Bài giảng "Nhập môn Kỹ thuật cơ khí: Chương 7 - Chuyển động và biến đổi công suất" trình bày các nội dung kiến thức sau đây: tổng quan; chuyển động quay; ứng dụng thiết kế: bánh răng; vận tốc, mô-men xoắn và công suất bộ truyền bánh răng; xích truyền động bánh răng đơn giản và phức tạp, ứng dụng thiết kế: Bộ truyền đai – xích; bộ truyền bánh răng hành tinh. Mời các bạn cùng tham khảo!
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Bài giảng Nhập môn Kỹ thuật cơ khí: Chương 7 - PGS.TS. Bùi Ngọc Tuyên
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
Chương 7: Chuyển động và biến đổi công suất
7.1. Tổng quan
7.2. Chuyển động quay
7.2.1 Vận tốc góc
7.2.2 Chuyển động quay và công suất
7.3. Ứng dụng thiết kế: Bánh răng
7.3.1. Bánh răng trụ răng thẳng
7.3.2. Bánh răng – thanh răng
7.3.3. Bánh răng côn
7.4. Vận tốc, mô-men xoắn và công suất bộ truyền bánh răng
7.5. Xích truyền động bánh răng đơn giản và phức tạp
7.6. Ứng dụng thiết kế: Bộ truyền đai – xích
7.7. Bộ truyền bánh răng hành tinh
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
7.1. Tổng quan
Mechanical engineers design the links and joints Suspended above the bay of the Space Shuttle
that form this robot's manipulator arm in order to Orbiter, the Hubble Space Telescope was
precisely move and place cargo in a warehouse maneuvered into sunlight during a servicing
mission. Each link of the robotic manipulator
arm rotated about its support joints
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
Relationship of the topics emphasized in this chapter (shaded boxes) relative to an
overall program of study in mechanical engineering
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
7.2. Chuyển động quay
7.2.1. Vận tốc góc (Angular Velocity)
Δs =r. Δθ
Δs
↔ Δθ =
Thứ nguyên:
Δs(mm)
r (mm)
Δθ (rad)
Δs Δθ
v= = r.
Δt Δt
v=r. ω
Thứ nguyên:
Δt (s)
ω (rad/s) (a) Rotational motion of a link,
(b) Each point moves in a circle, and the velocity increases with radius
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
Chuyển đổi 4 đơn vị đo vận tốc góc:
Conversion Factors between Various Units for Angular Velocity
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
7.2.2 Công và công suất của chuyển động quay (Rotational Work and Power)
Động cơ truyền mô men xoắn T cho bánh răng quay một góc Δθ
Công của chuyển động quay : W=T. Δθ
Công suất của chuyển động tịnh tiến: P=F.v (lực x vận tốc dài)
Công suất của chuyển động quay: P=T.ω (mô men x vận tốc góc)
Torque, T Torque, T
Work performed by a torque acting on a rotating gear,
(a) The torque supplied by the motor reinforces the rotation and W is positive .
(b) The torque opposes the rotation and W is negative
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
VD:
Một quạt làm mát cho bảng mạch điện tử quay với tốc độ 1800 rpm
- Hãy biểu diễn tốc độ góc của động cơ quạt ra thứ nguyên 0 /s và rad/s
- Xác định tốc độ dài tại điểm đầu cánh quat cách tâm trục 4 cm
Theo bảng chuyển đổi: 1 rpm = 6 deg/s = 0,1047 rad/s
tốc độ góc:
deg/s
ω =(1800 rpm) (6 ) = 1,080 x 104 deg/s
rad/s
ω =(1800 rpm) (0,1047 ) = 188,5 rad/s
Tốc độ dài tại điểm đầu cánh: v = (0,04 m) x (188,5 rad/s) = 7,54 m/s
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
7.3. Ứng dụng thiết kế: Bánh răng (Gear)
7.3. 1. Bánh răng trụ răng thẳng ( Spur Gear)
Các răng thẳng song song với đường tâm, phân bố cách đều trên bề mặt trụ
Truyền động giữa hai trục song song với nhau
(a) Two external spur gears in mesh, (b) Internal or ring gears of several sizes.
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
Các thuật ngữ bộ bánh răng thẳng
Configurations of gearsets having (a)
two external gears and (b) one external
and one internal gear. In each case, the
rotations are analogous to two cylinders
Thông số cơ bản của bánh răng trụ that roll on one another
răng thẳng:
t d
m: Modun m=
Z
Z : số răng.
: Góc ăn khớp (góc áp lực) trên vòng chia d : đường kính vòng chia
t: bước răng
: hệ số dịch dao
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
Tiếp xúc của cặp profile răng:
A pair of teeth in contact.
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
Đặc tính của bộ truyền bánh răng thân khai:
Nếu một bánh răng quay với tốc độ không
đổi thì bánh răng ăn khớp với nó cũng
quay với tốc độ không đổi bộ truyền có
tỷ số truyền không đổi
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
7.3.2. Thanh răng - Bánh răng (Rack and Pinion)
(a) Gear racks, (b) Rack-and-pinion mechanism
- Cơ cấu bánh răng – thanh răng dùng để biến chuyển động quay của trục thành chuyển
động tịnh tiến thẳng hoặc ngược lại.
- Cơ cấu bánh răng – thanh răng thường được sử dụng trong các cơ cấu lái bánh trước của
xe ô tô, định vị vị trí bàn máy phay, máy tiện, máy mài,, cung cấp chuyển động chạy dao
cho máy khoan bàn,….
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
7.3.3. Bánh răng côn ( bevel gear)
- Bánh răng côn : các răng phân bố trên mặt nón cụt, các răng có thể là thẳng hoặc cong.
- Truyền động bánh răng côn thường được sử dụng cho truyền động giữa hai trục vuông
góc với nhau và có đường tâm các trục kéo dài cắt nhau
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
7.3.4. Bánh răng xoắn (helical gears)
A collection of helical and crossed helical gears
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
- Bánh răng xoắn: răng có dạng xoắn nghiêng đi một
góc so với đường tâm và phân bố trên bề mặt trụ
-Truyền động bánh răng trụ răng xoắn có nhiều ưu điểm
hơn truyền động bánh răng trụ răng thẳng :
+ Truyền động êm hơn (ít ồn, ít rung động) được sử
dụng trong các máy tốc độ cao, như truyền động ô tô,
…do tiếp xúc khi vào khớp và ra khớp của cặp răng là
dần dần theo chiều dài răng
+ Khả năng truyền mô men xoắn lớn hơn, do lực tiếp
xúc của cặp răng ăn khớp phân bố trên diện tích tiếp xúc
mặt răng lớn hơn, ứng suất tiếp xúc nhỏ hơn
- Truyền động bánh răng trụ răng xoắn có thể dùng để
truyền chuyển động giữa hai trục song sóng với nhau
( cặp bánh răng trụ răng nghiêng = helical gears ) hoặc
giữa hai trục vuông góc có đường tâm chéo nhau ( cặp
bánh răng trụ răng xoắn = crossed helical gears )
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
7.3.5. Trục vít - Bánh vít / Bánh răng nghiêng ( worm gearset)
- Truyền động giữa hai trục vuông góc và chéo nhau
- Đặc tính cơ bản: truyền chuyển động theo một chiều
từ trục vít sang bánh vít và không truyền theo chiều
ngược lại được đặc tính tự hãm (self – locking)
- Thường được ứng dụng trong các truyền động có tính
một chiều, yêu cầu an toàn như: thang máy, tời kéo,
kích,..
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
7.4. Vận tốc, mô-men xoắn và công suất bộ truyền bánh răng
Ký hiệu:
rp : bán kính vòng chia bánh răng chủ động
zp : số răng bánh răng chủ động
ωp : tốc độ góc bánh răng chủ động
TP : Mô men xoắn bánh răng chủ động
PP: công suất bánh răng chủ động
rg: bán kính vòng chia bánh răng bị động
zg : số răng bánh răng bị động
ωg : tốc độ góc bánh răng bị động
Tg : Mô men xoắn bánh răng bị động
Pg: công suất bánh răng bị động
The shift fork in the transmission is used to slide a
gear along the upper shaft so that the speed of the
output shaft changes.
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
Quan hệ động học:
r z
ωg = ωp= ω
r z
Tỷ số truyền chuyển động của bộ bánh răng:
ω z
i= =
ω z (a) A pinion and gear form a gearset.
Quan hệ động lực học
r z
T g = T p=
r z p
Tỷ số truyền mô men của bộ bánh răng:
T z
TR = =
z
(b) The pinion and gear are
conceptually separated to expose the
Công suất truyền ::
driving component of the tooth force
Pg = Tgω = Tpω = Pp and the input and output torques.
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
7.5. Xích truyền động bánh răng đơn giản và phức tạp
a. Xích truyền động bánh răng đơn giản (Simple Geartrain)
Z1 Z2 Z3 Z4
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
- Cặp bánh răng ăn khớp thứ nhất:
z
ω2 = ω
z 1
z z z
ω3 = ω1= ω1
- Cặp bánh răng ăn khớp thứ hai: z z z
z
ω3 = ω
z 2
- Cặp bánh răng ăn khớp thứ ba: z z z
z ω4 = ω= ω
ω4 = ω z z 1 z 1
z 3
Tỷ số truyền chuyển động chung của xích truyền động bánh răng:
ω z
iΣ = =
ω z
Tỷ số truyền mô men của của xích truyền động bánh răng
T z
TR Σ = =
z
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
