và khe hở của chúng. Trong một hệ thống bánh răng hai giai đoạn, như Hình 6.3 thể hiện, jt1 và jt4 đại diện cho khe hở của hệ thống bánh răng giai đoạn thứ nhất và giai đoạn thứ hai tương ứng.

Nếu bánh răng số một được cố định, thì khe hở tích lũy trên bánh răng số bốn jtT4 sẽ như sau:

Khe hở tích lũy này có thể được chuyển đổi thành góc quay theo độ:

Trường hợp ngược lại là cố định bánh răng số bốn và xem xét khe hở tích lũy trên bánh răng số một jtT1.

Khe hở tích lũy này có thể được chuyển đổi thành góc quay theo độ:

Phương pháp giảm khe hỡ

Khe hở thấp hoặc không khe hở là yêu cầu về hiệu suất cho các ứng dụng bánh răng chính xác cao. Để đáp ứng các nhu cầu đặc biệt, bánh răng chính xác được sử dụng ngày càng phổ biến hơn bao giờ hết. Phần này giới thiệu các phương pháp giảm hoặc loại bỏ khe hở.

(1) Sử dụng Bánh răng có độ mỏng răng thấp hơn (Phương pháp thông thường) Bằng cách chế tạo các bánh răng có lượng mỏng răng ít hơn so với bánh răng thông thường và sử dụng chúng với khoảng cách tâm hoặc khoảng cách lắp đặt được giữ ở giá trị bình thường, có thể giảm khe hở. Phương pháp này không thể tạo ra khe hở bằng không, nhưng đây là cách đơn giản nhất và áp dụng được cho nhiều loại bánh răng. Nếu bạn sử dụng bánh răng có độ lệch thấp, bạn có thể giảm biến động của khe hở. Khi nói đến không khe hở, cần cân nhắc kỹ lưỡng vì bánh răng có thể không quay mượt nếu giá trị khe hở tạo ra là không.

(2) Sử dụng bánh răng điều chỉnh cho khe hở nhỏ Phương pháp này sử dụng bánh răng để điều chỉnh khe hở thấp. Không thể tạo ra không khe hở bằng cách này.

(a) Kiểm soát khe hở thông qua việc điều chỉnh khoảng cách tâm Phương pháp này có thể áp dụng cho bánh răng trụ, xoắn ốc, và vít răng. Bằng cách rút ngắn khoảng cách tâm của bánh răng, điều này cho phép điều chỉnh lệch ray và giảm khe hở. Việc điều chỉnh khoảng cách tâm là phức tạp. (b) Kiểm soát khe hở thông qua việc điều chỉnh khoảng cách lắp đặt Đối với bánh răng nón, việc rút ngắn khoảng cách lắp đặt của bánh răng giúp kiểm soát lệch ray và giảm khe hở. Việc điều chỉnh khoảng cách tâm là khá phức tạp. Nếu chỉ điều chỉnh khoảng cách lắp đặt của một trong các bánh răng nón trong cặp bánh răng, điều này tạo ra tiếp xúc răng không tốt. Khoảng cách lắp đặt của từng bánh răng kết hợp phải được điều chỉnh một cách đồng đều, phương pháp này thường được thực hiện bằng cách điều chỉnh các tấm lót. (c) Kiểm soát khe hở thông qua việc phân chia bánh răng thành hai phần Phương pháp này áp dụng được cho hầu hết các loại bánh răng. Bằng cách chia bánh răng thành hai phần, và bằng cách điều chỉnh và cố định mối quan hệ pha giữa vị trí răng của mỗi phần, tạo ra khe hở thấp. Điều này được minh họa trong Hình 6.4.

Đối với bánh răng xoắn ốc hoặc vít răng, có một cách để điều chỉnh mối quan hệ pha giữa vị trí răng của từng bánh răng kết hợp bằng cách di chuyển một trong các bánh răng cặp (1) theo hướng trục. Hình 6.5 minh họa cách thức cơ bản này.

(d) Bánh răng nghiêng (Bánh răng trụ và thanh ray nghiêng) Bánh răng nghiêng còn được gọi là bánh răng hình nón. Vì bánh răng nghiêng là một loại bánh răng hình nón có răng liên tục chuyển động, hình dạng của răng và độ dày của răng được biến đổi liên tục. Hình 6.6 hiển thị hình dạng của răng cho một bánh răng trụ nghiêng. Vì độ dày của răng liên tục biến đổi nếu bánh răng nghiêng di chuyển theo hướng trục, điều này cho phép bạn điều chỉnh khe hở. Việc điều chỉnh bằng tấm lót là một cách di chuyển bánh răng nghiêng theo hướng trục đơn giản và dễ dàng. Khác với bánh răng nón, việc di chuyển bánh răng nghiêng theo hướng trục không liên quan đến tiếp xúc răng và điều này là một ưu điểm của bánh răng nghiêng.

(e) Bộ truyền bánh răng vít dẫn kép Bộ truyền bánh răng vít dẫn kép khác biệt về đơn vị giữa bề mặt răng bên phải và bên trái. Trong khi đó, bước răng của bề mặt răng bên phải và bên trái cũng khác nhau, độ dày của răng biến đổi liên tục. Bằng cách di chuyển trục của vít, độ dày của răng tại điểm làm việc thay đổi, và có thể được sử dụng để điều chỉnh khe hở của bộ truyền bánh răng vít dẫn kép. Có một số phương pháp để điều chỉnh vít theo hướng trục. Phương pháp đơn giản và an toàn nhất là điều chỉnh bằng tấm lót, cũng giống như bất kỳ loại bánh răng nào khác. Không nên thiết lập không khe hở bằng không, vì truyền bánh răng vít yêu cầu một lượng khe hở nhất định để tránh mất chất bôi trơn trên bề mặt răng.

Hình 6.7 trình bày ý tưởng cơ bản của một cặp bánh răng vít dẫn kép.

(3) Bánh răng không có khe hở Loại bánh răng này có cấu trúc có thể loại bỏ khe hở bằng lực ngoại vi. Mặc dù cấu trúc này liên quan đến việc truyền động bằng hai mặt tiếp xúc răng, nó cần được bảo quản cẩn thận để tránh việc mất chất bôi trơn. Cấu trúc này không phù hợp cho các loại bánh răng có lượng trượt lớn trên bề mặt răng khi truyền động công suất, như bánh răng vít dẫn hoặc vít răng. Nếu mất chất bôi trơn trên bề mặt răng dẫn đến việc trượt lớn, có nguy cơ bị mài mòn.

Bánh Răng Kéo không có Khe Hồi Quy Quanh Bằng cách áp dụng lực đàn hồi lên các răng của bánh răng đối phương, khi bánh răng được chia thành hai phần và giữ chặt, khe hở được loại bỏ. Hình 6.8 mô tả cấu trúc này.