Các loại bánh răng

1. Giới thiệu

Nhiều loại bánh răng là một phần quan trọng của vô số hệ thống cơ khí, được tìm thấy ở khắp mọi nơi từ ô tô đến máy móc công nghiệp và thậm chí cả thiết bị điện tử tiêu dùng hàng ngày.

Chúng hoạt động bằng cách truyền lực quay giữa các bộ phận của máy, cho phép kiểm soát chính xác chuyển động, tốc độ, và mô-men xoắn.

Bánh răng rất cần thiết để máy móc hoạt động trơn tru và hiệu quả, với nhiều loại thiết bị khác nhau phù hợp với các ứng dụng khác nhau.

2. Thiết bị là gì?

Bánh răng là một bộ phận cơ khí có răng ăn khớp với một bộ phận có răng khác, thường là một thiết bị khác, để truyền mô-men xoắn và chuyển động. Bánh răng có thể tăng mô-men xoắn bằng cách hy sinh tốc độ, hoặc họ có thể tăng tốc độ bằng cách giảm mô-men xoắn.

Hiệu quả và chức năng của bánh răng phụ thuộc vào hình dạng của chúng, kích cỡ, vật liệu, và cách chúng tương tác với nhau.

3. Các thông số khác nhau của bánh răng

Hiểu các thông số của bánh răng là rất quan trọng để thiết kế hệ thống bánh răng hiệu quả và đáng tin cậy. Các thông số này ảnh hưởng đến cách ăn khớp của bánh răng, họ có thể xử lý bao nhiêu tải, và hiệu suất tổng thể của chúng trong các ứng dụng khác nhau. Dưới đây là tổng quan về các thông số chính:

1. Số lượng răng

Số răng trên một bánh răng là thông số cơ bản ảnh hưởng đến tỷ số truyền và hiệu suất của nó. Nó xác định khả năng ăn khớp của bánh răng với bánh răng khác và ảnh hưởng đến tốc độ và mô-men xoắn đầu ra.

• Tỷ số truyền: Tỷ lệ giữa số răng trên hai bánh răng ăn khớp quyết định mối quan hệ tốc độ và mô men xoắn.
  Ví dụ, một thiết bị với 20 chia lưới răng với một bánh răng với 40 răng có tỉ số truyền là 1:2, nghĩa là bánh răng lớn hơn sẽ quay với tốc độ bằng một nửa tốc độ của bánh răng nhỏ hơn nhưng với mô men xoắn gấp đôi.

2. Toàn bộ chiều sâu

Toàn bộ độ sâu đề cập đến tổng độ sâu của răng bánh răng, bao gồm cả phụ lục và bản phụ lục. Điều quan trọng là đảm bảo việc chia lưới phù hợp với các bánh răng liền kề.

• Phụ lục: Chiều cao của răng bánh răng phía trên vòng bước.
• Được trao: Độ sâu của răng dưới vòng tròn sân.

Toàn bộ độ sâu là điều cần thiết để xác định độ bền của bánh răng và không gian cần thiết để các răng bánh răng ăn khớp mà không bị cản trở.

3. Vòng tròn sân

Vòng bước là một vòng tròn tưởng tượng lăn không trượt trên vòng bước của bánh răng đối tiếp. Điều quan trọng là đảm bảo cách các bánh răng tương tác và ăn khớp với nhau.

• Đường kính sân: Đường kính của vòng tròn sân. Nó được sử dụng để tính tỷ số truyền và đảm bảo rằng các bánh răng ăn khớp đúng cách.

4. Vòng tròn gốc

Vòng chân răng là vòng tròn đi qua đáy các rãnh của bánh răng. Nó xác định đường kính tối thiểu của bánh răng và rất quan trọng để hiểu được độ bền và độ bền của bánh răng.

• Đường kính gốc: Đường kính của vòng tròn nối chân răng.

5. Vòng tròn bên ngoài

Vòng tròn bên ngoài, hoặc đường kính ngoài, là đường tròn đi qua các đầu bánh răng. Điều cần thiết là xác định kích thước tổng thể và độ hở của thiết bị.

• Đường kính ngoài: Đường kính đo từ đầu răng này đến đầu răng đối diện.

6. Đường kính sân

Đường kính bước là đường kính của vòng tròn bước và là thông số quan trọng để tính tỷ số truyền và đảm bảo ăn khớp thích hợp giữa các bánh răng.

• Công thức: Đường kính sân = Số lượng răng / Đường kính (cho các đơn vị đế quốc) hoặc Đường kính sân = (Số lượng răng * mô-đun) (cho các đơn vị số liệu).

7. Sân tròn

Bước tròn là khoảng cách giữa các điểm tương ứng trên các răng liền kề, đo dọc theo vòng tròn sân. Điều quan trọng là đảm bảo lưới bánh răng thích hợp và căn chỉnh.

• Công thức: Cao độ tròn = π * Đường kính sân / Số lượng răng.

8. mô-đun

Mô-đun là thước đo kích thước của răng, được định nghĩa là tỷ lệ giữa đường kính bước với số răng. Nó được sử dụng trong hệ thống số liệu để chuẩn hóa kích thước bánh răng.

• Công thức: Mô-đun = Đường kính sân / Số lượng răng.

9. Đường kính

Bước đường kính là số răng trên mỗi inch của đường kính bước. Nó được sử dụng trong hệ thống đo lường Anh để chuẩn hóa kích thước bánh răng và là nghịch đảo của mô-đun.

• Công thức: Đường kính bước = Số răng / Đường kính sân.

10. Độ dày tròn

Độ dày hình tròn là độ dày của răng bánh răng được đo dọc theo vòng tròn bước. Nó ảnh hưởng đến độ bền của bánh răng và hiệu quả truyền lực.

• Công thức: Độ dày tròn = Sân tròn / 2.

4. Bánh răng hoạt động như thế nào？

Bánh răng là thiết bị cơ khí, thường là hình tròn, có răng ở các cạnh dùng để truyền lực quay và mômen quay trong máy.

Hoạt động theo cặp, bánh răng ăn khớp với răng để chống trượt. Trong bánh răng tròn, tốc độ quay và mô men xoắn không đổi, trong khi bánh răng không tròn tạo ra tỷ số tốc độ và mô-men xoắn thay đổi.

Để duy trì tốc độ và mô-men xoắn ổn định, việc định hình biên dạng bánh răng chính xác là điều cần thiết. Khi bánh răng nhỏ hơn, hoặc bánh răng, điều khiển hệ thống, nó làm giảm tốc độ và tăng mô-men xoắn.

Ngược lại, nếu bánh răng nằm trên trục dẫn động, tốc độ tăng trong khi mô-men xoắn giảm.

Các trục giữ các bánh răng phải cách đều nhau và có thể bố trí song song, không song song, giao nhau, hoặc cấu hình không giao nhau. Các trục này có chức năng như đòn bẩy để truyền chuyển động quay và năng lượng giữa các bánh răng..

Kết quả chính của hệ thống bánh răng bao gồm:

• Tăng tốc độ: Trong một cặp bánh răng nơi người ta có 40 răng và cái khác 20, bánh răng nhỏ hơn quay nhanh gấp đôi để duy trì sự đồng bộ, dẫn đến tốc độ cao hơn nhưng mô-men xoắn giảm.
• Tăng lực: Bánh răng nhỏ hơn có ít răng hơn làm giảm tốc độ nhưng tăng lực, cần nhiều mô-men xoắn hơn để quay.
• Thay đổi hướng: Khi hai bánh răng ăn khớp, chúng quay theo hướng ngược nhau. Bánh răng chuyên dụng được sử dụng để thay đổi hướng hoặc góc quay hiệu quả.

5. Thiết kế của bánh răng là gì?

Các ứng dụng công nghiệp sử dụng nhiều loại bánh răng, mỗi thiết kế cho mục đích cụ thể. Các đặc điểm chính khác nhau giữa các bánh răng này bao gồm:

• Hình dạng bánh răng
• Thiết kế và cấu hình răng
• Cấu hình trục bánh răng

Hình dạng bánh răng

Bánh răng có thể là hình trụ (thúc đẩy, xoắn ốc) hoặc hình nón (góc xiên) dựa trên ứng dụng của họ. Hình dạng ảnh hưởng đến độ ăn khớp của bánh răng, lượng lực họ có thể xử lý, và chúng tạo ra bao nhiêu tiếng ồn.

Bánh răng thúc đẩy, ví dụ, ồn ào ở tốc độ cao, trong khi bánh răng xoắn ốc mang lại khả năng vận hành êm ái và mượt mà hơn nhờ các răng có góc cạnh.

Thiết kế và cấu hình răng

Bánh răng có thể có cấu hình răng khác nhau, mỗi cái phù hợp cho các nhiệm vụ cụ thể. răng thẳng (bánh răng thúc đẩy) hoạt động tốt vì đơn giản, ứng dụng tốc độ thấp, trong khi răng xoắn ốc hoặc xoắn ốc (xoắn ốc, bánh răng côn) đảm bảo tương tác mượt mà hơn và hiệu quả cao hơn ở tốc độ cao hơn.

Cấu hình trục bánh răng

• Song song: Trong cấu hình song song, các trục được căn chỉnh trên cùng một mặt phẳng, và bánh răng chủ động và bánh răng dẫn động quay ngược chiều nhau. Thiết lập này thường mang lại hiệu quả cao trong việc truyền chuyển động. Ví dụ bao gồm các bánh răng xoắn ốc và hệ thống bánh răng và thanh răng.
• Giao nhau: Đối với cấu hình giao nhau, các trục cắt nhau tại một điểm trong cùng một mặt phẳng, mang lại hiệu quả truyền tải cao tương tự như thiết lập song song. Bánh răng côn là một ví dụ điển hình của loại này.
• Không song song và không giao nhau: Trong các cấu hình mà các trục không song song cũng không giao nhau, có nghĩa là chúng không thẳng hàng và không nằm trên cùng một mặt phẳng, hiệu suất truyền tải có xu hướng thấp hơn. Bánh răng giun là ví dụ điển hình cho loại này.

6. Vật liệu gì được sử dụng trong bánh răng?

Vật liệu được sử dụng để sản xuất bánh răng ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của chúng, độ bền, và sự phù hợp cho các ứng dụng cụ thể. Các vật liệu khác nhau cung cấp mức độ sức mạnh khác nhau, chống mài mòn, và khả năng chống ăn mòn.

Dưới đây là một số vật liệu được sử dụng phổ biến nhất trong sản xuất bánh răng:

Thép cuộn

Thép cuộn được sử dụng phổ biến làm bánh răng do có độ bền và độ dẻo dai cao. Nó được sản xuất bằng thép cán nóng hoặc cán nguội thông qua một loạt con lăn, tinh chỉnh cấu trúc của nó và tăng cường tính chất cơ học của nó.

Bánh răng làm từ thép cuộn thường được sử dụng trong các ứng dụng chịu tải nặng, chẳng hạn như hộp số ô tô và máy móc công nghiệp, trong đó độ bền và khả năng chống va đập là rất quan trọng.

Thép cán nguội

Thép cán nguội trải qua quá trình làm nguội thép sau khi cán, giúp cải thiện sức mạnh và bề mặt hoàn thiện của nó. Quá trình này mang lại độ chính xác về kích thước tốt hơn và độ hoàn thiện mịn hơn so với thép cán nóng.

Bánh răng thép cán nguội thường được sử dụng trong các thiết bị chính xác đòi hỏi dung sai chặt chẽ, chẳng hạn như đồng hồ và các dụng cụ tốt, cũng như các ứng dụng ô tô và công nghiệp.

Hợp kim thép công cụ

Hợp kim thép công cụ được biết đến với độ cứng, chống mài mòn, và khả năng chịu được nhiệt độ cao. Chúng rất lý tưởng để chế tạo các bánh răng chịu tải trọng và tác động cực lớn.

Những hợp kim này thường chứa hàm lượng cacbon cao, crom, và các nguyên tố khác như vanadi hoặc vonfram, giúp tăng cường sức mạnh và độ bền của chúng. Bánh răng thép công cụ được sử dụng trong các ứng dụng như dụng cụ cắt và máy móc công nghiệp.

Hợp kim sắt

Hợp kim sắt, bao gồm gang và sắt dẻo, được sử dụng rộng rãi trong chế tạo bánh răng. Bánh răng gang có khả năng chống mài mòn tốt, giảm chấn rung, và khả năng gia công, làm cho chúng phù hợp với quy mô lớn, bánh răng tốc độ thấp được sử dụng trong các ứng dụng như hệ thống băng tải và máy móc hạng nặng.

Gang dẻo có độ dẻo dai tốt hơn gang, cung cấp sự cân bằng giữa sức mạnh và khả năng chống sốc.

thép không gỉ

Thép không gỉ được ưa chuộng cho các bánh răng yêu cầu khả năng chống ăn mòn và độ bền cao. Nó chứa crom, tạo thành lớp oxit bảo vệ trên bề mặt, ngăn ngừa rỉ sét và ăn mòn.

Bánh răng inox thường được sử dụng trong các thiết bị chế biến thực phẩm, ứng dụng hàng hải, và môi trường có độ ẩm hoặc hóa chất.

Hợp kim đồng

Hợp kim đồng, chẳng hạn như đồng thau và đồng, được sử dụng trong các bánh răng có độ ma sát thấp, chống ăn mòn, và dễ gia công là điều cần thiết.

Những bánh răng này thường được tìm thấy trong các ứng dụng yêu cầu vận hành êm hơn và ít mài mòn hơn., chẳng hạn như bánh răng sâu, vòng bi, và ống lót.

Hợp kim đồng cũng có giá trị vì tính dẫn điện của chúng, làm cho chúng phù hợp với một số thiết bị điện chuyên dụng.

Hợp kim nhôm

Hợp kim nhôm nhẹ và chống ăn mòn, làm cho chúng phù hợp với các bánh răng được sử dụng ở mức tải thấp, ứng dụng tốc độ cao.

Bánh răng làm từ nhôm thường thấy trong ngành hàng không vũ trụ, người máy, và ngành công nghiệp ô tô, trong đó việc giảm cân là ưu tiên hàng đầu.

Dù không bền bằng thép, hợp kim nhôm có thể được xử lý hoặc phủ để tăng cường độ bền và khả năng chống mài mòn.

Bánh răng nhựa

Bánh răng nhựa rất nhẹ, chống ăn mòn, và cung cấp mịn màng, hoạt động yên tĩnh.

Thường được làm từ vật liệu như nylon, axetan, hoặc polycarbonate, bánh răng nhựa thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ ồn thấp và độ ma sát thấp, chẳng hạn như máy in, thiết bị gia dụng, và máy nhỏ.

Mặc dù chúng không thể chịu được tải trọng lớn như bánh răng kim loại, bánh răng nhựa là lý tưởng cho năng lượng thấp, giải pháp tiết kiệm chi phí.

7. Các loại bánh răng

Bánh răng được phân loại theo hình dạng răng, cấu hình trục, và mục đích cụ thể. Hiểu biết về các loại bánh răng khác nhau là điều cần thiết để lựa chọn loại bánh răng phù hợp nhằm đảm bảo truyền lực hiệu quả trong thiết kế cơ khí..

Dựa trên hình dạng răng

1. Bánh răng thúc đẩy

• • Bánh răng thúc đẩy bên ngoài: Loại bánh răng phổ biến nhất, có răng thẳng song song với trục bánh răng. Những bánh răng này được sử dụng để truyền lực giữa các trục song song và được biết đến vì tính hiệu quả và đơn giản của chúng..
  • Bánh răng thúc đẩy bên trong: Tương tự với bánh răng trụ ngoài, răng được cắt trên bề mặt bên trong của vòng bánh răng. Chúng được sử dụng trong các ứng dụng cần tiết kiệm không gian, chẳng hạn như hệ thống bánh răng hành tinh.

2. bánh răng xoắn ốc

• • xoắn ốc đơn: Những bánh răng này có răng góc cạnh, mang lại khả năng vận hành êm ái và êm ái hơn so với bánh răng thúc đẩy. Góc của răng cho phép ăn khớp dần dần, giảm tiếng ồn và căng thẳng trong quá trình hoạt động.
  • xoắn ốc đôi: Còn được gọi là bánh răng xương cá, chúng có hai bộ răng xoắn ngược nhau. Thiết kế loại bỏ lực đẩy dọc trục, làm cho chúng phù hợp với máy móc hạng nặng có tải trọng cao.
  • Bánh răng trục vít: Tương tự với bánh răng xoắn ốc, chúng được sử dụng trong các ứng dụng cần trục không song song. Chúng được thiết kế để truyền mô-men xoắn giữa hai trục không giao nhau.

3. Bánh răng côn

• • Bánh răng thẳng: Bánh răng côn có răng thẳng dùng để truyền chuyển động giữa các trục giao nhau, thường ở góc 90 độ. Chúng hoạt động hiệu quả nhưng có thể gây ồn khi tải.
  • Bánh răng xoắn ốc: Chúng có răng cong, mang lại khả năng vận hành êm ái hơn và khả năng chịu tải cao hơn so với bánh răng côn thẳng. Chúng lý tưởng cho các ứng dụng tốc độ cao.
  • Bánh răng cắt góc: Là loại bánh răng côn có tỷ số truyền bằng 1:1, thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu tốc độ bằng nhau nhưng thay đổi hướng.
  • Bánh răng hypoit: Những bánh răng này có trục lệch, cho phép truyền mô-men xoắn cao hơn và vận hành êm hơn. Chúng thường được tìm thấy trong bộ vi sai ô tô.
  • Bánh răng Zerol: Sự kết hợp giữa bánh răng côn thẳng và xoắn ốc, đưa ra sự thỏa hiệp giữa hoạt động trơn tru và dễ dàng sản xuất.
  • Bánh răng côn vương miện: Bánh răng côn có các răng vuông góc với mặt bánh răng, cung cấp cấu hình góc độc đáo.

4. Bánh răng xương cá
   Bánh răng xương cá có dạng răng hình chữ “V” và được biết đến với khả năng chịu tải nặng mà không tạo ra lực đẩy dọc trục đáng kể. Những bánh răng này thường được sử dụng trong các máy công nghiệp lớn và tàu thủy.

1. 4. Bánh răng thanh răng và bánh răng
      Một hệ thống bánh răng tuyến tính trong đó bánh răng (bánh răng tròn) mắt lưới có bánh răng tuyến tính (giá đỡ) để biến chuyển động quay thành chuyển động thẳng, được sử dụng rộng rãi trong hệ thống lái và đường sắt.

4. bánh răng giun
   Bánh răng giun bao gồm một con sâu (bánh răng dạng vít) và một bánh giun. Chúng giúp giảm mô-men xoắn cao trong không gian nhỏ gọn và được sử dụng trong hệ thống băng tải và thang máy.

   

Các loại bánh răng đặc biệt

1. Bánh răng nội bộ
   Bánh răng bên trong có răng cắt ở mặt trong của một vòng tròn. Chúng thường được ghép nối với các bánh răng trụ bên ngoài trong hệ thống bánh răng hành tinh để đạt được mô-men xoắn cao và hiệu suất không gian..
2. Bánh răng vi sai
   Được sử dụng chủ yếu trong các hệ thống ô tô, bánh răng vi sai cho phép bánh xe quay ở các tốc độ khác nhau trong khi vẫn duy trì sự phân bổ mô-men xoắn, cần thiết để vào cua mượt mà.
3. Bánh răng hành tinh
   Bánh răng hành tinh bao gồm một bánh răng mặt trời trung tâm, bánh răng hành tinh, và một vòng ngoài (thiết bị nội bộ). Thiết kế này cung cấp mật độ mô-men xoắn cao và được sử dụng rộng rãi trong hộp số tự động và thiết bị công nghiệp..

   

4. Nhông xích
   Nhông xích được sử dụng trong bộ truyền động xích, với các răng được thiết kế để gắn vào dây xích hoặc dây đai. Chúng thường được tìm thấy trong xe đạp, xe máy, và hệ thống băng tải.
5. Bánh răng trục
   Những bánh răng này có các rãnh hoặc răng dọc theo chiều dài của chúng và được sử dụng trong các khớp nối cơ khí., cho phép truyền mô-men xoắn trong khi cho phép một số chuyển động dọc theo trục.
6. Bánh răng nylon
   Bánh răng nylon nhẹ và chống ăn mòn, cung cấp mịn màng, hoạt động yên tĩnh. Chúng thường được sử dụng ở quy mô nhỏ, các ứng dụng năng lượng thấp như máy in và thiết bị gia dụng.

   

7. Bánh răng phía sau
   Được tìm thấy trong bộ vi sai ô tô, Các bánh răng phía sau xử lý việc truyền mô-men xoắn cao và rất cần thiết để đảm bảo tốc độ bánh xe phù hợp khi xe quay vòng.
8. Bánh răng nhỏ
   Bánh răng nhỏ được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu kích thước nhỏ gọn và điều khiển chuyển động chính xác, chẳng hạn như trong đồng hồ, dụng cụ, và máy móc nhỏ.

8. Những cân nhắc trong thiết kế bánh răng

Một số yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế bánh răng, đảm bảo thiết bị được chọn đáp ứng hiệu suất, trị giá, và yêu cầu về độ bền:

• Ngân sách: Vật liệu hiệu suất cao, chẳng hạn như thép không gỉ và thép công cụ, đắt hơn các kim loại cơ bản như gang.
• Hạn chế về không gian: Các ứng dụng nhỏ gọn thường sử dụng bánh răng hành tinh, cung cấp khả năng truyền mô-men xoắn cao trong một diện tích nhỏ.
• Nhu cầu truyền tải: Các ứng dụng tốc độ cao có thể ưu tiên bánh răng xoắn hoặc bánh răng côn để có hiệu suất mượt mà, trong khi tốc độ thấp, các công việc có mô-men xoắn cao thường sử dụng bánh răng sâu hoặc bánh răng thúc đẩy.
• Điều kiện dịch vụ: Môi trường khắc nghiệt, như những thứ liên quan đến độ ẩm hoặc hóa chất, có thể yêu cầu vật liệu chống ăn mòn như thép không gỉ hoặc nylon.

9. Ứng dụng của bánh răng

Bánh răng được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp để kiểm soát tốc độ, mô-men xoắn, và hướng chuyển động. Các ứng dụng chính bao gồm:

• Hệ thống lái ô tô: Bánh răng thanh răng và bánh răng chuyển chuyển động quay thành chuyển động thẳng, cho phép kiểm soát chính xác hệ thống lái.
• Hộp số: Tìm thấy trong ô tô, máy móc công nghiệp, và tua-bin gió, hộp số điều chỉnh tốc độ và mô-men xoắn.
• Hàng không vũ trụ: Bánh răng được sử dụng trong hệ thống điều khiển chuyến bay và động cơ để hoạt động trơn tru, truyền tải điện hiệu quả.
• Máy nông nghiệp: Máy kéo và máy liên hợp sử dụng các bánh răng để điều khiển công suất động cơ và dẫn động các dụng cụ.

Biểu đồ cho từng loại ứng dụng thiết bị

Các loại bánh răng	Tên thiết bị	Sản phẩm tiêu biểu
thúc đẩy	Bánh răng thúc đẩy	Đồng hồ Xe lửa Phi cơ Máy giặt Nhà máy điện
xoắn ốc	Bánh răng xoắn đơn Bánh răng xoắn đôi Thiết bị xương cá Bánh vít	ô tô Đồng hồ Hệ thống tưới nước Dụng cụ gia đình
Góc xiên	Bánh răng côn thẳng Bánh răng côn xoắn ốc bánh răng góc Bánh răng côn xoắn ốc bánh răng hypoid số không bánh răng vương miện	Máy bơm Xe lửa Phi cơ Nhà máy điện
Sâu	bánh giun	Thang máy ô tô
Bánh răng giá đỡ	Giá đỡ và bánh răng	Cân cân Xe lửa