Chöông 1 Baøi giaûng CHI TIEÁT MAÙY Chöông 9 Moái gheùp ren Bm Thieát keá maùy TS Buøi Troïng Hieáu 93 Chöông 9 MOÁI GHEÙP REN 9 1 KHAÙI NIEÄM CHUNG 9 1 1 Caáu taïo Moái gheùp ren laø loaïi moái gheùp[.]
Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 9: Mối ghép ren Chương MỐI GHÉP REN 9.1 KHÁI NIỆM CHUNG 9.1.1 Cấu tạo - Mối ghép ren loại mối ghép tháo Cấu tạo gồm chi tiết máy ghép lại với nhờ vào tiết máy có ren bulông, đai ốc, vít … Đầu bulông Vít Vít Đai ốc Thân bulông Đai ốc Vòng đệm Hình 9.1 Các dạng mối ghép ren a) Mối ghép bulông b) Mối ghép vít c) Mối ghép vít cấy - Ghép ren dùng phổ biến ngành chế tạo máy Trên 60% tổng số chi tiết máy ghép ren máy móc đại - Ren tạo thành sở hình phẳng quét theo đường xoắn ốc trụ côn nằm mặt phẳng qua trục tâm, cạnh hình quét tạo nên mặt ren Hình phẳng tam giác, hình vuông, hình thang, hình bán nguyệt… tạo nên ren tam giác, ren vuông, ren hình thang, ren bán nguyệt… 9.1.2 Phân loại a Theo hình dáng: đường xoắn ốc nằm mặt sở mặt trụ, ta có ren hình trụ Nếu đường xoắn ốc nằm mặt sở mặt côn, ta có ren hình côn Ren hình trụ sử dụng nhiều hơn, ren hình côn thường dùng để ghép kín đầu ống, bình dầu, nút dầu… b Theo chiều đường xoắn ốc: ren chia thành ren phải ren trái Ren phải có đường xoắn ốc lên bên phải, ren trái có đường xoắn ốc lên bên trái c Theo số đầu mối đường xoắn ốc: có loại ren mối, ren hai mối, ren ba mối … Ren mối dùng phổ biến 9.1.3 Ưu, nhược điểm mối ghép ren a Ưu điểm: Bm Thiết kế máy -93- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 9: Mối ghép ren - Cấu tạo đơn giản - Có thể tạo lực dọc trục lớn - Có thể cố định chi tiết ghép vị trí nhờ vào khả tự hãm - Dễ tháo lắp - Giá thành thấp tiêu chuẩn hoá chế tạo phương pháp có suất cao b Nhược điểm: - Tập trung ứng suất chân ren, giảm độ bền mỏi mối ghép 9.1.4 Các dạng ren chủ yếu (SV tự đọc tài liệu [1]) 9.1.5 Các chi tiết máy mối ghép ren - Bulông: hình trụ tròn có ren để vặn đai ốc, đầu bulông có hình vuông, hình đa giác sáu cạnh hình khác Bulông dùng để ghép chi tiết máy: có chiều dày không lớn làm vật liệu có độ bền thấp cần tháo lắp thường xuyên Phân loại bulông đầu bulông: (SV tự đọc tài liệu [1]) - Vít: khác bulông chỗ đầu có ren không trực tiếp vặn vào đai ốc mà vặn vào lỗ ren chi tiết máy ghép Vít dùng trường hợp mối ghép chỗ bắt đai ốc, cần giảm khối lượng mối ghép… - Vít cấy: (SV tự đọc tài liệu [1]) - Đai ốc: đai ốc có nhiều kiểu khác dùng nhiều đai ốc sáu cạnh, bao gồm loại: đai ốc thô, đai ốc nửa tinh đai ốc tinh - Vòng đệm: thép mỏng, đặt đai ốc chi tiết ghép có tác dụng bảo vệ chi tiết máy khỏi bị cào xước vặn đai ốc, đồng thời tăng diện tích tiếp xúc đai ốc chi tiết giảm ứng suất dập 9.2 THÔNG SỐ HÌNH HỌC Hình 9.2 Các thông số hình học mối ghép ren Các thông số hình học chủ yếu ren hình trụ: Bm Thiết kế máy -94- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 9: Mối ghép ren Đường kính đỉnh ren d (đường kính danh nghóa): đường kính hình trụ bao đỉnh ren, chọn theo tiêu chuẩn [bảng (17.2), trang 562 + bảng (17.7), trang 581, tài liệu [1]] Đường kính chân ren d1: đường kính hình trụ chân ren (không tiêu chuẩn) Đường kính trung bình d2: đường kính hình trụ chia đôi tiết diện ren d2 d d1 (9.1) Bước ren p: khoảng cách hai mặt song song hai ren kề đo theo phương dọc trục Bước đường xoắn ốc pz: pz z1 p (9.2) pz d2 (9.3) với z1 số mối ren Góc tiết diện ren Góc nâng ren : tg 9.3 TÍNH BULÔNG ĐƠN 9.3.1 Tính bulông không xiết chặt, chịu lực dọc trục Trường hợp đai ốc không xiết chặt, lực xiết ban đầu Ví dụ bulông móc treo hình sau Hình 9.3 Móc treo - Dạng hỏng: bị kéo đứt chân ren - Chỉ tiêu tính: k [ k ] (9.4) - Công thức tính: Bm Thiết kế máy -95- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 9: Mối gheùp ren k F [ k ] d12 (9.5) đó, d1 : đường kính tiết diện nguy hiểm, F : lực tác dụng dọc trục bulông, [ k ] : ứng suất kéo cho phép vật liệu bulông - Suy ra, đường kính chaân ren: d1 4F [ k ] (9.6) Theo giá trị d1 vừa tính được, tra bảng (17.7), trang 581, tài liệu [1] ta tìm bulông tiêu chuẩn 9.3.2 Tính bulông xiết chặt, không chịu lực dọc trục Có hai trường hợp sau: Bỏ qua ma sát bề mặt ren (khi không xiết đai ốc): bulông chịu kéo tâm Xét đến ma sát bề mặt ren (khi xiết đai ốc): bulông chịu kéo lực xiết gây nên chịu xoắn moment ma sát ren sinh Ví dụ bulông nắp bình kín, áp suất dư Hình 9.4 Nắp bình kín xiết chặt bulông - Dạng hỏng: bị phá hủy chân ren - Chỉ tiêu tính: Bỏ qua ma sát: k [ k ] (9.7) td k2 3 [ k ] (9.8) Xét đến ma sát: - Công thức tính: Bm Thiết kế máy -96- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 9: Mối ghép ren Bỏ qua ma saùt: V [ k ] d12 k (9.9) đó, d1 : đường kính tiết diện nguy hiểm, V : lực xiết, [ k ] : ứng suất kéo cho phép vật liệu bulông Suy ra, đường kính chân ren: d1 4V [ k ] (9.10) Tra baûng (17.7), trang 581, tài liệu [1] ta tìm đường kính bulông tiêu chuẩn Xét đến ma sát: Ta có: k 4V d12 Tms W0 (9.11) V tg ( ' ) d13 d2 (9.12) 16 đó, ' : góc ma sát thay thế, tính theo hệ số ma sát thay ' arctg f ' , Do đó: 2 4V 8.V tg ( ' ) d 1,3. k [ k ] td d13 d1 (9.13) Suy ra, đường kính chân ren: d1 1,3 4.V [ k ] (9.14) Tra baûng (17.7), trang 581, tài liệu [1] ta tìm đường kính bulông tiêu chuẩn 9.3.3 Tính bulông xiết chặt, chịu lực dọc trục Ví dụ bulông nắp bình kín, bulông nắp ổ có lực dọc trục, bulông ghép máy với móng máy… Bm Thiết kế máy -97- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 9: Mối ghép ren F V d1 Dm V’ m Db b V Khi chưa xiết V F V’ F Khi xiết chặt V F Khi thêm vào lực kéo F V V ' F Hình 9.5 Mối lắp bulông xiết chặt, chịu lực dọc trục D1 d0 lb Ab ,Eb lm Vùng chịu ảnh hưởng có dạng hình vành khăn Hình 9.6 - Độ mềm bulông: b Db V lb l b V Eb Ab V Eb Ab (9.15) m Dm V lm lm V Em Am V Em Am (9.16) - Độ mềm ghép: - Suy ra, chuyển vị: Bm Thiết kế máy b [( F V ' ) V ] b (9.17) m (V V ' ) m (9.18) -98- TS Buøi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 9: Mối ghép ren - Điều kiện đồng chuyển vị: Đặt: m b (9.19) (V V ' ) m [( F V ' ) V ] b (9.20) V ' (b m ) V (b m ) F b (9.21) V ' V F b (9.22) b m m , gọi hệ số ngoại lực, (9.22) trở thành: b m V ' V F (1 ) (9.23) - Để tránh tách hở V’>0, tức là: Hay V F (1 ) (9.24) V k.F (1 ) (9.25) với k hệ số an toàn, k>1 - Lực tác dụng lên bulông: Fb F V ' F (V F (1 ) V F (9.26) - Để tránh phá hủy chân ren: Nếu bỏ qua ma sát bề mặt ren: d1 Fb [ k ] 4(V F ) [ k ] (9.27) Nếu tính đến ma sát bề mặt ren: Xiết chặt chịu lực: d1 (1,3.V F ) [ k ] (9.28) Xiết chặt đồng thời với chịu lực: (nên tránh) d1 Bm Thiết kế maùy (1,3.V 1,3.F ) [ k ] -99- (9.29) TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 9: Mối ghép ren 9.3.4 Tính bulông chịu lực ngang, lắp có khe hở V F F d1 V Hình 9.7 Mối lắp bulông có khe hở - Dạng hỏng: Tấm ghép bị di trượt Bulông bị phá hủy chân ren - Chỉ tiêu tính: Để tránh di trượt: Fms F (9.30) td [ k ] (9.31) Fms V f i F (9.32) Để tránh phá hủy chân ren: - Công thức tính: Để tránh di trượt: Hay V V F f i (9.33) k F f i (9.34) với f hệ số ma sát; i số bề mặt ghép k hệ số an toàn, (k>1) Để tránh phá hủy chaân ren: d1 1,3.4.V [ k ] (9.35) d1 1,3.4.k F [ k ] f i (9.36) Tra bảng (17.7), trang 581, tài liệu [1] ta tìm đường kính bulông tiêu chuẩn Bm Thiết kế máy -100- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 9: Mối ghép ren 9.3.5 Tính bulông chịu lực ngang, lắp khe hở h1 d0 F h2 F h3 Hình 9.8 Mối lắp bulông khe hở - Dạng hỏng: Thân bulông bị cắt tiết diện ghép Thân bulông bị dập bề mặt tiếp xúc - Chỉ tiêu tính: Để tránh bị cắt: [ ] (9.37) d [ d ] (9.38) Để tránh bị dập: - Công thức tính: Để tránh bị cắt: F [ ] d 02 i (9.39) 4.F [ ].i (9.40) Suy đường kính thân bulông: d0 Tra bảng (17.7), trang 581, tài liệu [1] ta tìm đường kính bulông tiêu chuẩn Để tránh bị dập: + Tấm 2: d Bm Thiết kế máy d0 F [ d2 ] d h2 (9.41) F [ d2 ].h2 (9.42) -101- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 9: Mối ghép ren + Tấm 3: d 1, d0 F [ d1, ] d (h1 h3 ) (9.43) F [ d1, ].(h1 h3 ) (9.44) Lưu ý: h3 tính hình (không tính phần có ren xem phần không tiếp xúc) Tóm lại, để bulông đủ bền (không bị cắt bị dập), ta chọn đường kính thân bulông giá trị lớn ba giá trị tính theo (9.40), (9.42) (9.44) Nhận xét: So sánh hai phương án lắp bu lông có khe hở khe hở ta thấy: - Phương án không cần phải gia công xác lỗ, đường kính bulông lớn - Phương án cần phải gia công xác lỗ, đường kính bulông nhỏ Do đó, thiết kế, phương án phương án lựa chọn dễ gia công lỗ Nếu kích thước bulông lớn chuyển sang phương án 9.4 TÍNH NHÓM BULÔNG Nguyên tắc: - Phân tích lực tác dụng lên bulông nhóm - Tính mối ghép bulông đơn cho bulông chịu lực lớn - Chọn bulông lại bulông chịu lực lớn 9.4.1 Mối ghép chịu lực ngang nằm mặt phẳng ghép qua trọng tâm mối ghép F1 F2 F F3 F4 Hình 9.9 Mối ghép chịu lực ngang nằm mặt phẳng ghép, qua trọng tâm - Giả thiết lực từ ghép tác dụng lên bulông nhau: F1 F2 F3 F4 Fi với z số bulông F z (9.45) - Tính mối ghép bulông đơn chịu lực ngang (có khe hở) Bm Thiết kế máy -102- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 9: Mối ghép ren 9.4.2 Mối ghép chịu moment nằm mặt phẳng ghép F1 r1 F2 r2 M r4 r3 F4 F3 Hình 9.10 Mối ghép chịu moment nằm mặt phẳng ghép - Giả thiết lực từ ghép tác dụng lên bulông tỉ lệ thuận với khoảng cách từ bulông đến trọng tâm mối ghép: F1 F2 F i r1 r2 ri Fi (9.46) F1 ri r1 (9.47) Vaø n n i 1 i 1 M F1r1 F2 r2 Fi ri Fi ri F1 F1 n ri ri r1 r1 i1 (9.48) Vậy, lực tác dụng lên bulông số tính sau: F1 M r1 n r i 1 (9.49) i - Suy ra, Fmax ứng với rmax Do đó, tính mối ghép bulông đơn chịu lực ngang (có khe hở) 9.4.3 Mối ghép chịu lực ngang nằm mặt phẳng ghép không qua trọng tâm mối ghép - Tiến hành dời lực F trọng tâm mối ghép, ta lực F momnet M Lúc này, xem mối ghép chịu tác dụng đồng thời lực F qua trọng tâm moment M Dưới tác dụng lực này, ghép bị trượt xoay lên Bm Thiết kế máy -103- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 9: Mối ghép ren l 1800 F1 FM i FQi F2 M Fi FM i Fi FQi FM i F3 F F F z M ri n r i 1 i FQi Hình 9.11 Mối ghép chịu lực ngang nằm mặt phẳng ghép, không qua trọng tâm Fi FM2i FQ2i 2FMi FQi cos (9.50) Fi FM2i FQ2i 2FMi FQi cos (9.51) - Lực Fmax : chọn lực lớn tất lực Fi , 1800 9.4.4 Mối ghép chịu lực không nằm mặt phẳng ghép l2 N Q V T V N l1 M T V - N - max - M Hình 9.12 Mối ghép chịu lực không nằm mặt phẳng ghép Bm Thiết kế máy -104- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 9: Mối ghép ren - Dạng hỏng: Tấm ghép bị tách hở (do tác dụng lực N ) Tấm ghép bị trượt (do tác dụng lực T ) Bulông bị phá hủy chân ren - Công thức tính: Để tránh ghép bị tách hở: (9.52) max N M V đó, N Nm , với N m (1 ) N thành phần lực tác dụng lên ghép A A diện tích bề mặt ghép M Mm , với M m (1 )M thành phần moment tác dụng lên Wu ghép Wu moment chống uốn tiết diện ghép V V.z , với V lực xiết bulông z số bulông A Điều kiện (9.52) trở thành: (1 ) N (1 ) M V z 0 A Wu A (9.53) N M A (1 ). z A Wu (9.54) V Lực xiết V (trên bulông) để tránh tách hở là: V k (1 ) M A N z Wu (9.55) Để tránh ghép bị trượt: Fms V z (1 ) N f T (9.56) V z f (1 ) N f k.T (9.57) Lực xiết V (trên bulông) để tránh trượt là: Bm Thiết kế máy -105- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 9: Mối ghép ren V k T (1 ).N f z f (9.58) Tổng lực tác dụng lên buloâng: Fb V N z M r (9.59) n r i i 1 ri khoảng cách từ tâm bulông đến đường trung hòa Tổng lực tác dụng lên bulông chịu tải lớn nhất: Fmax V N z M rmax (9.60) n r i 1 i Khi tính toán bulông chịu tải trọng tónh, lực xiết V cần nhân với 1,3 xét đến ứng suất xoắn moment ren gây nên: Fmax 1,3V N z M rmax (9.61) n r i 1 i Để tránh phá hủy chân ren: Nếu bỏ qua ma sát bề mặt ren: d1 N M rmax V n z ri i 1 [ k ] (9.62) Nếu tính đến ma sát bề mặt ren: Xiết chặt chịu lực: d1 N M rmax 1,3V n z ri i 1 [ k ] (9.63) Xiết chặt đồng thời với chịu lực: (nên tránh) Bm Thiết kế máy -106- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 9: Mối gheùp ren N M rmax 1,3 V n z ri i 1 d1 [ k ] (9.64) 9.5 TÍNH MỐI GHÉP VÒNG KẸP (SV tự đọc tài liệu [1]) Bm Thiết kế máy -107- TS Bùi Trọng Hieáu ... Tập trung ứng suất chân ren, giảm độ bền mỏi mối ghép 9.1.4 Các dạng ren chủ yếu (SV tự đọc tài liệu [1]) 9.1.5 Các chi tiết máy mối ghép ren - Bulông: hình trụ tròn có ren để vặn đai ốc, đầu... số hình học mối ghép ren Các thông số hình học chủ yếu ren hình trụ: Bm Thiết kế máy -94- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 9: Mối ghép ren Đường kính đỉnh ren d (đường kính danh... tiết diện ren d2 d d1 (9.1) Bước ren p: khoảng cách hai mặt song song hai ren kề đo theo phương dọc trục Bước đường xoắn ốc pz: pz z1 p (9.2) pz d2 (9.3) với z1 số mối ren Góc