Bài giảng Nguyên lý máy - Chương 3: Truyền động đai

1. Các khái niệm chung 
2. Thông số và quan hệ hình học 
3. Cơ học truyền động đai 
4. Tính toán và thiết kế bộ truyền đai
1
CHƯƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI CHƯƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI
2
+ Đai dẹt + Đai thang
+ Đai hình lược + Đai tròn
1.1 Phân loại 
Theo tiết diện đai
CHƯƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI
1.1 Phân loại 
Theo cách mắc đai 
➢ mắc thẳng 
➢ mắc chéo 
➢ mắc nửa chéo
3
CHƯƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI
1.2 Các loại đai chính 
a. Đai dẹt
4
- Đai da 
- Đai sợi bông 
- Đai sợi len 
- Đai vải cao su 
- Đai sợi tổng hợp 
Tiêu chuẩn hóa theo: b x δ
Tiêu chuẩn hóa theo : b x δ x l
δ
CHƯƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI
1.2 Các loại đai chính 
b. Đai thang 
b x h x L : tiêu chuẩn hóa 
• Đai thang tiết diện thường 
 bt / h ≈ 1.4 
• Đai thang hẹp 
 bt / h = 1.05 ÷ 1.1 
• Đai thang rộng 
 bt / h = 2 ÷ 4.5
5
CHƯƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI
2. Thông số và quan hệ hình học
6
b
d1
d2
a1
a2
Mặt
phẳng
ngang
• b - góc nghiêng của bộ truyền
CHƯƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI
2. Thông số và quan hệ hình học 
• a - khoảng cách trục 
• d1, d2 - đường kính tính toán. 
 Đối với đai dẹt là đường kính ngoài của bánh 
đai. 
 Đối với đai hình thang hoặc hình lược là đường 
kính vòng tròn qua lớp trung hòa của đai. 
α1, α2 - góc ôm trên bánh nhỏ và bánh lớn.
7
CHƯƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI
2. Thông số và quan hệ hình học 
• α1 = 180o - 2γ 
• α2 = 180o + 2γ
• α1 > 150o -> γ < 15o
8
a2
ddsin 12 −=γ
CHƯƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI
2. Thông số và quan hệ hình học 
Chiều dài đai
9
γ+α+α= cosa2
2
d
2
dL 2211
a4
)dd(
2
)dd(a2L
2
1221 −+
+π
+≈
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
−−⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡ +π−+
+π
−≈ 212
2
2121 )dd(2
2
)dd(L
2
)dd(L
4
1a
CHƯƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI
2. Thông số và quan hệ hình học 
Đai dẹt
10
3
11
3
1
1
1
)4.62,5(
)12001100(
Td
n
Pd
÷=
÷=
CHƯƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI
2. Thông số và quan hệ hình học 
Đai thang 
d1 min ứng với loại đai
11
min11 )2.11,1( dd ÷=
CHƯƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI
2. Thông số và quan hệ hình học 
Chọn a 
đai dẹt 
đai thang: 
12
)53( ÷≤
L
v
2)5,19,0( da ÷=
CHƯƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI
13
a
d1
d2
a1
a2
F0
0F 1F
F2
T1
T2
𝛼1
𝛼2
CHƯƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI
3. Cơ học truyền động đai 
3.1 Lực tác dụng 
Phương trình cân bằng momen 
14
( ) 11 2 12
dF F T- =
1
1 2
1
2
t t
TF F F F
d
= Þ = -
CHƯƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI
3. Cơ học truyền động đai 
3.1 Lực tác dụng 
Quan hệ giữa F0, F1, F2 
Với 
15
tt01 F1
F
2
1FF
−λ
λ
=+=
tt02 F1
1F
2
1FF
−λ
=−= 1
1F2F 0t +λ
−λ
=
 = ef↵1
CHƯƠNG 3. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI
Lực căng phụ
✓ Lực căng phụ có giá trị như nhau trên 
tất cả các tiết diện đai 
✓ Lực căng phụ làm giảm tác dụng của 
lực căng ban đầu Fo
16
2vqF mv =
3.2 ỨNG SUẤT TRONG ĐAI
Ứng suất căng ban đầu 
 A: diện tích tiết diện đai 
Ứng suất kéo trên nhánh chủ động (nhánh căng) 
Ứng suất kéo trên nhánh bị động (nhánh trùng)
17
A
F0
0 =σ
vt
vtv
A
F
A
F
A
FF
σσ
λ
λ
λ
λ
σ +
−
=+
−
=
+
=
11
1
1
vt
vtv
A
F
A
F
A
FF
σσ
λλ
σ +
−
=+
−
=
+
=
1
1
1
12
2
3.2 ỨNG SUẤT TRONG ĐAI
18
• Khi đai vòng qua bánh đai còn xuất hiện 
ứng suất uốn
E
d
Eu
δ
εσ ==
3.2 ỨNG SUẤT TRONG ĐAI
19
• Biểu đồ ứng suất trong đai
1
11max
1 uvt
u
σσσ
λ
λ
σσσ
++
−
=+=
Introduction 2
Các bộ phận và thông số chính
„ Thông số chính
Đường kính bánh đai d1, d2
Tỷ số truyền u
d1
d2
α1
α2
F0
d
Góc ôm α1, α2
Khoảng cách trục a
Chiều dài đai L
a
0F
a
dd 12000
1 57180180
−−=γ−=α ( )
a
ddddaL
42
2
2
1221 −++π+≈
( )ε−== 11
2
2
1
dn
nu
2. Cơ sở tính toán b.t. đai
Lực tác dụng lên đai
„ Lực tác dụng lên đai
Khi chưa làm việc lực căng trên các nhánh bằng lực căng ban đầu F0. 
Khi truyền momen => xuất hiện nhánh căng và nhánh chùng (F1 > F2).
⎞⎛λ
+−λ=
+−λ
λ=
21
1
1
2
1
v
t
v
t
FFF
FFF
a
d1
d2
α1
α2
F0
0F
α1
1F
F2
T1
T2
 tâmli do
 vòngLuc
2
2
2
2
1
1
1
21
021
−=
−
λ==
−
−
==−
=+
α
qvF
F
e
FF
FF
F
d
TFF
FFF
v
t
f
v
v
t
( ) ( ) ⎟
⎠
⎜
⎝ +
−−=+λ
−−= α 11212 00 fvvt eFFFFF
2. Cơ sở tính toán
Lực tác dụng lên trục
„ Lực tác dụng lên trục
Lực tác dụng lên trục được
coi như nằm trên đường
nối tâm các bánh đai.
F2
T F
F0 – lực căng ban đầu
⎟
⎠
⎞⎜
⎝
⎛ α≈
+=
2
2 10
21
sinFF
FFF
r
r
GGG
d1
α 1
1F
1
2
F1
rF
β
2. Cơ sở tính toán
Ứng suất trong đai
σv
σ2 σmin
σ1
σu1
σmax σu2
2. Cơ sở tính toán
Hiện tượng trượt
2F
v2B
CF2 KKhi chưa làm việclàm việc
d2
F0
2T
1T
F1
α1
a
v1A
D
I
1F
d1
α1
α2
0F
α1
1F
36
00
-
2. Cơ sở tính toán
Hiện tượng trượt
„ Trượt đàn hồi:
do sự dãn dài khác nhau
của đai tại vùng tiếp xúc
với bánh đai vì lực căng
thay đổi
F2
„ Trượt trơn: 
không đủ ma sát giữa
phân tố đai và bánh đai.
Trượt trơn toàn phần
„ Hệ số trượt
α 1
1F
α 1α 1α 1
( )ε−==⇒
−=ε
11
2
2
1
1
21
d
d
n
nu
v
vv
3.3 HIỆN TƯỢNG TRƯỢT
20
 a. Trượt trơn 
 Khi Ft tăng vượt quá giá trị của Fms , trên 
đai xuất hiện hiện tượng trượt trơn do 
quá tải từng phần gây nên. 
 Tiếp tục tăng Ft ⇨ trượt trơn hoàn toàn 
 Hiện tượng trượt trơn xảy ra 
 - Khi quá tải 
 - Không đủ lực căng
3.3 HIỆN TƯỢNG TRƯỢT
21
b. Trượt đàn hồi 
 Hiện tượng trượt đàn hồi xảy ra do biến dạng 
của đai so với bánh đai trong quá trình hoạt 
động. 
Khi chịu lực : 
✓ Đai làm bằng vật liệu có E nhỏ ⇨ biến dạng 
lớn 
✓ Bánh đai làm bằng vật liệu E lớn ⇨ không 
biến dạng
3.3 HIỆN TƯỢNG TRƯỢT
22
b. Trượt đàn hồi 
Khi bộ truyền đai làm việc 
• Trên cung ôm bánh chủ động: lực căng 
giảm dần từ F1 ! F2 do đó đai bị co lại so 
với bánh đai ⇨ trượt 
• Trên cung bánh bị động : lực căng tăng dần 
từ F2 ! F1 do đó đai bị giãn dài ra so với 
bánh đai ⇨ trượt
3.3 HIỆN TƯỢNG TRƯỢT
23
b. Trượt đàn hồi 
 Trượt đàn hồi phụ thuộc Ft , Ft càng lớn, trượt 
càng tăng. 
 Trượt đàn hồi là bản chất của bộ truyền đai, 
không thể loại bỏ được. 
Tỷ số truyền 
ε : hệ số trượt 
u phụ thuộc vào ε
11
22
1
21
nd
nd1
v
vv
−=
−
=ε
)1(d
d
n
nu
2
1
1
2
ε−
==
3.3 HIỆN TƯỢNG TRƯỢT
24
c. Đường cong trượt và hiệu suất 
 ψ : hệ số kéo 
Hiệu suất 
ε - hệ số trượt 
Thí nghiệm để tìm quan hệ ψ, ε, η
0
t
0
t
2F2
F
σ
σ
==ψ
1
2
P
P
=η
εψψ0
η
Truît ®µn håi
Truît ®µn håi + Truît tr¬n
ψmax
3.3 HIỆN TƯỢNG TRƯỢT
25
c. Đường cong trượt và hiệu suất 
Đường cong (ψ , η) - đường cong hiệu suất 
Đường cong (ψ , ε) - đường cong trượt 
Trượt trơn hoàn toàn
Trượt đàn hồi
Trượt đà hồi + Trượt trơn
7,04,0 -=oy
5,115,1/max -=oyy
î
í
ì
-
-
=
97.092,0
98.097,0
maxh
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI
26
Chỉ tiêu tính toán
Vật liệu
d, b, L / A, L
d1, d2
a
Fo
Ftrục
Kết quả bài toán
thiết kế
Dữ kiện
P
n1
u 
Điều kiện làm
việc, Yêu cầu kỹ
thuật
4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI
4.1. Chỉ tiêu tính toán bộ truyền đai 
• Khả năng kéo là chỉ tiêu chủ yếu về 
khả năng làm việc của đai. 
• Do điều kiện thực tế khác điều kiện thí 
nghiệm
27
0
0
t
2
ψ≤
σ
σ
=ψ
0t00t ][2 σ=ψσ≤σ
Ứng suất cho phép 
Xác định bằng thực 
nghiệm
0ttt ].[C][ σ=σ≤σ
THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI DẸT
28
4.2. Tính đai dẹt theo khả năng kéo 
Tính [σt] 
C = CαCvCb
0tt
t
t ].[C][A
F
σ=σ≤=σ
0tt ].[C][ σ=σ
4.2. Tính đai dẹt theo khả năng kéo 
29
C = CαCvCb
Ca - hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm a1
Ca = 1 - 0.003(180 - a1)
Cv - hệ số kể đến ảnh hưởng của vận tốc vòng
Cv = 1 – kv(0.01v2 -1)
kv = 0.04 (đai sợi tổng hợp); 0.01(các loại vật liệu khác)
THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI DẸT 4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI
30
Cb -
b £ 60o Cb = 1
60o < b £ 80o Cb = 0.9
80o £ b < 90o Cb = 0.8
Nếu có bộ phận tự động căng đai Cb = 1.
b
d1
d2
a1
a2
Mặt
phẳng
ngang
31
4.2. Tính đai dẹt theo khả năng kéo
Tính tiết diện đai
Kđ - hệ số tải trọng động. Tra bảng 13.7
Chọn d theo d1
(chọn theo giá trị tiêu chuẩn gần nhất)
4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI
58
4.2. Tính đai dẹt theo khả năng kéo
Tính tiết diện đai
Kđ - hệ số tải trọng động. Tra bảng 13.7
Chọn d theo d1
(chọn theo giá trị tiêu chuẩn gần nhất)
][ t
đt KFbA
s
d ³=
40
1
30
1
1
÷=
d
d
][
KFb
t
đt
s
³
4.2. Tính đai thang theo khả năng kéo 
• A1 - diện tích tiết diện đai đã chọn 
• x - số đai 
[Ft] = A1[σt] - lực vòng cho phép đối với 1 đai 
[Ft]v = [P] - công suất cho phép của 1 đai 
Ft v = P - công suất cần truyền
32
][
A.x
F
t
1
t
t σ≤=σ
THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG
][][][][1 P
PK
Fv
KvF
F
KF
A
KFx đ
t
đt
t
đt
t
đt ===³
s
33
4.2. Tính đai thang theo khả năng kéo 
[P] được xác định từ các thí nghiệm của đai về 
khả năng kéo.
]P[
PKx đ≥
)
9550
nTCCP(]P[ 11L0
Δ
+= α
THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG
34
THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG
4.2. Tính đai thang theo khả năng kéo 
• P0 - công suất truyền được bởi 1 đai trong 
điều kiện số bánh đai trong bộ truyền bằng 
2, tỷ số truyền u = 1, góc ôm α = 180o, 
chiều dài đai Lo, làm việc không có tải trọng 
động. Tra đồ thị trang 36. 
• Cα - hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ôm. 
Góc ôm giảm, Cα giảm. Tra bảng 13.11 
trang 35.
35
4.2. Tính đai thang theo khả năng kéo 
• CL - hệ số xét đến ảnh hưởng của chiều dài 
đai. Chiều dài đai lớn, tần số thay đổi ứng 
suất giảm, tuổi thọ tăng. 
• ΔT1 - gia số momen xoắn mà bộ truyền có 
thể truyền thêm được khi tỉ số truyền u>1. 
Ứng suất uốn giảm khi đai vòng qua bánh 
lớn. Tra bảng 13.13 trang 37.
THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI
Chỉ tiêu cơ bản để tính bộ truyền đai: 
• Khả năng chịu kéo 
• Tuổi thọ (kiểm nghiệm)
36
TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN
b1. Chọn loại đai 
Đai dẹt: đai da, đai sợi bông, đai vải cao 
su, đai sợi tổng hợp 
• Tiết diện bxδ được tiêu chuẩn hóa, riêng 
đai sợi tổng hợp có chiều dài L tiêu chuẩn 
Đai thang: 
• Thang hẹp: có 4 loại (tiêu chuẩn Nga) 
• Thang thường: có 7 loại 
• Chọn tiết diện đai dựa vào P và n theo 
hình 4.1
37
TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN
38
b2. Xác định các thông số bộ truyền 
Đai dẹt: 
- Đường kính: 
 Tính d1 (4.1) => tiêu chuẩn => tính d2 
 d2 = d1u(1-ε) 
⇒tính lại u = d2/d1 , Δu ≤ 4% 
- Tính sơ bộ khoảng cách trục 
 a = (1,5 ÷ 2)(d1 + d2) 
TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN
39
b2. Xác định các thông số bộ truyền 
- Chiều dài đai L 
 Đai vải cao su: L = L + (100÷400)mm 
 Đai sợi tổng hợp: L lấy tiêu chuẩn => tính a 
- Góc ôm: 
 Đai vải cao su: α1 ≥ αmin = 150o 
 Đai sợi tổng hợp α1 ≥ αmin = 120o 
- Chiều dày đai δ, sao cho δ/d1 ≤ (δ/d1)max 
- Chiều rộng đai: b
TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN
40
b2. Xác định các thông số bộ truyền 
- Kiểm nghiệm đai về tuổi thọ thông qua số 
lần uốn đai trong một giây 
i = v/L ≤ imax = 3...5(đai dẹt), =10(đai thang) 
- Tính lực căng ban đầu và lực tác dụng 
lên trục
TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN
41
b2. Xác định các thông số bộ truyền 
Đai thang 
- Xác định đường kính: d1, d2 (tiêu chuẩn) 
- Khoảng cách trục : dựa vào a/d2 (tra bảng) 
- Tính chiều dài L, L lấy theo tiêu chuẩn 
⇒tính lại khoảng cách trục a 
- Góc ôm α1 
- Tính số đai x (làm tròn) 
x – xt ≥ 0.2 -> chọn lại d1 (d1 giảm -> x )