Nghiên cứu tính toán thiết kế bánh răng bằng vật liệu nhựa

Bài báo "Nghiên cứu tính toán thiết kế bánh răng bằng vật liệu nhựa" trình bày các nghiên cứu về lựa chọn vật liệu, các dạng hỏng, chỉ tiêu tính, tính toán bánh răng trụ từ vật liệu nhựa theo các tiêu chuẩn khác nhau và áp dụng tính toán cụ thể cho bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng trong máy sạ lúa dựa theo điều kiện đảm bảo độ bền tiếp xúc và uốn. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu tính toán thiết kế bánh răng bằng vật liệu nhựa 661 Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ XI, Hà Nội - Tiểu ban Cơ học máy Nghiên cứu tính toán thiết kế bánh răng bằng vật liệu nhựa Tạ Trí Thông1,2 và Nguyễn Hữu Lộc1,2 1 Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 2 Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh *Email: thongtri645@gmail.com, nhloc@hcmut.edu.vn Tóm tắt: Trong nội dung bài báo này, trình bày các nghiên cứu về lựa chọn vật liệu, các dạng hỏng, chỉ tiêu tính, tính toán bánh răng trụ từ vật liệu nhựa theo các tiêu chuẩn khác nhau và áp dụng tính toán cụ thể cho bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng trong máy sạ lúa dựa theo điều kiện đảm bảo độ bền tiếp xúc và uốn. Ngoài ra còn tính toán nhiệt độ bánh răng trong quá trình làm việc. Kết quả nghiên cứu biển diễn dạng bảng, công thức và hình ảnh. Dùng phần mềm CAD/CAE để mô hình hóa bánh răng. Từ các kết quả này, có cơ sở để chọn sơ bộ kích thước bánh răng nhựa trong các máy nông nghiệp. Từ khóa: Bánh răng trụ; vật liệu nhựa; độ bền tiếp xúc; tiêu chuẩn1. Giới thiệu Hiện nay, bánh răng bằng vật liệu kim loại đã có nhiều tài liệu hướng dẫn đầy đủ và chi tiết [1, 2,3, 10]. Nhưng bánh răng bằng vật liệu nhựa thì có rất ít nghiên cứu trên thế giới về tính toán thông sốhình học của bánh răng theo tiêu chuẩn. Bánh răng nhựa đang tiếp tục thay thế bánh răng kim loại trongnhiều lĩnh vực do ngày nay vật liệu nhựa ngày càng cải tiến và phát triển với độ bền và khả năng chịunhiệt cao hơn. Do đó, nhu cầu về bánh răng nhựa ngày càng tăng, buộc nhà thiết kế phải sử dụng phươngpháp tính toán kích thước sơ bộ cho bánh răng nhựa để từ đó có cơ sở để chọn bánh răng nhựa chínhxác nhất. Một số nghiên cứu đưa ra cách tính và kết quả như: thiết kế và phân tích bánh răng trụ răngthẳng từ vật liệu composite [4], thiết kế và phát triển bánh răng nghiêng bằng nhựa Nylon 66 trong ứngdụng ô tô [5], thiết kế và lựa chọn vật liệu cho bánh răng nhựa [6], thiết kế bánh răng trụ răng thẳng từvật liệu nhựa sử dụng thực tế ảo [7], tuy nhiên sử dụng những công thức cũ và chưa đầy đủ. Việc tínhtoán bộ truyền bánh răng nhựa theo tiêu chuẩn tốn nhiều thời gian, vì bài toán đa dạng các ràng buộc,các biểu đồ, bảng biểu, công thức tính toán, thực nghiệm và kiểm nghiệm khác nhau. Nghiên cứu tính toán thiết kế bánh răng bằng vật liệu nhựa. Việc tính toán bánh răng từ vật liệunhựa có ý nghĩa quyết định đến kích thước khuôn khổ, khối lượng, độ bền cũng như giá thành của sảnphẩm. Hiện nay, bánh răng nhựa chủ yếu được tính theo các tiêu chuẩn để từ đó chọn sơ bộ các kíchthước và kiểm nghiệm.2. Cơ sở lý thuyết Các đặc tính cơ - nhiệt do cấu trúc phân tử của các loại nhựa khác nhau cho phép phân loại vậtliệu nhựa thành các loại khác nhau: chất dẻo nhiệt rắn, chất dẻo đàn hồi và chất dẻo nhiệt. Trong môitrường công nghệ truyền động, nhựa nhiệt dẻo bán tinh thể chủ yếu được sử dụng làm vật liệu chế tạobánh răng. Theo [8], nhựa nhiệt dẻo bán tinh thể sau đây đặc biệt thích hợp để sản xuất bánh răng nhựa:PA, POM, PE-HD, PBT, PEEK. Nhưng trong thực tế, hầu hết các bánh răng nhựa thương mại là Nylon(PA) và Nylon (PA) biến tính. Nylon (PA) biến tính có thể có chất độn để ổn định vật liệu và cải thiệnđộ bôi trơn bằng cách thêm bột molypden hoặc than chì. Acetal (POM) đôi khi được sử dụng vì nó ổnđịnh hơn và có độ bôi trơn cao hơn nhưng nó tương đối giòn nên nó không được sử dụng nhiều. Có thểsử dụng chất dẻo cao cấp như PEEK hoặc LCP, nhưng trong các trường hợp đặc biệt như khi yêu cầukhả năng chịu nhiệt cao. Vật liệu này đắt tiền và sử dụng khuôn đúc, tuy nhiên đối với bánh răng siêunhỏ thì sử dụng phù hợp. 662 Tạ Trí Thông và Nguyễn Hữu Lộc Một ưu điểm của bánh răng bằng nhựa là khả năng vận hành không cần bôi trơn. Tuy nhiên, hiệusuất sẽ tăng cao nếu được bôi trơn. Các điều kiện bôi trơn có thể được phân ra: không bôi trơn, bôi trơnrắn với chất bôi trơn bên trong (tự bôi trơn với chất độn như PTFE, PE, graphite); bôi trơn bên ngoàibằng mỡ hoặc dầu [10]. Với một tải trọng và vật liệu cụ thể, vật liệu nhựa có thể nóng chảy, đặc biệt khi không bôi trơn.Điều này dẫn đến thân răng bị phá hủy hoàn toàn. Ngoài ra, mòn răng dẫn đến gãy răng do sự mòn dẫnđến sự thay đổi bề mặt răng và đồng thời làm giảm tiết diện của răng. Còn dạng hỏng rỗ mặt răng chủyếu xuất hiện trong quá trình làm việc được bôi trơn tốt [10]. Trong các dạng hỏng trên thì rỗ mặt rănglà dạng hỏng chủ yếu của bộ truyền bôi trơn tốt. Do đó, đối với các bộ truyền này ta tính toán thiết kếtheo độ bền tiếp xúc và kiểm nghiệm lại theo ứ ...