LÒ XO XOẮN TRỤ NÉN VÀ KÉO BẰNG THÉP MẶT CẮT TRÒN Công ty luật Minh Khuê www luatminhkhue vn TIÊU CHUẨN NHÀ NƯỚC TCVN 2019 77 LÒ XO XOẮN TRỤ NÉN VÀ KÉO BẰNG THÉP MẶT CẮT TRÒN PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KÍCH[.]
Công ty luật Minh Khuê www.luatminhkhue.vn TIÊU CHUẨN NHÀ NƯỚC TCVN 2019 - 77 LÒ XO XOẮN TRỤ NÉN VÀ KÉO BẰNG THÉP MẶT CẮT TRÒN PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỦA LỊ XO Methods of Calculating of dimension relating to cylidrical helical compression (tension) springs made of round steel Tiêu chuẩn quy định phương pháp xác định kích thước lị xo xoắn trụ nén kéo Ký hiệu, cơng thức tính tốn mức phải phù hợp với dẫn hình và bảng Tên gọi thơng số kích thước Lực lị xo biến dạng sơ bộ, N Lực lò xo biến dạng làm việc (ứng với dời chỗ cưỡng lớn phận chuyển động máy), N Hành trình làm việc, mm Vận tốc dời chỗ lớn đầu tự lò xo đặt tải tháo tải, m/s Độ bền mỏi – số chu kỳ lúc hỏng Đường kính ngồi lị xo, mm Độ hở qn tính tương đối lị xo nén Đối với lò xo kéo giới hạn biến dạng lớn Ký hiệu P1 P2 Bảng Công thức tính, trị số định mức phương pháp tính Cho trước tính tốn theo điều kiện làm việc cấu máy h Vo N D Dự kiến sơ theo kết cấu phận máy Xác định cụ thể theo bảng TCVN 2020 – 77 ÷ TCVN 2030 – 77 thông số lò xo Đối với lò xo nén loại I II: = 0,05 – 0,25 Đối với lò xo kéo: = 0,05 – 0,10 Đối với lò xo sợi loại III: LUẬT SƯ TƯ VẤN PHÁP LUẬT 24/7 GỌI 1900 6162 Công ty luật Minh Khuê www.luatminhkhue.vn = 0,10 – 0,40 Đối với lò xo ba sợi loại III: = 0,15 – 0,40 Lực lò xo biến dạng lớn nhất, N Đường kính dây, mm 10 Đường kính dây bện ba sợi (góc bện 24o), mm 11 Độ cứng vòng lò xo, N/mm 12 Biến dạng lớn vòng lò xo, mm 13 Ứng suất tiếp lớn xoắn (có tính đến độ cong vịng lị xo), N/mm2 14 Vận tốc giới hạn lò xo nén, m/s P3 d db Xác định cụ thể theo bảng TCVN 2020 - 77 ÷ TCVN 2030 – 77 thơng số lò xo Chọn theo bảng TCVN 2020 – 77 ÷ TCVN 2030 – 77 thơng số lị xo Z1 f3 Xác định theo bảng TCVN 2018 - 77 Vg.h đó: = 35,8 Đối với lị xo ba sợi: đó: = 33 15 Mơ đun trượt, N/mm2 16 Tỷ trọng vật liệu, N.s /mm G ρ 17 Độ cứng lò xo, N/mm Z 18 Số lượng vòng làm việc n 19 Số lượng tất vịng n1 20 Đường kính trung bình lị xo, mm D0 21 Tỷ số lò xo c Đối với thép lò xo G = 8.104 Đối với thép lò xo ρ = 8.10-9 Z= = n= (4) (5) n1 = n + n2 , (6) đó: n2 – số lượng vòng tựa D0 = D – d (7) Đối với lò xo ba sợi D0 = D – db (7a) c= (8) c= (8a) Đối với lò xo ba sợi: 22 Hệ số dát mỏng dây bện lị xo ba sợi (góc bện 24o) ∆ Xác định theo bảng LUẬT SƯ TƯ VẤN PHÁP LUẬT 24/7 GỌI 1900 6162 Công ty luật Minh Khuê www.luatminhkhue.vn 23 Biến dạng sơ bộ, mm F1 24 Biến dạng làm việc, mm F2 25 Biến dạng lớn (khi vòng lò xo nén tiếp xúc thử lò xo kéo), mm 26 Chiều cao lò xo biến dạng lớn nhất, mm F3 H3 27 Chiều cao lò xo trạng thái tự do, mm H0 28 Chiều cao lị xo biến dạng sơ (xác định kích thước biên cụm lò xo nén), mm 29 Chiều cao lò xo biến dạng làm việc (xác định kích thước biên cụm lị xo kéo khơng kể móc), mm 30 Bước lị xo, mm H1 31 Chiều dài khai triển lị xo (khơng kể móc lị xo kéo), mm 32 Khối lượng lị xo, kg L Q 33 Thể tích lị xo, mm3 W H2 t F 1= (9) F 2= (10) F3 = (11) H3 = (n1 + – n3 )d (12) đó: n3 – số lượng vịng cần mài phẳng Đối với lò xo ba sợi: H3 = (n1 + 1) db (12a) Đối với lò xo kéo: H3 = H0 + F3 (12b) H0 = H3 + F3 (13) Đối với lò xo kéo: H0 = (n1 + 1)d (13a) H1 = H0 - F1 (14) Đối với lò xo kéo: H1 = H0 + F1 H2 = H0 - F2 (15) Đối với lò xo kéo: H2 = H0 + F2 (15a) t = f3 + d (16) Đối với lò xo ba sợi: t = f3 + db (16a) Đối với lò xo kéo: t = d (16b) L ≈ 3,2 Don1 (17) (18) W = 0,785D2H1 (19) Trị số hệ số dát mỏng dây bện Bảng Tỷ số lò xo c= Hệ số dát mỏng 4,5 5,5 lớn 1,029 1,021 1,015 1,01 1,005 Lực P1 P2, hành trình làm việc h, vận tốc dời chỗ lớn đầu tự lò xo đặt tải tháo tải V0, độ bền mỏi N đường kính ngồi lị xo D (dự kiến sơ bộ) đại lượng dùng để xác định kích thước lị xo Chú thích: Nếu biết lực P2 thay hành trình làm việc h biến dạng F2 (tương ứng với lực) Xác định sơ loại lò xo theo độ bền mỏi N cho trước bảng TCVN 2018 – 77 Xác định trị số giới hạn lực P3 theo lực P2 cho trị số biên độ hở qn tính cơng thức (2) Xác định sơ cấp lò xo theo lực P3 bảng TCVN 2018 - 77 Chọn tiêu chuẩn tương ứng thông số lị xo có đường kính ngồi gần trùng với trị số cho sơ D Lấy trị số tương ứng lực P đường kính dây d LUẬT SƯ TƯ VẤN PHÁP LUẬT 24/7 GỌI 1900 6162 Công ty luật Minh Khuê www.luatminhkhue.vn Ứng suất lò xo thép xác định theo bảng TCVN 2018 – 77 Đối với lò xo làm dây biến cứng nguội, tính phải ý đến giới hạn bền Dựa vào trị số vừa tính P3 và tỷ số , trị số lực P2 cho trước, tính vận tốc giới hạn Vg.h công thức (3 3a) Dựa vào tỷ số mà cơng nhận xóa bỏ loại lị xo chọn sơ ban đầu Chú thích: Nếu điều kiện < không thỏa mãn lị xo loại I II vận tốc V0 độ bền mỏi quy định TCVN 2018 – 77 khơng đảm bảo, phải thay đổi điều kiện cho trước, cho sau tính tốn lần thứ hai điều kiện < phải thỏa mãn Trong trường hợp không cho phép thay đổi điều kiện cho trước phải quy định lò xo dự trữ 10 Theo loại cấp lị xo thức xác nhận, ngồi đại lượng P 3, D d tìm trên, dựa vào tiêu chuẩn tương ứng thông số lò xo chọn trị số Z f3, sau tính kích thước cịn lại lị xo kích thước biên cụm máy công thức từ (4) – (19) PHỤ LỤC VÍ DỤ XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CỦA LỊ XO VÀ CÁC CƠNG THỨC TÍNH KIỂM TRA ĐỘ BỀN VỮNG VÀ ỨNG SUẤT Ví dụ 1: Lị xo nén Cho trước: P1 = 20N; P2 = 80N; h = 30 mm; D = 10 ÷ 12 mm; V0 = 5m/s; N = 1.107 Qua bảng TCVN 2018 – 77 ta thấy lị xo có độ bền mỏi cho thuộc loại I Theo công thức (2) lấy khoảng trị số giới hạn lực P3: từ 0,05 đến 0,25 [xem công thức (1)] xác định trị số Nằm khoảng từ 84 đến 107N, bảng TCVN 2020 – 77 lò xo loại I, cấp có lực P3 sau: 85,0; 90,0; 95,0; 100 106 N Dựa vào đường kính D cho trước để có vận tốc giới hạn lớn nhất, chọn lị xo có thơng số sau (lò xo số 355): P3 = 106N; d = 1,8 mm; D = 12,0 mm; Z1 = 98,93 N/mm; f3 = 1,071 mm Đối với lò xo loại I, ứng suất = 0,3 (bảng TCVN 2018 – 77) Cho nên ứng suất tính tốn dây tìm là: = 0,3 2100 = 63o N/mm2 Để xác định lại loại lị xo cần tính tỷ số ; trước hết tính vận tốc giới hạn theo cơng thức (3) = 0,25: LUẬT SƯ TƯ VẤN PHÁP LUẬT 24/7 GỌI 1900 6162 Công ty luật Minh Khuê www.luatminhkhue.vn Kết nhận chứng tỏ có va đập vòng lò xo độ bền mỏi cần thiết khơng đảm bảo Nếu lấy giá trị lực P3 nhỏ tỷ số lớn va đập vòng tăng Thử chọn lò xo loại II, theo TCVN 2024 – 77, tương ứng với đường kính ngồi cho trước lực P3 tính trên, lị xo có thơng số sau: P3 = 95 N; d = 1,4 mm; D = 11,5 mm; Z1 = 37,29 N/mm; f3 = 2,548 mm Đối với lò xo loại II, ứng suất Theo cơng thức (2): Tính Vg.h =1- = 0,5 =1 - , đó: = 0,5 2300 = 150 N/mm2 = 0,16 để xác định lại loại lò xo: Kết nhận chứng tỏ khơng có va đập vịng lò xo, lò xo thỏa mãn điều kiện cho trước, lị xo loại II có độ bền mỏi giới hạn phải ý cung cấp lò xo dự trữ Xác định kích thước cịn lại theo cơng thức bảng 1: Độ cứng lị xo theo cơng thức (4): Z= = = 2,0 N/mm Số lượng vòng làm việc theo công thức (5): n= = = 18,67 ≈ 18,5 Độ cứng thức lị xo: Z= = =2,02 ≈2,0 N/mm Nếu lấy số lượng vịng tựa (khơng làm việc) 1,5 vịng số lượng tất vịng lị xo theo cơng thức (6) là: n1 = n + n2 = 18,5 + 1,5 = 20 Đường kính trung bình lị xo theo cơng thức (7): Do = 11,5 – 1,4 = 10,1 mm Biến dạng, chiều cao, bước lị xo tính sau: LUẬT SƯ TƯ VẤN PHÁP LUẬT 24/7 GỌI 1900 6162 Công ty luật Minh Khuê www.luatminhkhue.vn F1 = = = 10,0 mm; (9) F2 = = = 40,0 mm; (10) F3 = = = 47,5 mm; (11) H3 = (n1 + – n3) d = (20 + – 1,5) 1,4 = 27,3 mm; (12) H0 = H3 + F3 = 27,3 + 47,5 = 74,8 mm; (13) H1 = H0 – F1 = 74,8 – 10,0 = 64,8 mm; (15) H2 = H0 – F2 = 74,8 – 40,0 = 34,8 mm; (15) t = f3 + d = 2,5 +1,4 = 3,9 mm; (16) Như kích thước lị xo kích thước biên cụm lò xo (H 1) xác định Độ bền mỏi tăng đến giá trị sử dụng, lị xo có lực P lớn số với lực tìm ví dụ Để tìm hiểu kích thước biên lị xo cần tiến hành phân tích bổ sung: Ví dụ, lấy lị xo có thơng số theo TCVN 2024 – 77: P3 = 106N; d = 1,4 mm ; D = 10,5 mm ; Z1 = 50,98 N/mm; f3 = 2,097 mm Tính = 1150N/mm2 tính theo thứ tự được: Qua ta thấy lị xo có khả phịng ngừa va đập vòng lớn Tiếp tục theo thứ tự ta tính được: n= =25,49 ≈ 25,5; Độ cứng thức: Z = ≈ 2,0 N/mm; n1 = 25,5 + 1,5 = 27; D0 = 10,5 – 1,4 = 9,1 mm; F1 = = 10 mm; F1 = = 40 mm; LUẬT SƯ TƯ VẤN PHÁP LUẬT 24/7 GỌI 1900 6162 Công ty luật Minh Khuê www.luatminhkhue.vn F3 = = 53 mm; H3 = (27 + – 1,5)1,4 = 37,1 mm; H0 = 37,1 + 53 = 90,1 mm; H1 = 90,1 - 10 = 80,1 mm; H2 = 90,1 - 40 = 50,1 mm; t = 2,08 + 1,4 = 3,48 mm Như vậy, sử dụng lị xo có lực P3 lớn dẫn đến khả phòng ngừa va đập vịng lớn hơn, kích thước biên cụm lò xo (H 1) lớn 15,3 mm Có thể chứng minh ta chọn lị xo có đường kính ngồi lớn hơn, ví dụ D = 16 mm (lò xo số 314 theo TCVN 2024 – 77) đường kính cụm máy tăng, kích thước H lại giảm Ví dụ 2: Lò xo nén Cho trước: P1 = 100N; P2 = 250N; h = 100 mm; D = 15 ÷ 25 mm; V0 = 10m/s; Không phụ thuộc vào độ bền mỏi, theo cơng thức (3) thấy nhỏ 0,25 [cơng thức (1)] tất lị xo sợi chịu tải với vận tốc lớn 9,4 m/s thuộc loại III Lấy khoảng trị số từ 0,1 đến 0,4 [cơng thức (1) lị xo loại III] tính trị số giới hạn lực P3 theo công thức (2): Những trị số lực P3, thấy bảng TCVN 2018 - 77, khơng thể có lị xo sợi Cho nên, lấy hệ số = 0,15 ÷ 0,40 [cơng thức (1) lị xo ba sợi] ta có lực P3 [theo công thức (2)]: P3 = 294 ÷ 417N Trong bảng TCVN 2028 – 77 lò xo loại III, cấp 1, khoảng từ 294 đến 417 N có lực P3 sau: 300; 315; 335; 355; 375 400 N Dựa vào đường kính D cho trước để hạn chế kích thước biên cụm lò xo, sơ lấy lò xo có thơng số sau (lị xo số 252): P3 = 300N; d = 1,4 mm;db = 3,10 mm; D = 17 mm; Z1 = 51,92 N/mm; f3 = 5,778 mm Theo bảng TCVN 2018 – 77 lị xo loại III, đường kính là: = 0,6 Nên ứng suất dây có = 0,6 2300 = 1380 N/mm2 Để xác định lại loại lị xo cần tính tỷ số Trước hết tính hệ số vận tốc giới hạn theo công thức (1), (2) (3a): LUẬT SƯ TƯ VẤN PHÁP LUẬT 24/7 GỌI 1900 6162 Công ty luật Minh Khuê www.luatminhkhue.vn Kết nhận chứng tỏ có va đập vòng lò xo lò xo thuộc loại III Xác định kích thước cịn lại theo cơng thức bảng 2: Độ cứng theo cơng thức (4): Số lượng vịng làm việc lị xo theo cơng thức (5): Độ cứng thức: Số lượng tất vịng theo công thức (6): n1 = n + 1,5 = 34,5 + 1,5 = 36,0 Đường kính trung bình lị xo theo công thức (7a): Do = D - dc = 17 – 3,10 = 13,90 mm Biến dạng, chiều cao bước lị xo tính sau: Tiến hành phân tích lị xo tương ứng với ba lực P gần bảng TCVN 2028 – 77 lò xo loại III, cấp 1: LUẬT SƯ TƯ VẤN PHÁP LUẬT 24/7 GỌI 1900 6162 Cơng ty luật Minh Kh www.luatminhkhue.vn Với cách tính tốn tương tự ta thấy: ứng với ba lực P có sáu cỡ kích thước lị xo Các thơng số lị xo ghi bảng Qua bảng ta thấy P3 tăng tỷ số giảm loại trừ va đập vịng lị xo, kích thước biên (H1) tăng lên Đường kính lị xo tăng kích thước biên (H 1) giảm, thể tích chốn chỗ lò xo tăng lên P3,N 300 315 335 d,mm 1,40 1,6 1,4 1,6 1,4 1,6 dc,mm 3,10 3,50 3,10 3,50 3,10 3,50 D,mm 17,0 24,0 16,0 22,0 15,0 21,0 1,43 1,5 1,16 1,21 0,942 0,984 Ho,mm 317,1 273,9 355,1 309,0 405,1 337,0 H1,mm 250,4 207,2 388,4 242,3 338,4 270,3 H2,mm 150,4 107,2 188,4 142,3 238,4 170,3 n1 36,0 20,0 44,5 27,0 56,0 31,0 57 000 93 000 58 000 92 000 60 000 93 000 W,mm Đối với ví dụ trên: chọn lị xo loại I, đường kính lỗ (D ≈ 18 mm) lị xo kinh tế địi hỏi có độ dài lỗ H1 = 546 mm, tức dài gấp 2,2 lần so với trường hợp Khi lị xo nặng 11,5 lần có vận tốc giới hạn nhỏ (Vg.h = 0,7 m/3) nên thực tế không làm việc vận tốc đặt tải 10/ms Ví dụ 3: Lị xo kéo Cho trước: P1 = 250N; P2 = 800N; h = 100 mm; D = 28 ÷ 32 mm; N = 1.105 Theo bảng TCVN 2018 – 77 trị số N cho trước, lị xo thc loại II Lực P3 tính theo cơng thức (2): Trong khoảng lực 842 ÷ 889 N, theo TCVN 2024 – 77 lò xo loại II, cấp I có lị xo (lị xo số 494) có thơng số sau: P3 = 850N; D = 30 mm; d = 4,5 mm; Z1 = 246,9 N/mm; f3 = 3,443 mm Độ cứng lị xo tính theo cơng thức (4): Số lượng vịng làm việc tính theo công thức (5): LUẬT SƯ TƯ VẤN PHÁP LUẬT 24/7 GỌI 1900 6162 Công ty luật Minh Khuê www.luatminhkhue.vn Biến dạng chiều cao lị xo tính sau: Kích thước H2 kết cấu móc định chiều dài lỗ để đặt lò xo kéo cụm máy Kích thước H3 kết cấu móc hạn chế biến dạng lò xo kéo kéo Cơng thức tính kiểm tra Lị xo sợi Ứng suất Lị xo ba gợi (góc bện 24o) Độ cứng trong c = Ứng suất Độ cứng tính theo cơng thức phải trùng với trị số tính theo cơng thức (4) LUẬT SƯ TƯ VẤN PHÁP LUẬT 24/7 GỌI 1900 6162 Công ty luật Minh Khuê www.luatminhkhue.vn Sai số ứng suất tính theo cơng thức so với dẫn bảng TCVN 2018 – 77 không ± 10% LUẬT SƯ TƯ VẤN PHÁP LUẬT 24/7 GỌI 1900 6162 ... Biến dạng lớn (khi vòng lò xo nén tiếp xúc thử lò xo kéo) , mm 26 Chiều cao lò xo biến dạng lớn nhất, mm F3 H3 27 Chiều cao lò xo trạng thái tự do, mm H0 28 Chiều cao lò xo biến dạng sơ (xác định... cụm lò xo nén) , mm 29 Chiều cao lò xo biến dạng làm việc (xác định kích thước biên cụm lị xo kéo khơng kể móc), mm 30 Bước lò xo, mm H1 31 Chiều dài khai triển lị xo (khơng kể móc lị xo kéo) ,... trung bình lị xo, mm D0 21 Tỷ số lò xo c Đối với thép lò xo G = 8.104 Đối với thép lò xo ρ = 8.10-9 Z= = n= (4) (5) n1 = n + n2 , (6) đó: n2 – số lượng vòng tựa D0 = D – d (7) Đối với lò xo ba sợi