Bánh răng côn
Giới thiệu
Bài viết này cung cấp cái nhìn toàn diện về bánh răng côn, bao gồm các thông tin sau:
- Bánh răng côn là gì?
- Hiệu suất của bánh răng côn
- Các loại bánh răng côn
- Quá trình sản xuất
- Ứng dụng của bánh răng côn
Chương 1: Bánh răng côn là gì?
Bánh răng côn là một linh kiện phụ trợ cho máy quay ,có răng được sử dụng để truyền năng lượng cơ học hoặc công suất trục giữa các trục giao nhau, vuông góc hoặc một góc. Điều này dẫn đến sự thay đổi trục quay của công suất trục. Ngoài chức năng này, bánh răng côn còn có thể tăng hoặc giảm mô-men xoắn đồng thời tạo ra tác động ngược lại lên tốc độ góc.
Bánh răng côn có thể được hình dung như một hình nón cụt. Ở mặt bên của nó, các răng đã được phay sẽ ăn khớp với các bánh răng khác bằng bộ răng riêng của chúng. Bánh răng truyền công suất trục được gọi là bánh răng dẫn động, còn bánh răng nơi công suất được truyền được gọi là bánh răng dẫn động. Số răng của bộ dẫn động và bánh răng bị dẫn động thường khác nhau để tạo ra lợi thế cơ học. Tỷ số giữa số răng của bánh dẫn động và bánh dẫn động được gọi là tỷ số truyền, trong khi ưu điểm cơ học là tỷ số giữa mômen đầu ra và mômen đầu vào. Mối quan hệ này được thể hiện bằng phương trình sau:
Có thể thấy rằng việc tăng số răng của bánh răng bị dẫn động sẽ tạo ra mômen đầu ra lớn hơn.
Mặt khác, việc tạo ra lợi thế cơ học lớn hơn sẽ làm giảm tốc độ ra của bánh răng bị dẫn động. Điều này được thể hiện bằng phương trình:
Lưu ý rằng bánh răng côn thường là một bộ ghép nối và không nên sử dụng thay thế cho nhau. Bánh răng côn được lắp ráp theo một cách cụ thể do khả năng truyền lực đẩy và tải trọng hướng tâm vốn có của chúng, trái ngược với các bánh răng trụ chủ yếu chỉ truyền tải trọng hướng tâm. Tất cả các bánh răng côn được lắp ráp ở vị trí tối ưu để có hiệu suất tốt nhất.
Chương 2: Hiệu suất của bánh răng côn
Hiệu suất được định nghĩa là tỷ lệ giữa công suất đầu ra và công suất đầu vào. Lưu ý rằng điều này khác với lợi thế cơ học, liên quan đến việc khuếch đại lực hoặc mô-men xoắn bằng cách hy sinh tốc độ. Khi nói đến bánh răng côn, việc mất công suất trong quá trình truyền động được cho là do ma sát do trượt giữa các bề mặt răng và tải trọng tác dụng lên ổ trục hoặc vỏ.
Chương 3: Các loại bánh răng côn
Có nhiều loại bánh răng côn khác nhau được phân loại theo hình dáng và hướng răng của chúng. Các loại phức tạp hơn, chẳng hạn như bánh răng côn xoắn ốc và bánh răng côn hộp số.
Bánh răng côn thẳng
Bánh răng côn thẳng là dạng đơn giản nhất của bánh răng côn. Các răng nằm trên một đường thẳng cắt nhau tại trục của bánh răng khi kéo dài. Răng có độ dày thon dần, làm cho phần bên ngoài hoặc phần gót chân của răng lớn hơn phần bên trong hoặc ngón chân. Bánh răng côn thẳng có đường tiếp xúc tức thời, cho phép lắp đặt nhiều dung sai hơn. Nhược điểm của việc sử dụng loại này là độ rung và tiếng ồn. Điều này hạn chế các bánh răng côn thẳng ở các ứng dụng tải tĩnh và tốc độ thấp. Ứng dụng phổ biến của bánh răng côn thẳng CA là hệ thống vi sai trên ô tô.
Bánh răng côn thẳng là loại dễ chế tạo nhất. Phương pháp sản xuất sớm nhất để sản xuất bánh răng côn thẳng là sử dụng máy bào có đầu chia độ. Các phương pháp sản xuất nhanh và hiệu quả hơn.
Bánh răng côn xoắn ốc
Bánh răng côn xoắn ốc là dạng bánh răng côn phức tạp nhất. Răng của bánh răng xoắn ốc có dạng cong và xiên, trái ngược với hướng răng của bánh răng côn thẳng. Điều này dẫn đến sự chồng chéo nhiều hơn giữa các răng, thúc đẩy sự ăn khớp và tách ra dần dần khi tiếp xúc với răng. Độ êm ái được cải thiện này dẫn đến độ rung và tiếng ồn tối thiểu được tạo ra trong quá trình vận hành. Ngoài ra, do sự chia sẻ tải trọng cao hơn từ nhiều răng tiếp xúc hơn nên bánh răng côn xoắn ốc có khả năng chịu tải tốt hơn. Điều này cho phép chúng nhỏ hơn so với các bánh răng côn thẳng có cùng công suất.
Nhược điểm của bánh răng côn xoắn ốc là lực đẩy lớn hơn, đòi hỏi vòng bi đắt tiền hơn. Ổ đỡ lực đẩy phần tử lăn thường được yêu cầu cho các cụm bánh răng côn xoắn ốc. Ngoài ra, các bánh răng côn xoắn ốc được chế tạo theo bộ phù hợp. Các bộ bánh răng khác nhau có cùng thiết kế không thể thay thế cho nhau trừ khi được chế tạo để có mục đích thay thế cho nhau. Bộ bánh răng côn xoắn ốc được chế tạo ở bên phải hoặc bên trái.
Răng bánh răng côn xoắn ốc thường được tạo hình bằng máy tạo bánh răng, điều này sẽ được thảo luận sâu hơn sau. Quá trình này tạo ra độ chính xác và độ hoàn thiện cao. Ngoài ra, mài còn được thực hiện để hoàn thiện các răng và đạt được độ chịu lực răng như mong muốn.
Bánh răng côn hộp số
Bánh răng côn hộp số là một loại bánh răng côn đặc biệt trong đó các trục của các trục không giao nhau cũng như không song song. Khoảng cách giữa hai trục bánh răng được gọi là độ lệch. Răng của bánh răng côn hộp số có dạng xoắn ốc, tương tự như bánh răng côn xoắn ốc. Bánh răng côn hypoid được thiết kế không có độ lệch chỉ đơn giản là bánh răng côn xoắn ốc. Việc chế tạo và tạo hình các loại bánh răng hộp số tương tự như bánh răng côn xoắn ốc.
Do độ lệch, góc xoắn của bánh răng nhỏ hơn (bánh răng) của bộ bánh răng côn hộp số có thể được làm lớn hơn đường kính xoắn ốc của bánh răng lớn hơn. Tỷ lệ số răng của bánh răng không tỷ lệ thuận với tỷ lệ đường kính bước của chúng hoặc đường kính làm việc lý thuyết của bánh răng. Điều này giúp có thể khớp các bánh răng lớn hơn với một kích thước cụ thể của bánh răng dẫn động, làm cho bánh răng khỏe hơn và cho phép nó có tỷ số tiếp xúc cao hơn với bánh răng lớn hơn. Đổi lại, bánh răng hộp số được phép truyền nhiều mô-men xoắn hơn và hoạt động ở tỷ số truyền cao hơn. Ngoài ra, với độ lệch vừa đủ, có thể đặt vòng bi ở cả hai bên của bánh răng do trục của chúng không giao nhau. Tuy nhiên, sự đánh đổi là sự giảm hiệu quả khi phần bù đắp tăng lên.
Bánh răng hộp số hoạt động trơn tru hơn với độ rung tối thiểu so với bánh răng xoắn ốc. Tuy nhiên, nhược điểm của việc sử dụng bánh răng hộp số, ngoài vấn đề hiệu quả đã nêu ở trên, là mức độ trượt cao xảy ra trên mặt răng. Điều này có nghĩa là phải sử dụng dầu bôi trơn đặc biệt.
Bánh răng vát góc
Đây là loại bánh răng côn có tỷ số truyền là 1:1, nghĩa là bánh răng dẫn động và bánh răng dẫn động có cùng số răng. Bởi vì bánh răng góc không tạo ra bất kỳ lợi thế cơ học nào nên chức năng của loại này bị giới hạn trong việc thay đổi trục hoặc chuyển động quay. Thông thường, bánh răng góc có trục giao nhau vuông góc. Trong một số tổ hợp, các trục được căn chỉnh để giao nhau ở mọi góc độ. Chúng được gọi là bánh răng côn góc. Góc trục của bánh răng côn góc có thể nằm trong khoảng từ 45° đến 120°. Các vết cắt của răng bánh răng côn có thể thẳng, xoắn ốc hoặc Zerol.
Chương 4: Quy trình sản xuất
Có bốn phương pháp chính để sản xuất bánh răng. Đó là tiện và phay răng, đúc, tạo hình và luyện kim bột . phay răng là quá trình được sử dụng rộng rãi nhất vì độ chính xác về kích thước của nó. Hai phương pháp thứ hai, đúc và tạo hình, được sử dụng trong những trường hợp đặc biệt – ví dụ: sản xuất một bánh răng lớn thông qua đúc, giúp giảm chi phí gia công bằng cách đúc gần hơn với hình dạng cuối cùng. Một hình thức đúc khác, được gọi là ép phun, được sử dụng để sản xuất bánh răng nhựa. Mặt khác, việc tạo hình có thể ở dạng kéo nguội hoặc rèn. Vẽ nguội liên quan đến việc kéo hoặc ép phôi thành một loạt khuôn để tạo thành hình dạng của bánh răng. Quá trình rèn ép vật liệu vào khuôn có cấu hình răng mong muốn. Do quá trình làm cứng thông qua biến dạng liên tục, bánh răng tạo thành cứng hơn, với dòng hạt có đường viền hơn.
Cắt bánh răng có thể được chia thành bốn phân loại nữa được tóm tắt dưới đây.
- Công cụ ren xoay: hobbing, tạo
- Công cụ quay và chuyển động qua lại: tạo hình, cạo, tạo
- Bánh xe quay: phay, mài khuôn, mài ren
- Công cụ chuyển động tuyến tính: chuốt, đục lỗ
Do hình nón dẫn đến độ côn về chiều sâu và chiều rộng nên không phải tất cả các kỹ thuật đều có thể áp dụng cho bánh răng côn. Đối với việc cắt bánh răng côn, kỹ thuật cắt kim loại có thể được phân thành hai loại: phay mặt và phay mặt.
- Face Hobbing:Face hobbing là một quá trình tạo thiết bị lập chỉ mục liên tục. Điều này liên quan đến các nhóm lưỡi cắt cắt dần dần tất cả các răng cho đến khi đạt được độ sâu mong muốn. Khi một nhóm lưỡi cắt một răng, nhóm lưỡi tiếp theo sẽ đi vào khoảng răng tiếp theo. Dụng cụ cắt và phôi quay đồng thời.
- Phay mặt:Phay mặt là một phương pháp lập chỉ mục duy nhất trong đó bánh xe cắt hoặc dụng cụ được đưa vào để cắt một khoảng răng và sau đó được lập chỉ mục cho vị trí răng tiếp theo. Dụng cụ cắt và phôi được đồng bộ với nhau để thực hiện quá trình cắt. Mỗi răng được phay cho đến khi tất cả các răng được cắt đến độ sâu yêu cầu. Phay mặt có thể được thực hiện bằng máy bào hai công cụ, lưỡi quay đôi, dao phay một hàng hoặc máy phay CNC năm trục .
- Luyện kim bột:Luyện kim bột là một quá trình trong đó bột kim loại được tạo thành sản phẩm hoặc vật liệu. Ở dạng cơ bản nhất, điều này đạt được bằng cách nghiền vật liệu mong muốn thành bột, nén bột thành khuôn rồi nung kết. Quá trình sản xuất này được đánh giá cao do thực tế là quá trình loại bỏ kim loại thường không cần thiết cho quá trình hoàn thiện thứ cấp, dẫn đến ít chất thải hơn và do đó chi phí thấp hơn. Các bánh răng được hình thành từ quá trình này nhẹ hơn và ít gây tiếng ồn hơn do tính chất xốp tự nhiên của chúng.
Chương 6: Ứng dụng bánh răng côn
Việc sử dụng bánh răng côn là một trong những phương pháp đơn giản và hiệu quả nhất để thay đổi trục quay của hệ thống truyền động. Loại bánh răng côn cũng như quy trình sản xuất và hoàn thiện được sử dụng tùy thuộc vào loại ứng dụng. Dưới đây là một số ứng dụng của hệ thống bánh răng côn.
Bánh răng côn trong ô tô
Ứng dụng phổ biến nhất của bánh răng côn là trong bộ vi sai của ô tô. Bộ vi sai là bộ phận của cụm cầu trước hoặc cầu sau cho phép các bánh xe quay với tốc độ khác nhau. Điều này cho phép xe vào cua trong khi vẫn duy trì khả năng xử lý và lực kéo. Trục truyền động được nối với cụm bánh răng hypoid, bao gồm một bánh răng nhỏ và một bánh răng bao. Bánh răng vành được lắp vào giá đỡ cùng với các bánh răng côn khác trong hệ thống bánh răng hành tinh .
Bánh răng côn trong thiết bị nặng
Bánh răng côn được sử dụng trong các thiết bị nặng cho động cơ đẩy, giống như hệ thống vi sai ô tô hoặc cho các bộ phận phụ trợ.
Bánh răng côn trong hàng không
Bánh răng côn được sử dụng trong ngành hàng không cho hệ thống truyền lực của máy bay trực thăng và bộ điều khiển hộp số phụ kiện máy bay.
Bánh răng côn trong thiết bị nhà máy công nghiệp
Một ví dụ về thiết bị nhà máy công nghiệp sử dụng bánh răng côn là quạt tháp giải nhiệt. Động cơ thường được gắn trên boong của tháp giải nhiệt với trục trục được định hướng theo chiều ngang. Cụm hộp số làm giảm tốc độ và tăng mô-men xoắn đồng thời định hướng lại trục quay theo chiều dọc.
Bánh răng côn trong truyền động hàng hải
Bánh răng côn thường được sử dụng trong truyền động hàng hải như một phần của bộ truyền động đuôi tàu. Có hai bộ bánh răng côn được sử dụng giữa động cơ và chân vịt
Bánh răng côn trong dụng cụ cầm tay
- Máy khoan – Việc sử dụng bánh răng côn trong máy khoan là một trong những cách sử dụng phổ biến nhất của chúng. Khi tay cầm của máy khoan quay theo chiều dọc, bánh răng côn sẽ chuyển hướng sang ngang ở mâm cặp. Ngoài ra, bánh răng côn được sử dụng để kiểm soát tốc độ quay, giúp có thể khoan nhiều loại vật liệu.
- Máy bào – Máy bào được sử dụng để định hình phôi bằng chuyển động tuyến tính. Bánh răng côn trong máy bào cho phép điều chỉnh trong quá trình bào và sự dịch chuyển do độ lệch gây ra.
Phần kết luận:
- Bánh răng côn là các bộ phận máy quay được sử dụng để truyền công suất cơ học giữa hai trục giao nhau, vuông góc hoặc một góc. Ngoài việc thay đổi trục quay, bánh răng côn còn có thể tạo ra lợi thế cơ học bằng cách tăng mô-men xoắn đầu ra.
- Tuy nhiên, việc tạo ra lợi thế cơ học sẽ làm giảm tốc độ góc của trục bị dẫn động. Vì vậy, bánh răng côn cũng có thể được sử dụng làm cơ cấu giảm tốc độ.
- Hiệu suất là tỷ số giữa công suất đầu ra và công suất đầu vào. Tổn thất công suất từ bánh răng côn chủ yếu là do ma sát do tiếp xúc trượt. Sau đó, nhiệt này sẽ bị tiêu tan dưới dạng nhiệt và thường được loại bỏ bằng dầu bôi trơn.
- Bánh răng côn được phân loại theo hình dạng và hướng của răng. Các loại bánh răng côn là thẳng, xoắn ốc, Zerol và hypoid.
- Hiệu suất của bánh răng côn dao động từ 97-99,5%, ngoại trừ bánh răng côn hypoid – có hiệu suất 90-98%. Độ lệch lớn hơn của bánh răng hypoid làm giảm hiệu suất hơn nữa.
- Có nhiều thuật ngữ được sử dụng để mô tả bánh răng. Điều quan trọng nhất đối với bánh răng côn là đường kính bước, góc ép, góc trục và số răng. Đây là những giá trị quan trọng sẽ xác định hình dạng của bánh răng.
- Có ba phương pháp chính để chế tạo bánh răng: cắt, đúc và tạo hình. Trong số ba, cắt được sử dụng rộng rãi nhất. Luyện kim bột cũng được sử dụng.
- Cắt bánh răng còn được chia thành nhiều phương pháp. Một là sử dụng một công cụ có ren xoay chẳng hạn như bếp nấu ăn. Tiếp theo là sử dụng dụng cụ cắt quay hoặc chuyển động tịnh tiến khớp với phôi bánh răng. Thứ ba là cắt bằng cách sử dụng bánh xe quay như trong quy trình phay. Cuối cùng là cắt bánh răng bằng cách sử dụng máy chuốt tuyến tính hoặc công cụ chuốt.
- Ứng dụng phổ biến nhất của bánh răng côn là bộ vi sai ô tô. Điều này không chỉ được thấy ở ô tô mà còn ở các thiết bị nhẹ và nặng. Các ứng dụng chính khác là trong ngành hàng không và hàng hải.
