Bánh răng – thanh răng

CT19ISO 6336 với z2 → ∞

Tính như cặp bánh răng với bánh lớn có bán kính vô cùng: (u+1)/u → 1. Kèm vận tốc, hành trình và lực đẩy thanh răng.

Giải thích chi tiết

Bài toán dùng để làm gì

Bộ truyền bánh răng – thanh răng biến chuyển động quay thành tịnh tiến: trục di chuyển của robot hàn đặt trên ray, cửa trượt, bàn máy cắt plasma dài. Bài toán tính lực đẩy thanh răng, vận tốc, hành trình mỗi vòng, và kiểm tra bền tiếp xúc, bền uốn của bánh răng.

Hình dung đơn giản

Hãy tưởng tượng

Thanh răng là một bánh răng có bán kính vô cùng lớn, đã được duỗi thẳng ra. Bánh răng quay 1 vòng thì thanh răng chạy được đúng bằng chu vi vòng chia. Vì vậy tính bền giống cặp bánh răng thường, chỉ thay bánh lớn bằng bánh “vô cùng lớn”.

Kiến thức nền cần có

Đọc lại các mục sau ở Chương 0 nếu chưa nắm chắc: 0.3 lực · 0.4 mô-men · 0.5 ứng suất · 0.7 hệ số an toàn · 0.11 chuyển động quay · 0.14 mỏi

Các đại lượng và lấy số liệu ở đâu

Ký hiệuÝ nghĩaĐơn vịLấy số liệu ở đâu
z1, mn, αn, β, x1Số răng, mô-đun, góc áp lực, góc nghiêng, hệ số dịch chỉnh của bánh răng–, mm, °Catalogue thanh răng / bản vẽ
bChiều rộng răngmmCatalogue
T1, n1Mô-men và tốc độ bánh răngNm, v/phTừ động cơ servo + hộp số
K, KFTích các hệ số tải KA·KV·KHβ·KHα (tiếp xúc) và KA·KV·KFβ·KFα (uốn)–Xem ghi chú hệ số tải ở CT18
σHlim, σFlim, YFa·YSaGiới hạn bền tiếp xúc, uốn; hệ số dạng răngMPa, –ISO 6336-5, -3; z = 18, x = 0: YFS ≈ 4,45

Xây dựng công thức từng bước

Công thức tổng quát không “từ trên trời rơi xuống”: nó được ghép từ những công thức con đơn giản. Đi lần lượt từng bước:

Bước 1. Đường kính và hệ số trùng khớp

Đường kính chia như bánh răng thường. Trùng khớp tính với phía thanh răng là đường thẳng:


d1 = z1·mn/cosβ ; εα = [½√(da1²−db1²) − r1·sinαt + (1−x1)·mn/sinαt] / pbt

Bước 2. Lực, vận tốc, hành trình

Lực đẩy thanh răng là lực vòng; lực ép tách đẩy bánh răng ra khỏi thanh:


Ft = 2000·T1/d1 ; Fr = Ft·tanαt ; v = π·d1·n1/60000 ; s = π·d1

Bước 3. Ứng suất tiếp xúc

Như CT18 nhưng (u+1)/u → 1 vì u vô cùng lớn:


σH = ZH·ZE·Zε·Zβ·√(Ft/(d1·b)·K) ; SH = σHlim/σH ≥ 1,0

Bước 4. Ứng suất uốn chân răng

Kiểm tra bánh răng (chi tiết chịu nhiều chu kỳ hơn thanh răng):


σF = Ft/(b·mn)·YFa·YSa·KF ; SF = 2·σFlim/σF ≥ 1,4

Hình CT19.2 – Sơ đồ hình thành công thức: số liệu → từng công thức con → kết luận
Hình CT19.2 – Sơ đồ hình thành công thức: số liệu → từng công thức con → kết luận

Lời giải mẫu từng bước (số liệu mẫu của công cụ tính ở đầu trang)

Bước A – Số liệu đầu vào (ô vàng của công cụ tính). Đây là bộ số ví dụ có sẵn; khi làm thật bạn thay bằng số của mình:

TTĐại lượngKý hiệuGiá trịĐơn vịGhi chú / nguồn
1Số răng bánh răngz118
2Mô-đunmn3mm
3Góc áp lựcαn20°
4Góc nghiêng răngβ0°
5Hệ số dịch chỉnh bánh răngx10
6Chiều rộng răngb30mm
7Mô-men trên bánh răngT180Nm
8Tốc độ bánh răngn160v/ph
9Tích KA·KV·KHβ·KHαK1,5Xem sheet 11
10Tích KA·KV·KFβ·KFαKF1,45
11Mô-đun đàn hồiE206 000MPa
12Hệ số Poissonν0,3
13σHlimσHlim1 500MPa
14σFlimσFlim460MPa
15YFa·YSa bánh răngYFS4,45z = 18, x = 0 ≈ 4,45 (tham khảo)

Bước B – Tính lần lượt (web tự tính, bạn có thể bấm tay để kiểm tra lại). Dòng xanh lá là kết quả chính:

TTĐại lượngKý hiệuKết quảĐơn vịCông thức / cách tính
16β (rad)br0rad
17αtαt0,349radtanαt = tanαn/cosβ
18Đường kính chiad154mmd1 = z1·mn/cosβ
19Đường kính cơ sởdb150,74mm
20Đường kính đỉnhda160mm
21Hệ số trùng khớp εαεα1,76εα = [½√(da1²−db1²) − r1·sinαt + (ha*−x1)·mn/sinαt] / pbt
22εα ≥ 1,2Kiểm traĐẠT
23Lực đẩy thanh răng (lực vòng)Ft2 963NFt = 2000·T1/d1
24Lực ép táchFr1 078NFr = Ft·tanαt
25Vận tốc thanh răngv0,17m/sv = π·d1·n1/60000
26Hành trình mỗi vòng bánh răngs1169,6mms = π·d1
27ZHZH2,49ZH với αwt = αt
28ZEZE189,8√MPa
29ZεZε0,865Zε = √((4−εα)/3)
30ỨNG SUẤT TIẾP XÚCσH678,4MPaσH = ZH·ZE·Zε·Zβ·√(Ft/(d1·b)·K); (u+1)/u = 1
31SHSH2,21
32SH ≥ 1,0Kiểm traĐẠT
33Ứng suất uốn bánh răngσF212,4MPaσF = Ft/(b·mn)·YFa·YSa·KF
34SFSF4,33SF = 2σFlim/σF
35SF ≥ 1,4Kiểm traĐẠT

Bước C – Kết luận ví dụ

Kết quả chính: Hệ số trùng khớp εα = 1,76; Lực đẩy thanh răng (lực vòng) = 2 963 N; Vận tốc thanh răng = 0,17 m/s; ỨNG SUẤT TIẾP XÚC = 678,4 MPa; SH = 2,21; Ứng suất uốn bánh răng = 212,4 MPa; SF = 4,33.

Kiểm tra: εα ≥ 1,2: ĐẠT; SH ≥ 1,0: ĐẠT; SF ≥ 1,4: ĐẠT.

Nếu đổi số liệu ở ô vàng, mọi kết quả tự tính lại. Ô nào báo KHÔNG ĐẠT thì xem mục Áp dụng thực tế bên dưới để biết cần sửa gì.

Áp dụng thực tế và lưu ý

  • Lực đẩy cần = lực ma sát ray + lực gia tốc (m·a) + lực cản công nghệ; với trục robot, lực gia tốc thường lớn nhất.
  • Nếu không đạt: tăng mô-đun hoặc chiều rộng, dùng thanh răng tôi cứng; với trục dài nên chọn răng nghiêng để êm và chính xác hơn.
  • Khi ghép nhiều đoạn thanh răng, dùng thước nối chuẩn để bước răng ở chỗ nối liên tục, nếu không bánh răng sẽ kẹt hoặc giật.

← CT18 Bánh răng trụ  ·  CT20 Hộp số hành tinh →

Lên đầu trang