Bài giảng Chi tiết máy

+ Các CTM đỡ, nối, các CTM quay trục, ổ trục, khớp nối Ngoài việc làm các bài tập tính toán, thiết kế các CTM trong mỗi chương,sau khi học xong chương trình lý thuyết, mỗi học viên sẽ là

Chương 1 NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY

1.1 Đại cương về thiết kế máy và chi tiết máy

1.1.1 Mở đầu

a Khái niệm về chi tiết máy

Bất kỳ một máy nào dù lớn hay nhỏ đều được cấu tạo bởi nhiều bộ phậnmáy Bộ phận máy lại gồm nhiều chi tiết máy lắp ghép lại với nhau

Như vậy, chi tiết máy là phần tử cấu tạo đầu tiên hoàn chỉnh của máy, nó được chếtạo không kèm theo một nguyên công lắp ráp nào, các CTM thường được lắp ghép

cố định với nhau thành nhóm CTM Để thuận tiện lắp ghép, thay thế, bảo quản và

sử dụng, người ta còn liên kết nhiều CTM và nhóm CTM theo một chức năng nào

đó tạo thành cụm CTM hay bộ phận máy, blok máy

Theo quan điểm sử dụng, CTM được chia làm hai nhóm:

- Các CTM có công dụng chung: Đó là CTM được dùng phổ biến trongnhiều loại máy khác nhau với công dụng hoàn toàn giống nhau nếu chúng cùngmột loại VD: Như trục, bánh răng, bu lông, đại ốc, vít……

Các CTM có công dụng riêng: Đó là các CTM chỉ được dùng trên một số máynhất định VD: pít tông, trục khuỷu, cam……

b Nhiệm vụ, tính chất và nội dung của môn học

- Nhiệm vụ môn học: CTM là môn khoa học nghiên cứu các phương pháptính toán, thiết kế máy và CTM có công dụng chung Nhiệm vụ của nó là trang bịcho người học những kiến thức cơ bản về cấu tạo, nguyên lý làm việc và phươngpháp tính toán thiết kế các CTM có công dụng chung, tạo cơ sở vững chắc để vậndụng vào việc thiết kế, sử dụng, khai thác các loại máy và thiết bị cơ khí

- Tính chất môn học: Đây là môn học vừa mang tính lý thuyết vừa mang tínhthực nghiệm Lý thuyết tính toán được xây dựng trên cơ sở những kiến thức vềtoán học, vật lý học, cơ học lý thuyết, nguyên lý máy, SBVL vv… và được xácminh hoàn thiện qua thí nghiệm và thực tiễn sản xuất

- Nội dung của môn học: Nội dung của môn học gồm 4 phần

+ Những vấn đề cơ bản trong thiết kế CTM

+ Các chi tiết máy ghép

+ Các CTM truyền động

+ Các CTM đỡ, nối, các CTM quay (trục, ổ trục, khớp nối)

Ngoài việc làm các bài tập tính toán, thiết kế các CTM trong mỗi chương,sau khi học xong chương trình lý thuyết, mỗi học viên sẽ làm một đồ án môn học.Qua lý thuyết và đồ án môn học CTM, trình độ thiết kế cơ khí của học viên bướcđầu được củng cố, làm cơ sở cho việc thiết kế máy

1.1.2 Các yêu cầu chung đối với máy và chi tiết máy được thiết kế

- Hiệu quả sử dụng

Máy mới thiết kế phải có năng suất cao, hiệu suất cao, tốn ít năng lượng, độchính xác cao, chi phí thấp về lao động và vận hành máy…đồng thời kích thước vàtrọng lượng cần cố gắng phải thật nhỏ gọn

- Khả năng làm việc

Đó là khả năng hoàn thành của máy hoặc chi tiết máy có thể hoàn thành cácchức năng đã định mà vẫn giữ được độ bền, không thay đổi kích thước và hìnhdạng, giữ được tính ổn định, có tính bền mòn, chịu được nhiệt và chấn động

Để đảm bảo cho chi tiết máy có đủ khả năng làm việc, cần xác định hợp lý hìnhdạng và kích thước chi tiết máy, chọn vật liệu thích hợp để chế tạo chúng và sửdụng các biện pháp tăng bền và chống gỉ

- Độ tin cậy cao

Là tính chất của bộ phận máy hoặc chi tiết máy thực hiện được chức năng đãđịnh, đồng thời vẫn giữ được các chỉ tiêu về sử dụng như: năng suất, công suất,mức độ tiêu thụ năng lượng, độ chính xác, các thông số kỹ thuật… trong suốt thờigian làm việc nào đó hoặc trong suốt quá trình thực hiện khối lượng công việc đãquy định

Độ tin cậy được đặc trưng bởi xác suất làm việc không bị hỏng hóc trongmột thời gian quy định hoặc trong một quá trình thực hiện khối lượng công việcquy định Rõ ràng, xác suất này càng gần bằng 1 thì độ tin cậy của kết cấu càngcao

- An toàn trong sử dụng

Một số kết cấu làm việc an toàn có nghĩa là trong điều kiện sử dụng bìnhthường kết cấu đó không gây ra tai nạn nguy hiểm cho người sử dụng, cũng nhưkhông gây nguy hại cho các thiết bị, nhà cửa và các đối tượng khác ở xung quanh

- Tính công nghệ và tính kinh tế

Đây là yêu cầu cơ bản đối với máy và chi tiết máy Để thỏa mãn yêu cầu nàychi tiết máy được thiết kế có hình dạng kết cấu và vật liệu chế tạo phù hợp với điềukiện sản xuất cụ thể, bảo đảm khối lượng, kích thước nhỏ nhất, ít tốn nguyên vậtliệu nhất Chi tiết máy được chế tạo tốn ít công sức nhất, chi phí chế tạo thấp nhất

để có kết quả cuối cùng là giá thành sản phẩm rẻ nhất Nói cách khác, một chi tiếtmáy có tính công nghệ cao một mặt phải thỏa mãn các chỉ tiêu về khả năng làmviệc, mặt khác, trong điều kiện sản xuất sẵn có phải dễ chế tạo, tốn ít thời gian vànguyên vật liệu nhất

Có nhiều phương án thiết kế chế tạo một chi tiết máy Căn cứ theo điều kiệnsản xuất cụ thể, chọn ra phương án thiết thực nhất, có lợi nhất, đòi hỏi người thiết

kế phải nắm vững công nghệ chế tạo và thực hiện thực tế sản xuất Đồng thời cầntranh thủ ý kiến giúp đỡ về chuyên môn của các cán bộ kỹ thuật về công nghệ đúc,

- Những yêu cầu chủ yếu của tính công nghệ

+ Kết cấu phải phù hợp với điều kiện và qui mô sản xuất

Tính công nghệ của một chi tiết máy có quan hệ mật thiết với điều kiện sản xuất cụthể Tính công nghệ của một chi tiết máy có thể rất cao đối với điều kiện và quy

mô sản xuất này Nhưng đối với điều kiện và quy mô sản xuất khác lại kém và cókhi cần phải sửa đổi toàn bộ kết cấu

+ Kết cấu đơn giản và hợp lý

Máy nên thiết kế với số lượng tối đa các chi tiết nhẹ, kết cấu đơn giản, dễ chế tạo,lắp ráp Các bề mặt gia công của chi tiết máy nói chung nên là các bề mặt đơn giản(mặt phẳng, mặt trụ tròn), số lượng bề mặt gia công ít, diện tích cần gia công nhỏ

và có thể gia công bằng các phương pháp gia công có năng suất cao

Cũng chú ý là tính công nghệ của một chi tiết máy không thể tách rời tính côngnghệ của cả máy Có thể có trường hợp giảm nhẹ gia công cơ khí một chi tiết máy

sẽ làm phức tạp công việc lắp ráp máy hoặc gây khó khăn cho sửa chữa về sau

+ Cấp chính xác và độ nhám đúng mức

Cấp chính xác của các chi tiết máy càng cao thì phí tổn gia công càng tăng Do đó,không nên tăng cấp chính xác một cách tùy tiện Mặt khác, cũng không được hạcấp chính xác so với yêu cầu của điều kiện làm việc đối với chi tiết máy

Độ nhám bề mặt của chi tiết máy cũng vậy, phải được quy định thích đáng Khôngnên đề ra yêu cầu về độ nhám bề mặt quá mức cần thiết, vì như vậy phải gia côngtinh rất tốn kém và cần có thiết bị gia công đặc biệt

+ Chọn phương án tạo phôi hợp lý

Tính công nghệ của chi tiết máy được quyết định phần lớn bởi phôi vật liệu vàphương pháp chế tạo phôi Gia công bằng cắt gọt nói chung là đắt hơn nhiều so vớiphương pháp gia công áp lực hoặc đúc và tốn nguyên liệu Vì một phần nguyênliệu biến thành phoi Do đó, nên chuyển phần lớn công việc tạo hình chi tiết máy

từ phân xưởng gia công cơ khí sang phân xưởng tạo phôi Hình dạng và kích thướcphôi phải hết sức gần với hình dnagj và kích thước thành phẩm, để công việc giacông cắt gọt chỉ còn lại một phần nhỏ trên các bề mặt cần rất chính xác và có độnhám thấp (độ nhẵn bóng bề mặt cao)

Để có khái niệm về tính công nghệ của một chi tiết máy cụ thể, ta có thể lấy

ví dụ về thiết kế trục

• Đường kích phôi gần sát với đường kính trục (thành phẩm) để lượng phoi(lượng dư) cắt đi là tối thiểu

• Số lượng bậc trên trục phải ít nhất

• Chiều dài các đoạn trục có đường kính khác nhau nên cố gắng lấy bằngnhau (để có thể gia công trên máy có nhiều dao, có năng suất cao)

• Giữa các bậc nên có rãnh lùi đá mài, nếu như bề mặt cần mài và độ bền của

trục cho phép.

• Bán kính góc lượn cố gắng lấy bằng nhau

• Chiều rộng các rãnh then nên cố gắng lấy bằng nhau

• Các rãnh then cần bố trí theo một đường sinh của trục

1.1.3 Các dạng tải trọng, ứng suất

a Các dạng tải trọng

Tải trọng được hiểu là tác dụng bên ngoài lên CTM trong quá trình làm việc.Trong thiết kế cơ khí, tải trọng là lực và mô men tác dụng lên CTM

- Tải trọng làm việc: Là tải trọng thực sự tác dụng lên CTM khi làm việc

- Tùy theo tính chất thay đổi của tải trọng theo thời gian, có thể chia tải trọng

ra làm hai loại: tải trọng tĩnh và tải trọng thay đổi

+ Tải trọng tĩnh: là tải trọng không thay đổi (cả điểm đặt, phương chiều, độlớn) theo thời gian hoặc thay đổi nhưng không đáng kể có thể bỏ qua

+ Tải trọng thay đổi: là tải trọng có điểm đặt, phương chiều hoặc cường độthay đổi theo thời gian Tải trọng có thể thay đổi dần dần hoặc đột ngột Khi tảitrọng đột nhiên tăng mạnh rồi giảm ngay trong thời gian rất ngắn thì được gọi là tảitrọng va đập

Tải trọng thường được biểu diễn dưới dạng biểu đồ Q(t) VD hình 1.1a là biểu

đồ tải không thay đổi, hình 1.1b là biểu đồ tải thay đổi

- Trong tính toán thiết kế, người ta còn phân biệt tải trọng danh nghĩa, tảitrọng tương đương và tải trọng tính toán

+ Tải trọng danh nghĩa Qdn:Là tải trọng được chọn trong số các tải trọng tácdụng lên máy trong chế độ làm việc ổn định Thông thường người ta chọn tải trọnglớn nhất hoặc tác dụng lâu dài nhất làm tải trọng danh nghĩa Tải trọng này đượcghi trong thông số kỹ thuật của máy

VD: Cho tải trọng thay đổi Qi(t) = Q1(t1), Q2(t2), Q3(t3) như trên hình 1.1b cóthể chọn Qdn = Q1 = Qmax Hoặc Qdn = Q2 = Q(t2 = tmax)

Hình 1.1

+ Tải trọng tương đương Qtđ:Là tải trọng quy ước không đổi, có tác dụngtương đương với chế độ tải đã cho theo một chỉ tiêu nào đó, tải tương đương đượcxác định từ một tải trọng danh nghĩa thông qua một hệ số tính toán.

VD: Tải trọng tương đương Qtđkhi tính theo điều kiện bền về khả năng làmviệc thì:

Qtt có xét đến tính chất thay đổi của tải trọng và tác dụng tương hỗ giữa các chi tiếtmáy tiếp xúc Về nguyên tắc, cấu trúc của công thức xác định tải trọng tính toán códạng:

Qt = Qtđ.ktt.kđ.kđk = Qdn.kN.ktt.kđ.kđk.Trong đó:

ktt : hệ số xét đến sự phân bố không đều của tải trọng lên bề mặt tiếp xúc

kđ : hệ số tải trọng động gây nên bởi đặc điểm của các bộ phận truyền lực

kđk : hệ số phụ thuộc vào điều kiện làm việc

Tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể mà công thức trên được sửa đổi chophù hợp, có thể bỏ bớt hoặc đưa thêm vào một số hệ số mới

Trong các tính toán sơ bộ, vì chưa thể đánh giá chính xác các đặc điểm của tảitrọng, người ta thường dùng tải trọng danh nghĩa làm tải trọng tính toán

b Các loai ứng suất

Tải trọng tác dụng lên CTM gây nên ứng suất trong nó Ứng suất là cường độphân bố nội lực trên đơn vị diện tích Đơn vị đo ứng suất là Mpa, tiêu chuẩn cũ làN/mm2, đôi khi 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 cóthể gây nên các loại ứng suất khác nhau như: ứng suất kéo (nén), uốn, xoắn, cắt,dập, tiếp xúc… Ứng suất sinh ra trong chi tiết máy có thể thay đổi hoăc không thayđổi

- Ứng suất không thay đổi (hay còn gọi là ứng suất tĩnh): Là ứng suất khôngthay đổi theo thời gian hoặc thay đổi nhưng không đáng kể

- Ứng suất thay đổi: Là ứng suất có chiều, trị số thay đổi hoặc cả hai yếu tố

thay đổi theo thời gian Đây là loại ứng suất phổ biến trong các CTM.

- Ứng suất thay đổi được đặc trưng bằng chu trình ứng suất

+ Chu trình ứng suất: Là một vòng thay đổi ứng suất từ trị số ban đầu qua trị

số giới hạn này sang trị số giới hạn khác rồi trở về giá trị ban đầu thì được gọi làchu trình ứng suất

+ Chu kỳ ứng suất: Thời gian thực hiện một chu trình ứng suất gọi là chu kỳứng suất

Hình 1.2Chu trình ứng suất được đặc trưng bởi ba thông số:

Biên độ ứng suất:

ax min 2

m A

Ứng suất trung bình:

ax min 2

m m

Hệ số tính chất chu trình:

min ax

m

r 





Phân loại chu trình ứng suất:

- Phân loại theo giá trị của hệ sốtính chất chu trình r:

+ Chu trình đối xứng: các giới hạn ứng suất (max, min) bằng nhau về trị sốtuyệt đối, nhưng lại ngược dấu nhau

σmax = -σmin

σA = σmax

σm = 0

r = -1

Hình 1.3+ Chu trình không đối xứng: Các giới hạn ứng suất không bằng nhau về trị số.Chu trình không đối xứng lại chia ra chu trình không đối xứng khác dấu và chutrình không đối xứng đồng dấu.

Chu trình không đối xứng khác dấu: Các giới hạn ứng suất khác nhau về dấu

σmax σmin< 0

Hình 1.4Chu trình không đối xứng đồng dấu: Các giới hạn ứng suất cùng nhau về dấu

σmax σmin> 0

Hình 1.5+ Chu trình không đối xứng mạch động (chu trình mạch động) là chu trìnhkhông đối xứng đồng dấu trong đó một giá trị giới hạn ứng suất bằng 0

σmax σmin = 0Chu trình mạch động dương thì:

max min

max

min max

0; 0 2 0

- Phân loại theo tính chất thay đổi của biên độ và ứng suất trung bình:

+ Chu trình ứng suất ổn định: Khi cảứng suất trung bình và biên độ ứng suấtđều không thay đổi theo thời gian

+ Chu trình ứng suất bất ổn định: Khiứng suất trung bình hoặc biên độ ứng suấthoặc cả hai đại lượng này thay đổi theo thời gian

1.1.4 Chọn vật liệu

Khi chọn vật liệu phải xét đến các yêu cầu chính sau đây:

- Vật liệu phải thỏa mãn điều kiện làm việc của chi tiết máy, nói cách khác làphải đảm bảo cho chi tiết máy có đủ khả năng làm việc (như độ bền, độ cứng, độbền mòn )

- Thỏa mãn yêu cầu về khối lượng và kích thước chi tiết máy và toàn bộ máy

- Vật liệu phải có tính chất công nghệ thích ứng với hình dạng và phươngpháp gia công chi tiết máy (chẳng hạn như đối với các chi tiết máy có hình dạngphức tạp, được gia công bằng phương pháp đúc thì đòi hỏi vật liệu phải có tínhđúc; chi tiết máy cần gia công cắt gọt thì vật liệu phải có tính cắt gọt tốt ) tốn ít

công sức chế tạo nhất.

- Có lợi nhất về phương diện giá thành sản phẩm (giá thành vật liệu và giáthành chế tạo); vật liệu dễ tìm, ít tốn kém trong vấn đề cung cấp, cần chú ý nhữngvật liệu sẵn có trong nước

1.1.5 Vấn đề tiêu chuẩn hóa chi tiết máy

- Đảm bảo sử dụng hợp lý và tiết kiệm nguyên vật liệu

- Rút ngắn thời gian thiết kế và sản xuất, nâng cao chất lượng lao động, giảmgia thành sản xuất

c Lợi ích của tiêu chuẩn hóa

Thực hiện tiêu chuẩn hóa có những lợi ích sau:

- Có thể sản xuất hàng loạt các chi tiết máy tiêu chuẩn bằng các phương phápgia công tiên tiến có năng suất cao hoặc có thể tập trung sản xuất hàng loạt lớntrong các nhà máy chuyên môn, giảm công sức thiết kế, chế tạo, tiết kiệm đượcnguyên vật liệu, giảm giá thành

- Các điều kiện kỹ thuật và phương pháp thí nghiệm được tiêu chuẩn hóa, tạođiều kiện nâng cao chất lượng , khả năng làm việc và tuổi thọ chi tiết máy

- Việc sửa chữa được nhanh chóng, khối lượng sửa chữa giảm bớt, giá thànhsửa chữa hạ, vì có thể thay thế dễ dàng các chi tiết máy bị hỏng bằng các chi tiếtmáy mới, đã dự trữ sẵn trong kho

- Khối lượng thiết kế giảm bớt, do đó tiết kiệm được công sức thiết kế

Vì vậy, trong thiết kế cần triệt để áp dụng tiêu chuẩn vào việc xác định cácloại, kiểu, hình dạng, kích thước của chi tiết máy

1.2 Những chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của chi tiết máy

1.2.1 Độ bền

Độ bền là khả năng tiếp nhận tải trọng của CTM mà khụng bị phỏ hỏng(khụng bị biến dạng dư quỏ mức cho phộp, hoặc khụng bị phỏ hủy) Độ bền là chỉtiờu quan trọng nhất đối với phần lớn cỏc CTM

Người ta phõn biệt hai dạng phỏ hỏng: Phỏ hỏng tĩnh và phỏ hỏng mỏi liờnquan đế độ bền tĩnh và độ bền mỏi Phỏ hỏng tĩnh là do ứng suất làm việc vượt quỏgiới hạn bền tĩnh của vật liệu và thường do quỏ tải đột ngột gõy nờn cũn phỏ hỏngmỏi là do tỏc dụng lõu dài của ứng suất thay đổi cú giỏ trị vượt quỏ giới hạn bềnmỏi của vật liệu

Tựy theo dạng hỏng xảy ra trong thể tớch hay trờn bề mặt CTM, người ta phõnbiệt hai loại độ bền của CTM: Độ bền thể tớch và độ bền bề mặt Để trỏnh biếndạng lớn hoặc góy hỏng, CTM cần cú đủ độ bền thể tớch Để trỏnh hỏng bề mặtlàm việc, CTM cần phải cú đủ độ bền mặt

Phương phỏp tớnh toỏn độ bền phổ biến nhất hiện nay được tiến hành theocỏch so sỏnh ứng suất tớnh toỏn khi CTM chịu tải (ký hiệu σ và τ) với ứng suất cho) với ứng suất chophộp ([σ] và [τ])σ] và [σ] và [τ])τ) với ứng suất cho])

Điều kiện bền được viết như sau:

σ ≤ [σ] và [τ])σ]

τ) với ứng suất cho ≤ [σ] và [τ])τ) với ứng suất cho]

Cũng cú khi tớnh độ bền xuất phỏt từ điều kiện đảm bảo hệ số an toàn lớn hơnhoặc bằng hệ số an toàn cho phộp

S ≥ [σ] và [τ])S]

1.2.2 Độ bền mũn

- Độ bền mòn là khả năng chống lại sự suy giảm chiều dày lớp bề mặt tiếp xúccủa CTM Mòn là kết quả tác dụng của ứng suất tiếp xúc hoặc áp suất khi các bềmặt tiếp xúc trượt tương đối với nhau trong điều kiện không có bôi trơn ma sát ướt

- Tác hại của mòn

+ Làm giảm độ chính xác của máy, đặc biệt là dụng cụ đo

+ Giảm hiệu suất của máy, đặc biệt là các thiết bị động lực với hệ thống píttông xi lanh

+ Giảm độ bền do chất lượng lớp bề mặt mất hiệu lực (ví dụ lớp nhiệt luyện,phun phủ, tăng bền)

+ Làm tăng khe hở của các liên kết động, dẫn tới tải trọng động tăng và gâyồn

+ Mòn nhiều có thể làm mất hoàn toàn khả nănglàm việc của CTM

- Quỏ trỡnh mũn

Hỡnh 2.1: Quỏ trỡnh mũnThực tiễn chứng tỏ quá trình mòn chia làm 3 giai đoạn (hình 2.1):

Giai đoạn I (giai đoạn chạy rà): Sự tiếp xúc xuất hiện chủ yếu ở các điểm nhấpnhô để lại sau gia công cơ Các điểm này sẽ bị cắt giảm chiều cao hoặc biến dạng dẻo Giai đoạn này kết thúc khi chiều rộng các phần tiếp xúc lớn hơn chiều rộng chân các vết lõm Giai đoạn này tạo điều kiện phân bố đều tải trọng và thường diễn ra khá ngắn so với tuổi thọ của CTM, mặt khác nó thường do con người

chủđộng tiến hành Độ mòn M (đường 1) tăng nhanh và vận tốc mòn VM (đường 2) giảm nhanh, nên trong giai đoạn này cần chú ý có chế độ tải, bôi trơn và làm mát thích hợp

Giai đoạn II (giai đoạn mòn ổn định): Độ mòn tăng bậc nhất với thời gian, tốc

độ mòn thấp và không đổi (đoạn nằm ngang của đường 2) Giai đoạn này là giai

đoạn làm việc của CTM Trong giai đoạn này cần chú ý định kỳ thay dầu và bảo dưỡng máy

Giai đoạn III (giai đoạn mòn khốc liệt): chi tiết máy mòn rất nhanh Đến giai

đoạn này thì tuổi thọ của CTM đã hết, cần thay thế hoặc phục hồi nó

- Biện pháp giảm mài mòn

Vì độ mòn và tốc độ mòn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, mà chủ yếu là ứng suất tiếp xúc hoặc áp suất, vận tốc trượt, hệ số ma sát, chống mòn của vật liệu, bôi trơn

Do đó, biện pháp giảm mài mòn có thể là:

+ Chọn vật liệu và phối hợp vật liệu các bề mặt đối tiếp hợp lý để giảm ma sát,thoát nhiệt và chống dính tốt

+ Chọn chế độ công nghệ gia công hợp lý, thay đổi cơ tính bề mặt như nhiệt luyện, phun phủ tăng bền, mạ

+ Vận hành máy đúng chếđộ, bôi trơn và che kín tốt

- Phương phỏp tớnh toỏn độ bền mũn

Tính toán độ bền mòn xuất phát từ điều kiện bảo đảm ma sát ướt, nghĩa là khi làm việc, hai bề mặt tiếp xúc luônluôn được ngăn cách bởi một lớp chất bôi trơn Trường hợp không thể tạo thành ma sát ướt thì phải tính toán để giới hạn áp suất (hoặc ứng suất tiếp xúc) giữa hai bề mặt tiếp xúc đảm bảo cho CTM có đủ tuổi thọ quy định

Giữa áp suất (hoặc ứng suất tiếp xúc) và quãng đường ma sát có quan hệ:

Trong đó: P - áp suất (hoặc ứng suất tiếp xúc);

S - quãng đường ma sát;

m - số mũ, (thông thườngm = 1ữ 3; trường hợp ma sát ướtvà nửa ướtm ≈ 3; trường hợp ma sát khô, nửa khô và tải lớn m = 1ữ 2; trườnghợp có hạt mài mòn, hoặc áp suất thấp, ma sát nửa khô m ≈ 1)

Biểu thức (1.1) chứng tỏ nếu áp suất p càng giảm thì tuổi thọ về mòn càng tăng, đặc biệt khi trị số m càng lớn Có nhiều nhân tố phức tạp ảnh hưởngđến quá trình mòn, do đó hiện nay chưa xây dựng được phương pháp tính chính xác về độ bền mòn của CTM Để hạn chế mòn thường quy ước tính theo cách kiểm nghiệm

điều kiện áp suất P hoặc tích sốPV tại bề mặt làm việc không được vượtquá trị số cho phép tươngứng:

Trong đú: P - là ỏp suất trờn bề mặt tiếp xỳc,

V - là vận tốc trượt tương đối giữa hai bề mặt

Độ bền mòn (và cảđộ bền mỏi) của CTM bị giảm đi rất nhiều nếu khi nó bị gỉ

Để tránh gỉ, có thể phủ sơn chống gỉ, mạ, phun phủ lên bề mặt chi tiết, hoặc chế tạoCTM bằng các vật liệu thích hợp Cần đặc biệt chú ý các CTM làm việc ở chỗ ẩmướt, có axit hoặc bazơ v.v

1.2.3 Độ cứng

Chi tiết mỏy được coi là khụng đủ độ cứng, khi lượng biến dạng đàn hồi của

nú vượt quỏ giỏ trị cho phộp Khi chi tiết mỏy khụng đủ cứng, độ chớnh xỏc làmviệc của nú sẽ giảm, nhiều khi dẫn đến hiện tượng kẹt khụng chuyển động được,làm tăng thờm tải trọng phụ trong chi tiết mỏy, ảnh hưởng đến chất lượng làm việccủa cỏc chi tiết mỏy khỏc lắp ghộp với nú

Độ cứng cũng là chỉ tiờu quan trọng của chi tiết mỏy Trong một số trườnghợp chi tiết mỏy đủ bền nhưng chưa đủ cứng, lỳc đú phải tăng kớch thước của chitiết mỏy cho đủ cứng, chấp nhận thừa bền

Chi tiết mỏy đủchỉ tiờu độcứng, khi núthỏa món cỏc điều kiện cứng sau:

y là độ võng của chi tiết máy bị uốn,

 là góc xoay của tiết diện chi tiết máy bị uốn,

φ là góc xoắn của chi tiết máy bị xoắn,

h là biến dạng của bề mặt tiếp xúc

[σ] và [τ])l], [σ] và [τ])y], [σ] và [τ])], [σ] và [τ])φ] và[σ] và [τ])h] là giá trị cho phép của các biến dạng

Giá trị của l, y, , φ được tính theo công thức của Sức bền vật liệu

Giá trị h của vật thể tiếp xúc ban đầu theo điểm hoặc đường được xác địnhtheo lý thuyết của Héc-Beliaep, của vật thể có diện tích tiếp xúc lớn được xác địnhbằng thực nghiệm

1.2.4 Khả năng chịu nhiệt

Trong quá trình máy làm việc, công suất tổn hao do ma sát biến thành nhiệtnăng đốt nóng các chi tiết máy Nhiệt độ làm việc cao quá giá trị cho phép, có thểgây nên các tác hại sau đây:

+ Làm giảm cơ tính của vật liệu, dẫn đến làm giảm khả năng chịu tải của chitiết máy

+ Làm giảm độ nhớt của dầu, mỡ bôi trơn, tăng khả năng mài mòn

+ Chi tiết máy bị biến dạng nhiệt lớn làm thay đổi khe hở trong các liên kếtđộng, có thể dẫn đến kẹt tắc, hoặc gây nên cong vênh

Máy hoặc bộphận máy được coi là đủ chỉ tiêu chịu nhiệt, khi nó thỏa mãnđiều kiện chịu nhiệt: =[σ] và [τ])]

Trong đó:  là nhiệt độ làm việc của máy, bộ phận máy

[σ] và [τ])]là nhiệt độ cho phép của máy

1.2.5 Độ ổn định dao động

Trong kết cấu của máy, mỗi chi tiết máy là một hệ dao động có tần số daođộng riêng ω0 Nếu chi tiết máy dao động quá mức độ cho phép, sẽ gây nên runglắc giảm độ chính xác làm việc của chi tiết máy và các chi tiết máy khác Đồngthời gây nên tải trọng phụ, làm cho chi tiết biến dạng lớn, có thể dẫn đến phá hỏngchi tiết máy Hoặc gây tiếng ồn lớn, tiếng ồn khó chịu

Các biện pháp hạn chế dao động của chi tiết máy, có thể kể đến là:

- Triệt tiêu các nguồn gây dao động: bằng cách cân bằng máy, hạn chế sửdụng các quy luật chuyển động qua lại trong máy, cách biệt máy với các nguồnrung động xung quanh

- Cho chi tiết máy làm việc với số vòng quay khác xa với số vòng quay tớihạn (ứng với tần số riêng ω0) để tránh cộng hưởng

- Thay đổi tính chất động lực học của hệ thống, để làm thay đổi tần số riêng

ω0

- Dùng các thiết bị giảm rung.

Chương 2 CÁC CHI TIẾT MÁY GHÉP 2.1 Ghép bằng đinh tán

2.1.1 Khái niệm chung

a Khái niệm, phân loại

Hình 2.2

Hình 2.3

+ Mối ghép chồng: Hai tấm ghép có phần chồng lên nhau

+ Mối ghép giáp mối: Mối ghép giáp mối có một hoặc hai tấp đệm

- Theo số lượng hàng đinh tán:

+ Mối ghép một hàng đinh: Trên mỗi tấm ghép chỉ cómột hàng đinh

+ Mối ghép nhiều hàng đinh: Trên mỗi tấm ghép có nhiều hơn một hàng đinh

Hình 2.4

b Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng

- Ưu điểm:

+ Mối ghép được chắc chắn

+ Dễ kiểm tra chất lượng

+ Có khả năng chịu tải thay đổi và chấn động

+ Ít làm hỏng các chi tiết được ghép khi cần tháo rời so với mối ghép hàn

- Nhược điểm:

+ Tốn kim loại

+ Giá thành cao do phí tổn lao động lớn

+ Hình dạng và kích thước cồng kềnh

- Phạm vi ứng dụng:

Ngày nay do sự phát triển của ngành hàn, phạm vi sử dụng của đinh tán đang dần bị thu hẹp Tuy nhiên, ghép đinh tánh còn được dùng phổ biến trong các trường hợp sau:

+ Những mối ghép đặc biệt quan trọng

+ Những mối ghép trực tiếp chịu tải trọng chấn động hay va đập (cầu, dàn cầntrục trên 200 tấn …)

+ Những mối ghép nếu đốt nóng bị vênh hoặc giảm chất lượng nên không thểhàn được do vậy người ta sử dụng mối ghép đinh tán

+ Những mối ghép bằng vật liệu mà chưa hàn được

2.1.2 Cơ sở tính mối ghép đinh tán

a Nuyên tắc truyền tải trọng

Mối ghép đinh tán có thể truyền tải trọng băng hai phương pháp: ma sát trên mặt tiếp xúc giữa hai tấm ghép và bằng cách gây ứng suất trong thân đinh.

Trường hợp tán nóng, lúc nguội thân đinh co lại theo chiều dọc trục và chiềungang Đinh co theo chiều dọc gây nên lực xiết chặt hai tấm lại với nhau, nhờ đógiữa các tấm ghép sẽ sinh ra lực ma sát Đinh co theo chiều ngang tạo nên khe hởgiữa lỗ và thân đinh

Thông thường mối ghép đinh tán chịu tải trọng ngang (phương của tải trọngvuông góc với trục của đinh), có xu hướng kéo các tấm trượt tương đối với nhau(hình 2.5a)

Khi tải trọng nhỏ, chưa vượt qua lực ma sát cực đại trên bề mặt tiếp xúc củacác tấm, tải trọng được truyền từ tấm nọ sang tấm kia nhờ lực ma sát Trên đồ thịchuyển vị, tải trọng giai đoạn này được biểu thị bằng đoạn thẳng (hình 2.5b)

Hình 2.5Nếu tải trọng tiếp tục tăng lên cho tới khi lớn hơn lực ma sát, các tấm ghép sẽtrượt tương đối với nhau một khoảng bằng khe hở giữa lỗ và thân đinh Ta có đoạnnằm ngang trên đồ thị Từ lúc này, tải trọng tác dụng trực tiếp lên thân đinh, làmthân đinh bị cắt, dập và uốn

Trường hợp tán nguội, giữa lỗ và thân đinh không có khe hở, cho nên ngay từlúc tải trọng bắt đầu tác dụng, thân đinh làm việc, truyền tải trọng từ tấm ghép nàyqua tấm ghép khác.

Vì khó xác định lực ma sát nên trong các tính toán mối ghép chắc ta bỏ qualực này Như vậy, các công thức tính toán có tính chất gần đúng, các phần tử mốighép được thiết kế ra sẽ hơi dư sức bền Có thể bù lại sai số này bằng cách chọnứng suất cho phép hơi lớn hơn chút ít Cũng cần chú ý là đường kính lỗ đinh đượcdùng làm đường kính tính toán

b Sự phân bố tải trọng

c Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính toán mối ghép đinh tán

- Thân đinh bị cắt đứt

- Bề mặt tiếp xúc giữa lỗ và thân đinh bị dập

- Tấm ghép bị kéo đứt ở tiết diện đi qua tâm các đinh

- Tấm ghép bị đứt ở tiết diện đi qua biên các đinh

- Khi chịu tải thay đổi và mối ghép có khe hở, đinh có thể bị:

+ Uốn gẫy do mỏi

+ Kéo đứt mũ đinh do mỏi

2.1.3 Tính toán mối ghép chắc và mối ghép chắc kín

a Tính mối ghép chắc

Xét trường hợp ghép chồng một dãy đinh chịu lực ngang (Hình 2.6)

Hình 2.6

Giả thiết rằng tải trọng F phân bố đều trên tiết diện ngang của tấm ghép Ta

có thể chia mối ghép ra thành nhiều đoạn đều nhau và tiến hành tính trên một đoạn.Gọi Z là số đinh trong mối ghép Lực tác dụng lên mỗi đinh (hoặc lên mộtđoạn có chiều rộng bằng bước đinh t) là:

1

F F Z



Để tránh các dạng hỏng trên, điều kiện sức bền sau đây phải được thóa mãn,

ta đi xét trong từng trường hợp:

- Trường hợp 1: Để đinh không bị cắt đứt

 

 

1 2 4

d

d

F d

- Trường hợp 2: Để bề mặt tiếp xúc giữa lỗ và thân đinh không bị dập

Trong đó: [σ] và [τ])σ]d ứng suất dập cho phép của tấm

- Trường hợp 3: Để tấm ghép không bị kéo đứt tại tiết diện đi qua tâm các đinh

 

 

1 ( )

Trong đó: [σ] và [τ])σ]kt ứng suất kéo cho phép của tấm

- Trường hợp 4: Để tấm ghép không bị đứt ở tiết diện đi qua biên các đinh

 

 

1 2 2

t

t

F d

Trong đó: [σ] và [τ])]t ứng suất cắt cho phép của tấmXuất phát từ điều kiện bền đều, ta tìm các quan hệ kích thước của mối ghép

d =2S; t = 3d; e = 1,5dTrường hợp ghép chồng hai tấm có chiều dày khác nhau, S là chiều dày củatấm mỏng hơn

Số đinh cần thiết của mối ghép được xác định theo điều kiện (2.1)

 

2 1

4

d

d F F Z

 

 

2 4

d

F Z

d

(2.5)Đối với các mối ghép khác, cũng tương tự như trên, ta có:

+ Đối với mối ghép chồng n hàng đinh:

d = 2.Smin; t= (1,6.n +1).d; e = 1,5.d + Đối với mối ghép giáp mối hai tấm đệm một hàng đinh:

d = 1,5.S; t= 3,5.d; e = 2.d + Đối với tấm ghép giáp mối hai tấm đệm n hàng đinh:

d = 1,5.S; t= (2,4.n + 1).d; e = 2.d

Sau khi chọn kết cấu theo các quan hệ kích thước trên đây, ta tiến hành kiểmnghiệm đinh theo điều kiện bền cắt Gọi i là số tiết diện chịu cắt của mỗi đinh (đốivới ghép chồng và ghép giáp mối một tấm đệm i = 1, đối với ghép giáp mối haitấm đệm i = 2), số đinh cần thiết của mối ghép:

 

2 4

d

F Z

id



(2.6)Thường chiều dày tấm ghép đã cgo hoặc chọn trước, tùy theo điều kiện chịulực cụ thể để bố trí kiểu ghép, ta xác định được đường kính đinh, số đinh cần thiết

và kích thước của mối ghép, sau đó cần kiểm tra lại điều kiện bền

Trong công thức, lực được tính bằng Newton (N), kích thước chiều dài đượctính bằng mm, ứng suất tính bằng N/mm2

b Tính mối ghép chắc kín

Trong mối ghép chắc kín, không những phải đảm bảo độ bền mà còn cầnđảm bảo kín Phải thiết kế kết cấu sao cho dưới tác dụng của tải trọng, mối ghépkhông bị di chuyển tương đối (không bị trượt) Muốn vậy, tải trọng tác dụng phảinhỏ hơn lực ma sát sinh ra giữa các tấm ghép Vì có nhiều nhân tố phức tạp ảnhhưởng đến lực ma sát, cho nên không thể xác định chính xác bằng tính toán lýthuyết Người ta phải dựa vào thực nghiệm để tìm ra giới hạn cản trượt của mốighép Ta qui ước gọi giới hạn cản trượt là sức cản không cho các tấm ghép trượtđối với nhau, được tạo nên bởi đinh tán có tiết diện bằng một đơn vị diện tích Đểđảm bảo mối ghép được kín, lực kéo ngang tác dụng lên một đơn vị diện tích thânđinh ξ không vượt quá giới hạn trượt [σ] và [τ])ξ]

Gọi F1 là lực do một đinh tán chịu, ta có điều kiện:

2.1.1 Khái niệm chung

a Khái niệm, phân loại

Mối ghép bằng hàn là mối ghép không tháo được Trong quá trình hàn các chitiết máy được nung nóng đến trạng thái chảy, hoặc dẻo và ép lại với nhau Sau khinguội lực liên kết phân tử ở chỗ tiếp xúc sẽ không cho chúng tách rời nhau Mốighép như vậy gọi là mối hàn

Có nhiều phương pháp hàn và có thể phân loại chúng theo nhiều cách

Theo trạng thái kim loại vùng hàn:

- Hàn nóng chảy: là phương pháp hàn mà ở đó kim loại hàn được nung nóngchảy và gắn lại với nhau tạo thành mối hàn khi đông đặc

- Hàn áp lực: là phương pháp hàn mà phần tiếp xúc của kim loại hàn chỉ được

nung đến trạng thái dẻo rồi phải dùng lực ép lại mới tạo thành mối hàn

- Mối ghép bằng hàn vảy: không nung chảy kim loại tấm ghép mà chỉ nungnóng vật liệu hàn

Theo công dụng, tương tự như các mối ghép đinh tán, có thể chia mối ghépbằng hàn ra làm hai loại:

- Mối hàn chắc

- Mối hàn chắc kín

Phân loại theo hình dạng kết cấu, có thể chia ra thành các loại mối hàn sau:

- Mối hàn giáp mối: đầu hai tấm ghép tiếp giáp nhau, hàn thấu hết chiều dàycủa tấm ghép

- Mối hàn chồng: hai tấm ghép có một phần chồng lên nhau

- Mối hàn góc: hai tấm ghép không nằm song song với nhau, thường có bềmặt

vuông góc với nhau

Mối hàn góc có hai loại:

+ Mối hàn góc theo kiểu hàn giáp mối

+ Mối hàn góc theo kiểu hàn chồng

Theo hình dạng đường hàn, có các loại sau:

- Mối hàn dọc: phương của mối hàn song song với phương của lực tác dụng

- Mối hàn ngang: phương của mối hàn vuông góc với phương của lực tácdụng

- Mối hàn xiên: phương của mối hàn không song song và không vuông gócvới phương của lực tác dụng

- Mối hàn điểm: là mối hàn tiếp xúc, dùng để hàn các tầm ghép mỏng, cácđiểm hàn thường có dạng hình tròn

- Mối hàn đường: là mối hàn tiếp xúc, dùng để hàn các tấm ghép rất mỏng,mối hàn là một đường liên tục

b Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng

Ưu điểm

- Kết cấu của mối ghép bằng hàn có khối lượng nhỏ so với mối ghép bằngđinh tán và không có mũ đinh, không phải ghép chồng hoặc dùng tấm đệm, kimloại được tận dụng vì không bị lỗ đinh làm yếu So với kết cấu đúc, chiều dày tốithiểu của kết cấu hàn nhỏ hơn, cơ tính của vật liệu được hàn cao hơn vật liệu đúc

- Dùng kết cấu hàn tiết kiệm được khoảng 15 ÷ 20% kim loại so với kết cấudùng đinh tán và khoảng 30 ÷ 50% so với kết cấu đúc

- Tiết kiệm được công sức và giảm giá thành vì không phải làm lỗ và tánđinh Công nghệ hàn dễ tự động hóa, có năng suất cao So với đúc, dùng mối ghéphàn không phải nấu chảy cùng một lúc một lượng lớn kim loại và không phải làmkhuôn mẫu.

- Dùng hàn dễ đảm bảo điều kiện độ bền đều, nguyên vật liệu được sử dụnghợp lý (như đối với bánh răng, vành răng làm bằng thép tốt, có sức bền cao, hànvới đĩa hoặc phần mayơ làm bằng vật liệu rẻ tiền hơn nên có tính kinh tế cao hơn)

- Dùng mối ghép hàn có thể phục hồi các chi tiết máy bị gãy hỏng một phầnhoặc bị mài mòn

Nhược điểm

- Chất lượng mối ghép hàn phụ thuộc rất nhiều vào trình độ của người côngnhân hàn, khó kiểm tra khuyết tật bên trong mối hàn nếu không có các thiết bị đặcbiệt tuy nhiên, dùng phương pháp hàn tự động có thể khắc phục phần lớn nhượcđiểm này

a Mối hàn giáp mối

Loại mối hàn này rất thông dụng, theo bề dày của các phần ghép có thế hàntheo các phương án sau:

+ Khi S<8mm: không cần chuẩn bị mép tấm ghép

+ Khi S<16mm: vát mép 1 bên tấm

+ Khi S< 40mm: vát mép 2 bên của tấm ghép

Khi chịu tải, mối hàn giáp mối có thể bị phá hỏng tại tiết diện chỗ miệng hànhoặc tại tiết diện kề sát miệng hàn

Hai tấm ghép được ghép với nhau bằng mối hàn giáp mối, sau khi hàn xong

có thể coi như một tấm nguyên Các dạng hỏng của mối hàn giáp mối, giống nhưcác dạng hỏng của một tấm nguyên Khi chịu uốn mối hàn sẽ bị gãy, khi chịu xoắnhoặc kéo mối hàn sẽ bị đứt Mối hàn được tính toán theo các điều kiện bền

+ Giả thiết lực phân bố đều trên suốt chiều dày và chiều dài mối hàn, ứng suấtphân bố đều trên tiết diện nguy hiểm

+ Trong trường hợp mối ghép hàn chịu lực kéo (nén) F

 = F/bS ≤ [σ] và [τ])]

+ Trong trường hợp mối ghép hàn chịu momen uốn M

 = 6M/ b2S ≤ [σ] và [τ])]

+ Trong trường hợp mối ghép hàn chịu đồng thời lực kéo (nén) F và momenuốn M

- Mối hàn góc chịu momen xoắn và momen uốn

+ Ứng suất xoắn x do momen xoắn T gây ra là:

x = 2T/(0,7kd2)+ Ứng suất uốn u do momen uốn Mu gây ra là:

Mối ghép then dùng để cố định các chi tiết máy trên trục theo phương tiếptuyến, truyền tải trọng từ trục đến chi tiết máy lắp trên trục và ngược lại

Ví dụ: dùng để ghép bánh răng, bánh vít, bánh đai, bánh đà, đĩa xích trên trục

Có thể chia then làm hai loại lớn:

- Then ghép lỏng: then bằng, then dẫn hướng, then bán nguyệt

- Then ghép chặt: then ma sát, then vát, then tiếp tuyến

* Then bằng

Then bằng có tiết diện là hình chữ nhật, tỷ số chiều cao và chiều rộng từ 1:1(dùng cho trục có đường kính nhỏ) đến 1:2 (dùng cho trục có đường kính lớn) Haimút then được gọt bằng hoặc gọt tròn Then được chế tạo bằng thép kéo Mặt làmviệc của then là hai mặt bên Trong mối ghép then bằng có khe hở hướng tâm.Nhược điểm của then là khó bảo đảm tĩnh đổi lần, đối với những mối ghépquan trọng cần phải sửa chữa hoặc chọn then, như vậy hạn chế việc sử dụng trongsản xuất hàng loạt

Then bằng không thể truyền lực theo dọc trục, nếu cần truyền phải dùng cácphương pháp khác

* Then dẫn hướng

Then bằng dẫn hướng có hình dạng như then bằng, được dùng trong trườnghợp cần di động chi tiết máy dọc theo trục (ví dụ trong các hộp giảm tốc ) thenđược bắt vít vào trục (hình 3.49) Khả năng tải của then bằng dẫn hướng kém hơnthen hoa, do đó hiện nay ít dùng

* Then bán nguyệt

Then bán nguyệt cũng giống như then bằng, mặt làm việc là hai mặt bên Ưuđiểm là có thể tự động thích ứng với độ nghiêng của rãnh mayơ Cách chế tạo then

và rãnh then cũng đơn giản

Nhược điểm là phải phay rãnh sâu hơn trên trục nên làm trục bị yếu đi nhiều.Then bán nguyệt chủ yếu dùng ở mối ghép chịu tải trọng nhỏ Khi mayơ ngắndùng một then, nếu mayơ dài thì dùng hai then

* Then ghép căng

Loại này thường được vát một mặt để có độ dốc 1:100 (hình 3.51), có kiểu cóđầu (hình 3.52), có kiểu không đầu mà gọt bằng hoặc gọt tròn hai mút

Then ghép căng chia ra thành các loại sau: Then ma sát, then vát (không đầu

và có đầu), then tiếp tuyến Trừ then tiếp tuyến, rãnh then trên mayơ phải có độdốc bằng độ dốc của then

* Then ma sát

Ở then ma sát, mặt trên và mặt dưới là mặt làm việc Mặt dưới của then là mặttrụ có cùng bán kính với trục Khi đóng then, mặt đó áp chặt vào mặt trục (hai mặtbên có khe hở), then làm việc nhờ vào lực ma sát Ưu điểm của loại then này làkhông cần rãnh trên trục nên không làm yếu trục Ngoài ra, có thể lắp ở bất cứ chỗnào trên trục và khi quá tải, then có tác dụng bảo đảm an toàn

* Then vát

Then vát có tiết diện hình chữ nhật, mặt làm việc cũng là hai mặt trên và dưới.Trục và mayơ đều phải có rãnh, trục bị yếu hơn so với then ma sát, nhưng mayơ lại

ít bị yếu hơn

* Then tiếp tuyến

Then tiếp tuyến do hai then vát một mặt tạo thành Mặt làm việc là mặt hẹp,hai mặt làm việc song song với nhau Mối ghép then tiếp tuyến khác với các mốighép then vát kể trên ở chỗ có độ dôi theo phương tiếp tuyến (mà không theohướng tấm) độ dôi này được tạo nên bằng cách đóng hai then vào rãnh Then tiếptuyến làm việc dựa trên sự chèn dập trên hai mặt hẹp Nếu dùng một then tiếptuyến (1 cặp then vát) thì chỉ truyền được mômen xoắn 1 chiều Khi truyền mômenxoắn hai chiều phải dùng hai then tiếp tuyến đặt cách nhau dưới một góc 120 ÷

1350

Ghép then tiếp tuyến được dùng trong ngành chế tạo máy hạng nặng chịu tảitrọng lớn.

Ưu nhược điểm của mối ghép then, then hoa

*Ưu điểm:

Ghép bằng then có thể tháo được

Có kết cấu đơn giản

Khó đảm bảo tiết máy lắp ghép được chính xác

Không thể dùng 1 then để truyền momen xoắn lớn

b Tính then bằng và then bán nguyệt

Điều kiện để then không bị dập

Trong đó: l – là chiều dài làm việc của then

t2 = 0,4h – độ sâu rãnh then trên mayơ[σ] và [τ])σd] - ứng suất dập cho phép của vật liệu làm thenLấy y d/2 (d là đường kính danh nghĩa của trục và mayơ), gọi T là mômenxoắn truyền qua mối ghép then, ta có:

2T F d



Điều kiện bền dập có dạng:

2.3.2 Mối ghép then hoa

1 Công dụng, Phân loại

Ghép bằng then hoa là ghép mayơ vào trục nhờ các răng của trục lồng vàocác rãnh đã được chế tạo sẵn trên mayơ Loại mối ghép này, nhất là mối ghép thenhoa răng chữ nhật, có thể coi như mối ghép nhiều then, các then làm liền với trục

So với ghép then, ghép then hoa có những ưu điểm sau đây:

- Đảm bảo mối ghép được đúng tâm hơn và dẽ di dộng tiết máy trên trục

- Khả năng chịu tải lớn hơn so với mối ghép then cùng kích thước, do diện tích bề mặt làm việc lớn hơn và tải trọng phân bố đều hơn trên bề mặt răng

- Độ bền mỏi cao hơn, chịu va đập và tải trọng động tốt hơn

Tuy nhiên, ghép then hoa có những nhược điểm sau:

- Có tập trung ứng suất ở góc rãnh tuy ít hơn so với ghép bằng then

- Tải trọng phân bố giữa các răng không đều nhau

- Cần có những dụng cụ và thiết bị chuyên môn để chế tạo và kiểm tra

Ghép bằng then hoa có thể chia ra làm hai loại: Ghép cố định trong đó mayơđược cố định trên trục (không để trượt dọc trục); ghép di động, mayơ có thể trượtdọc trục.

Trong trường hợp ghép di động, trục có dạng hình trụ, còn trường hợp ghép

cố định, trục có thể chế tạo hình trụ hoặc hình côn Then hoa hình côn làm chomayơ khít vào trục, làm việc tốt ngay cả khi chịu tải trọng thay đổi Mối ghép nàychủ yếu được dùng trong ôtô, máy kéo Ở đây, chúng ta chỉ nghiên cứu mối ghépthen hoa hình trụ

Dạng răng trong mối ghép then hoa có thể răng chữ nhật, răng thân khai ,hoặc răng tam giác

Hiện nay, then hoa răng chữ nhật được dùng nhiều hơn cả

Kích thước của then hoa được chọn trong các sổ tay chi tiết máy

Có 3 phương pháp để định tâm mối ghép then hoa:

- Theo cạnh bên

- Theo đường kính ngoài

- Theo đường kính trong

Định tâm theo cạnh bên không đảm bảo được chính xác độ đồng tâm giữamayơ và trục, nhưng tải trọng phân bố đều trên các răng Vì vậy, kiểu lắp này dùngcho các mối ghép chịu mômen xoắn lớn nhưng không yêu cầu cao về độ đồng tâm.Then hoa răng thân khai có nhiều ưu điểm so với then hoa răng chữ nhật:

- Độ bền mỏi cao hơn do chân răng dày hơn và không có góc lượn đột ngột vìvậy, ứng suất tập trung không lớn lắm

- Các phần tử của mối ghép được chế tạo bằng các phương pháp hoàn thiệnhơn, bảo đảm độ chính xác gần bằng độ chính xác bánh răng

- Đạt được độ đồng tâm cao hơn

- Giá thành rẻ hơn vì được cắt bằng dụng cụ đơn giản (như dao phay vít),giảm bớt số loại dao phay (với một dao phay có thể chế tạo được nhiều trục thenhoa cùng môđun nhưng đường kính và số răng khác nhau)

Then hoa răng tam giác được dùng khi mômen xoắn không lớn lắm, thườngdùng kết hợp với lắp ép

b Tính then hoa

Để tránh dập, có thể tính toán qui ước theo điều kiện ứng suất trung bình σd

trên bề mặt làm việc của then hoa không vượt quá trị số [σ] và [τ])σd] cho phép

T – mômen xoắn truyền qua mối ghép (N.mm)

l – chiều dài mối ghép (mm)

dm – đường kính trung bình của then (mm)

Z – số răng

 = 0,7 ÷ 0,8, hệ số xét đến sự phân bố không đều của tải trọng trêncác răng

[σ] và [τ])σd] - ứng suất dập cho phép (MPa), (bảng 3.18)

h – chiều cao bề mặt tiếp xúc của răng chữ nhật

2 2

m – môđun của răng

đối với răng tam giác:

; 2

Vì những kích thước then hoa đã được tiêu chuẩn hóa và chọn theo đườngkính của trục, cho nên tính toán then hoa thường là định chiều dài tính toán l của

răng hoặc kiểm nghiệm ứng suất trên bề mặt làm việc theo các công thức trên 2.4 Ghép bằng ren

2.4.1 Khái niệm chung

a Khái niệm, phân loại

Ghép bằng ren là loại mối ghép có thể tháo được Các chi tiết máy được ghéplại với nhau nhờ các chi tiết máy có ren: bulông, đai ốc, vít

Các mối ghép ren thường dùng trong thực tế: mối ghép bulông, mối ghép vít,mối ghép vít cấy Ngoài ra còn có mối ghép ren ống, dùng để nối các ống dẫn chất

lỏng, chất khớ.

Phõn loại:

- Theo hình dạng của hình phẳng (profil ren) phân ra: ren tam giác, renvuông, ren hình thang, ren bán nguyệt (thường gọi là ren tròn) v.v

- Theo dạng đường xoắn ốc: ren trụ, ren côn

- Theo số mối ren: ren 1 đầu mối, ren 2 đầu mối…

- Theo công dụng: ren ghép chặt (chủ yếu là ren tam giác), ren truyền tải (renvuông, ren thang…)

Thường người ta phân ren thành các loại chính dựa vào đặc điểm cấu tạo củaren:

Ren hệ mét: tất cả các kích thước của ren đợc đo bằng mm; profil ren là tam

giác đều, góc ở đỉnh α = 600

Ren hệ mét đợc chia ra làm hai loại: ren hệ mét bớc lớn và ren hệ mét bớcnhỏ, các kích thớc đã đợc tiêu chuẩn hoá Ký hiệu của ren hệ mét bớc lớn là M, tiếpsau là trị số đờng kính danh nghĩa (thí dụ M14), còn đối với ren bớc nhỏ thì ghithêm trị số của bớc ren (thí dụ ren bớc nhỏ đờng kính 14mm, bớc ren 0,75 -M14 ì0,75) Ren hệ Anh: có profil là tam giác cân, góc ở đỉnh α = 550; đờng kính của ren

đợc đo bằng tấc Anh - inch (1inch = 25,4mm) Bớc ren Anh đợc đặc trng bởi sốren trên chiều dài một tấc Anh

Ren ống: dùng để ghép kín các ống Ren ống có hình dạng kíchn thớc theo

ren hệ Anh bớc nhỏ

* Các thông số cơ bản của ren:

b Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng

- Ưu điểm:

+ Cấu tạo đơn giản

+ Cú tể cố định cỏc chi tiết mỏy ở bất kỳ vị trớ nào (nhờ khả năng tự hóm)+ Dễ thỏo lắp

+ Giỏ thành tương đối hạ (vỡ được tiờu chuẩn húa và được chế tạo sẵn bằngcỏc phương phỏp cú năng suất cao)

- Nhược điểm: Mối ghộp ren cú hiện tượng tập trung ứng suất ở chõn ren, do

đú làm giảm độ bền của mối ghộp

c Các thông số hinhg học chính của mối ghép ren

Ký

hiệu

Tên gọi

d Đường kính ngoài của ren, là đường kính hình trụ bao đỉnh ren ngoài

(bulông, vít); hoặc bao chân ren trong (đai ốc, rên trên lỗ); đường kínhnày là đường kính danh nghĩa của ren

d1 Đường kính trong của ren, là đường kính hình trụ bao đỉnh ren trong

hoặc bao chân ren ngoài

d2 Đường kính trung bình, là đường kính hình trụ phân đôi tiết diện ren,

trên đó, chiều rộng ren bằng chiều rộng rãnh (định nghĩa này không ápdụng cho ren vuông)

+ Đối với ren tam giác, có đường kính trong và đường kính ngoài cáchđều đỉnh tam giác của ren và rãnh ren

+ Đối với ren vuông:

1

d d

d  

h Chiều cao tiết diện làm việc của ren

P Bước ren, là khoảng cách giữa hai mặt ren liền kề nhau về cùng một

phía theo phương dọc trục của ren

Px Bước đường xoắn ốc (bước xoắn), là khoảng cách giữa hai mặt ren liền

kề nhau về cùng một phía, trên cùng một đầu mối theo phương dọctrục của ren

+ Đối với ren một đầu mối P = Px

+ Đối với ren n đầu mối: Px = Np

 Góc tiết diện ren

 Góc nâng của ren, là góc làm bởi tiếp tuyến của đường xoắn ốc (trên

hình trụ trung bình) với mặt phẳng vuông góc với trục của ren:

2

x

P tg

Vít có hình dạng, kích thước tương tự như bu lông, chỉ khác ở phần mũ Mũvít có nhiều hình dạng, mũ vít được xẻ rãnh, hoặc làm lỗ 6 cạnh chìm để tra cácchìa vặn Vít cũng được tiêu chuẩn hóa

Vít cấy

Vít cấy: là thanh hình trụ, hai đầu có ren Một đầu ren cấy vào lỗ ren của tấmghép, đầu còn lại vặn với đai ốc

b Đai ốc

Đai ốc có nhiều loại khác nhau, nhưng dùng phổ biến nhất là đai ốc có 6 cạnh,

có ren trong Ren trên đai ốc được gia công bằng ta rô, hoặc tiện Đai ốc cũng đượcchia ra: đai ốc thô, đai ốc bán tinh và đai ốc tinh

c Vòng đệm

Vòng đệm, chủ yếu để bảo vệ bề mặt các tấm ghép không bị xước, đồng thờilàm tăng diện tích tiếp xúc giữa bề mặt với đai ốc, do đó ứng suất dập giảm xuống.Một số đệm còn có tác dụng phòng lỏng Các loại đệm thường dùng: đệm thường, đệm vênh, đệm gập, đệm cánh

d Bộ phận hãm và, các phương pháp phòng lỏng bu lông

Có thể phòng lỏng bằng hai cách:

- Tạo phản lực phụ luôn luôn đẩy bulông và đai ốc:

+ Dùng hai đai ốc (đai ốc công) Hai đai ốc luôn đẩy nhau bằng lực phụ Fph

+ Dùng đệm vênh Đệm vênh giống như một lò xo, luôn đẩy vào đai ốc mộtlực phụ Fph

- Ngăn cản không cho bulông và đai ốc xoay tương đối với nhau:

+ Dùng đệm gập: Vấu của đệm nằm trong rãnh trên thân bu lông, góc củađệm gập vào một mặt của đai ốc, sẽ hạn chế chuyển động xoay tương đối giữabulông và đai ốc

+ Dùng đệm cánh Vấu của đệm nằm trong rãnh trên thân bu lông, một cánhcủa đệm gập vào rãnh trên đai ốc, sẽ hạn chế chuyển động xoay tương đối giữabulông và đai ốc

+ Dùng chốt chẻ: xuyên qua lỗ trên bulông và đai ốc

+ Tán đầu bu lông (chỉ dùng cho mối ghép không tháo)

+ Núng hoặc hàn đính đai ốc với thân bu lông, hạn chế không cho đai ốcchuyển động xoay ra, nới lỏng mối ghép (chỉ dùng cho mối ghép không tháo)

2.4.3 Tính mối ghép ren

a Các dạng hỏng của bulông và chỉ tiêu tính toán

Khi chịu tải tác dụng, bulông có thể bị hỏng với các dạng sau:

- Thân bulông bị kéo đứt tại phần có ren hoặc tại tiết diện sát đầu bulông

- Ren bị hỏng do dập, mòn, bị cắt hoặc bị uốn

- Đầu bulông bị dập, cắt hoặc uốn

Trên cơ sở các tính toán nhằm đảm bảo điều kiện độ bền giữa các phần tử củabulông và đai ốc, người ta xác định được các quan hệ kích thước hợp lý kết cấucủa bulông, đai ốc và quy định trong các tiêu chuẩn Vì vậy, đối với bulông và đai

ốc tiêu chuẩn, chỉ cần tính theo độ bền kéo của thân bulông để tìm đường kínhtrong d1 rồi theo d1 tra các kích thước khác (đường kính danh nghĩa d, kích thướcđầu bulông ) trong các bảng tiêu chuẩn

b Tính bulông ghép lỏng chịu lực dọc trục

Trường hợp này đai ốc không được xiết chặt, lực xiết ban đầu không có, thí

dụ như bulông của móc treo hoặc phần có ren của đoạn cuối móc cần trục

Bài toán kiểm tra bền

- Từ kích thước d, tra bảng tiêu chuẩn có đường kính tiết diện chân ren d1

- Tính ứng suất sinh ra trên tiết diện chân ren:

2 1 4

F d

Bài toán thiết kế

- Chọn vật liệu chế tạo bulông, tra bảng để có giá trị ứng suất kéo cho phép[σ] và [τ])σk]