Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 6: Trục Chương TRỤC 6.1 KHÁI NIỆM CHUNG 6.1.1 Đònh nghóa Trục chi tiết máy dùng để đỡ chi tiết máy quay, để truyền moment xoắn thực hai nhiệm vụ Hình 6.1 Các chi tiết máy lắp trục Bánh Ổ lăn Bánh đai Trục Trục mang bánh bánh đai Moment xoắn truyền đến bánh đai 3, bánh đai lắp cố đònh trục nên moment xoắn truyền tiếp cho bánh thông qua trục 6.1.2 Phân loại a Theo đặc điểm chòu tải trọng: Trục truyền: vừa chòu moment uốn (đỡ chi tiết quay) vừa truyền moment xoắn (hình 6.1) Trục truyền gồm có: - Trục truyền động: mang chi tiết máy truyền động bánh răng, bánh đai… - Trục : mang chi tiết máy truyền động phận công tác máy cánh khuấy, lưỡi cắt… Trục tâm: chòu moment uốn có hai loại: - Trục tâm không quay chi tiết - Trục tâm quay chi tiết b Theo hình dạng đường tâm trục: Trục thẳng: có đường tâm trục đường thẳng Trục khuỷu: đường tâm đoạn trục song song với Trục khuỷu dùng để biến chuyển động quay thành chuyển động tònh tiến ngược lại Trục mềm: có đường tâm trục thay đổi Bm Thiết kế máy -76- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 6: Trục - Trục mềm dùng để truyền moment xoắn phận máy máy có vò trí thay đổi làm việc Thường dùng trục mềm máy rung bê tông, thiết bò điều khiển kiểm tra từ xa Đặc điểm chủ yếu trục mềm độ cứng xoắn cao độ cứng uốn thấp - Trục mềm thường cấu tạo dây cuộn, gồm nhiều lớp dây thép đồng cuộn quanh lõi Lõi dây thép đơn, sau quấn xong lớp dây thép lõi rút để nguyên c Theo cấu tạo trục thẳng: Trục trơn: có đường kính không thay đổi Trục bậc: gồm nhiều đoạn trục có đường kính khác Trục rỗng: dùng cần giảm khối lượng trục lắp đặt chi tiết khác bên trục d Theo tiết diện trục: Trục tròn Trục then hoa Trục đònh hình Hình 6.2 Các dạng trục chủ yếu a) Trục truyền trơn e) Trục khuỷu b) Trục truyền bậc c) Trục máy cắt f) Trục tâm quay g) Trục tâm không quay 6.2 KẾT CẤU VÀ VẬT LIỆU CHẾ TẠO TRỤC d) Trục tuabin h) Trục mềm (SV tự đọc tài liệu [1]) 6.2.1 Kết cấu Kết cấu trục đơn giản bao gồm: ngõng trục, thân trục, vai trục bề mặt chuyển tiếp - Ngõng trục: đoạn trục để lắp ổ trục (ổ lăn, ổ trượt) Đường kính ngõng trục chọn theo kích thước ổ trục - Thân trục: đoạn trục để lắp chi tiết quay bánh đai, bánh răng… Đường kính thân trục chọn theo dãy tiêu chuẩn (trang 344, tài liệu [1]) - Vai trục: đoạn trục để chặn không cho chi tiết di chuyển dọc trục Bm Thiết kế máy -77- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 6: Trục - Các bề mặt chuyển tiếp: phần trục nằm hai đoạn trục có đường kính khác Có thể góc lượn, rãnh tròn rãnh thoát dao Các bề mặt chuyển tiếp nơi tập trung ứng suất lớn Vai trục Thân trục Ngõng trục Bề mặt chuyển tiếp Hình 6.3 Kết cấu trục 6.2.2 Vật liệu chế tạo (SV tự đọc tài liệu [1]) 6.3 CÁC DẠNG HỎNG VÀ CHỈ TIÊU TÍNH 6.3.1 Các dạng hỏng Các dạng hỏng chủ yếu trục bao gồm: gãy trục, mòn trục trục không đủ độ cứng vững Gãy trục: trục bò gãy tải mỏi nguyên nhân sau: - Thường xuyên làm việc tải tính toán không đánh giá đặc điểm trò số tải trọng - Có tập trung ứng suất lớn kết cấu trục gây nên (góc lượn, rãnh then, lỗ khoan…) chất lượng chế tạo xấu (có vết xước gia công, kỹ thuật nhiệt luyện kém…) - Lắp ráp sử dụng không kỹ thuật (không kiểu lắp, ổ trục điều chỉnh không đúng, khe hở bù trừ nhiệt nhỏ…) Mòn trục: trường hợp ngõng trục lắp ổ trượt, tính toán sử dụng sai yêu cầu kỹ thuật màng dầu bôi trơn không hình thành Do đó, sinh ma sát bề mặt làm việc, ngõng trục bò nóng lên lót trục bò mòn nhanh Trục bò dính, bò xước khả làm việc Trục không đủ độ cứng: tác dụng lực, không đủ độ cứng, trục biến dạng, ảnh hưởng đến khả làm việc ổ trục, phá hỏng tiếp xúc bề mặt làm việc chi tiết truyền động 6.3.2 Chỉ tiêu tính Đối với trục không quay ứng suất không đổi: tính theo độ bền tónh Đối với trục quay nhanh: tính toán theo độ bền mỏi ứng suất sinh trục thay đổi (khoảng 50% dạng hư hỏng trục chủ yếu mỏi) Đối với trục quay chậm: tính theo độ bền mỏi độ bền tónh để tránh hỏng trục tải Ngoài để chi tiết lắp với trục làm việc bình thường, ta phải tính trục theo độ cứng Đối với trục quay với vận tốc cao, ta phải tính theo độ ổn đònh dao động Bm Thiết kế máy -78- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 6: Trục 6.4 TÍNH TRỤC THEO CHỈ TIÊU ĐỘ BỀN Tính toán trục theo tiêu độ bền để tránh gãy trục 6.4.1 Tính sơ đường kính trục Khi tính sơ bộ, ta dựa vào moment xoắn T để xác đònh đường kính trục (bỏ qua moment uốn) Dưới tác dụng moment xoắn, trục sinh ứng suất xoaén: T T W0 0,2d (6.1) đó, W0 : moment chống xoắn tiết diện, W0 d 16 0,2d (mm3), d : đường kính trục, mm Điều kiện bền: d T [ ] 0,2d (6.2) T 0,2[ ] (6.3) 5T [ ] Có thể bỏ qua bước tính sơ có kinh nghiệm chọn đường kính trục 6.4.2 Tính xác đường kính trục Khi tính xác, ta dựa vào moment xoắn T moment uốn M để xác đònh đường kính trục Ta thực bước theo trình tự sau: Phác thảo sơ đồ trục Đặt lực tác dụng lên trục Thay trục dầm sức bền Giải phóng liên kết Tính phản lực gối tựa Vẽ biểu đồ nội lực (bỏ qua biểu đồ lực cắt): M x , M y , T Tính moment tương đương M td tiết diện nguy hiểm Xác đònh đường kính trục Vẽ kết cấu trục Theo thuyết bền 4: td 3 x2 y2 3 [ ] Bm Thiết kế máy td 0,1d M x2 M y2 -79- 3T M td 0,1d (6.3) (6.4) TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 6: Trục Điều kiện beàn: td M td [ ] 0,1d (6.5) Suy ra, đường kính trục phải thỏa điều kieän sau: d M td 0,1[ ] (6.6) 6.4.3 Kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn mỏi Kiểm tra hệ số an toàn mỏi theo công thức (đối với trục truyền): s s s s s 2 với s (6.7) 1 K a s [ s] (6.8) m 1 K a (6.9) m đó, [s] 1,5 2,5 : hệ số an toàn cho phép, s , s : hệ số an toàn xét riêng cho ứng suất uốn ứng suất xoắn, 1 , 1 b : giới hạn mỏi uốn giới hạn mỏi xoắn vật liệu, 1 (0,4 0,5) b ; 1 (0,22 0,25) b (6.10) : giới hạn bền vật liệu, a , m , a , m : biên độ giá trò trung bình ứng suất uốn, ứng suất xoắn , : hệ số xét đến ảnh hưởng ứng suất trung bình đến độ bền mỏi, , K , K phụ thuộc vào tính vật liệu (hình 2.9, trang 44 trang 361, tài liệu [1]), : hệ số kích thước, (hình 2.6, trang 41 tra bảng 10.3, trang 362, tài liệu [1]), : hệ số tăng bền bề mặt (hình 2.7, trang 42 tra bảng 10.4, trang 362, tài liệu [1]), : hệ số xét đến ảnh hưởng tập trung tải trọng đến độ bền mỏi (tra bảng 10.5, 10.6, 10.7, 10.8, trang 363, tài liệu [1]), Ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng: Bm Thiết kế máy -80- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 6: Trục a max M , W (6.11) m Ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động trục quay chiều: max T , 2W0 m (6.12) Ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ đối xứng trục quay chieàu: T m , a max W0 (6.13) a m Các giá trò W W0 xác đònh sau: Khi trục đặc: W 0,1d ; (6.14) W0 0,2 d Khi trục rỗng: 1,54d1 d ; 32 d 1 W d1 d 32 d 1 W0 (6.15) Khi truïc coù then: W d 32 bt (d t ) ; 2d W0 bt (d t ) ; d W0 d 16 bt (d t ) 2d (6.16) bt (d t ) d (6.17) Khi trục có then: W d 32 d 16 đó, d1 : đường kính lỗ rỗng trục; b, t : bề rộng chiều sâu rãnh then 6.4.4 Kiểm nghiệm trục theo độ bền tónh Để đề phòng trục bò biến dạng dẻo lớn gãy bò tải đột ngột, ta cần kiểm nghiệm trục theo điều kiện: td 3 [ ] (6.18) với Bm Thiết kế máy M qt W M qt 0,1d -81- (6.19) TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 6: Trục Tqt W0 Tqt (6.20) 0,2 d đó, [ ] 0,8 ch : ứng suất tải cho phép với ch giới hạn chảy vật liệu, M qt , Tqt : ứng suất uốn ứng suất xoắn, : moment uốn moment xoắn tiết diện nguy hiểm tải, W , W0 : moment chống uốn moment chống xoắn tiết diện, , 6.5 TRÌNH TỰ THIẾT KẾ TRỤC (SV tự đọc tài liệu [1]) Thông số đầu vào: moment xoắn T1 , số vòng quay n1 Thực theo bước sau: Xác đònh lực tác dụng lên trục chi tiết máy lắp Chọn vật liệu chế tạo trục tra giá trò giới hạn bền b , giới hạn chảy ch Tính chọn ứng suất uốn cho phép [ ] Tính sơ đường kính trục theo công thức (6.3) Tính xác đường kính trục theo công thức (6.6) với trình tự phần 6.4.2 Kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn, công thức (6.7) Kiểm nghiệm trục theo độ bền tónh, công thức (6.18) Đối với trục quan trọng, ta cần phải kiểm tra trục theo độ cứng, độ ổn đònh dao động Bm Thiết kế máy -82- TS Bùi Trọng Hiếu