Bài giảng Chi tiết máy - Chương 3: Bộ truyền đai

- Khi đai chuyển động trên bánh đai, mỗi phần tử đai chịu lực ly tâm, lực ly 
tâm tạo nên lực căng phụ Fv trên đai: 


dAv
dvdAd
dvdmdc
.
)5,0/()5,0.(
)5,0/(.
2
2
2



`
```
VF
VF
2/d
v

d
d
d
VF
VF
dC
Trong đó 
  - khối lượng riêng của vật liệu làm đai, kg/m3 
 A = b - diện tích mặt cắt ngang của đai 
 v – vận tốc, m/s 
Chi tieát maùy Chương III 
34 
Phương trình cân bằng lực : dC = 2Fvsin (d/2)  Fv d 
Từ hai phương trình này, suy ra: 
2
m
2
v vqAvF  (3.10) 
 qm – khối lượng trên 1m dây đai, kg/m 
- Phương trình Ole có kể đến lực căng phụ 


 f
v2
v1 e
FF
FF
b. Lực tác dụng lên trục và ổ 
F
2
F
1
F
2
F
1
F
r
- Lực tác dụng lên truc: 
)
2
cos(F)
2
cos(FF 21r 



 
 - là góc hợp bởi đường tâm trục và Fr,  rất nhỏ nên có thể bỏ qua đai lượng 
này. Khi đó: 
)
2
sin(F2)
2
cos(F2F 100r



 (3.11) 
3.3.3. Ứng suất sinh ra trong đai 
Lực căng đai gây ra các ứng suất sau: 
+ v = Fv/A =  v
2
. 10
-6
 – ứng suất do lực căng phụ 
+ 1 = F1/A, 2 = F2/A, - Ứng suất trên nhánh chủ động và bị động 
+ 0 = F0/A - Ứng suất do lực căng ban đầu 
+ t = Ft/A - Ứng suất có ích sinh ra trong đai 
Ngoài ra còn ứng suất uốn tuân theo định luật Hooke: 
 u = E = E/d (3.12) 
 = y/r – độ giãn dài tương đối của thớ ngoài cùng 
 y = /2 – khoảng cách từ đường trung hoà tới thớ đai ngoài cùng 
 r  d/2 – bán kính cong đường trung hòa 
- Ứng suất lớn nhất sinh ra trên nhánh căng khi đai bắt đầu tiếp xúc trên bánh 
đai nhỏ : 
Chi tieát maùy Chương III 
35 
1uvt01uv1max 5,0  (3.13) 
1uv
ff
tmax )1e/(e 

 (3.14) 
1u
2ff
1max v)1e/(e)vA/P( 

 (3.15) 
- Khả năng kéo của bộ truyền đai đặc trưng bởi ứng suất có ích t: 
)1e/()1e(2 ff0t 

 (3.16) 
 0 tăng thì khả năng kéo tăng tuy nhiên tuổi tho của đai giảm. Vì vậy 
hạn chế 0 : 0  1,5Mpa (đối với đai thang); 0  0,8Mpa (đối với đai dẹt) 
- Ứng suất do lực ly tâm khi giá trị khối lượng riên đai =1000kh/m3 
 v = 10 m/s  v = 0,1Mpa 
 v = 20 m/s  v = 0,4Mpa 
 v = 30 m/s  v = 1,6Mpa 
- Ứng suất uốn sinh ra trong đai khi E=200MPa 
 d/ =200  u = 1 MPa 
 d/ =100  u = 2 MPa 
 d/ =50  u = 4 MPa 
 d/ =25  u = 8 MPa 
 Ứng suất uốn làm phá hủy mỏi đai 
- Tuổi thọ đai không những phụ thuộc vào ứng suất mà còn phụ thuộc vào đặc 
tính và chu kỳ thay đổi tần số ứng suất. Tần số này xác định bằng số vòng 
chạy của đai tong một giây: 
 I = v/L (3.17) 
I càng lớn thì tuổi thọ càng thấp. Đối với đai thang: i  3..5 s-1; Đối với đai 
dẹt: i  10..20 s-1 
3.3.4. Hiện tượng trượt trong bộ truyền đai 
Bao gồm: trượt hình học, trượt đàn hồi, trượt trơn 
- Trượt hình học: xảy ra khi bộ truyền chưa làm việc, dưới tác dụng của tải 
trong F0, đai bị giãn  hiện tượng trượt trơn 
-Trượt đàn hồi: do lực F1 trên nhánh căng > F2 trên nhánh chùng, nên độ biến 
dạng đai 1 khi vào đai sẽ > độ biến dạng đai khi ra đai. Do đó, khi đai vào 
tiếp xúc với bánh dẫn đai sẽ bị co lại gây nên hiện tượng trượt đàn hồi 
 Trên bánh bị dẫn xãy ra hiện tượng trượt đàn hồi khi ra đai. 
- Trượt trơn: xảy ra khi moment truyền lớn hơn moment ma sát 
3.3.5. Vận tốc và tỉ số truyền 
- Vận tốc vòng trên các bánh đai: 
 + Trên bánh dẫn: v1 = d1n1/60000 
 + Trên bánh bị dẫn: v2 = d2n2/60000 (3.18) 
Chi tieát maùy Chương III 
36 
- Giữa vận tốc vòng hai bánh đai có sự liên hệ: 
11
22
1
2
121
nd
nd
1
v
v
1v/)vv( 
)1(vv 12  (3.19) 
với:  - hệ số trượt tưong đối.  = 0,01 .. 0,02 
- Tỉ số truyền của bộ truyền đai: 
1
2
1
2
d
d
)1(d
d
u 


 (3.20) 
3.4. TÍNH TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 
3.4.1. Tiêu chuẩn về khả năng làm việc và chỉ tiêu tính 
a. Khả năng làm việc và chỉ tiêu tính 
 - Khả năng kéo. 
 - Tuổi thọ đai. 
Hiện nay, tính toán bộ truyền đai chủ yếu tính theo khả năng kéo 
Để tránh xảy ra hiện tượng trượt trơn, hệ số kéo phải thỏa mãn điều kiện: 
0
0
t
2




b. Tuổi thọ đai: 
Ứng suất thay đổi sẽ gây phá hủy mỏi đai. Quan hệ giữa ứng suất max 
và số chu kỳ làm việc tương đương NE biểu thị bằng phương trình đường 
cong mỏi như sau 
 max 
m
NE = r 
m
 N0 
với r – giới hạn mỏi của đai (MPa) 
 N0 – Số chu kỳ làm việc cơ sở = 10
7
 m – chỉ số của đường cong mỏi; m = 5 đối với đai dẹt, m = 8 đối với đai 
thang 
 r = 6 MPa – đai vải cao su có lớp đệm 
 r = 7 MPa – đai vải cao su không có lớp đệm 
 r = 9 MPa – đai thang 
 r = 4..5 MPa – đai sợi bông 
Chi tieát maùy Chương III 
37 
 7mmaxrE 10)/(N  (3.24a) 
Chu kỳ NE liên hệ với tuổi thọ Lh 
uhbE /Lix3600N  (3.24b) 
 i = v/L :số vòng chạy của đai trong một giây. 
 xb – số bánh đai cùng đường kính 
 u – Hệ số ảnh hưởng khác nhau của ứng suất uốn trên các bánh đai (=1,2..2) 
- Tuổi thọ đai ( xác định bằng giờ) 
)ix3600/(10)(L bu
7m
max
r
h 



 (3.25) 
3.4.2. Tính toán bộ truyền đai dẹt 
- Ứng suất có ích: 
][
A
F
t
t
t  (3.27) 
với Ft = 1000P1/v 
 A = b - tiết diện đai 
 [t] – ứng suất có ích cho phép 
 r0v0tt CCCC][][  (3.28) 
+ [t] – ứng suất có ích cho phép. Tra bảng (3.4) [1] 
+ C - hệ số ảnh hưởng của góc ôm đai: C = 1 – 0.003(180 -1) 
+ Cv – hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc 
)1v01,0(c1C 2vv  
cv = 0,04 đối với tất cả bộ đai dẹt với vận tốc trung bình 
Khi vận tốc cao: cv = 0,03 (đai vải cao su), cv = 0,02 (đai sợi bông), cv = 
0,01 (đai vật liệu tổng hợp) 
 + C0 – hệ số xét đến ảnh hưởng của vị trí bộ truyền, phụ thuộc vào góc 
đường nối tâm và phương ngang. 
Khi góc nghiêng 0..60
0
 thì C0 = 1 
Khi góc nghiêng 60..80
0
 thì C0 = 0.9 
Khi góc nghiêng 80..90
0
 thì C0 = 0.8 
Khi bộ truyền đai có bánh căng điều chỉnh tự động C0 =1 
 + Cr hệ số làm việc tính đến ảnh hưởng của sự thay đổi theo chu kỳ của 
tải trọng đến tuổi thọ đai. Tra bảng (3.5) [1]. 
- Chiều rộng đai được tính theo công thức: 
Chi tieát maùy Chương III 
38 
r0v0t
1
CCCC][v
P1000
b


 (3.29) 
3.4.3. Tính toán bộ truyền đai thang 
]P[z
1000
vzA][
1000
vF
P 1tt1 


 (3.30) 
[P] – công suất có ích cho phép bộ truyền đai. Được xác định theo thực 
nghiệm 
vrzLu0 CCCCCC]P[]P[  (3.31) 
+[P]0 – công suất có ích cho phép được xác định bằng con đường thực 
nghiệm 
 + )e1(24,1C
110/1
  
 + )1v01,0(05,01C
2
v  
 + Cu – hệ số xét đến ảnh hưởng của tỉ số truyền. Tra bảng (3.6) [1] 
 + 
6
0v L/LC  
+ Cz - hệ số xét đến sự ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng 
giữa các dây đai: z = 2..3 thì Cz = 0.95; z = 4..6 thì Cz = 0.9; khi z>6 thì Cz = 
0.85. 
Số dây đai cần thiết: 
vrzLu0
1
CCCCCC]P[
P
z


 (3.32) 
3.5. TRÌNH TỰ THIẾT KẾ ĐAI 
3.5.1. Trình tự thiết kế đai dẹt 
Thực hiện theo các bước sau: 
1. Chọn đai theo điều kiện làm việc 
2. Tính đường kính bánh đai nhỏ theo công thức: 
)mm(
n
P
)1300..1100(d 3
1
1
1  
Hoặc )mm(T)4,6..2,5(d
3
11  
d1 được chọn theo tiêu chuẩn :40, 45, 50, 56, 63, 71, 80, 90, 100, 112, 
125, 140, 160, 180, 200, 224, 250, 315, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 
800, 900, 1000, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000. 
Chi tieát maùy Chương III 
39 
Đường kính bánh đai lớn xác định theo công thức (3.20) và cho theo 
giá trị tiêu chuẩn. 
 Tính v1, nếu v1 > 30 m/s thì chọn đường kính đai nhỏ hơn. 
3. Xác định khoảng cách trục a và chiều dài đai L. Có thể xác định a 
theo chiều dài Lmin theo công thức (3.4). 
 Lmin = v/(3..5) bộ truyền đai hở. 
 Lmin = v/(8..10) bộ truyền đai có bánh căng. 
Kiểm nghiệm khoảng cách trục a theo điều kiện: 
 + )dd(2a 21  trường hợp bộ truyền đai hở. 
 + )dd(a 21  trường hợp bộ truyền đai có bánh căng. 
Sau khi xác định a, tính L theo công thức (3.3) và tăng L lên 100...400 
để nối đai. 
4. Tính góc ôm đai 1 theo công thức (3.2) và kiểm nghiệm điều kiện 1 
 1500 
5. Chọn chiều dày đai theo điều kiện: 
 d1/  25 đối với đai da 
 d1/  30 đối với đai vải cao su. 
Tính chiều rộng b của đai theo công thức (3.29) 
6. Tính chiều rộng bánh dai 
7. Tính lực tác dụng lên trục Fr theo (3.11) và lực căng ban đầu 
 bF 00 
3.5.2. Trình tự thiết kế đai thang 
1. Chọn loại đai theo công suất P1 và n1 theo đồ thị 
2. Tính đuờng kính bánh đai nhỏ d1  1,2 dmin với dmin tra bảng 
(3.3)[1]. Chọn d1 theo dãy tiêu chuẩn sau: 63, 71, 80, 90, 100, 112, 125, 
140, 160, 180, 200, 224, 250, 280, 315, 355, 400, 450, 500, 560, 630, 
710, 800, 900, 1000. 
Theo công thức (3.18) tính d2 và chọn ttheo tiêu chuẩn (bảng 3.3) 
3. Chọn sơ bộ khoảng cách trục a theo đường kính d2 
u 1 2 3 4 5  6 
a 1,5d2 1,2d2 d2 0,95d2 0,9d2 0,85d2 
 Theo công thức (3.3) xác định sơ bộ L và chọn theo tiêu chuẩn. Tính 
chính xác khoảng cách trục a theo giá trị L tiêu chuẩn bằng công thức 
(3.4). kiểm nghiệm điều kiện : 
 h)dd(55,0a)dd(2 2121  
h : chiều cao mặt cắt ngang của đai 
4. Tính góc gôm 1 theo công thức (3.2). Kiểm nghiệm 1>=120
0
Chi tieát maùy Chương III 
40 
5. tính số đai z theo công thức (3.32) và chọn theo số nguyên và không 
nên quá 6 
6. Tính chiều rộng và đường kính ngoài da 
7. Xác định lực tác dụng lên trục và lực căng đai ban đầu 
3.6. BỘ TRUYỀN ĐAI RĂNG 
- Làm việc nhờ sự ăn khớp giữa các gờ trên đai và các rãnh của bánh 
đai. 
Ưu điểm: 
 +Kích thước bộ truyền nhỏ 
+ Không có hiện tượng trượt đai 
+ Tỉ số truyền lớn (đến 20) 
+ Hiệu suất cao (0.92 ..0.98) 
+ Lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ 
+ Công suất truyền đến 200Kw 
Kích thước hình học chủ yếu cho trong bảng (3.8) [1] 
- Các kích thước chủ yếu: 
 + Mođun đai: m = p/. P là bước đai. Modun đai có thể xác định bằng 
công thức thực nghiệm sau: 
3
1
1
3
n
P10
5,3m 
 P1 – công suất truyền 
 n1 – số vòng quay bánh dẫn 
Sua khi xác định mođun, sẽ chọn lại theo tiêu chuẩn 
 + Chiều cao răng h: h = (0.6..0.9)m 
 + Chiều rộng nhỏ nhất của đai S = (112,2)m 
 + Đường kính vòng chia 11 mzd  ; 22 mzd  
 + Khoảng cách trục nhỏ nhất: C)dd(5,0a 21min  
 C = 2m khi m<=5 
 C =3m khi m>=5