Tại sao số răng của bánh răng không thể ít hơn 17? Điều gì xảy ra nếu số răng ít hơn?
- Ngày 4 tháng 5 năm 2023
Từ đồng hồ đến tua bin hơi nước, các loại bánh răng với nhiều kích cỡ, lớn nhỏ khác nhau được sử dụng rộng rãi trong nhiều sản phẩm như các bộ phận cơ khí để truyền lực. Người ta nói rằng quy mô thị trường bánh răng và các bộ phận bánh răng trên thế giới đã đạt một nghìn tỷ nhân dân tệ, và dự đoán rằng nó sẽ tiếp tục phát triển nhanh chóng trong tương lai cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp.
Bánh răng là một loại phụ tùng được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống, dù là hàng không, vận tải hàng hóa, ô tô, v.v. Tuy nhiên, khi thiết kế và gia công bánh răng, số lượng răng cần phải được xác định. Một số người nói rằng nếu ít hơn 17 răng thì nó không thể quay được, bạn có biết tại sao không?
Vậy tại sao lại là 17? Thay vì những con số khác? Về con số 17, điều này bắt đầu từ phương pháp gia công bánh răng, như hình dưới đây, một phương pháp được sử dụng rộng rãi là dùng dao phay để cắt.
Khi sản xuất bánh răng theo cách này, nếu số răng ít, hiện tượng khoét lõm sẽ xảy ra, ảnh hưởng đến độ bền của bánh răng thành phẩm. Khoét lõm nghĩa là phần chân răng đã bị cắt… Hãy chú ý đến ô màu đỏ trong hình:
Vậy khi nào có thể tránh được hiện tượng khoét chân răng? Câu trả lời là (khi hệ số chiều cao đỉnh răng là 1 và góc ép là 20 độ).
Trước hết, lý do các bánh răng có thể quay là do phải hình thành được mối quan hệ truyền động tốt giữa bánh răng trên và bánh răng dưới. Chỉ khi có sự kết nối giữa hai bánh răng này, hoạt động của chúng mới ổn định. Lấy bánh răng trụ làm ví dụ, hai bánh răng chỉ có thể hoạt động đúng chức năng nếu chúng ăn khớp tốt. Cụ thể, chúng được chia thành hai loại: bánh răng trụ thẳng và bánh răng trụ xoắn.
Đối với một bánh răng trụ thẳng tiêu chuẩn, hệ số chiều cao đỉnh răng là 1, hệ số chiều cao gót răng là 1,25, và góc ép phải đạt 20 độ. Khi gia công bánh răng, nếu chân răng và dụng cụ giống như hai bánh răng giống nhau.
Nếu số răng của phôi ít hơn một giá trị nhất định, một phần chân răng sẽ bị khoét, hiện tượng này được gọi là khoét chân răng. Nếu phần bị khoét nhỏ, nó sẽ ảnh hưởng đến độ bền và độ ổn định của bánh răng. 17 con số được đề cập ở đây là dành cho bánh răng. Nếu không xét đến hiệu suất hoạt động của bánh răng, thì nó sẽ hoạt động bất kể có bao nhiêu răng.
Ngoài ra, 17 là số nguyên tố, có nghĩa là số lần ăn khớp giữa một răng nhất định của bánh răng và các bánh răng khác là ít nhất ở một số vòng quay nhất định, và nó sẽ không giữ nguyên ở điểm này trong thời gian dài khi có lực tác dụng. Bánh răng là dụng cụ chính xác. Mặc dù sẽ có sai số trên mỗi bánh răng, nhưng xác suất mòn trục bánh răng ở 17 răng là quá cao, vì vậy nếu là 17 răng, nó có thể hoạt động tốt trong thời gian ngắn, nhưng sẽ không hoạt động tốt trong thời gian dài.
Nhưng vấn đề nằm ở đây! Vẫn còn nhiều bánh răng có ít hơn 17 răng trên thị trường, nhưng chúng vẫn quay tốt, có hình ảnh và sự thật!
Một số cư dân mạng chỉ ra rằng, trên thực tế, nếu thay đổi phương pháp gia công, hoàn toàn có thể chế tạo bánh răng trụ xoắn ốc tiêu chuẩn với ít hơn 17 răng. Tất nhiên, loại bánh răng này cũng dễ bị kẹt (do hiện tượng ăn khớp bánh răng, tôi không tìm được hình ảnh minh họa, xin hãy tự suy luận), nên thực sự không thể quay được. Cũng có nhiều giải pháp tương ứng, và bánh răng dịch chuyển là giải pháp được sử dụng phổ biến nhất (nói một cách dễ hiểu, đó là di chuyển dụng cụ ra xa khi cắt), ngoài ra còn có bánh răng xoắn ốc, bánh răng cycloidal, v.v. Rồi còn có bánh răng pancycloid.
Một quan điểm khác của cư dân mạng: Mọi người dường như quá tin vào sách vở. Tôi không biết có bao nhiêu người đã nghiên cứu kỹ về bánh răng trong thực tế. Trong các bài học về nguyên lý cơ học, không hề đề cập đến nguyên nhân gốc rễ của bánh răng trụ xoắn ốc có nhiều hơn 17 răng. Việc xác định góc cắt dựa trên thực tế là góc bo tròn R ở mặt trước của dụng cụ cắt bánh răng bằng 0, nhưng trên thực tế, làm thế nào các dụng cụ trong sản xuất công nghiệp lại không có góc R? (Nếu không có xử lý nhiệt góc R, phần sắc bén dễ bị tập trung ứng suất và dễ bị mài mòn hoặc nứt trong quá trình sử dụng) và ngay cả khi dụng cụ không có phần lõm góc R, số răng tối đa cũng có thể không phải là 17 răng, vì vậy 17 răng được sử dụng làm điều kiện lõm. Trên thực tế, điều này vẫn còn gây tranh cãi! Hãy xem các hình ảnh trên.
Từ hình vẽ có thể thấy rằng khi gia công bánh răng bằng dụng cụ có góc nghiêng R bằng 0 ở đỉnh mặt trước, đường cong chuyển tiếp từ răng thứ 15 đến răng thứ 18 không thay đổi đáng kể, vậy tại sao lại nói rằng răng thứ 17 bắt đầu bằng một răng thẳng hình đường cong thân khai? Còn số răng bị cắt xén thì sao?
Bức tranh này chắc hẳn được vẽ bởi các sinh viên chuyên ngành kỹ thuật cơ khí dưới sự hướng dẫn của Fan Chengyi. Bạn có thể thấy ảnh hưởng của góc R của dụng cụ đến độ lõm của bánh răng.
Đường cong đều của đường epicycloid mở rộng màu tím ở phần chân răng trong hình trên là biên dạng răng sau khi cắt chân răng. Phần chân răng của bánh răng sẽ bị cắt bớt đến mức nào để ảnh hưởng đến việc sử dụng? Điều này được xác định bởi chuyển động tương đối của đỉnh răng của bánh răng kia và khả năng chịu lực của chân răng của bánh răng. Nếu đỉnh răng của bánh răng ăn khớp không khớp với phần bị cắt bớt, hai bánh răng có thể quay bình thường (Lưu ý: Phần bị cắt bớt là biên dạng răng không phải dạng đường cong thân khai, và sự ăn khớp giữa biên dạng răng thân khai và biên dạng răng không phải dạng đường cong thân khai thường không xảy ra trong trường hợp thiết kế không xác định, tức là gây cản trở).
Từ hình ảnh này, có thể thấy rằng đường ăn khớp của hai bánh răng vừa chạm vào đường tròn có đường kính lớn nhất đối diện với đường cong chuyển tiếp của hai bánh răng (Lưu ý: phần màu tím là biên dạng răng hình học, phần màu vàng là phần lõm, đường ăn khớp không thể đi vào bên dưới đường tròn cơ sở, vì không có đường cong hình học nào bên dưới đường tròn cơ sở, và các điểm ăn khớp của hai bánh răng ở bất kỳ vị trí nào đều nằm trên đường này), tức là, hai bánh răng có thể ăn khớp bình thường, tất nhiên điều này không được phép trong kỹ thuật, chiều dài đường ăn khớp là 142,2, giá trị này/tiết diện cơ sở = mức độ trùng khớp.
Từ hình này, có thể thấy rằng đường ăn khớp của hai bánh răng vừa chạm vào đường tròn có đường kính lớn nhất đối diện với đường cong chuyển tiếp của hai bánh răng (Lưu ý: phần màu tím là biên dạng răng hình học, phần màu vàng là phần lõm, đường ăn khớp không thể đi vào bên dưới đường tròn cơ sở, vì không có đường cong hình học nào bên dưới đường tròn cơ sở, và các điểm ăn khớp của hai bánh răng ở bất kỳ vị trí nào đều nằm trên đường này), tức là, hai bánh răng có thể ăn khớp bình thường, tất nhiên điều này không được phép trong kỹ thuật, chiều dài đường ăn khớp là 142,2, giá trị này/tiết diện cơ sở = mức độ trùng khớp.
Một số người khác nói: Trước hết, cách đặt câu hỏi này sai. Bánh răng có ít hơn 17 răng sẽ không ảnh hưởng đến việc sử dụng (mô tả điểm này trong câu trả lời đầu tiên là sai, và ba điều kiện để bánh răng ăn khớp đúng không liên quan đến số răng), nhưng 17 răng trong một số trường hợp cụ thể sẽ gây bất tiện khi gia công, ở đây bổ sung thêm một số kiến thức về bánh răng.
Trước tiên, hãy nói về đường cong thân khai, đường cong thân khai là loại biên dạng răng bánh răng được sử dụng rộng rãi nhất. Vậy tại sao lại là đường cong thân khai? Sự khác biệt giữa đường này với đường thẳng và đường cong cung là gì? Như hình dưới đây, đó là một đường cong thân khai (ở đây chỉ có nửa răng thân khai).
Nói một cách ngắn gọn, đường cong bao hình học (involute) giả sử một đường thẳng và một điểm cố định nằm trên đường thẳng đó. Khi đường thẳng này lăn dọc theo một đường tròn, quỹ đạo của điểm cố định đó sẽ trùng khớp. Lợi ích của nó thể hiện rõ khi hai đường cong bao hình học ăn khớp với nhau, như hình minh họa bên dưới.
Khi hai bánh răng quay, hướng tác dụng của lực tại điểm tiếp xúc (như M, M’) luôn nằm trên cùng một đường thẳng, và đường thẳng này vuông góc với hai bề mặt tiếp xúc hình đường cong thân khai (mặt phẳng tiếp tuyến). Do tính thẳng đứng, sẽ không có hiện tượng “trượt” và “ma sát” giữa chúng, điều này làm giảm lực ma sát khi ăn khớp bánh răng, không chỉ cải thiện hiệu suất mà còn kéo dài tuổi thọ của bánh răng.
Tất nhiên, vì hình dạng răng thân khai là dạng được sử dụng rộng rãi nhất, nên đây không phải là lựa chọn duy nhất của chúng ta. Ngoài phương pháp “cắt rãnh”, với tư cách là kỹ sư, chúng ta không chỉ cần xem xét liệu nó có khả thi về mặt lý thuyết và hiệu quả có tốt hay không, mà quan trọng hơn, chúng ta phải tìm cách biến những điều lý thuyết thành hiện thực, điều này liên quan đến việc lựa chọn vật liệu, sản xuất, độ chính xác, thử nghiệm, v.v.
Các phương pháp gia công bánh răng thường được sử dụng nhìn chung được chia thành phương pháp tạo hình và phương pháp tạo hình bằng quạt. Phương pháp tạo hình là cắt trực tiếp hình dạng răng bằng cách chế tạo dụng cụ tương ứng với hình dạng khe hở giữa các răng. Điều này thường bao gồm dao phay, đá mài hình bướm, v.v.; Phương pháp tạo hình bằng quạt phức tạp hơn, bạn có thể hiểu là hai bánh răng ăn khớp với nhau, một bánh răng rất cứng (như dao), và bánh răng kia vẫn ở trạng thái thô. Quá trình ăn khớp diễn ra dần dần từ khoảng cách xa đến trạng thái ăn khớp bình thường. Trong quá trình này, các bánh răng mới được tạo ra bằng cách cắt gọt ở mức độ trung bình. Nếu bạn quan tâm, bạn có thể tìm hiểu chi tiết hơn trong sách “Nguyên lý Cơ học”.
Phương pháp Fancheng được sử dụng rộng rãi, nhưng khi số răng ít, điểm giao nhau của đường đỉnh răng dao và đường ăn khớp sẽ vượt quá điểm giới hạn ăn khớp của bánh răng được cắt, và chân răng của bánh răng cần gia công sẽ bị cắt quá mức. Do phần bị cắt vượt quá điểm giới hạn ăn khớp, nên nó không ảnh hưởng đến sự ăn khớp bình thường của các bánh răng, nhưng nhược điểm là nó làm suy yếu độ bền của răng. Khi các bánh răng như vậy được sử dụng trong các trường hợp tải nặng như hộp số, rất dễ làm gãy răng bánh răng. Hình ảnh cho thấy mô hình bánh răng 8 răng được gia công bằng hai khuôn sau khi gia công bình thường (có phần bị cắt).
Và 17 là số răng tối đa được tính theo tiêu chuẩn bánh răng của nước ta. Bánh răng có số răng nhỏ hơn 17 sẽ xuất hiện hiện tượng “cắt xén” khi gia công bằng phương pháp Fancheng thông thường. Lúc này, cần phải điều chỉnh phương pháp gia công, ví dụ như dịch chuyển, như hình vẽ bánh răng 8 răng gia công bằng khuôn 2 để chia độ (cắt xén nhỏ).
Dĩ nhiên, nhiều nội dung được mô tả ở đây không phải là toàn diện. Có nhiều bộ phận thú vị hơn trong máy móc, và có nhiều vấn đề hơn trong việc chế tạo các bộ phận này trong kỹ thuật. Độc giả quan tâm có thể muốn tìm hiểu thêm.
Kết luận: Số răng 17 xuất phát từ phương pháp gia công, và nó cũng phụ thuộc vào phương pháp gia công. Nếu phương pháp gia công bánh răng được thay thế hoặc cải tiến, chẳng hạn như phương pháp tạo hình và gia công dịch chuyển (ở đây cụ thể đề cập đến bánh răng trụ), hiện tượng lõm răng sẽ không xảy ra, và không có vấn đề gì với số răng giới hạn 17.
Tư vấn giải pháp máy nén khí cho bạn
Với các sản phẩm chuyên nghiệp, giải pháp khí nén tiết kiệm năng lượng và đáng tin cậy, cùng mạng lưới phân phối hoàn chỉnh và dịch vụ giá trị gia tăng lâu dài, chúng tôi đã giành được sự tin tưởng và hài lòng của khách hàng trên toàn thế giới.
Thông tin liên hệ
- Địa chỉ: Số 8 Ngõ 180 Hoàng Quốc Việt-Phường Nghĩa Tân-Quận Cầu Giấy- Thành phố Hà Nội
- Hotline: 0979456567
- Email: khanh@qsgroup.vn
© Copyright 2026 mikovs.com.vn. All Rights Reserved.