Bài giảng Chi tiết máy

Chương NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY 1.1 Đại cương thiết kế máy chi tiết máy 1.1.1 Mở đầu a Khái niệm chi tiết máy Bất kỳ máy dù lớn hay nhỏ cấu tạo nhiều phận máy Bộ phận máy lại gồm nhiều chi tiết máy lắp ghép lại với Như vậy, chi tiết máy phần tử cấu tạo hoàn chỉnh máy, chế tạo khơng kèm theo nguyên công lắp ráp nào, CTM thường lắp ghép cố định với thành nhóm CTM Để thuận tiện lắp ghép, thay thế, bảo quản sử dụng, người ta liên kết nhiều CTM nhóm CTM theo chức tạo thành cụm CTM hay phận máy, blok máy Theo quan điểm sử dụng, CTM chia làm hai nhóm: - Các CTM có cơng dụng chung: Đó CTM dùng phổ biến nhiều loại máy khác với công dụng hoàn toàn giống chúng loại VD: Như trục, bánh răng, bu lơng, đại ốc, vít…… Các CTM có cơng dụng riêng: Đó CTM dùng số máy định VD: pít tơng, trục khuỷu, cam…… b Nhiệm vụ, tính chất nội dung môn học - Nhiệm vụ môn học: CTM môn khoa học nghiên cứu phương pháp tính tốn, thiết kế máy CTM có cơng dụng chung Nhiệm vụ trang bị cho người học kiến thức cấu tạo, nguyên lý làm việc phương pháp tính tốn thiết kế CTM có cơng dụng chung, tạo sở vững để vận dụng vào việc thiết kế, sử dụng, khai thác loại máy thiết bị khí - Tính chất mơn học: Đây mơn học vừa mang tính lý thuyết vừa mang tính thực nghiệm Lý thuyết tính tốn xây dựng sở kiến thức toán học, vật lý học, học lý thuyết, nguyên lý máy, SBVL vv… xác minh hồn thiện qua thí nghiệm thực tiễn sản xuất - Nội dung môn học: Nội dung môn học gồm phần + Những vấn đề thiết kế CTM + Các chi tiết máy ghép + Các CTM truyền động + Các CTM đỡ, nối, CTM quay (trục, ổ trục, khớp nối) Ngoài việc làm tập tính tốn, thiết kế CTM chương, sau học xong chương trình lý thuyết, học viên làm đồ án môn học Qua lý thuyết đồ án môn học CTM, trình độ thiết kế khí học viên bước đầu củng cố, làm sở cho việc thiết kế máy 1.1.2 Các yêu cầu chung máy chi tiết máy thiết kế - Hiệu sử dụng Máy thiết kế phải có suất cao, hiệu suất cao, tốn lượng, độ xác cao, chi phí thấp lao động vận hành máy…đồng thời kích thước trọng lượng cần cố gắng phải thật nhỏ gọn - Khả làm việc Đó khả hồn thành máy chi tiết máy hồn thành chức định mà giữ độ bền, không thay đổi kích thước hình dạng, giữ tính ổn định, có tính bền mòn, chịu nhiệt chấn động Để đảm bảo cho chi tiết máy có đủ khả làm việc, cần xác định hợp lý hình dạng kích thước chi tiết máy, chọn vật liệu thích hợp để chế tạo chúng sử dụng biện pháp tăng bền chống gỉ - Độ tin cậy cao Là tính chất phận máy chi tiết máy thực chức định, đồng thời giữ tiêu sử dụng như: suất, công suất, mức độ tiêu thụ lượng, độ xác, thơng số kỹ thuật… suốt thời gian làm việc suốt q trình thực khối lượng cơng việc quy định Độ tin cậy đặc trưng xác suất làm việc khơng bị hỏng hóc thời gian quy định trình thực khối lượng công việc quy định Rõ ràng, xác suất gần độ tin cậy kết cấu cao - An toàn sử dụng Một số kết cấu làm việc an tồn có nghĩa điều kiện sử dụng bình thường kết cấu khơng gây tai nạn nguy hiểm cho người sử dụng, không gây nguy hại cho thiết bị, nhà cửa đối tượng khác xung quanh - Tính cơng nghệ tính kinh tế Đây yêu cầu máy chi tiết máy Để thỏa mãn yêu cầu chi tiết máy thiết kế có hình dạng kết cấu vật liệu chế tạo phù hợp với điều kiện sản xuất cụ thể, bảo đảm khối lượng, kích thước nhỏ nhất, tốn nguyên vật liệu Chi tiết máy chế tạo tốn cơng sức nhất, chi phí chế tạo thấp để có kết cuối giá thành sản phẩm rẻ Nói cách khác, chi tiết máy có tính cơng nghệ cao mặt phải thỏa mãn tiêu khả làm việc, mặt khác, điều kiện sản xuất sẵn có phải dễ chế tạo, tốn thời gian nguyên vật liệu Có nhiều phương án thiết kế chế tạo chi tiết máy Căn theo điều kiện sản xuất cụ thể, chọn phương án thiết thực nhất, có lợi nhất, đòi hỏi người thiết kế phải nắm vững công nghệ chế tạo thực thực tế sản xuất Đồng thời cần tranh thủ ý kiến giúp đỡ chuyên môn cán kỹ thuật công nghệ đúc, hàn, rèn, dập - Những yêu cầu chủ yếu tính cơng nghệ + Kết cấu phải phù hợp với điều kiện qui mơ sản xuất Tính cơng nghệ chi tiết máy có quan hệ mật thiết với điều kiện sản xuất cụ thể Tính cơng nghệ chi tiết máy cao điều kiện quy mô sản xuất Nhưng điều kiện quy mô sản xuất khác lại có cần phải sửa đổi tồn kết cấu + Kết cấu đơn giản hợp lý Máy nên thiết kế với số lượng tối đa chi tiết nhẹ, kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, lắp ráp Các bề mặt gia công chi tiết máy nói chung nên bề mặt đơn giản (mặt phẳng, mặt trụ tròn), số lượng bề mặt gia cơng ít, diện tích cần gia cơng nhỏ gia cơng phương pháp gia cơng có suất cao Cũng ý tính cơng nghệ chi tiết máy tách rời tính cơng nghệ máy Có thể có trường hợp giảm nhẹ gia cơng khí chi tiết máy làm phức tạp công việc lắp ráp máy gây khó khăn cho sửa chữa sau + Cấp xác độ nhám mức Cấp xác chi tiết máy cao phí tổn gia cơng tăng Do đó, khơng nên tăng cấp xác cách tùy tiện Mặt khác, khơng hạ cấp xác so với u cầu điều kiện làm việc chi tiết máy Độ nhám bề mặt chi tiết máy vậy, phải quy định thích đáng Khơng nên đề yêu cầu độ nhám bề mặt mức cần thiết, phải gia cơng tinh tốn cần có thiết bị gia cơng đặc biệt + Chọn phương án tạo phơi hợp lý Tính cơng nghệ chi tiết máy định phần lớn phôi vật liệu phương pháp chế tạo phôi Gia cơng cắt gọt nói chung đắt nhiều so với phương pháp gia công áp lực đúc tốn nguyên liệu Vì phần nguyên liệu biến thành phoi Do đó, nên chuyển phần lớn cơng việc tạo hình chi tiết máy từ phân xưởng gia cơng khí sang phân xưởng tạo phơi Hình dạng kích thước phơi phải gần với hình dnagj kích thước thành phẩm, để cơng việc gia cơng cắt gọt lại phần nhỏ bề mặt cần xác có độ nhám thấp (độ nhẵn bóng bề mặt cao) Để có khái niệm tính cơng nghệ chi tiết máy cụ thể, ta lấy ví dụ thiết kế trục • Đường kích phơi gần sát với đường kính trục (thành phẩm) để lượng phoi (lượng dư) cắt tối thiểu • Số lượng bậc trục phải • Chiều dài đoạn trục có đường kính khác nên cố gắng lấy (để gia cơng máy có nhiều dao, có suất cao) • Giữa bậc nên có rãnh lùi đá mài, bề mặt cần mài độ bền trục cho phép • Bán kính góc lượn cố gắng lấy • Chiều rộng rãnh then nên cố gắng lấy • Các rãnh then cần bố trí theo đường sinh trục 1.1.3 Các dạng tải trọng, ứng suất a Các dạng tải trọng Tải trọng hiểu tác dụng bên lên CTM trình làm việc Trong thiết kế khí, tải trọng lực mô men tác dụng lên CTM - Tải trọng làm việc: Là tải trọng thực tác dụng lên CTM làm việc - Tùy theo tính chất thay đổi tải trọng theo thời gian, chia tải trọng làm hai loại: tải trọng tĩnh tải trọng thay đổi + Tải trọng tĩnh: tải trọng không thay đổi (cả điểm đặt, phương chiều, độ lớn) theo thời gian thay đổi khơng đáng kể bỏ qua + Tải trọng thay đổi: tải trọng có điểm đặt, phương chiều cường độ thay đổi theo thời gian Tải trọng thay đổi đột ngột Khi tải trọng tăng mạnh giảm thời gian ngắn gọi tải trọng va đập Tải trọng thường biểu diễn dạng biểu đồ Q(t) VD hình 1.1a biểu đồ tải khơng thay đổi, hình 1.1b biểu đồ tải thay đổi - Trong tính tốn thiết kế, người ta phân biệt tải trọng danh nghĩa, tải trọng tương đương tải trọng tính tốn + Tải trọng danh nghĩa Qdn:Là tải trọng chọn số tải trọng tác dụng lên máy chế độ làm việc ổn định Thông thường người ta chọn tải trọng lớn tác dụng lâu dài làm tải trọng danh nghĩa Tải trọng ghi thông số kỹ thuật máy VD: Cho tải trọng thay đổi Qi(t) = Q1(t1), Q2(t2), Q3(t3) hình 1.1b chọn Qdn = Q1 = Qmax Hoặc Qdn = Q2 = Q(t2 = tmax) Hình 1.1 + Tải trọng tương đương Qtđ:Là tải trọng quy ước khơng đổi, có tác dụng tương đương với chế độ tải cho theo tiêu đó, tải tương đương xác định từ tải trọng danh nghĩa thông qua hệ số tính tốn VD: Tải trọng tương đương Qtđkhi tính theo điều kiện bền khả làm việc thì: Qtđ = Qdn.kN Trong đó: kN hệ số tuổi thọ phụ thuộc vào đồ thị thay đổi tải trọng việc chọn tải trọng làm tải trọng danh nghĩa + Tải trọng tính tốn Qtt: Là tải trọng dùng tính tốn để xác định kích thước chi tiết máy Bởi xác định kích thước chi tiết máy, phải vào trị số tính chất thay đổi tải trọng mà phải xét đến đặc điểm truyền tải trọng phận máy như: mức độ chấn động, phân bố tải trọng bề mặt tiếp xúc đặc điểm phụ thuộc vào công dụng phận máy điều kiện sử dụng Như vậy, tải trọng tính tốn Qtt có xét đến tính chất thay đổi tải trọng tác dụng tương hỗ chi tiết máy tiếp xúc Về nguyên tắc, cấu trúc cơng thức xác định tải trọng tính tốn có dạng: Qt = Qtđ.ktt.kđ.kđk = Qdn.kN.ktt.kđ.kđk Trong đó: ktt : hệ số xét đến phân bố không tải trọng lên bề mặt tiếp xúc kđ : hệ số tải trọng động gây nên đặc điểm phận truyền lực kđk : hệ số phụ thuộc vào điều kiện làm việc Tùy thuộc vào trường hợp cụ thể mà công thức sửa đổi cho phù hợp, bỏ bớt đưa thêm vào số hệ số Trong tính tốn sơ bộ, chưa thể đánh giá xác đặc điểm tải trọng, người ta thường dùng tải trọng danh nghĩa làm tải trọng tính tốn b Các loai ứng suất Tải trọng tác dụng lên CTM gây nên ứng suất Ứng suất cường độ phân bố nội lực đơn vị diện tích Đơn vị đo ứng suất Mpa, tiêu chuẩn cũ N/mm2, dùng kN/mm2 (1Pa = 1N/m2, 1MP = 106 Pa = 1N/mm2) Tùy theo điều kiện làm việc cụ thể mà tải trọng tác dụng lên chi tiết máy gây nên loại ứng suất khác như: ứng suất kéo (nén), uốn, xoắn, cắt, dập, tiếp xúc… Ứng suất sinh chi tiết máy thay đổi hoăc khơng thay đổi - Ứng suất khơng thay đổi (hay gọi ứng suất tĩnh): Là ứng suất không thay đổi theo thời gian thay đổi không đáng kể - Ứng suất thay đổi: Là ứng suất có chiều, trị số thay đổi hai yếu tố thay đổi theo thời gian Đây loại ứng suất phổ biến CTM - Ứng suất thay đổi đặc trưng chu trình ứng suất + Chu trình ứng suất: Là vòng thay đổi ứng suất từ trị số ban đầu qua trị số giới hạn sang trị số giới hạn khác trở giá trị ban đầu gọi chu trình ứng suất + Chu kỳ ứng suất: Thời gian thực chu trình ứng suất gọi chu kỳ ứng suất Hình 1.2 Chu trình ứng suất đặc trưng ba thông số: Biên độ ứng suất: σA = Ứng suất trung bình: σ max − σ σm = Hệ số tính chất chu trình: σ max + σ r= σ σ max Phân loại chu trình ứng suất: - Phân loại theo giá trị hệ sốtính chất chu trình r: + Chu trình đối xứng: giới hạn ứng suất (σmax, σmin) trị số tuyệt đối, lại ngược dấu σmax = -σmin σA = σmax σm = r = -1 Hình 1.3 + Chu trình khơng đối xứng: Các giới hạn ứng suất không trị số Chu trình khơng đối xứng lại chia chu trình khơng đối xứng khác dấu chu trình khơng đối xứng đồng dấu Chu trình khơng đối xứng khác dấu: Các giới hạn ứng suất khác dấu σmax σmin< Hình 1.4 Chu trình khơng đối xứng đồng dấu: Các giới hạn ứng suất dấu σmax σmin> Hình 1.5 + Chu trình khơng đối xứng mạch động (chu trình mạch động) chu trình khơng đối xứng đồng dấu giá trị giới hạn ứng suất σmax σmin = Chu trình mạch động dương thì: σ max > 0; σ = σ σ A = σ m = max σ r = = σ max Chu trình mạch động âm thì: ; Hình 1.6 - Phân loại theo tính chất thay đổi biên độ ứng suất trung bình: + Chu trình ứng suất ổn định: Khi cảứng suất trung bình biên độ ứng suấtđều khơng thay đổi theo thời gian + Chu trình ứng suất bất ổn định: Khiứng suất trung bình biên độ ứng suấthoặc hai đại lượng thay đổi theo thời gian 1.1.4 Chọn vật liệu Khi chọn vật liệu phải xét đến yêu cầu sau đây: - Vật liệu phải thỏa mãn điều kiện làm việc chi tiết máy, nói cách khác phải đảm bảo cho chi tiết máy có đủ khả làm việc (như độ bền, độ cứng, độ bền mòn ) - Thỏa mãn yêu cầu khối lượng kích thước chi tiết máy toàn máy - Vật liệu phải có tính chất cơng nghệ thích ứng với hình dạng phương pháp gia công chi tiết máy (chẳng hạn chi tiết máy có hình dạng phức tạp, gia công phương pháp đúc đòi hỏi vật liệu phải có tính đúc; chi tiết máy cần gia cơng cắt gọt vật liệu phải có tính cắt gọt tốt ) tốn cơng sức chế tạo - Có lợi phương diện giá thành sản phẩm (giá thành vật liệu giá thành chế tạo); vật liệu dễ tìm, tốn vấn đề cung cấp, cần ý vật liệu sẵn có nước 1.1.5 Vấn đề tiêu chuẩn hóa chi tiết máy a Khái niệm Tiêu chuẩn hóa quy định hợp lý quy cách, tính chất, hình dạng, kích thước đối tượng thống sử dụng phạm vi định b Mục đích tiêu chuẩn hóa - Thống hóa - Cơ khí hóa - Chun mơn hóa - Hợp tác hóa sản xuất, - Nâng cao chất lượng, - Đảm bảo tính đổi lẫn, tính tổ hợp sản phẩm, - Đảm bảo sử dụng hợp lý tiết kiệm nguyên vật liệu - Rút ngắn thời gian thiết kế sản xuất, nâng cao chất lượng lao động, giảm gia thành sản xuất c Lợi ích tiêu chuẩn hóa Thực tiêu chuẩn hóa có lợi ích sau: - Có thể sản xuất hàng loạt chi tiết máy tiêu chuẩn phương pháp gia cơng tiên tiến có suất cao tập trung sản xuất hàng loạt lớn nhà máy chuyên môn, giảm công sức thiết kế, chế tạo, tiết kiệm nguyên vật liệu, giảm giá thành - Các điều kiện kỹ thuật phương pháp thí nghiệm tiêu chuẩn hóa, tạo điều kiện nâng cao chất lượng , khả làm việc tuổi thọ chi tiết máy - Việc sửa chữa nhanh chóng, khối lượng sửa chữa giảm bớt, giá thành sửa chữa hạ, thay dễ dàng chi tiết máy bị hỏng chi tiết máy mới, dự trữ sẵn kho - Khối lượng thiết kế giảm bớt, tiết kiệm cơng sức thiết kế Vì vậy, thiết kế cần triệt để áp dụng tiêu chuẩn vào việc xác định loại, kiểu, hình dạng, kích thước chi tiết máy 1.2 Những tiêu chủ yếu khả làm việc chi tiết máy 1.2.1 Độ bền Độ bền khả tiếp nhận tải trọng CTM mà không bị phá hỏng (không bị biến dạng dư mức cho phép, không bị phá hủy) Độ bền tiêu quan trọng phần lớn CTM Người ta phân biệt hai dạng phá hỏng: Phá hỏng tĩnh phá hỏng mỏi liên quan đế độ bền tĩnh độ bền mỏi Phá hỏng tĩnh ứng suất làm việc vượt giới hạn bền tĩnh vật liệu thường tải đột ngột gây nên phá hỏng mỏi tác dụng lâu dài ứng suất thay đổi có giá trị vượt giới hạn bền mỏi vật liệu Tùy theo dạng hỏng xảy thể tích hay bề mặt CTM, người ta phân biệt hai loại độ bền CTM: Độ bền thể tích độ bền bề mặt Để tránh biến dạng lớn gãy hỏng, CTM cần có đủ độ bền thể tích Để tránh hỏng bề mặt làm việc, CTM cần phải có đủ độ bền mặt Phương pháp tính toán độ bền phổ biến tiến hành theo cách so sánh ứng suất tính tốn CTM chịu tải (ký hiệu σ τ) với ứng suất cho phép ([σ] [τ]) Điều kiện bền viết sau: σ ≤ [σ] τ ≤ [τ] Cũng có tính độ bền xuất phát từ điều kiện đảm bảo hệ số an toàn lớn hệ số an toàn cho phép S ≥ [S] 1.2.2 bn mũn - Độ bền mòn khả chống lại suy giảm chiều dày lớp bề mặt tiếp xúc CTM Mòn kết tác dụng ứng suất tiếp xúc áp suất bề mặt tiếp xúc trt tng điều kiện bôi trơn ma sát t - Tác hại mòn + Làm giảm độ xác máy, đặc biệt dụng cụ đo + Giảm hiệu suất máy, đặc biệt thiết bị ®éng lùc víi hƯ thèng pÝt t«ng xi lanh + Giảm độ bền chất lng lớp bề mặt hiệu lực (ví dụ lớp nhiệt luyện, phun phủ, tăng bền) + Làm tăng khe hở liên kết động, dẫn tới tải trọng động tăng gây ồn + Mòn nhiều làm hoàn toàn khả nănglàm việc CTM - Quỏ trỡnh mũn 10 bn để chịu tải Hoặc đường kính d lớn, trục quay chậm, ổ làm gang b Vật liệu chế tạo lót ổ VËt liƯu lãt ỉ ph¶i tho¶ mãn yêu cầu chủ yếu sau đây: - Có hệ số ma sát thấp; - Có khả giảm mòn chống dính; - Dẫn nhiệt tốt có hệ số giãn nở dài thấp (để khe hở ổ bị thay đổi nhiệt); - Có đủ ®é bỊn Cã thĨ chia vËt liƯu lãt ỉ thµnh ba lo¹i lín: VËt liƯu kim lo¹i, vËt liƯu gèm kim loại vật liệu không kim loại Vật liệu kim lo¹i: 106 42.4 Bơi trơn ổ trượt a Vật liệu bôi trơn Vật liệu bôi trơn Dầu bôi trơn vật liệu bôi trơn chủ yếu Dầu bôi trơn có loại: dầu khống, dầu động vật (dầu xương, dầu cá ) dầu thực vật (dầu gai, dầu thầu dầu ) dầu khống dùng nhiều Dầu động vật dầu thực vật bôi trơn tốt, dễ thực ma sát ướt dễ biến chất giá thành đắt nên dùng Tuy nhiên, để tăng thêm chất lượng bôi trơn, người ta pha thêm vào dầu khống dầu động vật dầu thực vật Mỡ bôi trơn hỗn hợp dầu khống (thường dầu cơng nghiệp 20, 30, 45) chất làm đặc Mỡ bôi trơn chủ yếu dùng để giảm ma sát, chống ăn mòn có tác dụng che kín Ma sát tĩnh mỡ tương đối lớn nên lúc mở máy cần có mơmen lớn so với trường hợp dùng dầu bôi trơn Tuy nhiên trục quay mỡ làm việc tương tự dầu trục dừng, mỡ lại không chảy ngồi Chất rắn bơi trơn chủ yếu grafit coloit sibunfua molipden Chúng dùng trường hợp đảm bảo bôi trơn ma sát ướt cách bình thường Thơng thường người ta trộn chất rắn bơi trơn với dầu, khơng có dầu cúng có tác dụng bơi trơn tốt b Phương pháp dụng cụ bôi trơn 4.3 Ổ lăn 4.3.1 Khái niệm chung a Cấu tạo Trong ổ lăn, tải trọng từ trục trước truyền tới gối trục phải qua lăn Nhờ có lăn ma sát sinh ổ lăn ma sát lăn 107 Ổ lăn thường gồm phận: vòng ngồi, vòng trong, lăn, vòng cách Vòng trong, vòng ngồi thường có rãnh, vòng lắp với ngõng trục, vòng ngồi lắp với gối trục (vỏ máy, thân máy) Thơng thường vòng quy với trục, vòng ngồi đứng n, có vòng ngồi quay với gối trục vòng đứng yên với trục (như ổ lăn bánh xe) Thông thường lăn có loại sau: bi, đũa (đũa trụ ngắn, đũa trụ dài, đũa cơn, đũa hình trống đối xứng, đũa kim, đũa xoắn) b Phân loại Theo hình dạng lăn, chia ổ thành hai loại sau: ổ bi ổ đũa Theo khả chịu lực ổ lăn chia ra: - Ổ đỡ: chịu lực hướng tâm mà không chịu lực dọc trục chịu phần nhỏ lực dọc trục - Ổ đỡ chặn: chịu hai lực hướng tâm lực dọc trục - Ổ chặn đỡ: chịu lực dọc trục, đồng thời chịu lực hướng tâm - Ổ chặn: chịu lực dọc trục mà không chịu lực hướng tâm\ Theo khả tự lựa: Ổ tự lựa ổ không tự lựa Theo số dãy lăn ổ chia ổ dãy, hai dãy, bốn dãy… Riêng ổ đũa trụ dài có dãy lăn Theo cỡ đường kính ngồi ổ lăn (với đường kính trong) chia loại: ổ lăn cỡ đặc biệt nhẹ, nhẹ, nhẹ, trung bình nặng Theo cỡ chiều rộng ổ lăn chia ra: ổ hẹp, ổ bình thường, ổ rộng, ổ rộng c Ưu nhược điểm phạm vi ứng dụng So sánh ổ lăn với ổ trượt có ưu điểm sau: - Hệ số ma sát nhỏ (khoảng 0,0012÷0,0035 ổ bi 0,002÷0,006 ổ đũa Mơmen cản sinh mở máy so với ổ trượt; dùng ổ lăn hiệu suất cua máy tăng lên sinh nhiệt tương đối Ngồi ra, hệ số ma sát tương đối ổn định (ít chịu ảnh hưởng vận tốc) dùng ổ lăn làm việc với vận tốc thấp - Chăm sóc bơi trơn đơn giản, tốn vật liệu bơi trơn, dùng mỡ bơi trơn 108 - Kích thước chiều rộng ổ lăn nhỏ chiều rộng ổ trượt có đường kính ngõng trục - Mức độ tiêu chuẩn hóa tính lắp lẫn cao, thay thuận tiện, giá thành chế tạo tương đối thấp sản loạt lớn Tuy nhiên, ổ lăn có số nhược điểm sau: - Kích thước hướng kính lớn - Lắp ghép tương đối khó khăn - Làm việc có nhiều tiếng ồn, khả giảm chấn - Lực quán tính tác dụng lên lăn lớn làm việc với vận tốc cao - Giá thành tương đối cao sản xuất với số lượng Ổ lăn dùng phổ biến nhiều loại máy: máy cắt kim loại, máy điện, ôtô, máy bay, máy kéo, máy nông nghiệp, cần trục, máy xây dựng, máy mỏ, hộp giảm tốc, cấu d Các loại ổ lăn thường dùng C¸c loại ổ lăn thờng dùng - ổ bi đỡ dy - ổ bi đỡ lòng cầu hai dy - ổ đũa trụ ngắn đỡ dy - ổ đũa đỡ lòng cầu hai d - ổ kim - ổ đũa trụ xoắn đỡ - ổ bi đỡ chặn dy - ổ đũa côn đỡ 4.3.2 Cỏc dng hng tiêu tính tốn ổ lăn a Các dạng hỏng - Biến dạng dư bề mặt làm việc ứng suất tiếp xúc thay đổi ổ quay Khi số chu kỳ thay đỏi ứng suất đạt tới trị số lớn, bề mặt tiếp xúc (của rãnh lăn lăn) sinh vết nứt phát triển thành tróc Tróc thường bắt đầu rãnh lăn vòng chịu áp suất lớn nhất, phần lớn ổ lăn vòng trong; ổ lòng cầu vòng ngồi Trên lăn, tróc xảy trước hết chỗ vật liệu có tính thấp Tróc dạng hỏng chủ yếu ổ làm việc với số vòng quay cao, chịu tải trọng lớn giữ không bị bụi hạt kim loại lọt vào - Mòn vòng lăn xảy ổ không giữ (để bụi hạt kim loại lọt vào) Mòn dạng hỏng chủ yếu ổ lăn ôtô, máy kéo, máy xây dựng làm việc môi trường có nhiều hạt mài mòn - Vỡ vòng cách lực ly tâm tác dụng lăn gây nên Nhiều ổ bị hỏng vòng cách bị vỡ, ổ quay nhanh 109 - Vỡ vòng ổ lăn xảy ổ bị tải va đập, chấn động lắp ghép khơng xác (khiến cho vòng bị lệch, lăn bị kẹt ) Nếu sử dụng kỹ thuật, dạng hỏng không xảy b Chỉ tiêu tính tốn Hiện tính tốn ổ lăn dựa theo hai tiêu: + Các ổ làm việc với vận tốc thấp (hoặc đứng yên) tính theo khả tải tĩnh để tránh biến dạng dư bề mặt làm việc + Các ổ lăn làm việc với vận tốc cao tương đối cao tính theo độ bền lâu gọi tính theo khả tải động, để tránh tróc mỏi Phương pháp tính ổ lăn theo tiêu chuẩn khác chưa có tiêu có liên quan đến nhiều nhân tố ngẫu nhiên khó xác định Vì ổ lăn tiêu chuẩn hóa sản xuất hàng loạt lớn q trình tính tốn thử nghiệm xác định khả tải loại, kiểu cỡ kích thước ổ lăn Khi thiết kế máy khơng cần thiết kế ổ lăn mà tính chọn ổ lăn theo tiêu chuẩn theo công thức quy ước Phương pháp tính chọn ổ lăn tiêu chuẩn tiêu chuẩn hóa 4.4 Khớp nối 4.4.1 Khái niệm chung a Phân loại khớp nối Khớp nối dùng để nối trục chi tiết máy quay khác với Ngồi ra, khớp nối dùng làm số cơng việc khác như: đóng mở cấu, giảm tải trọng động, ngăn ngừa tải, điều chỉnh tốc độ Khớp nối Ly hợp Nối trục Ly hợp tự động Ly hợp chiều (ly hợp mọt chiều, ly hợp lăn chiều Ly hợp ly tâm Ly hợp an toàn (ly hợp chốt an toàn, ly hợp vấu an toàn ) Ly hợp ma sát (ly hợp đĩa ma sát , ly hợp côn ma sát ) Ly hợp ăn khớp (ly hợp vấu, ly hợp ) Nối trục đàn hồi (nối trục lò xo, nối trục chốt đàn hồi) Nối trục bù (nối trục răng, nối trục xích ) Nối trục chặt (nối trục ống, nối trục đĩa ) Trường hợp cần có trục dài, làm việc trục liền gặp khó khăn sản xuất, lắp ghép vận chuyển, chế tạo nhiều trục ngắn, nối với nối trục chặt Để nối trục khó đảm bảo xác vị trí tương đối dùng nối trục bù, loại 110 khớp nối có khả bù lại sai lệch vị trí tương đối trục Trong máy làm việc có va đập nhiều, nối trục đàn hồi giảm bớt tải trọng động Đối với máy cấu phải đóng mở ln dùng ly hợp, nhờ tách nối hai trục lúc Do tính chất làm việc máy sử dụng khơng kỹ thuật, máy bị tải Để tránh cho chi tiết khỏi bị gẫy hỏng tải dùng ly hợp an toàn Khi cần truyền chuyển động quay theo chiều định, dùng ly hợp chiều Ly hợp an toàn, ly hợp chiều số loại khác không cần phải điều khiển gọi chung ly hợp tự động Theo cơng dụng, chia khớp nối làm loại lớn - Nối trục: dùng để nối cố định trục, dừng máy, tháo nối trục trục rời Ly hợp: có nhiệm vụ nối tách trục (hoặc tiết máy quay khác) lúc - Ly hợp tự động: tự động nối tách trục (hoặc tiết máy quay khác) b Khái quát tính chọn khớp nối Các loại khớp nối thơng dụng tiêu chuẩn hóa Trị số mơmen xoắn mà khớp nối truyền Tbảng cho bảng số liệu khớp nối, thông số quan trọng khớp nối Ứng với trị số mơmen xoắn, khớp nối có cỡ đường kính khác đê lắp vào trục thích hợp Sở dĩ phải làm nhiều trục nhiều loại vật liệu, đường kính trục lớn bé khơng giống Các kích thước chủ yếu loại khớp nối cho giáo trình khớp nối Chọn khớp nối phải dựa điều kiện làm việc cụ thể máy cấu Khâu yếu khớp nối chọn cần tính tốn kiểm nghiệm Phương pháp tính phụ thuộc loại tải trọng tác dụng điều kiện làm việc khớp nối Khớp nối chọn theo mơmen tính tốn Tt phải thỏa mãn điều kiện: Tt = KT ≤ Tbảng Trong đó: T – mômen xoắn danh nghĩa K – hệ số chế độ làm việc, xem bảng (trường hợp máy dẫn động động điện) Hệ số chế độ tải trọng K Loại máy 111 K Băng tải, quạt gió, máy cắt kim loại chuyển động liên tục Xích tải, vít tải, máng cào, bơm li tâm, máy dệt 1,2 ÷ 1,5 1,5 ÷ Bơm piston, máy nén khí kiểu piston, máy nghiền, máy búa, máy cắt tấm, máy cán thép, máy bào 2÷3 Guồng tải, cần trục, thang máy 3÷4 4.4.2 Nối trục chặt Nối trục chặt dùng để nối cứng trục có đường tâm đường thẳng không di chuyển tương Khác với loại nối trục khác, nối trục chặt khơng truyền mơmen xoắn mà truyền mômen uốn lực dọc trục Tuy nhiên, để giảm bớt mômen uốn tác dụng vào nối trục nên đặt nối trục gần ổ trục chỗ ứng với biểu đồ mômen uốn trục qua số không, không ảnh hưởng đến yêu cầu khác a Nối trục ống Nối trục ống kiểu nối trục chặt đơn giản nhất, cấu tạo ống thép gang, lồng vào đoạn cuối hai trục ghép với trục then chốt Nối trục ống có ưu điểm chế tạo đơn giản, kích thước đường kính nhỏ, song có nhược điểm lắp ghép khó khăn phải di động phương dọc trục khoảng lớn Do đó, nối trục ống dùng để nối trục có đường kính khơng q 60 ÷ 70mm Sau chọn kích thước nối trục theo công thức kinh nghiệm, cho tài liệu khớp nối, trường hợp cần thiết kiểm nghiệm chốt (hoặc then) theo độ bền dập 112 b Nối trục đĩa Nối trục đĩa kiểu nối trục chặt chủ yếu, gồm hai đĩa có mayơ, đĩa lắp lên đoạn cuối trục then độ dôi dùng bulông ghép hai đĩa với Bulơng lắp có khe hở lắp có độ dơi Trường hợp dùng bulơng lắp có khe hở, mômen xoắn truyền từ đĩa sang đĩa nhờ lực ma sát sinh bề mặt ghép hai đĩa lực xiết bulông gây nên Trường hợp dùng bulơng lắp khơng có khe hở, mômen xoắn truyền trực tiếp qua bulông bulông chịu ứng suất cắt ứng suất dập Dùng bulông lắp khơng có khe hở, kích thước nối trục nhỏ gọn cách dùng nhiều 4.4.3 Nối trục đàn hồi Nối trục đàn hồi gồm hai nửa nối trục lắp chặt với hai trục, có phận đàn hồi nối chúng lại với Nhờ có phận đàn hồi nối trục đàn hồi làm nhiệm vụ sau: - Giảm va đập chấn động, phận đàn hồi tích lũy tiêu thụ va đập, chấn động sinh - Đề phòng cộng hưởng dao động xoắn gây nên - Bù lại độ lệch trục (làm việc nối trục bù) Nối trục có độ cứng thay đổi bao gồm nối trục có phận đàn hồi làm vật liệu không kim loại cao su, da (các vật liệu không tuân theo định luật Húc) nối trục có phận đàn hồi kim loại biến dạng phụ thuộc vào kết cấu Ưu điểm nối trục có độ cứng thay đổi ngăn ngừa cơng 113 hưởng dao động xoắn gây nên Khi tần số dao động lực kích thích trùng với tần số dao động riêng hệ thống, biên độ dao động khơng tăng q lớn, biên độ dao động tăng độ cứng hệ thống thay đổi, thay đổi tần số dao đơng riêng hệ thống, tránh cộng hưởng Khả giảm chấn đặc tính quan trọng nối trục đàn hồi Khả giảm chấn khả tích lũy tiêu thụ chấn động gây nên Cơ tích lũy phận đàn hổi biến thành nhiệt nhờ ma sát ma sát phận đàn hồi Trong nối trục lò xo thép, ma sát ngồi có tác dụng định, nối trục phận đàn hồi vật liệu không kim loại, ma sát vật liệu khơng kim loại có tác dụng định a Nối trục vòng đàn hồi Nối trục vỏ đàn hồi gồm nửa nối trục liên kết với nhờ vỏ bọc đàn hồi vòng kẹp Vỏ bọc đàn hồi làm cao su, thường gia cố thêm sợi bện Nối trục có khả giảm chấn tốt bù lại độ lệch trục phạm vi rộng, độ lệch dọc trục đến 11mm, độ lệch tâm đến 5mm độ lệch góc đến 1030’ Tuy nhiên, kích thước hướng kính nối trục tương đối lớn b Nối trục ống lò xo Cấu tạo nối trục lò xo xoắn ốc trụ trình bày hình đây: 114 Nối trục gồm vành có gờ mayơ có đĩa 4, gờ lắp vào rãnh vòng đĩa Gờ đĩa khoét để lắp lò xo chốt tựa Khi chưa lắp lò xo chốt tựa, vành ngồi xoay tự đĩa Mặt bên nối trục che vòng che có tác dụng ngăn khơng cho lò xo chốt tựa bật ngồi che bụi Đầu chốt tựa có bề mặt nửa hình trụ tròn Khi nối trục chưa chịu tải lò xo có lực nén ban đầu F0, sinh đặt lò xo vào nối trục, chúng ép chốt tỳ vào đĩa lẫn gờ Nối trục chịu tải trọng, gờ xoay rãnh đĩa, làm chốt lò xo bị nén thêm Lúc lỗ khoét chốt tựa tỳ vào gờ, chốt tỳ vào đĩa Nối trục lò xo xoắn ốc trụ dùng làm tiết máy đàn hồi nối bánh đĩa xích với trục thích hợp 4.4.4 Ly hợp Dùng ly hợp nối tách trục lúc Đối với ly hợp, có yêu cầu sau đây: - Đóng mở nhanh nhẹ nhàng - Đóng ly hợp êm - Làm việc tin cậy sau đóng - Mòn sinh nhiệt - Điều chỉnh đơn giản - Khi đóng ly hợp tay, lực cần thiết để đóng khơng q lớn - Với mơmen xoắn cho trước, ly hợp có kích thước nhỏ Tuy nhiên, nên ý rằng, ly hợp làm nhiệm vụ bù lại độ lệch 115 trục Khi dùng ly hợp cần bảo đảm đồng tâm trục Tùy theo nguyên lý làm việc, chia ly hợp thành hai loại: ly hợp ăn khớp ly hợp ma sát a Ly hợp ăn khớp Ly hợp ăn khớp làm việc dựa ăn khớp vấu nửa ly hợp Ly hợp vấu Ly hợp vấu gồm hai nửa ly hợp có vấu mặt bên, nửa ly hợp lắp chặt đoạn cuối trục, nửa lý hợp (di động) lắp trượt đoạn cuối trục thứ hai nhờ then then hoa Khi đóng ly hợp, vấu chúng gài vào nhau, qua chuyển động quay mômen xoắn truyền từ trục sang trục Để giảm mòn cho cấu đóng, nửa ly hợp di động nên lắp trục dẫn Ưu điểm ly hợp vấu kích thước nhỏ khơng có chuyển động quay tương đối hai trục (so với ly hợp ma sát) Nhược điểm nối hai trục có vận tốc chênh lệch nhiều sinh va đập, chí phá hỏng ly hợp Vì vậy, khơng nên dùng ly hợp vấu trường hợp cần đóng cấu có tải vận tốc tương đối v trục lớn (v khơng q m/s) Hình dạng tiết diện vấu dùng nhiều hình chữ nhật, hình thang cân hình thang lệch Dùng vấu tiết diện hình chữ nhật đòi hỏi ly hợp phải có vị trí tương đối xác đóng khớp Ngồi ra, ly hợp khơng tránh khỏi có khe hở cạnh bên, gây nên va đập thay đổi chiều quay Khe hở tăng lên vấu bị mòn Vấu hình thang khơng u cầu vị trí xác nửa ly hợp đóng ly hợp; khe hở cạnh bên bù nhờ khe hở chiều sâu gài vấu Profin hình thang cân dùng quay hai chiều, profin hình thang lệch quay chiều Trong ly hợp vấu hình thang xuất lực dọc trục F a có xu hướng tách nửa ly 116 hợp, gây khó khăn cho đóng ly hợp: góc profin α thường lấy ÷ 50 để đảm bảo tự hãm Ly hợp Ly hợp có cấu tạo tương tự nối trục răng, cách làm việc ngun tắc tính tốn Ly hợp đóng mở cách di chuyển ống dọc trục dẫn 2, ống lắp với trục then Để giảm mòn ly hợp có đổ dầu che kín đệm lót Vòng đầu trục có tác dụng giới hạn hành trình mở (ngắt) ly hợp Người ta dùng ly hợp khơng có ống ngồi Một nửa ly hợp có ăn khớp với nửa ly hợp có ngồi Cấu tạo kiểu ly hợp khác với ly hợp vấu phía chỗ khơng bố trí mặt mút mà phân bố mặt trục ly hợp có dạng thân khai Răng vát mép để dễ đóng ly hợp Kích thước ly hợp chọn bảng nối trục Răng kiểm nghiệm áp suất để hạn chế mòn, trị số áp suất [p] cho phép lấy ly hợp vấu Để tránh sinh va đập đóng ly hợp răng, người ta dùng rộng rãi khớp hòa đồng (chẳng hạn hộp số tơ) Nhờ có khớp hòa đồng bộ, tốc độ trục bị dẫn tăng dần đồng với tốc độ trục dẫn, lúc hai trục nối hẳn với 117 b Ly hợp ma sát Ly hợp ma sát truyền mômen xoắn nhờ lực ma sát sinh bề mặt tiếp xúc nửa ly hợp Khi đóng ly hợp, mơmen xoắn tăng dần theo mức độ tăng lực ép bề mặt ma sát Vì vậy, so với loại ly hợp khác, ly hợp ma sát có ưu điểm sau: - Cho phép đóng ly hợp lúc nào, dù vận tốc trục dẫn chênh lệch nhiều với vận tốc trục bị dẫn - Bảo đảm đóng ly hợp êm, khơng có va đập - Có khả thay đổi vận tốc trục bị dẫn cách điều hòa - Có thể điều chỉnh thời gian khởi động (thời gian tăng tốc) trục bị dẫn - Có thể điều chỉnh trị số mômen giới hạn truyền qua ly hợp, ly hợp ma sát dùng làm tiết máy ngăn tải Do có ưu điểm mà ly hợp ma sát dùng nhiều ngành chế tạo máy Tuy nhiên, nên ý trường hợp yêu cầu số vòng quay 118 trục nối phải hoàn toàn nhau, dùng ly hợp ma sát khơng thích hợp xảy tượng trượt bề mặt ma sát ngẫu nhiên, lúc trục bị dẫn quay chậm trục dẫn Căn vào hình dạng bề mặt ma sát chia ly hợp ma sát thành ba loại: - Ly hợp đĩa ma sát có bề mặt ma sát mặt phẳng - Ly hợp côn ma sát có bề mặt ma sát mặt - Ly hợp trụ ma sát có bề mặt ma sát 119 Cũng ly hợp vấu, ly hợp ma sát không cho phép trục lệch Ly hợp đĩa ma sát dùng nhiều loại ly hợp ma sát khác, truyền mơmen xoắn lớn, đóng ly hợp êm Ly hợp ma sát nhiều đĩa có kích thước tương đối nhỏ so với loại ly hợp ma sát khác Ly hợp ma sát có ưu điểm cấu tạo đơn giản, lực dọc trục nhỏ ly hợp đĩa ma sát Vật liệu làm mặt ma sát kim loại gang với gang, thép với gang thép, đồng với thép dùng phối hợp vật liệu không kim loại da, pherôđô (amiang ép), tectolit, gỗ gốm kim loại với gang thép Trường hợp ly hợp có mặt ma sát kim loại làm việc điều kiện đóng mở ln, cần phải bơi trơn đầy đủ (nhất mặt ma sát thép với thép đồng với thép) Vì hệ số ma sát kim loại với kim loại tương đối thấp bề mặt ma sát kim loại với kim loại phải lớn cần có nhiều đơi mặt ma sát Để khắc phục nhược điểm này, thường dùng vật liệu không kim loại làm việc phối hợp với kim loại, nhờ kích thước ly hợp nhỏ gọn sức bền mòn nâng cao Dùng loại vật liệu không kim loại làm việc với kim loại, bề mặt tiếp xúc bơi dầu để khơ GIÁO VIÊN P.TRƯỞNG KHOA Đồn Văn Khánh Đinh Công Thạo 120 ... hay bề mặt CTM, người ta phân biệt hai loại độ bền CTM: Độ bền thể tích độ bền bề mặt Để tránh biến dạng lớn gãy hỏng, CTM cần có đủ độ bền thể tích Để tránh hỏng bề mặt làm việc, CTM cần phải... Tải trọng hiểu tác dụng bên lên CTM q trình làm việc Trong thiết kế khí, tải trọng lực mô men tác dụng lên CTM - Tải trọng làm việc: Là tải trọng thực tác dụng lên CTM làm việc - Tùy theo tính chất... §é bỊn mòn (và cảđộ bền mỏi) CTM bị giảm nhiều bị gỉ Để tránh gỉ, phủ sơn chống gỉ, mạ, phun phủ lên bề mặt chi tiết, chế tạo CTM vật liệu thích hợp Cần đặc biệt ý CTM làm việc chỗ mt, có axit