Bộ truyền bánh răng khuyết

Author
Để biến chuyển động quay liên tục thành quay gián đoạn người ta thường dùng cơ cấu Maltese (http://en.wikipedia.org/wiki/Geneva_drive). Nhưng cơ cấu gồm hai bánh răng sau đây (hình 1) cũng đáp ứng được yêu cầu đó.
Bánh răng chủ động bị bỏ đi một số răng. Số răng đầy đủ khi chưa bỏ là Z1, số răng còn lại là Z1c. Do vậy gọi là bánh răng khuyết.
Bánh răng bị động có đầy đủ số răng là Z2.
Trong thời gian bánh răng chủ động quay được 1 vòng thì bánh răng bị động có lúc quay, có lúc dừng, thực hiện chuyển động quay không liên tục.

Cơ cấu này cho phép dễ dàng phân phối thời gian chạy hoặc dừng của bánh răng bị động bằng cách thêm bớt răng của bánh răng chủ động. Ngoài ra số lần chạy-dừng của bánh răng bị động cũng dễ thay đổi. Ví dụ bánh răng bị động của cơ cấu trên hình 2 chạy 2 lần, dừng 2 lần trong 1 vòng quay của bánh răng chủ động.


Những điểm cần lưu ý khi thiết kế:

1. Tránh nhầm lẫn mà cho rằng nếu bánh chủ động quay 1 vòng thì bánh răng bị động quay đi Z1c/Z2 vòng, bởi vì sự ăn khớp của cơ cấu bánh răng khuyết có khác cơ cấu bánh răng thường.






* Công thức tính góc quay của bánh răng bị động:

bánh răng chủ động quay 1 vòng thì
bánh răng bị động quay (Z1c - 1 + K) / Z2 vòng

Trong đó:
Z1c: số răng còn lại của bánh răng chủ động
Z2: số răng của bánh răng bị động
K: số nguyên lần bước răng đỉnh trong phần cung đỉnh răng của bánh răng bị động giữa hai giao điểm của hai vòng đỉnh răng của hai bánh răng (cung AB)
K = phần nguyên của thương θ2 / (360/Z2)
θ2: góc chắn cung AB tính bằng độ.

2. Phải kiểm tra (bằng cách vẽ hoặc tính toán) để không xẩy ra trường hợp răng đầu tiên của bánh răng chủ động khi vào khớp đẩy vào cung đỉnh răng của răng thuộc bánh răng bị động. Lúc này cơ cấu bị kẹt vì phương của lực đẩy đi qua tâm của bánh răng bị động. Có thể tránh trường hợp này bằng cách thay đổi thông số của cơ cấu, ví dụ số răng Z1, Z2.

3. Trong thời gian dừng, nếu tính tự hãm và lực cản của xích truyền động kể từ bánh răng bị động đến các cơ cấu sau đó không đủ, thì bánh răng bị động có thể bị xê dịch, không bảo đảm đúng vị trí đã thiết kế để ăn khớp tốt. Vậy phải có biện pháp để hãm bánh răng bị động trong thời gian không ăn khớp. Ví dụ dùng phanh điểu khiển bằng cam.
Cơ cấu trên hình sau là một ví dụ khác: bánh răng chủ động có Z1 = 30, Z1c = 18, bánh răng bị động có Z2 = 40, mô đun m = 3. Trong 1 vòng quay của bánh răng chủ động, bánh răng bị động quay đúng 1/2 vòng. Điều này cho phép làm bộ phận hãm như sau: tấm hãm H1 gắn với bánh răng chủ động, 2 tấm hãm H2 gắn với bánh răng bị động. Các tấm hãm này bảo đảm bánh răng bị động không bị xê dịch trong khi ngừng chuyển động. Chú ý rằng trong cơ cấu này, nếu 1 vòng quay của bánh răng chủ động là T giây thì tính được thời gian chuyển động của bánh răng bị động là 0,675T và thời gian dừng là 0,325T.


Có bải viết chi tiết hơn về cơ cấu bánh răng khuyết, download tại:
http://www.mediafire.com/?sharekey=a80b37870699a8ad8d78a0e555291609e6b4a3edab4004a46d217c73094ddc3b

Bài này trước đây đã đưa lên diễn đàn, bị mất do vụ hacker tấn công nay xin đưa lại.
Nhân bài này có một số thành viên đã giới thiệu một vài bộ tryền bánh răng khuyết, xin đưa lại ở đây:
Bộ truyền bánh răng khuyết thay đổi chiều quay của bánh răng bị động:
http://www.youtube.com/watch?v=3aobPgGzB-U&NR=1

Bô. truyền bánh răng khuyết thay đổi vận tốc của bánh răng bị động
http://www.youtube.com/watch?v=qgiiGFp0MKY&NR=1
 
Last edited by a moderator:
Author
Ðề: Bộ truyền bánh răng khuyết

Bổ sung

Cơ cấu bánh răng khuyết gây va đập khi ra vào khớp.
Sau đây là một số cách khắc phục nhược điểm đó nêu trong một cuốn sách Nga.

Hình 1
Giảm va đập bằng cách thêm khâu đàn hồi.
Trục 8 có lắp đĩa 7 lồng không. Đĩa này có nhiều thanh, số thanh bằng số vị trí dừng của bánh răng bị dẫn 5. Thanh luôn bị lò xo kéo vào chạm cữ tì 1 trên bánh 5. Chuyển động quay theo chiều kim đồng hồ của thanh bị hạn chế bởi chốt 6. Trước khi bánh răng vào khớp ở điểm 2, chốt 3 trên bánh răng dẫn 4 (khuyết răng) đẩy thanh sang phải làm căng lò xo và kéo bánh 5 bắt đầu chuyển động, nhờ đó giảm va đập lúc vào khớp.


Hình 2
Tạo chuyển động cho khâu bị dẫn trước khi vào ăn khớp răng.
Khâu dẫn có cung 1 và quạt răng 6 ăn khớp với bánh răng bị dẫn 4. Bánh răng này có cung 3 hợp với cung 1 để cố định khi dừng. Đòn 5 gắn với khâu dẫn, đòn 2 gắn với khâu bị dẫn. Biên dạng của hai đòn 5 và 2 là tâm tích trong chuyển động tương đối của chúng với nhau. Trước khi vào khớp đòn 5 đẩy đòn 2 làm bánh răng 4 bắt đầu quay với vận tốc ω2.
p: tâm quay tức thời
ω2 = ω1(pA/pB)
ω1: vận tốc góc của quạt răng 6.
Sẽ không có va đập nếu ban đầu p trùng A sau đó chạy theo đường AB đến tâm ăn khớp nằm trên vòng chia.
Hai đòn vẽ bằng nét đứt chắc là dùng cho chiều quay ngược lại.


Hình 3
Tạo chuyển động cho khâu bị dẫn trước và sau khi ăn khớp răng.
Bánh răng khuyết 1 (chủ động) cùng cam 3 gắn trên trục 2 làm bánh răng 5 quay gián đoạn. Bánh răng 5 có hai chốt con lăn 4 ở mặt đầu.
Khi sắp vào khớp, cam 3 đẩy chốt 4 làm bánh răng 5 quay với vận tốc từ 0 đến vận tốc ổn định (tỷ số truyền Z5/Z1 = 1), bánh răng vào khớp.
Sau khi ra khớp cam 3 tiếp tục đẩy bánh răng 5 qua chốt 4 chuyển động chậm dần đến 0. Nếu thiết kế biên dạng cam phù hợp, cơ cấu sẽ không có va đập.
Sách nói như vậy nhưng dựng cơ cấu theo kích thước hình 3 và chạy mô phỏng thấy kết quả không được như ý. Nếu cần áp dụng ý tưởng này thì phải điều chỉnh kích thước.
 
Author
Ðề: Bộ truyền bánh răng khuyết

Video sau giúp hiểu hơn về bộ truyền bánh răng khuyết:
http://www.youtube.com/watch?v=AtoqZKDH-fY


Trong đó:
Bánh răng khuyết chủ động màu xanh có số răng còn lại là Z1c = 1.
Số răng đủ của nó là Z1 = 40.
Số răng cắt bỏ là Z1f = 39.
Bánh răng bị dẫn màu xanh lá (đủ răng) có số răng là Z2 = 20.

Quan sát thấy khi bánh răng xanh quay 1 vòng thì bánh răng xanh lá quay đi 3 răng tức 3/20 vòng.

Tránh suy luận theo kiểu:
Bánh răng xanh quay 1 vòng thì bánh răng xanh lá quay Z1c/Z2 vòng = 1/20 vòng (sai).
 
Last edited by a moderator:
L

lenambkpro

Ðề: Bộ truyền bánh răng khuyết

Chào anh Thắng.
Trước tiên xin cảm ơn bài viết rất hữu ích của anh.
Em đọc được mà như bắt được vàng.
Số là em đang làm đồ án có liên quan đến bộ truyền bánh răng côn khuyết như hình

Anh có thể cho em chút thông tin và cách tính toán bộ truyền này được không ạ? Em cũng chưa tìm được phương án để hãm bánh răng bị động. Nếu được anh góp ý cho em chút nhé.
Cảm ơn anh nhiều!
 
Author
Ðề: Bộ truyền bánh răng khuyết

Tôi chưa làm về bánh răng côn khuyết nên chẳng biết gì nhiều.
Xin góp ý kiểu đại chiến lược như sau:

1. Tính toán động học:
Xác định số vòng quay của trục bị động sau 1 vòng quay của trục chủ động theo công thức của bài trên:
(Z1c - 1 + K) / Z2
Trong đó việc xác định K là khó, mặc dù nó chỉ là số nguyên 1, 2, 3, 4, … Có 2 cách:

- Xác định bằng tính toán hình học: đưa bài toán hình không gian về hình phẳng dựa vào khái niệm bánh răng tương đương của bánh răng côn trong môn nguyên lý máy hoặc chi tiết máy. Sau đó làm như đối với bánh răng phẳng đã trình bày ở bài trên.
- Xác định bằng mô phỏng: dựng mô hình bộ truyền trên máy tính và chạy mô phỏng. Ví dụ dùng Inventor Dynamic Simulation.

2. Tính toán sức bền: theo cách tính cho bánh răng côn đủ răng. Giảm trị số ứng suất cho phép vì bộ truyền có va đập lớn. Kết quả không chính xác, chỉ thể hiện nguyên tắc tính mà thôi.

3. Cách hãm bánh răng bị động: có 3 cách:

3a. Hãm hình học: dùng đĩa hãm trên trục chủ động và trục bị động. Chúng cản chuyển động ngẫu nhiên của trục bị động khi không ăn khớp với bánh chủ động. Tham khảo cơ cấu Maltesse không gian.

3b. Hãm bằng cơ cấu hãm có điều khiển thời gian hãm:. Cam điều khiển, quay đồng tốc với trục chủ động, điều khiển bộ phận hãm trục bị động để hãm lúc không ăn khớp.

3c. Hãm bằng cơ cấu kiểu lò xo định vị: khi có ăn khớp, lực truyền từ trục chủ động thắng lực lò xo làm chốt lùi ra khỏi lỗ định vị trục bị động. Cách này đơn giản nhất.
 
Author
Mô phỏng một số bộ truyền bánh răng khuyết:

Hình 1a:
Minh họa bài toán vui cơ khí:
Cho bộ truyền hai bánh răng trụ, mỗi bánh có 20 răng.
Bánh răng chủ động màu cam bị gẫy 1 răng.
Hỏi bánh răng bị động quay thế nào?

Đáp án sai: Bánh chủ động quay 1 vòng thì bánh bị động quay 19/20 vòng.
Đáp án đúng: Bánh răng bị động quay liên tục, tỷ số truyền 1/1, như khi bánh răng chủ động không bị gẫy răng. Lý do: nếu bánh răng chủ động chỉ có 1 răng thì trong 1 vòng quay nó đẩy bánh bị động quay 2 răng (cách tính xem ở bài trên).
Xem mô phỏng:
http://youtu.be/YNsSa9hSw4A

Hình 1b:
Bánh chủ động màu vàng, số răng còn lại Z1c = 1, số răng khi chưa bỏ Z1 = 20
Bánh bị động màu xanh ngọc, số răng gốc Z2 = 20, không được cắt một số răng nên có 10 rãnh răng.
Bánh chủ động quay 1 vòng, bánh bị động quay 1/10 vòng.
Xem mô phỏng:
http://youtu.be/ebMgECUuHdg

Hình 1c:
Bánh chủ động màu vàng, số răng còn lại Z1c = 2, số răng khi chưa bỏ Z1 = 20
Bánh bị động màu xanh ngọc số răng gốc Z2 = 21, không được cắt một số răng nên có 14 rãnh răng.
Bánh chủ động quay 1 vòng, bánh bị động quay 1/7 vòng.
Xem mô phỏng:
http://youtu.be/LkweQilGCRs


Hình 2a:
Bánh chủ động màu cam, số răng còn lại Z1c = 5, số răng khi chưa bỏ Z1 = 18
Bánh bị động màu xanh ngọc, số răng Z2 = 18
Bánh chủ động quay 1 vòng, bánh bị động quay 1/3 vòng.
Xem mô phỏng:
http://youtu.be/qVPLB7XQdVs

Hình 2b:
Bánh chủ động màu cam, số răng còn lại Z1c = 9, số răng khi chưa bỏ Z1 = 20
Bánh bị động màu xanh ngọc, số răng Z2 = 20
Bánh chủ động quay 1 vòng, bánh bị động quay 1/2 vòng.
Xem mô phỏng:
http://youtu.be/wPxQOsEiJ2E

Hình 2c:
Bánh chủ động màu cam, số răng còn lại Z1c = 18, số răng khi chưa bỏ Z1 = 40
Bánh bị động màu xanh ngọc, số răng Z2 = 20
Bánh chủ động quay 1 vòng, bánh bị động quay 1 vòng rồi dừng trong khoảng thời gian ứng với nửa vòng của bánh chủ động. Cơ cấu Man-tit không thể đáp ứng điều này.
Xem mô phỏng:
http://youtu.be/scBbYOlmjUo



Hình 3a:
Bánh chủ động màu cam, số răng còn lại Z1c = 1, số răng khi chưa bỏ Z1 = 20
Bánh bị động màu xanh ngọc, là bánh răng răng trong, số răng Z2 = 36.
Bánh chủ động quay 1 vòng, bánh bị động quay 1/6 vòng.
Xem mô phỏng:
http://youtu.be/p04ZgIiBLVY

Hình 3b:
Bánh chủ động màu cam, số răng còn lại Z1c = 1, số răng khi chưa bỏ Z1 = 20
Bánh bị động màu xanh ngọc, là bánh răng răng trong, số răng gốc Z2 = 60, không được cắt một số răng nên có 12 rãnh răng.
Bánh chủ động quay 1 vòng, bánh bị động quay 1/12 vòng.
Xem mô phỏng:
http://youtu.be/31vVO_i8WO8

Hình 3c:
Bộ truyền hành tinh có bánh răng khuyết.
R1: đường kính vòng lăn của bánh răng chủ động màu xanh ngọc, 20 răng.
R2: đường kính vòng lăn của bánh răng màu vàng, 20 răng.
R3: đường kính vòng lăn của bánh răng màu cam, 20 răng, bỏ 19 răng, còn 1 răng.
R4: đường kính vòng lăn của bánh răng trong màu xanh có 12 rãnh răng, nguyên gốc có 60 răng.
R1 = R2 = R3; R4 = 3R1
Tay quay bị động màu hồng quay gián đoạn.

Xem mô phỏng:
http://youtu.be/YzIYI4ssr9I

[video=youtube_share;YzIYI4ssr9I]http://youtu.be/YzIYI4ssr9I[/video]

► Các bộ truyền quay gián đoạn trên đều có bộ phận giữ yên bánh bị động khi bánh này dừng.
► Các mô phỏng trên dùng ràng buộc 3D Contact trong Inventor, thể hiện sát với bản chất vật lý của quá trình ăn khớp, không áp đặt quy luật chuyển động.
 
Author
Bổ sung một số bộ truyền bánh răng khuyết


Hình 1a: Trục dẫn màu cam lắp then với hai bánh răng khuyết màu xanh và vàng. Bánh xanh ăn khớp với bánh xanh lá. Bánh vàng ăn khớp với bánh màu hồng. Bánh xanh lá ăn khớp với bánh màu hồng.Trục bị dẫn mang bánh răng màu hồng lắc có dừng ở hai đầu hành trình. Góc lắc tới lui có thể không như nhau tùy số răng của hai bánh răng khuyết và vị trí dừng của bánh răng xanh lá và hồng. Cần có biện pháp giữ trục bị dẫn cố định trong thời gian dừng. Xem mô phỏng:
http://youtu.be/cGcQhXtpFoY

[video=youtube_share;cGcQhXtpFoY]http://youtu.be/cGcQhXtpFoY[/video]

Hình 1b: Trục dẫn màu xanh lắp then với hai bánh răng khuyết răng trong và răng ngoài. Trục bị dẫn mang bánh răng màu cam lắc có dừng ở hai đầu hành trình. Góc lắc tới lui có thể không như nhau tùy số răng của hai bánh răng khuyết và vị trí dừng của bánh răng màu cam. Cần có biện pháp giữ trục bị dẫn cố định trong thời gian dừng. Xem mô phỏng:
http://youtu.be/ndwCVs9ssIo

Hình 1c: Bánh răng khuyết màu cam là bánh dẫn. Thanh răng đi lại có dừng ở hai đầu hành trình. Di chuyển tới lui có thể không như nhau tùy số răng và cách bố trí các răng này của bánh răng khuyết màu cam và vị trí dừng của bánh răng màu xanh và thanh răng. Cần có biện pháp giữ thanh răng bị dẫn cố định trong thời gian dừng. Xem mô phỏng:
http://youtu.be/Tt06tAkyHJQ


Hình 2a: Bánh răng khuyết màu vàng là bánh dẫn. Trục mang hai bánh răng màu cam là trục bị dẫn lắc có dừng ở hai đầu hành trình. Số răng của bánh răng khuyết quyết định góc lắc và thời gian dừng của trục bị dẫn. Xem mô phỏng:
http://youtu.be/ya7IC-0JyTg

Hình 2b: Bánh răng khuyết màu xanh lá là bánh dẫn. Trục mang hai bánh răng màu xanh là trục bị dẫn lắc có dừng ở hai đầu hành trình. Số răng của bánh răng khuyết quyết định góc lắc và thời gian dừng của trục bị dẫn. Xem mô phỏng:
http://youtu.be/eBIsbAaOOFc

Hình 2c: Bánh răng khuyết màu hồng là bánh dẫn. Trục mang hai bánh răng khuyết màu xanh là trục bị dẫn lắc có dừng ở hai đầu hành trình. Số răng của bánh răng hồng và hai bánh răng xanh quyết định góc lắc và thời gian dừng của trục bị dẫn. Xem mô phỏng:
http://youtu.be/pZihUvOKYko
 
Ðề: Bộ truyền bánh răng khuyết

========================================


Xin phép bác Thắng cho đăng 1 video thú vị về môn học này :1:...


[h=1]=== LEGO Great Ball Contraption (GBC) Layout 2012. ===[/h]
[video=youtube;sUtS52lqL5w]http://www.youtube.com/watch?v=sUtS52lqL5w&list=LP4qRk91tndwg&index=20&feature=plcp[/video]




========================================

[h=1] [/h][h=1][/h]
 
Top