Bài giảng Chi tiết máy (Machine Design) - Chương 6: Truyền động trục vít - Nguyễn Xuân Hạ

Truyền động trục vít
Bộ truyền trục vít – bánh vít 2
1. Khái niệm chung, phân loại
1.1 Khái niệm chung
 Khái niệm chung
Truyền động nhờ ăn khớp
giữa các răng của bánh vít và
ren. 
 Phân loại
 Theo hình dạng trục vít: 
trục vít trụ, trục vít lõm
(glôbôít)
 Theo dạng ren: Acsimet, 
Convôlút, Thân khai
Bộ truyền trục vít – bánh vít 3
Trục vít Acsimet
Gia công trên máy tiện, 
thường không mài.
Trục vít Cônvôlút
Tiện ren bằng dao 2 lưỡi,
năng suất cao; khó mài.
Trục vít thân khai
Có thể mài bằng đá
mài dẹt (dễ mài).
1. Khái niệm chung, phân loại
1.2 Phân loại
Bộ truyền trục vít – bánh vít 4
 Được chế tạo bằng phay với
dao có dạng như trục vít sẽăn khớp với nó.
 Cấu tạo bánh vít:
Phần vành răng yêu cầu có
hệ số ma sát thấp với TV 
thép
=> bằng gang, đồng hợp kim
Phần thân: yêu cầu cứng.
:. Kết cấu ghép.
1. Khái niệm chung, phân loại
1.3 Bánh vít
Bộ truyền trục vít – bánh vít 5
 Mô đun m
 Hệ số đường
kính q
 Góc vít 
 Các đường
kính
 Khoảng cách
trục aw
 Hệ số dịch dao
bánh vít x
mqd 1 22 mzd 
2. Thông số hình học (1)
Bộ truyền trục vít – bánh vít 6
q
z
mq
pz
d
pz 11
1
 tan 
p
m
2. Thông số hình học (2)
Bộ truyền trục vít – bánh vít 7
 Các đường kính lăn:
 Khoảng cách trục aw:
 Hệ số dịch dao bánh vít x:
 v.v
 2221 2 mzddmxqd ww 
 xzqmdda www 2502 221 
 ,
7070 ,, x
2
2zq
m
a
x w
2. Thông số hình học (3)
Bộ truyền trục vít – bánh vít 8
 Tỷ số truyền
 Vận tốc
Vận tốc vòng v1 tiếp tuyến với d1
Vận tốc vòng v2 tiếp tuyền với d2
=> trượt v2
vtv1

01221
  vvvvv t
 tan
1
2
1
2
2
1
d
d
z
z
n
n
u
22
1
1111
1910060000
qz
mnndv
v wt 
  coscos
3. Thông số động học
Bộ truyền trục vít – bánh vít 9
 Lực tác dụng khi ăn khớp
Ft2
Fa1
Ft1
Fr1
n1
n1
n2
Fr2
Fa1
Ft1
Fa2
4. Cơ sở tính toán
Bộ truyền trục vít – bánh vít 10
Ft2
Fa1
Ft1
Fr1
n1
n1
n2
Fr2
Fa1
Ft1
Fa2
  
 
  
coscos/
cos
costan
cos
cos
tan
'
1
1
21
211
2
2
1
2 
2
a
n
n
n
a
rr
aat
ta
F
F
F
F
FF
FFF
d
T
FF
4. Cơ sở tính toán
Bộ truyền trục vít – bánh vít 11
Hiệu suất bộ truyền trục vít
 Khi trục vít dẫn động
hoặc tính thêm mất mát do khuấy dầu
 Khi bánh vít dẫn
 Bộ truyền trục vít tự hãm ??? 
 
 
 
tan
tan
11
22
T
T
 
 
tan
tan
,950

  
tan
tan'
4. Cơ sở tính toán
Bộ truyền trục vít – bánh vít 12
Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính
 Các dạng hỏng: 
như bộ truyền bánh răng
 Chỉ tiêu tính toán
 Tính theo độ bền tiếp xúc
 Tính theo độ bền uốn
 Tính kiểm nghiệm về quá tải
Nhưng chỉ tính cho bánh vít
 và tính thêm bộ truyền trục vít về nhiệt.
5. Tính toán bộ truyền trục vít
Bộ truyền trục vít – bánh vít 13
Truyền động trục vít có các dạng hỏng như trong truyền động 
bánh răng
+ Tróc rỗ
+ Mòn
+ Dính
+ Gãy răng
TR-BV có hai trục chéo nhau -> trượt dọc răng khá lớn -> dính, 
mòn nguy hiểm hơn
Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính
5. Tính toán bộ truyền trục vít
Bộ truyền trục vít – bánh vít 14
 Dính : đặc biệt nguy hiểm với BV làm bằng vật liệu rắn hơn
(đồng thanh, gang...). 
Với vật liệu mềm hơn, dính không nguy hiểm
Phương pháp tính:
 Dính và mòn là nguy hiểm hơn, tuy nhiên chưa có phương
pháp tính chính xác.
Mòn và dính liên quan chặt chẽ đến ứng suất tiếp xúc -> tính
toán TV-BV theo độ bền tiếp xúc. 
Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính
5. Tính toán bộ truyền trục vít
Bộ truyền trục vít – bánh vít 15
Phương pháp tính
H [H]
Nguy hiểm về dính được kể đến khi xác định [H]
Dùng vật liệu đồng thanh thiếc chống dính tốt
[H] không phụ thuộc vt, hỏng do tróc là chính
Dùng vật liệu đồng thanh không thiếc
[H] phụ thuộc vt, vt càng lớn [H] càng giảm
Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính
5. Tính toán bộ truyền trục vít
Bộ truyền trục vít – bánh vít 16
Phương pháp tính
 Khi tính độ bền, coi BV là bánh răng nghiêng có góc nghiêng
 = 
 Do vt lớn -> sinh nhiệt khi làm việc -> sau khi tính độ bền còn
phải tính nhiệt của bộ truyền
 Trục vít liền trục do đó cần tính toán theo hệ số an toàn giống
trục
Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính
5. Tính toán bộ truyền trục vít
Bộ truyền trục vít – bánh vít 17
 Tránh hỏng về bề mặt
 Tính như bộ truyền BRN (có tính đến đặc điểm ăn khớp và
hình dạng đường tiếp xúc)
 Công thức tính H ≤ [H]
  .2
n
MH
qZ 
Tính theo độ bền tiếp xúc
5. Tính toán bộ truyền trục vít
Bộ truyền trục vít – bánh vít 18
Tính theo độ bền tiếp xúc
 H ≤ [H]
 Ứng suất tiếp xúc theo Hertz:
 ZM – hệ số vật liệu
 qn – áp lực pháp tuyến
 ρ – bán kính cong tương đương
  .2
n
MH
qZ 
)]1()1([
.2
2
2
2
1
21
12
 EE
EEZM
5. Tính toán bộ truyền trục vít
Bộ truyền trục vít – bánh vít 19
 1= ; 2=d2sin n/cos2=d2sin /cos
 Cặp vật liệu TV-BV là thép – đồng thanh/ gang 
=> E1=2,1.105 E2 = 0,9.105; ZM =
 Đường tiếp xúc cong: b = d1.2/360
qn=Fn/LH; LH=Kb /cos Fn=Ft2/coscos 
 Lấy trung bình K=0,75;  =1,8; 2=100o
=>  
  3 2
2
2
2
1
2
2
170
480
q
KKT
z
qza
d
KKT
d
HVH
H
w
H
HVH
H


 
 
Tính theo độ bền tiếp xúc
5. Tính toán bộ truyền trục vít
Bộ truyền trục vít – bánh vít 20
 BV làm bằng vật liệu có cơ tính nhỏ hơn TV do đó chỉ cần
tính độ bền uốn cho BV
 Coi BV là BRN có  = 
 Công thức kiểm nghiệm độ bền uốn
- b2 : chiều rộng BV
- YF : hệ số dạng răng, xác định theo
][
.4,1
22
2
F
n
FvFF
F mdb
KKYT   3
2
cos
zztđ 
Tính theo độ bền uốn
5. Tính toán bộ truyền trục vít
Bộ truyền trục vít – bánh vít 21
 Tính gần đúng như BR nghiêng
 
pháp modul là 
41
22
2
 
  
cos
,
mm
mdb
KKYT
n
F
n
FVFF
F
Tính theo độ bền uốn
5. Tính toán bộ truyền trục vít
Bộ truyền trục vít – bánh vít 22
 Tính như trong bộ truyền bánh răng
 
 max,
max,
FqtFqtF
HqtHqtH
K
K
  
  
Tính theo độ bền quá tải
5. Tính toán bộ truyền trục vít
Bộ truyền trục vít – bánh vít 23
 Điều kiện t [t]
 Xuất phát từ phương trình cân bằng nhiệt:
Nhiệt lượng sinh ra = Nhiệt lượng thoát đi
 Nếu không đảm bảo cần tìm cách giảm nhiệt độ t.
     
 
 
  
qTqqT
T
T
AKAAK
P
tt
AK
P
tt
AttKP
1
11000 .:
1
11000
111000
1
0
1
0
01
Quạt Gân tản nhiệt
Tính nhiệt, làm mát
5. Tính toán bộ truyền trục vít
Bộ truyền trục vít – bánh vít 24
Trục vít :thép Cacbon
Bánh vít :làm bằng đồng thanh để giảm ma sát
- vt ≥ 5 m/s → vật liệu nhóm I : đồng thanh thiếc
[H] không phụ thuộc vt
- vt < 5 m/s → vật liệu nhóm II: đồng thanh không thiếc
[H] phụ thuộc vt
- vt < 2 m/s → vật liệu nhóm III: gang xám
Vật liệu
6. Vật liệu và ứng suất cho phép
Bộ truyền trục vít – bánh vít 25
o Bánh vít làm bằng đồng thanh thiếc
[H] = (0,75  0.90).b.KHL
+ b: giới hạn bền của vật liệu
+ KHL : hệ số tuổi thọ
+ NHE :số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương
NHE > 25.107 , lấy NHE = 25.107 để tính
8
710
HE
HL N
K 
Ứng suất tiếp xúc cho phép
6. Vật liệu và ứng suất cho phép
Bộ truyền trục vít – bánh vít 26
o Bánh vít làm bằng đồng thanh không thiếc
[H] phụ thuộc vận tốc trượt vt
[H] không phụ thuộc số chu kỳ ứng suất
Ứng suất tiếp xúc cho phép
6. Vật liệu và ứng suất cho phép
Bộ truyền trục vít – bánh vít 27
Bánh vít làm bằng đồng thanh
[F] = [FO]KFL
[FO] - ứng suất uốn cho phép ứng với 106 chu kỳ
KFL – hệ số tuổi thọ
NFE : số chu kỳ tương đương
9
610
FE
FL N
K 
Ứng suất uốn cho phép
6. Vật liệu và ứng suất cho phép
Bộ truyền trục vít – bánh vít 28
  3 2
2
2
2
170
q
KKT
z
qza HVH
H
w
 
 
 Thông số cho trước: u, T2, n1
1.Chọn vật liệu: TV thép; BV: tuỳ theo
vt,sb < 2: gang; từ 2 đến <5: đồng thanh k0 thiếc; lớn hơn: đồng thanh có thiếc
2.Xác định ứng suất cho phép của bánh vít
3.Xác định các thông số cơ bản của bộ truyền:
chọn z1 (1,2,4) sao cho z2=u.z1 [28,80)
chọn q = (0,25-0,3)z2 và thuộc dãy tiêu chuẩn
sơ bộ lấy KH = 1,11,3 => Tính aw và Tính sơ bộ môdun m = 2aw/(z2+q), chọn m
tiêu chuẩn và tính lại aw = 0,5m(z2+q). Chọn aw và tính hệ số dịch chỉnh (nếu cần) 
x = aw,chọn/2 – 0,5(q+z2)
4.Kiểm nghiệm răng bánh vít theo độ bền tiếp xúc, độ bền uốn và quá tải
5.Tính nhiệt
54 10 3 21
5 ..., kTnkv sbt
7. Trình tự thiết kế
Bộ truyền trục vít – bánh vít 29
7. Tìm hiểu thêm
 So sánh ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng của bộ truyền trục
vít và bộ truyền bánh răng.
 Cách xác định ứng suất cho phép khi tính toán bánh vít. 
Bộ truyền trục vít – bánh vít 30
8. Ôn tập
 Vận tốc, vận tốc trượt, tỷ số truyền của bộ truyền TV.
Hiệu suất bộ truyền TV. Khi nào thì bộ truyền trục vít tự hãm? 
 Vật liệu trục vít và bánh vít.
 Phân tích lực ăn khớp trong bộ truyền trục vít.
 Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính toán bộ truyền TV.
 Cách xác định ứng suất cho phép khi tính toán bộ truyền TV.
 Trình tự tính toán bộ truyền TV.