Bài tập chi tiết máy

Khả năng làm việc được đánh giá theo độ bên, độ chịu mòn, độ cứng, độ chịu nhiệt, độ chịu rung, độ tin cậy, Trị số của tiêu chuẩn này hay tiêu chuẩn khác cho một chỉ tiết nào đó được đ

BÀI TẬP CHI TIET MAY

CTY VĂN HÓA MINH TRÍ - NS VAN LANG

25 Nguyễn Thị Minh Khi, Q.1, TPHCM

ĐT : 8.242157 - 8233022 - Fox : 84.8.235079

In 1000 cuốn khổ 19x27cm tại Xưởng in CN Trung Tâm Hội Chợ Triển Lãm Việt Ngm Giấy

chếp nhận đăng ký KHXB số 742/XB-GLXB Cục xuất bản cốp ngày 27.06.2003 Trích ngang kế hoạch xuốt bản số 21-742/XB-QLXB Nhò xuất bản Hỏi Phòng cấp ngòy 18.07.2003 In xởng và nộp lưu chiều quỹ 3 năm 2004

LỜI NÓI ĐẦU

h hân lớn các máy va thiết bị được thiết

kế theo sơ đồ động cơ - bộ dẫn động - cơ cấu

thực hiện Việc dạy các phương pháp tính

toán uà thiết kế các bộ dẫn động cũng như các chỉ tiết thường gặp trong hậu hết các

máy là một nhiệm vu quan trong trong dao tạo bỹ sư cơ khí

Cuốn sách này, uới các công thức tính

toứn cơ bản theo giáo trình “CHI TIẾT

MÁY” uà các số liệu tra cứu để tính toán, ở cuối mỗi chương lại có các bùi tập mẫu va bài tập tự giải, cho phép sinh uiên kết hợp uới các bài giảng để tự có được kinh nghiệm giải các bài tập uề nhà, cóc bài biểm tra hoặc đô án thiết kế

tung Í

CÁC CƠ SỞ LỰA CHỌN CÁC ỨNG SUẤT CHO PHÉP VÀ CÁC HỆ SỐ AN TOÀN

Khái niệm chung

Các chỉ tiết máy phải thực hiện những chức năng nhất định trong những điều kiện làm việc cụ thể và phải có khả năng làm việc trong thời hạn phục vụ quy định Khả năng làm việc được đánh giá theo độ bên, độ chịu mòn, độ cứng, độ chịu

nhiệt, độ chịu rung, độ tin cậy, Trị số của tiêu chuẩn này hay tiêu chuẩn khác cho

một chỉ tiết nào đó được đánh giá bằng các điều kiện làm việc của chi tiết trong cụm chỉ tiết và tiến hành tính toán theo một hoặc vài tiêu chuẩn Đối với phần

lớn các chỉ tiết máy, tiêu chuẩn chính của khả năng làm việc là độ bên

Khi tính độ bên, người ta phân ra:

a Tính toán thiết kế, trong đó các kích thước cơ bản của một chỉ tiết nào đó

được tính theo trị số ứng suất cho phép

b Tính toán kiểm tra, đánh giá độ bển bằng cách so sánh các ứng suất tính

toán với các ứng suất cho phép đối với chỉ tiết được thiết kế hoặc so sánh hệ số an toàn tính toán với hệ số an toàn cho phép Các điều kiện độ bên là:

© S Gy (T Š Tụ„) hoặc 8 = Sum > {sl (LD)

Trong đó:

o(1) : các ứng suất pháp tuyến (tiếp tuyến) tính được;

Øy„(t„„): các ứng suất pháp tuyến (tiếp tuyến) giới hạn;

Các ứng suất tính toán hoặc các kích thước cơ bản của chỉ tiết được ấn định bởi các điều kiện độ bên

Ứng suất kéo (nén) Ss, = | < [o,] (1.2)

Bởi điều kiện độ bền tiếp xúc:

* Khi tiếp xúc ban đầu theo đường

F: céc luc gay ra sự kéo (nén), miết, cắt, N;

M, T: mômen uốn và mômen xoắn, N.mm;

A: diện tích kéo (nén), miết, cắt, mm?,

W, Wp: các mômen cản của tiết diện khi uốn, xoắn, mmẽ,

q: tải trọng riêng trên một đơn vị chiều dài các đường tiếp xúc, N/mm?

v: hệ số Poaxon;

c: hệ số, phụ thuộc vào hình dáng các vật thể lăn;

Ð: bán kính độ cong các vật thể tiếp xúc ở vùng tiếp xúc, mm,

Trong trường hợp tình trạng ứng suất phức tạp thì ứng suất tính toán là ứng uất quy đổi (tương đương) tìm được trên cơ sở của một trong số các lý thuyết độ

bên Ví dụ khi có tác động phối hợp uốn và xoắn đối với các vật liệu dẻo

6, = ¥o2 + (Gp / tpt? < [0]

Trong trường hợp tổng quát tình trạng ứng suất khối đối với những vật liệu có các giới hạn bền khác nhau khi kéo và nén v = 6, /6,,, gang v = 0,22 0,3, thép

tôi v = 0, 0,75), khi mà tất cả các ứng suất chính khác không (0, >ơ; >Ø;

1.2 Các ứng suắt cho phép

Các ứng suất cho phép như là một phần các ứng suất giới hạn, mà khi có chúng

sẽ xảy ra sự phá vỡ các chỉ tiết hoặc phá vỡ các điều kiện tương tác bình thường của các chỉ tiết do các biến đạng dư lớn không cho phép:

(ol = TẾ hoặc (a) = TH (1.9)

Khi có các tải trọng tĩnh thì ứng suất giới hạn cho các vật liệu dẻo là giới hạn chay Ø,(z„), cho các vật liệu giòn - giới hạn bên Ø,(2,) (hình 1.1 và bảng 1.1,

1.2) Như vậy, tính đến cả hệ số tỉ lệ £ (xem hình 1.5) và hệ số tập trung ứng suất thực tế khi chịu các tai trong tinh K,,

Trong đó: [S] - hệ số an toàn cho phép (xem phần 1.3)

Bảng 1.1 Gác đặc tính cơ học của các loại thép cacbon

Bảng 1.2 Các đặc tính cơ học của các loại thép hợp kim

Øy Oo; Cap ra z„ s„ | Sự nhiệt luyện (09C) và

* 6hi chú: Môi trường làm nguội: B- nước, M- đầu, B3- không khí

Hệ số tập trung ứng suất thực tế khi có các tải trọng tĩnh [3]

10

Trong đó:

œ„ : hệ số tập trung, ứng suất lý thuyết;

g,: hệ số nhạy của vật liệu đối với sự tập trung các ứng suất khi có tải trọng tinh

Có thể chấp nhận gân đúng: đối với các vật liệu đẻo ợ, = 0; đối với các vật liệu giòn có độ không đồng nhất bên trong đáng kế (gang, một vài đạng đúc kim loại màu) ợ, = 0,1 0,2; đối với các vật liệu giòn có cấu trúc đồng nhất (thép tôi) q, =

0,5 0,8; đối với các kim loại làm việc ở những nhiệt độ thấp (dưới — 809), g, tăng, nhưng luôn nhỏ hơn 1

Lẻ

IgN, 1eN,,

Khi có các tải trọng tuần hoàn (biến đổi) (hình 1.2) thì ứng suất giới hạn là

giới hạn mỏi của chu kỳ đặt tai tương ứng [chu kỳ đối xứng o_,; chu ky mach dong 6,; chu kỳ bất đối xứng ơ, (hình 1.3)]

Trong đó:

W,: hệ số nhạy của vật liệu đối với sự bất đối xứng cúa chu kỳ (hình 14,c)

Hình 1.4 Biểu đổ tổng quát các ứng suất giới hạn

Khi không có các đặc tính cơ học cần thiết, có thể sử dụng tỉ số gần đúng giữa

O41, = 0,330,; năm = 2% Huy + 7Ô

Ø„ =0,SƠ,; Øyy„ = (17 18) „„e + (200, 150)

wie trị số dưới tương ứng các thép hợp kim bên, các trị số trên - các thép

cacbon

12

1' và 2: của các giới hạn bẩn các thép cacbon và hợp kim hóa;

1 và 2: của các giới hạn chây và mỗi của các thép đó;

4 và 6: của các giố hạn mỗi các thép đó khi có sự tập trung cao các ứng suất;

3: các đặc tính bến cửa gang và các kim loại màu;

Š: tủa các giới hạn mỗi các kim loại đó khi có sự tập trung ứng suất

Thường có được giới hạn mỏi của các vật liệu từ các thử nghiệm các mẫu chuẩn

" đường kính nhỏ Vì thế khi đánh giá độ bên các chí tiết máy cẩn phải tính đến sự ảnh hưởng đến độ mỗi vật liệu của những yếu tố chính sau đây: các kích thước tuyệt đối và các hình đạng kết cấu chỉ tiết, tình trạng bễ mặt và các tính chất của

lớp bể mặt; sự thay đổi các chế độ đặt tải và thời hạn phục vụ v.v

Căn cứ vào biểu thức (1.9) và các yếu tố chính, ảnh hưởng đến giới hạn mỗi của chỉ tiết, ta sẽ có:

Sint

Oo;

Cho bất kỳ vat ligu nao, trong d6 G;,,, - giéi han mdi tuong img cho cdc chu ky đặt tải: đối xứng œ_,, mạch động ơ,, bất đối xứng ơ, (xem hình 1.4); nếu sự phá hủy chủ yếu do các ứng suất biên độ gây ra thi Sim = aum; [sỊ > 1 hệ số an toàn cho phép (xem phan 1.3); e < 1- hệ số tỉ lệ; Ø- hệ số làm bản hoặc hệ số ảnh hưởng chất lượng gia công bể mặt (hình 1.6, bảng 12.9); K,- hệ 86 tudi tho; K, > 1- hé sé tập trung ứng suất thực tế (hình 1.7, bang 12.3 12.6); K,D - hé sé tinh dén anh hưởng tổng cộng của các yếu tố cơ bản đối với giới hạn môi của chỉ tiết

Hệ số tập trung áp dụng cho ứng suất cực đại của chu kỳ bất đối xứng nào đó có

độ bất đối xứng r được tính theo biểu thức:

13

1- đánh bóng như gương; 2 - đánh bóng thô hoặc đánh

bóng tỉnh; 3- gia công tỉnh bằng dao (tiện, phay); 4- mài

thô hoặc tiện thô; 5- có vảy sắt hoặc gỉ trước khi gia công;

6- gi trong nước ngọt trong quá trình làm việt; 7- gi trong

20 và lớn hơn), hơn nữa, cùng với sự

tăng nó sẽ giảm theo tương quan

m=C/Ky; Ko = s8 đối với các

mối ghép hàn C ~ 12; đối với các chi

tiết làm bằng thép cacbon là 12 20; đối với các chỉ tiết làm bằng thép hợp kim -20 30 Nếu không có m khi xoắn có thể chấp nhận các trị số quy đổi cho uốn;

No - số chu kỳ cơ sở biến đổi ứng suất, tương ứng giới hạn mỏi lâu dài; đối với các loại thép thường chấp nhận No = 107, đối với các kim loại màu No = 10, với độ

bên tiếp xúc W, = 30H72 ; Nụ; - số chu kỳ tương đương biến đổi ứng suất

Việc để cử để chọn các trị số K, cực tiểu và cực đại được tiến hành trong các phần tương ứng Thường K, >I, nghĩa là nếu N,„>N, thì chấp nhận K =1

Số chu kỳ tương đương biến đổi ứng suất được xác định tùy theo đặc điểm đặt tải

Khi tải trọng không đổi và tân số đặt tải không đổi: Ñ¡„ = Ñ; = 60LÙ/n,

Khi tân số đặt tải biến đổi: „z

Trong đó:

= 60L,7,;

n,(n,,) - tan sf thay déi tng sudt trong mot phit (n, = 7 vong/phit hoặc

n, = cn vòng/phút với c lấn dat tdi trong m6t vong quay); L,- tuéi tho, giờ;

số sử dụng trong một năm; K, - hệ số sử dụng trong một ngày đêm; ÄÑ;- tổng số chu

ky dat tai

14

1- chế độ nặng; 2- chế độ trung bình đống xác suất, 3- chế độ trung bình thông thường; 4- chế độ nhẹ

Khi biểu đồ chu kỳ đặt tải có dạng bậc (hình 1.8, b)

16

2 Hệ số an toàn khi tải trọng biến đổi (tuần hoàn) có tính đến các yếu tố

chính ảnh hưởng đến giới hạn mỏi, đối với vật liệu bất kỳ được xác định theo các công thức:

(oe / K,)BK,

%

Nếu chu kỳ bất đối xứng, khi mà cùng với sự tăng tải trọng, chu kỳ trở nên tương tự chu kỳ làm việc, nghĩa là

sự tăng các ứng suất diễn ra theo hướng

ứng suất trung bình không thay đổi,

còn biên độ tăng, nghĩa là theo đường

Khi ứng suất pháp tuyến Z và ứng suất tiếp tuyến 7 (uốn, xoắn) thay đổi đồng pha, tác động phối hợp

5,8,

Ở đây S,.S, - hệ số an toàn theo các ứng suất pháp tuyến và các ứng suất tiếp

tuyến, có thay o cho z

Trị số cho phép của hệ số an toàn [S] được quy định trên cơ sở kính nghiệm

thiết kế và sử dụng (khai thác) máy hoặc được tính toán có chú ý đến độ tìn cậy cân thiết của các chỉ tiết Khi không có các số liệu cần thiết, có thể xác định gần

đúng hệ số an toàn trên cơ sở của một phương pháp gọi là phương pháp vi sa như là tích của các hệ số riêng biệt

Hệ số an toàn theo giới hạn bên được chọn khá lớn Ví dụ, đối với các thép bền

cao - gắn 2 2,5, đối với gang xám 3 3,ð, đối với thép đúc và kim loại màu đúc 3,5 3, đối với những vật liệu đặc biệt giòn 4 6

Hệ số an toàn theo giới hạn chảy cho các vật liệu dẻo (thép) nếu tính toán chính xác là 1,2 1,5 và cao hơn Hệ số an toàn khi đặt tải tiếp xúc có thể chấp

nhận 1,1 1,2 Hệ số an toàn theo giới han mỏi - 1,3 1,ð ví dụ khi không đủ số liệu

thử nghiệm về các tải trọng và các đặc tính của các vật liệu thì [S] = 1,B 2; nếu số liệu ít hoặc không có các thử nghiệm và độ đồng nhất các vật liệu thấp (các chỉ

> Dap an:

1 Xác định hệ số an toàn cho phép theo công thức (1.28)

[S] = 8,8,8, = 1,2 1/5 1,2 = 2,16

Trong đó; 8, = 1,2 - hệ số tính mức chính xác tính toán;

8, = 1,25 - hệ số tính đến độ đồng nhất các cơ tính của vật liệu;

S, = 1,2 - hệ số tính đến mức quan trọng của chỉ tiết (ngừng máy)

2 Xác định ứng suất cho phép theo công thức (1.10):

= ts] L2 6609/51 _ 168 N/mm? 2,16 /mm

6 day Ory = 126, - giới hạn chảy tính toán khi uốn;

6, = 360 N / mm’ giới han chảy của thép (xem báng 1.1)

c= 0,81 - hệ số tỉ lệ cho chỉ tiết; khi d = 50mm, chế tạo

Ở đây N, = 10" - s6 chu ky dat tdi cơ sổ; m - bậc (số mũ) đường cong mồi

Hay xác định hệ số an toàn cho trục đ = 60mm có một rãnh then, trục chịu

mômen uốn ở tiết điện nguy hiểm M = 1,ð.108N.mm và mômen xoắn T' = 4.108 N.mm

Vật liệu - thép 40XH (bang 1.2, 6, = 1000N /mm?; ø „„y = 530N / mm”) Bễ

mặt trục được mài Ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng, ứng suất xoắn - theo chu kỳ xung động Thời hạn phục vụ W,„ /N,,

Ở đây %„, 8, - hệ số an toàn theo uốn và xoắn

2 Xác định hệ số an toàn theo các ứng suất pháp tuyến trong chu kỳ uốn đối xứng bằng công thức (1.24)

3 Tìm hệ số tập trưng ứng suất thực tế (hình 1.7) cho các trục có một rãnh then

Khi uén (6, = 1000N / mm?) K, = 39,3; hệ số tỉ lệ (xem hình 1ð) g = 0,77 ; hệ

4 Hệ số an toàn theo các ứng suất tiếp tuyến trong chu kỳ đặt tải mạch động được tính bằng công thức (1.25)

Hãy xác định ứng suất cho phép cho trục quay của xe goòng (uốn theo chu kỳ đối

xứng) đường kính d = 50mm được chế tao bing thép 40XH (a, = 1000N / mm’,

O64, = B30N / mm”) Trạc được mài tỉnh Trong vùng tác động mômen cực đại có gắn bánh lắp theo chế độ ép (lắp chặt cấp hai) không truyền lực (hình 1.10,a) Tân

số quay trục n = 200 vòng/phút, thời hạn phục vụ L = 10 năm, hệ số sử dụng trọng

một năm K, = 0,75, hé sé sử dụng trong một ngày đêm K, = 0,33, chế độ đặt tải - nặng (xem hình 1.8, b) Hệ số an toàn [s] = 9

21

* Đáp án:

1 Ứng suất cho phép theo công thức (1.15):

o.reB K

G = [or] TSIẾ, 1

Theo hình 1.8b khi tần số đặt tải không đổi n = 200 chu kỳ/phút thì số chu kỳ

đặt tải tương đương là:

1D oi

a> chic bal pe mila! “be eG bat 8p ty Qld 9; ce cho aioe giải 4;

a cho, bal tập tự gẮI 8 đ;, cho bài MQM GZ: ro

Hãy xác định ứng suất kéo cho phép cho trụ máy ép trong vùng chuyển tiếp có

các đường kính d, = 60mm, d, = 70mm với K,„ = 2,3 Ứng suất thay đổi theo chu

kỳ bất đối xứng (đr = + 0,3) tương ứng chế độ đặt tải nặng (xem hình 1.8,c) Thời hạn phục vụ tính toán L = 15 năm, hệ số sử dụng trong một nim K, = 0,75, hệ

số sử đụng trong một ngày đêm K, = 0,66, tần số đặt tải n, = 5 chu kỳ/phút

Vật liệu trụ - thép 40 T2, bể mặt được mài Hệ số an toàn {s] = 2,4

liệu đối với sự bất đối xứng (hình 1.4,c)

3 Xác định hệ số tập trung ứng suất thực tế theo công thức (1.16) với r = + 0,2: Ñ„ = 051đ +? + KVd ~ Ị = 0,511 + 0/2) + 2,31 - 0,/201= 1,52

4 Xác định hệ số tuổi thọ theo biểu thức (1.19):

N, = 5.10°-s6 chuky dat tải cơ sở; N,„ = N;ụ„ =19,Š.105, 0,37 = 5,26 10°-

số chu kỳ tương đương biến đổi ứng suất, H„ = 0,27 - thời điểm khởi đầu phân bố tinh (xem bang 1.3), W; = 601¿; n„ = 60.5 65000 = 19,5 108 - tổng số chu kỳ

23

Ly, =365.24.15.0,75.0,66 = 65000 - số giờ làm việc trong thời gian phục vụ; m - bậc

1 Hãy xác định ứng suất cho phép cho trục quay băng đai đi động chịu mômen

uốn Đường kính trục đ = 40mm, vật liệu - thép 50 ft khi đổi chỗ băng đai

2 Hãy xác định ứng suất cho phép cho các tiết diện I-I và II-II (hình 1.11) của trục bị dẫn trong câu trục, Câu trục được tính toán để có thời hạn phục vụ L = 10

năm với hệ số sử dụng trong một năm Ja Kr = 0,75 va hé sé sit dụng trong một

ngày đêm Kc = 0,66 Chế độ đặt tải của trục tương ứng biểu để chu kỳ trên hình 1.8,b Tân số quay trục n = 35 vòng/phút Vật liệu trục - thép ð0

3 Hãy xác định ứng suất xoắn cho phép cho đầu trục hộp giảm tốc, đầu trục này bị yếu bởi có rãnh then (hình 1.10, b) Mômen quay thay đổi theo chu kỳ đối

xứng tương ứng chế độ đặt tải nặng (xem hình 1.8,e), mômen uốn nhỏ so với mômen quay, có thể xem nhẹ Thời hạn phục vụ theo tính toán L = 15 năm, hệ số

số thay đổi ứng suất n= 3 chu kỳ/phút Vật liệu trục - thép 45, đường kính d = 85mm,

4 Thanh tròn có rãnh tròn r = 3mm được mài, chịu uốn bất đối xứng (hình

tiết diện nguy hiểm ơ„„ = 150 N / mm;

nin = HON / mm? Tai trong thay déi theo biểu đồ chu kỳ tương ứng sự phân phối bình thường (xem hình 1.8,e) Tổng số lần đặt tải trong thời gian phục vụ Ñ; = 5.10” Vật liệu thanh - thép 45 Hãy xác định hệ số an toàn và so sánh nó với hệ số an toàn cho phép

B Hãy xác định ứng suất tiếp xúc cho phép cho bộ truyền động ma sát gồm các bánh lăn hình trụ làm bằng thép (bánh dẫn Hype = 42 46, banh bi din

1.10,c) Các ứng suất định mức ở

Age = 52 56) 6 bai trơn khi làm viée (hinh 1.12), Tan sé quay cia banh din

n, = 750 vone/phit, bánh bi din W; = 250 vòng /phút Thời hạn phục vụ theo thiét ké L = 10 nam, Kr = ‘0, 75, Ke = 0,33, Tải trọng gần như không đổi

6 Hãy xác định ứng suất cho phép cho thanh kéo (hình 1.10, ,đ) chịu lực Ea = 25

+ 20 KN tương ứng với biểu đổ chu kỳ trên hình 1.8 ,b Thời hạn phục vụ theo thiết

24

7 Hãy xác định hệ số an toàn và so sánh với hệ số an toàn cho phép cho trục tang quay băng đai (hình 1.10, đ), nếu trong tiết diện nguy hiểm của trục có tác

động mômen uốn My = 310N.m va mémen xodn 270N.m Chế độ đặt tải - không a6i Sé chu ky dat tai trong théi gian phuc vy N, > No Vat liệu trục - thép 45

25

Chuang 2

CAC MOI GHEP HAN

2.1 Khai niém chung

Mối ghép hàn - mối ghép các chỉ tiết dạng không tháo ra, được thực hiện bằng mối hàn Sự hàn các chỉ tiết dựa trên cơ sở sử dụng lực đính bám phân tử khi làm

nóng các chỉ tiết tới mức chảy (hàn chảy - hàn nhiệt, hàn hơi, hàn hồ quang điện hoặc làm nóng mối ghép kèm sử dụng áp lực (hàn áp lực - hàn rèm, hàn ma sát,

bàn cảm ứng điện, hàn tiếp xúc điện)

Các kết cấu hàn tiết kiệm được khá nhiễu kim loại so với các kết cấu tán đỉnh

Các mối ghép được han hé quang điện hay

hàn hơi bằng các mối hàn đối tiếp hoặc các mối

hàn góc

Mối hàn đối tiếp để thực hiện các mối ghép

đối đầu có sửa mép các phân tử ghép hoặc không

sửa mép (hình 2,1)

Các mối hàn góc hoặc đường hàn lổi được sử

dụng để thực hiện các mối ghép chồng, các mối

ghép chữ T và các mối ghép góc Tùy theo vị trí

các mối hàn góc so với tải trọng tác động mà

chia ra gồm các mối hàn chính điện, mối hàn

cạnh (hông), mối hàn chéo, mối hàn liên hợp

d=l2ØtAmm khi ơ<3 d=l5o+5mm khì ơ>3

p= 3d; p= 2d, p= 15d

27

Các mối hàn góc được chỉa theo hình dáng tiết diện (hình 2.5) gồm các mối hàn góc bình thường 1, các mối hàn góc lõm 3, các mối hàn góc lôi 3 Đặc điểm hình học cơ bản của các mối hàn góc là kích thước cạnh mối hàn k, còn tiết diện

tính toán - chiều cao h Đối với mối hàn góc bình thường A=k 45° ~0,7k

Các mối ghép hàn tiếp xúc được chia thành các mối ghép đối tiếp và các mối ghép theo bể mặt - các mối ghép hàn điểm (hình 2.6) và các mối ghép hàn đường (hình 2.7) Sự hàn tiếp xúc đối đầu (đối tiếp) được thực hiện trên các máy hàn đối tiếp, còn hàn tiếp xúc điểm và đường - trên các máy hàn điểm và hàn lăn

2.2 Các cũng thức tính toán cơ bản

Tính các mối ghép hàn được thực hiện bằng mối hàn đối tiếp Việc tính toán các mối hàn đối tiếp được thực biện theo các công thức như đối với các chỉ tiết nguyên

khối Điểm đặc biệt là ở chỗ quy định các ứng suất cho phép (xem bảng 2.1)

Các ứng suất do mômen uốn M và lực kéo (nén) F' (hình 2.8) gây ra được xác định

z +

a H s|R .¬V Trong đó:

M- mémen vén, N.mm; W- mômen cần của tiết điện, mm ; 7- độ đài mối hàn, mm; ä- độ đày các phần tử được hàn, mm; #- tải trọng, N;lØz„„Ì- ứng suất kéo

hoặc nén cho phép của mối hàn, N/mm2

Tính các mối ghép hàn chồng

Vì các mối ghép chồng được thực hiện bằng mối

hàn góc nên việc tính toán được thống nhất hóa và

tiến hành theo các ứng suất tiếp tuyến quy ước

Căn cứ vào điểu kiện bền cắt, theo công thức

(1.4) (hình 2.9), khi lực F tác động lên mối hàn thì:

= 0751, s iy] (2.2)

F tai trong, N; [#¿„] - ứng suất cắt cho phép của mối hàn, N/mm?; J, = EJ -

độ dài tính toán của mối hàn, mm (, - tổng độ dài); 0,7k = b - độ dày mối hàn trong tiết diện nguy hiểm (hình 2.5), mm; k - cạnh mối hàn (hình 2.5), mm

Kích thước cạnh mối hàn k thường bằng độ dày các chỉ tiết được hàn ø , nhưng cũng có thể nhỏ hơn

Các mối hàn liên hợp (hình 2.10) được áp đụng trong trường hợp nếu mối hàn góc đơn giản (chính điện, cạnh, chéo) không bảo đảm độ bền cân thiết của mối

ghép hàn

28

Điều kiện bền các mối hàn liên hợp chịu mômen M ở mặt phẳng ghép, nếu

I $0,5H , được xác định theo công thức:

hiểm của mối hàn, mm; ïp - mômen quán tính phân cực của tiết dién méi han Ip =

4s - tổng điện tích tiết diện các mối hàn ở mặt phẳng tiếp xúc, mm?

Tính các mối ghép chữ T Khi thực hiện các mối ghép chữ T mà không

chuẩn bị (sửa) các mép các chỉ tiết cần hàn (hình 2.11) thì ứng suất quy ước

Độ bên các mối ghép hàn điểm chú yếu làm việc chịu cắt (hình 2.6)

Các đặc điểm tính toán các nồi hơi chế tạo bằng cách hàn và các bình cao áp khác

Việc tính toán dẫn tới sự xác định độ dày thành s Độ bền các mối hàn được bảo đảm bằng cách cho thêm hệ số độ bên các mối hàn Ø

- _#Ð

Trong đó:

D- đường kính bình, mm; q- áp suất trong bình, N#mm?; ø hệ số độ bền của mối

hàn; [Ø,] - ứng suất kéo cho phép, N/mm?

Đối với các bình làm việc với 4<L§N! mm2 và với nhiệt độ t<2009C thì ứng suất cho phép

Sp

Is, ] = 4 Đối với các bình làm việc với các áp suất lớn và nhiệt độ cao, ứng suất cho

phép được lấy nhỏ hơn từ hai trị số

Ø,

Trong đó:

Ør(p - giới hạn chảy ở nhiệt độ làm việc

Độ bền mối hàn đối tiếp được đánh giá bằng hệ số bền Ø, tức là bằng tỉ số giữa ứng suất cho phép của mối hàn lơ,] và ứng suất cho phép của kim loại nên [Ø,]

@=

31

Các trị số tính toán của các hệ số độ bền ø các mối hàn đối tiếp như sau:

* mối hai phía, hàn tự động đưới lớp chất trợ dung 1

(tùy theo độ sâu hàn)

* mối một phía, hàn trên miếng đệm 0,9

khéng miéng dém, méi doc

* mối một phía, không hàn thêm, không miếng đệm, 0,8

2.35 Chọn các ứng suắt cho phép

Cần tuân thủ các yêu cầu chuẩn hóa về việc hàn và chọn que hàn, chất trợ đung

để độ bên kim loại mối hàn không thấp hơn độ bền kim loại nên của các chỉ tiết

cần hàn Nhưng trong vùng ảnh hưởng nhiệt cạnh mối hàn (3 6mm), nơi mà kim

loại chịu các thay đổi kết cấu, không phải lúc nào cũng giữ được các đặc tính của kim loại gốc, đặc biệt là khi bàn thủ công Sự thay đổi chất lượng vật liệu được quyết định bởi hệ số độ bền mối hàn ÿ

Khi thiết kế các kết cấu hàn, vấn để tính toán tổng hợp các mối ghép hàn được giải quyết Việc tính toán bao gồm cả sự kiểm nghiệm độ bền các mối hàn và kim loại nễn ở những vùng giáp mối hàn Việc tính độ bên kim loại nền bên cạnh mối hàn được tiến hành trong các kết cấu làm bằng thép tôi chịu tất cả các đạng tải trọng, trong đó có các tải trọng tĩnh Trong các kết cấu làm bằng thép thấp cacbon

không tôi và thép hợp kim, việc tính toán tổng hợp các mối ghép hàn được tiến

hành với các tải trọng biến đổi

Các ứng suất cho phép của kim loại nền khi tải trọng không đổi được xác định theo công thức (1.10):

Các ứng suất cho phép trong các mối hàn được quy định theo ứng suất kéo cho phép của kim loại nên trong các chỉ tiết được hàn tùy theo phương pháp hàn và

được chọn theo bảng 2.1

32

Bảng 2.1 Gác ứng suất cho phép trong các mối ghép hàn khi chịu tải trọng tĩnh

Kiểu hàn Các ứng suất cho phép

Hàn tự động với chất trợ dung: bằng các que hàn [ø;] [ø,] 0,65 [o,]

E42A và E50A; trong môi trường khí bảo vệ; hàn

tiếp xúc đối đỉnh

E50 Hàn hơi

lo „]- ứng suất kéo cho phép của kim loại nền trong các chỉ tiết được hàn Đối với các tải trọng biến đổi, các ứng suất cho phép trong các mối hàn bo’, | được xác định bằng cách nhân các ứng suất cho phép khi tải tinh (xem bang 2.1) với hệ số Ƒ:

lop] = [oo 5 lt] = [toh

đối xứng chu kỳ ứng suất (có dấu của mình)

Ấy - hệ số tập trung ứng suất thực tế (xem bảng 2.2 và 2.3);

K; - hệ số tuổi thọ [xem công thức (1.19)}; khi xác địnhX; , chấp nhận No

= 3,4.108 va cdc tri số m đã biết; các ký hiệu bền trên tương ứng sự kéo, các dấu

hiệu bên đưới - sự nén; trong vùng chuyển tiếp Œ = -1 hoặc gần bằng như vậy) thì tính theo trường hợp nguy hiểm hơn

Trong trường hợp tổng quát cần xác định các ứng suất cho phép của các mối ghép hàn có các ứng suất biến đổi theo công thức chưng (1.15):

Sint

[sl]K,

Bảng 2.2 0ác hệ số tập trung ứng suất thực tế để tính các mối hàn và các chi tiết

trong vùng hàn ở trạng thái ứng suất thay đổi tuần hoàn

Các phân tử Thép thấp cacbon | Thép hợp kim thấp

Kim loại nền

€Ó gia công cơ

diện, có gia công cơ và tỉ số các cạnh là

Cũng như trên, nhưng hình đáng các bản 1,5 1,9

nối hài hòa và có gia công cơ các mối

Ø„„„ = —0,60„„„ đến Ơ„„ Lực kéo tác động lên mối ghép được hàn bằng mối hàn

chính diện Vật liệu các tấm - thép G3 Que hàn - E42 Hàn thủ công, 1K =1

Bang 2.3 Hệ số tập trung ứng suất thực tế Kœ khi hàn tiếp xúc

(cho các chỉ tiết và các mối hàn)

5 Xác định ứng lực cho phép trên mối ghép chồng có mối hàn chính diện hai

phía (xem công thức 2.2) với k = 6mm;

Để sử dụng kim loại nên triệt để hơn, hợp lý nhất là áp dụng mối hàn góc

dạng chéo thay cho mối hàn góc chính diện

7 Xác định độ đài mối hàn chéo bai phía, căn cứ vào độ bền đều mối ghép

4 Xác định độ dài tổng cộng cần có của mối hàn

chính diện và mối hàn cạnh theo công thức (3.4), chấp

6 Xác định tải trọng đặt lên các mối hàn cạnh:

Vi tính đến khuyết tật mối hàn (không hàn thấu lúc khởi đầu và miệng hàn ở đuôi

mối hàn) nên tăng độ dài các mối hàn cạnh, lấy 1, = 270mm va 1, = 117mm

BAI TAP 3:

Hãy thiết kế mối ghép hàn chữ T từ vật liệu tấm (thép CT1) có độ day

S=10mm cho tải trọng tĩnh F = 100kN, dùng các phương pháp han khác nhau

*» Đáp an:

1 Chấp nhận ứng suất kéo cho phép của tấm |ø,] = 140M / m2

2 Chấp nhận mối ghép (xem hình 2.11) được hàn mà không sửa mép, hàn thủ công Như vậy mối hàn góc làm việc chịu cắt Ứng suất cắt cho phép (xem bảng 2.1)

4 Chấp nhận rằng mối ghép được thực hiện bằng

cách hàn tự động, có hàn thấu sâu hoặc có chuẩn bị các q7

mép (hình 2.8) các chỉ tiết được hàn Khi đó mối hàn sẽ

làm việc chịu kéo Ứng suất kéo cho phép của mối hàn

các mối hàn góc theo chu vi (hình 9.14) Cạnh mối hàn k = 10mm Giá đỡ tiếp

nhận tải trọng biến đổi theo như biểu đồ chu kỳ trên hình 1.8,b, F nax = O5KN 5 L

= 160mm Hệ số bất đối xứng chu kỳ ứng suất r = 0, Vật liệu giá đỡ - thép CT3

Tổng số chu kỳ đặt tải trong thời gian phục vụ Vy =10” Hãy kiểm nghiệm độ bên

Wy, - mômen cản của các mối hàn: Ww, = T+ 2h’

fm ~mémen quan tinh cia cde chu vi cdc méi han:

Ky=2- hệ số tập trung ứng suất thực tế của mối hàn (bảng 3.2);

Ø8=! - hệ số ảnh hưởng chất lượng gia công bể mặt

Xác định hệ số tuổi thọ theo công thức (1.19)

LA |34 -10”

K, ="J—* = 9" = 1,033 * Nụ 2,8 10° °

No =3,4,10© - s& chu kỳ cơ sở thay đổi ứng suất;

Trong đó:

Wrg - số chu kỳ tương đương thay đổi ứng suất;

Niz = N;(”.0,2 + 0,75" 0,5 + 0,2” 0,3)

= 107(1° 0,2 + 0,75° 0,5 + 0,2° 0,3) = 2,8 10°

` 88

với bậc (số mũ) đường cong mỗi m:

„42

Đưa trị số vào ta có:

220 0,9 1,3 2

5 Điều kiện bền được tuân thủ:

BAI TAP TY GIAI

1 Hãy tính độ đày thành buồng bơi nước nếu hàn thử công bằng mối hàn đối tiếp, biết D = 1,2m, áp xuất hơi q = 4 MPa, nhiệt độ t = 250°C, vat liệu - thép C3

2 Hãy tính tải trọng cực đại trong mối ghép hàn có các mối hàn chính điện,

được cấu tạo bằng thanh có tiết điện 150 x 10ram2, nếu lực kéo và nén tác động

Số chu kỳ biến đổi ứng suất trong thời gian phục vụ Ny=5.106

3 Hãy xác định độ đài các mối hàn gia cố thép góc 70 x 70 x 7 vào bản nối Mối ghép phải bên đều chỉ tiết nên Bản nối và thép góc - làm bằng thép Œr2 Hàn tay Tải tĩnh

4 Hãy tính giá đỡ (hình 2.11) làm bằng thanh dày 6=16mm được gia cố bằng

cách hàn, nếu tải kéo tĩnh F = 20kN và mômen uốn M = 1,5kNm tác động lên giá

đỡ Vật liệu - thép Cr3 Hàn tự động với chất trợ dung

5 Hãy xác định dạng và kích thước mối hàn đối tiếp bền đều thanh nền có tiết

điện 300 x 20mm2, nếu tải trọng kéo tĩnh, vật liệu - thép Cr3, hàn thủ công

6 Hãy thiết kế mối ghép hàn chữ T, nếu hàn bằng các mối đối tiếp và: mối

hàn góc, vật liệu tấm đày 6=12mm, tdi trong F = 1B0kN, vật liệu - thép

7 Hãy tính mối ghép hàn điểm với các số liệu sau day: F = 3500N, độ dày tấm

ổ=3mm , vật liệu - thép CT10, tải trọng thay đổi dấu (r = -0,6)

40

CÁC MỐI GHÉP CHI TIẾT

BANG DO DOI

3.1 Khai niém chung

Các mối ghép chỉ tiết bằng độ đôi là các mối ghép căng, trong đó độ đôi được tạo bởi độ chênh lệch cần thiết các kích thước lắp ghép (các độ lệch giới hạn) của các chỉ tiết được ghép Chức năng chính của mối ghép - truyền mômen xoắn và lực dọc trục từ chỉ tiết này sang chỉ tiết khác bằng các lực ma sát

Có thể chia các mối ghép ra làm hai nhóm:

1 Các mối ghép các chỉ tiết theo các bề mặt trụ và bê mặt cân (nón), khi mà một chỉ tiết bao (bọc) chỉ tiết khác (hình 3.1) không cần đến các chỉ tiết nối riêng biệt;

Hình 3.1 S0 đổ ghép theo bổ mặt trụ có độ đôi bảo đảm

3, Các mối ghép chỉ tiết bằng các chỉ tiết nối riêng biệt: các thanh giằng và các

vành (hình 8.2)

Theo phương pháp lắp ráp, các mối ghép được chia ra thành các mối ghép lấp ráp bằng cách ép và các mối ghép lắp ráp bằng cách nung nóng chỉ tiết bao hoặc làm lạnh chỉ tiết bị bao

41

Độ căng mối ghép và độ bên mối ghép phụ thuộc vào trị số độ đôi (độ chênh lệch

các đường kính chỉ tiết bao và c1 tiết bị bao)

Các mối ghép được thực hiện bằng cách biến dạng nhiệt bền hơn các mối ghép thực hiện bằng cách ép

Các mối ghép trụ được sử dụng rộng rãi với các tải trọng lớn, đặc biệt là các tải trọng động, khi không cần tháo, ráp thường xuyên

Việc làm lạnh được áp dụng chủ yếu cho các chỉ tiết nhỏ, ví dụ các ống lót lắp

vào các chỉ tiết thân nguyên khối

Hình 3.2 Ghép các nửa bánh đã theo mặt phẳng:

a> bing các thanh neo; b- bằng các vành

Ưu điểm các mối ghép bằng độ đôi là đơn giản trong chế tạo, bảo đảm định tâm tốt không đòi hỏi các chỉ tiết gia cố đặc biệt Nhược điểm các mối ghép bằng

độ đôi là: phân tán độ bền đính bám lớn đo phân tán các kích thước lắp ghép thực trong các giới hạn dung sai chế tạo; tháo và lắp phức tạp, có khả năng lỏng chỗ lắp

ghép và hư hồng các bễ mặt lắp ghép khi tháo ra; có các ứng suất lắp ráp cao trong các chỉ tiết và giảm độ bẩn mỗi do tập trung ứng suất tại những chỗ lắp ghép Khi tính các chế độ lắp ghép có độ đôi, cần giải quyết những van dé sau đây: 1)

Xác định độ bên mối ghép, 2) lực ép; 3) nhiệt độ nung nóng (àm lạnh) cần thiết để

lắp bằng cách nung nóng (lam lạnh); 4) xác định các ứng suất và các biến dạng trong các chỉ tiết tạo ra mối ghép và tính độ bền của chúng

ð.2 bác công thức tính toán cơ bản

1 Ấp lực trên bễ mặt lắp ghép các chỉ tiết ghép bằng độ đôi phải như thế nào

đó để các lực ma sát lớn hơn các lực trượt ngoài

Điều kiện bén mối ghép khi chịu lực đọc trục (hình 3.3,a) (F, > F)

7

Ở đây F- lực đọc trục, N; &- hệ số dự phòng đính bám, khi tính toán chấp nhận

tới 1,5 3; ở và i- đường kính và độ dài bề mặt lắp ghép, mm; g- áp lực trên bê mặt