Các đặc tính vật lý khác nhau của biên dạng răng đai truyền động

Răng hình thang:

Hiệu ứng tập trung ứng suất đáng kể: Tải trọng tập trung tại các góc nhọn ở cả hai bên chân răng, tạo thành các vùng ứng suất cao cục bộ.

Điểm khởi phát vết nứt: Dưới tải trọng thay đổi, các vết nứt do mỏi dễ dàng hình thành tại các góc này và lan truyền nhanh chóng, dẫn đến hỏng răng.

Hiệu quả sử dụng vật liệu thấp: Một lượng lớn vật liệu răng không tham gia vào quá trình chịu lực hiệu quả, tạo thành "trọng lượng chết".

Răng hình cung/Răng hình parabol (HTD, GT):

Phân bố ứng suất mượt mà: Hình dạng trơn tru, liên tục cho phép phân bố tải trọng "tối ưu" dọc theo đường viền răng mà không có sự thay đổi đột ngột.

Độ bền chân răng cực cao: Chân răng hình vòng cung hoạt động như một cầu vòm, chuyển đổi lực hướng tâm thành ứng suất nén bên trong thân răng, giúp tăng đáng kể giới hạn mỏi uốn.

Hiệu suất sử dụng vật liệu cao: Hình dạng răng phù hợp hơn với quỹ đạo ứng suất chính, cho phép tải trọng vật liệu hiệu quả hơn. Bản chất vật lý: Chuyển đổi từ các điểm kỳ dị ứng suất do sự gián đoạn hình học sang trạng thái phân bố ứng suất đồng đều thông qua tính liên tục hình học.
2. Động lực học lưới và rung động do va chạm

Răng hình thang:

Ăn khớp kiểu “chèn vào/ép ra”: Va chạm xảy ra ngay tại thời điểm răng tiếp xúc với rãnh, liên quan đến sự thay đổi vận tốc đột ngột.

Hiện tượng giao thoa nhiều răng: Về mặt lý thuyết, có thể xảy ra hiện tượng giao thoa nhiều răng, nhưng do sai lệch hình dạng răng và biến dạng đàn hồi, số lượng răng thực tế tham gia giao thoa thấp, dẫn đến phân bố tải trọng không đồng đều.

Nguồn kích thích dồi dào: Mỗi lần vào và ra đều tạo ra một tác động, đóng vai trò là nguồn kích thích rung động băng thông rộng.

Răng hình cung/hình parabol:

Cơ chế ăn khớp “ăn khớp-tách rời mượt mà”: Các điểm tiếp xúc di chuyển mượt mà dọc theo biên dạng răng với sự thay đổi vận tốc liên tục, giảm đáng kể gia tốc va chạm.

Tối ưu hóa ăn khớp liên hợp: Ví dụ như biên dạng răng GT đạt được quỹ đạo ăn khớp gần hơn với các đường cong liên hợp lý thuyết, cho phép truyền lực mượt mà.

Phổ rung động sạch hơn: Năng lượng rung động chính tập trung vào tần số ăn khớp cơ bản, giúp tránh hiện tượng cộng hưởng thông qua thiết kế.

Về bản chất vật lý: Việc chuyển đổi từ động lực tiếp xúc gián đoạn sang tiếp xúc lăn liên tục gần như liên hợp giúp giảm kích thích hài bậc cao.

3. Cơ cấu tiếp xúc và cơ chế mài mòn

Răng hình thang:

Mài mòn do áp suất riêng cao: Diện tích tiếp xúc nhỏ và ứng suất tiếp xúc cục bộ cao dẫn đến mài mòn dính và mài mòn do ma sát nghiêm trọng.

Các dạng mòn răng: Các rãnh thường hình thành ở giữa bề mặt răng, kèm theo các vết nứt ở các góc chân răng.

Suy giảm khe hở: Khe hở giữa các răng tăng nhanh sau khi bị mòn, dẫn đến sự suy giảm mạnh độ chính xác truyền động.

Răng cong:

Áp suất riêng thấp, diện tích tiếp xúc lớn: Bề mặt tiếp xúc cong làm tăng diện tích tiếp xúc hiệu quả và giảm ứng suất tiếp xúc bề mặt.

Phân bố mài mòn đồng đều: Mài mòn lan đều hơn trên toàn bộ bề mặt răng, duy trì độ chính xác truyền động tốt hơn trong suốt vòng đời sử dụng.

Đặc tính tự làm sạch: Bề mặt răng nhẵn mịn giúp ngăn ngừa vật lạ mắc kẹt.

Về bản chất vật lý: Bằng cách tối ưu hóa sự phân bố ứng suất tiếp xúc Hertzian, quá trình mài mòn chuyển từ mài mòn cục bộ sang mài mòn đồng đều.
4. Hiệu suất âm thanh của dây đai đồng bộ (Cơ chế tạo tiếng ồn)

Răng hình thang:

Hiệu ứng bơm khí: Việc đóng nhanh các lỗ sâu răng trong quá trình ăn khớp sẽ nén khí, tạo ra tiếng ồn như tia nước.

Tiếng ồn bức xạ cấu trúc: Các va chạm khi ăn khớp tạo ra rung động uốn cong trong dây đai và ròng rọc, phát ra tiếng ồn tần số trung bình đến thấp.

Mức áp suất âm thanh điển hình: Nói chung cao hơn 3-8 dB(A) so với răng cong trong điều kiện hoạt động giống nhau.

Răng hình cung/hình parabol:

Thiết kế dẫn hướng luồng khí: Hình dạng rãnh răng cưa giúp luồng khí lưu thông mượt mà hơn, giảm nhiễu loạn và hiệu ứng bơm.

Giảm thiểu nguồn gây tiếng ồn do va chạm: Việc tạo lưới mịn giúp giảm đáng kể năng lượng từ các nguồn kích thích chính.

Giảm các thành phần tần số cao: Tiếp xúc mượt mà hơn giúp giảm đáng kể tiếng "rít" tần số cao do các tác động siêu nhỏ gây ra.

Bản chất vật lý: Giảm thiểu tiếng ồn ngay tại nguồn bằng cách giảm năng lượng va chạm và cải thiện đặc tính khí động học.

5. Độ chính xác truyền động và đặc tính độ cứng

Răng hình thang:

Khe hở lớn: Khe hở bên hông rất cần thiết và tăng nhanh theo độ mài mòn, dẫn đến độ chính xác định vị kém.

Độ cứng xoắn phi tuyến: Tồn tại một biên độ đàn hồi "tự do" đáng kể dưới tải trọng nhẹ.

Độ nhạy nhiệt: Sự thay đổi cao độ do biến đổi nhiệt độ ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác truyền dẫn.

Răng cung chính xác (AT, GT):

Độ nhạy tải trước thấp: Sự thay đổi khe hở tối thiểu trong phạm vi tải trước hợp lý cho phép truyền động với khe hở gần bằng không.

Độ cứng xoắn cao: Hình dạng răng được tối ưu hóa đảm bảo sự ăn khớp chặt chẽ hơn trong rãnh bánh răng, tăng cường khả năng chống biến dạng đàn hồi.

Sai số đồng bộ tối thiểu: Phân bố tải trọng đồng đều trên vùng tiếp xúc nhiều răng giúp giảm thiểu tác động của các sai số bước răng tích lũy trong dây đai.

Nguyên lý vật lý: Tăng cường độ cứng động của hệ thống truyền động thông qua thiết kế khớp chặt và sự phù hợp về độ cứng.
II. So sánh định lượng các thông số hiệu suất chính của dây đai truyền động