Số răng của bánh răng có thể ít hơn 17 không?

Bánh răng là loại linh kiện được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày, dù đó là ngành hàng không, tàu hàng, ô tô, v.v. Tuy nhiên, khi thiết kế và chế tạo bánh răng, có những yêu cầu về số lượng răng. Một số người cho rằng các bánh răng có ít hơn 17 răng không thể quay, trong khi những người khác chỉ ra rằng có nhiều bánh răng có ít hơn 17 răng vẫn hoạt động bình thường. Thực tế, cả hai nhận định này đều đúng. Bạn có biết tại sao không?

Tại sao số lượng răng lại là 17?

Tại sao lại là 17 chứ không phải số khác? Còn về số 17, điều này liên quan đến phương pháp chế tạo bánh răng. Như hình dưới đây minh họa, một phương pháp được sử dụng rộng rãi là dùng dao phay để cắt.

Khi số lượng răng nhỏ, hiện tượng gọi là cắt dư xảy ra, điều này ảnh hưởng đến độ bền của bánh răng được chế tạo. Cắt dư là gì? Nó có nghĩa là phần chân răng bị cắt. Hãy chú ý đến khung đỏ trong hình:

Khi điểm giao giữa đầu răng của bánh răng và đường trung tâm vượt quá điểm ăn khớp giới hạn của bánh răng đang được cắt, một phần profile đường xoắn tại chân răng của bánh răng sẽ bị loại bỏ. Hiện tượng này được gọi là cắt dư.

Vậy, trong những trường hợp nào có thể tránh được cắt dư? Câu trả lời nằm ở con số 17, tương ứng với hệ số chiều cao đầu răng là 1 và góc ép là 20 độ. Trước tiên, các bánh răng có thể quay vì bánh răng trên và dưới cần phải tạo thành một mối quan hệ truyền động tốt. Chỉ khi kết nối giữa hai bánh răng được đảm bảo thì hoạt động của chúng mới có mối quan hệ ổn định. Ví dụ điển hình là bánh răng đường xoắn, sự ăn khớp tốt giữa hai bánh răng có thể phát huy tác dụng của nó, điều này được chia thành hai loại: bánh răng trụ răng thẳng và bánh răng trụ răng helix. Bánh răng thẳng chuẩn có hệ số chiều cao đầu răng là 1, hệ số chiều cao chân răng là 1,25 và góc ép là 20 độ Khi gia công bánh răng, nếu bánh răng thô và dụng cụ giống như hai bánh răng. Nếu số răng của bánh răng thô nhỏ hơn một giá trị cụ thể, phần gốc của răng sẽ bị đào ra, điều này được gọi là hiện tượng cắt xén (undercutting). Nếu hiện tượng cắt xén quá nhỏ, nó sẽ ảnh hưởng đến độ bền và sự ổn định của bánh răng. Con số 17 được nhắc đến ở đây là dành cho bánh răng. Nếu chúng ta không nói về hiệu suất làm việc của bánh răng, bất kể nó có bao nhiêu răng, nó vẫn hoạt động và có thể vận hành được. Ngoài ra, 17 là một số nguyên tố, điều này có nghĩa là khả năng trùng hợp giữa một răng bánh răng và một răng bánh răng khác trong một số vòng nhất định là tối thiểu, và lực sẽ không tác động vào cùng một điểm trong thời gian dài. Bánh răng là dụng cụ chính xác, mặc dù mỗi bánh răng có thể có sai số, nhưng cơ hội mòn trục do số 17 thực sự là quá lớn, vì vậy nếu là 17, nó có thể di chuyển trong thời gian ngắn, nhưng không thể hoạt động lâu dài. Tuy nhiên, vấn đề đã nảy sinh! Vẫn còn rất nhiều bánh răng trên thị trường có ít hơn 17 răng và chúng vẫn hoạt động tốt, như được chứng minh bởi các bức ảnh.

Tuy nhiên, một số cư dân mạng đã chỉ ra rằng, thực tế bằng cách thay đổi phương pháp chế tạo, có thể sản xuất ra các bánh răng chuẩn với ít hơn 17 răng. Tất nhiên, các loại bánh răng này cũng dễ bị kẹt (do sự can thiệp của bánh răng, không tìm thấy hình ảnh, xin vui lòng tưởng tượng), và trong trường hợp này, nó thực sự không thể di chuyển. Cũng có nhiều giải pháp tương ứng, trong đó bánh răng lệch tâm là phổ biến nhất (nói một cách thô lỗ, là dịch công cụ một chút khi cắt), ngoài ra còn có bánh răng xoắn, bánh răng cycloid, v.v. Còn có bánh răng cycloid phổ quát.

Quan điểm của một cư dân mạng khác: Dường như mọi người vẫn tin vào sách vở quá nhiều, và tôi không biết có bao nhiêu người đã nghiên cứu kỹ lưỡng về bánh răng trong công việc của họ. Việc suy diễn rằng số răng bánh răng lớn hơn 17 trong khóa học nguyên lý cơ khí để tránh hiện tượng cắt xén là dựa trên điều kiện góc R ở phần trước của dụng cụ cắt bánh răng bằng 0. Trên thực tế, làm sao các công cụ trong sản xuất công nghiệp lại không có góc R? (Không có góc R, công cụ sẽ sắc và tập trung ứng suất, dễ nứt khi xử lý nhiệt, và dễ mòn hoặc nứt khi sử dụng). Và ngay cả khi công cụ không có góc R, số lượng răng tối đa mà hiện tượng cắt xén xảy ra cũng không chắc chắn là 17 răng, vì vậy khẳng định rằng 17 răng là điều kiện cho hiện tượng cắt xén thực tế còn đáng bàn! Hãy cùng xem vài bức ảnh.

Từ hình vẽ, có thể thấy rằng khi sử dụng công cụ với góc R ở phần đỉnh của mặt trước dao cạo là 0 để gia công bánh răng, không có sự thay đổi rõ ràng trong đường cong chuyển tiếp của chân răng từ 15 răng đến 18 răng. Vậy tại sao 17 răng lại là số răng mà tại đó các răng thẳng theo đường xoắn bắt đầu bị cắt xéo?

Tôi nghĩ hình vẽ này, minh họa khái niệm, nên quen thuộc với sinh viên kỹ thuật cơ khí đã sử dụng máy sinh bánh răng. Có thể thấy rằng kích thước góc R của công cụ ảnh hưởng đến hiện tượng cắt xéo của bánh răng.

Đường cong epitrochoid màu tím mở rộng ở phần chân răng trong hình là đường nét profile răng sau khi phần chân răng bị cắt vào. Mức độ ảnh hưởng của việc cắt vào chân răng đối với bánh răng là gì? Điều này được xác định bởi chuyển động tương đối của đầu răng bánh răng kia và khả năng dự trữ sức mạnh của chân răng. Nếu đầu răng của bánh răng ăn khớp không tiếp xúc với phần bị cắt vào, thì hai bánh răng này có thể quay bình thường (Lưu ý: Phần bị cắt vào là profile răng không theo đường xoắn ốc. Việc ăn khớp giữa một profile răng không theo đường xoắn ốc và một profile răng theo đường xoắn ốc dưới điều kiện thiết kế không đặc biệt thường không liên hợp, nghĩa là nó sẽ gây nhiễu).

Từ hình ảnh này, có thể thấy rằng đường ăn khớp của hai bánh răng này chỉ刚刚 chạm vào đường tròn đường kính lớn nhất tương ứng với đường cong chuyển tiếp của hai bánh răng (Lưu ý: Phần tím là profile răng theo đường xoắn, phần vàng là phần bị undercut, và đường ăn khớp không được đi xuống dưới đường tròn gốc vì không có đường xoắn dưới đường tròn gốc. Điểm ăn khớp của hai bánh răng ở bất kỳ vị trí nào đều nằm trên đường này), nghĩa là hai bánh răng này có thể ăn khớp bình thường vừa đủ. Tất nhiên, điều này không được phép trong kỹ thuật, chiều dài của đường ăn khớp là 142,2, và giá trị này \/ bước cơ sở = tỷ số trùng hợp.

Một số người cũng nói rằng: Trước hết, tiền đề của câu hỏi này là sai. Số lượng răng ít hơn 17 sẽ không ảnh hưởng đến việc sử dụng (mô tả điểm này trong câu trả lời đầu tiên là sai, ba điều kiện để khớp răng đúng cách không liên quan đến số lượng răng), nhưng 17 răng có thể gây ra một số bất tiện trong quá trình gia công trong một số hoàn cảnh cụ thể nhất định. Dưới đây là thêm một số kiến thức bổ sung về bánh răng.

Trước tiên, hãy nói về đường cong thang dây. Đường cong thang dây là loại hình dạng răng được sử dụng rộng rãi nhất cho bánh răng. Vậy tại sao nó lại là một đường cong thang dây? Sự khác biệt giữa đường thẳng này và một đường thẳng, cung tròn là gì? Như hình dưới đây, đó là một nửa đường cong thang dây của một răng.

Đường cong thang dây có thể được mô tả trong một câu là quỹ đạo của một điểm cố định trên một đường thẳng khi đường thẳng cuộn dọc theo một đường tròn. Ưu điểm của nó là rõ ràng. Khi hai đường cong thang dây khớp vào nhau, như hình dưới đây.

Khi hai bánh răng quay, tại điểm tiếp xúc (chẳng hạn như M, M'), hướng của lực luôn nằm trên cùng một đường thẳng, và đường thẳng này vuông góc với bề mặt tiếp xúc (phần cắt) của hai hình dạng theo đường xoắn ốc. Vì nó vuông góc, sẽ không có hiện tượng "trượt" và "ma sát" giữa chúng, điều này khách quan làm giảm ma sát trong quá trình ăn khớp của bánh răng, không chỉ nâng cao hiệu quả mà còn kéo dài tuổi thọ của bánh răng.

Tất nhiên, với loại hình răng được sử dụng rộng rãi nhất - đường cong theo đường xoắn ốc, đó không phải là lựa chọn duy nhất của chúng ta.

Hãy nói thêm về "cắt xén". Là kỹ sư, chúng ta không chỉ cần cân nhắc việc liệu nó có khả thi trên lý thuyết hay không và liệu hiệu quả có tốt hay không, mà quan trọng hơn, chúng ta cần tìm cách để thực hiện các vấn đề lý thuyết, điều này liên quan đến việc chọn vật liệu, sản xuất, độ chính xác, kiểm tra và các khâu khác.

Các phương pháp gia công phổ biến cho bánh răng thường được chia thành phương pháp tạo hình và phương pháp sinh thành. Phương pháp tạo hình là cắt trực tiếp hình dạng răng bằng dụng cụ tương ứng với hình dạng khe hở giữa các răng. Thông thường bao gồm dao phay, đá mài cánh bướm, v.v.; phương pháp sinh thành phức tạp hơn, có thể hiểu là hai bánh răng ăn khớp vào nhau, một bánh răng rất cứng (dụng cụ) và cái kia vẫn đang ở trạng thái phôi. Quá trình ăn khớp là từ trạng thái xa nhau dần dần chuyển sang trạng thái ăn khớp bình thường, trong đó bánh răng mới được cắt. Nếu bạn quan tâm, bạn có thể tìm hiểu "Nguyên lý Cơ khí" để nghiên cứu chi tiết.

Phương pháp tạo hình được sử dụng rộng rãi, nhưng khi bánh răng có ít răng, đường đỉnh của công cụ và đường ăn khớp sẽ vượt quá điểm ăn khớp giới hạn của bánh răng đang được cắt, và vào lúc này, phần chân răng của bánh răng đang được gia công sẽ bị loại bỏ quá mức. Vì phần bị undercut (cắt dư) vượt quá điểm ăn khớp giới hạn, nên nó không ảnh hưởng đến việc ăn khớp bình thường của bánh răng, nhưng nhược điểm là làm giảm độ bền của bánh răng. Những bánh răng như vậy, khi được sử dụng trong các điều kiện tải nặng như hộp số, dễ dẫn đến hiện tượng gãy răng, như hình dưới đây là mô hình của một bánh răng có mô-đun 2 và 8 răng được gia công bình thường (có hiện tượng undercut).

Và 17 là số răng giới hạn được tính toán theo tiêu chuẩn bánh răng của nước ta. Các bánh răng có ít hơn 17 răng sẽ xuất hiện "hiện tượng cắt thiếu" khi được gia công bình thường bằng phương pháp sinh thành, và lúc này cần điều chỉnh phương pháp gia công, chẳng hạn như dịch chuyển, như hình dưới đây là bánh răng có môđun 2, 8 răng được gia công bằng cách dịch chuyển (cắt thiếu nhỏ).

Tất nhiên, nội dung được mô tả ở đây không toàn diện, trong cơ học còn rất nhiều phần thú vị khác. Trong việc sản xuất các chi tiết này trong kỹ thuật cũng gặp nhiều vấn đề hơn. Những ai quan tâm đến bột vàng thì có thể chú ý thêm.

Kết luận: Số lượng răng 17 xuất phát từ phương pháp gia công và cũng phụ thuộc vào phương pháp gia công. Nếu bạn thay đổi hoặc cải tiến phương pháp gia công bánh răng, chẳng hạn như phương pháp tạo hình, gia công dịch chuyển (ở đây cụ thể đề cập đến bánh răng thẳng dạng trụ), sẽ không có hiện tượng cắt thiếu và sẽ không có giới hạn về số lượng răng 17.

Ngoài ra, từ câu hỏi này và các câu trả lời, có thể thấy rằng một đặc điểm của ngành cơ khí là sự kết hợp cao giữa lý thuyết và thực tiễn.

Quan điểm của người dùng mạng: Trước hết, khẳng định rằng các bánh răng có ít hơn 17 răng không thể quay là sai. Hãy briefly giới thiệu cách số 17 được hình thành.

Bánh răng là các bộ phận cơ khí có răng trên viền ngoài, liên tục cắn vào nhau để truyền động và sức mạnh. Các đường cong răng bánh răng bao gồm đường xoắn ốc, đường tròn, v.v., và bánh răng đường xoắn ốc được sử dụng rộng rãi hơn.

Răng bát cong được chia thành răng thẳng trục trụ/răng nghiêng trục trụ, v.v. Đối với bánh răng thẳng trục trụ tiêu chuẩn, hệ số chiều cao đầu răng là 1, hệ số chiều cao chân răng là 1.25 và góc ép là 20°. Việc gia công bánh răng thường sử dụng phương pháp sinh ra, tức là chuyển động của dụng cụ và thân răng trong quá trình gia công giống như một cặp bánh răng đang cắn vào nhau. Đối với việc gia công bánh răng tiêu chuẩn, nếu số răng nhỏ hơn một giá trị cụ thể nhất định, đường cong bát cong ở phần gốc của thân răng sẽ bị cắt đi, điều này được gọi là hiện tượng cắt rãnh, như hình bên dưới bên trái. Hiện tượng cắt rãnh sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ bền của bánh răng và sự mượt mà của quá trình truyền động. Giá trị tối thiểu không xảy ra cắt rãnh này là 2*1/sin(20)^2 (1 là hệ số chiều cao đầu răng, 20 là góc ép).

Số răng 17 ở đây là dành cho bánh răng trụ thẳng tiêu chuẩn. Chúng ta có nhiều cách để tránh hiện tượng cắt xén, chẳng hạn như dịch chuyển bánh răng, tức là di chuyển công cụ xa hơn hoặc gần hơn so với tâm quay của phôi răng. Ở đây, để tránh cắt xén, cần chọn di chuyển ra khỏi tâm quay của đường viền, như hình bên dưới bên phải, và đường cong thang số hoàn chỉnh xuất hiện lại.

Sau khi dịch chuyển bánh răng, bánh răng có thể quay mà không bị ảnh hưởng. Như đã trình bày ở trên, bằng cách dịch chuyển thích hợp, một bánh răng có 5 răng cũng có thể quay được. Trên thực tế, bánh răng xoắn cũng có thể tránh được hiện tượng cắt xén hoặc giảm số lượng tối thiểu các răng nơi xảy ra cắt xén.

T số 17 được tính toán. Không phải là các bánh răng có ít hơn 17 răng không thể quay, nhưng nếu có ít hơn 17 răng, rất dễ cắt mất một phần đường cong involute ở gốc bánh răng trong quá trình gia công bánh răng, tức là hiện tượng undercutting, làm suy yếu độ bền của bánh răng. Về cách tính toán, đó hoàn toàn là một vấn đề toán học, tham khảo công thức trên, với góc cắn a=20 độ, số răng tối thiểu không xảy ra undercutting là 17.

Quan điểm của cư dân mạng: Việc số răng bánh có thể ít hơn 17 hay không là một câu hỏi đáng suy nghĩ. Đối với bánh răng chuẩn, số răng thực sự không thể ít hơn 17. Tại sao? Vì khi số răng ít hơn 17, bánh răng sẽ xuất hiện hiện tượng undercutting.

Sự cắt quá, còn gọi là hiện tượng undercutting, đề cập đến tình trạng đường viền đầu răng của dụng cụ cắt quá sâu vào phần chân răng của bánh răng trong một số điều kiện nhất định khi thực hiện gia công bánh răng bằng phương pháp sinh thành, và một phần của đường cong involute tại chân răng bị cắt đi.

Phương pháp sinh thành

Phương pháp sinh thành (còn được gọi là phương pháp phát triển) là một kỹ thuật chế tạo bánh răng sử dụng nguyên lý bao络 từ hình học. Sau khi các đường廓 răng theo đường xoắn và tốc độ góc w1 của bánh răng chủ động được cho, tốc độ góc w2 của bánh răng bị động có thể được xác định thông qua việc cắn khớp giữa hai đường廓 răng, và tỷ số truyền i12 = w1/w2 là một giá trị không đổi. Điều này là do trong quá trình cắn khớp của hai đường廓 răng, hai đường tròn cơ sở thực hiện chuyển động lăn thuần túy. Khi đường tròn cơ sở 1 lăn thuần túy trên đường tròn cơ sở 2, đường廓 răng của bánh răng 1 sẽ chiếm một loạt các vị trí tương đối so với bánh răng 2, và bao络 của các vị trí tương đối này chính là đường廓 răng của bánh răng 2. Nói cách khác, trong quá trình lăn thuần túy của hai đường tròn cơ sở, hai đường廓 răng theo đường xoắn có thể được coi là bao络 của nhau.

Hiện tượng cắt thiếu

Nguyên nhân của hiện tượng cắt thiếu: Khi điểm giao giữa đường viền đầu răng của công cụ và đường ăn khớp vượt quá điểm giới hạn ăn khớp N1, và công cụ tiếp tục di chuyển từ vị trí Ⅱ, nó sẽ cắt đi một phần hình dạng răng theo đường xoắn đã được gia công ở phần chân răng.

Hậu quả của hiện tượng cắt thiếu: Một bánh răng bị cắt thiếu nghiêm trọng, mặt khác làm giảm độ bền uốn của các răng; mặt khác, nó làm giảm mức độ truyền động của bánh răng, điều này rất bất lợi cho quá trình truyền động. Nguyên nhân của hiện tượng cắt thiếu: Khi điểm giao giữa đường viền đầu răng của công cụ và đường ăn khớp vượt quá điểm giới hạn ăn khớp N1, và công cụ tiếp tục di chuyển từ vị trí Ⅱ, nó sẽ cắt đi một phần hình dạng răng theo đường xoắn đã được gia công ở phần chân răng.

Đối với bánh răng không tiêu chuẩn, việc có ít hơn 17 răng là chấp nhận được.

Sau tất cả những điều này, ý kiến của bạn là gì? Hãy tự do để lại bình luận và chia sẻ~