A. Truyền động bánh răng chốt
Đó là bộ truyền bánh răng trong đó một bánh răng được thay bằng bánh chốt (hình 1a).
Bánh răng có thể có răng ngoài (hình 1a) hoặc răng trong (hình 1b).
Biên dạng răng là đường bao của họ đường tròn có bán kính bằng bán kính chốt và tâm chạy trên đường epicycloid (ăn khớp ngoài) hay hypocycloid (ăn khớp trong).
Hình 1c: cách xác định biên dạng răng của bánh răng cho trường hợp ăn khớp ngoài. A1 là vòng lăn của bánh răng, A2 là vòng lăn của bánh chốt (vòng đi qua tâm chốt). Cho A2 lăn không trượt lên A1, tâm chốt vạch đường epicycloid C màu hồng. Biên dạng răng sẽ là đường bao S (đường đen) của họ đường tròn màu vàng, tâm trên đường C, bán kính bằng bán kính chốt.
Như vậy biên dạng răng phụ thuộc vào kính thước hai vòng lăn và kiểu ăn khớp ngoài hay trong. Thay đổi một trong các yếu tố đó là biên dạng răng thay đổi, tức là với môt bánh răng đã có, không thể tùy tiện cho ăn khớp với một bánh chốt bất kỳ nếu cần bảo đảm các điều kiên ăn khớp. Bởi vậy hình dạng răng của bộ truyền bánh răng chốt vô cùng khác nhau, không như bánh răng thân khai.
Số răng có thể rất nhỏ đến 1, 2, 3 (hình 2a, 2b, 2c), nhờ vậy dễ đạt tỷ số truyền lớn mà kích thước bộ truyền nhỏ. Riêng bộ truyền hình 2a, bánh răng chỉ có 1 răng, tuy mô phỏng thấy chạy được nhưng không rõ thực tế ra sao.
Số chốt của bánh chốt có thể rất nhỏ đến 1, 2, 3 (hình 4a, 3b, 3c, 3d), nhờ vậy dễ đạt tỷ số truyền lớn mà kích thước bộ truyền nhỏ.
Chốt có thể là kiểu con lăn để giảm ma sát (hình 3c) hoặc chỉ là một phần của chốt (hình 3d) làm khó nhận ra bộ truyền răng chốt. Càng khó biết hơn nếu làm chốt xoắn và răng xoắn để tăng chất lượng ăn khớp. Hình 4a là bộ truyền như vậy biến đổi từ bộ truyền hình 3c.
Chốt có loại công xôn (hình 3a), có loại được đỡ cả hai đầu, trông như cái lồng (hình 6c ).
Hình 4b là bộ truyền ăn khớp trong, 1 chốt, 2 răng, biên dạng răng lúc này là đường thẳng. Nó cũng chính là cơ cấu cu lit đặc biệt, bán kính tay quay bằng khoảng cách hai ổ quay, cho tỷ số truyền ½. Cơ cấu này có vị trí không ổn định khi tâm chốt trùng tâm quay bánh răng. Tham khảo bài:
http://www.meslab.org/mes/threads/19132-Hop-g[MEDIA=youtube]a-toc[/MEDIA]-culit.html
Khắc phục sự không ổn định bằng chốt xoắn và răng xoắn như hình 4c.
Có bộ truyền bánh răng chốt mà tâm chốt không nằm trên vòng lăn của bánh chốt (hình 4d). Hai vòng lăn (hai vòng lớn, nét đứt) nằm ngoài hai bánh. Lúc đó biên dạng răng của bánh răng là đường bao của họ đường tròn có bán kính bằng bán kính chốt, tâm trên đường epicycloid hoặc hypocycloid kéo dài hoặc thu ngắn.
Bánh chốt có chốt tháo lắp được rất tiện trong truyền động gián đoạn (hình 5a). Để thay đổi góc quay và thời gian dừng của bánh răng bị dẫn màu xanh, chỉ cần thêm bớt chốt màu hồng.
Một ưu thế của bánh chốt là có thể dùng nó như bánh răng ngoài (hình 1a) hay bánh răng trong (hình 3a). Bánh chốt hình 5b cùng lúc truyền động cho các bánh răng ăn khớp ngoài và trong với nó. Bánh răng màu hồng quay ngược chiều với bánh răng màu xanh.
Hình 5c là cơ cấu biến chuyển động quay liên tục của bánh răng dẫn màu cam thành chuyển động lắc của bánh chốt màu vàng. Một đầu trục của bánh răng màu cam trượt trong rãnh vòng kín của bánh chốt. Vận tốc lắc là vận tốc đều. Ưu thế vừa ăn khớp trong vừa ăn khớp ngoài của bánh chốt được áp dụng vào đây. Tuy nhiên với cùng một biên dạng răng của bánh răng màu cam không thể bảo đảm ăn khớp tốt cho cả ăn khớp trong và ăn khớp ngoài. Ổ trục của bánh răng màu cam di chuyển theo mang trượt màu xanh. Cơ cấu Oldham giúp truyền chuyển động quay từ nguồn cố định (bánh đai xanh) đến bánh răng màu cam. Có thể dùng cơ cấu khác cho việc này, ví dụ khớp Cardan kép, …
Xem mô phỏng:
[video=youtube_share;kz2vm9FCtjY]http://youtu.be/kz2vm9FCtjY[/video]
Hình 5d là cơ cấu như cơ cấu hình 5c nhưng rãnh theo đường xoắn ac-si-met. Do vậy vận tốc lắc của bánh chốt không đều và góc lắc có thể lớn hơn 360 độ.
Hộp giảm tốc hành tinh dùng bánh răng chốt nay đang được ưa chuộng.
Hình 6a là hộp giảm tốc hành tinh có bánh chốt màu xanh (số chốt Z1 = 8) quay hành tinh trên trục khuỷu màu cam (trục vào) và ăn khớp với bánh răng vàng (số răng Z2 = 9). Bánh răng vàng cố định. Chuyển động quay chậm của bánh chốt màu xanh được đưa ra trục hồng qua các chốt ăn khớp với lỗ của bánh chốt màu xanh. Hiệu bán kính giữa lỗ và chốt hồng bằng độ lệch tâm của trục khuỷu.
i = n1/n3 = Z1/(Z2-Z1) = 8
n1: vận tốc trục khuỷu
n3: vận tốc trục ra
Nếu (Z2-Z1) nhỏ và Z1 lớn, thì i có thể rất lớn.
Nếu lắp ổ lăn lên chốt thì tránh được trượt giữa chốt và răng nên hiệu suất truyền động cao, có tài liệu nói đến 93% với i = 119.
Thực ra kiểu này có sơ đồ bộ truyền giống cơ cấu hình 6b (dùng bánh răng thân khai, hiệu suất kém hơn)
Hình 6c là hộp giảm tốc hành tinh có bánh chốt màu đỏ (số chốt Z1 = 9) quay hành tinh trên trục khuỷu màu cam (trục vào), đồng thời ăn khớp ngoài và trong với bánh răng màu xanh (trục ra, số răng Z3 = 8)) và bánh răng màu vàng (cố định, số răng Z2 = 10).
i = n1/n3 = Z3/(Z2-Z3) = 4
n1: vận tốc trục khuỷu
n3: vận tốc trục ra
Nếu (Z2-Z3) nhỏ và Z3 lớn, thì i có thể rất lớn.
► Vẽ epicycloid hay hypocycloid để có dạng răng là điều phiền phức. Nên dùng các phần mềm CAD cho tiện. Ví dụ trong Inventor có thể mô phỏng hai hình trụ lăn không trượt lên nhau và dùng lệnh vẽ quỹ đạo trong Dynamic Simulation cho tâm chốt.
► Đã thử mô phỏng các bộ truyền răng chốt ăn khớp ngoài:
1 chốt, 1 răng
1 chốt, 2 răng
2 chốt, 1 răng
2 chốt, 2 răng
Chúng đều không làm việc được.
Xem mô phỏng các cơ cấu thuộc các hình trên:
Hình 1a:
http://youtu.be/5Wj3y08y4nQ
Hình 1b:
http://youtu.be/F6hr0np0zsY
Hình 2a:
http://youtu.be/XXeFMr5kFl0
Hình 2b:
http://youtu.be/Gge11gvnM08
Hình 2c:
http://youtu.be/EocIZWlEAsY
Hình 2d:
http://youtu.be/yQLhCzcUexM
Hình 3a:
http://youtu.be/hDWFOLADxsU
Hình 3b:
http://youtu.be/JA9lKOEsCV4
Hình 3c:
http://youtu.be/nOLV6L-3fsU
Hình 3d:
http://youtu.be/nW1XrnThuRs
Hình 4a:
http://youtu.be/X9pqNhfv5fo
Hình 4b:
http://youtu.be/L5oN9EiksOA
Hình 4c:
http://youtu.be/nGMOC7STi5E
Hình 4d:
http://youtu.be/yW8RGxV8xTU
Hình 5a:
http://youtu.be/N37KHV8CD6M
Hình 5b:
http://youtu.be/649flFhwUHE
Hình 5c:
http://youtu.be/kz2vm9FCtjY
Hình 5d:
http://youtu.be/lo1c0V4GO-I
Hình 6a:
http://youtu.be/h1l82ose0w4
Hình 6b:
http://youtu.be/U7WEXjV0t0A
Hình 6c:
http://youtu.be/mEx2qzJH37c
Đó là bộ truyền bánh răng trong đó một bánh răng được thay bằng bánh chốt (hình 1a).
Bánh răng có thể có răng ngoài (hình 1a) hoặc răng trong (hình 1b).
Biên dạng răng là đường bao của họ đường tròn có bán kính bằng bán kính chốt và tâm chạy trên đường epicycloid (ăn khớp ngoài) hay hypocycloid (ăn khớp trong).
Hình 1c: cách xác định biên dạng răng của bánh răng cho trường hợp ăn khớp ngoài. A1 là vòng lăn của bánh răng, A2 là vòng lăn của bánh chốt (vòng đi qua tâm chốt). Cho A2 lăn không trượt lên A1, tâm chốt vạch đường epicycloid C màu hồng. Biên dạng răng sẽ là đường bao S (đường đen) của họ đường tròn màu vàng, tâm trên đường C, bán kính bằng bán kính chốt.
Như vậy biên dạng răng phụ thuộc vào kính thước hai vòng lăn và kiểu ăn khớp ngoài hay trong. Thay đổi một trong các yếu tố đó là biên dạng răng thay đổi, tức là với môt bánh răng đã có, không thể tùy tiện cho ăn khớp với một bánh chốt bất kỳ nếu cần bảo đảm các điều kiên ăn khớp. Bởi vậy hình dạng răng của bộ truyền bánh răng chốt vô cùng khác nhau, không như bánh răng thân khai.
Số răng có thể rất nhỏ đến 1, 2, 3 (hình 2a, 2b, 2c), nhờ vậy dễ đạt tỷ số truyền lớn mà kích thước bộ truyền nhỏ. Riêng bộ truyền hình 2a, bánh răng chỉ có 1 răng, tuy mô phỏng thấy chạy được nhưng không rõ thực tế ra sao.
Số chốt của bánh chốt có thể rất nhỏ đến 1, 2, 3 (hình 4a, 3b, 3c, 3d), nhờ vậy dễ đạt tỷ số truyền lớn mà kích thước bộ truyền nhỏ.
Chốt có thể là kiểu con lăn để giảm ma sát (hình 3c) hoặc chỉ là một phần của chốt (hình 3d) làm khó nhận ra bộ truyền răng chốt. Càng khó biết hơn nếu làm chốt xoắn và răng xoắn để tăng chất lượng ăn khớp. Hình 4a là bộ truyền như vậy biến đổi từ bộ truyền hình 3c.
Chốt có loại công xôn (hình 3a), có loại được đỡ cả hai đầu, trông như cái lồng (hình 6c ).
Hình 4b là bộ truyền ăn khớp trong, 1 chốt, 2 răng, biên dạng răng lúc này là đường thẳng. Nó cũng chính là cơ cấu cu lit đặc biệt, bán kính tay quay bằng khoảng cách hai ổ quay, cho tỷ số truyền ½. Cơ cấu này có vị trí không ổn định khi tâm chốt trùng tâm quay bánh răng. Tham khảo bài:
http://www.meslab.org/mes/threads/19132-Hop-g[MEDIA=youtube]a-toc[/MEDIA]-culit.html
Khắc phục sự không ổn định bằng chốt xoắn và răng xoắn như hình 4c.
Có bộ truyền bánh răng chốt mà tâm chốt không nằm trên vòng lăn của bánh chốt (hình 4d). Hai vòng lăn (hai vòng lớn, nét đứt) nằm ngoài hai bánh. Lúc đó biên dạng răng của bánh răng là đường bao của họ đường tròn có bán kính bằng bán kính chốt, tâm trên đường epicycloid hoặc hypocycloid kéo dài hoặc thu ngắn.
Bánh chốt có chốt tháo lắp được rất tiện trong truyền động gián đoạn (hình 5a). Để thay đổi góc quay và thời gian dừng của bánh răng bị dẫn màu xanh, chỉ cần thêm bớt chốt màu hồng.
Một ưu thế của bánh chốt là có thể dùng nó như bánh răng ngoài (hình 1a) hay bánh răng trong (hình 3a). Bánh chốt hình 5b cùng lúc truyền động cho các bánh răng ăn khớp ngoài và trong với nó. Bánh răng màu hồng quay ngược chiều với bánh răng màu xanh.
Hình 5c là cơ cấu biến chuyển động quay liên tục của bánh răng dẫn màu cam thành chuyển động lắc của bánh chốt màu vàng. Một đầu trục của bánh răng màu cam trượt trong rãnh vòng kín của bánh chốt. Vận tốc lắc là vận tốc đều. Ưu thế vừa ăn khớp trong vừa ăn khớp ngoài của bánh chốt được áp dụng vào đây. Tuy nhiên với cùng một biên dạng răng của bánh răng màu cam không thể bảo đảm ăn khớp tốt cho cả ăn khớp trong và ăn khớp ngoài. Ổ trục của bánh răng màu cam di chuyển theo mang trượt màu xanh. Cơ cấu Oldham giúp truyền chuyển động quay từ nguồn cố định (bánh đai xanh) đến bánh răng màu cam. Có thể dùng cơ cấu khác cho việc này, ví dụ khớp Cardan kép, …
Xem mô phỏng:
[video=youtube_share;kz2vm9FCtjY]http://youtu.be/kz2vm9FCtjY[/video]
Hình 5d là cơ cấu như cơ cấu hình 5c nhưng rãnh theo đường xoắn ac-si-met. Do vậy vận tốc lắc của bánh chốt không đều và góc lắc có thể lớn hơn 360 độ.
Hộp giảm tốc hành tinh dùng bánh răng chốt nay đang được ưa chuộng.
Hình 6a là hộp giảm tốc hành tinh có bánh chốt màu xanh (số chốt Z1 = 8) quay hành tinh trên trục khuỷu màu cam (trục vào) và ăn khớp với bánh răng vàng (số răng Z2 = 9). Bánh răng vàng cố định. Chuyển động quay chậm của bánh chốt màu xanh được đưa ra trục hồng qua các chốt ăn khớp với lỗ của bánh chốt màu xanh. Hiệu bán kính giữa lỗ và chốt hồng bằng độ lệch tâm của trục khuỷu.
i = n1/n3 = Z1/(Z2-Z1) = 8
n1: vận tốc trục khuỷu
n3: vận tốc trục ra
Nếu (Z2-Z1) nhỏ và Z1 lớn, thì i có thể rất lớn.
Nếu lắp ổ lăn lên chốt thì tránh được trượt giữa chốt và răng nên hiệu suất truyền động cao, có tài liệu nói đến 93% với i = 119.
Thực ra kiểu này có sơ đồ bộ truyền giống cơ cấu hình 6b (dùng bánh răng thân khai, hiệu suất kém hơn)
Hình 6c là hộp giảm tốc hành tinh có bánh chốt màu đỏ (số chốt Z1 = 9) quay hành tinh trên trục khuỷu màu cam (trục vào), đồng thời ăn khớp ngoài và trong với bánh răng màu xanh (trục ra, số răng Z3 = 8)) và bánh răng màu vàng (cố định, số răng Z2 = 10).
i = n1/n3 = Z3/(Z2-Z3) = 4
n1: vận tốc trục khuỷu
n3: vận tốc trục ra
Nếu (Z2-Z3) nhỏ và Z3 lớn, thì i có thể rất lớn.
► Vẽ epicycloid hay hypocycloid để có dạng răng là điều phiền phức. Nên dùng các phần mềm CAD cho tiện. Ví dụ trong Inventor có thể mô phỏng hai hình trụ lăn không trượt lên nhau và dùng lệnh vẽ quỹ đạo trong Dynamic Simulation cho tâm chốt.
► Đã thử mô phỏng các bộ truyền răng chốt ăn khớp ngoài:
1 chốt, 1 răng
1 chốt, 2 răng
2 chốt, 1 răng
2 chốt, 2 răng
Chúng đều không làm việc được.
Xem mô phỏng các cơ cấu thuộc các hình trên:
Hình 1a:
http://youtu.be/5Wj3y08y4nQ
Hình 1b:
http://youtu.be/F6hr0np0zsY
Hình 2a:
http://youtu.be/XXeFMr5kFl0
Hình 2b:
http://youtu.be/Gge11gvnM08
Hình 2c:
http://youtu.be/EocIZWlEAsY
Hình 2d:
http://youtu.be/yQLhCzcUexM
Hình 3a:
http://youtu.be/hDWFOLADxsU
Hình 3b:
http://youtu.be/JA9lKOEsCV4
Hình 3c:
http://youtu.be/nOLV6L-3fsU
Hình 3d:
http://youtu.be/nW1XrnThuRs
Hình 4a:
http://youtu.be/X9pqNhfv5fo
Hình 4b:
http://youtu.be/L5oN9EiksOA
Hình 4c:
http://youtu.be/nGMOC7STi5E
Hình 4d:
http://youtu.be/yW8RGxV8xTU
Hình 5a:
http://youtu.be/N37KHV8CD6M
Hình 5b:
http://youtu.be/649flFhwUHE
Hình 5c:
http://youtu.be/kz2vm9FCtjY
Hình 5d:
http://youtu.be/lo1c0V4GO-I
Hình 6a:
http://youtu.be/h1l82ose0w4
Hình 6b:
http://youtu.be/U7WEXjV0t0A
Hình 6c:
http://youtu.be/mEx2qzJH37c
