Giáo trình Chi Tiết Máy

- Âäü tin cáûy laì mæïc âäü duy trç caïc chè tiãu khaí nàng laìm viãûc cuía maïy, chi tiãút maïy trong suäút thåìi gian sæí duûng theo quy âënh. Noïi caïch khaïc, trong suäút thåìi gian[r]

GIẠO TRÇNH

CHI TIẾT MÁY

2 bên

2.5 0.63

2

5

2

5

1.25 1.25 Ι

ΙΙ

GIẠO TRÇNH

CHI TIẾT MÁY

a

n2

II d2

n1

I d1

Các ký hiệu dùng Giáo trình chi tiết máy Các đơn vị

Phần thứ nhất: Những đề thiết kế máy chi tiết máy

Chương I: Đại cương thiết kế máy chi tiết máy

1.1 Các vấn đề chung

1.1.1 Máy, phận máy chi tiết máy

1.1.2 Những yêu cầu chủ yếu máy, chi tiết máy 1.1.3 Các bước thiết kế máy

1.1.4 Các bước thiết kế chi tiết máy

1.1.5 Một số điểm cần ý thiết kế chi tiết máy 1.2 Tải trọng ứng suất

1.2.1 Tải trọng tác dụng lên máy chi tiết máy 1.2.2 Ứng suất

1.3 Độ bền mỏi chi tiết máy 1.3.1 Hiện tượng phá hỏng mỏi

1.3.2 Những nhân tố ảnh hưởng đến sức bền mỏi chi tiết máy 1.3.3 Các biện pháp nâng cao sức bền mỏi chi tiết máy 1.4 Vật liệu chế tạo chi tiết máy

1.4.1 Những yêu cầu vật liệu chế tạo chi tiết máy 1.4.2 Các vật liệu thường dùng ngành chế tạo máy 1.5 Vấn đề tiêu chuẩn hoá thiết kế máy

1.5.1 Khái niệm chung

1.5.2 Các đối tượng tiêu chuẩn hoá ngành chế tạo máy 1.5.3 Các cấp tiêu chuẩn hố

1.5.4 Ích lợi tiêu chuẩn hoá

Chương II: Các tiêu khả làm việc chủ yếu chi tiết máy

2.1 Chỉ tiêu độ bền 2.1.1 Yêu cầu độ bền

2.1.2 Cách xác định ứng suất sinh chi tiết máy 2.1.3 Cách xác định ứng suất cho phép

2.2 Chỉ tiêu độ bền mòn 2.3 Chỉ tiêu độ cứng 2.3.1 Yêu cầu độ cứng

2.3.2 Cách đánh giá tiêu độ cứng chi tiết máy

4

2.4.1 Yêu cầu tiêu chịu nhiệt

2.4.2 Cách đánh giá tiêu chịu nhiệt máy 2.5 Chỉ tiêu chịu dao động

Chương III: Độ tin cậy máy chi tiết máy

3.1 Những vấn đề chung

3.2 Cách xác định tiêu đánh giá độ tin cậy

3.2.1 Tính xác suất làm việc khơng hỏng R hỏng F đối tượng 3.2.2 Tính xác suất Rnt Fnt hệ gồm n đối tượng mắc nối tiếp

3.2.3 Tính xác suất làm RS FS hệ gồm m đối tượng mắc song

song

3.2.4 Xác định cường độ hỏng λ(t)

3.2.5 Xác định thời gian làm việc lần hỏng tH

3.2.6 Xác định hệ số sử dụng Ksd

3.3 Các biện pháp nâng cao độ tin cậy máy

Chương IV: Ứng dụng tin học thiết kế máy chi tiết máy

4.1 Khái quát ứng dụng tin học thiết kế máy

4.2 Những hướng ứng dụng tin học thiết kế máy

4.3 Các phương tiện để ứng dụng tin học vào thiết kế, chế tạo máy chi tiết máy

4.3.1 Phần cứng 4.3.2 Phần mềm

4.4 Giới thiệu số phần mềm sử dụng thiết kế chi tiết máy phận máy

4.5 Giới thiệu số phần mềm thiết lập vẽ lập trình gia công máy công cụ CNC

4.5.1 Phần mềm AutoCad 4.5.2 Phần mềm MasteCam

4.5.3 Phần mềm Pro/Engineer Wildfere 4.5.4 Phần mềm Metacut Utilities

4.5.5 Công nghệ CAD/CAM CAD/CAM/CNC

Phần thứ hai: Các chi tiết máy lắp ghép

Chương V: Mối ghép đinh tán

5.1 Những vấn đề chung

5.1.1 Giới thiệu mối ghép đinh tán 5.1.2 Phân loại mối ghép đinh tán

34 34 35 37 38 38 39 39 40 42 42 42 44 45 46 46 47 47 51 51 53 55 55 57

5.2.1 Các dạng hỏng mối ghép tiêu tính tốn 5.2.2 Tính mối ghép chịu lực ngang

5.2.3 Tính mối ghép chịu mơ men uốn 5.2.4 Tính mối ghép kín

5.2.5 Hệ số bền mối ghép 5.2.6 Xác định ứng suất cho phép

Chương VI: Mối ghép ren

6.1 Những vấn đề chung 6.1.1 Giới thiệu mối ghép ren

6.1.2 Các chi tiết máy dùng mối ghép ren 6.1.3 Kích thước chủ yếu mối ghép ren 6.1.4 Ghi ký hiệu lắp ghép cho mối ghép ren

6.1.5 Hiện tượng tự nới lỏng biện pháp phịng lỏng 6.2 Tính mối ghép ren

6.2.1 Các dạng hỏng mối ghép ren tiêu tính tốn 6.2.2 Tính bu lơng ghép lỏng chịu lực

6.2.3 Tính mối ghép ren xiết chặt khơng chịu lực 6.2.4 Tính mối ghép ren chịu lực ngang

6.2.5 Tính bu lơng xiết chặt chịu lực dọc trục

6.2.6 Tính bu lơng xiết chặt chịu đồng thời lực dọc lực ngang 6.3 Tính mối ghép nhóm bu lơng

6.4 Xác định ứng suất cho phép

Chương VII: Mối ghép hàn

7.1 Những vấn đề chung 7.1.1 Cách tạo mối hàn 7.1.2 Các loại mối hàn

7.1.3 Các kích thước chủ yếu mối hàn 7.2 Tính mối hàn giáp mối

7.3 Tính mối hàn chồng

7.3.1 Sự phá hỏng mối hàn chồng tiêu tính tốn 7.3.2 Tính mối hàn chồng chịu lực

7.3.3 Tính mối hàn chồng chịu mô men uốn mặt phẳng ghép 7.3.4 Tính mối hàn chồng chịu đồng thời lực mơ men mặt

phẳng ghép 7.4 Tính mối hàn góc

Chương VIII: Mối ghép độ dôi 8.1 Những vấn đề chung 8.1.1 Giới thiệu mối ghép độ dôi

8.1.2 Phương pháp lắp tạo mối ghép độ dơi

8.1.3 Các kích thước chủ yếu mối ghép độ dơi 8.2 Tính mối ghép độ dôi

8.2.1 Các dạng hỏng tiêu tính tốn mối ghép độ dơi 8.2.2 Tính mối ghép độ dôi chịu mô men xoắn

Chương IX: Mối ghép then, then hoa trục định hình

9.1 Mối ghép then

9.1.1 Giới thiệu mối ghép then

9.1.2 Các kích thước chủ yếu mối ghép then 9.1.3 Tính mối ghép then

9.2 Mối ghép then hoa

9.2.1 Giới thiệu mối ghép then hoa

9.2.2 Kích thước chủ yếu mối ghép then hoa 9.2.3 Tính mối ghép then hoa

9.3 Mối ghép trục định hình

Chương X: Phân tích chọn mối ghép

10.1 Mối ghép ren 10.1.1 Ưu điểm 10.1.2 Nhược điểm 10.1.3 Phạm vi sử dụng 10.2 Mối ghép đinh tán 10.2.1 Ưu điểm

10.2.2 Nhược điểm 10.2.3 Phạm vi sử dụng 10.3 Mối ghép hàn 10.3.1 Ưu điểm 10.3.2 Nhược điểm 10.3.3 Phạm vi sử dụng 10.4 Mối ghép độ dôi 10.4.1 Ưu điểm

10.4.2 Nhược điểm 10.4.3 Phạm vi sử dụng

10.5 Mối ghép then, then hoa, trục định hình

10.5.3 Phạm vi sử dụng

Phần thứ ba: Các chi tiết máy truyền động

Chương XI: Bộ truyền đai

11.1 Những vấn đề chung 11.1.1 Giới thiệu truyền đai 11.1.2 Phân loại truyền đai

11.1.3 Thông số làm việc chủ yếu truyền đai 11.1.4 Thông số hình học chủ yếu truyền đai 11.1.5 Lực tác dụng truyền đai

11.1.6 Ứng suất đai

11.1.7 Sự trượt truyền đai

11.1.8 Đường cong trượt đường cong hiệu suất 11.2 Tính truyền đai

11.2.1 Các dạng hỏng truyền đai tiêu tính tốn 11.2.2 Tính truyền đai theo ứng suất có ích

11.2.3 Tính đai theo độ bền lâu 11.2.4 Tính đai theo khả kéo 11.2.5 Trình tự thiết kế truyền đai dẹt 11.2.6 Trình tự thiết kế truyền đai thang

Chương XII: Bộ truyền bánh ma sát

12.1 Những vấn đề chung

12.1.1 Giới thiệu truyền bánh ma sát 12.1.2 Phân loại truyền bánh ma sát

12.1.3 Thơng số hình học chủ yếu truyền bánh ma sát 12.1.4 Sự trượt truyền bánh ma sát

12.1.5 Thông số làm việc chủ yếu truyền bánh ma sát 12.1.6 Lực tác dụng truyền bánh ma sát

12.2 Tính truyền bánh ma sát

12.2.1 Cạc dảng hng v chè tiãu toạn

12.2.2 Tính truyền bánh ma sát vật liệu kim loại 12.2.3 Tính truyền bánh ma sát vật liệu phi kim loại

Chương XIII: Bộ truyền bánh

13.1 Những vấn đề chung

13.1.1 Giới thiệu truyền bánh

112

13.1.3 Thơng số hình học chủ yếu truyền bánh trụ thẳng

13.1.4 Thông số hình học chủ yếu truyền bánh trụ nghiêng

13.1.5 Thơng số hình học chủ yếu truyền bánh nón thẳng

13.1.6 Thông số làm việc chủ yếu truyền bánh 13.1.7 Độ xác truyền bánh

13.1.8 Tải trọng ứng suất truyền bánh 13.1.9 Lực tác dụng lên trục ổ mang truyền bánh 13.2 Tính truyền bánh

13.2.1 Các dạng hỏng tiêu tính tốn truyền bánh 13.2.2 Tính truyền bánh trụ thẳng theo sức bền tiếp xúc 13.2.3 Tính truyền bánh trụ thẳng theo sức bền uốn 13.2.4 Tính truyền bánh trụ nghiêng chữ V 13.2.5 Tính truyền bánh nón thẳng

13.2.6 Kiểm tra truyền bánh theo tải trọng tải 13.2.7.Vật liệu chế tạo bánh ứng suất cho phép 13.2.8 Trình tự thiết kế truyền bánh

Chương XIV: Bộ truyền trục vít

14.1 Những vấn đề chung

14.1.1 Giới thiệu truyền trục vít 14.1.2 Phân loại truyền trục vít

14.1.3 Thơng số hình học chủ yếu truyền trục vít 14.1.4 Thơng số làm việc chủ yếu truyền trục vít 14.1.5 Độ xác truyền trục vít

14.1.6 Tải trọng ứng suất truyền trục vít 14.1.7 Lực tác dụng lên trục ổ mang truyền trục vít 14.1.8 Kết cấu trục vít, bánh vít

14.2 Tính truyền trục vít

14.2.1.Các dạng hỏng truyền trục vít tiêu tính tốn 14.2.2 Tính truyền trục vít theo sức bền tiếp xúc

14.2.3 Tính truyền trục vít theo sức bền uốn

14.2.4 Tính truyền trục vít theo điều kiện chịu nhiệt 14.2.5 Tính trục vít theo điều kiện ổn định

14.2.6 Kiểm tra truyền trục vít theo tải trọng tải

Chương XV: Bộ truyền xích 15.1 Những vấn đề chung 15.1.1 Giới thiệu truyền xích 15.1.2 Phân loại truyền xích

15.1.3 Thơng số hình học chủ yếu truyền xích ống lăn 15.1.4 Thông số làm việc chủ yếu truyền xích

15.1.5 Lực tác dụng truyền xích 15.2 Tính truyền xích

15.2.1 Các dạng hỏng tiêu tính tốn truyền xích 15.2.2 Tính truyền xích ống lăn

15.2.3 Trình tự thiết kế truyền xích

Chương XVI: Bộ truyền vít - đai ốc

16.1 Những vấn đề chung

16.1.1 Giới thiệu truyền vít - đai ốc 16.1.2 Phân loại truyền vít - đai ốc

16.1.3 Thơng số hình học chủ yếu truyền vít - đai ốc 16.1.4 Thơng số làm việc chủ yếu truyền vít - đai ốc 16.2 Tính truyền vít - đai ốc

16.2.1 Các dạng hỏng truyền vít - đai ốc tiêu tính tốn 16.2.2 Tính truyền vít - đai ốc theo độ bền mịn

16.2.3 Tính truyền vít - đai ốc theo điều kiện ổn định 16.2.4 Tính truyền vít - đai ốc theo độ bền

16.2.5 Trình tự thiết kế truyền vít - đai ốc

Chương XVII: Phân tích chọn truyền

17.1 Bộ truyền bánh

17.1.1 Ưu điểm truyền bánh 17.1.2 Nhược điểm truyền bánh 17.1.3 Phạm vi sử dụng truyền bánh 17.2 Bộ truyền đai

17.2.1 Ưu điểm truyền đai 17.2.2 Nhược điểm truyền đai 17.2.3 Phạm vi sử dụng truyền đai 17.3 Bộ truyền xích

17.3.1 Ưu điểm truyền xích 17.3.2 Nhược điểm truyền xích

17.4 Bộ truyền trục vít

17.4.1 Ưu điểm truyền trục vít 17.4.2 Nhược điểm truyền trục vít 17.4.3 Phạm vi sử dụng truyền trục vít 17.5 Bộ truyền bánh ma sát

17.5.1 Ưu điểm truyền bánh ma sát 17.5.2 Nhược điểm truyền bánh ma sát 17.5.3 Phạm vi sử dụng truyền bánh ma sát 17.6 Bộ truyền vít - đai ốc

17.6.1 Ưu điểm truyền vít - đai ốc 17.6.2 Nhược điểm truyền vít - đai ốc 17.6.3 Phạm vi sử dụng truyền vít - đai ốc

Phần thứ tư: Các chi tiết máy đỡ nối

Chæång XVIII: Truûc

18.1 Những vấn đề chung 18.1.1 Giới thiệu trục 18.1.2 Phân loại trục

18.1.3 Các phận trục

18.1.4 Thơng số hình học chủ yếu trục

18.1.5 Một số điểm cần ý chọn kết cấu trục 18.2 Tính trục

18.2.1 Các dạng hỏng trục tiêu tính tốn 18.2.2 Kiểm tra trục theo tiêu gần

18.2.3 Thiết kế trục theo tiêu gần 18.2.4 Kiểm tra trục theo tiêu xác 18.2.5 Thiết kế trục theo tiêu xác 18.2.6 Kiểm tra trục theo tải trọng tải

Chương XIX: Ổ trượt

19.1 Những vấn đề chung 19.1.1.Giới thiệu ổ trượt 19.1.2 Phân loại ổ trượt

19.1.3 Các kích thước chủ yếu ổ trượt 19.1.4 Các kiểu ma sát ổ trượt

19.1.5 Tạo ma sát ướt ổ trượt bôi trơn thủy động 19.2 Tính ổ trượt

19.2.4 Tính ổ trượt theo điều kiện chịu nhiệt 19.2.5 Vật liệu chế tạo lót ổ

19.2.6 Trình tự thiết kế ổ trượt

Chương XX: Ổ lăn

20.1 Những vấn đề chung 20.1.1 Giới thiệu ổ lăn 20.1.2 Phân loại ổ lăn

20.1.3 Kích thước chủ yếu ổ lăn 20.1.4 Các loại ổ lăn thường dùng

20.1.5 Độ xác ổ lăn, cách ghi ký hiệu ổ lăn

20.1.6 Phân bố tải trọng lăn ứng suất tiếp xúc 20.1.7 Một số điểm cần ý chọn ổ lăn

20.2 Tính ổ lăn

20.2.1 Các dạng hỏng ổ lăn tiêu tính tốn 20.2.2 Tính ổ lăn theo khả tải động

20.2.3 Tính ổ lăn theo khả tải tĩnh 20.3 So sánh ổ lăn ổ trượt

20.3.1 Ưu điểm 20.3.2 Nhược điểm 20.3.3.Phạm vi sử dụng

Chương XXI: Khớp nối

21.1 Những vấn đề chung 21.1.1 Giới thiệu khớp nối 21.1.2 Phân loại khớp nối

21.1.3 Thơng số chủ yếu khớp nối 21.2 Tính khớp nối

21.2.1 Phương pháp tính chọn khớp nối 21.2.2 Tính nối trục chốt đàn hồi

21.2.3 Tính ly hợp chốt an tồn

Chỉång XXII: L xo

22.1 Những vấn đề chung 22.1.1 Giới thiệu lị xo 22.1.2 Phân loại lị xo

22.1.3 Thơng số chủ yếu lị xo 22.2 Tính lị xo

22.2.2 Tính lị xo chịu kéo, nén 22.2.3 Tính lị xo chịu xoắn 22.2.4 Trình tự thiết kế lị xo CÂU HỎI ƠN TẬP

Tài liệu tham khảo

257 258 259 260

NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG THIẾT KẾ MÁY V CHI TIẾT MÁY

CHỈÅNG I

ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ

MÁY VAÌ CHI TIẾT MÁY

1.1 Các vấn đề chung

1.1.1 Máy, phận máy chi tiết máy

a- Maïy

Có thể định nghĩa sau: Máy công cụ lao độngû phức tạp thực chức định phục vụ cho lợi ích người

Chúng ta chia máy thành nhóm:

- Nhóm máy cơng tác Mỗi máy thực công việc định, thay lao động thủ công người, máy hoạt động theo điều khiển người sử dụng Ví dụ như: máy cày, máy mài, ô tô, máy bay, xe máy

- Nhóm máy tự động Bao gồm máy công tác, họat động tự động theo chương trình có sẵn người điều chỉnh Ví dụ: dây chuyền đóng nắp chai bia tự động, máy tiện tự động, người máy, máy phay CNC

- Nhóm máy liên hợp Mỗi máy tập hợp vài máy cơng tác, để thực hồn chỉnh cơng việc Ví dụ: máy gặt đập liên hợp, bao gồm máy cắt, máy đập máy phân loại, ba máy liên kết với tạo thành máy

- Nhóm máy biến đổi lượng Đó máy biến lượng từ dạng sang dạng khác Ví dụ: động điện biến điện thành năng, máy phát điện biến thành điện

Trong giáo trình Chi tiết máy nghiên cứu nhóm máy công tác

b- Bộ phận máy

H G T

Hình 1-1: Sơ đồ phận máy

FQ

1

3 Mỗi máy công tác thường có

phận (Hình 1-1):

- Bộ phận phát động 1, cung cấp nguồn động lực cho máy họat động Bộ phận phát động động điện, động đốt trong, tay quay, bàn đạp Đây phận thiếu máy

- Bộ phận truyền dẫn động 3, phận nối phận phát động phận công tác Bộ phận truyền dẫn động có nhiệm vụ thay đổi tốc độ chuyển động, biển đổi quy luật chuyển động, thay đổi chiều chuyển động đảm bảo khoảng cách định phận phát động phận công tác Ví dụ: truyền đai, truyền xích, hộp tốc độ

Trong số loại máy đơn giản khơng có phận truyền dẫn động

c- Chi tiết máy

Khi tháo rời máy, phận máy nhận phần tử nhỏ máy, ví dụ như: bu lơng, đai ốc, bánh răng, trục Nếu tiếp tục tách rời phần tử khơng cịn cơng dụng Các phần tử nhỏ máy gọi chi tiết máy

Có thể định nghĩa sau: Chi tiết máy phần tử cấu thành nên máy, có hình dạng kích thước xác định, có cơng dụng định máy Chi tiết máy phân thành nhóm:

- Nhóm chi tiết máy có cơng dụng chung Bao gồm chi tiết máy sử dụng nhiều loại máy khác Trong loại máy khác nhau, chi tiết máy có hình dạng cơng dụng Ví dụ: bánh răng, khớp nối, trục, bu lông, ổ lăn

- Nhóm chi tiết máy có cơng dụng riêng Bao gồm chi tiết máy sử dụng loại máy định Trong lọai máy khác nhau, hình dạng cơng dụng chi tiết máy khác Ví dụ: trục khuỷu, tua bin, vỏ hộp giảm tốc, thân máy

Trong giáo trình Chi tiết máy, nghiên cứu chi tiết máy có cơng dụng chung

1.1.2 Những u cầu chủ yếu máy chi tiết máy

Trước nghiên cứu thiết kế máy, chi tiết máy, cần biết máy tốt Để làm điều đó, cần biết thông số đánh giá chất lượng máy, hay yêu cầu chủ yếu máy chi tiết máy

Một thiết kế máy chi tiết máy gọi hợp lý, máy thỏa mãn yêu cầu chủ yếu sau:

Tiêu tốn lượng cho sản phẩm gia công máy, Năng suất gia cơng cao,

Độ xác sản phẩm gia cơng máy cao,

Chi phí sử dụng máy thấp,

Kích thước, khối lượng máy hợp lý

- Máy có khả làm việc cao: máy hoàn thành tốt chức định điều kiện làm việc sở sản xuất, luôn đủ bền, đủ cứng, chịu nhiệt độ, độ ẩm môi trường, không bị rung động mức

- Máy có độ tin cậy cao: máy ln họat động tốt, đảm bảo tiêu kỹ thuật theo thiết kế Trong suốt thời gian sử dụng, máy bị hỏng hóc, thời gian chi phí cho việc sửa chữa thấp

- An toàn sử dụng: không gây nguy hiểm cho người sử dụng, cho máy, phận máy khác, máy làm việc bình thường máy có cố hỏng hóc

- Máy có tính cơng nghệ cao, thể chỗ:

Kết cấu máy phải phù hợp với điều kiện quy mô sản xuất, Kết cấu chi tiết máy đơn giản, hợp lý,

Cấp xác cấp độ nhám chọn mức, Chọn phương pháp chế tạo phôi hợp lý

- Máy có tính kinh tế cao, thể chỗ:

Cơng sức phí tổn cho thiết kế nhất,

Vật liệu chế tạo chi tiết máy rẻ tiền, dễ cung cấp, Dễ gia cơng, chi phí cho chế tạo nhất,

Giá thành máy thấp

1.1.3 Các bước thiết kế máy

Trước bắt đầu thiết kế máy, phải nắm vững nhiệm vụ thiết kế, cần biết số liệu sau đây:

- Số lượng máy cần chế tạo Chế tạo chiếc?

- Sản phẩm gia cơng máy Hình dạng, kích thước, vật liệu, độ xác?

- Năng suất gia công máy Cần gia công sản phẩm giờ?

- Tuổi thọ máy, hay thời gian sử dụng máy lúc bỏ đi?

- Yêu cầu kích thước, khối lượng máy?

- Các yêu cầu khác?

Công việc thiết kế tiến hành theo bước:

1 Xác định nguyên tắc hoạt động chế độ làm việc máy Nên tham khảo máy có để chọn nguyên tắc hoạt động thích hợp Chế độ làm việc máy, cấu máy có liên quan đến việc chọn giá trị hệ số tính tốn q trình xác định kích thước chi tiết máy

2 Lập sơ đồ chung toàn máy, sơ đồ phận máy Sơ đồ phải thỏa mãn yêu cầu nhiệm vụ thiết kế Cần lập vài phương án sơ đồ máy, sau so sánh chọn phương án tốt

3 Xác định tải trọng tác dụng lên máy, phận máy chi tiết máy Đây bước quan trọng Nếu xác định không tải trọng, thiết kế máy không đủ bền, không đảm đảm bảo tính kinh tế

4 Tính tốn thiết kế chi tiết máy Xác định hình dạng, kích thước, vẽ kết cấu chi tiết máy

5 Lập quy trình cơng nghệ gia cơng chi tiết máy

6 Lập quy trình lắp ráp phận máy lắp ráp toàn máy

7 Lập hồ sơ thiết kế cho máy Lập vẽ, thuyết minh, tài liệu dẫn sử dụng sửa chữa máy

1.1.4 Các bước thiết kế chi tiết máy

Để thực bước thứ quy trình thiết kế máy, phải tính tốn thiết kế chi tiết máy Trước thực thiết kế chi tiết máy, cần phải biết số liệu liên quan đến chi tiết máy:

- Các tải trọng tác dụng lên chi tiết máy: cường độ, phương, chiều, điểm đặt đặc tính

- Tuổi thọ chi tiết máy Thông thường tuổi thọ chi tiết máy tuổi thọ máy, có trường hợp phần tuổi thọ máy

- Điều kiện làm việc chi tiết máy

- Các yêu cầu vật liệu, khối lượng, kích thước

1 Lập sơ đồ tính tốn chi tiết máy - sơ đồ hóa kết cấu chi tiết máy Đặt tải trọng lên sơ đồ tính

tốn chi tiết máy (Hình 1-2)

Fr

Fa

Fâ ×

Hình 1-2: Sơ đồ tính trục

Ft

3 Chọn vật liệu chế tạo chi tiết máy Tính tốn kích thước

chi tiết máy theo điều kiện bền điều kiện cứng

5 Chọn kích thước khác vẽ kết cấu chi tiết máy

6 Kiểm nghiệm chi tiết máy theo độ bền, độ cứng, tính chịu nhiệt, tính chịu dao động Nếu khơng đảm bảo phải tăng kích thước, q dư phải giảm kích thước chi tiết máy

7 Lập vẽ chế tạo chi tiết máy Trên thể đầy đủ hình dạng, kích thước, dung sai, chất lượng bề mặt, vật liệu, phương pháp nhiệt luyện, yêu cầu kỹ thuật gia công, lắp rắp

1.1.5 Một số điểm cần ý tính tốn thiết kế chi tiết máy

Khi xác định kích thước chi tiết máy, cần ý số điểm sau đây:

- Tải trọng tác dụng lên chi tiết máy phức tạp, khó xác định xác, xác định thành phần tải trọng chính, thành phần phụ kể đến hệ số điều chỉnh, gọi hệ số tải trọng

- Các cơng thức dùng tính tốn thiết kế chi tiết máy có loại: cơng thức xác, công thức gần đúng, công thức thực nghiệm

thiết kết tính tốn không đáng tin cậy Trong công thức gần đúng, người ta đưa vào hệ số để điều chỉnh độ xác kết tính, kể đến sai lệch điều kiện thực toán điều kiện giả thiết Khi thiết kế, phải chọn giá trị hợp lý cho hệ số Loại công thức phổ biến lĩnh vực thiết kế chi tiết máy

+ Công thức thực nghiệm, công thức kinh nghiệm xây dựng sở thống kê kết thu từ thực nghiệm, từ kinh nghiệm sử dụng máy móc Kết tính tốn thiết kế cơng thức thực nghiệm chấp nhận, điều kiện toán trùng với điều kiện thí nghiệm, trùng với kinh nghiệm sử dụng Trong điều kiện khác với thí nghiệm kinh nghiệm khơng sử dụng

- Có kích thước chi tiết máy xác định xác qua lần tính tốn Cũng có kích thước phải qua hai nhiều bước tính tốn nhận kết đúng, chưa đủ số liệu để tính xác

- Một chi tiết máy thường có nhiều kích thước, nên tính tốn kích thước tiết diện (bao gồm tiết diện tham gia lắp ghép, tiết diện có gía trị ứng suất lớn, tiết diện hay xảy hỏng hóc) Các kích thước cịn lại chọn q trình vẽ kết cấu chi tiết máy Chọn theo điều kiện lắp ghép với chi tiết khác, theo tính hợp lý, tính thẩm mỹ kết cấu, theo kinh nghiệm người thiết kế

- Trong bước tính thiết kế chi tiết máy, có nhiều phương án thỏa mãn yêu cầu đầu bài, nên phân tích chọn đến phương án hợp lý để tính tốn tiếp tục Ở bước cuối cùng, cần so sánh, chọn phương án tốt làm kết thiết kế

1.2 Tải trọng ứng suất

1.2.1 Tải trọng tác dụng lên máy chi tiết máy

Tải trọng tác dụng lên máy chi tiết máy bao gồm lực, mô men áp suất Tải trọng đại lượng véc tơ, xác định thông số: cường độ, phương, chiều, điểm đặt đặc tính tải trọng Trong đó:

Lực, ký hiệu chữ F, đơn vị đo N, N = kg.m/s Mô men uốn, ký hiệu M, đơn vị đo Nmm

Mô men xoắn, ký hiệu T, đơn vị đo Nmm

Áp suất, ký hiệu p, đơn vị đo MPa, MPa = N/mm2

Phân loại tải trọng - làm quen với số tên gọi tải trọng, đặc điểm nó:

- Tải trọng khơng đổi, tải trọng có phương, chiều, cường độ không thay đổi theo thơi gian Sơ đồ tải trọng khơng đổi biểu diễn Hình 1-3

tb

M

Hình 1-3: Tải trọng khơng đổi

M1

t t1 t2 t3

M

M1 M2

M3

t

Hình 1-4: Tải trọng thay đổi - Tải trọng thay đổi, tải trọng có ba đại lượng (phương, chiều,

cường độ) thay đổi theo thời gian Trong thực tế tính tốn chi tiết máy, thường gặp loại tải trọng có cường độ thay đổi; sơ đồ tải trọng thay đổi biểu diễn Hình 1-4

không đổi tương đương với chế độ tải thay đổi mặt sức bền tuổi thọ chi tiết máy

- Tải trọng cố định, tải trọng có điểm đặt khơng thay đổi trình chi tiết máy làm việc

- Tải trọng di động, tải trọng có điểm đặt di chuyển chi tiết máy, máy làm việc

- Tải trọng danh nghĩa, tải trọng tác dụng lên chi tiết máy theo lý thuyết

- Tải trọng tính Khi làm việc, chi tiết máy, phần chi tiết máy phải chịu tải trọng lớn tải trọng danh nghĩa Tải trọng tăng thêm rung động, tải trọng tập trung vào phần chi tiết máy Chi tiết máy phải tính tốn thiết kế cho phần chịu tải lớn không bị thiếu bền Như ta phải tính chi tiết máy theo tải trọng lớn tải danh nghĩa, tải trọng gọi tải trọng tính

1.2.2 Ứng suất

Ứng suất ứng lực xuất phần tử chi tiết máy, chi tiết máy chịu tải trọng

Ứng suất đại lượng véc tơ, xác định phương, chiều, cường độ ơn vị đo ứng suất MPa, MPa = N/mm2

Â

Ứng suất phân làm hai nhóm:

- Ứng suất pháp ký hiệu σ Ứng suất pháp có phương trùng với phương pháp tuyến phân tố tách từ chi tiết máy

- Ứng suất tiếp ký hiệu τ Ứng suất tiếp có phương trùng mặt phẳng phân tố tách từ chi tiết máy

Tương ứng với tải tác dụng, ứng suất phân thành loại: + Ứng suất kéo, ký hiệu σk,

+ Ứng suất nén, ký hiệu σn,

+ Ứng suất uốn, ký hiệu σu,

+ Ứng suất tiếp xúc, ký hiệu σtx, σH,

+ Ứng suất dập, ký hiệu σd,

+ Ứng suất xoắn, ký hiệu τx,

Ngồi ra, ứng suất cịn phân thành ứng suất không đổi ứng suất thay đổi:

- Ứng suất khơng đổi hay cịn gọi ứng suất tĩnh, ứng suất có phương, chiều, cường độ không thay đổi theo thời gian Sơ đồ ứng suất tĩnh thể Hình 1-5

- Ứng suất thay đổi ứng suất có đại lượng (phương, chiều, cường độ) thay đổi theo thời gian Ứng suất thay đổi bất kỳ, thay đổi có chu kỳ Trong tính tốn thiết kế chi tiết máy, thường gặp loại ứng suất thay đổi có chu kỳ tuần hồn, gần tuần hoàn Sơ đồ ứng suất thay đổi tuần hồn biển diễn Hình 1-6

Một chu trình ứng suất xác định thông số: Ứng suất lớn σmax,

Ứng suất nhỏ σmin,

Ứng suất trung bình σm; σm = (σmax + σmin) / ,

Biên độ ứng suất σa; σa = (σmax - σmin)/2 ,

Hệ số chu kỳ ứng suất r; r = σmax / σmin,

r = σmin / σmax , σmin =

Căn vào giá trị hệ số chu kỳ ứng suất r, người ta chia ứng suất thành loại:

t

σ σ

t

σmin

σa

σm

σmax

Hình 1-6 Sơ đồ ứng suất thay đổi

σ1

Hình 1-5 Sơ đồ ứng suất tĩnh

+ Ứng suất thay đổi mạch động, chu trình ứng suất có r ≥ + Ứng suất thay đổi đối xứng, chu trình ứng suất có r <

Với giá trị ứng suất nhau, r khác khả phá hủy vật liệu ứng suất khác Chi tiết máy chịu ứng suất tĩnh có tuổi thọ cao chi tiết máy chịu ứng suất thay đổi mạch động, chi tiết máy chịu ứng suất thay đổi đối xứng có tuổi thọ thấp

1.3 Độ bền mỏi chi tiết máy 1.3.1 Hiện tượng phá hỏng mỏi

Khi chi tiết máy chịu ứng suất tĩnh bị phá hỏng, gọi bị phá hỏng ứng suất tĩnh Hay nói cách khác, chi tiết máy khơng đủ sức bền tĩnh Tính tốn chi tiết máy để ngăn chặn dạng hỏng gọi tính tốn theo sức bền tĩnh

Khi chi tiết máy bị phá hỏng ứng suất thay đổi, gọi bị phá hỏng mỏi, hay chi tiết máy không đủ sức bền mỏi Tính tốn chi tiết máy để ngăn chặn dạng hỏng này, gọi tính tốn theo sức bền mỏi

Khi ứng suất tĩnh vượt giá trị ứng suất giới hạn, chi tiết máy bị phá hỏng đột ngột Vết gẫy nhám mới, quan

sát kính hiển vi thấy rõ kết cấu hạt kim loại (Hình 1-7)

Hình 1-8: Vết gẫy khơng đủ sức bền mỏi

Hình 1-7: Vết gẫy không đủ sức bền tĩnh

Quá trình hỏng mỏi xảy từ từ, theo trình tự sau:

- Sau số chu kỳ ứng suất định, chỗ có tập trung ứng suất chi tiết máy suất vết nứt nhỏ

- Vết nứt phát triển lớn dần lên, làm giảm dần diện tích tiết diện chịu tải chi tiết máy, làm tăng giá trị ứng suất

- Cho đến chi tiết máy khơng cịn đủ sức bền tĩnh bị phá hỏng

Quan sát vết gẫy thấy rõ phần chi tiết máy bị hỏng mỏi - bề mặt cũ nhẵn - phần chi tiết máy bị hỏng không đủ sức bền tĩnh - bề mặt nhám (Hình 1-8)

thuộc vào số chu kỳ cần làm việc chi tiết máy Số chu kỳ cần làm việc giá trị ứng suất cho phép chọn cao

Người ta làm thí nghiệm xác định mối quan hệ giá trị ứng suất số chu kỳ làm việc hỏng chi tiết máy, biểu diễn Hình 1-9 Đây đường cong mỏi chi tiết

máy hệ tọa độ đề ONσ

σ

N N0

σr

N1

σN1

σmN = hằng

O

Hình 1-9: Đường cong mỏi

Trong âoï:

NO: số chu kỳ sở

σr : giới hạn mỏi vật liệu

m : mũ đường cong mỏi

σN : giới hạn mỏi ngắn hạn: σN=KNσr

KN: hệ số tăng giới hạn mỏi

ngắn hạn: m N

N N

K =

1.3.2 Những nhân tố ảnh hưởng đến sức bền mỏi chi tiết máy

a- Vật liệu

Vật liệu có ảnh hưởng lớn đến sức bền mỏi chi tiết máy Chi tiết máy chế tạo vật liệu có tính cao, sức bền mỏi chi tiếtï cao Vì vật liệu có tính cao, khả xuất vết nứt khó khăn

Nọi chung:

Chi tiết máy chế tạo vật liệu kim loại có độ bền mỏi cao vật liệu phi kim loại

Chi tiết máy chế tạo kim loại đen có độ bền mỏi cao so với hợp kim màu

Chi tiết máy thép có độ bền mỏi cao gang

Chi tiết máy thép hợp kim có độ bền mỏi cao thép bon thường

b- Kết cấu chi tiết máy

Chi tiết máy có kết cấu phức tạp: có bậc thay đổi kích thước đột ngột, có lỗ, rãnh, Hình 1-10, làm giảm độ bền mỏi chi tiết máy Lý do: chỗ có tập trung ứng suất, vết nứt sớm xuất phát triển nhanh

Trong tính tốn, ảnh hưởng kết cấu

đến sức bền mỏi chi tiết máy kể đến hệ số điều chỉnh kσ, kτ , gọi

hệ số tập trung ứng suất

Hình 1-10: Những nơi có tập trung ứng suất

kσ= σr / σrt

kτ = τr / τrt

Trong σrt , τrt giới hạn mỏi mẫu có tập trung ứng suất; cịn σr , τr giới

hạn mỏi mẫu khơng có tập trung ứng suất

Giá trị hệ số kσ kτ tra bảng số liệu Sổ tay thiết kế

khí sách Bài tập chi tiết máy, theo hình dạng kích thước cụ thể chỗ có tập trung ứng suất, loại chi tiết máy khác

c- Kích thước chi tiết máy

Qua thí nghiệm người ta thấy rằng: với vật liệu nhau, tăng kích thước tuyệt đối chi tiết máy giới hạn bền mỏi chi tiết máy giảm xuống

Lý do: kích thước chi tiết máy lớn, vật liệu không đồng đều, khả xuất khuyết tật lòng chi tiết máy nhiều Những vết nứt, rỗ xỉ, rỗ khí lịng chi tiết máy điểm có tập trung ứng suất, điểm bắt đầu cho phá hỏng mỏi

Để kể đến ảnh hưởng kích thước tuyệt đối, tính tốn người ta đưa vào hệ số điều chỉnh εσ, ετ, gọi hệ số ảnh hưởng kích thước tuyệt đối

Hệ số εσ ετ xác định thực nghiệm, giá trị tra

các sổ tay Thiết kế khí sách Bài tập Chi tiết máy, theo kích thước trạng thái chịu tải chi tiết máy

εσ= σrd / σr ,

Trong σrd τrd giới hạn mỏi chi tiết máy, có kích thước khác với kích

thước mẫu chuẩn Mẫu chuẩn có đường kính d = ÷10 mm d- Công nghệ gia công bề mặt chi tiết máy

Công nghệ gia công bề mặt chi tiết máy định trạng thái bề mặt chi tiết máy Lớp bề mặt chi tiết máy thường lớp chịu ứng suất lớn nhất, vết nứt hay xảy Ảnh hưởng công nghệ gia công lớp bề mặt đến sức bền mỏi chi tiết máy tóm tắt sau:

- Những chi tiết máy qua nguyên cơng gia cơng tinh, có độ bóng bề mặt cao có độ bền mỏi cao

- Những chi tiết máy qua nguyên công gia công thô, bề mặt nhám, đáy nhấp nhô chỗ tập trung ứng suất, dễ xuất vết nứt, độ bền mỏi giảm

- Các bề mặt gia công tăng bền phun bi, lăn ép san nhấp nhô làm chai cứng bề mặt, độ bền mỏi chi tiết máy nâng cao

nh hưởng cơng nghệ gia cơng lớp bề mặt đến độ bền mỏi chi tiết máy, kể đến hệ số trạng thái bề mặt β Giá trị β tra Sổ tay thiết kế khí sách Bài tập Chi tiết máy Có thể lấy gần sau: bề mặt chi tiết mài nhẵn lấy β=1, bề mặt gia công tăng bền lấy

β>1, bề mặt gia công phương pháp khác lấy β<1 e- Trạng thái ứng suất

Ảnh hưởng trạng thái ứng suất đến sức bền mỏi chi tiết máy tóm tắt sau:

- Chi tiết máy chịu ứng suất đơn có độ bền mỏi cao chịu ứng suất phức tạp

- Trong trạng thái ứng suất đơn, σmax< (trạng thái ứng suất nén) chi tiết

máy có độ bền mỏi cao nhất, trạng thái ứng suất kéo (có σmin> 0), trạng

thái ứng suất vừa kéo vừa nén (r < 1) có độ bền mỏi thấp

1.3.3 Các biện pháp nâng cao sức bền mỏi chi tiết máy

Qua nghiên cứu nhân tố ảnh hưởng đến sức bền mỏi chi tiết máy, ta thấy độ bền mỏi chi tiết máy nâng cao biện pháp sau:

- Kích thước chi tiết máy không nên thay đổi cách đột ngột, bậc khơng nên lệch nhiều, bậc có kích thước thay đổi đột ngột nên làm cung lượn, bán kính cung lượn lớn tốt Tránh khoét lỗ, làm rãnh chi tiết máy, không thật cần thiết

- Các bề mặt cần gia công với độ bóng cao, dùng biện pháp tăng bền bề mặt Cần giữ cho bề mặt chi tiết máy không bị xước, không bị gỉ, không bị ăn mòn

1.4 Vật liệu chế tạo chi tiết máy

1.4.1 Những yêu cầu vật liệu chế tạo chi tiết máy

Khi chọn vật liệu chế tạo chi tiết máy, cần thỏa mãn yêu cầu sau:

1. Vật liệu phải đảm bảo cho chi tiết máy có đủ khả làm việc: đủ bền, đủ cứng, đủ điều kiện chịu nhiệt, đủ điều kiện chịu dao động, vv

2. Vật liệu phải thỏa mãn yêu cầu khối lượng, kích thước chi tiết máy toàn máy

3. Vật liệu phải có tính cơng nghệ thích ứng với hình dạng phương pháp gia cơng chi tiết máy, để cơng sức gia cơng

4. Vật liệu dễ tìm, dễ cung cấp, ưu tiên sử dụng vật liệu sẵn có địa phương, nước

5. Trong máy cần sử dụng hạn chế số loại vật liệu, để dễ dàng cung cấp bảo quản

6. Vật liệu chọn có lợi giá thành sản phẩm, cho tổng cộng giá vật liệu, giá gia công, giá thiết kế phụ phí khác thấp

1.4.2 Các vật liệu thường dùng ngành chế tạo máy

a- Kim loải âen:

Kim loại đen gồm thép gang, loại vật liệu dùng phổ biến chế tạo máy Tên gọi, ký hiệu, thành phần hóa học quy định TCVN 1658-87

Thép hợp chất sắt với bon, hàm lượng bon nhỏ

- Thép bon thường, ký hiệu chữ CT chữ số trị số giới hạn bền kéo nhỏ thép Ví dụ, thép CT34 có giới hạn bền kéo thấp

σb= 340 MPa

- Thép bon chất lượng cao, ký hiệu chữ C kèm theo chữ số hàm lượng bon trung bình theo phần vạn Ví dụ, thép C45 có hàm lượng bon trung bình 0,45%

- Thép hợp kim, ký hiệu chữ số hàm lượng bon theo phần vạn, sau ký hiệu nguyên tố hợp kim kèm theo chữ số hàm lượng % ngun tố Ví dụ: thép 10Cr12Ni2 có 0,1% bon, 12% crôm 2% niken

- Thép dụng cụ, ký hiệu CD số Ví dụ: CD80; CD120; CD70A Ghi chú:

- Các nguyên tố hợp kim đưa vào thép để làm thay đổi tính chất vật lý, học, hóa học tính cơng nghệ thép Ví dụ: Silic, crơm làm tăng tính đàn hồi; Niken làm tăng tính chịu va đập

- Nếu hàm lượng nguyên tố hợp kim nhỏ 1,5% khơng ghi số sau ký hiệu nguyên tố Ví dụ: 40CrMoV

- Chữ A ghi cuối mác thép để thép có chất lượng cao (hàm lượng phốt lưu huỳnh ít) Ví dụ: 40CrMoVA

- Chữ Mn ghi cuối mác thép để thép có hàm lượng Mangan nâng cao Ví dụ: C20Mn

- Chữ Đ ghi cuối mác thép để thép dùng để đúc ví dụ: C35.Đ

- Chỉ số s ghi cuối mác thép để thép sơi Ví dụ: C10s

- Chỉ số n ghi cuối mác thép để thép nửa lặng ví dụ: C15n

Gang hợp chất sắt bon, với hàm lượng bon lớn 2,14% Gang chia làm nhóm:

- Gang xám, ký hiệu chữ GX số giới hạn bền kéo thấp nhất, giới hạn bền uốn thấp Ví dụ: gang xám GX15-32 có giới hạn bền kéo thấp 150 MPa giới hạn bền uốn thấp 320 MPa

- Gang hợp kim ký hiệu chữ G kèm theo ký hiệu nguyên tố hợp kim hàm lượng tính theo % Ví dụ: gang GNi15Cu7Cr2 có chứa 15% niken, 7% đồng 2% crôm; GCr3; GAl2Cr (nếu hàm lượng chất hợp kim nhỏ 1% khơng cần ghi số kèm theo)

- Gang chịu ma sát, ký hiệu chữ GXMS kèm theo số hiệu Ví dụ: GXMS-1; GXMS-2; GXMS-3

b- Hợp kim màu:

Kim loại màu có tính thấp, nên dùng dạng nguyên chất Thường dùng dạng hợp kim màu, hợp chất nhiều kim loại màu, có chất (hàm lượng lớn) Hợp kim mầu đắt kim loại đen, tính thấp kim loại đen, nên dùng trường hợp đặc biệt như: cần giảm khối lượng, giảm ma sát, chống gỉ

Một số loại hợp kim mầu thường dùng chế tạo máy:

- Babit thiếc chì: ký hiệu B kèm theo số thành phần hợp kim Ví dụ: B88, B83, B83Si, BNi, BSi6 Thành phần chủ yếu thiếc chì, có bổ sung số hợp kim khác Thường dùng để đúc tráng ổ trượt số chi tiết khác nhằm giảm ma sát

- Đồng thanh, gọi đồng Brông: ký hiệu bắt đầu chữ BCu sau ký hiệu hợp kim với hàm lượng hợp kim Ví dụ: BCuSn10P1; BCuSn6,5P0,4; BCuSi3Mn1; BCuAl9Mn2 Thành phần đồng, với nhóm hợp kim Thiếc-Phốt pho, Thiếc-Kẽm, Silic-Mangan Đồng thiếc dùng làm bạc ổ trượt

- Đồng thau cịn gọi đồng Latơng: ký hiệu bắt đầu chữ LCu, sau hợp kim hàm lượng Ví dụ: LCuZn27Al2,5; LCuZn38Mn2 Kim loại đồng, hợp kim kẽm Đồng thau có khả chịu ăn mịn tốt

- Hợp kim kẽm chịu ma sát: ký hiệu bắt đầu chữ Zn, kèm theo nguyên tố hợp kim hàm lượng, chữ Đ cuối để loại hợp kim có tính đúc tốt Ví du: ZnAl10Cu5; ZnAl9Cu1,5.Đ

- Hợp kim nhôm dẻo: kim loại nhơm, hợp kim đồng magie Được ký hiệu bắt đầu chữ Al, sau hợp kim hàm lượng Ví dụ: AlCu4,4Mg2,2Mn; AlMg6Mn

c- Kim loại gốm

Kim loại gốm, gọi hợp kim cứng thiêu kết, hỗn hợp bột kim loại chầt phụ gia nung lên nhiệt độ cao ép với áp suất lớn khuôn Kim loại gốm dùng ký hiệu theo tiêu chuẩn ΓOCT: BK6, BK8, BK10, BK15, BK20, BK25, BK10-KC, BK20-KC, BK20K

Chi tiết máy kim loại gốm khơng cần qua gia cơng cắt gọt, có tính chất quan trọng khó nóng chảy, nhẹ, hệ số ma sát thấp Nhưng đắt tiền kích thước chi tiết khơng lớn Ví dụ: vật liệu gốm Sắt-graphít thường dùng chế tạo ổ trượt

d- Vật liệu phi kim loại

Trong số trường hợp đặc biệt, chi tiết máy chế tạo vật liệu phi kim loại, ví dụ như: chất dẻo, amiăng, gỗ, da, cao su Vật liệu phi kim loại có số ưu điểm như: nhẹ, biến dạng lớn, dễ cắt gọt, cách điện, cách nhiệt, chống ăn mịn Nói chung vật liệu phi kim loại có tính thấp

1.5 Vấn đề tiêu chuẩn hóa thiết kế máy 1.5.1 Khái niện chung

Có thể định nghĩa sau: Tiêu chuẩn hóa quy định hợp lý quy cách, tính chất, hình dạng, kích thước đối tượng, thống sử dụng phạm vi định

Vấn đề tiêu chuẩn hóa có ý nghĩa lớn ngành chế tạo máy ngành kinh tế quốc dân khác Chính phủ nước ta quan tâm nhiều đến vấn đề tiêu chuẩn hóa

1.5.2. Các đối tượng tiêu chuẩn hóa ngành chế tạo máy

Hầu tất đối tượng ngành khí chế tạo máy tiêu chuẩn hóa Có thể kể số đối tượng như:

2- Vật liệu: ký hiệu, thành phần hóa học, tính chất học, phương pháp nhiệt luyện

3- Các đại lượng vật lý: ký hiệu, đơn vị đo, cách xác định 4- Cấp xác gia cơng, cấp độ nhám bề mặt

5- Hình dạng, kích thước chi tiết máy có cơng dụng chung

6- Các thơng số chất lượng máy: trọng tải, mức tiêu hao lượng, suất, hiệu suất vv

7- Các tài liệu thiết kế, tài liệu công nghệ: vẽ, thuyết minh, tài liệu hướng dẫn sử dụng máy

1.5.3 Các cấp tiêu chuẩn hóa

Tùy theo phạm vi thống sử dụng quy định ban hành, người ta chia cấp tiêu chuẩn hóa, có tên gọi sau:

- Tiêu chuẩn quốc tế: phạm vi sử dụng thống tồn giới Ví dụ: tiêu chuẩn quốc tế ISO, tổ chức Tiêu chuẩn hóa quốc tế ban hành, tiêu chuẩn IEC Ban điện quốc tế ban hành

- Tiêu chuẩn khu vực: sử dụng nhóm nước có hợp tác Ví dụ tiêu chuẩn EN Ủy ban tiêu chuẩn hóa Châu âu ban hành, tiêu chuẩn STSEV Hội đồng tương trợ kinh tế ban hành

- Tiêu chuẩn quốc gia: thống sử dụng nước Ví dụ: tiêu chuẩn

ΓOCT Liên bang Nga, tiêu chuẩn TCVN Việt Nam

- Tiêu chuẩn ngành: thống sử dụng ngành, viết tắt TCN Ví dụ: tiêu chuẩn 16TCN tiêu chuẩn Bộ khí luyện kim ban hành

- Tiêu chuẩn vùng: thống sử dụng tỉnh, thành phố, viết tắt TCV

- Tiêu chuẩn sở: thống sử dụng sở sản xuất, xí nghiệp, nhà máy, viết tắt TC

1.5.4 Ích lợi tiêu chuẩn hóa

Thực tiêu chuẩn hóa có lợi ích sau đây:

- Số loại chi tiết máy sử dụng thực tế đi, số lượng loại tăng lên, tạo điều kiện tập trung sản xuất, nâng quy mô sản xuất lên hàng loạt, hàng khối Khi số lượng sản phẩm đủ lớn, xây dựng nhà máy chun mơn hóa sản xuất loại sản phẩm, tạo điều kiện tập trung nghiên cứu thiết kế, đầu tư trang thiết bị đại, kỹ thuật tiên tiến để tạo chi tiết máy hoàn thiện chức làm việc, giá thành rẻ

- Dễ dàng thay chi tiết máy bị hỏng, việc sửa chữa nhanh chóng, giá thành sửa chữa thấp

- Khi thiết kế máy, sử dụng chi tiết máy tiêu chuẩn hóa cần chọn, ghi mã số chi tiết ra, không cần phải thiết kế, giảm khối lượng, cơng sức thiết kế, giá thành thiết kế giảm

NHỮNG CHỈ TIÊU KHẢ

NĂNG LAÌM VIỆC CHỦ YẾU

CỦA CHI TIẾT MÁY

2.1 Chỉ tiêu độ bền 2.1.1 Yêu cầu độ bền

Độ bền tiêu quan trọng chi tiết máy Nếu chi tiết máy không đủ bền bị hỏng gẫy, vỡ, đứt, cong, vênh, mòn, dập, rỗ bề mặt, vv chi tiết máy khơng cịn tiếp tục làm việc nữa, khả làm việc

Chi tiết máy đánh giá có đủ độ bền, thỏa mãn điều kiện bền Các điều kiện bền viết sau:

σ≤ [σ]

τ≤ [τ] S ≥ [S]

Trong đó: σ τ ứng suất sinh chi tiết máy chịu tải [σ] [τ] ứng suất cho phép chi tiết máy

[S] hệ số an toàn cho phép chi tiết máy

2.1.2 Cách xác định ứng suất sinh chi tiết máy

Ứng suất sinh chi tiết máy xác định theo lý thuyết môn học Sức bền vật liệu Lý thuyết đàn hồi Trên sở đó, mơn học Chi tiết máy thừa kế xây dựng cơng thức tính tốn ứng suất cụ thể cho loại chi tiết máy a- Đối với chi tiết máy chịu tải trọng không đổi

- Trường hợp chi tiết máy có trạng thái ứng suất đơn (chỉ có σ, có

τ), ứng suất sinh chi tiết máy tính theo cơng thức Sức bền vật liệu Ví dụ, tính ứng suất kéo sinh chịu chịu lực F:

A F

K =

σ

- Trường hợp chi tiết máy có ứng suất phức tạp (có σ τ), lúc ứng suất sinh chi tiết máy lấy theo ứng suất tương đương σtđ , σtđ tính theo thuyết

bền "Thế biết đổi hình dạng" - Thuyết bền thứ tư:

2

3τ

σ σtd = +

hoặc theo thuyết "Ứng suất tiếp lớn nhất" - Thuyết bền thứ ba: 2

4τ

σ

σtd = +

- Trường hợp diện tích tiếp xúc hai bề mặt lớn, ứng suất sinh tính theo ứng suất dập

- Nếu diện tích tiếp xúc hai bề mặt nhỏ (ban đầu tiếp xúc theo đường, theo điểm), ứng suất sinh ứng suất tiếp xúc cực đại tâm vùng tiếp xúc, tính theo cơng thức Héc σH

b- Đối với chi tiết máy chịu tải trọng thay đổi

tbtâ

Mtâ

t2 t3

t1

M1 M2

M3

tb

t

M

Hình 2-1: Tải trọng thay đổi

Ví dụ, xét chi tiết máy làm việc với chế độ tải trọng thay đổi: thời gian sử dụng tb, chi

tiết máy làm việc với n chế độ tải trọng, chế độ tải trọng Mi làm việc với thời gian ti (Hình 2-1)

Ứng suất sinh chi tiết máy tính theo chế độ tải trọng không đổi tương đương Chế độ tải trọng tương đương thường chọn sau:

Mtđ = M1 (M1 tải trọng lớn chế

Thời gian làm việc tương đương tbtđ chi tiết máy xác định dựa

nguyên lý "Cộng đơn giản tổn thất mỏi" Tuổi bền tương đương chi tiết máy, đa số trường hợp, tính theo cơng thức:

∑

= ⎟⎟⎠

⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = n

i

i m i btd t

M M t

1

Trong trường hợp để xác định số chu kỳ ứng suất tiếp xúc, tbtđ tính theo

cơng thức:

∑

= ⎟⎟⎠

⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = n

i

i m i btd t

M M t

1

2 /

1

Trong m mũ đường cong mỏi

Giá trị ứng suất tính theo tải trọng Mtđ, theo tải trọng M1, số chu

ký ứng suất tính theo tbtđ

2.1.3 Cách xác định ứng suất cho phép

- Xác định ứng suất cho phép cách tra bảng Trong Sổ tay thiết kế khí, sách Bài tập chi tiết máy có bảng số liệu ghi ứng suất cho phép số loại chi tiết máy thông dụng Bảng số liệu ứng suất cho phép thiết lập cách thí nghiệm, kinh nghiệm đúc kết trình sử dụng chi tiết máy Cách xác định cho kết xác

- Tính ứng suất cho phép theo cơng thức gần đúng: [σ]= σlim /S

[τ] = τlim /S,

Trong đó: σlim τlim ứng suất giới hạn Tùy theo trường hợp cụ thể ứng

suất giới hạn giới hạn chảy (σch , τch), giới hạn bền (σb , τb), giới hạn

mỏi (σr , τr), giới hạn mỏi ngắn hạn (σrN , τrN) vật liệu chế tạo chi tiết máy

S hệ số an toàn, hệ số S xác định từ hệ số an toàn thành phần:

S = S1.S2.S3

Trong đó: S1 hệ số xét đến mức độ xác việc xác định tải trọng

và ứng suất, S1 chọn khoảng 1,2 ÷ 1,5

S2 hệ số xét đến độ đồng tính vật liệu Đối với

các chi tiết máy thép rèn cán lấy S2= 1,5 , chi tiết máy

S3 hệ số xét đến yêu cầu đặc biệt an toàn,

chi tiết máy quan trọng máy, có liên quan trực tiếp đến an tồn lao động, lấy S3 = 1,2 ÷ 1,5

- Ứng suất cho phép tính theo cơng thức thực nghiệm

Ví dụ, tính bánh ma sát, ứng suất tiếp xúc cho phép lấy theo độ rắn bề mặt: [σH] = (1,5 ÷ 2,5) HB, [σH] = (13 ÷ 18) HRC

2.2 Chỉ tiêu độ bền mòn

- Khi hai bề mặt tiếp xúc có áp p, có trượt tương có ma sát, có tượng mịn Áp suất lớn, vận tốc trượt tương đối lớn, hệ số ma sát lớn tốc độ mịn nhanh Giữa áp suất p quãng đường ma sát s có liên hệ theo hệ thức sau:

pms =

Số mũ m phụ thuộc vào hệ số ma sát f bề mặt tiếp xú Giá trị m lấy sau:

khi có ma sát nửa ướt (f = 0,01 ÷ 0,09) lấy m = 3, ma sát nửa khô (f = 0,1 ÷ 0,3) lấy m = 2,

ma sát khô có hạt mài hai bề mặt tiếp xúc (f = 0,4 ÷ 0,9) lấy m =

- Mòn làm lượng vật liệu bề mặt chi tiết, kích thước dạng trục chi tiết máy giảm xuống, kích thước dạng lỗ tăng lên, khe hở tăng lên, làm giảm độ xác, giảm hiệu suất máy Khi kích thước giảm nhiều dẫn đến chi tiết máy khơng đủ bền Mòn làm giảm chất lượng bề mặt chi tiết máy, giảm khả làm việc máy, đồng thời đẩy nhanh tốc độ mòn

- Chi tiết máy coi đủ tiêu bền mòn, thời gian sử dụng lượng mòn chưa vượt giá trị cho phép

- Để đảm bảo độ bền mòn, chi tiết máy tính theo cơng thức thực nghiệm sau: p ≤ [p]

pv ≤ [pv]

Trong p áp suất bề mặt tiếp xúc, v vận tốc trượt tương đối hai bề mặt

lý để vận tốc trượt tương đối nhỏ Dùng biện pháp nhiệt luyện bề mặt để tăng độ rắn, làm tăng áp suất cho phép bề mặt

- Ngoài để tránh ăn mịn điện hóa, bề mặt khơng làm việc chi tiết máy cần bảo vệ cách phủ sơn chống gỉ, phương pháp mạ

2.3 Chỉ tiêu độ cứng 2.3.1 Yêu cầu độ cứng

Chi tiết máy coi không đủ độ cứng, lượng biến dạng đàn hồi vượt giá trị cho phép

Khi chi tiết máy khơng đủ cứng, độ xác làm việc giảm, nhiều dẫn đến tượng kẹt không chuyển động được, làm tăng thêm tải trọng phụ chi tiết máy, ảnh hưởng đến chất lượng làm việc chi tiết máy khác lắp ghép với

Độ cứng tiêu quan trọng chi tiết máy Trong số trường hợp chi tiết máy đủ bền chưa đủ cứng, lúc phải tăng kích thước chi tiết máy cho đủ cứng, chấp nhận thừa bền

2.3.2 Cách đánh giá tiêu độ cứng chi tiết máy

Chi tiết máy đủ tiêu độ cứng, thỏa mãn điều kiện cứng sau:

∆l ≤ [∆l], y ≤ [y],

θ≤ [θ],

ϕ≤ [ϕ],

∆h ≤ [∆h]

Trong đó: ∆l độ dãn dài độ co chi tiết máy chịu tải, y độ võng chi tiết máy bị uốn,

θ góc xoay tiết diện chi tiết máy bị uốn, ϕ góc xoắn chi tiết máy bị xoắn,

∆h biến dạng bề mặt tiếp xúc

Giá trị ∆h vật thể tiếp xúc ban đầu theo điểm đường xác định theo lý thuyết Héc-Beliaep, vật thể có diện tích tiếp xúc lớn xác định thực nghiệm

Giá trị [∆l], [y], [θ], [ϕ], [∆h] chọn theo điều kiện làm việc cụ thể chi tiết máy, tra Sổ tay thiết kế khí, sách Bài tập Chi tiết máy

Để đánh giá khả chống biến dạng chi tiết máy, người ta dùng hệ số độ cứng C, tỷ số biến dạng lực tác dụng chúng gây nên Chi tiết máy có hệ số cứng cao khả biến dạng nhỏ Hệ số C xác định theo công thức Sức bền vật liệu

Để tăng độ cứng cho chi tiết máy cần chọn hình dạng tiết diện chi tiết máy hợp lý, đặc biệt nên sử dụng tiết diện rỗng Trường hợp cần thiết nên dùng thêm gân tăng cứng Đối với chi tiết máy cần độ cứng cao, nên chọn vật liệu có tính thấp, để tránh dư bền

2.4 Chỉ tiêu chịu nhiệt

2.4.1 Yêu cầu tiêu chịu nhiệt

Trong trình máy làm việc, công suất tổn hao ma sát biến thành nhiệt đốt nóng chi tiết máy Nhiệt độ làm việc cao giá trị cho phép, gây nên tác hại sau đây:

+ Làm giảm tính vật liệu, dẫn đến làm giảm khả chịu tải chi tiết máy

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

+ Chi tiết máy bị biến dạng nhiệt lớn làm thay đổi khe hở liên kết động, dẫn đến kẹt tắc, gây nên cong vênh

2.4.2 Cách đánh giá tiêu chịu nhiệt máy

Máy phận máy coi đủ tiêu chịu nhiệt, thỏa mãn điều kiện chịu nhiệt:

θ≤ [θ],

Trong đó: θ nhiệt độ làm việc máy, phận máy [θ] nhiệt độ cho phép máy

Ω = Ω1 + Ω2

Trong đó: Ω nhiệt lượng sinh đơn vị thời gian, máy làm việc,

Ω = 860.(1 - η).P (kCal/h)

η : hiệu suất làm việc máy, P : công suất làm việc máy, kW

Ω1 nhiệt lượng tỏa môi trường đơn vị thời gian, kCal/h

Ω1= kt.At.(θ - θ0) (kCal/h)

kt: hệ số tỏa nhiệt môi trường, lấy kt = (7,5 ÷ 15) kCal/m2h0C

At: diện tích tỏa nhiệt máy, tính m2,

θ0: nhiệt độ môi trường làm việc máy,

C

Ω2 nhiệt lượng thiết bị làm mát tải giờ,

kCal/h

Thay vào phương trình cân nhiệt, ta có cơng thức tính nhiệt độ làm việc

θ nhæ sau:

2

) (

860 η θ

θ = − −Ω +

t tA

k P

Nhiệt độ cho phép [θ] tra Sổ tay Thiết kế khí, tùy theo loại dầu bôi trơn, vật liệu chi tiết máy chức làm việc chi tiết máy

Khi chi tiết máy khơng đủ tiêu chịu nhiệt, có nghĩa θ > [θ], lúc cần tìm biện pháp xử lý Có thể chọn lại chất bơi trơn để tăng nhiệt độ cho phép [θ] Hoặc giảm nhiệt độ làm việc θ cách:

+ Tăng diện tích bề mặt tỏa nhiệt At, cách dùng gân, cánh tản nhiệt

+ Tăng hệ số tỏa nhiệt kt, cách dùng quạt gió, phun nước

+ Dùng thiết bị làm mát

2.5 Chè tiãu chëu dao âäüng

Trong kết cấu máy, chi tiết máy hệ dao động có tần số dao động riêng ω0 Nếu chi tiết máy dao động mức độ cho phép, gây nên rung lắc

giảm độ xác làm việc chi tiết máy chi tiết máy khác Đồng thời gây nên tải trọng phụ, làm cho chi tiết biến dạng lớn, dẫn đến phá hỏng chi tiết máy Hoặc gây tiếng ồn lớn, tiếng ồn khó chịu

tự chi tiết máy tắt dần sau vài phút Nếu chi tiết máy chịu tác dụng nguồn gây dao động, dao động cưỡng

Nguồn gây dao động thơng thường chi tiết máy quay có khối lượng lệch tâm, chi tiết máy chuyển động qua lại có chu kỳ, máy xung quanh truyền đến Biên độ dao động nguồn lớn chi tiết máy dao động nhiều, đặc biệt tần số nguồn gần với tần số riêng ω0, lúc

đó chi tiết máy dao động mạnh (hiện tượng cộng hưởng)

Chi tiết máy đủ tiêu chịu dao động, biên độ dao động nhỏ biên độ cho phép Trong thực tế, việc xác định xác biên độ dao động chi tiết máy khó khăn Do đó, việc tính tốn đủ tiêu chịu dao động thay việc tìm biện pháp để hạn chế dao động chi tiết máy

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

- Triệt tiêu nguồn gây dao động: cách cân máy, hạn chế sử dụng quy luật chuyển động qua lại máy, cách biệt máy với nguồn rung động xung quanh

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

- Thay đổi tính chất động lực học hệ thống, để làm thay đổi tần số riêng ω0 - Dùng thiết bị giảm rung

^ ” ]

ĐỘ TIN CẬY CỦA MÁY CHI TIẾT MÁY

3.1 Những vấn đề chung

- Độ tin cậy mức độ trì tiêu khả làm việc máy, chi tiết máy suốt thời gian sử dụng theo quy định

Nói cách khác, suốt thời gian sử dụng, máy chi tiết máy xảy hỏng hóc, tốn thời gian hiệu chỉnh sửa chữa, độ tin cậy máy, chi tiết máy đánh giá cao

thấp, hay xảy hỏng hóc, làm đình trệ dây truyền sản xuất, phân xưởng sản xuất, chí xí nghiệp

- Độ tin cậy máy, chi tiết máy đánh giá qua tiêu sau đây:

+ Xác suất làm việc khơng hỏng hóc, ký hiệu R Giá trị R máy chi tiết máy lớn, máy chi tiết máy có độ tin cậy cao

+ Xác suất làm việc hỏng hóc, ký hiệu F Giá trị F lớn, máy chi tiết máy có độ tin cậy thấp

+ Cường độ hỏng hóc, ký hiệu λ(t) Là xác suất làm việc hỏng tính thời điểm thời gian làm việc máy Tại thời điểm có λ(t) thấp, máy chi tiết máy làm việc có độ tin cậy cao

+ Thời gian làm việc trung bình lần hỏng đầu tiên, ký hiệu tH Giá trị

tH cao, máy chi tiết máy có độ tin cậy cao

+ Hệ số sử dụng máy, ký hiệu KSd Giá trị Ksd cao, máy chi tiết

máy có độ tin cậy cao

Chỉ tiêu tH Ksd thường dùng để đánh giá độ tin cậy cho máy hay xảy

ra hỏng hóc, sau điều chỉnh sửa chữa nhỏ lại làm việc bình thường

3.2 Cách xác định tiêu đánh giá độ tin cậy

3.2.1 Tính xác suất làm việc khơng hỏng R hỏng F đối tượng

Xác suất làm việc không hỏng R xác suất làm việc hỏng F tính theo lý thuyết Xác suất thơng kê

Một cách gần xác định R F máy, chi tiết máy sau:

- Lấy ngẫu nhiên N chi tiết máy, máy (ta gọi chung đối tượng thử nghiệm), cho làm việc theo chế độ quy định, thời gian định Số lượng đối tượng đem thử nên lấy lớn 60, N ≥ 60

- Sau thời gian thử nghiệm ta đếm số đối tượng hỏng NH, số lượng đối

tượng làm việc tốt NT, lúc

R = NT / N,

Ta nhận thấy rằng: R ≤ 1, F ≤ 1, R + F = (NT + NH) / N =

3.2.2 Tính xác suất Rnt Fnt hệ gồm n đối tượng mắc nối tiếp

Xét hệ thống gồm n đối tượng lắp ghép nối tiếp thành chuỗi Ví dụ: dây chuyền sản xuất gồm n máy Mỗi đối tượng xác định xác suất R F, đối tượng thứ i có xác suất Ri Fi (Hình 2-1) Ta phải tính Rnt Fnt

của toàn hệ

Ta nhận thấy rằng: đối tượng bị hỏng hệ thống bị dừng; số lượng n đối tượng mắc nối tiếp nhiều, xác suất làm việc không hỏng hệ nối tiếp Rnt giảm, xác suất làm việc hỏng Fnt tăng lên, độ tin

cậy hệ giảm Đồng thời, ta tăng giá trị Ri phần tử, xác suất Rnt

sẽ tăng, độ tin cậy hệ tăng

Với nhận xét trên, ta tính Rnt Fnt theo cơng thức sau:

Fnt = 1- Rnt

n-1 n

Hình 3-1: Hệ mắc nối tiếp n đối tượng

∏ =

=

= n

i i n

nt R R R R

R

1

1

3.2.3 Tính xác suất RS FS hệ gồm m đối tượng mắc song song

Xét dây chuyền sản xuất, có khâu yếu hay xảy hỏng hóc Khâu tăng cường cách lắp m đối tượng có chức song song Mỗi đối tượng hệ mắc song song có xác suất Ri Fi (Hình 2-2) Chúng

ta cần tính xác suất khơng hỏng RS xác suất hỏng FS toàn m đối tượng thuộc khâu yếu này, RS FS hệ gồm m đối tượng mắc song song

thời, tăng độ tin cậy phần tử mắc song song, có nghĩa giảm Fi, độ

tin cậy tồn hệ tăng, FS giảm Có nghĩa RS tăng

Từ nhận xét trên, ta lập cơng thức tính xác suất RS FS hệ mắc

song song nhæ sau:

RS = - FS

m-1

2

m

Hình 3-2: Hệ có khâu mắc song song m đối tượng

∏ =

=

= m

i i m

S F F F F F

F

1

2

1

3.2.4 Xác định cường độ hỏng λ(t)

Cường độ hỏng λ(t) xác suất làm việc hỏng đối tượng tính thời điểm t Cường độ λ(t) tính theo lý thuyết Xác suất

Một cách gần người ta xác định λ(t) sau:

- Lấy ngẫu nhiên N đối tượng đem thử Thử nghiệm tất N đối tượng bị hỏng, thời gian thử nghiệm tth Nên lấy N ≥ 60

- Chia thời gian thử tth làm n phần, ký hiệu phần t1 đến tn Đếm số đối tượng

bị hỏng khoảng thời gian t1, ký hiệu N1 Số đối tượng bị hỏng

khoảng thời gian ti Ni

- Cường độ hỏng λ(ti) thời điểm thuộc khoảng thời gian ti tính theo

cơng thức:

i i i

t N

N t

)

( =

λ

Quan sát đồ thị phân bố λ(t) theo thời gian, ta có nhận xét sau: tt3 λ(t)

t1 t2 t3

Hình 3-3: Quy luật phân bố λ(t) theo thời gian

- Thời gian đầu sử dụng máy, cường độ hỏng λ(t) tương đối cao Khoảng thời gian t1 không dài Đây thời gian hỏng ban đầu máy Các sở sản xuất

thường lấy thời gian t1 làm thời gian bảo hành máy

- Trong khoảng thời gian t2, cường độ hỏng λ(t) tương đối thấp thay đổi, thời

gian t2 dài, thời gian làm việc ổn định máy

- Trong khoảng thời gian t3, cường độ hỏng λ(t) cao Đây thời gian hỏng phá

hủy máy Thời gian t3 không tính vào thời gian sử dụng máy Có nghĩa

là, tuổi bền máy bao gồm thời gian t1 t2

Những nhận xét giải thích sau:

- Các máy bị hỏng khoảng thời gian t1 thường máy phế phẩm, lẫn vào sản phẩm xuất xưởng, kiểm tra khơng phát được, lý người thiết kế cố tình đưa vào Ví dụ: để tăng dung sai kích thước, hạ giá thành sản phẩm, nhiều trường hợp người thiết kế chọn giải pháp "lắp lẫn khơng hồn tồn" Có nghĩa người thiết kế biết trước có khoảng 5% sản phẩm không đủ chất lượng, coi phẩm Các sở sản xuất nên sẵn sàng thu nhận sản phẩm bị hỏng thời gian t1 về, nói lời cảm ơn lịch với khách hàng "Quý ngài giúp chúng tơi tìm sản phẩm chất lượng bị lẫn số hàng hóa bán ra"

- Sau số sản phẩm chất lượng bị hỏng hết, theo lý thuyết khoảng thời gian t2 không sản phẩm bị hỏng, λ(t) = Song thực tế, có

- Sau thời gian dài sử dụng, chi tiết bị mịn, mỏi, lão hóa, nên khoảng thời gian t3 cường độ hỏng cao Một máy đánh giá có tính

kinh tế cao, mà khoảng thời gian t3 ngắn

3.2.5 Xác định thời gian làm việc lần hỏng tH

Chọn ngẫu nhiên N đối tượng đem thử, nên lấy N ≥ 60 Cho N đối tượng làm việc điều kiện quy định Ghi chép thời gian làm việc lần hỏng đối tượng Ký hiệu thời gian làm việc lần hỏng đối tượng thứ i tHi Lúc thời gian làm việc lần hỏng lọat

sản phẩm khảo sát, tH tính sau:

tH = (tH1 + tH2 + + tHN) / N = ∑

=

N i

Hi

t

N

1

3.2.6 Xác định hệ số sử dụng Ksd

Hệ số sử dụng KSd lọat sản phẩm xác định theo

phương pháp thống kê Người ta theo dõi số lượng sản phẩm đủ lớn (thường chọn N ≥ 60), khoảng thời gian quy định Ghi chép tính thời gian làm việc trung bình, thời gian chăm sóc, thời gian sửa chữa trung bình loạt máy thử nghiệm

Sau tính hệ số Ksd theo cơng thức:

Ksd = tlv / (tlv + tCh + tPh)

Trong âoï:

tlv thời gian làm việc thực tế máy,

tCh thời gian sửa chữa máy,

tPh thời gian phục vụ chăm sóc máy

(tlv + tch + tph) khoảng thời gian thử nghiệm 3.3 Các biện pháp nâng cao độ tin cậy máy

Để nâng cao độ tin cậy máy, thực biện pháp sau đây:

- Nâng cao độ tin cậy chi tiết máy, cách: + Xác định xác tải trọng ứng suất chi tiết máy

+ Chọn phương pháp gia công tin cậy, đảm bảo tiêu kỹ thuật theo thiết kế

+ Chọn phương pháp kiểm tra thích hợp, thiết bị kiểm tra có độ xác cao, đảm bảo loại hết phế phẩm khỏi loạt sản phẩm xuất xưởng

+ Tuân thủ tuyệt đối quy định sử dụng chi tiết máy máy + Chăm sóc, bảo dưỡng thường xuyên chi tiết máy máy

- Tìm kết cấu hợp lý để giảm bớt số khâu lắp nối tiếp máy

- Tăng độ tin cậy khâu yếu, hay xảy hỏng hóc, cách lắp song song số chi tiết có chức

CHỈÅNG IV

ỨNG DỤNG TIN HỌC TRONG THIẾT KẾ

MÁY VAÌ CHI TIẾT MÁY

4.1 Khái quát ứng dụng tin học thiết kế máy

Ngày cơng nghiệp máy tính phát triển mạnh mẽ, máy tính trở thành cơng cụ trợ giúp đắc lực cho người, tạo điều kiện cho người phát huy hết khả Trong cơng nghiệp chế tạo máy người ta sử dụng máy tính nhiều Các chương trình tính tốn thiết kế tối ưu, chương trình tính tốn vẽ tự động chi tiết máy, phận máy máy thiết lập Các máy công cụ tự động, điều khiển chương trình số với trợ giúp máy tính, máy CNC, chế tạo

CƠ SỞ

DỮ LIỆU CHUNG

Thiết kế

sơ

Tương tác

đồ họa Phân tích Vẽ tựđộng

Máy điều

khiển số

Kiểm tra

máy tính

Kiểm tra

chất lượng

Lập

vẽ

Thiết kế

cuối

Hình 4-1: Sơ đồ mạng thiết kế, chế tạo đại.

Chế tạo

Ba khối công việc đầu thuộc nhiệm vụ việc ứng dụng tin học vào thiết kế chi tiết máy máy Để thực tốt ba khối công việc trên, người kỹ sư thiết kế phải nắm thật vững lý thuyết môn học chi tiết máy biết lập chương trình máy tính, biết sử dụng máy tính thiết bị phụ trợ Ở mức độ khác thấp hơn, yêu cầu người thiết kế phải có kiến thức chi tiết máy biết sử dụng chương trình thiết kế vẽ tự động chi tiết máy, phận máy có sẵn

4.2 Những hướng ứng dụng tin học vào thiết kế máy chi tiết máy

trình số liệu cần thiết lựa chọn, kết tính tốn đưa giấy hình

- Hướng thứ hai: thiết kế xác Lợi dụng khả tính tốn nhanh, xác máy tính, ta lập tốn tính tốn thiết kế theo lý thuyết xác, lập chương trình để giải tốn này, kết qủa tính tốn có độ xác cao hơn, tin cậy so với phương pháp tính toán thiết kế truyền thống

- Hướng thứ ba: thiết kế tối ưu Lợi dụng khả làm việc nhanh máy tính, lập chương trình tiến hành tính tốn tất phương án thiết kế được, sau chọn phương án tốt theo tiêu tối ưu toán đặt

- Hướng thứ tư: giảm nhẹ công sức thiết lập vẽ Sử dụng phần mềm vẽ, lập chương trình ứng dụng tự động vẽ chi tiết máy, phận máy máy Khi chạy chương trình này, cần nạp số liệu chọn từ bàn phím từ đĩa mềm, máy tính tự động hồn thành vẽ in giấy để sử dụng Có thể lập vẽ chế tạo chi tiết máy, vẽ lắp, vẽ chung lập thuyết minh

- Hướng thứ năm: tự động hóa q trình thiết kế Lập phần mềm hoàn chỉnh giải tất vấn đề liên quan đến chi tiết máy phận máy Khi chạy chương trình, ta cần nhập số liệu cần thiết theo yêu cầu chương trình Kết nhận vẽ hoàn chỉnh chi tiết máy phận máy

- Hướng thứ sáu: kết hợp chương trình tính tốn thiết kế chương trình điều khiển trình chế tạo, kiểm tra, tạo thành hệ thống thiết kế - chế tạo tự động hoàn chỉnh

4.3 Các phương tiện để ứïng dụng tin học vào thiết kế, chế tạo máy chi tiết máy

4.3.1 Phần cứng

Các máy công cụ điều khiển chương trình số, có trợ giúp máy tính, máy CNC Máy cơng cụ CNC hệ thống bao gồm:

- Máy công cụ có khả cắt gọt, máy phay, máy tiện, máy mài Có khả dịch chuyển xác điểm cắt gọt theo chiều, chiều, chiều hay chiều (còn gọi máy trục, trục, trục, trục, máy 2D, 3D, 4D, 5D)

- Bộ điều khiển số: nhận thơng tin mã hố từ số máy tính, chuyển thành tín hiệu điện để điều khiển động bước hoạt động theo u cầu

- Máy tính: thu nhận chương trình điều khiển q trình gia cơng, viết dạng số ký tự, mã hố chuyển thơng tin đến điều khiển Máy tính cịn làm nhiệm vụ xử lý tín hiệu nhận từ điều khiển truyền ngược lại Chương trình điều khiển CNC nhập từ bàn phím, từ ổ đĩa, từ phần mềm lập trình tự động, phần mềm MasterCAM, phần mềm Pro/Engineer

4.3.2 Phần mềm

Phần mềm tổ hợp chương trình sử dụng máy tính điện tử Gồm có phấn mền hệ thống: chương trình điều hành bảo trì hệ thống máy (DOS, Norton), phần mền ứng dụng: chương trình hồn thành nhiện vụ cụ thể đặt (Windows, Word, Excel, Turbo Pascal, AutoCAD, MasterCAM, )

Viết chương trình tính tốn thiết kế chi tiết máy, thường người ta sử dụng ngôn ngữ Pascal, ngôn ngữ Basic, ngôn ngữ Fortran, ngôn ngữ C++, Để lập

các vẽ người ta sử dụng chương trình AutoCAD hãng Autodesk Mỹ, AutoKON Anh, CADdy Đức, TIPS-1 Nhật, MasterCAM, Pro/Engineer, Trong AutoCAD sử dụng phổ biến Việt Nam giá rẻ, có nhiều chức phong phú dễ dàng sử dụng Phần mềm MasterCAM Pro/Engineer có chức vượt trội, sử dụng Việt Nam

4.4 Giới thiệu số phần mềm sử dụng để thiết kế chi tiết máy, phận máy

Ở Việt Nam nhiều quan, trường học xây dựng phần mềm tính tốn thiết kế vẽ chi tiết máy, phận máy Ví dụ Viện học, trường Đại học Giao thông Hà Nội, trường Đại học Bách khoa Hà Nội, trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng,

Phần mềm tính tốn thiết kế chi tiết máy trường Đại học Giao thông Vận tải viết ngơn ngữ C++ với chương trình cụ thể sau:

- Tính chọn động phân phối tỉ số truyền

- Tính tốn thiết kế truyền bánh

- Tính tốn thiết kế truyền đai

- Tính tốn thiết kế truyền xích

- Tính tốn thiết kế truyền trục vít

- Tính tốn thiết kế trục

- Tính chọn gối đỡ trục

Phần mếm tính toán thiết kế vẽ tự động trường Đại học Bách khoa Hà Nội thể ngôn ngữ Pascal, vẽ AutoCAD với trợ giúp AutoLISP Phần mềm gồm chương trình cụ thể sau:

- Tính tốn thiết kế vẽ tự động truyền bánh

- Tính tốn thiết kế vẽ tự động truyền đai

- Tính tốn thiết kế vẽ tự động truyền xích

- Tính tốn thiết kế vẽ tự động truyền trục vít

- Tính tốn thiết kế vẽ tự động trục

- Tính tốn thiết kế vẽ tự động hệ dẫn động ba cấp tốc độ với 21 sơ đồ khác

Trong thư viện Khoa Sư phạm Kỹ thuật, trường ĐaÛi học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng có sưu tập tất phần mềm Ngồi có số chương trình riêng:

- Tính tốn thiết kế truyền bánh tối ưu

- Tính tốn thiết kế truyền trục vít tối ưu

- Tính tốn thiết kế truyền đai tối ưu

- Tính tốn thiết kế truyền xích tối ưu

Ví dụ, chạy chương trình tính toán thiết kế vẽ tự động truyền bánh qua bước sau:

- Nạp số liệu thiết kế vào máy tính từ bàn phím từ đĩa mềm, số liệu gồm có: cơng suất, số vòng quay bánh dẫn, vòng quay bánh bị dẫn, thời gian sử dụng, vật liệu bánh dẫn, vật liệu bánh bị dẫn, phương pháp nhiệt luyện, đặc tính tải trọng

- Trong trình chạy phần mềm thiết kế, cần phải trả lời số câu hỏi lựa chọn hình, chọn vật liệu, chọn giá trị hệ số, chọn độ xác gia cơng,

- Sau tính tốn xong, máy tiến hành tự động lập vẽ chế tạo bánh dẫn bánh bị dẫn Vẽ kết cấu bánh răng, mặt cắt, ghi kích thước có dung sai, sai lệch hình dáng, sai lệch vị trí tương quan, độ nhám bề mặt Ghi điều kiện kỹ thuật Kẻ điền bảng thông số Kẻ điền khung tên

Chạy chương trình thiết kế vẽ tự động hệ thống dẫn động qua bước sau:

- Chọn sơ đồ hộp giảm tốc truyền

- Nạp số liệu thiết kế: cơng suất, số vịng quay trục hệ, thời gian sử dụng, đặc tính tải trọng, chế độ làm việc

- Máy thực phân phối tỷ số truyền cho truyền Người thiết kế phải trả lời số câu hỏi lựa chọn hình

- Máy tiền hành thiết kế truyền trục Người thiết kế phải trả lời số câu hỏi lựa chọn

- Máy tiến hành tính chọn ổ, khớp nối, chi tiết khác hộp giảm tốc, thiết kế vỏ hộp,

- Máy tự động vẽ hình chiếu đứng, hình chiếu bằng, hình chiếu cạnh, mặt cắt cần thiết

- Tự động ghi kích thước lắp ghép, kích thước khn khổ kích thước lắp đặt với khung bệ máy

- Tự động ghi đặc tính kỹ thuật hộp giảm tốc Kẻ điền bảng liệt kê chi tiết

- Kẻ điền khung tên

Sau chạy chương trình nhận vẽ lắp hộp giảm tốc hình 4-2

5- Giữa mặt ghép nắp với thân hộp bôi lớp sơn mỏng, nước thuỷ tinh ĐẶC TÍNH HỘP GIẢM TỐC

TỶ SỐ TRUYỀN CHUNG: 14 Z1 Z2 mn mt Beta Alfa Cấp xác 18 63 20 24 96 20 6- Sau lắp xong hộp giảm tốc, cho chạy mòm giờ,

các bánh phải làm việc êm, tiếng ồn nghe đặn

ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1450 v/ph Công suất: 5,5 Kw Soos vòng quay:

2- Vết tiếp xúc cặp bánh trụ cấp nhanh YÊU CẦU KỸ THUẬT 1- Cặp bánh hình trụ cấp nhanh có khe hở cạnh ăn khớp không nhỏ 0,15 mm - Theo chiều dài không nhỏ 60% - Theo chiều cao khômg nhỏ 40% 4- Vết tiếp xúc cặp bánh cấp chậm - Theo chiều dài không nhỏ 60% - Theo chiều cao không nhỏ 60% 3- Cặp bánh cấp chậm có khe hở cạnh ăn khớp không nhỏ 0,2 mm

OC Ổ côn đỡ chặn

2 SLG

bản vẽ lắp

HP GIẢM TỐC

HỆ THÔ Â ÜNG BĂNG TẢI

g Thiết kế ÚN Tên họ G D Văn Hùn ÙN ữ ký ĐÔ Ngày Ch g NG.Văn Yến Duyệt Lê Hướng dẫn Chức năn

Trục trung gian Bạc lót Bạc lót, chắn dầu Nắp ổ thơng

ỵ

TÊN GỌI Phớt chắn mỡ Ổ bi Trục có bánh liền Bánh lớn cấp nhanh Bánh nhỏ cấp chậm Bánh lớn cấp chậm Tr B B KÝ HIỆU OB NO Ph TT Tr R r Br Bl 10 11 B 1 1 1

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY

Líp01C1A - §Ị sè:

Trờng ĐHBK, Khoa Cơ khí

T l T số:

Khối lượng Số tờ: V KLGẬT LIỆU TỜGHI CHÚ Nửa khớp nối NT 25

Bu lông vịng Bu lơng cạnh ổ Nút tháo dầu Nắp cửa thăm Chốt định vị Nút thông h Que thăm dầu Vòng đàn hồi Thân hộp giảm ng ghép H Then

Chạy chương trình tính tốn thiết kế truyền bánh theo phương pháp Phần tử hữu hạn qua bước sau:

- Nạp số liệu thiết kế vào Chương trình 1, tính truyền bánh theo phương pháp truyền thống, chạy chương trình, nhận số liệu thiết kế truyền bánh răng, số liệu nạp vào File liệu 1:

+ Đường kính bánh răng, + Khoảng cách trục,

+ Mä âun cuía ràng,

+ Số bánh dẫn, bánh bị dẫn,

+ Hệ số dịch dao bánh dẫn, bánh bị dẫn,

+ Gía trị ứng suất tiếp xúc, ứng suất uốn bánh dẫn, bánh bị dẫn

- Chạy chương trình 2, vẽ truyền bánh xây dựng mô hình tính tốn theo phương pháp Phần tử hữu hạn Số liệu nhập từ File liệu 1, kết ghi vào File liệu

- Chạy chương trình 3, tính ứng suất tiếp xúc ứng suất uốn phương pháp Phần tử hữu hạn Số liệu nhập từ File liệu So sánh giá trị ứng suất tính với ứng suất cho phép, điều chỉnh kích thước truyền bánh răng, tính lại ứng suất Chương trình dừng, kết thiết kế truyền bánh thoả mãn yêu cầu người thiết kế mong muốn

4.5 Giới thiệu số phần mềm thiết lập vẽ lập trình gia công máy công cụ CNC 4.5.1 Phần mềm AutoCAD

AutoCAD phần mềm hãng AutoDESK dùng để thiết lập vẽ kỹ thuật Sử dụng AutoCAD vẽ vẽ chiều (2 Dimention - 2D) Cũng vẽ chi tiết không gian chiều (3D)

Phần mềm AutoCAD công bố Releas (R.1) vào tháng 12 năm 1982, sau R.12 R.13 đời, R.14 tung thị trường vào tháng năm 1997, có AutoCAD 2000

Bản vẽ chế tạo trục vít 4-3, AutoCAD, File YenCAD truc vit

Số Z Gó vít

b¶n vÏ chÕ t¹o THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI

trôc vÝt Chữ ký

Duyệt Tên họ Lê Văn Hùng NG.Văn Yến Chức Hướng dẫn Thiết kế Ngày

ĐỒ ÁNCHI TIẾT MÁY

Khoa Cơ khí, Lớp01C1A Trờng Đại học Bách khoa

Tỷ lệ

Tờ số: Khối lượng

Tổng số tờ:

Hệ số dịch chỉnh X Prơfin gốc STSEV 266-16 Cấp xác - C

Hệ số đường kính q 10 Đường kính vịng chia d1 50 Chiều cao ren h1 11 Hướng phải

Bước xoắn vít p 31.416

R2

R1

1x45°

ã

A

R

B 45 90 20° R 4.4

R4.4

R1.98

4.5.2 Phần mềm MasterCam

MasterCam phần mềm chuyên dùng để thiết lập vẽ chi tiết máy dạng hình chiếu (2D) hình chiếu trục đo (3D), tự động lập chương trình điều khiển q trình gia cơng cho máy CNC Khả thiết lập vẽ 3D phần mềm MasterCam mạnh nhiều so với phần mềm AutoCad Còn khả lập trình gia cơng CNC phần mềm MasterCam, nay, nói mạnh Chương trình gia cơng CNC lập phần mềm MasterCam có khả tương thích rộng, viết chương trình gia cơng NC cho tất loại máy CNC có Việt Nam

Để làm ví dụ, chúng tơi trình bày hình 3D khn đúc nhựa, thiết lập phần mềm MasterCam 9.1 (Hỡnh 4-4)

Hỗnh 4-4: Khuọn õuùc nhæûa

máy, chọn máy, dao, chế độ cắt đường chạy dao Chương trình viết mã lệnh M-G code, có 3.000 câu lệnh (Bảng 4-1 - trích đoạn đầu đoạn cuối chương trình)

Bảng 4-1: Chương trình gia cơng viết mã lệnh M-G Code

% O0000

(PROGRAM NAME - PHAYCNC)

(DATE=DD-MM-YY - 12-01-05 TIME=HH:MM - 10:45) N100G21

N102G0G17G40G49G80G90

( BALL ENDMILL TOOL - DIA OFF - 41 LEN - DIA - 2.) N104T1M6

N106G0G90G54X9.777Y-38.531A30.401S1200M3 N108G43H1Z166.023

N110X5.561Z66.112 N112G1X5.35Z61.116F120

N114X6.109Y-39.485Z61.651A31.238F260.2 N6388X87.583Y-.434Z15.691A.327

N6390X87.602Y1.037Z15.679A-.781 N6392X91.054Z19.297F500

N6394G0X160.086Z91.647 N6396M5

N6398G91G28Z0 N6400G28X0.Y0.A0

(MCUSTOCK X220 Y220 Z49.6478882 OTC OX-0.00211 OY0.00158 OZ-49.64789) (MCUPTOOL T4 D25 L75 F75.)

(MCUPTOOL T5 D13 L75 F75 R6.5 C0) (MCUPTOOL T1 D2 L75 F75 R1 C0) (MCUPTOOL T1 D2 L75 F75 R1 C0) N6402M30

4.5.3 Phần mềm Pro/Engineer Wildfire

Cũng giống MasterCam, phần mềm Pro/Engineer có khả lập vẽ 2D, 3D chi tiết máy tự động lập trình gia công CNC Điểm mạnh phần mềm Pro/Engineer thiết lập vẽ chi tiết máy dạng 3D, vẽ nhanh, xác, biểu diễn chuyển động lắp ghép chi tiết với Một đặc trưng bật khác phần mềm cho phép thiết kế đối tượng từ phương trình tham số, mơ động học chuyển động vật thể

Để làm ví dụ, Hình 4-5 trình bày vẽ cụm chi tiết máy kẹp khuôn đúc, thiết lập lp ghộp t phn mm Pro/Engineer Wildfire

Hỗnh 4-5: Bäü kẻp khn âục

4.5.4 Phần mềm Metacut Utilities

được sai sót viết chương trình gia cơng cho máy CNC Việc chạy mô quan trọng, giúp tránh cố đáng tiếc thường xảy sử dụng máy CNC, đặc biệt người chưa sử dụng thành thạo

Để làm ví dụ, chúng tơi trình bày hình mơ q trình gia cơng khn mẫu, chạy từ phần mềm Metacut Utilities (Hình 4-6)

Bước

Bước

Bước

Bước

4.5.5 Công nghệ CAD/CAM CAD/CAM/CNC

Công nghệ CAD/CAM chữ viết tắt Computer Aided Design (CAD) Computer Aided Manufacturing (CAM), thiết kế gia công nhờ trợ giúp máy tính

Cơng nghệ CAD/CAM mở khả việc thiết kế lập trình gia cơng cắt gọt Khi lập trình, người thiết kế khơng cần phải viết phương trình tốn học phức tạp để xác định giao tuyến, tiếp điểm, tâm điểm, phương trình mơ tảí hình dạng bề mặt phức tạp Chương trình điều khiển trình gia công máy CNC thiết lập cách tự động Ngồi ra, cịn cho phép chạy mơ q trình gia cơng máy tính, giúp biết trước kết gia công máy thực, tránh sai sót gia cơng

Nhờ vào hiệu xác cao, cơng nghệ CAD/CAM cho phép tiết kiệm thời gian thiết kế, thời gian gia cơng, góp phần hạ gía thành sản phẩm

Công nghệ CAD/CAM/CNC kết hợp hệ thống CAD/CAM với máy công cụ CNC, máy điều khiển số có trợ giúp máy tính (Coputer Numerical Coltrol) Cơng nghệ cho phép thực trình sản xuất cách hồn tồn tự động Đây chìa khóa sản xuất khí đại

CÁC CHI TIẾT MÁY

LẮP GHÉP

CHỈÅNG V

MỐI GHÉP ĐINH TÁN

5.1 Những vấn đề chung

5.1.1 Giới thiệu mối ghép đinh tán

3

2

ï1 ï2

ï3

ï4

S2 S1

b a

Hình 5-1: Kết cấu mối ghép đinh tán

- Nguyên tắc liên kết mối ghép đinh tán: Thân đinh tán tiếp xúc với lỗ ghép, lỗ đệm, đinh tán có tác dụng chốt cản trở trượt tương đối ghép với nhau, ghép với đệm

- Để tạo mối ghép đinh tán, người ta gia công lỗ ghép, lồng đinh tán vào lỗ ghép, sau tán đầu đinh

- Tấm ghép không dầy 25 mm

Lỗ ghép gia cơng khoan hay đột, dập Lỗ ghép có đường kính lớn đường kính thân đinh tán d

- Tán nguội, q trình tán đinh tiến hành nhiệt độ môi trường Tán nguội dễ dàng thực hiện, giá rẻ; cần lực lớn, dễ làm nứt đầu đinh Tán nguội

dùng với đinh tán kim loại màu đinh tán thép có đường kính d nhỏ 10 mm

d

1

2

(1,5÷1,7) d

Hình 5-2: Tạo mối ghép đinh tán

- Tán nóng, đốt nóng đầu đinh lên nhiệt độ khoảng (1000÷1100) OC tiến hành

tán Tán nóng khơng làm nứt đầu đinh; cần thiết bị đốt nóng, ghép biến dạng nhiệt, dễ bị cong vênh

- Đinh tán thường làm kim loại dễ biến dạng, thép bon CT34, CT38, C10, C15 hợp kim màu Thân đinh tán thường hình trụ trịn có đường kính d, giá trị d nên lấy theo dẫy số tiêu chuẩn Các kích thước khác đinh tán lấy theo d, xuất phát từ điều kiện sức bền

R = (0,8 ÷ 1).d

l = (S1 + S2) + (1,5 ÷ 1,7).d

- Ngồi mũ đinh dạng chỏm cầu, đinh tán cịn có nhiều dạng mũ khác nhau, Hình 5-3

d

R

h

l

Hỗnh 5-3: Caùc daỷng muợ cuớa õinh taïn

5.1.2 Phân loại mối ghép đinh tán

Tùy theo công dụng kết cấu mối ghép, mối ghép đinh tán chia ra: + Mối ghép chắc: Mối ghép dùng để chịu lực khơng cần đảm bảo kín khít + Mối ghép kín: Vừa dùng để chịu lực vừa đảm bảo kín khít

+ Mối ghép chồng: Hai ghép có phần chồng lên

+ Mối ghép giáp mối: Hai ghép đối đầu, đầu ghép giáp + Mối ghép hàng đinh: Trên ghép có hàng đinh

+ Mối ghép nhiều hàng đinh: Trên ghép có nhiều hàng đinh

5.1.3 Kích thước chủ yếu mối ghép đinh tán

- Xuất phát từ yêu cầu độ bền dạng hỏng (khả chịu tải dạng hỏng nhau, xác suất xuất dạng hỏng nhau), kích thước mối ghép đinh tán ghép xác định sau:

+ Đối với mối ghép chồng hàng đinh: d = 2.Smin; pđ = 3.d; e = 1,5.d

+ Đối vơiï mối ghép chồng n hàng đinh: d = 2.Smin; pđ = (1,6.n +1).d; e = 1,5.d

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

- Kích thước mối ghép đinh tán ghép kín xác định sau: + Đối với mối ghép chồng hàng đinh:

d = Smin+ mm; pâ = 2.d + mm; e = 1,5.d

+ Đối với mối ghép chồng hàng đinh:

d = Smin+ mm; pđ = 2,6.d + 15 mm; e = 1,5.d + Đối với mối ghép chồng hàng đinh:

d = Smin+ mm; pâ = 3.d + 22 mm; e = 1,5.d

+ Đối với mối ghép giáp mối hai đệm hàng đinh: d = S + mm;

pâ = 3,5.d + 15

mm; e = 2.d + Đối với ghép giáp mối hai đệm hàng đinh:

d = S + mm; pâ = 6d + 20 mm

e = 2.d

Các kich thước pđ, pđ1, e, e1

biểu thị hình 5-4, kích thước pt1 e1

lấy theo bước đinh pt:

3

S2 S1

e1

pâ1

e

pâ

d

2

b2

b1 F

F

pt1 = (0,8 ÷ 1).pâ

Hình 5-4: Kich thước chủ yếu mối ghép đinh

e1 = 0,5.pt

5.2 Tính mối ghép đinh tán

5.2.1 Các dạng hỏng mối ghép tiêu tính tốn

Khi mối ghép đinh tán chịu tải trọng (Hình 5-4), mối ghép xuất dạng hỏng sau đây:

- Thân đinh bị cắt đứt,

- Tấm ghép bị kéo đứt tiết diện qua tâm đinh,

- Bề mặt tiếp xúc lỗ ghép thân đinh bị dập,

- Các ghép bị trượt tương nhau, khơng đảm bảo kín khít

Chỉ tiêu tính tốn mối ghép chắc: kết cấu mối ghép xây dựng sởí sức bền đều, người ta kiểm tra điều kiện bền τđ≤ [τđ], để

tránh dạng hỏng cắt đứt thân đinh đủ

Điều kiện bền τđ≤ [τđ] dùng làm tiêu tính tốn kiểm tra bền thiết

kế mối ghép đinh tán ghép Trong đó:

τđ ứng suất cắt sinh tiết diện thân đinh

[τđ] ứng suất cắt cho phép đinh

Chỉ tiêu tính tốn mối ghép kín: tương tự trên, người ta dùng bất đẳng thức ξ≤ [ξ] làm tiêu tính tốn mối ghép kín đó:

ξ hệ số cản trượt mối ghép,

[ξ] hệ số cản trượt cho phép mối ghép

5.2.2 Tính mối ghép chịu lực ngang

Kiểm tra mối ghép chịu lực ngang, thực theo trình tự sau:

- Tính lực tác dụng lên đinh tán: Khi mối ghép chịu lực ngang F, thực tế lực F phân bố khơng đinh, có sai lệch trình chế tạo mối ghép biến dạng không ghép Lực tác dụng lên đinh Fđ

tính gần bằng:

Fâ = K.F / z

z: số đinh lắp ghép, tính ghép

K: hệ số kể đến phân bố tải trọng không cho đinh, K = ÷ 1,2 ; trường hợp lắp hàng đinh, lấy K=1

- Tính ứng suất cắt thân đinh:

τâ = 4Fâ / (i.π.d2)

trong i số tiết diện chịu cắt đinh Ví dụ, ghép giáp mối đệm i=1, hai đệm i=2

- Xác định ứng suất cho phép: giá trị [τđ] tra bảng tính theo cơng

thức kinh nghiệm, phụ thuộc vào cách tạo mối ghép vật liệu đinh tán

- So sánh τđ [τđ], rút kết luận:

Nếu τđ > [τđ], mối ghép không đủ bền;

Nếu τđ nhỏ nhiều so với [τđ], mối ghép dư bền, không kinh

tế

Thiết kế mối ghép chịu lực ngang, thực theo trình tự sau:

- Chọn vật liệu chế tạo đinh tán, phương pháp gia cơng lỗ ghép, tra bảng để có giá trị [τđ]

- Xác định kích thước đinh tán: Căn vào chiều dầy ghép kết cấu mối ghép tính đường kính thân đinh d theo công thức nêu trên, nên lấy d theo dẫy số tiêu chuẩn Xác định chiều dài thân đinh l theo đường kính d

- Tính số đinh tán z: Giả sử tiêu tính τđ≤ [τđ] thỏa mãn, ta có

4.K.F / (z.i.π.d2) ≤ [τ â]

suy ra:

z ≥ 4.K.F / (i.π.d2.[τ â])

- Vẽ kết cấu mối ghép: bố trí đinh theo hàng, đảm bảo kích thước nêu

5.2.3 Tính mối ghép chịu mơ men uốn

Kiểm tra mối ghép chịu mô men un (Hỡnh 5-5), c thc hin theo

trỗnh tổỷ sau:

- Xác định lực tác dụng lên đinh tán chịu tải trọng lớn nhất: Dưới tác dụng mơ men uốn M, mối ghép có xu hướng quay quanh trọng tâm O mối ghép Đinh tán xa tâm chuyển vị lớn, chịu lực tác dụng lớn Lực tác dụng lên đinh thứ i ký hiệu Fi, Fi tỷ lệ với khoảng cách ri từ tâm

đinh đến tâm trọng O Với nhận xét thế, ta viết phương trình: Fđi/ri =

Mặt khác, ta có phương trình cân mơ men tâm mối ghép:

∑

=

=

z i

i dir M

F

1

Suy ra, lực tác dụng lên đinh tán chịu tải lớn là: Fđmax= M.rmax / ∑ri

2

- Tính ứng suất cắt thân đinh tán chịu tải lớn nhất: τđ = 4Fđmax / (i.π.d

2

) i số tiết diện chịu cắt đinh

Fi

M ri

O

Hình 5-5: Mối ghép đinh tán chịu mô men

- So sánh τđ [τđ], rút kết luận: τđ > [τđ], mối ghép không đủ bền;

τđ≤ [τđ], mối ghép đủ bền;

τđ nhỏ nhiều so với [τđ], mối ghép dư bền, không kinh tế

Thiết kế mối ghép chịu mô men, thực theo trình tự sau:

- Dựa vào kích thước ghép ta chọn kich thước đường kính d đinh tán, xác định chiều dài đinh Để tiện cho việc gia cơng, lắp ghép, kích thước đinh tán mối ghép chọn

- Sơ chọn số đinh z, vẽ kết cấu mối ghép, bố trí đinh theo quan hệ kích thước nêu

- Đặt tải trọng lên mối ghép kiểm tra độ bền đinh chịu tải trọng lớn + Nếu dư bền, khơng đảm bảo tính kinh tế, ta giảm số lượng đinh z, vẽ lại kết cấu mối ghép kiểm tra lại độ bền mối ghép

+ Nếu thiếu bền, tăng số lượng đinh z, vẽ lại kết cấu, kiểm tra lại + Nếu vừa đủ bền đảm bảo tính kinh tế, chứng tỏ số đinh z chọn hợp lý

- Vẽ xác kết cấu mối ghép

5.2.4 Tính mối ghép kín

Mối ghép kín vừa chịu lực, vừa đảm bảo kín khít Ví dụ, mối ghép nồi Việc tính tốn xác lý thuyết khó khăn, người ta dùng công thức thực nghiệm:

ξ≤ [ξ]

Kiểm tra bền mối ghép kín chịu tác dụng lực F, thực

- Tra bảng để có giá trị hệ số cản trượt cho phép [ξ]

- Tính lực tác dụng lên đinh tán mối ghép: Fđ = K.F/z

- Tính hệ số cản trượt ξ, tính theo quy ước

ξ = 4.Fđ / (i.π.d2) = 4.K.F / (i.z.π.d2) - So sánh giá trị ξ [ξ], rút kết luận

Thiết kế mối ghép kín chịu tác dụng lực F, thc hin theo

trỗnh tổỷ sau:

- Chn vật liệu chế tạo đinh, tra bảng xác định giá trị hệ số cản trượt cho phép [ξ]

- Xác định kích thước đinh theo chiều dày ghép dạng kết cấu mối ghép

- Giả sử tiêu tính tốn ξ≤ [ξ] thỏa mãn, tính số đinh z cần thiết: z ≥ 4.K.F / (i.π.d2.[ ξ])

- Vẽ kết cấu mối ghép

Kiểm tra bền thiết kế mối ghép kín chịu mơ men uốn M, thực tương tự tính mối ghép chịu mô men

5.2.5 Hệ số bền mối ghép

Để tạo mối ghép đinh tán, người ta phải gia công lỗ ghép Các lỗ làm giảm diện tích tiết diện ngang ghép, làm giảm khả chịu tải ghép Để đánh giá mức độ làm giảm khả chịu tải ghép, người ta dùng hệ số bền ϕ Hệ số bền ϕ đánh giá tỷ số lực tối đa mà mối ghép chịu lực tối đa mà nguyên chịu Hệ số ϕ xác định theo công thức sau:

ϕ = (pâ - d) / pâ

Trong pt bước đinh, d đường kính thân đinh

Giá trị hệ số bền ϕ, mối ghép có quan hệ kích thước theo quy định, chọn sau:

+ Mối ghép giáp mối đệm, hàng đinh: ϕ = 0,83, + Mối ghép chồng hàng đinh: ϕ = 0,75

Qua số liệu trên, thấy khả tải mối ghép đinh tán giảm nhiều so với nguyên

5.2.6 Xác định ứng suất cho phép

a- Xaïc âënh [τâ]

Đối với mối ghép chịu tải trọng tĩnh, chịu tải trọng thay đổi khơng đổi chiều, lấy giá trị ứng suất cho phép sau:

Vật liệu đinh thép CT31, CT34, CT38 Lỗ khoan, lấy [τđ] = 140 MPa

Lỗ đột, dập, lấy [τđ] = 100 MPa

Trường hợp tải trọng thay đổi chiều tác dụng, cần lấy giảm lượng, cách nhân với hệ số γ, với

min max

F F b a

=

γ

Trong Fmax tải trọng lớn nhất,

Fmin tải trọng nhỏ nhất,

Tấm ghép thép bon, lấy a=1 b=0,3

Tấm ghép thép bon trung bình, lấy a=1,2 b=0,8

b- Xạc âënh [ξ]

- Mối ghép chồng hàng đinh, lấy [ξ] = 60 ÷ 70 MPa,

- Mối ghép chồng hai hàng đinh, lấy [ξ] = 60 ÷ 65 MPa,

- Mối ghép chồng ba hàng đinh, lấy [ξ] = 55 ÷ 60 MPa,

- Mối ghép giáp mối hai đệm, hai hàng đinh, lấy [ξ] = 95 ÷ 115 MPa,

- Mối ghép giáp mối hai đệm, ba hàng đinh, lấy [ξ] = 90 ữ 110 MPa,

CHặNG VI

MỐI GHÉP REN

6.1 Những vấn đề chung 6.1.1 Giới thiệu mối ghép ren

a b c

Hình 6-1: Mối ghép bu lơng, vít, vít cấy

Mối ghép ren, ghép liên kết với nhờ chi tiết máy có ren, như: bu lơng, vít, vít cấy, đai ốc, lỗ có ren

+ Mối ghép bu lông: Dùng ghép ghép có chiều dày nhỏ Các ghép gia cơng lỗ, lắp bu lông vào lỗ ghép, vặn đai ốc vào bu lông, xiết chặt ép ghép lại với Các ghép đẩy đai ốc xoay trở được, có tượng tự hãm mối ghép ren

+ Mối ghép vít: Dùng để ghép ghép, có ghép chiều dày lớn Người ta khoan làm lỗ ren ghép có chiều dày lớn Các ghép khác gia công lỗ Đặt ghép chồng lên nhau, cho tâm lỗ trùng Vặn vít vào lỗ ren, xiết chặt để ép ghép lại với Trong trình sử dụng, phải tháo lắp nhiều lần, khơng nên dùng mối ghép vít Vì tháo lắp nhiều làm hỏng lỗ ren, phải bỏ ghép

+ Mối ghép vít cấy: Dùng có ghép chiều dày lớn mối ghép phải tháo lắp nhiều lần trình sử dụng

Người ta làm lỗ ren ghép có chiều dày lớn, làm lỗ ghép cịn lại Vặn vít cấy vào lỗ ren (cịn gọi cấy vít), lắp ghép khác vào vít cấy Vặn đai ốc vào vít cấy, xiết chặt để ép ghép lại với

Nguyên tắc liên kết mối ghép ren lắp có khe hở thân bu lông lỗ ghép: Để tạo mối ghép ren ta xiết đai ốc mô men xoắn T, ghép ép chặt lại với lực xiết V (Hình 6-2) Trên bề mặt tiếp xúc ghép có lực ma sát Fms, lực ma sát

cản trở trượt tương đối hai ghép Các mối ghép bu lơng lắp khơng có khe hở (Hình 6-3), làm việc tương tự mối ghép đinh tán Đai ốc gần đóng vai trị mũ đinh tán, lực xiết V có tác dụng hỗ trợ thêm cho mối ghép Khi tính tốn mối

ghép, khơng kể đến lực ma sát mặt ghép lực xiết V gây nên

Hình 6-3: Mối ghép khơng có khe hở

Hình 6-2: Tạo mối ghép lắp có khe hở

V T

V T

Trong chương xét mối ghép ren lắp có khe hở

6.1.2 Các chi tiết máy dùng mối ghép ren

xiết bu lơng (Hình 6-4) Ren bu lông gia công bàn ren, tiện ren, cán ren

Bu lông phân ra: bu lông thô, bu lông bán tinh, bu lơng tinh, bu lơng lắp có khe hở, bu lơng lắp khơng có khe hở Bu lơng chi tiết máy tiêu chuẩn hóa cao

Bu lơng có ren hệ Mét bu lơng ren hệ Anh

Bu läng cọ ren trại, bu läng cọ ren phi

Hình 6-6: Vít cấy

Hỗnh 6-4: Bu lọng Hỗnh 6-5: Vờt

Hình 6-7: Đai ốc - Vít, có hình dạng, kích thước

tương tự bu lơng, khác phần mũ (Hình 6-5) Mũ vít có nhiều hình dạng, mũ vít xẻ rãnh, làm lỗ cạnh chìm để tra chìa vặn Vít tiêu chuẩn hóa

- Vít cấy: hình trụ, hai đầu có ren (Hình 6-6) Một đầu ren cấy vào lỗ ren ghép, đầu lại vặn với đai ốc

- Đai ốc có cạnh, có ren (Hình 6-7) Ren đai ốc gia công ta rô, tiện Đai ốc chia ra: đai ốc thô, đai ốc bán tinh đai ốc tinh

- Vòng đệm, chủ yếu để bảo vệ bề mặt ghép khơng bị xước, số đệm cịn có tác dụng phòng lỏng Các loại đệm thường dùng: đệm thường, đệm vênh, đệm gập, đệm cánh (Hình 6-8)

6.1.3 Kích thước chủ yếu mối ghép ren

Khi xem xét hình dạng, kích thước mối ghép ren, người ta quan tâm đến kích thước chủ yếu sau đây:

+ Chiều dày ghép, ký hiệu S1, S2, mm

+ Đường kính thân bu lơng d, mm, gía trị d lấy theo dãy số tiêu chuẩn Ví dụ: 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; (14); 16; 18; 20; (24); (27); 30; (33); 36; 42; 48;

+ Đường kính chân ren d1, mm, tiêu chuẩn hóa theo d

+ Đường kính trung bình d2, mm, d2= (d+d1)/2

+ Chiều dài thân bu lông l, mm, lấy theo chiều dày ghép + Chiều dài đoạn cắt ren bu lông l1, thường lấy l1≥ 2,5d

+ Chiều cao mũ bu lông, ký hiệu H1, mm, thường lấy H1 = (0,5 ÷ 0,7) d

+ Chiều cao đai ốc H, thường lấy H = (0,6 ÷ 0,8) d

+ Bước ren, ký hiệu pr, mm, giá trị pr tiêu chuẩn hóa theo d

Giá trị bước ren theo TCVN, mm: 0,5 ; 0,6 ; 0,7 ; 0,75 ; 0,8 ; 1,0 ; 1,25 ; 1,5 ; 1,75 ; 2,0 ; 2,5 ; 3,0 ; 3,5 ; 4,0

+ Tiết diện mặt cắt ngang ren, có diện tích mặt cắt A, tiết diện ren tiêu chuẩn hoá

Ren hệ Mét, tiết diện ren hình tam giác

Ren hệ Anh, tiết diện ren hình tam giác cân, có góc đỉnh 550

+ Chiều cao làm việc tiết diện ren h, mm

d1 d S2

S1

H l

H1

l1 d

d1 pr

h

+ Bước đường xoắn vít (tạo nên đường ren) λ + Góc nâng đường xoắt vít, γ; có tgγ = λ/(π.d2)

+ Số đầu mối ren zr, thường dùng ren đầu mối

Ren đầu mối có λ = pr,

Ren hai đầu mối có λ = 2pr

6.1.4 Ghi ký hiệu lắp ghép cho mối ghép ren

Ví dụ, ký hiệu mối ghép ren ghi: M20 × 1,5 × 2(Pl) LH - 4H6H / 4j

Trong âoï:

+ M20 biểu thị ren tam giác hệ Mét, có đường kính thân bu lơng d=20mm, + Số1,5 biểu thị dùng ren bước nhỏ pr=1,5 mm (nếu dùng bước ren bình thường

thì khơng cần ghi),

+ Ký hiệu 2(Pl) ren đầu mối (nếu ren đầu mối khơng cần ghi, + Chữ LH ren trái (nếu ren xoắn phải khơng cần ghi),

+ Ký hiệu 4H6H miềm dung sai lỗ đai ốc, đường kính trung bình D2 có

cấp xác sai lệch kiểu H, đường kính đai ốc D1 có cấp

chính xác sai lệch kiểu H (nếu kích thước D2 D1 miền dung sai

thì ghi lần)

+ Ký hiệu 4j biểu thị miền dung sai đường kính trung bình d2 bu lơng, cấp

chính xác sai lệch kiểu j, d2 = (d+d1) /

6.1.5 Hiện tượng tự nới lỏng biện pháp phòng lỏng

Khi chịu tải trọng rung động va đập, mối ghép ren bị nới lỏng ra, lực xiết V giảm dần, có khơng Đây tượng tự nới lỏng Hiện tượng tự nới lỏng giải thích sau:

+ Ta xiết bu lông đai ốc mô men xoắn T, ghép bị ép lại lực xiết V Quan hệ T V xác định sau:

T= V.tg(γ + ρ’).d2/2 + V.f.dtx /2 (6-1)

Trong ρ’ góc ma sát tương đương, f hệ số ma sát mặt tiếp xúc đai ốc vòng đệm, dtx đường kính trung bình bề mặt tiếp xúc đai ốc

vòng đệm

+ Khi bị ép, ghép tác dụng lên bu lông đai ốc phản lực đẩy Ft, phản

lực Ft = V Do có tính chất tự hãm (γ < ρ’), nên phản lực Ft làm bu lông

+ Muốn tháo mối ghép ra, cần phải xoay đai ốc bu lông theo chiều tháo mô men xoắn Tr = Ft.tg(ρ’ - γ).d2/2 + Ft.f.dtx /2 Lực Ft lớn, cần mơ men

xoay Tr lớn Trường hợp Ft 0, đai ốc xoay tự

+ Khi chịu tải trọng va đập rung động, có thời điểm ghép tự ép chặt vào nhau, khơng cịn phản lực Ft đẩy lên bu lông đai ốc (Ft = 0) Vào

thời điểm này, rung động đai ốc xoay qua, xoay lại Bị ghép cản trở, đai ốc không xoay vào Đai ốc tự xoay theo chiều mở Tích lũy nhiều thời điểm làm cho đai ốc bị nới lỏng dần

+ Một lý khác góp phần làm mối ghép tự nới lỏng là: rung động hệ số ma sát bề mặt tiếp xúc ren giảm đáng kể, góc ma sát tương đương ρ' giảm, điều kiện tự hãm mối ghép có thời điểm khơng đảm bảo, vào thời điểm đai ốc bị đẩy chút

Biện pháp phòng nới lỏng Có thể phịng lỏng hai cách:

- Tạo phản lực phụ Fph luôn đẩy bu lông đai ốc:

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

+ Dùng đệm vênh Đệm vênh giống lị xo, ln đẩy vào đai ốc lực phụ Fph

- Ngăn cản không cho bu lông đai ốc xoay tương nhau:

+ Dùng đệm gập Vấu đệm nằm rãnh thân bu lơng, góc đệm gập vào mặt đai ốc, hạn chế chuyển động xoay tương đối bu lông đai ốc

+ Dùng đệm cánh Vấu đệm nằm rãnh thân bu lông, cánh đệm gập vào rãnh đai ốc, hạn chế chuyển động xoay tương đối bu lông đai ốc

+ Núng, tán đầu bu lơng hàn đính đai ốc với thân bu lông, hạn chế không cho đai ốc chuyển động xoay ra, nới lỏng mối ghép

Fph Fph Fph

Fph

6.2 Tính mối ghép ren 6.2.1

Các dạng hỏng mối ghép ren tiêu tính tốn

Khi xiết chặt bu lông đai ốc, vịng ren bu lơng đai ốc tiếp xúc với Các vòng ren đai ốc chịu lực xiết

V Cạc vng ren trãn bu läng chëu phn lỉûc Ft

(Hình 6-11) Trên mối ghép ren xuất dạng hỏng sau:

+ Thân bu lơng bị kéo đứt phần có ren, tiết diện sát mũ bu lông Hoặc bị xoắn đứt trình xiết đai ốc

+ Các vòng ren bị hỏng cắt đứt ren, dập bề mặt tiếp xúc, bị uốn gẫy Nếu tháo lắp nhiều lần, vịng ren bị mịn

+ Mũ bu lơng bị hỏng dập bề mặt tiếp xúc, cắt đứt, bị uốn gẫy

Kích thước mối ghép bu lơng tiêu chuẩn hóa, kích thước tính theo đường kính d với tỷ lệ định sở đảm bảo sức bền dạng hỏng Do cần tính tốn để hạn chế dạng hỏng dạng hỏng khác không xảy Thường người ta kiểm tra mối ghép ren theo điều kiện bền:

σ≤ [σk] (6-2)

Trong σ ứng suất sinh tiết diện chân ren bu lơng, có đường kính d1

[σk] ứng suất kéo cho phép bu lơng vít

Điều kiện bền σ≤ [σk] dùng để tính tóan kiểm tra bền thiết kế mối

ghép ren Nó gọi tiêu tính tốn mối ghép ren ghép có khe hở Chương chủ yếu trình bày việc tính tốn mối ghép bu lơng có khe hở

Đối với mối ghép dùng bu lông tinh, ghép khơng có khe hở, dạng hỏng chủ yếu mối ghép dập cắt đứt thân bu lông Chỉ tiêu tính tốn phương pháp tính mối ghép tương tự tính mối ghép đinh tán

Ft V

Hỗnh 6-11: Lổỷc taùc duỷng lón bu läng vaì ren

Ft T

Ft

6.2.2 Tênh bu läng ghẹp lng chëu lỉûc

Xét mối ghép bu lơng ghép lỏng, chịu lực kéo F, Hình 6-12

Bài toán kiểm tra bền mối ghép ren,

được thực theo trình tự sau:

+ Từ kích thước d, tra bảng có đường kính tiết diện chân ren d1

+ Tính ứng suất sinh tiết diện chân ren

σ= F/(π.d12/4)

+ Tra bảng, theo vật liệu chế tạo bu lơng, để có giá trị ứng suất cho phép [σk]

+ So sánh giá trị σ [σk], rút kết luận

Nếu σ > [σk], mối ghép không đủ bền

Nếu σ≤ [σk], mối ghép đủ bền

Bài toán thiết kế mối ghép, thực theo bước sau:

+ Chọn vật liệu chế tạo bu lông, tra bảng để có [σk]

+ Giả sử tiêu tính σ≤ [σk] thỏa mãn Ta tính đường kính cần thiết tiết

diện chân ren:

+ Tra bảng tìm bu lơng tiêu chuẩn, có đường kính tiết diện chân ren d1≥ d1C, ghi ký

hiệu bu lơng vừa tìm Tính chiều dài cần thiết bu lông, vẽ kết cấu mối ghép

F

F

Hỗnh 6-12: Bu lọng gheùp loớng

] [

1

k C

F d

σ π

≥

6.2.3 Tính mối ghép ren xiết chặt khơng chịu tải trọng

Các mối ghép ren thường xiết chặt, trước chịu tải trọng Xét mối ghét bu lông xiết chặt mơ men xoắn T (Hình 6-13)

Nhận xét: Khi xiết chặt, bu lông đai ốc

ép chặt ghép lực xiết V Các ghép phản lại lực Ft, kéo dãn thân bu lơng

Phn lỉûc Ft = V

Quan hệ T V sau (theo 6-1): T = V.tg(γ+ρ’).d2/2 + V.f.dtx /2

Ft T

Ft

Suy tx fd d tg T V + + = ) ' ( ρ

γ (6-3)

Xác định ứng suất thân bu lông:

+ Khi xiết chặt mô men xoắn T, thân bu lông bị xoắn Ứng suất xoắn τx tiết

diện chân ren xác định theo công thức: 3

1 , d T x = τ

+ Dưới tác dụng lực kéo Ft thân bu lơng có ứng suất kéo σk Ứng suất kéo

tại tiết diện chân ren tính theo cơng thức: 2

1 4 d V d Ft

k π π

σ = =

+ Trong thân bu lơng có ứng suất phức tạp Ứng suất tương đương σ xác định

theo Thuyết bền thứ ba: 2

4 x

k τ

σ

σ = +

+ Đối mối ghép ren tiêu chuẩn, người ta tính σ ≈ 1,3.σk Do đó, để đơn

giản cho việc tính tốn, ứng suất thân bu lơng xác định theo công thức:

2 , , , d V d V

k π π

σ

σ = = = (6-4)

Bài toán kiểm tra bền: Đã có mối ghép, cần xiết chặt với mơ men xoắn T,

chúng ta kiểm tra xem mối ghép có đủ bền hay khơng Bài tốn kiểm tra bền thực theo trình tự sau:

+ Căn vào vật liệu chế tạo bu lông, tra bảng giá trị [σk]

+ Từ đường kính d bu lơng, tra bảng để có giá trị d1

+ Tính lực xiết V theo cơng thức (6-3)

+ Tính ứng suất σ thân bu lông theo công thức (6-4) + So sánh σ [σk], rút kết luận:

Nếu σ > [σk], mối ghép không đủ bền

Nếu σ << [σk] (quá nhỏ hơn), mối ghép dư bền, có tính kinh tế thấp

Nếu σ≤ [σk], mối ghép đủ bền

Tính mơ men xiết cực đại Tmax cho mối ghép, thực sau:

+ Tra bảng để có giá trị d1 [σk]

+ Giả sử tiêu σ≤ [σk] thỏa mãn, ta tính lực xiết cực đại Vmax:

, ] [ 12

max

k

d

V =π σ

+ Tính mơ men xoắn Tmax theo Vmax, sử dụng cơng thức (6-1)

Bài tốn thiết kêú: cho trước ghép, cho biết lực xiết V cần thiết để ép ghép Cần tính đường kính d, chiều dài bu lơng l, mô men xiết T Công việc thiết kế thực theo bước sau:

+ Chọn vật liệu chế tạo bu lơng Tra bảng để có giá trị [σk]

+ Giả sử tiêu tính (6-2) thỏa mãn, ta có:

] [ , k d V σ π ≤ ,

Ta tính đường kính d1C cần thiết:

] [ , k C V d σ π =

+ Tra bảng tìm bu lơng tiêu chuẩn, có đường kính d1≥ d1C

+ Tính mơ men xiết đai ốc theo cơng thức (6-1)

+ Tính chiều dài thân bu lông Bằng tổng chiều dày ghép cộng với chiều dày vòng đệm, chiều cao đai ốc thêm đọan 0,5d

+ Vẽ kết cấu mối ghép Ghi ký hiệu mối ghép bu lơng

6.2.4 Tính mối ghép ren chịu lực ngang

Sau xiết chặt, cho mối ghép chịu lực F, vng góc với đường tâm bu lơng (Hình 6-14)

Nhận xét: Mối ghép không bị

phá hỏng, ghép không bị trượt so với nhau, tức lực ma sát mặt tiếp xúc chúng lớn lực tác dụng, Fms > F,

F F

Hình 6-14: Mối ghép chịu lực ngang

vaì khäng lm hng bu läng, σ≤ [σK]

Bài tốn kiểm tra bền mối ghép chịu lực ngang thực sau:

+ Tra bảng để có giá trị d1 [σk]

+ Giả sử ghép khơng bị trượt, ta tính lực xiết cần thiết Vc:

Fms = Vc.f.i > F lấy Vc.f.i = K.F

Suy ra: Vc = K.F/(f.i)

trong đó: f hệ số ma sát, i số bề mặt tiếp xúc ghép mối ghép, K hệ số tải trọng Có thể lấy K = 1,3 ÷ 1,5

+ Tính ứng suất sinh thân bu lông, 2

1

1

+ So sánh σ [σk], kết luận:

Nếu σ > [σk], mối ghép không đủ bền

Nếu σ << [σk], mối ghép dư bền, có tính kinh tế thấp

Nếu σ≤ [σk], mối ghép đủ bền

Bài toán thiết kêú mối ghép bu lông chịu lực ngang thực sau:

+ Chọn vật liệu chế tạo bu lơng, tra bảng để có [σk]

+ Giả sử ghép khơng bị trượt, tính Vc: Vc = K.F/(f.i)

+ Giả sử bu lơng khơng bị hỏng, tính đường kính cần thiết tiết diện chân ren d1C:

] [

,

1

k C

i f

F K d

σ π =

+ Tra bảng tìm bu lơng tiêu chuẩn, có đường kính chân ren d1≥ d1C Ghi ký hiệu

bu läng

+ Vẽ kết cấu mối ghép

6.2.5 Tính bu lông xiết chặt chịu lực dọc trục

Sau xiết chặt, cho mối ghép chịu lực F, song song với đường tâm bu lơng (Hình 6-15)

Nhận xét: Mối ghép không bị phá hỏng,

khi ghép không bị tách hở, tức mặt tiếp xúc chúng áp suất, p >

F

F

vaì bu läng khäng bë hoíng σ≤ [σK]

Quan sát biến đổi mối ghép:

- Khi xiết mối ghép, lực xiết V làm

ghép bị co lại lượng ∆S; đồng thời phản lực Ft làm thân bu lông bị dãn

một lượng ∆l, ∆l = ∆S

Hình 6-15: Mối ghép chịu lực dọc

- Khi tác dụng lực F dọc trục, lực F chia làm hai phần:

+ Phần F1 = χ.F, cộng thêm với lực Ft, làm bu lông dãn dài thêm lượng

+ Phần F2 = (1-χ).F, triệt tiêu bớt lực xiết V, làm ghép bớt co

Khi ghép vật liệu thép gang, bu lơng thép lấy

χ = 0,2 ÷ 0,3

- Như vậy, sau có lực dọc trục, lực tác dụng lên thân bu lông Ft + χ.F, lực

ép lên ghép V - (1-χ).F

+ Điều kiện để ghép không bị tách hở V - (1-χ).F >

+ Ứng suất thân bu lông gồm hai phần, phần lực xiết, phần

do læûc F1 gáy nãn,

1 , d F d V π χ π

σ = + ; Ft = V

Bài toán kiểm tra bền mối ghep ren chịu lực dc trc, c thc hin

theo trỗnh tổỷ sau:

+ Tra bảng để có giá trị d1 [σk]

+ Giả sử mối ghép không bị tách hở, ta tính lực xiết cần thiết Vc

Vc > (1-χ).F, lấy Vc = K (1-χ).F

K hệ số an tồn, lấy K = 1,3 ÷ 1.5

+ Tính ứng suất thân bu lông, 2

1 , d F d Vc π χ π σ = +

+ So sánh giá trị σ [σk], rút kết luận:

Nếu σ > [σk], mối ghép không đủ bền

Nếu σ << [σk], mối ghép q dư bền, có tính kinh tế thấp

Nếu σ≤ [σk], mối ghép đủ bền

Bài toán thiết kêú mối ghep ren chịu lực dọc trục, thực theo

bước sau:

+ Chọn vật liệu chế tạo bu lông, tra bảng để có [σk]

+ Giả sử ghép khơng bị tách hở, tính Vc, Vc = K (1-χ).F

+ Tính đường kính cần thiết tiết diện chân ren d1C,

] [ ] [ ) ( , k k C F F K d σ π χ σ π χ + − =

+ Tra bảng tìm bu lơng tiêu chuẩn, có đường kính d1≥ d1C

6.2.6 Tính bu lông xiết chặt chịu đồng thời lực dọc lực ngang

Xét mối ghép chịu lực Hình 6-16 Lực F chia thành phần: lực dọc Fd lực

ngang Fn

Nhận xét: Mối ghép không bị phá hỏng, ghép không bị trượt, không bị tách hở, bu lơng khơng bị hỏng Có nghĩa mối ghép phải thỏa mãn điều kiện Fms > Fn

σ≤ [σK]

Áp dụng kết tính tốn mối ghép bu lơng chịu lực ngang, chịu lực dọc, trình bày trên, đêí giải toán phần

Bài toán kiểm tra bền thực theo bước:

+ Tra bảng để có giá trị d1 [σk]

+ Giả sử ghép khơng bị trượt, ta tính lực xiết cần thiết Vc:

Fms = [Vc- (1-χ).Fd].f.i > Fn lấy [Vc-(1-χ).Fd].f.i = K.Fn

Suy ra: Vc = K.Fn/(f.i) + (1- χ).Fd

+ Tính ứng suất sinh thân bu lông, 2

1 , d F d

Vc d

π χ π

σ = +

+ So sánh σ [σk], kết luận:

Nếu σ > [σk], mối ghép không đủ bền

Nếu σ << [σk], mối ghép q dư bền, có tính kinh tế thấp

Nếu σ≤ [σk], mối ghép đủ bền

Bài toán thiết kế thực sau:

+ Chọn vật liệu chế tạo bu lơng, tra bảng để có [σk]

+ Giả sử ghép khơng bị trượt, ta tính lực xiết cần thiết Vc:

Fms = [Vc- (1-χ).Fd].f.i > Fn lấy [Vc-(1-χ).Fd].f.i = K.Fn

Suy ra: Vc = K.Fn/(f.i) + (1- χ).Fd

+ Tính đường kính cần thiết chân ren, ] [ ] [ , k d k c C F V d σ π χ σ π + = Fd F Fn F

+ Tra bảng tìm bu lơng tiêu chuẩn, có đường kính d1≥ d1C Ghi ký hiệu bu lơng 6.3 Tính mối ghép nhóm bu lơng

Cũng mối ghép nhóm đinh tán, ngưịi ta sử dụng nhiều bu lơng mối ghép Khi tải trọng tác dụng lên mối ghép, bu lông mối ghép chịu lực không Song kích thước bu lơng chọn nhau, để thuận tiện cho việc gia công lắp ráp mối ghép

Kích thước chủ yếu mối ghép nhóm bu lơng (Hình 6-17), bước bu lông pb, khoảng cách hai hàng pb1, khoảng cách bu lông đến biên ghép e

e1, lấy tương tự mối ghép đinh tán ghép chồng

Cách giải toán kiểm tra bền thiết kế mối ghép nhóm bu lơng chịu lực, chịu mô men, tiến hành tương tự

như tính mối ghép nhóm đinh tán Chúng ta cần xác định lực Fbmax tác dụng lên bu

lông chịu lực lớn Kiểm tra bền mối ghép thiết kế bu lơng theo lực Fbmax

ny

Khi mối ghép chịu đồng thời nhiều lực mô men, ta xét riêng tác dụng tải trọng để tính ứng suất thành phần Ứng suất tổng cộng tổng ứng suất thành phần

e1

pb1

e

pb

d

b1 b2

Hình 6-17: Kich thước chủ yếu mối ghép nhóm bu lơng

6.4 Xác định ứng suất cho phép

Ứng suất cho phép [σk] bu lơng, vít, vít cấy lấy sau:

- Các bu lông không xiết chịu lực dọc trục, lấy [σk] = 0,6.σch , σch giới hạn chảy

của vật liệu chế tạo bu lông

- Các bu lông xiết chặt chịu tải trọng không đổi,

có kiểm tra lực xiết, lấy [σk] = σch /(1,2÷1,5);

khơng kiểm tra lực xiết, lấy [σk] = σch /(3÷4); - Các bu lơng xiết chặt chịu tải trọng thay đổi,

có kiểm tra lực xiết, [σk] = σch /(1,5÷2,5);

không kiểm tra lực xiết, lấy [σk] = σch /(3ữ4)

CHặNG VII

MỐI GHÉP HAÌN

7.1 Những vấn đề chung 7.1.1 Cách tạo mối hàn - Hai ghép kim loại

ghép với cách nung phần tiếp giáp chúng đến trạng thái chảy, nung phần tiếp xúc chúng đến trạng thái dẻo ép lại với nhau, sau nguội lực liên kết phân tử chỗ tiếp xúc không cho chúng tách rời Mối ghép gọi mối hàn

- Có nhiều phương pháp tạo mối hàn:

+ Hàn hồ quang điện: Dùng nhiệt lựơng lửa hồ quang điện đốt chảy vật liệu ghép chỗ tiếp giáp, đốt chảy vật liệu que hàn để điền đầy miệng hàn Que hàn hàn nối với nguồn điện (Hình 7-1)

+ Hàn hơi: Dùng nhiệt lượng đốt làm nóng chảy vật liệu ghép chỗ tiếp giáp nung chảy dây kim lọai bổ xung để điền đầy miệng hàn (Hình 7-2)

+ Hàn vẩy: Không nung chảy kim loại ghép, mà nung chảy vật liệu que hàn dây kim loại + Hàn tiếp xúc: Nung kim loại chỗ tiếp xúc hai ghép đến trạng thái dẻo

bằng lượng dịng điện cơng lực ma sát, ép chúng lại với lực ép lớn (Hình 7-3)

Hỗnh 7-2: Phổồng phaùp haỡn hồi

Hình 7-3: Phương pháp hàn tiếp xúc

l

7.1.2 Các loại mối hàn

Tùy theo cơng dụng, vị trí tương đối ghép, hình dạng mối hàn, người ta phân chia mối hàn thành loại sau:

- Mối hàn chắc: dùng để chịu tải trọng,

- Mối hàn kín: dùng để chịu tải trọng

k

n

ld1

b2 ln1 ld2

b1

Hình 7-5: Mối hàn chồng

S1

S2 C

n

a

b

Hình 7-6: Mối hàn góc

- Mối hàn giáp mối: đầu hai ghép tiếp giáp nhau, hàn thấu hết chiều dày ghép (Hình 7-4)

a b

- Mối hàn chồng: hai

ghép có phần chồng lên (Hình 7-5),

- Mối hàn góc: hai ghép khơng nằm song song với nhau, thường có bề mặt vng góc với Mối hàn góc có hai loại: mối hàn góc theo kiểu hàn giáp mối (Hình 7-6, a), mối hàn góc theo kiểu hàn chồng (Hình 7-6, b)

Hình 7-7: Mối hàn điểm mối hàn đường

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

- Mối hàn xiên: phương mối hàn không song song khơng vng góc với phương lực tác dụng

- Mối hàn điểm: mối hàn tiếp xúc, dùng để hàn tầm ghép mỏng, điểm hàn thường có dạng hình trịn (Hình 7-7, a)

- Mối hàn đường: mối hàn tiếp xúc, dùng để hàn ghép mỏng, mối hàn đường liên tục (Hình 7-7, b)

7.1.3 Các kích thước chủ yếu mối hàn - Chiều dầy ghép S1, S2 , mm

- Chiều rộng ghép b1, b2 , mm - Chiều dài mối hàn l, mm

- Chiều dài mối hàn dọc ld, mm - Chiều dài mối hàn ngang ln, mm

- Chiều rộng mối hàn chồng k, mm Thông thường lấy k = Smin

- Chiều dài phần chồng lên mối hàn chồng C, mm, thường lấy C ≥ 4Smin 7.2 Tính mối hàn giáp mối

- Khi chịu tải, mối hàn giáp mối bị phá hỏng tiết diện chỗ miệng hàn tiết diện kề sát miệng hàn

- Hai ghép ghép với mối hàn giáp mối, sau hàn xong coi nguyên Các dạng hỏng mối hàn giáp mối, giống dạng hỏng nguyên Khi chịu uốn mối hàn bị gãy, chịu xoắn mối hàn bị đứt Mối hàn tính tốn theo điều kiện bền

σ≤ [σ]’, τ≤ [τ]’

trong σ τ: ứng suất sinh mối hàn, xác định theo công thức sức bền vật liệu nguyên chịu tải

[σ]’ [τ]’: ứng suất cho phép mối hàn

[σ]’ = ϕ.[σ] [τ] = ϕ.[τ] [σ] [τ]: ứng suất cho phép nguyên

7.3 Tính mối hàn chồng

7.3.1 Sự phá hỏng mối hàn chồng tiêu tính tốn - Mối hàn chồng có ba loại tiết diện ngang khác

nhau (Hình 7-8), ứng với đường mối hàn hàn bình thường, đường mối hàn lõm, đường mối hàn lồi Mối hàn bình thường dùng rộng rãi Mối hàn lồi gây tập trung ứng suất Mối hàn lõm giảm tập trung ứng suất

nhưng phải qua gia công tạo n

1

3 k

n

Hình 7-8: Tiết diện ngang mối hàn chồng - Khi chịu loại tải trọng nào, mối hàn chồng

cũng bị cắt đứt theo tiết diện pháp tuyến n-n, ứng suất tiết diện nguy hiểm ứng suất cắt τ Do điều kiện bền mối hàn viết:

τ≤ [τ]’ (7-1)

trong τ ứng suất cắt sinh mối hàn, [τ]' ứng suất cắt cho phép

mối hàn

Bất đẳng thức (7-1) tiêu dùng để tính tốn kiểm tra bền thiết kế mối hàn

7.3.2 Tính mối hàn chồng chịu lực

Xét mối hàn chồng chịu lực kéo F, trình bày Hình 7-9 Nhận xét

ld1

b2 ln1 ld2

b1

F F

- Dưới tác dụng lực F, ứng suất sinh mối hàn ngang thường lớn mối hàn dọc, mối hàn dọc ứng suất phân bố không dọc theo mối hàn

- Để đơn giản cho việc tính tốn, trường hợp ld ≤

50.k người ta coi ứng suất

phân bố mối hàn dọc, ứng suất τd mối hàn dọc coi

bằng ứng suất τn mối hàn ngang Sai số giả thiết bù lại

cách chọn hợp lý giá trị ứng suất cho phép mối hàn

- Có thể viết phương trình cân nội lực ngoại lực F = Fd1 + Fd2 + Fn1 + Fn2

Fd1 = τ.k.cos450.ld1

Fd2 = τ.k.cos450.ld2

Fn1 = τ.k.cos450.ln1

Fn2 = τ.k.cos450.ld1

- Từ phương trình trên, lấy gần cos450 = 0,7 , ta có cơng thức tính ứng suất τ

sinh mối hàn chồng:

) (

7 ,

0 k ld1 ld2 ln1 ln2 F

+ + + =

τ (7-2)

Kiểm tra bền mối hàn chồng chịu lực

Đã có mối hàn với đầy đủ kích thước, lực tác dụng F, cần phải kết luận xem mối hàn có đủ bền hay khơng Các bước tính tốn theo trình tự sau:

- Xác định ứng suất cho phép [τ], cách tra bảng tính theo cơng thức kinh nghiệm

- Xác định kích thước l k mối hàn Kiểm tra điều kiện ld≤ 50k - Tính ứng suất sinh mối hàn theo công thức (7-2)

- So sánh τ [τ]', rút kết luận:

+ Nếu τ > [τ]', mối ghép không đủ bền, bị hỏng trình làm việc

+ Nếu τ nhỏ [τ]', mối ghép dư bền, có tính kinh tế khơng cao

+ Nêu τ≤ [τ]', độ lệch không nhiều lắm, mối ghép đủ bền có tính kinh tế cao

Thiết kế mối hàn chồng chịu lực

Chúng ta có ghép, biết lực tác dụng, cần phải vẽ kết cấu mối hàn Các bước tính tốn theo trình tự sau:

- Xác định ứng suất cho phép [τ]', cách tra bảng tính theo cơng thức

kinh nghiệm

'

2

] [ ) (

7 ,

0 k ld +ld +ln +ln ≤ τ F

, hay [ ]'

7 ,

0 kΣli ≤ τ F

Suy '

] [ , kτ

F li = Σ

- Chia chiều dài tổng Σli thành mối hàn dọc mối hàn ngang Các mối hàn

dọc phải chọn cho chiều dài ldi ≤ 50k Các mối hàn ngang phải chọn cho

chiều dài lni≤ bmin - Vẽ kết cấu mối hàn

7.3.3 Tính mối hàn chồng chịu mô men uốn mặt phẳng ghép

Xét mối hàn chồng chịu mô men uốn M, biểu diễn Hình 7-10

ld1

ln1 b1

M

ld2

O r1

r2 Nhận xét

- Khi chịu mô men uốn M, mối

hàn có xu hướng xoay quanh trọng tâm O Ứng suất phân bố dọc theo mối hàn không nhau, phương ứng suất điểm vng góc với bán kính kẻ từ tâm O đến điểm xét Gía trị ứng suất

tỷ lệ với độ lớn bán kính Hình 7-10: Mối hàn chồng chịu mô men

- Song để đơn giản cho việc tính tốn, với mối hàn có chiều dài ldi≤ 50k người ta

coi ứng suất τd mối hàn dọc phân bố có phương dọc theo mối hàn

Cịn ứng suất τn mối hàn ngang phân bố giống quy luật phân bố ứng

suất uốn có tiết diện hình chữ nhật 0,7k×ln Người ta giả thiết

τn = τd = τ Sai số giả thiết bù lại cách chọn giá trị ứng suất

cho phép mối hàn thích hợp

- Với giả thiết trên, ta viết phương trình cân ngoại lực nội lực mối hàn là:

M = Md1 + Md2 + Mn1 + Mn2

Md2 = τ.ld2.0,7k.r2

Mn1 =

6 , n l k τ

Mn2 =

6 , 2 n l k τ

- Từ phương trình cân trên, ta tính ứng suất mối hàn chịu mơ men ) 6 ( , 2 2 1 n n d d l l r l r l k M + + + =

τ (7-3)

Kiểm tra bền mối hàn chịu mô men uốn M

Ta có mối hàn với đầy đủ kích thước, biết giá trị mơ men M, cần kiểm tra xem mối hàn có đủ bền hay khơng Các bước tính tốn theo trình tự sau:

- Xác định ứng suất cho phép [τ]', cách tra bảng tính theo cơng thức

kinh nghiệm

- Xác định kích thước chiều dài li k mối hàn, xác định khoảng cách r1

và r2 mối hàn dọc Kiểm tra điều kiện ld≤ 50k

- Tính ứng suất sinh mối hàn theo công thức (7-3)

- So sánh τ [τ]', rút kết luận:

+ Nếu τ > [τ]', mối ghép không đủ bền

+ Nếu τ nhỏ [τ]', mối ghép q dư bền, có tính kinh tế thấp

+ Nêu τ≤ [τ]', độ lệch không nhiều lắm, mối ghép đủ bền có tính kinh tế cao

Thiết kế mối hàn chịu mô men M

Cóï ghép, biết mơ men tải trọng M, cần phải vẽ kết cấu mối hàn Các bước tính tốn theo trình tự sau:

- Xác định ứng suất cho phép [τ]’, cách tra bảng tính theo cơng thức

kinh nghiệm

- Xác định kích thước k mối hàn, lấy k ≤ Smin - Giả sử tiêu (7-1) thỏa mãn, ta có

2 ' 2 2 1 ] [ ) 6 ( , τ ≤ + +

+ n n

d d l l r l r l k M

min

2

1 '

2 )] 6 ( ] [ , [

b l l k

M

ld ≥ − n + n

Σ

τ

- Chia chiều dài tổng Σld thành mối hàn dọc, phải đảm bảo ldi≤ 50k - Vẽ kết cấu mối hàn

Ghi chú: Có thể tính thiết kế mối hàn chồng chịu mô men, phương pháp

gần dần sau: ta chọn sơ kích thước chiều dài mối hàn, vẽ kết cấu, kiểm tra bền Nếu dư bền giảm chiều dài, vẽ lại kiểm tra tiếp Nếu thiếu bền tăng chiều dài, vẽ lại kiểm tra tiếp Đến vừa đủ bền, vừa đảm bảo tính kinh tế cao dừng Vẽ kết cấu xác mối hàn

7.3.4 Tính mối hàn chồng chịu đồng thời lực mô men mặt phẳng ghép

Tính mối hàn chồng chịu đồng thời lực F mô men uốn M, thực sau:

+ Sử dụng giả thiết tính ứng suất τF tác động riêng lực F, dùng công

thức (7-2)

+ Tính ứng suất τM tác động riêng mô men M, dùng công thức (7-3) + Ứng suất cực đại mối hàn tổng hai ứng suất thành phần:

τ = τF + τM (7-4)

Trình tự làm toán kiểm tra bền toán thiết kế tương tự phần 7.3.3

Ứng suất cho phép mối hàn chồng [τ]' lấy sau: + Hàn hồ quang tay, lấy [τ]' = 0,6.[σk];

+ Hàn tự động lớp thuốc hàn, lấy [τ]' = 0,65.[σk]

Trong [σk] ứng suất kéo cho phép ghép

Có thể lấy [σk] = σch / (1,5 ÷ 1,8) 7.4 Tính mối hàn góc

- Mối hàn góc hàn theo kiểu giáp mối tính tương tự tính mối hàn giáp mối

7.5 Tính mối hàn tiếp xúc

- Mối hàn tiếp xúc theo kiểu hàn giáp mối tính tương tự tính mối hàn giáp mối

- Mối hàn tiếp xúc hàn điểm dùng để ghép có chiều dầy nhỏ, dầy không lần Điểm hàn thường có dạng hình trịn, đường kính d Kích thước điểm hàn chọn sau (Hình 7-11):

d = 1,2.S + mm, S ≤ mm d = 1,5.S + mm, S > mm t = 3d, t1= 2d, t2= 1,5d

Mối hàn điểm tính tương tự tính mối ghép đinh tán

' [ ]

4

τ

π τ = ≤

d i z

F

Trong F lực tác dụng, i số tiết diện chịu cắt, z số điểm hàn, [τ]’ ứng suất cho phép

mối hàn

- Mối hàn hàn đường (Hình 7-12)

dùng ghép mỏng yêu cầu kín Ứng suất sinh mối hàn ứng suất cắt, điều kiện bền mối hàn viết sau:

'

] [ τ

τ = ≤ l a

F

Trong a chiều rộng l chiều dài mối hàn

^ ” ]

d S

t2

t1 t

Hình 7-11: Mối hàn điểm

a

l

S

CHỈÅNG VIII

MỐI GHÉP ĐỘ DÔI

8.1 Những vấn đề chung 8.1.1 Giới thiệu mối ghép độ dôi

50

φ50

6

s H

1

Mối ghép độ dôi dùng để lắp ghép chi tiết dạng trục 1, với chi tiết dạng lỗ (cịn gọi chi tiết bạc), nhờ độ dơi hai kích thước

Cách biểu diễn mối ghép độ dơi Hình 8-1 Kiểu lắp trụ trơn H7/s6: kích thước đường kính trục dT lớn kích thước đường

kính lỗ dL

dTmax = 50 + es

dTmin = 50 + ei

Hình 8-1: Mối ghép độ dơi

dLmax = 50 + ES

ES, es sai lệch lỗ trục EI, ei sai lệch lỗ trục Trong mối ghép có ei>ES

Lượng chênh lệch kích thước trục kích thước lỗ độ dôi N N = dT - dL

Do kích thước trục kích thước lỗ có dung sai, nên độ dơi N có dung

sai ITN = Nmax - Nmin

Nmax= es - EI (8-1)

Nmin= ei - ES (8-2)

8.1.2 Phương pháp lắp ghép tạo mối ghép độ dôi

Để có mối ghép độ dơi, ta cần phải lắp chi tiết trục vào lỗ chi tiết bạc Cơng việc lắp ghép thực theo phương pháp sau:

- Phương pháp lắp ép Phương pháp lắp ép thực nhiệt độ bình thường Dùng lực lớn ép trục vào lỗ Lúc trục bạc bị biến dạng, kích thước dT giảm đi,

và kích thước dL tăng lên, trục

lắp vào lỗ bạc Sau lắp xong, biến dạng đàn hồi, trục ln có xu hướng nở bạc có

xu hướng co lại Trên bề mặt tiếp xúc trục bạc có áp suất p Tạo nên áp lực Fn, có lực ma sát Fms

Lực Fms cản trở chuyển động trượt tương đối chi tiết trục chi tiết bạc

Đây lực liên kết mối ghép

Phương pháp lắp ép có ưu điểm: lắp ghép đơn giản, dễ thực hiện, giá thành rẻ

Nhưng có nhược điểm: cần phải dùng lực lớn, dễ làm nứt chi tiết bạc, bóp méo chi tiết trục rỗng San đỉnh nhấp nhô, làm giảm độ dôi mối ghép

Phương pháp lắp thường dùng mối ghép có độ dơi N nhỏ

dL dT

Hình 8-2: Tạo mối ghép độ dôi

d p

- Phương pháp lắp nung nóng Đốt nóng chi tiết bạc với nhiệt độ cao, bạc bị dãn nở nhiệt, kích thước dL tăng lên Người ta tính tốn nhiệt độ nung nóng cho

dL xấp xỉ dT Khi dL đủ lớn, ta tiến hành lắp trục vào lỗ bạc Sau

nguội, bạc co lại ép lên bề mặt trục, tạo lực ma sát, liên kết hai chi tiết với Phương pháp lắp nung nóng có ưu điểm: lắp ghép nhẹ nhàng, khơng san đỉnh nhấp nhơ

Có khuyết điểm: cần thiết bị đốt nóng chi tiết bạc, dễ làm cháy bề mặt bạc, làm biến dạng chi tiết bạc

Phương pháp lắp thường dùng mối ghép có độ dơi lớn, cho phép nung nóng chi tiết bạc

- Phương pháp lắp làm lạnh Làm lạnh chi tiết trục, trục co lại, kích thước dT giảm

xuống Người ta tính tốn nhiệt độ làm lạnh, cho dT xấp xỉ dL Khi dT

đủ nhỏ, ta tiến hành lắp trục vào lỗ Sau trở lại nhiệt độ môi trường, trục nở ra, ép lên bề mặt lỗ, tạo lực ma sát, liên kết hai chi tiết với

Phương pháp lắp làm lạnh có ưu điểm: khơng san đỉnh nhấp nhô, không làm cháy bề mặt bạc, lắp ghép nhẹ nhàng

Nhưng có nhược điểm: cần thiết bị làm lạnh sâu, đắt, khó làm lạnh chi tiết trục lớn

Phương pháp lắp làm lạnh thường dùng với mối ghép quan trọng, có độ dơi khơng lớn

Mối quan hệ thay đổi nhiệt độ lượng dãn nở kích thước đường kính xác định theo công thức sau:

3

10

− ∆ = ∆

d d

α θ

Trong ∆θ lượng chênh lệch nhiệt độ, nung nóng làm lạnh, 0C

∆d lượng tăng giảm kích thước đường kính d, mm

α hệ số dãn nở nhiệt vật liệu Với thép lấy α = 12.10-16 mm/mm.0C ,

với gang lấy α = 10,5.10-16 mm/mm.0C

8.1.3 Kích thước chủ yếu mối ghép độ dôi

Mối ghép độ dơi xác định kích thước chủ yếu sau đây:

- Chiều dài l chi tiết bạc, mm

- Đường kính ngồi bạc d2, mm - Đường kính trục d1, mm

- Kiểu lắp mối ghép trụ trơn (ví dụ H7/s6) Từ kiểu lắp tính độ dôi lớn Nmax độ dôi

nhỏ Nmin

- Độ nhám bề mặt trục mặt

lỗ bạc Được đánh giá qua chiều cao nhấp nhơ trung bình Rz1 Rz2

l

d2

d1 d

Hình 8-4: Kích thước mối ghép độ dơi

8.2 Tính mối ghép độ dơi

8.2.1 Các dạng hỏng tiêu tính tốn mối ghép độ dơi

Trong trình lắp ghép chịu tải, mối ghép độ dơi bị hỏng Các dạng hỏng thường gặp là:

- Dập bề mặt tiếp xúc trục bạc

- Nứt vỡ chi tiết bạc

- Trục rỗng bị bóp méo

- Khi chịu tải, bạc trục trượt tương đối so với

Để tránh dạng hỏng nêu trên, mối ghép độ dôi phải thỏa mãn hai điều kiện đây, tiêu dùng để tính tốn mối ghép độ dơi:

pmax≤[p] (8-3)

Fms > F, để đảm bảo an toàn, thường lấy Fms≥ K.F (8-4)

Trong âoï:

K hệ số tải trọng, lấy K = 1,5 ÷ 3, giá trị K chọn tuỳ thuộc vào mức độ quan trọng mối ghép

Fms lực ma sát lớn có bề mặt tiếp xúc trục bạc

F lực tác dụng lên mối ghép

pmax áp suất lớn bề mặt tiếp xúc hai chi tiết

8.2.2 Tính mối ghép độ dơi chịu mô men xoắn

Lý thuyết chung

Quan hệ áp suất p bề mặt tiếp xúc mối ghép độ dôi N xác định theo cơng thức lý thuyết tính tốn ống dày Sức bền vật liệu:

⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + = 2 1 E C E C d N

p (8-5)

⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + = 2 1 E C E C d p

N (8-6)

Trong âọ

E1 E2 mơ đun đàn hồi vật liệu trục bạc

µ1 µ2 hệ số Pốt xơng vật liệu trục bạc

Kích thước d, d1, d2 Hình 8-4

Lực ma sát lớn bề mặt tiếp xúc tính sau: Fms = p.πdl.f

Trong f hệ số ma sát bề mặt tiếp xúc Nếu dùng phương pháp lắp ép, lấy f = 0,08

Nếu lắp nung nóng, làm lạnh, lấy f = 0,14 Trong phạm vi biến dạng đàn hồi, sơ đồ

phân bố ứng suất theo phương hướng tâm σr theo

hướng tiếp tuyến σt, chi tiết trục bạc

trình bày Hình 8-5 Sử dụng cơng thức Lamê ống dày, tính ứng suất tương đương theo thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất, ta tính áp suất tới hạn chi tiết trục pth1 chi tiết bạc

pth2 pth áp suất lớn có bề mặt tiếp

xúc, mà chi tiết chưa bị phá hỏng

2 2 1 2d d d

pth ch

− =σ 2 2 2 2d d d

pth =σch −

σch1 σch2 giới hạn chảy vật liệu làm trục, vật liệu chế tạo bạc

2 2 2 2 2 2

1 µ , +µ

− + = − − + = d d d d C d d d d C σr σt σt

Hình 8-5: Phân bố ứÏng suất trục bạc

Trong phạm vi biến dạng đàn hồi, theo định luật Húc, ta tính lượng thay đổi đường kính d1 d2:

Bài tốn kiểm tra bền:

Đầu bài: có mối ghép với kích thước, vật liệu; biết tải trọng tác dụng lên mối ghép Tải trọng lực dọc trục Fa, mơ men xoắn T, hai

Kiểm tra xem mối ghép có thoả mãn tiêu tính tốn hay khơng Bài toán tiến hành theo bước sau:

(8-8) 2 2 2 2 2 1 , d d d E pd d d d d E pd d − = ∆ − = ∆

- Căn vào vật liệu, cách nhiệt luyện, chất lượng bề mặt chi tiết trục bạc, tra bảng để xác định E1, E2, µ1, µ2, f, RZ1, RZ2, σch1, σch2, ei, es, EI, ES, K, - Xác định [p]: tính giá trị pth1 pth2 theo công thức (8-7) Lấy [p] = min(pth1, pth2) - Xác định pmax theo công thức (8-5), Nmax tính theo cơng thức (8-1)

- Kiểm tra tiêu (8-3), cách so sánh pmax [p],

Nếu pmax ≤ [p], mối ghép đủ bền

Nếu pmax > [p], mối ghép không đủ bền, bị hỏng trình lắp ghép - Tính lực ma sát bề mặt tiếp xúc: Fms = pmin.πdl.f

trong pmin tính theo cơng thức (8-5), Nmin tính theo cơng thức (8-2)

Nếu dùng phương pháp lắp ép, lấy Nmin = ei - ES - (RZ1 + RZ2)

- Tênh lỉûc tạc dủng F:

Nếu tải trọng lực dọc trục, lấy F = Fa

Nếu tải trọng mô men xoắn, lấy F = 2.T/d

Nếu tải trọng hai, lấy 2

2

2

d T F

F = a +

- Kiểm tra tiêu (8-4), cách so sánh Fms F, rút kết luận:

Nếu Fms≥ KF, ghép không bị trượt tương đối so với nhau,

Nếu Fms < KF, mối ghép chưa thoả mãn tiêu chống trượt

- Nếu mối ghép đồng thời thỏa mãn hai tiêu 8-3 8-4, mối ghép đảm bảo chất lượng tốt

- Nếu kích thước d1, d2 tham gia vào mối ghép khác, phải tính ∆d1, ∆d2

theo công thức (8-8), kiểm tra xem có làm hỏng mối ghép hay khơng

Bài toán thiết kêú:

Bài toán tiến hành theo bước sau:

- Căn vào vật liệu, cách nhiệt luyện, chất lượng bề mặt chi tiết trục bạc, tra bảng để xác định E1, E2, µ1, µ2, f, RZ1, RZ2, σch1, σch2, K,

- Xác định [p]: tính giá trị pth1 pth2 theo cơng thức (8-7) Lấy [p] = min(pth1, pth2) - Giả sử tiêu (8-3) thỏa mãn, ta có: pmax≤ [p], theo cơng thức (8-6) ta tính

⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + ≥ 2 1

max [ ]

E C E C d p

N (8-9)

- Tênh læûc tạc dủng F:

Nếu tải trọng lực dọc trục, lấy F = Fa

Nếu tải trọng mô men xoắn, lấy F = 2.T/d Nếu tải trọng hai, lấy 2

2

2

d T F

F = a +

- Giả sử tiêu (8-4) thỏa mãn, ta có pmin.πdl.f ≥ KF, hay

f dl KF p

min ≥π , theo

công thức (8-6) ta tính ⎟⎟

⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + ≥ 2 1 E C E C f l KF N

π (8-10)

- Tra bảng kiểu lắp ưu tiên, sau kiểu lắp khơng ưu tiên, để tìm kiểu lắp thích hợp nhất, cho es - EI ≤ Nmax thỏa mãn điều kiện (8-9)

ei - ES ≥ Nmin thỏa mãn điều kiện (8-10)

Các kiểu lắp ưu tiên: H7/n6 , H7/p6 , H7/r6 , H7/s6 , N7/h6 , P7/h6 Các kiểu không ưu tiên: H7/n7 , H8/s7, H7/s7 , H7/t7 , H7/u7 , R7/h6 , S7/h6 , T7/h6 , U8/h7

- Nếu kích thước d1, d2 tham gia vào mối ghép khác, phải tính ∆d1, ∆d2

theo cơng thức (8-8), kiểm tra xem có làm hỏng mối ghép hay khơng

CHỈÅNG IX

MỐI GHÉP THEN, THEN HOA VAÌ TRỤC ĐỊNH HÌNH

9.1 Mối ghép then

9.1.1 Giới thiệu mối ghép then

Mối ghép then dùng để cố định chi tiết máy trục theo phương tiếp tuyến, truyền tải trọng từ trục đến

chi tiết máy lắp trục ngược lại Ví dụ: dùng để ghép bánh răng, bánh vít, bánh đai, bánh đà, đĩa xích trục

2

d

B

Hình 9-1: Mối ghép then

3

l

Các mối ghép then thường dùng thực tế:

+ Mối ghép then bằng, biểu diễn Hình 9-1, dùng để cố định bạc theo phương tiếp tuyến

trên Hình 9-2 Then vừa truyền mơ men xoắn, vừa dẫn hướng cho bạc di chuyển dọc trục

+ Mối ghép then bán nguyệt, Hình 9-3 Khi trục bị uốn cong, bạc then không bị xoay theo

+ Mối ghép then vát, biểu diễn Hình 9-4 Then có mặt cơn, chêm vào rãnh then trục bạc Mối ghép cố định bạc trục theo phương tiếp tuyến phương dọc trục

+ Mối ghép then ma sát, trình bày Hình 9-5 Then ma sát có hình dạng gần giống then vát, mặt cơn, mặt trụ ơm lấy trục, trục khơng có rãnh then

+ Mối ghép then tiếp tuyến

Hình 9-5: Mối ghép then ma sát

cän 1:100

Hình 9-2: Mối ghép then dẫn hướng Hình 9-3: Mối ghép then bán nguyệt

Hình 9-4: Mối ghép then vát

Các mối ghép then chia làm hai nhóm Các nhóm có cách lắp ghép nguyên lý liên kết khác nhau:

- Then ghép lỏng, bao gồm: then bằng, then dẫn hướng then bán nguyệt Then nằm rãnh then trục bạc, đóng vai trị chốt ngăn cản chuyển động xoay tương đối trục bạc

- Then ghép căng, bao gồm: then vát, then ma sát, then tiếp tuyến Then ghép căng tạo nên áp suất lớn bề mặt tiếp xúc bạc trục, tạo lực ma sát Lực ma sát lực liên kết, cản trở trượt tương đối bạc trục

Chương tập trung giới thiệu then ghép lỏng, đặc biệt mối ghép then bằng, dùng nhiều

Mối ghép then bao gồm chi tiết bạc (hay mayơ) 1, chi tiết trục 2, then (Hình 9-1) Then chi tiết quan trọng, dùng để liên kết trục bạc

- Trên bạc có rãnh then, gia cơng phương pháp xọc, bào

- Rãnh then trục gia cơng dao phay ngón, dao phay đĩa Rãnh then gia cơng dao phay đĩa gây tập trung ứng suất so với gia công dao phay ngón

b h

b

Hình 9-6: Then đầu trịn then đầu bằng

l

- Then thường làm kim lọai, dạng thẳng, tiết diện ngang hình chữ nhật b×h Tiết diện then tiêu chuẩn hóa, then bình thường theo TCVN 2261-77, then cao theo TCVN 2218-86, chọn tùy theo đường kính trục Chiều dài l then chọn tùy thuộc vào chiều dài chi tiết máy lắp trục (mayơ)

h1

B

d l

h2

- Then có hai loại (Hình 9-6), loại đầu trịn thường lắp với rãnh then gia cơng dao phay ngón, loại đầu lắp với rãnh then gia công dao phay đĩa

Hình 9-7: Kích thước của Mối ghép then bằng

9.1.2 Các kích thước chủ yếu mối ghép then

Kết cấu mối ghép then xác định qua số kích thước chủ yếu sau:

- Đường kính trục, ký hiệu d, mm

- Chiều rộng bạc, ký hiệu B, mm

- Chiều dài then, ký hiệu l, mm Thường lấy chiều dài l = 0,8.B

- Chiều rộng then, ký hiệu b, mm

- Chiều cao then, h, mm Chiều cao then nằm rãnh trục h1, nằm

trong rãnh bạc h2 Mối ghép thường sử dụng có h1≥ h2

- Chiều sâu rãnh then trục lấy h1, chiều sâu rãnh then bạc lấy lớn

hơn h2 lượng từ (0,5 ÷ 3) mm, tùy theo giá trị h - Thông thường then lắp với rãnh

trục theo kiểu lắp N9/h9, trường hợp sản xuất đơn dùng kiểu lắp P9/h9

- Thông thường then lắp với rãnh bạc theo kiểu lắp JS9/h9, trường

hợp l > 2.d nên dùng kiểu lắp D10/h9 Để đảm bảo sức bền cho trục then, kích thước b h phải chọn theo đường kính d Ví dụ Bảng 9-1 cho giá trị kích thước chiều rộng b

chiều cao h then theo đường kính d trục:

Đường kính trục d, mm

Chiều rộng b

Chiều cao h 14 ÷ 18

19 ÷ 24 25 ÷ 30 31 ÷ 36 37 ÷ 42

5 10 12

5 8 Bảng 9-1: Kích thước tiết diện then

9.1.3 Tính mối ghép then

- Khi mối ghép chịu tải, then bị hỏng dập bề mặt tiếp xúc then rãnh then, cắt đứt then qua tiết diện b×l

- Điều kiện để tránh dạng hỏng mối ghép then là:

σd ≤ [σd], vaì τc≤ [τc] (9-1)

- σd: ứng suất dập bề mặt tiếp xúc then rãnh bạc xác định

theo công thức:

2

h l d

T K

d =

σ (9-2)

Trong đó: K hệ số tải trọng, lấy k = 1÷ 1,3

T mô men xoắn tác dụng lên mối ghép, Nmm

- [σd] ứng suất dập cho phép, giá trị [σd] chọn sau:

Then hộp giảm tốc, làm việc với chế độ nặng, lấy 50 ÷ 70 MPa

Then hộp giảm tốc, làm việc với chế độ trung bình, lấy 130 ÷ 180 MPa

- τc ứng suất cắt tiết diện then, ứng suất cắt xác định theo công thức:

b l d

T K

c

=

τ (9-3)

- [τc] ứng suất cắt cho phép, giá trị chọn sau:

Khi mối ghép chịu tải trọng tĩnh, lấy [τc] = 130 MPa

Khi mối ghép chịu tải trọng va đập nhẹ, lấy [τc] = 90 MPa

Khi mối ghép chịu tải trọng va đập mạnh, lấy [τc] = 50 MPa

Bài toán kiểm tra mối ghép then bằng thực sau:

+ Xác định ứng suất cho phép [σd] [τc]

+ Tính ứng suất dập σd ứng suất cắt τc theo công thức 9-2 9-3

+ So sánh giá trị σd với [σd] τc với [τc], rút kết luận

Bài toán thiết kế mối ghép then bằng thực sau:

+ Xác định ứng suất cho phép [σd] [τc]

+ chọn kích thước b h then theo đường kính trục d

+ Giả sử tiêu τc ≤ [τ] thỏa mãn, kết hợp với cơng thức 9-3 ta tính

] [ c

ct

b d

KF l

τ

≥ (9-4)

Nếu lct≤ 0,8B, ta lấy chiều dài then l = 0,8B

Nếu 0,8B < lct≤ 1,4B, ta làm hai then, chiều dài then l1 = 0,8B

Nêu lct > 1,4B, không nên dùng mối ghép then, nên dùng mối ghép then hoa

+ Tính ứng suất dập theo công thức 9-2, so sánh với ứng suất dập cho phép, xem mối ghép có đủ sức bền dập hay không Nếu không đủ, phải điều chỉnh lại kích thước then

9.2 Mối ghép then hoa

9.2.1 Giới thiệu mối ghép then hoa

- Có thể coi mối ghép then hoa mối ghép then gồm có nhiều then làm liền với trục Mối ghép then hoa thường dùng tải trọng lớn, yêu cầu độ đồng tâm trục bạc cao, cần di trượt bạc dọc trục (Hình 9-8)

- Trục có z then phân bố chu vi, có hình dạng giống bơng hoa, nên gọi trục then hoa Tiết diện ngang then trục hình chữ nhật, hình thang, hình thân khai (Hình 9-9)

b

h

Hình 9-8: Mối ghép then hoa

l Hình 9-9: Các dạng tiết

diện then

B

D

d d1

Hình 9-11: định tâm theo ng kớnh ngoi D

D

Hỗnh 9-10: Baûc then hoa

- Bạc then hoa có z rãnh then, tương ứng với trục then hoa, hình dạng mặt cắt ngang rãnh giống hình dạng tiết diện then (Hình 9-10)

- Tạo mối ghép cách lồng bạc then hoa vào trục then hoa Để đảm bảo độ đồng tâm trục bạc then hoa, thực theo cách sau:

+ Định tâm theo đường kính ngồi D Mặt trụ đường kính D gia cơng xác cao, hai mặt khơng có khe hở (Hình 9-11) Do kích thước D lớn d nên dễ đạt độ xác đồng tâm cao Nhưng rãnh then may khơng mài Do kiểu định tâm không dùng may cần có độ rắn bề mặt cao Tải trọng phân bố then không

+ Định tâm theo đường kính d Mặt trụ có đường kính d gia cơng xác, hai mặt khơng có khe hở (Hình 9-12) Kiểu đạt độ xác đồng tâm tương đối cao Rãnh trục mài, phương pháp dùng yêu cầu độ rắn bề mặt trục bạc then hoa cao Tải trọng phân bố không then Kiểu định tâm dùng phổ biến thực tế

+ Định tâm theo cạnh bên Mặt bên then tiếp xúc với rãnh then, mặt trụ có đường kính D, đường kính d có khe hở (Hình 9-13) Độ xác đồng tâm trục bạc khơng cao Cần phải đảm bảo xác bước then, tải trọng phân bố then Kiểu định tâm dùng mối ghép chịu tải trọng lớn, u cầu độ xác đồng tâm khơng cao

Hỗnh 9-13: ởnh tỏm theo màt bãn ca then

d

Hình 9-12: Định tâm mặt trụ trong, đương kính d

9.2.2 Kích thước chủ yếu mối ghép then hoa

Then hoa chi tiết máy tiêu chuẩn hóa, kích thước tính theo đường kính d, tra sổ tay thiết kế khí Các kích thước chủ yếu mối ghép gồm (Hình 9-8 9-10):

- Đường kính trục then hoa, ký hiệu d, mm

- Đường kính ngồi trục then hoa ký hiệu D, mm

- Đường kính trung bình trục then hoa d1, d1 = (d+D)/2 - Chiều rộng mayơ, ký hiệu B, mm

- Chiều dài trục then hoa l, thường lớn chiều rộng B bạc

- Số then trục z

- Kích thước tiết diện then, gồm chiều cao then h chiều rộng then b

- Chiều rộng mayơ, ký hiệu B, mm

Kiểu lắp mối ghép then hoa vẽ ghi sau: Ví dụ, kiểu lắp then hoa bạc ghi: D - × 52 × 58

7

f

H ×

10

f F

, Trong âoï:

+ Chữ D biểu thị bề mặt định tâm theo đường kính ngồi D; định tâm theo đường kính d ghi chữ d, định tâm theo chiều rộng then b, ghi chữ b

+ Số biểu thị số then trục then hoa z =

+ Số 52 biểu thị giá trị đường kính d = 52mm, định tâm theo đường kính cần ghi kèm theo kiểu lắp

+ Số 58 biểu thị đường kính D = 58mm, kèm theo kiểu lắp đường kính ngồi trục then hoa với bạc then hoa

+ Số 10 biểu thị chiều rộng b = 10mm, kèm theo kiểu lắp với rãnh then bạc

9.2.3 Tính mối ghép then hoa

- Khi chịu tải trọng, mối ghép then hoa thường bị hỏng dập bề mặt tiếp xúc then rãnh bạc Đối với mối ghép có bạc di trượt dọc trục, bề mặt tiếp xúc bị mòn

- Để hạn chế dạng hỏng, mối ghép then hoa tính tốn theo tiêu:

σd≤ [σd]

- σd ứng suất dập bề mặt tiếp xúc then rãnh σd tính theo cơng

thức:

ψ σ

2

1 t

d

h B z d

T

=

Trong đó: T mô men xoắn trục, Nmm

ψ hệ số kể đến phân bố tải không cho then, lấy ψ = 0,7 ÷ 0,8 Thông thường phần chiều dài tiếp xúc then chiều rộng bạc B

- [σd] ứng suất dập cho phép Giá thị [σd] chọn bảng, phụ thuộc

vào vật trục bạc, phương pháp nhiệt luyện, chế độ làm việc, bạc cố định hay di động dọc trục

Kiểm tra bền mối ghép then hoa thực sau:

+ Xác định ứng suất dập cho phép [σd],

+ Tính ứng suất dập bề mặt tiếp xúc σd,

+ So sánh giá trị σd với [σd], rút kết luận

Thiết kế mối ghép then hoa thực sau:

+ Xác định ứng suất dập cho phép [σd],

+ Chọn tiết diện then theo kích thước đường kính trục d, + Chọn chiều dài tiếp xúc then chiều rộng bạc B, + Giả sử tiêu σd≤ [σd] thỏa mãn, ta tính số then z cần thiết

+ Vẽ kết cấu mối ghép, chọn chiều dài then l, cách định tâm

9.3 Mối ghép trục định hình

Mối ghép trục định hình tạo thành cách lắp trục có tiết diện khơng trịn vào lỗ mayơ có hình dạng kích thước tương ứng Do tiết diện khơng trịn nên trục khơng xoay tương đối so với bạc

Thường dùng trục có tiết diện hình vng (Hình 14, a), hình van (Hình 9-14, b), hình tam giác (Hình 9-9-14, c)

Có thể dễ dàng gia cơng trục có tiết diện khơng trịn Nhưng gia cơng lỗ có tiết diện khơng trịn đạt độ xác cao khó khăn Do khó đảm bảo độ đồng tâm bạc trục mối ghép trục định hình

Bề mặt tiếp xúc trục lỗ bạc lớn, nên mối ghép chịu tải trọng nặng, tải va đập Để tăng diện tích tiếp xúc, tăng khả tải mối ghép,

người ta dùng trục định hình (Hình 9-15) Khi xiết chặt đai ốc, tạo nên áp suất ban đầu bề mặt tiếp xúc

Dạng hỏng chủ yếu mối ghép trục định dập bề mặt tiếp xúc trục lỗ Mối ghép tính toán theo tiêu σd≤ [σd]

Giá trị ứng suất dập cho phép [σd] tra sổ tay thiết kế, lấy

tương tự ứng suất dập cho phép mối ghép then hoa

Ứng suất σd sinh bề mặt tiếp xúc tính gần theo cơng thức sau:

Hình 9-14: Mối ghép trục định hình

c) b)

a)

l d

T

bao d

2

=

σ

Trong đó: T mơ men xoắn tác dụng lên mối ghép

l chiều dài mặt tiếp xúc trục bạc

dbao đường kính vịng

trịn ngoại tiếp tiết diện trục định hình

Trường hợp trục cơn, lấy đường

kính dbao vòng tròn ứng với

tiết diện trung bình mặt

l

Hỗnh 9-15: Truỷc õởnh hỗnh cọn

^ ” ]

PHÂN TÍCH CHỌN MỐI GHÉP

Trên sở nghiên cứu mối ghép kết cấu, phương pháp gia công lắp ráp, nguyên tắc liên kết, dạng hỏng tính tốn thiết kế; chương so sánh mối ghép với nhau, xác định ưu nhược điểm, phạm vi sử dụng mối ghép Đây tư liệu cần thiết để phân tích lựa chọn loại mối ghép, muốn ghép chi tiết máy với

10.1 Mối ghép ren 10.1.1 Ưu điểm

- Dễ tháo lắp, không làm hỏng chi tiết máy ghép ghép

- Chi tiết máy có ren tiêu chuẩn hóa cao, thuận tiện cho việc thay thế, sửa chữa nhanh chóng, tốn cơng sức

10.1.2 Nhược điểm

- Mối ghép nặng nề, trường hợp dùng nhiều bu lơng mối ghép

- Có tập trung ứng suất chân ren, nên chịu tải trọng va đập

- Tốn vật liệu tạo mối ghép, gia công lỗ phải bỏ vật liệu

- Tạo mối ghép vít, vít cấy tương đối phức tạp, tốn công sức

10.1.3 Phạm vi sử dụng

- So với hàn đinh tán, mối ghép ren dùng nhiều Được dùng rộng rãi loại máy khác

- Dùng cho mối ghép phải tháo lắp nhiều lần trình sử dụng

- Dùng lắp ghép ghép vật liệu không chịu nhiệt độ cao, vật liệu bền

- Dùng lắp ghép ghép có chiều dày lớn

10.2 Mối ghép đinh tán 10.2.1 Ưu điểm

- Mối ghép đinh tán chắn, chịu tải trọng va đập, tải rung động

- Dễ quan sát kiểm tra chất lượng mối ghép

- Ít làm hỏng chi tiết máy ghép cần tháo rời mối ghép

- Có thể lắp ghép ghép vật liệu phi kim lọai

10.2.2 Nhược điểm

- Tốn vật liệu, gia cơng lỗ sau lại điền đầy vật liệu đinh tán

- Chế tạo mối ghép phức tạp, giá thành chế tạo mối ghép cao

- Kích thước mối ghép tương đối cồng kềnh, khối lượng lớn

10.2.3 Phạm vi sử dụng

- Do phát triển ngành hàn, chất lượng mối hàn ngày cao, nên phạm vi sử dụng đinh tán dần bị thu hẹp

- Dùng mối ghép khơng phép đốt nóng ghép

- Dùng mối ghép cố định, ghép vật liệu chưa hàn

10.3 Mối ghép hàn 10.3.1 Ưu điểm

- Mối hàn có khối lượng, kích thước nhỏ, hình dáng đẹp

- Tiết kiệm kim loại So với mối ghép đinh tán tiết kiệm 15÷20%

- Tiết kiệm cơng sức, giảm gía thành gia cơng Cơng nghệ hàn dễ tự động hóa, có xuất cao

- Dùng hàn để tạo tiết máy gồm nhiều kim loại khác nhau, sử dụng hợp lý vật liệu, đảm bảo điều kiện bền phần chi tiết máy

- Dễ dàng hồi phục chi tiết máy bị hỏng sứt mẻ, gẫy mòn

10.3.2 Nhược điểm

- Cần phải có thiết bị hàn thiết bị kiểm tra, tương đối đắt tiền

- Chất lượng mối hàn phụ thuộc nhiều vào trình độ tay nghề cơng nhân hàn Nên khó kiểm sốt chất lượng mối hàn

- Khó kiểm tra đánh giá xác chất lượng mối hàn, khó phát khuyết tật bên

- Không hàn vật liệu phi kim loại

- Các ghép bị nung nóng, biến dạng nhiệt, dễ bị cong vênh, làm thay đổi cấu trúc kim loại ghép

10.3.3 Phạm vi sử dụng

- Mối hàn ngày dùng rộng rãi ngành chế tạo máy, đóng tầu, sản xuất nồi hơi, bình chứa

- Sử dụng cơng trình xây dựng, kể xây dựng cầu

10.4 Mối ghép độ dôi 10.4.1 Ưu điểm

- Chịu tải trọng lớn tải trọng va đập

- Dễ đảm bảo độ đồng tâm chi tiết trục bạc lắp trục

- Kết cấu đơn giản, chế tạo nhanh, giá thành hạ

10.4.2 Nhược điểm

- Lắp tháo phức tạp, làm hỏng bề mặt chi tiết máy ghép

- Khó xác định xác khả tải mối ghép, phụ thuộc vào hệ số ma sát độ dôi

- Khả tải mối ghép không cao

10.4.3 Phạm vi sử dụng

- Dùng mối ghép ổ lăn lên trục, đĩa tuabin trục

- Dùng ghép phần trục khủyu, lắp ghép vành bánh vít với mayơ

- Dùng kết hợp với mối ghép then để lắp bánh răng, bánh vít, bánh đai, đảm bảo độ đồng tâm cao

10.5 Mối ghép then, then hoa trục định hình 10.5.1 Ưu điểm

- Mối ghép then chế tạo đơn giản, giá thành hạ, tháo lắp dễ dàng

- Mối ghép then ma sát đảm bảo an toàn cho chi tiết máy tải

- Mối ghép then bán nguyệt tùy động thích ứng với độ nghiêng rãnh mayơ để mối ghép làm việc bình thường

- Mối ghép then hoa dễ đảm bảo độ đồng tâm bạc trục, khả tải cao so với mối ghép then

- Mối ghép trục định hình chịu tải trọng va đập, rung động

10.5.2 Nhược điểm

- Mối ghép then bằng, đặc biệt then bán nguyệt làm yếu trục nhiều

- Mối ghép then vát then ma sát thường gây nên độ lệch tâm bạc trục

- Mối ghép then hoa chế tạo phức tạp, cần có dụng cụ thiết bị chuyên dùng để gia công, giá thành cao Tải trọng phân bố không then then hoa

- Mối ghép trục định hình, gia cơng lỗ khơng trịn khó đạt độ xác cao Do độ đồng tâm trục bạc khơng cao

10.5.3 Phạm vi sử dụng

- Mối ghép then, đặc biệt then dùng để lắp ghép chi tiết máy trục, bánh răng, bánh vít, bánh đai, đĩa xích

- Khi vừa truyền mô men xoắn vừa di trượt chi tiết máy dọc trục nên dùng mối ghép then hoa Ví dụ, lắp bánh hộp số, lắp ly hợp trục

- Khi cần truyền tải trọng lớn, cần độ đồng tâm trục bạc cao, nên dùng mối ghép then hoa

- Mối ghép trục định hình thường dùng để lắp tay quay, lắp chi tiết máy lên trục quay chậm

CÁC CHI TIẾT MÁY TRUYỀN ĐỘNG

CHỈÅNG XI

BỘ TRUYỀN ĐAI

11.1 Những vấn đề chung

11.1.1 Giới thiệu truyền đai

α2

α1

γ

1

2

d2 d1

n1 n2

a

2F0 2F0

Hình 11-1: Bộ truyền đai thơng thường

Hình 11-2: Bộ truyền đai chéo nửa chéo - Bộ truyền đai thông thường gồm phận chính:

+ Bánh đai dẫn số 1, có đường kính d1, lắp trục dẫn I, quay với số

vịng quay n1, cơng suất truyền động P1, mô men xoắn trục T1

+ Bánh đai bị dẫn số 2, có đường kính d2, lắp trục bị dẫn II, quay với

số vịng quay n2, cơng suất truyền động P2, mô men xoắn trục T2

+ Dây đai 3, mắc vòng qua hai bánh đai

+ Bộ phận căng đai, tạo lực căng ban đầu 2F0

kéo căng hai nhánh đai Để tạo lực căng F0, có

thể dùng trọng lượng động (Hình 11-3, a), dùng vít đẩy (Hình 11-3, b), dùng bánh căng đai

a) b)

G

- Nguyên lý làm việc truyền đai: dây đai mắc căng hai bánh đai, bề mặt tiếp xúc dây đai bánh đai có áp suất, có lực ma sát Fms Lực ma sát

cản trở chuyển động trượt tương đối dây đai bánh đai Do bánh dẫn quay kéo dây đai chuyển động dây đai lại kéo bánh bị dẫn quay Như chuyển động truyền từ bánh dẫn sang bánh bị dẫn nhờ lực ma sát dây đai bánh đai

11.1.2 Phân loại truyền đai

Tùy theo hình dạng dây đai, truyền đai chia thành loại:

- Đai dẹt, hay gọi đai phẳng Tiết diện đai hình chữ nhật hẹp, bánh đai hình trụ trịn, đường sinh thẳng hình tang trống, bề mặt làm việc mặt rộng đai (Hình 11- 4, a)

Kích thước b h tiết diện đai tiêu chuẩn hóa Giá trị chiều dầy h thường dùng ; 4,5 ; ; 7,5 mm Giá trị chiều rộng b thường dùng 20 ; 25 ; 32 40 ; 50 ; 63 ; 71 ; 80 ; 90 ; 100 ; mm

Vật liệu chế tạo đai dẹt là: da, sợi bông, sợi len, sợi tổng hợp, vải cao su Trong đai vải cao su dùng rộng rãi

Đai vải cao su gồm nhiều lớp vải cao su sunfua hóa Các lớp vải chụi tải trọng, cao su dùng để liên kết, bảo vệ lớp vải, tăng hệ số ma sát với bánh đai Đai vải cao su

chế tạo thành cuộn, người thiết kế cắt đủ chiều dài cần thiết nối thành vịng kín Đai nối cách may, dùng bu lông kẹp chặt

Đai sợi tổng hợp chế tạo thành vịng kín, chiều dài đai tiêu chuẩn hóa

e pth

h

d

d d

B b

h

a) b) c)

Hình 11-4: Bộ truyền đai dẹt, đai thang, đai tròn

Vật liệu chế tạo đai thang vải cao su Gồm lớp sợi xếp lớp sợi bện chịu kéo, lớp vải bọc quanh phía ngồi đai, lớp cao su chịu nén tăng ma sát Đai thang làm việc theo hai mặt bên

Hình dạng diện tích tiết diện đai thang tiêu chuẩn hóa TCVN 2332-78 quy định loại đai thang thường Z, O, A, B, C, D TCVN 3210-79 quy định loại đai thang hẹp SPZ, SPA, SPB

Đai thang chế tạo thành vịng kín, chiều dài đai tiêu chuẩn hóa Bộ truyền đai thang thường dùng có chiều dài: 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000, 2240, 2500, 2800, 3150, 3550, 4000, 4500, 5000, mm

- Đai trịn, tiết diện đai hình trịn, bánh đai có rãnh hình trịn tương ứng chứa dây đai (Hình 11-4, c) Đai trịn thường dùng để truyền cơng suất nhỏ

- Đai hình lược, trường hợp đặc biệt truyền đai thang Các đai làm liền lược (Hình 11-5, a) Mỗi làm việc đai thang Số thường dùng 2÷20,

tối đa 50 Tiết diện tiêu chuẩn hóa

Đai hình lược chế tạo thành vịng kín, trị số tiêu chuẩn chiều dài

tæång tæû âai thang b)

a) b)

Hình 11-5: Bộ truyền đai hình lược, đai - Đai răng, dạng biến thể truyền đai Dây đai có hình dạng gần

giống răng, bánh đai có gần giống bánh Bộ truyền đai làm việc theo nguyên tắc ăn khớp chính, ma sát phụ, lực căng đai nhỏ (Hình 11-5, b)

Cấu tạo đai bao gồm sợi thép bện chịu tải, cao su chất dẻo

Trên thực tế, truyền đai dẹt đai thang dùng nhiều Vì vậy, chương chủ yếu trình bày truyền đai dẹt đai thang

11.1.3 Các thông số làm việc chủ yếu truyền đai - Số vòng quay trục dẫn, ký hiệu n1, trục bị dẫn n2; v/ph

- Tỷ số truyền, ký hiệu u, u = n1 / n2

- Công suất trục dẫn, ký hiệu P1, công suất trục bị dẫn P2; kW - Hiệu suất truyền động η, η = P2 / P1

- Mô men xoắn trục dẫn T1, trục bị dẫn T2; Nmm

- Vận tốc vòng bánh dẫn v1, bánh bị dẫn v2, vận tốc dài dây đai vđ; m/s - Hệ số trượt ξ, ξ= (v1-v2) / v1

- Thời gian phục vụ truyền, gọi tuổi bền truyền tb; h - Lực căng đai ban đầu nhánh đai F0; N

- Lực vòng tác dụng lên đai, gọi lực căng có ích Ft; N Ft = 2T1 / d1 - Hệ số kéo ψ, ψ= Ft/(2F0)

- Yêu cầu môi trường làm việc truyền

- Chế độ làm việc

11.1.4 Các thông số hình học chủ yếu truyền đai

- Đường kính tính tốn bánh đai dẫn d1, bánh bị dẫn d2; mm Là đường

kính vịng trịn tiếp xúc với lớp trung hịa dây đai Lớp trung hoà đai lớp không bị kéo, mà không bị nén dây đai vòng qua bánh đai d2 = d1.u.(1-ξ)

- Khoảng cách trục a, khoảng cách tâm bánh đai dẫn bánh bị dẫn; mm

- Góc hai nhánh dây đai γ; độ

- Góc ơm dây đai bánh dẫn α1, bánh bị dẫn α2; độ

α1 = 180 - γ ; α2 = 1800 + γ ; γ≅ 570.(d2 -d1) / a (11-1) - Chiều dài dây đai L; mm Được đo theo lớp trung hòa dây đai Quan hệ

chiều dài dây đai khoảng cách trục a xác định sau: a d d d d a L ) ( ) ( 2

2 + + −

+

≈ π (11-2)

{ [ ] }

1 2

2 2( )

2 ) ( ) ( d d d d L d d L

- Số dây đai truyền đai hình thang, z

- Diện tích tiết diện mặt cắt ngang dây đai A; mm2 (Hình 11-4)

Đối với đai dẹt, A = b × h Với b chiều rộng, h chiều cao tiết diện Đối với đai thang, A = A0× z Với A0 diện tích tiết diện dây đai - Chiều rộng bánh đai B1, B2 Thông thường B1 = B2 chiều rộng tính tốn B

Đối với bánh đai dẹt, lấy B = 1,1.b + (10÷15) mm Đối với bánh đai thang, lấy B = (z - 1).pth + 2.e mm 11.1.5 Lực tác dụng truyền đai

- Khi chưa làm việc, dây đai kéo căng lực ban đầu F0

- Khi chịu tải trọng T1 trục I T2 trục II, xuất lực vòng Ft, làm

nhanh đai căng thêm, gọi nhánh căng, bánh bớt căng (Hình 11-6) Lúc lực căng nhánh căng: Fc = F0 + Ft /2,

lỉûc trãn nhạnh khäng càng: Fkh = F0 - Ft /2

- Khi caïc baïnh âai quay, dáy âai bë ly tám tạch xa bạnh âai Trãn cạc nhạnh âai chëu thãm lỉûc Fv = qm.v

2

, với qm khối lượng mét đai Lực Fv cịn

có tác hại làm giảm lực ma sát dây đai bánh đai Lúc nhánh đai căng có lực Fc = F0 + Ft /2 + Fv

trãn nhạnh âai khäng cọ lỉûc Fkh = F0 - Ft /2 + Fv

- Lực tác dụng lên trục ổ mang truyền đai lực

hướng tâm Fr, có phương

vng góc với đường trục bánh

đai, có chiều kéo hai bánh đai lại gần Giá trị Fr tính sau:

Fr = 2.F0.cos(γ/2) (11-4)

1 n1

Nhaïnh

FC

Fkh

2

n2

Hình 11-6: Lực truyền đai

11.1.6 Ứng suất đai

- Dưới tác dụng lực căng Fc, nhánh đai căng có ứng suất σc = Fc /A - Tương tự, nhánh đai khơng căng có σkh = Fkh /A Đương nhiên σkh < σc - Ngoài ra, dây đai vịng qua bánh đai 1, bị uốn, đai có ứng suất uốn

- Tỉång tỉû, dáy âai vng qua bạnh âai 2,

trong âai coï σu2 =

E.h/d2 Ta nhận thấy σu2

< σu1

Sơ đồ phân bố ứng suất dây đai, dọc theo chiều dài đai trình bày Hình 11-7

Quan sát sơ đồ ứng suất đai, ta có nhận xét:

σu1

σu2

n1

n2

σkh

σc

Hình 11-7: Sự phân bố ứng suất dây đai

- Khi truyền làm việc, ứng suất tiết diện đai thay đổi từ giá trị

σmin = σkh đến giá trị σmax = σc + σu1 Như dây đai bị hỏng mỏi

- Khi dây đai chạy đủ vòng, ứng suất tiết diện đai thay đổi lần Để hạn chế số chu kỳ ứng suất đai, kéo dài thời gian sử dụng truyền đai, khống chế số vòng chạy đai dây

- Để cho σu1 σu2 không lớn, nên chọn tỷ lệ d1/h khoảng từ

30 ÷ 40

11.1.7 Sự trượt truyền đai

Thực thí nghiệm trượt nh

trón Hỗnh 11-8:

Trng lng G hai vật nặng tương đương với lực căng ban đầu F0

Dây đai dãn tiếp xúc với bánh đai cung AB Giữ bánh đai cố định

Đánh dấu vị trí tương đối dây đai bánh đai, vạch màu

Treo thêm vật nặng G1 vào nhánh trái

dây đai, nhánh trái bị dãn dài thêm đoạn Các vạch màu dây đai bánh đai cung AC bị lệch Dây đai trượt bánh đai

G

A B

G G1

C

Hiện tượng trượt dây đai biến dạng đàn hồi gây nên Dây đai mềm, dãn nhiều trượt lớn Được gọi tượng trượt đàn hồi dây đai bánh đai Cung AC gọi cung trượt, cung CB khơng có tượng trượt gọi cung tĩnh Lực Fms cung AC vừa đủ cân với trọng lượng G1 vật nặng

Ta tăng dần giá trị G1 lên, điểm C tiến dần đến điểm B Khi điểm C

trùng với điểm B, lúc Fms cung AB = G1, trạng thái tới hạn dây

đai, G1 gọi tải trọng giới hạn

Tiếp tục tăng G1, dây đai chuyển động phía bên trái, trượt bánh đai

Đây tượng trượt trơn Lúc lực ma sát Fms bề mặt tiếp xúc dây

đai bánh đai không đủ lớn để giữ dây đai Fms < G1

Ta giảm giá trị G1, cho Fms cung AB lớn G1 Quay bánh đai theo

chiều kim đồng hồ ngược lại Quan sát vạch màu, ta nhận thấy cung trượt nằm phía nhánh đai khỏi bánh đai

Xét truyền đai chịu tải trọng T1, quay với số vòng quay n1 Lúc lực

tác dụng nhánh căng nhánh không căng lệch lượng Ft = 2T1 / d1

Lực Fkh nhánh không căng tương đương với trọng lượng G thí nghiệm, cịn

Ft tương đương với G1

Trên bánh đai dẫn cung trượt nằm phía nhánh đai khơng căng, cung tĩnh nằm phía nhánh đai căng Trên bánh đai bị dẫn cung trượt nằm phía nhánh đai căng

Khi Fms1 Fms2 lớn lực Ft, lúc truyền đai có trượt đàn

hồi

Khi Fms1 Fms2 nhỏ Ft, truyền đai có tượng trượt trơn

hồn tồn Các truyền đai thường dùng có u > 1, nên Fms1 < Fms2, xảy trượt

trơn thường bánh đai quay, bánh đai dây đai đứng lại

Khi truyền trạng thái tới hạn, Fms1 ≈ Ft, lực Fms1 dao động phụ thuộc

vào hệ số ma sát bề mặt tiếp xúc, nên có lúc Fms1< Ft, có lúc Fms1> Ft Những

khoảng thời gian Fms1< Ft truyền đai có trượt trơn, phần thời gian cịn

lại truyền có trượt đàn hồi Tình trạng gọi trượt trơn phần

11.1.8 Đường cong trượt đường cong hiệu suất

ψ 0.1 0,4 0,2 0,6 0,8

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

0,4 0,6 0,8 η ξ ψmax ψ0 η ξ 0,2

Hình 11-9: Đường cong trượt đường cong hiệu suất

xây dựng đường cong biểu diễn quan hệ hệ số trượt ξ với hệ số kéo ψ, hiệu suất η với hệ số kéo

Đồ thị hàm số ξ(ψ) hệ tọa độ vng góc Oψξ gọi đường cong trượt

Đồ thị hàm số η(ψ) hệ toạ độ vng góc Oψη gọi đường cong hiệu suất (Hình 11-9)

Quan sát đường cong trượt đường cong hiệu suất Hình 11-9 ta nhận thấy:

+ Khi hệ số kéo thay đổi từ đến ψ0, lúc

này truyền có trượt đàn hồi, hệ số trượt ξ tăng, đồng thời hiệu suất

η cng tàng

+ Khi ψ biến thiên từ ψ0 đến ψmax hệ số trượt tăng nhanh, lúc

truyền đai có trượt trơn phần, hiệu suất truyền giảm nhanh + Khi ψ = ψmax truyền trượt trơn hoàn toàn, hiệu suất 0, hệ số trượt

bằng

+ Tại giá trị ψ = ψ0 truyền có hiệu suất cao nhất, mà chưa có tượng

trượt trơn phần Lúc truyền sử dụng hết khả kéo Đây trạng thái làm việc tốt truyền Giá trị ψ0 gọi hệ số kéo tới hạn

bộ truyền

+ Khi tính thiết kế truyền đai, cố gắng để truyền làm việc vùng bên trái sát với đường ψ = ψ0

+ Do có trượt nên số vịng quay n2 trục bị dẫn dao động, tỷ số truyền u

bộ truyền không ổn định ) ( ξ − = d d

u ,

2 1 ) ( d d n

11.2 Tính truyền đai

11.2.1 Các dạng hỏng truyền đai tiêu tính tốn

Trong q trình làm việc truyền đai bị hỏng dạng sau:

- Trượt trơn, bánh đai dẫn quay, bánh bị dẫn dây đai dừng lại, dây đai bị mòn cục

- Đứt dây đai, dây đai bị tách rời khơng làm việc nữa, gây nguy hiểm cho người thiết bị xung quanh Đai thường bị đứt mỏi

- Mòn dây đai, có trượt đàn hồi, trượt trơn phần, nên dây đai bị mòn nhanh Một lớp vật liệu mặt đai đi, làm giảm ma sát, dẫn đến trượt trơn Làm giảm tiết diện đai, dẫn đến đứt đai

- Dão dây đai, sau thời gian dài chịu kéo, dây đai bị biến dạng dư, dãn dài thêm đoạn Làm giảm lực căng, tăng trượt Làm giảm tiết diện đai, đai dễ bị đứt

- Mòn vỡ bánh đai, bánh đai mòn chậm dây đai Khi bánh đai mòn giá trị cho phép truyền làm việc khơng tốt Bánh đai làm vật liệu giịn, bị vỡ va đập rung động trình làm việc

Để hạn chế dạng hỏng kể trên, truyền đai cần tính toán thiết kế kiểm tra bền theo tiêu sau:

σt≤ [σt] (11-5)

U ≤ [U] (11-6)

ψ≤ψ0 , vaì σ0≤ [σ0] (11-7)

Trong σt ứng suất có ích đai, lực Ft gây nên,

[σt] ứng suất có ích cho phép dây đai,

U số vòng chạy đai dây,

[U] số vòng chạy cho phép đai giây, ψ0 hệ số kéo tới hạn truyền đai

σ0 ứng suất ban đầu đai, lực căng ban đầu F0 gây nên,

11.2.2 Tính truyền đai theo ứng suất có ích

- Ứng suất có ích σt xác định theo cơng thức:

A d

T K A

F

K t

t

1

= =

σ (11-8)

Trong K hệ số tải trọng, giá trị K phụ thuộc vào đặc tính tải trọng chế độ làm việc truyền Có thể lấy khoảng 1,0 ÷ 1,25 Đối với đai dẹt, diện tích tiết diện đai A = b.h,

Đối với đai thang, diện tích tiết diện đai A = z.A0

- Ứng suất có ích cho phép [σt] xác định theo công thức:

[σt] = [σt]0.Cα.Cv.Cb (11-9)

Trong [σt]0 ứng suất có ích cho phép truyền chuẩn, chọn

làm thí nghiệm để xác định ứng suất có ích cho phép Bộ truyền chuẩn có góc α1 = 1800, vận tốc làm việc v1 = 10 m/s, đặt nằm ngang, tải trọng khơng

có va đập

Giá trị [σt]0 tra sổ tay khí Đối với đai vải cao su, lấy khoảng 2,1 ÷ 2,4 MPa

Cα hệ số điều chỉnh, kể đến độ lệch góc α1 so với chuẩn Giá trị

Cα tra bảng, tính gần theo cơng thức:

Cα = - 0,003.(1800 - α1)

Cv hệ số kể đến độ lệch vận tốc v1 so với chuẩn Giá trị Cv

tra bảng, tính gần theo cơng thức: Cv = 1,04 - 1,0004.v12

Cb hệ số kể đến vị trí truyền Có thể chọn sau:

Đối với đai thang, với vị trí truyền ln lấy Cb =

Đối với đai dẹt, ≤ β≤ 600 , chọn Cb =

60 < β≤ 800 , chọn C

b = 0,9

80 < β≤ 900 , chọn C

b = 0,8

β góc nghiêng đường nối tâm hai bánh đai so với phương nằm ngang

Bài toán kiểm tra bền truyền đai: có thơng số hình học thơng

Công việc kiểm tra thực theo bước: + Tính ứng suất có ích σt theo cơng thức (11-8)

+ Tính ứng suất có ích cho phép [σt] theo công thức (11-9)

+ So sánh σt [σt], đưa kết luận:

Nếu σt > [σt], truyền không đủ bền,

Nếu σt << [σt], truyền dư bền, (lệch 30 % coi dư)

Nếu σt≤ [σt], truyền đủ bền, đảm bảo tính kinh tế cao

Bài tốn thiết kế truyền đai: biết thông số làm việc

truyền, cần tính thơng số hình học vẽ kết cấu truyền Khi thiết kế cần thực nội dung chủ yếu sau đây:

+ Chọn loại đai, vật liệu đai bánh đai, chiều dày đai, diện tích đai A0

+ Tính ứng suất có ích cho phép [σt] theo công thức (11-9)

+ Giả sử tiêu (11-5) thỏa mãn, ta viết

Đối với đai dẹt: [ ]

1 t h b d T

K ≤ σ

, suy

] [ 1 t h d T K b σ

≥ (11-10)

Đối với đai thang: [ ]

1 t A z d T K σ

≤ , suy

] [ 1 t A d T K z σ

≥ (11-11)

+ Chọn kích thước cịn lại, vẽ kết cấu bánh đai dẫn, bánh bị dẫn

11.2.3 Tính đai theo độ bền lâu

- Xác định số vòng chạy đai giây U theo công thức: L n d L v U 10 1

1 = π

= (11-12)

- Số vòng chạy cho phép đai giây [U] chọn sau: Đối với truyền đai dẹt, nên lấy [U] = ÷

Đối với truyền đai thang, nên lấy [U] = ÷

Bài toán kiểm tra bền thực sau:

Bài toán thiết kế theo độ bền lâu thực sau:

+ Chọn giá trị [U] thích hợp với loại truyền, tuồi bền truyền + Giả sử tiêu (11-6) thỏa mãn, ta viết [ ]

10 1 U L n d ≤ π

, suy

] [ 10 1 U n d

L≥ π (11-13)

11.2.4 Tênh âai theo kh nàng kẹo

- Hệ số kéo ψ truyền đai tính theo công thức:

0

1

0

2 d F

T F Ft

= =

ψ (11-14)

- Hệ số kéo tới hạn ψ0 lấy sau:

Đối với đai dẹt, lấy ψ0 = 0,4 ÷ 0,45

Đối với đai thang, lấy ψ0 = 0,45 ÷ 0,5 - Ứng suất ban đầu σ0 = F0 /A

- Ứng suất ban đầu cho phép [σ0] chọn sau:

Đối với đai dẹt, lấy [σ0] = 1,8 MPa,

Đối với đai thang, lấy [σ0] = 2,0 MPa

Bài toán kiểm tra truyền, thực sau:

+ Tính hệ số kéo ψ theo công thức (11-14)

+ Lựa chọn giá trị thích hợp cho hệ số kéo tới hạn ψ0

+ So sánh ψ ψ0 Nếu ψ > ψ0, truyền có trượt trơn

+ Tính ứng suất σ0, so sánh với [σ0] Nếu σ0 > [σ0], đai bị dão trước thời gian

quy âënh

Bài toán thiết kế truyền theo khả kéo thực sau:

+ Lựa chọn giá trị thích hợp cho hệ số ψ0

+ Giả sử tiêu (11-7) thỏa mãn, ta viết 0

1

.F ≤ψ d

T

, suy

0 1 ψ d T

F ≥ (11-15)

+ Tính ứng suất σ0, kiểm tra điều kiện σ0 ≤ [σ0] 11.2.5 Trình tự thiết kế truyền đai dẹt

1- Chọn loại vật liệu đai Tùy theo vận tốc dự kiến, điều kiện làm việc, lựa chọn loại đai vải cao su, đai sợi tổng hợp, đai vải đai vải cao su dùng nhiều

2- Xác định đường kính bánh đai nhỏ theo cơng thức kinh nghiệm:

d1=(1100÷1300).3 P1/n1

Có thể lấy d1 theo dãy số tiêu chuẩn: 50 , 55 , 63 , 71 , 80 , 90 , 100 , 112 ,

125 , 140 , 160 , 180 , 200 , 224 , 250 , 280 , 315 ,

Tính vận tốc v1, v1 = π.d1.n1/(6.104), kiểm tra điều kiện v1≤ vmax Nếu không

thỏa mãn phải giảm giá trị đường kính d1 Có thể lựa chọn vmax khoảng

(20 ÷ 30) m/s

3- Tính đường kính bánh đai bị dẫn d2, d2 = d1.u.(1-ξ), lấy giá trị ξ

khoảng 0,01 ÷ 0,02 Có thể lấy d2 theo dãy số tiêu chuẩn Khi lấy d2 theo tiêu

chuẩn, cần kiểm tra tỷ số truyền số vòng quay n2 Điều chỉnh d1 d2 cho u n2 không sai khác với đầu 4%

4- Xác định khoảng cách trục a chiều dài L Xác định chiều dài nhỏ Lmin

của đai theo cơng thức (11-13) Tính khoảng cách amin theo Lmin, dùng công

thức (11-3) Kiểm tra điều kiện amin ≥ 2.(d1 + d2) Nếu thỏa mãn, lấy a = amin

và lấy L = Lmin Nếu không thỏa mãn, lấy a = 2.(d1 + d2), tính L theo theo a,

cơng thức (11-2) Lấy thêm đọan chiều dài L0 để nối đai, tùy theo cách

nối đai lấy L0 khoảng 100 ÷ 400 mm

5- Tính góc ơm α1 theo cơng thức (11-1) Kiểm tra điều kiện α ≥ 1500 Nếu

khơng đạt, phải tăng khoảng cách trục a, tính lại chiều dài L

6- Xác định tiết diện đai Chọn trước chiều cao h đai, h ≤ 40/d1, lấy h theo

dãy số tiêu chuẩn Tính chiều rộng b đai theo công thức (11-10), lấy b theo dãy số tiêu chuẩn

7- Tính chiều rộng B bánh đai Lấy B = 1,1.b + (10 ÷15) mm Chọn kích thước khác bánh đai, vẽ kết cấu bánh đai dẫn bánh đai bị dẫn Để làm ví dụ, hình 11-10 trình bày vẽ chế tạo bánh đai dẹt Kết cấu bánh đai chọn đảm bảo cho phần thuộc bánh đai có sức bền

8- Tính lực căng ban đầu F0 theo công thức (11-15), kiểm tra điều kiện căng ban

đầu F0/(b.h) ≤ 1,8 MPa

Α

Hình 11-10: Kết cấu bánh đai dẹt

11.2.6 Trình tự thiết kế truyền đai thang

Kích thước truyền đai thang tính tốn thiết kế theo trình tự sau: 1- Chọn loại tiết diện đai Tùy theo vận tốc dự kiến, mô men xoắn trục

T1, lựa chọn loại tiết diện đai phù hợp Sẽ có số loại tiết diện thỏa

mãn số liệu đầu Nên chọn vài ba phương án để tính tốn Sau phân tích chọn phương án tốt Tra bảng để có giá trị diện tích A0

đường kính dmin cho loại tiết diện đai

2- Xác định đường kính bánh đai nhỏ theo cơng thức: d1 ≈ 1,2.dmin, nên lấy d1

theo dãy số tiêu chuẩn: 50 , 55 , 63 , 71 , 80 , 90 , 100 , 112 , 125 , 140 , 160 180 , 200 , 224 , 250 , 280 , 315 ,

Tính vận tốc v1, v1 = π.d1.n1/(6.104), kiểm tra điều kiện v1≤ vmax Nếu không

thỏa mãn phải giảm giá trị đường kính d1 Có thể lựa chọn vmax

khong (20 ÷ 30) m/s

3- Tính đường kính bánh đai bị dẫn d2, d2 = d1.u.(1-ξ), lấy giá trị ξ

khoảng 0,01 ÷ 0,02 Có thể lấy d2 theo dãy số tiêu chuẩn Khi lấy d2 theo tiêu

chuẩn, cần kiểm tra tỷ số truyền số vòng quay n2 Điều chỉnh d1 d2

4- Xác định khoảng cách trục a chiều dài L Khoảng cách trục asb lấy

theo yêu cầu đầu bài, theo công thức kinh nghiệm asb = Cd.d1

Giá trị Cd chọn phụ thuộc

vào tỷ số truyền u bảng bên

Kiểm tra điều kiện: 0,55.(d1 + d2) + h ≤ asb ≤ 2.(d1 + d2) Nếu thỏa mãn, lấy a1 = asb Nếu khơng thỏa mãn, lấy a1 giá trị giới hạn

bất đẳng thức Tính L1 theo theo a1, dùng công thức (11-2) Lấy L ≥ L1

theo dãy số tiêu chuẩn đai Tính a theo L, dùng cơng thức (11-3) u : ≥6 Cd : 1,5 2,4 3,8 4,5

5- Tính góc ơm α1 theo cơng thức (11-1) Kiểm tra điều kiện α ≥ 1200 Nếu

khơng đạt, phải tăng khoảng cách trục a, tính lại chiều dài L

6- Xác định tiết diện đai Đã có diện tích tiết diện dây đai A0 Tính số

dây đai z theo công thức (11-11), lấy z số nguyên So sánh phương án, chọn phương án tốt nhất: có số đai z khoảng ÷ dây

7- Tính chiều rộng B bánh đai Lấy B = (z-1).pth + 2.e mm Chọn kích

thước khác bánh đai theo tiêu chuẩn, vẽ kết cấu bánh đai dẫn bánh đai bị dẫn

8- Tính lực căng ban đầu F0 theo cơng thức (11-15), kiểm tra điều kiện căng ban

đầu F0/(A0.z) ≤ 2,0 MPa

9- Tính lực tác dụng lên trục Fr, theo công thức (11-4)

CHỈÅNG XII

BỘ TRUYỀN BÁNH MA SÁT

12.1 Những vấn đề chung

12.1.1 Giới thiệu truyền bánh ma sát

Bộ truyền bánh ma sát thường dùng truyền chuyển động hai trục song song (Hình 12-1), cắt (Hình 12-2), vừa truyền chuyển động vừa biến đổi vận tốc chuyển động (bộ biến tốc ma sát - Hình 12-3)

Bộ truyền bánh ma sát có phận chính:

+ Bánh ma sát dẫn 1, có đường kính d1, lắp trục dẫn I, quay với số vịng

quay n1, cơng suất truyền động P1, mô men trục T1

+ Bánh ma sát bị dẫn 2, có đường kính d2, lắp trục bị dẫn II, quay với số

+ Bộ phận tạo lực ép ban đầu F0,đề nén hai bánh ma sát với Lực F0 tạo áp

lực Fn bền mặt tiếp xúc bánh ma sát, tạo lực ma sát Fms; Fms= Fn.f,

đó f hệ số ma sát bề mặt tiếp xúc

+ Trong biến tốc ma sát, có thêm phận phụ, bánh ma sát phụ, dây đai phụ (Hình 12-4)

Nguyên lý làm việc truyền bánh ma sát: hai bánh ma sát nén lực Fo, bề mặt tiếp xúc có áp suất, có lực ma sát Fms, lực ma sát cản trở chuyển

động trượt tương đối hai bánh ma sát Do bánh ma sát dẫn quay kéo bánh bị dẫn quay theo, chuyển động truyền từ trục I mang bánh ma sát dẫn sang trục II mang bánh bị dẫn Cũng giống truyền đai, truyền bánh ma sát truyền chuyển động nhờ lực ma sát bề mặt tiếp xúc bánh ma sát Lực ma sát cần thiết bề mặt tiếp xúc phải thoả mãn điều kiện:

Fms = Fn.f ≥ K.Ft , K hệ số tải trọng; lấy K = 1,25 ÷ 1,5 (12-1)

d2

d1

F F0

n1

n2

a

B F0

Hình 12-1: Bộ truyền bánh ma sát trụ

1

I II

dtb2

L dtb1

F02

n2

n1

F01

Fn

O

θ

B

δ2

δ1

Hình 12-2: Bộ truyền bánh ma sát nón 12.1.2 Phân loại truyền bánh ma sát

Tùy theo hình dạng đặc điểm làm việc, người ta chia truyền bánh ma sát làm loại sau:

- Bộ truyền bánh ma sát nón, cịn gọi bánh ma sát cơn: bánh ma sát có dạng hình nón cụt, thường dùng truyền chuyển động hai trục vng góc với

- Bộ biến tốc ma sát trụ: bánh ma sát hình trụ, bánh di chuyển dọc trục để thay đổi điểm tiếp xúc với bánh 2, thay đổi đường kính tính tóan bánh từ d2min đến d2max (Hình12-3) Thực thay đổi số vòng quay trục II từ n2max

đến n2min

- Bộ biến tốc ma sát nón (Hình 12-4), cặp bánh ma sát có dạng nón cụt, dây đai khâu phụ Các cặp bánh ma sát điều chỉnh sát nhau, xa nhau, thay đối điểm tiếp xúc dây đai bánh ma sát 1, có nghĩa làm thay đổi đường kính tính tốn bánh từ d1min đến d1max Tương tự đường kính

tính toán bánh thay đổi từ d2max đến d2min Số vịng quay n1

khơng đổi, cịn số vòng quay n2 thay đổi từ n2min đến n2max

d2

d1max

d1min

d

n2

n1

d2min d

2max

n2

n1

Hình 12-3: Bộ biến tốc ma sát trụ

Hình 12-4: Bộ biến tốc ma sát nón 12.1.3 Thơng số hình học chủ yếu truyền bánh ma sát

- Đường kính tính tốn bánh ma sát dẫn d1, bánh bị dẫn d2; mm; đường

kính vịng trịn qua điểm tiếp xúc bánh ma sát d2 = d1.u.(1-ξ)

Trên truyền bánh ma sát nón, đường kính tính tốn ký hiệu dtb1 dtb2

Đối với biến tốc ma sát có đường kính giới hạn: d1min, d1max, d2min, d2max - Khoảng cách trục a, khoảng cách tâm bánh ma sát dẫn bánh ma sát bị

dẫn; mm Đối với truyền bánh ma sát nón, a thay chiều dài đường sinh mặt nón L

- Chiều rộng bánh ma sát B1, B2; mm Thông thường lấy B1>B2 chiều rộng

tính tốn bánh đai B Để có sai lệch lắp ghép, truyền tiếp xúc đủ chiều dài tính tốn B Cũng lấy B1 = B2 = B

- Góc nón bánh dẫn δ1 góc nón bánh bị dẫn δ2, đơn vị đo độ - Góc hai trục bánh ma sát θ, độ

12.1.4 Sự trượt truyền bánh ma sát

Tương tự truyền đai, truyền bánh ma sát có tượng trượt đàn hồi, trượt trơn hồn tồn trượt trơn phần

Trượt đàn hồi, xảy đọan tiếp xúc hai bánh ma sát, biến dạng đàn hồi lớp bề mặt bánh ma sát gây nên Độ cứng bề mặt nhỏ, biến dạng lớn, trượt đàn hồi nhiều ngược lại Lúc Fms > Ft

Trượt trơn hồn tồn, xảy có q tải, lúc lực ma sát bề mặt tiếp xúc không đủ lớn để cản trở chuyển động trượt tương đối hai bánh ma sát, Fms<Ft, đo Ft lực vòng bánh ma sát

Trượt trơn phần, xảy lực Fms≈ Ft, lực Fms biến động phụ thuộc

vào hệ số ma sát bề mặt tiếp xúc, có lúc Fms > Ft truyền có trượt đàn

hồi, có phần thời gian Fms< Ft

trong truyền có trượt trơn

n2

n1

A C

B B1

d2A

d2B

d2C

d1

Ngồi ra, biến tốc ma sát cịn có tượng trượt hình học, hình dạng hình học bánh ma sát gây nên Ví dụ, biến tốc ma sát trụ Hình 12-5, ta thấy điểm A điểm C

của mặt tiếp xúc có tượng trượt tương đối, với vận tốc trượt vtrA vtrC , vì:

+ Vận tốc v1A điểm A1 thuộc bánh 1, có giá trị v1A= π.d1.n1/(6.10

) + Vận tốc v1B điểm B1 thuộc bánh 1, có giá trị v1B= π.d1.n1/(6.104)

+ Vận tốc v1C điểm C1 thuộc bánh 1, có giá trị v1C= π.d1.n1/(6.104)

+ Vận tốc v2A điểm A2 thuộc bánh 2, có giá trị v2A= π.d2A.n2/(6.104)

+ Vận tốc v2B điểm B2 thuộc bánh 2, có giá trị v2B= π.d2B.n2/(6.104)

+ Vận tốc v2C điểm C2 thuộc bánh 2, có giá trị v2C= π.d2C.n2/(6.104)

+ Như v1A= v1B= v1C Trong v2A< v2B< v2C

+ Thơng thường v1B = v2B , v1A> v2A v1C < v2C

+ Tại điểm A, có vtrA = v1A - v2A Cịn điểm C, có vtrC = v2C - v1C

Ta nhận thấy rằng, chiều rộng B1 lớn độ chênh lệch d2A với

d2B nhiều, giá trị vận tốc trượt lớn

Trượt đàn hồi trượt trơn làm mát công suất vận tốc bánh bị dẫn Trượt hình học làm tổn hao cơng suất, không làm vận tốc Tương tự truyền đai, để kể đến công suất bị mất, người ta dùng hệ số hiệu suất

η Kể đến vận tốc bị người ta dùng hệ số trượt ξ

12.1.5 Các thông số làm việc chủ yếu truyền bánh ma sát

- Số vòng quay trục dẫn, ký hiệu n1, trục bị dẫn n2; v/ph Trên biến

tốc ma sát cịn có số vịng quay lớn n2max nhỏ n2min

- Tỷ số truyền, ký hiệu u, u = n1 / n2 Trong biến tốc ma sát có tỷ số truyền

cực đại umax = n1/n2min, tỷ số truyền cực tiểu umin = n1/n2max

- Khoảng điều chỉnh tốc độ biến tốc D; D = umax/ umin, hay D = n2max/n2min - Công suất trục dẫn, ký hiệu P1, công suất trục bị dẫn P2; kW

- Hiệu suất truyền động η; η = P2 / P1

- Mô men xoắn trục dẫn T1, trục bị dẫn T2; Nmm - Vận tốc vòng bánh dẫn v1, bánh bị dẫn v2; m/s - Hệ số trượt ξ; ξ = (v1-v2) / v1

- Chế độ làm việc,

- Các yêu cầu môi trường làm việc truyền

12.1.6 Lực tác dụng truyền bánh ma sát

- Khi chưa làm việc, bánh ma sát bị nén lực ép ban đầu F0

- Khi chịu tải trọng T1 trục I T2 trục II, ngồi lực F0, cịn có lực tiếp

tuyến Ft tác dụnglên bánh ma sát Ft = 2.T1/d1, Ft = 2.T1/dtb1 - Khi bánh ma sát quay, có thêm tải trọng rung động

Dưới tác dụng tải trọng, bề mặt tiếp xúc bánh ma sát có lực pháp tuyến Fn; lực Fn dùngđể tính bánh ma sát

+ Đối với bánh ma sát trụ Fn = F0 (12-2)

+ Đối với bánh ma sát nón Fn = F01/ sinδ1 (12-3)

Từ phương trình (12-1) ta tính lực ép cần thiết nén hai bánh ma sát

F0≥ K.Ft1 / f (12-4)

Ft1 Ft2 Fr1

Fr2

n1

n2

Fn1

Fn2

F0/2

F0/2 F

01≥ K.Ft1.sinδ1 / f (12-5)

F01

Fn1

n1

Fa1 Fr2

Ft2

n2

Ft1 Fr1

Fa2 Fn1 Hỗnh 12-6: Lổỷc bäü

truyền bánh ma sát trụ

Hình 12-7: Lực truyền bánh ma sát nón

Lực tác dụng lên trục ổ mang truyền bánh ma sát trụ (Hình 12-6):

+ Lực tiếp tuyến Ft1 Ft2 Lực tiếp tuyến có phương trùng với tiếp tuyến chung

hai mặt trụ Chiều Ft1 ngược với chiều quay n1, chiều Ft2 với chiều

quay n2 Giạ trë ca Ft1 = Ft2 = 2.T1/d1 = 2.T2/d2

+ Lực hướng tâm Fr1 Fr2, có phương vng góc với đường trục bánh ma sát,

Fr1 = Fr2 = F0

Lực tác dụng lên trục ổ truyền bánh ma sát nón gồm (Hình 12-7): + Lực tiếp tuyến Ft1 Ft2 Lực tiếp tuyến có phương trùng với tiếp tuyến chung

hai mặt nón Chiều Ft1 ngược với chiều quay n1, chiều Ft2 với chiều

quay n2 Giạ trë ca Ft1 = Ft2 = 2.T1/dtb1 = 2.T2/dtb2

+ Lực hướng tâm Fr1 Fr2, có phương vng góc với đường trục bánh ma sát,

có chiều hướng phía trục Giá trị Fr1 Fr2 tính sau:

Fr1 = F01/tgδ1 = F02 Fr2 = F02 / tgδ2 = F01

+ Lực dọc trục Fa1 Fa2, có phương song song với trục, chiều hướng đáy lớn

mặt nón Giá trị Fa1 = Fr2, Fa2 = Fr1

Các lực Ft1, Fr1, Fa1, Ft2, Fr2, Fa2 dùng để tính trục ổ mang bánh ma sát

dẫn bánh ma sát bị dẫn

12.2 Tính truyền bánh ma sát

12.2.1 Các dạng hỏng truyền bánh ma sát tiêu tính tốn

Trong q trình làm việc truyền bánh ma sát bị hỏng dạng hỏng sau:

- Trượt trơn, bánh ma sát dẫn quay, bánh bị dẫn dừng lại, truyền không làm việc Trượt trơn làm bánh ma sát bị dẫn mòn cục bộü

- Mòn bánh ma sát, áp suất lớn, vận tốc trượt lớn hệ số ma sát lớn, nên tốc độ mòn bánh ma sát tương đối cao Mòn làm lớp vật liệu bề mặt bánh ma sát, dẫn đến hình dạng bánh ma sát thay đổi, chất lượng bề mặt giảm Mòn mức độ cho phép, truyền làm việc khơng tốt

- Tróc rỗ bề mặt, truyền bôi trơn đầy đủ, làm việc với áp suất nhỏ trung bình, sau thời gian dài làm việc, bề mặt bánh ma sát xuất vết rỗ Vết rỗ làm giảm chất lượng bề mặt, truyền làm việc không tốt

cái chêm, làm cho vết nứt phát triển Khi vết nứt đủ lớn, làm tróc miếng kim loại, để lại lỗ rỗ bề mặt

- Dính xước bề mặt bánh ma sát Đối với truyền làm việc với áp suất lớn, vận tốc lớn, bề mặt bánh ma sát có tính không cao, người ta thấy mặt bánh ma sát có dính mẩu kim loại, kèm theo vết xước Chất lượng bề mặt giảm đáng kể, truyền làm việc không tốt

Nguyên nhân dẫn đến dính xước áp suất lớn, với nhiệt độ cao, vật liệu chỗ tiếp xúc bánh ma sát bị chảy dẻo, dính lên mặt đối diện, tạo thành vấu Trong lần vào tiếp xúc tiếp theo, vấu cào xước bề mặt bánh ma sát tiếp xúc với

- Biến dạng bề mặt bánh ma sát Dạng hỏng thường xảy với truyền làm vật liệu có tính thấp, áp suất mặt tiếp xúc lớn, vận tốc làm việc nhỏ Trên mặt bánh ma sát xuất chỗ lồi, chỗ lõm, làm thay đổi hình dạng bề mặt, truyền làm việc khơng tốt

Nguyên nhân dẫn đến biến dạng bề mặt áp suất lớn, tác dụng lâu lên chỗ tiếp xúc, làm lớp bề mặt bánh ma sát bị mềm Do trượt nên vật liệu bị xô đẩy từ chỗ sang chỗ Có chỗ vật liệu đọng lại, có chỗ vật liệu bị đi, tạo thành chỗ lồi, lõm

Để hạn chế dạng hỏng kể trên, truyền bánh ma sát cần tính tốn thiết kế kiểm tra theo tiêu sau:

σH≤ [σH] (12-6)

Trong σH ứng suất tiếp xúc bề mặt bánh ma sát,

[σH] ứng suất tiếp xúc cho phép bánh ma sát 12.2.2 Tính truyền bánh ma sát vật liệu kim loại

- Ứng suất tiếp xúc σH xác định theo công thức Héc

ρ σH =0,418 q.E

Trong đó: q cường độ tải trọng đường tiếp xúc

B F q= n ,

B f

F K

F t

n

1 = E mô đun đàn hồi tương đương vật liệu hai bánh ma sát

2

2

1

E E

E E E

+ =

2 ρ ρ ρ ρ ρ + =

Đối với truyền bánh ma sát trụ ρ1 = dtb1 / 2, ρ2 = dtb2 /

Đối với truyền bánh ma sát nón ρ1 = dtb1 / 2, ρ2 = dtb2 /

Thay thông số vào cơng thức Héc, ta có cơng thức tính ứng suất σH

sau:

Đối với truyền bánh ma sát trụ

u n f B u P E K d H ) ( 2583 1 + =

σ (12-7)

Đối với truyền bánh ma sát nón

u n f B u P E K dtb H 2583 1 + =

σ (12-8)

- Ứng suất cho phép [σH] tra bảng sổ tay thiết kế, tính theo cơng

thức kinh nghiệm

[σH] = (1,5 ÷ 2,5).HB

hoặc [σH] = (13 ÷ 18).HRC

Bài toán kiểm tra bền bộ truyền bánh ma sát trụ thực sau:

+ Tính ứng suất σH theo công thức (12-7)

+ Xác định ứng suất cho phép [σH]

+ So sánh σH [σH] Nếu σH≤ [σH], truyền đủ bền

Kiểm tra bền truyền bánh ma sát nón, thực tương tự: + Tính ứng suất σH theo công thức (12-8)

+ Xác định ứng suất cho phép [σH]

+ So sánh σH [σH] Nếu σH≤ [σH], truyền đủ bền

Bài toán thiết kế truyền bánh ma sát trụ thực sau:

+ Xác định ứng suất cho phép [σH]

+ Giả sử tiêu (12-6) thỏa mãn, ta viết ] [ ) ( 2583 1 H u n f B u P E K

d ≤ σ

+

Đặt ψd = B/d1 ψd gọi hệ số chiều rộng bánh ma sát Có thể lấy ψd = 0,4 ÷ 0,6

3 1 ] [ ) ( 190 H d f un

u P E K d σ ψ + ≥

Có d1 ta tính d2, khoảng cách trục a, chiều rộng B, vẽ kết cấu

caïc baïnh ma saït d2 = d1.u.(1-ξ); B = ψd.d1

Thiết kế truyền bánh ma sát nón, làm tương tự Ta rút cơng thức tính đường kính trung bình dtb1

3 2 1 ] [ 190 H d tb n u f u P E K d σ ψ + ≥

Tính thơng số khác, vẽ kết cấu truyền

dtb2 = dtb1.u.(1-ξ); B = ψd.dtb1 ; L 0,5 dtb dtb 0,5.B

2 2

1 + +

=

12.2.3.Tính truyền bánh ma sát vật liệu phi kim loại

Khi tính tốn truyền bánh ma sát có bề mặt làm việc vật liệu phi kim loại, không sử dụng công thức Héc Đối với truyền loại này, người ta dùng tiêu quy ước: qn≤ [qn]

Trong qn cường độ lực pháp tuyến, tính theo cơng thức qn = Fn / B

[qn] cường độ lực pháp tuyến cho phép; N/mm; chọn sau:

+ Tếchtơlít với thép gang, lấy [qn] = (40 ÷ 80) N/mm,

+ Phíp với thép gang, lấy [qn] = (35÷ 40) N/mm,

+ Da với gang, lấy [qn] = (15 ÷ 25) N/mm,

+ Gỗ với gang, lấy [qn] = (2,5 ÷ 5) N/mm

Bài toán kiểm tra bền thực sau:

+ Chọn giá trị cường độ lực pháp tuyến cho phép [qn]

+ Tình cường độ lực qn qn = K.Ft /(f.B)

+ So sánh qn với [qn] Nếu qn≤ [qn], truyền đủ bền

Bài toán thiết kế thực sau:

+ Chọn giá trị cường độ lực pháp tuyến cho phép [qn]

+ chọn đường kính bánh ma sát dẫn bánh bị dẫn

+ Giả sử tiêu qn≤ [qn] thỏa mãn, ta tính chiều rộng B bánh ma sát,

B = K.Ft / (f.[qn])

+ Vẽ kết cấu bánh ma sát Và tính lực ép ban đầu F0

CHỈÅNG XIII

BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG

13.1 Những vấn đề chung

13.1.1 Giới thiệu truyền bánh

Bộ truyền bánh thường dùng truyền chuyển động hai trục song song chéo - truyền bánh trụ (Hình 13-1, 13-2) Cũng dó thể truyền chuyển động hai trục cắt - truyền bánh nón (Hình 13-3)

Bộ truyền bánh thường có phận chính:

+ Bánh dẫn 1, có đường kính d1, lắp trục dẫn I, quay với số vòng

quay n1, công suất truyền động P1, mô men xoắn trục T1

+ Bánh bị dẫn 2, có đường kính d2, lắp trục bị dẫn II, quay với số

+ Trên bánh có răng, truyền động ăn khớp với nhau, tiếp xúc đẩy đường ăn khớp (Hình 13-4)

1

2 n2

II

n1 β

I

Hình 13-2: Bộ truyền bánh trụ nghiêng

1

2 n2

II

n1

I

Hình 13-1: Bộ truyền bánh trụ thẳng

Nguyên lý làm việc truyền bánh tóm tắt sau: trục I quay với số vòng quay n1, thông qua mối ghép then làm cho

bánh quay Răng bánh ăn khớp với bánh 2, đẩy bánh chuyển động, làm bánh quay, nhờ mối ghép then trục II quay với số vòng quay n2

Truyền chuyển động ăn khớp, nên truyền bánh khơng có trượt (chỉ có tượng trượt biên dạng phần

đỉnh chân răng), hiệu suất truyền động truyền cao

n2

Hình 13-3: Bộ truyền bánh nón (côn)

I

II

n1

Răng bánh có phần đỉnh răng, phần chân răng, phần biên dạng đoạn cong chuyển tiếp biên dạng chân (Hình 13-5) Trong trình truyền động, cặp biên dạng đối tiếp tiếp xúc với đường ăn khớp

13.1.2 Phân loại truyền bánh

- Bộ truyền bánh trụ: bánh hình trụ tròn xoay, đường sinh thẳng, thường dùng để truyền chuyển động hai trục song song với nhau, quay ngược chiều Bộ truyền bánh trụ có loại:

+ Bộ truyền bánh trụ thẳng, phương trùng với đường sinh mặt trụ, sơ đồ biểu diễn truyền bánh trụ thẳng Hình 13-1 + Bộ truyền bánh trụ nghiêng, phương nghiêng so với đường sinh mặt trụ góc β, sơ đồ biểu diễn truyền bánh trụ nghiêng Hình 13-2

+ Bộ truyền bánh răng chữ V, bánh tạo thành từ hai bánh nghiêng có góc nghiêng nhau, chiều nghiêng ngược nhau, sơ đồ biểu diễn truyền bánh trụ chữ V Hình 13-6

- Bộ truyền bánh nón, cịn gọi truyền bánh cơn: bánh có dạng hình nón cụt, thường dùng truyền chuyển động hai trục vuông góc với Bộ truyền bánh nón có loại: + Bộ truyền bánh nón thẳng: đường thẳng, trùng với đường sinh mặt nón chia

Hỗnh 13-5: Rng baùnh rng

db2

h

Sa

Sf biãn daûng ràng

Hình 13-4: Bộ truyền bánh ăn khớp ngoài

aw

dw1

d1

db1 da1 df1

dw2

da2

df2

đường ăn khớp

E

C biA

+ Bộ truyền bánh nón nghiêng: đường thẳng, nằm nghiêng so với đường sinh mặt nón

+ Bộ truyền bánh nón cung tròn: đường cung tròn

- Bộ truyền bánh thân khai: biên dạng đoạn đường thân khai vòng tròn Đây truyền dùng phổ biến, đa số cặp bánh gặp thực tế thuộc loại

- Bộ truyền bánh Novikov: biên dạng phần đường tròn

- Bộ truyền bánh xiclôit: biên dạng đọan đường xiclôit

- Bộ truyền bánh - răng: bánh đặc biệt, có đường kính vơ cùng, dùng để đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến ngược lại

- Bộ truyền bánh hành tinh: bánh truyền có trục quay quanh tâm bánh khác

- Bộ truyền bánh ăn khớp trong: tâm hai bánh nằm phía so với tâm ăn khớp, hai vòng tròn lăn tiếp xúc với

- Bộ truyền bánh sóng: bánh có dạng sóng liên tục, thường dùng ăn khớp để thực tỷ số truyền lớn

Trong chương này, chủ yếu trình bày truyền bánh thân khai, ăn khớp Các loại truyền khác đề cập đến sách chuyên khảo bánh

13.1.3 Thông số hình học truyền bánh trụ thẳng

Hình dạng kích thước truyền bánh trụ thẳng xác định qua thơng số hình học chủ yếu sau (Hình 13-4, 13-5, 13-7):

- Mơ đun bánh răng, ký hiệu m, đơn vị đo mm Các bánh có mơ đun ăn khớp với Giá trị mô đun m lấy theo dãy số tiêu chuẩn, để hạn chế số lượng dao gia công bánh sử dụng thực tế Ví dụ: 1; 1,25; (1,375); 1,5; (1,75); 2; (2,25); 2,5; 3; (3,5); 4; (4,5); 5; (5,5); 6; (7); 8; (9); 10; (11);

- Hệ số chiều cao đỉnh ha*, hệ số định cao hay thấp Chiều cao

- Hệ số khe hở chân C*, hệ số định khe hở vòng đỉnh

vòng tròn chân bánh ăn khớp với Cần có khe hở để hai bánh không bị chèn Thông thường lấy C* = 0,25

- Hệ số bán kính cung lượn đỉnh dao gia công bánh ρ*, hệ số liên quan

đến đọan cong chuyển tiếp chân biên dạng Giá trị thường dùng ρ* = 0,38

B

- Hệ số dịch dao x1 bánh dẫn, x2

bánh bị dẫn Giá trị hệ số dịch dao thường dùng -1 ≤ x ≤

- Chiều rộng vành bánh dẫn B1 vành

răng bánh bị dẫn B2, mm Thường dùng B1 > B2

Mục đích: có sai lệch lắp ghép,

truyền tiếp xúc đủ chiều dài tính tốn B Hình 13-7: Kết cấu bánh trụ thẳng - Số bánh dẫn z1, bánh bị dẫn z2

- Góc prơfil sinh α, độ, cịn gọi góc áp lực vịng trịn chia

- Góc ăn khớp αw, độ Là góc làm đường tiếp tuyến chung hai vòng lăn

với đường ăn khớp Nếu xt = x1 + x2 = 0, αw = α

- Đường kính vịng trịn chia d1 d2, mm Có quan hệ d1 = m.z1, d2 = m.z2 - Đường kính vịng trịn lăn dw1 dw2, mm Có quan hệ dw1 = d1.cosα/cosαw - Đường kính vịng trịn sở db1 db2, mm Là đường kính vịng trịn có đường

thân khai dùng làm biên dạng db = d.cosα - Đường kính vịng trịn chân df1 df2, mm - Đường kính vịng trịn đỉnh da1 da2, mm

- Chiều cao h, mm Có quan hệ h = (2.ha* + C*).m = (da - df) /

- Khoảng cách trục aw, khoảng cách tâm bánh dẫn bánh bị

dẫn; mm Có aw = (dw1 + dw2) /

- Chiều dày đỉnh Sa1, Sa2, mm Thường dùng Sa≥ 0,2.m

- Chiều dày chân Sf1, Sf2 mm Kích thước Sf liên quan trực tiếp đến

- Bước vòng tròn chia p, mm Là khoảng cách đo vòng tròn chia hai biên dạng phía gần

Bước vòng tròn sở pb, đo vòng tròn sở

Bước đường ăn khớp pk, đo đường ăn khớp, pk = pb

- Hệ số trùng khớp εα Giá trị εα cho biết khả có nhiều

đôi ăn khớp có đơi ăn khớp Hệ số trùng khớp tính: εα = AE/ pb, AE chiều dài đoạn ăn khớp thực

Các cặp bánh thường dùng có εα≥ 1,1

- Hệ số giảm khoảng cách trục y Trong truyền bánh dịch chỉnh góc, tổng hệ số dịch dao xt ≠ 0, khoảng cách trục aw = (z1 + z2).m.cosα/(2.cosαw) - y m 13.1.4 Thơng số hình học truyền bánh trụ nghiêng - Bộ truyền bánh trụ nghiêng có

một thông số tương tự truyền bánh trụ thẳng, đo mặt đầu bánh Một số kích thước thuộc thơng số có thêm số t Ví dụ, mơ đun mt, khoảng cách trục awt, đường kính

vịng chia dwt1, dwt2, góc ăn khớp αwt, góc

profil sinh αt vv (Hình 13-8) Bộ thơng số

này dùng để đo, kiểm tra kích thước truyền bánh mt αt mặt phẳng

mút lấy theo dãy số tiêu chuẩn

- Một số thông số xác định mặt phẳng pháp tuyến n-n, vng góc với phương Các kích thước mặt phẳng có thêm số n Ví dụ, mơ đun mn, góc profil αn, góc ăn khớp αwn, vv Các

thông số mặt phẳng pháp tuyến lấy theo dãy số tiêu chuẩn Các thơng số dùng để tính tốn truyền bánh

1

2

n

B

β

n

dwt1

awt

Hình 13-8: Kích thước truyền bánh trụ nghiêng

- Góc nghiêng β, góc làm phương đường sinh mặt trụ Phương nghiêng trái nghiêng phải, giá trị β: < β≤ 450

+ Giả sử triển khai mặt trụ sở bánh dẫn bị dẫn, đặt song song với mặt phẳng ăn khớp AA-EE Đường thẳng đoạn AA đường vào khớp EE đường khớp cặp bánh

+ Cũng truyền bánh trụ thẳng, hệ số trùng khớp εα = AE/pbt

+ Hệ số trùng khớp dọc tính theo cơng thức

bt

p tg B p

AA β

ε

β β

=

=

Trong truyền bánh nghiêng, εβ > 1,

ngay εα < truyền làm việc bình

thường, ln có đôi tiếp xúc vùng ăn khớp

Các thông số xác định mặt mút mặt pháp tuyến có mối liên quan sau:

B

E

A

β

pbt

pβ

A

mn = mt.cosβ, tgαn = tgαt.cosβ E

tgαwn = tgαwt.cosβ

13.1.5. Thơng số hình học truyền bánh

răng nón thẳng

- Bộ truyền bánh nón thẳng có thông số tương tự bánh trụ

thẳng, xác định mặt nón phụ lớn bánh răng, khoảng cách

Hình 13-9: Tính hệ số trùng khớp εα và εβ

δ1

θ

δ2

dtb2

de

L

Hình 13-10: Kích thước truyền bánh nón

dtb

de

n1

n2

di

trục aw thay chiều dài nón L Bộ thông số dùng để đo kiểm tra

kích thước bánh Một số kích thước thơng số có thêm số e Ví dụ mơ đun me, đường kính vịng chia de1, de2, ng kớnh vũng nh rng

dae1, dae2, vv (Hỗnh 13-10)

- Một số thông số xác định mặt nón phụ trung bình Các thơng số có thêm số tb Ví dụ, mơ đun mtb,

đường kính dtb, vv Các thơng số

dùng tính tốn kiểm tra bền thiết kế truyền bánh nón

B

de

dtb

di

δf

δa

L

B/2

- Góc mặt nón chia bánh dẫn δ1,

của bánh bị dẫn δ2; độ Thường dùng

bộ truyền bánh nón có góc hai trục θ = δ1 + δ2 = 900 (Hình

13-11)

Hình 13-11: Kết cấu bánh nón

- Góc mặt nón chân δf1, δf2 góc mặt nón đỉnh δa1, δa2

Các thơng số xác định mặt mút lớn mặt trung bình có mối liên hệ sau:

B L

L m

mtb e

,

−

= ,

B L

L d

dtb e

,

− =

13.1.6 Thông số làm việc chủ yếu truyền bánh - Số vòng quay trục dẫn, ký hiệu n1, trục bị dẫn n2; v/ph - Tỷ số truyền, ký hiệu u, u = n1/n2 = d2/d1 =z2/z1

- Công suất trục dẫn, ký hiệu P1, công suất trục bị dẫn P2; kW - Hiệu suất truyền động η; η = P2 / P1

- Mô men xoắn trục dẫn T1, trục bị dẫn T2; Nmm - Vận tốc vòng bánh dẫn v1, bánh bị dẫn v2; m/s

- Thời gian phục vụ truyền, gọi tuổi bền truyền tb; h - Chế độ làm việc,

- Các yêu cầu môi trường làm việc truyền

Độ xác truyền bánh đánh giá qua độ xác thành phần, là:

- Độ xác động học, đánh giá sai số góc quay thực góc quay danh nghĩa bánh bị dẫn Độ xác cần cho cấu phân độ

- Độ xác ăn khớp êm, đánh giá qua tiếng ồn va đập Khi sai số bước răng, sai số prơfil lớn, độ xác ăn khớp êm thấp Độ xác quan trọng truyền làm việc với số vịng quay lớn

- Độ xác tiếp xúc, xác định qua diện tích vết tiếp xúc mặt Người ta bôi sơn lên mặt bánh răng, cho truyền làm việc, sau đo vết sơn mặt bánh thứ hai Độ xác quan trọng truyền làm việc với chế độ tải trọng nặng

Tiêu chuẩn quy định 12 cấp xác cho độ xác nói Cấp xác cao nhất, cấp 12 thấp Tùy theo đặc tính làm việc truyền, mà chọn cấp xác thích hợp cho độ xác Trong bánh cấp xác độ xác khơng chênh q cấp Vì độ xác định sai lệch số kích thước bánh Trong bánh răng, độ xác kích thước khơng thể sai lệch nhiều

Bộ truyền bánh thường dùng máy thơng dụng có cấp xác từ cấp đến cấp Đối với truyền đặc biệt quan trọng, chịu tải nặng làm việc với tốc độ cao chọn cấp xác cao (cấp 4, 5)

Ngoài ra, để tránh tượng kẹt theo cạnh bên, tiêu chuẩn có quy định kiểu khe hở cạnh bên Đó là: A, B, C, D, E, H Trong kiểu A có khe hở lớn nhất, kiểu H có khe hở cạnh bên Mỗi kiểu khe hở cịn có dung sai, quy định mức độ xác khe hở Các bánh có độ xác thấp, khơng chọn kiểu khe hở nhỏ Các bánh có độ xác cao chọn kiểu khe hở E H Các truyền bánh thông dụng thường chọn kiểu khe hở A, B, C

- Cách ghi ký hiệu độ xác truyền bánh răng, Ví dụ:

Ghi ký hiệu: - - - Ba TCVN 1067-84

+ Bộ truyền bánh có độ xác động học cấp 8, + Độ xác ăn khớp êm cấp 7,

+ Độ xác tiếp xúc mặt cấp 7,

Nếu độ xác động học, độ xác ăn khớp êm độ xác tiếp xúc cấp cần ghi số, dạng dung sai trùng với dạng khe hở khơng cần ghi dạng dung sai, ví dụ: - B TCVN 1067-84

13.1.8 Tải trọng ứng suất truyền bánh

Tải trọng danh nghĩa truyền bánh cơng suất P mơ men xoắn T1,

T2 ghi nhiệm vụ thiết kế Từ ta tính

lực tiếp tuyến Ft vịng tròn lăn, lực pháp

tuyến Fn tác dụng mặt (Hình 13-12)

2

1

w w t d T d T

F = = ,

2

1

tb tb t d T d T

F = =

β α cos cos wn

t n

F

F =

Ngoi ti trng danh nghéa nãu trãn, bäü

truyền làm việc, va đập, có thêm tải trọng động tác dụng lên Tải trọng tỷ lệ với vận tốc làm việc, ký hiệu Fv Tính xác Fv tương đối khó khăn,

nên người ta kể đến hệ số tải trọng động Kv

Khi có nhiều đơi ăn khớp, tải trọng phân bố không đơi răng, có đơi chịu tải lớn đôi khác Để đôi đủ bền, tính tốn ta phải tăng tải trọng danh nghĩa lên Kα lần, Kα ≥ Kα gọi hệ số kể

đến phân bố tải không đôi

Trên đôi răng, độ cứng khác điểm tiếp xúc, tải trọng phân bố không dọc theo chiều dài (Hình 13-13) Như điểm chịu tải lớn đủ bền, tính

tốn phải tăng tải danh nghĩa lên Kβ lần,

Kβ ≥ Kβ gọi hệ số kể đến phân

bố tải không chiều dài Tải trọng tác dụng lên gây nên ứng suất tiếp xúc ứng suất uốn Khi ứng suất vượt giá trị cho phép bánh bị hỏng Sự hỏng hóc điểm nguy hiểm Qua thực tế sử dụng phân tích biến dạng răng,

Fn2

Fn1

2

Hình 13-12:Lực tác dụng trên mặt răngbánh răng

F

C

qmax

q

người ta nhận thấy ứng suất tiếp xúc σH điểm C có giá trị lớn nhất; điểm F có

tập trung ứng suất, vết nứt thường bắt đầu đây, phát triển dần lên làm gẫy

Khi vào ăn khớp, ứng suất σH σF có giá trị khác không, khỏi

vùng ăn khớp giá trị khơng Như ứng suất ứng suất thay đổi, bị hỏng mỏi

Ứng suất σH ứng suất thay đổi theo chu trình mạch động (Hình 13-14)

Ứng suât σF thay đổi theo chu trình mạch động, truyền làm việc

chiều Và σF coi thay đổi theo chu trình đối xứng, truyền làm việc hai chiều, truyền đảo chiều quay nhiều lần trình làm việc (Hình 13-15)

Hình 13-14: Chu trình mạch động ứng suất σH σF

Hình 13-15: Chu trình đối xứng σF, truyền làm việc chiều

13.1.9 Lực tác dụng lên trục ổ mang truyền bánh

Để tính tốn trục ổ mang bánh răng, cần biết thành phần lực tác dụng lên Khi truyền làm việc, trục ổ chịu tác

dụng lực sau:

Đối với truyền bánh trụ

thẳng, gồm có lực (Hình 13-16): Ft1

Ft2

Fr1

Fr2

n1 n2 - Lực tiếp tuyến Ft1 tác dụng lên trục dẫn I, lực

Ft2 tạc dủng lãn trủc II Phỉång ca Ft1 v Ft2

trùng với đường tiếp tuyến chung hai vòng lăn Chiều Ft1 ngược với chiều quay

n1, chiều Ft2 với chiều quay n2

Giaï trë Ft1 = Ft2 = 2.T1/dw1

- Lực hướng tâm Fr1 tác dụng lên trục I, vuông

góc với trục I hướng phía trục I Lực hướng tâm Fr2 vng góc với trục II hướng

về phía trục II

Giaï trë Fr1 = Fr2 = Ft1.tgαw

Đối với truyền bánh trụ nghiêng gm cú cỏc lc tỏc dng sau

(Hỗnh 13-17):

- Lực tiếp tuyến Ft1 tác dụng lên trục dẫn I, lực Ft2 tác dụng lên trục II Phương

Ft1 Ft2 trùng với đường tiếp tuyến chung

hai vòng lăn Chiều Ft1 ngược với chiều

quay n1, chiều Ft2 với chiều quay n2

Giaï trë Ft1 = Ft2 = 2.T1/dwt1 Ft1

Ft2

Fr1

Fr2

n1

n2

Fa2

Fa1

- Lực hướng tâm Fr1 tác dụng lên trục I, vuông

góc với trục I hướng phía trục I Lực hướng tâm Fr2 vng góc với trục II hướng

về phía trục II

Giạ trë Fr1 = Fr2 = Ft1.tgαwt

- Lỉûc dc trủc Fa1 tạc dủng lãn trủc I, song song

với trục I Lực dọc trục Fa2 song song với trục

II Chiều lực Fa1, Fa2 phụ thuộc vào chiều

quay chiều nghiêng đường Giá trị Fa1 = Fa2 = Ft1.tgβ

Đối với truyền bánh nón thẳng cú cỏc lc tỏc dng nh sau

(Hỗnh 13-18):

Hình 13-17:Lực truyền bánh răngtrụ nghiêng

- Lực tiếp tuyến Ft1 tác dụng lên trục dẫn I, lực Ft2 tác dụng lên trục II Phương

Ft1 Ft2 trùng với đường tiếp tuyến chung hai vòng lăn Chiều Ft1

ngược với chiều quay n1, chiều Ft2 với chiều quay n2

Giaï trë Ft1 = Ft2 = 2.T1/dtb1

n1

n2

Ft1 Ft2

Fr2

Fr1

Fa2

Fa1

- Lực hướng tâm Fr1 tác dụng lên trục I,

vng góc với trục I hướng phía trục I Lực hướng tâm Fr2 vng góc

với trục II hướng phía trục II Giá trị Fr1 = Ft1.tgαw.cosδ1

Fr2 = Ft2.tgαw.cosδ2 - Lỉûc dc trủc Fa1 tạc dủng lãn trủc I,

song song với trục I Lực dọc trục Fa2

song song với trục II Chiều lực Fa1 hướng đáy lớn bánh dẫn, chiều

của Fa2 ln ln hướng phía đáy lớn bánh bị dẫn

Giaï trë Fa1 = Ft1.tgαw.sinδ1 = Fr2

Fa2 = Ft2.tgαw.sinδ2 = Fr1 13.2 Tính truyền bánh

13.2.1 Các dạng hỏng tiêu tính tốn truyền bánh

Trong trình làm việc, bánh xuất dạng hỏng sau:

- Gẫy bánh răng, vài tách rời khỏi bánh Gẫy dạng hỏng nguy hiểm nhất, truyền không tiếp tục làm việc gây nguy hiểm cho chi tiết máy lân cận

Gẫy tải, bị mỏi, ứng suất uốn tiết diện chân vượt giá trị cho phép

- Tróc rỗ mặt răng, mặt có lỗ nhỏ sâu, làm hỏng mặt răng, truyền làm việc không tốt Tróc rỗ thường xảy truyền có độ rắn mặt cao, ứng suất tiếp xúc không lớn bôi trơn đầy đủ Nguyên nhân: ứng suất tiếp xúc thay đổi, mặt bị mỏi, xuất vết nứt bề mặt Vết nứt lớn dần lên, đến mức làm tróc mảnh kim loại, để lại vết lõm

- Mịn răng, phía chân đỉnh có trượt biên dạng, nên bị mài mòn Mòn làm yếu chân làm nhọn Mịn thường xảy truyền có ứng suất tiếp xúc trung bình bơi trơn khơng đầy đủ

- Dính xước mặt răng, bề mặt có dính mẩu kim loại, kèm theo vết xước Dính xước làm mặt bị hỏng, truyền làm việc khơng tốt Dính xước thường xảy truyền có độ rắn mặt thấp, ứng suất lớn, vận tốc làm việc cao

Nguyên nhân: ứng suất lớn nhiệt độ cao làm vật liệu chỗ tiếp xúc đạt đến trạng thái chảy dẻo Kim loại bị bứt dính lên mặt đối diện, tạo thành vấu Các vấu cào xước mặt lần vào ăn khớp Cứ mặt bị phá hỏng

tốt Dạng hỏng thường xuất truyền có độ rắn mặt thấp, ứng suất tiếp xúc lớn, vận tốc làm việc thấp

Nguyên nhân: ứng suất lớn, lưu lại mặt lâu, lớp mặt mềm ra, kim loại bị xô đẩy từ chỗ sang chỗ Do chiều lực ma sát, bánh dẫn kim loại bị đẩy phía chân đỉnh răng, bánh bị dẫn kim loại dồn phía

- Bong mặt răng, có vẩy kim loại tách khỏi bề mặt răng, tạo nên vết lõm nông rộng Bong mặt làm thay đổi biên dạng răng, giảm chất lượng bề mặt, truyền làm việc không tốt Dạng hỏng thường có truyền mặt tôi, sau thấm nitơ, thấm than

Nguyên nhân: nhiệt luyện hóa nhiệt luyện không tốt, tổ chức kim loại mặt bị phá hỏng, bền vững Dưới tác dụng ứng suất lớn thay đổi, lớp mỏng kim loại bị tách khỏi mặt

Để tránh dạng hỏng nêu trên, người ta tính tốn truyền bánh theo tiêu:

σH≤ [σH] (13-1)

σF≤ [σF] (13-2)

Đồng thời chọn chế độ phương pháp nhiệt luyện hợp lý Trong σH ứng suất tiếp xúc điểm nguy hiểm mặt răng,

[σH] ứng suất tiếp xúc cho phép mặt răng, tính theo sức bền mỏi,

σF ứng suất uốn điểm nguy hiểm tiết diện chân răng,

[σF] ứng suất uốn cho phép răng, tính theo sức bền mỏi

Tính tốn truyền bánh theo tiêu 13-1, gọi tính theo sức bền tiếp xúc

Tính theo tiêu 13-2, gọi tính theo sức bền uốn

Nếu truyền bánh chịu tải trọng tải thời gian ngắn, cần phải kiểm tra bánh theo sức bền tĩnh, gọi tính truyền bánh theo tải

13.2.2 Tính truyền bánh trụ thẳng theo sức bền tiếp xúc

Ứng suất tiếp xúc sinh mặt xác định theo công thức Héc

ρ σ

n M H

q Z

Trong ZM hệ số kể đến tính vật liệu chế tạo bánh răng, MPa1/2 )] ( ) ( [ 2 2 2 µ µ π − + − = E E E E ZM

E1, E2 mô đun đàn hồi vật liệu bánh 2,

µ1, µ2 hệ số Pốt xơng vật liệu bánh 2,

qn cường độ tải trọng đường tiếp xúc răng, N/mm

β

H Hv H

n

n K K

l F

q =

KHv hệ số kể đến tải trọng động dùng để tính ứng suất tiếp xúc,

KHβ hệ số kể đến phân bố tải khơng chiều dài răng, tính ứng

suất tiếp xúc,

lH chiều dài tiếp xúc đôi Lấy gần lH = B,

Coi có đôi ăn khớp Thực tế số đôi ăn khớp có lúc lớn Để kể đến khác biệt người ta đưa vào hệ số điều chỉnh Zε Hệ số Zε

được tính theo cơng thức kinh nghiệm

3 α ε ε − = Z

ρ bán kính cong tương đương hai bề mặt điểm tiếp xúc, 2 ρ ρ ρ ρ ρ + =

ρ1 bán kính cong điểm bánh dẫn, gần ρ1 = dw1.sinαw/2, ρ2 bán kính cong điểm bánh bị dẫn, có ρ2 = dw2.sinαw/2

Kể đến khác biệt mặt thân khai mặt trụ, người ta đưa vào hệ số điều chỉnh ZH Hệ số ZH tính theo cơng thức kinh nghiệm

w H Z α sin =

Thay Fn = Ft/cosαw, thông số khác vào cơng thức Héc, ta có cơng

thức tính ứng suất tiếp xúc: u B u K K T d Z Z

Z Hv H

w H M H ) ( 1 + = ε β

σ (13-4)

Ứng suất tiếp xúc cho phép [σH] xác định thực nghiệm, phụ thuộc

vào vật liệu chế tạo bánh răng, phương pháp nhiệt luyện mặt răng, tầm quan trọng truyền số chu kỳ ứng suất suốt thời gian sử dụng truyền Có thể tra trực tiếp từ bảng, tính theo cơng thức kinh nghiệm

Bài tốn kiểm tra bền truyền bánh trụ thẳng theo sức bền tiếp

- Tính ứng suất tiếp xúc sinh điểm nguy hiểm mặt răng, điểm nằm vòng tròn lăn, theo công thức (13-4)

- Xác định ứng tiếp xúc cho phép bánh dẫn [σH1], bánh bị dẫn [σH2]

Lấy [σH] = min([σH1], [σH2])

- So sánh giá trị σH [σH], kết luận Nếu σH ≤ [σH], truyền đủ sức bền tiếp

xục

Bài tốn thiết kế truyền bánh trụ thẳng theo sức bền tiếp xúc,

thực nội dung sau:

- Chọn vật liệu cách nhiệt luyện bánh Xác định ứng suất cho phép [σH1] [σH2] Lấy [σH] = min([σH1], [σH2])

- Giả sử tiêu σH≤ [σH] thỏa mãn, sử dụng công thức 13-4, với ý:

+ Hai bánh thường thép, nên lấy gần ZM = 275 MPa 1/2

,

+ Bánh tiêu chuẩn dùng góc profil α = 200, hệ số dịch dao khơng lớn, lấy gần ZH = 1,76,

+ Các truyền bánh thường dùng có hệ số trùng khớp εα ≈ 1,6,

+ Đặt phương trình phụ ψa = B/aw, ψa gọi hệ số chiều rộng bánh

theo khoảng cách trục Hoặc ψd = B/dw1, hệ số chiều rộng bánh theo

đường kính bánh dẫn Có quan hệ ψd = ψa.(u+1)/2 Giá trị ψa chọn theo

kinh nghiệm Mặt có độ rắn cao, dùng giá trị nhỏ, ngược lại: Nếu bánh đặt đối xứng so với hai ổ đỡ, lấy ψa = 0,3÷0,5

Nếu bánh đặt không đối xứng so với hai ổ đỡ, lấy ψa = 0,25 ÷0,4

Nếu bánh đặt phía so với hai ổ đỡ, lấy ψa = 0,2 ÷0,25

Đối với truyền bánh chữ V, lấy ψa = 0,4 ÷ 0,6

Ta có cơng thức tính đường kính bánh dẫn, khoảng cách trục sau:

3 1 ] [ ) ( 77 H d H Hv w u u K K T d σ ψ β +

= (13-5)

3 2 ] [ ) ( 50 H a H Hv w u K K T u a σ ψ β +

= (13-6)

- Đối với truyền thơng dụng, lấy mơ đun m = (0,01 ÷ 0,02).aw, chọn

13.2.3 Tính truyền bánh trụ thẳng theo sức bền uốn

Trường hợp nguy hiểm dạng hỏng gẫy toàn lực Fn tác

dụng lên đôi răng, đặt đỉnh Lực Fn phân thành hai phần, lực nén

răng Fnn lực uốn Fnu (Hình 13-19)

Fnn = Fn.sinαa

Fnu = Fn.cosαa

αa laì gọc ạp lỉûc trãn vng trn âènh ràng

Lực Fnn gây ứng suất nén σn tiết diện

chân răng, cịn Fnu tạo nên mơ men uốn Mu = Fnu.l

gây ứng suất uốn σu tiết diện chân

σn = Fnn / B.Sf

σu = 6.Fnu.l / (B.Sf2)

Vết nứt chân thường xuất phía chịu kéo chân răng, nên giá trị ứng suất tổng σF tính theo cơng thức: σF = σu - σn

Đặt l = e.m, Sf = g.m Trong e g

hằng số tính tốn, m mơ đun Và tính lực pháp tuyến

w w F Fv n d K K T F α β cos 1 =

KFv hệ số kể đến tải trọng động, tính cho sức bền uốn,

KFβ hệ số kể đến phân bố tải không dọc theo chiều dài

Thay giá trị thông số vào công thức tính ứng suất σF, ta có:

F w F Fv w a w a w F Fv F Y m B d K K T g g e m B d K K T cos sin cos cos 1

1 β β

α α α α σ ⎟⎟= ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − = Với w a w a F g g e Y α α α α cos sin cos cos −

= gọi hệ số dạng

Giạ trë ca YF khäng phủ thüc mä âun m, m chè phủ thüc vo cạc thäng

số xác định hình dạng YF gọi hệ số dạng Khi tính bánh răng,

xác định giá trị YF từ bảng tra sách Bài tập Chi tiết máy, phụ thuộc

vào số z hệ số dịch dao x bánh

1 1 F w F Fv F Y m B d K K T β σ = ; 2 F F F F Y Y σ

σ = (13-7)

αa Fnn Fnu σF σn σu Sf Fn l

Giá trị [σF] chọn phụ thuộc vào vật liệu chế tạo bánh răng, phương

pháp nhiệt luyện thể tích răng, số chu kỳ ứng suất uốn, tầm quan trọng bánh răng, kích thước Có thể tra sổ tay thiết kế, sách Bài tập Chi tiết máy

Bài toán kiểm tra bền truyền bánh theo sức bền uốn, thực

nhæ sau:

- Xác định ứng suất cho phép bánh dẫn [σF1], [σF2] bánh bị

dẫn, từ bảng tra, tính theo cơng thức kinh nghiệm

- Xác định hệ số dạng YF1 bánh dẫn, YF2 bánh bị dẫn

- Tính ứng suất uốn σF1 tiết diện chân bánh dẫn, σF2 tiết diện

chân bánh bị dẫn, theo công thức (13-7)

- So sánh σF1 với [σF1], σF2 với [σF2], đưa kết luận:

Nếu σF1≤ [σF1], bánh đủ bền Nếu σF2≤ [σF2], bánh đủ bền

Bài toán thiết kế truyền bánh theo sức bền uốn, thực nội

dung chủ yếu sau:

- Chọn vật liệu, phương pháp nhiệt luyện thể tích cho bánh Xác định ứng suất cho phép [σF1] [σF2]

- Xác định hệ số dạng YF1 bánh dẫn, tra bảng theo số z1 x1; YF2

của bánh bị dẫn, tra bảng theo số z2 x2

- Giả sử tiêu σF1≤ [σF1] thỏa mãn, Từ công thức (13-7) ta rút được:

3

1

1

1

] [

F d

F F Fv

z

Y K K T m

σ ψ

β

≥ (13-8)

ψd hệ số chiều rộng bánh theo đường kính d, lấy theo kinh nghiệm

như phần tính bánh theo sức bền tiếp xúc Lấy giá trị m theo dãy số tiêu chuẩn

- Kiểm tra sức bền uốn bánh khơng đủ bền phải chọn tăng giá trị mơ đun m lên

- Tính thơng số khác truyền, vẽ kết cấu bánh

13.2.4 Tính truyền bánh trụ nghiêng chữ V

bánh nghiêng so với bánh thẳng, đưa vào công thức tính tốn bánh trụ thẳng hệ số điều chỉnh, kể đến khác biệt sức bền bánh nghiêng bánh thẳng

Bộ truyền bánh chữ V dạng đặc biệt bánh nghiêng, kết tính tốn bánh nghiêng sử dụng để tính bánh chữ V

a) Đặc điểm sức bền bánh nghiêng so với bánh thẳng

- Bộ truyền bánh nghiêng ăn khớp êm truyền bánh thẳng, tải trọng động nhỏ hơn, giá trị hệ số Kv nhỏ so với bánh thẳng - Khi tính chiều dài tiếp xúc lH truyền bánh nghiêng, ta kể đến tất

các đôi vùng ăn khớp, nên cường độ tải trọng đường tiếp xúc qn

nhỏ so với bánh thẳng Kể đến khác biệt này, người ta dùng hệ số Zε Zε = 1/εα Đồng thời phải đưa hệ số kể đến phân bố tải không cho

các đơi Kα vào cơng thức tính tốn

- Đường tiếp xúc đơi bánh nghiêng nằm chếch mặt (Hình 13-20) Do chiều

dài cánh tay địn l = g.m mô mem uốn Mu nhỏ hơn; đồng thời

tiết diện nguy hiểm lệch so với tiết diện chân góc, nên mơ men chống uốn tiết diện nguy hiểm lớn so với tiết diện chân Như vậy, ứng suất uốn

σF bạnh ràng nghiãng nh

hơn so với bánh thẳng

- Dạng bánh nghiêng mặt phẳng vng góc với

phương (mặt pháp tuyến), giống dạng bánh thẳng có thơng số mơ đun mtđ = mn, ztđ = z/cos3β Bánh gọi bánh

thẳng tương đương bánh nghiêng Khả tải bánh thẳng tương đương với khả tải bánh nghiêng, ta tính tốn bánh nghiêng thơng qua việc tính tốn bánh thẳng tương đương Như vậy, với kích thước nhau, bánh nghiêng có góc β lớn khả tải lớn

b) Tính truyền bánh trụ nghiêng theo sức bền tiếp xúc

Xuất phát từ công thức Héc, có kể đến đặc điểm sức bền bánh nghiêng, ta có cơng thức tính ứng suất tiếp xúc bánh trụ nghiêng

u B u K K K T d Z Z

Z Hv H H

wt H M H ) ( 1 + = ε β α

σ (13-9)

Trong đó: Hệ số kể đến vật liệu ZM lấy tương tự bánh trụ thẳng

Hệ số kể đến có nhiều đôi ăn khớp Zε = 1/εα , Hệ số kể đến hình dạng mặt

wt H Z α β sin cos =

Giá trị hệ số KHv, KHβ, KHα lấy từ bảng tra sổ tay thiết

kế khí, sách Bài tập Chi tiết máy

Ứng suất cho phép [σH] lấy tương tự tính bánh trụ thẳng

Bài toán kiểm tra bền truyền bánh trụ nghiêng theo sức bền

tiếp xúc, thực sau:

- Tính ứng suất tiếp xúc sinh điểm nguy hiểm mặt răng, điểm nằm vịng trịn lăn, theo cơng thức (13-9)

- Xác định ứng tiếp xúc cho phép bánh dẫn [σH1], bánh bị dẫn [σH2]

Lấy [σH] = min([σH1], [σH2])

- So sánh giá trị σH [σH], kết luận Nếu σH ≤ [σH], truyền đủ sức bền tiếp

xục

Bài tốn thiết kế truyền bánh trụ nghiêng theo sức bền tiếp

xúc, thực nội dung sau:

- Chọn vật liệu cách nhiệt luyện bánh Xác định ứng suất cho phép [σH1] [σH2] Lấy [σH] = min([σH1], [σH2])

- Giả sử tiêu σH≤ [σH] thỏa mãn, sử dụng công thức 13-9, với ý:

+ Hai bánh thường thép, nên lấy gần ZM = 275 MPa 1/2

,

+ Bánh tiêu chuẩn dùng góc profil α = 200, hệ số dịch dao không lớn, lấy gần ZH = 1,76,

+ Các truyền bánh thường dùng có hệ số trùng khớp εα ≈ 1,6,

+ Đặt phương trình phụ ψa = B/awt, ψa gọi hệ số chiều rộng bánh

đường kính bánh dẫn Giá trị ψa chọn theo kinh nghiệm, tương tự

bánh trụ thẳng

Ta có cơng thức tính đường kính bánh dẫn, khoảng cách trục sau:

3 1 ] [ ) ( 68 H d H H Hv wt u u K K K T d σ ψ α β +

= (13-10)

3 2 ] [ ) ( 48 H a H H Hv wt u K K K T u a σ ψ α β +

= (13-11)

Đối với truyền thơng dụng, lấy mơ đun mn = (0,01 ÷ 0,02).awt,

chọn giá trị mn dãy số tiêu chuẩn Tính mơ đun mt thơng số khác

của truyền Ví dụ, B = ψa.awt; dwt2 = u.dwt1; Z1≈ dwt1/mt, vv

c) Tính truyền bánh trụ nghiêng theo sức bền uốn

Thực tính tốn tương tư với bánh trụ thẳng, có kể đến đặc điểm sức bền, ta có cơng thức tính ứng suất uốn tiết diện chân bánh sau:

β ε α β

σ Y Y Y

m B d K K K T F n wt F F Fv

F

1 1 = 2 F F F F Y Y σ

σ = (13-12)

Trong đó: Giá trị hệ số dạng YF1 tra bảng theo số ztđ1 x1; hệ số

dạng YF2 tra bảng theo số ztđ2 x2

Yβ hệ số kể đường tiếp xúc nằm chếch mặt răng,

140 β β = − Y ,

Yε hệ số kể đến có nhiều đơi ăn khớp, Yε = 1/εα

Giá trị hệ số KFv, KFβ, KFα lấy từ bảng tra Sổ tay thiết

kế, sách Bài tập Chi tiết máy

Bài toán kiểm tra bền truyền bánh trụ nghiêng theo sức bền

uốn, thực sau:

- Xác định ứng suất cho phép bánh dẫn [σF1], [σF2] bánh bị

dẫn, từ bảng tra, tính theo công thức kinh nghiệm

- Xác định hệ số dạng YF1 bánh dẫn, YF2 bánh bị dẫn

- Tính ứng suất uốn tiết diện chân bánh dẫn σF1, σF2 tiết diện

- So sánh σF1 với [σF1], σF2 với [σF2], đưa kết luận:

Nếu σF1≤ [σF1], bánh đủ bền Nếu σF2≤ [σF2], bánh đủ bền

Bài toán thiết kế truyền bánh theo sức bền uốn, thực nội

dung chủ yếu sau:

- Chọn vật liệu, phương pháp nhiệt luyện thể tích cho bánh Xác định ứng suất cho phép [σF1] [σF2]

- Xác định hệ số dạng YF1 bánh dẫn, tra bảng theo số ztđ1 x1; YF2

của bánh bị dẫn, tra bảng theo số ztđ2 x2 - Giả sử tiêu σF1≤ [σF1] thỏa mãn, ta tính được:

3

1

1

1

] [

12

F d td

F F F Fv n

z

Y K K K T m

σ ψ

α β

≥ (13-12)

ψd hệ số chiều rộng bánh theo đường kính d, lấy theo kinh nghiệm

như phần tính bánh theo sức bền tiếp xúc Lấy giá trị mn theo dãy số tiêu chuẩn

- Kiểm tra sức bền uốn bánh khơng đủ bền phải chọn tăng giá trị mô đun mn lên

- Tính mơ đun mt thơng số khác truyền, vẽ kết cấu bánh

ràng

13.2.5 Tính truyền bánh nón thẳng

Tính truyền bánh nón thực tương tự tính truyền bánh trụ thẳng Các cơng thức tính truyền bánh nón thiết lập cách: phân tích đặc điểm sức bền bánh nón so với bánh trụ, đưa vào cơng thức tính tốn bánh trụ hệ số điều chỉnh, kể đến khác biệt sức bền bánh nón bánh trụ

a) Đặc điểm sức bền bánh nón so với bánh trụ

- Tiết diện bánh nón có kích thước thay đổi dọc theo chiều dài răng, phía đỉnh nón, kích thước nhỏ Song, tải trọng phân bố đường tiếp xúc tỷ lệ với kích thước tiết diện răng, nên giá trị ứng suất tiếp xúc σH ứng suất uốn σF tiết diện không thay đổi dọc theo chiều dài

- Dạng bánh nón thẳng mặt nón phụ trung bình, giống dạng bánh trụ thẳng có các thơng số mtđ = mtb, ztđ=z/cosδ

Bánh thẳng gọi bánh tương đương Khả tải truyền bánh nón 0,85 khả tải bánh thẳng tương đương Do đó, tính tốn truyền bánh nón qua bánh thẳng tương đương, với tải trọng tăng lên 1/0,85 lần

Hình 13-21: Kích thước tiết diện phân bố tải trọng

b) Tính truyền bánh nón thẳng theo sức bền tiếp xúc

Xuất phát từ cơng thức Héc, có kể đến đặc điểm sức bền bánh nón, ta có cơng thức tính ứng suất tiếp xúc truyền bánh nón:

u B

u K K T d

Z Z

Z Hv H

tb H M H

85 ,

1

1

+

= ε β

σ (13-13)

Trong đó: Hệ số kể đến vật liệu ZM lấy tương tự bánh trụ thẳng

Giá trị hệ số kể đến có nhiều đơi ăn khớp Zε, hệ số ZH lấy

tỉång tỉû bạnh ràng trủ

Giá trị hệ số KHv, KHβ, lấy từ bảng tra sổ tay thiết kế,

sách Bài tập Chi tiết máy

Ứng suất cho phép [σH] lấy tương tự tính bánh trụ thẳng

Bài toán kiểm tra bền truyền bánh nónû thẳng theo sức bền tiếp

xúc, thực sau:

- Tính ứng suất tiếp xúc sinh điểm nguy hiểm mặt răng, theo công thức (13-13)

- Xác định ứng tiếp xúc cho phép bánh dẫn [σH1], bánh bị dẫn [σH2]

Lấy [σH] = min([σH1], [σH2])

- So sánh giá trị σH [σH], kết luận Nếu σH ≤ [σH], truyền đủ sức bền tiếp

xục

Bài tốn thiết kế truyền bánh trụ nghiêng theo sức bền tiếp

- Chọn vật liệu cách nhiệt luyện bánh Xác định ứng suất cho phép [σH1] [σH2] Lấy [σH] = min([σH1], [σH2])

- Giả sử tiêu σH≤ [σH] thỏa mãn, sử dụng công thức 13-13, với ý:

Đặt phương trình phụ ψd = B/dtb1, hệ số chiều rộng bánh theo đường kính

bánh dẫn Giá trị ψd chọn khoảng từ 0,3 đến 0,6 tuỳ theo vị trí

của bánh so với hai giá đỡ

Ta có cơng thức tính đường kính trung bình bánh dẫn sau:

3 2 1 ] [ 85 , 77 H d H Hv tb u u K K T d σ ψ β +

= (13-14)

Đối với truyền thông dụng, lấy mơ đun mtb = (0,02 ÷ 0,03).dtb1,

có thể chọn giá trị mtb dãy số tiêu chuẩn Tính mơ đun me thơng số

khác truyền Ví dụ, B = ψd.dtb1; dtb2 = u.dtb1; Z1≈ dtb1/mtb, vv

c) Tính truyền bánh nón theo sức bền uốn

Thực tính tốn tương tư với bánh trụ thẳng, có kể đến đặc điểm sức bền, ta có cơng thức tính ứng suất uốn tiết diện chân bánh sau:

1 1 85 , F tb tb F Fv F Y m B d K K T β σ = 2 F F F F Y Y σ

σ = (13-15)

Trong đó: Giá trị hệ số dạng YF1 tra bảng theo số ztđ1 = z1/cosδ1

x1; hệ số dạng YF2 tra bảng theo số ztđ2 = z2/cosδ2 x2

Giá trị hệ số KFv, KFβ lấy từ bảng tra sổ tay thiết kế,

sách Bài tập Chi tiết máy

Bài tốn kiểm tra bền truyền bánh nón thẳng theo sức bền

uốn, thực sau:

- Xác định ứng suất [σF1] cho phép bánh dẫn, [σF2] bánh bị

dẫn, từ bảng tra, tính theo công thức kinh nghiệm

- Xác định hệ số dạng YF1 bánh dẫn, YF2 bánh bị dẫn

- Tính ứng suất uốn σF1 tiết diện chân bánh dẫn, σF2 tiết diện

- So sánh σF1 với [σF1], σF2 với [σF2], đưa kết luận:

Nếu σF1≤ [σF1], bánh đủ bền Nếu σF2≤ [σF2], bánh đủ bền 13.2.6 Kiểm tra bền truyền bánh theo tải trọng tải

Có số trường hợp, làm việc, tải trọng tác dụng lên bánh tăng đột ngột khoảng thời gian ngắn Tải trọng gọi tải trọng tải, ký hiệu T1max, T2max Trong trường hợp cần kiểm tra sức bền tĩnh bộü

truyền bánh theo tải trọng q tải Chỉ tiêu tính tốn:

σHqt≤ [σHqt] σFqt≤ [σFqt]

Trong đó: σHqt σFqt ứng suất tiếp xúc ứng suất uốn sinh răng, tính theo tải trọng tải Tmax,

[σHqt] [σFqt] ứng suất tiếp xúc ứng suất uốn cho phép theo sức bền tĩnh

Ứng suất σHqt σFqt tính theo cơng thức:

1 max

T T

H Hqt σ

σ = , (13-16)

1 max

T T

F Fqt σ

σ = (13-17)

Ứng suất cho phép [σHqt] [σFqt] xác định cách tra bảng theo sức

bền tĩnh bánh răng, tính theo độ rắn mặt [σHqt] ≈ 2,2.HB MPa,

[σFqt] ≈ 2,7.HB MPa

Bài toán kiểm tra bền bánh theo tải trọng tải, thực sau:

- Tính ứng suất σHqt mặt theo công thức (13-6) σFqt1, σFqt2

răng theo công thức 13-17

- Xác định ứng suất cho phép [σHqt1], [σHq2], [σFqt1] [σFqt2] bánh răng, - So sánh giá trị ứng suất sinh ứng suất cho phép, kết luận,

Nếu σHqt≤ min([σHqt1], [σHq2]), bánh đủ sức bền tiếp xúc tĩnh,

Nếu σFqt1 ≤ [σFqt1] bánh dẫn đủ sức bền uốn tĩnh

13.2.7 Vật liệu chế tạo bánh ứng suất cho phép

Bánh chủ yếu chế tạo thép, ngồi dùng gang, vật liệu phi kim loại

Tuỳ theo cách nhiệt luyện, độ rắn mặt răng, chia bánh thép hai nhóm chính:

- Nhóm bánh có độ rắn bề mặt BH ≤ 350

Trước cắt răng, người ta nhiệt luyện phôi liệu tơi cải thiện thường hố Sau cắt khơng phải tơi sửa Chi phí cho cắt gọt tương đối thấp

Để hạn chế dính xước răng, đảm bảo sức bền cho hai bánh răng, số chu kỳ ứng suất bánh lớn bánh 2, nên chọn vật liệu bánh nhỏ khác vật liệu bánh lớn Thường chọn bánh dẫn có HB1 = HB2 + (30÷50),

HB2 là độ rắn mặt bánh bị dẫn

Đối với bánh chịu tải trọng nhỏ trung bình nên chọn thép C40, C45, C50Mn, tơi cải thiện

Đối với bánh chịu tải nhỏ, dùng cấu khơng quan trọng, chọn thép CT51, CT61, C40, C45, thường hoá

- Nhóm bánh có độ rắn bề mặt HB > 350

Các bánh thuộc nhóm này, gia công phức tạp Phôi liệu ủ cho ổn định, sau đem cắt Thực tơi bề mặt: thường thấm than, thấm nitơ, thấm xianua trước Sau phải gia công sửa nguyên công mài nghiền

Nên chọn hai bánh loại vật liệu, nhiệt luyện đạt độ rắn bề mặt

Thường dùng thép có hàm lượng bon thấp như: thép C15, C20, 15Cr, 20Cr, bề mặt thấm than trước

Giá trị ứng suất tiếp xúc cho phép [σH], tra bảng, xác định

theo công thức kinh nghiệm: [σH] = σHlim.SH.ZR.ZV.ZXH

Trong đó: σHlim giới hạn mỏi tiếp xúc mặt răng, tra bảng để có giá trị

SH hệ số an tồn tính sức bền tiếp xúc, lấy SH = 1,1 ÷ 1,2 ;

ZV hệ số kể đến vận tốc vịng, bánh thơng thường lấy ZV = 1,1

ZXH hệ số kể đến kích thước bánh răng, bánh da < 700 mm,

lấy ZXH =

Giá trị ứng suất uốn cho phép [σF] tra bảng tính theo cơng

thức công thức kinh nghiệm:

[σF] = R S XF F

F

Y Y Y

S

lim

σ

Trong đó: σFlim giới hạn mỏi uốn răng, tra bảng để có giá trị

SF hệ số an tồn tính sức bền uốn, lấy SF = 1,1 ÷ 1,2

YR hệ số kể đến độ nhám mặt lượn chân răng, bánh thông

thường lấy YR = Các bánh có chân đánh bóng, lấy YR= 1,0 ÷1,1

YS hệ số kể đến kích thước răng, thơng thường lấy YS = 1,08

YXF hệ số kể đến kích thước bánh răng, bánh thơng

dụng có da < 700 mm, lấy KXF =1

13.2.8 Trình tự thiết kế truyền bánh

Trong nhiệm vụ thiết kế truyền bánh răng, thường cho số liệu thông số làm việc chủ yếu truyền, u cầu xác định thơng số hình học, vẽ kết cấu truyền, vẽ chế tạo bánh

Phần trình bày bước tính toán thiết kế truyền bánh trụ nghiêng Trình tự thiết kế truyền bánh trụ thẳng, chữ V, bánh nón thực theo bước tương tự bánh trụ nghiêng Các bước thiết kế bao gồm:

1- Chọn vật liệu chế tạo bánh răng, cách nhiệt luyện, tra tính vật liệu

Đối với bánh có độ rắn bề mặt HB ≤ 350, thường chọn vật liệu bánh có tính cao bánh 2, HB1 = HB2 + (30÷50)

Đối với bánh có độ rắn bề mặt HB > 350, thường chọn vật liệu hai bánh

2- Xác định giá trị ứng suất cho phép, [σH1], [σH2], [σF1], [σF2] Nếu truyền

làm việc có tải thời gian ngắn, cần xác định thêm gía trị [σHqt1],

3- Tính đường kính dwt1 theo cơng thức 13-10, khoảng cách trục awt theo

công thức 13-11, sau chọn hệ số ψd, ψa, hệ số KHv, KHβ KHα

4- Lấy giá trị mơ đun mn khoảng (0,01 ÷ 0,02).awt, thuộc dãy số tiêu

chuẩn

5- Chọn sơ giá trị góc nghiêng β khoảng 80 ÷ 150 (đối với bánh chữ V chọn β = 200÷ 450) Tính mơ đun m

t = mn/cosβ Lấy z1 ≈ dwt1/mt, làm

tròn thành số nguyên Tính z2 = u.z1

Tính lại góc nghiêng β theo cơng thức:

1 cos wt n d m z ar =

β , chn giạ trë cho β

6- Tính xác khoảng cách trục, đường kính bánh răng, theo số răng, mơ đun góc nghiêng chọn

7- Xác định chiều rộng vành B=ψa.awt, Tính hệ số trùng khớp dọc εβ, tính

hệ số trùng khớp εα Kiểm tra điều kiện εβ > 1, εα > Nếu không

thoả mãn, phải điều chỉnh lại kích thước truyền

8- Kiểm tra lại sức bền tiếp xúc sức bền uốn bánh Nếu không thoả nãm, phải điều chỉnh lại kích thước bánh

9- Kiểm tra sức bền tĩnh bánh răng, có tải trọng tải thời gian ngắn Nếu không thoả mãn, phải điều chỉnh lại kích thước bánh

10- Xác định kích thước khác, vẽ kết cấu bánh truyền 11- Tính lực tác dụng lên trục ổ Để có số liệu tính tốn thiết kế trục ổ

mang truyền bánh

Chú ý: Khi thiết kế truyền bánh trụ thẳng, bước thứ 5, tính số

ràng z1 = dw1/m, lm trn z1, z2 = z1.u Lục ny giạ trë ca dw1, dw2 v khong

cách trục aw bị thay đổi Muốn trì giá trị đường kính khoảng cách trục

định, dùng cặp bánh dịch chỉnh góc Với góc ăn khớp αw tính từ cơng

thức: α cosα ) ( ) ( cos + + = u d m z z w

w ,

Hoặc với tổng hệ số dịch dao (xt = x1 + x2) tính theo cơng thức:

)

.( 1 2

1 z z

CHỈÅNG XIV

BỘ TRUYỀN

TRUÛC VÊT

14.1 Những vấn đề chung

14.1.1 Giới thiệu truyền trục vít

Bộ truyền trục vít - bánh vít thường dùng truyền chuyển động hai trục vng góc với khơng gian (Hình 14-1), chéo

Bộ truyền trục vít có phận chính:

+ Trục vít dẫn 1, có đường kính d1, trục vít thường làm liền với trục dẫn I, quay với

số vịng quay n1, cơng suất truyền động P1, mô men xoắn trục T1

+ Bánh vít bị dẫn 2, có đường kính d2, lắp trục bị dẫn II, quay với số vịng

+ Trên trục vít có đường ren (cũng gọi trục vít), bánh vít có tương tự bánh Khi truyền động ren trục vít ăn khớp với bánh vít, tương tự truyền bánh

Nguyên tắc làm việc truyền trục vít tóm tắt sau: trục I quay với số vịng quay n1, ren

của trục vít ăn khớp với bánh vít, đẩy bánh vít chuyển động, làm bánh vít quay, kéo trục II quay

với số vòng quay n2

I n1

n2

II

2

1

d1

d2

Hình 14-1: Bộ truyền trục vít - bánh vít

Tuy truyền chuyển động ăn khớp, vận tốc hai điểm tiếp xúc có phương vng góc với nhau, nên truyền trục vít có vận tốc trượt lớn (Hình 14-2), hiệu suất truyền động truyền thấp

Đặc biệt, sử dụng bánh vít dẫn, hiệu suất truyền nhỏ

hơn 0,5 Do đó, thực tế không sử dụng truyền có bánh vít dẫn động

n1

d2

v1

n2

v2

aw

d1

v1

vtr

γ

l1

Hình 14-2: Vận tốc trượt truyền trục vít

14.1.2 Phân loại truyền trục vít

Tùy theo hình dạng trục vít, biên dạng ren trục vít, người ta chia truyền trục vít thành loại sau:

- Bộ truyền trục vít trụ: trục vít có dạng hình trụ trịn xoay, đường sinh thẳng Trong thực tế, chủ yếu dùng truyền trục vít trụ, gọi tắt truyền trục vít (Hình 14-3)

Hình 14-3: Trục vít trụ - Bộ truyền trục vít Glơbơit, trục vít hình trụ tròn,

đường sinh cung tròn Loại cịn gọi truyền trục vít lõm (Hình 14-4)

- Bộ truyền trục vít Acsimet: mặt phẳng chứa đường tâm trục vít biên dạng ren đoạn thẳng Trong mặt phẳng vng góc với

đường tâm trục vít biên dạng ren đường xoắn Ácsimét (Hình 14-5) Trục vít Ácsimét, cắt ren

thực máy tiện thông thường, dao tiện có lưỡi cắt thẳng, gá ngang tâm máy Nếu cần mài, phải dùng đá có biên dạng phù hợp với dạng ren, gia cơng khó đạt độ xác cao đắt tiền Do loại truyền thường dùng trục vít có độ rắn mặt có HB < 350 Loại dùng nhiều thc t

Hỗnh 14-4: Truỷc vờt loợm

α

pr

B1

df1

da1

d1

Hỗnh 14-5: Truỷc vờt Aẽcsimeùt

- Bộ truyền trục vít thân khai: mặt phẳng tiếp tuyến với mặt trụ sở biên dạng ren đoạn thẳng Trong mặt phẳng vng góc với đường tâm trục vít, biên dạng ren phần đường thân khai vòng tròn, tương tự bánh

- Bộ truyền trụ vít Cơnvơlút: mặt phẳng vng góc với phương ren, biên dạng ren đọan thẳng Khi cắt ren máy tiện, phải gá dao nghiêng cho trục dao trùng với phương ren Khi mài loại trục vít phải dùng đá mài có biên dạng đặc biệt Loại trục vít Cơnvơlút dùng

Trong chương này, chủ yếu trình bày truyền trục vít trụ có dạng ren Ácsimét Các loại khác trình bày giáo trình riêng truyền trục vít

14.1.3 Thơng số hình học chủ yếu truyền trục vít

Hình dạng kích thước truyền trục vít - bánh vít xác định qua thơng số hình học chủ yếu (Hình 14-2, 14-5, 14-6) Các thơng số thuộc bánh vít xác định mặt phẳng bánh vít

- Mơ đun bánh vít, ký hiệu m, đơn vị đo mm Tương tự bánh nghiêng, bánh vít có mơ đun xác định mặt phẳng mút m, mặt phẳng pháp mn Giá trị mô đun m lấy theo dãy số tiêu chuẩn Mơ đun

phạp mn = m.cosβ

Vê duû: m =1; 1,25; (1,5); 1,6; 2; 2,5; (3); (3,5); 4; 5; (6); 6,3; (7); 8; 10; 12,5; 16; (18); 20; 25

- Hệ số đường kính trục vít, ký hiệu q Giá trị q tiêu chuẩn quy định Ứng với giá trị m có vài giá trị q, với mục đích giảm số lượng dao sử dụng gia cơng bánh vít Ví dụ:

q = 6,3; (7,1); 8; (9); 10; (11,2); 12,5; (14); 16; (18); 20; (22,4); 25 Các giá trị m q dùng thực tế ghi bảng đây:

m 2,5

q 16 12 12 14 10 12 14 16 10 12 10 12 14

m 10 12 16

q 10 12 10 12 10

- Số mối ren trục vít z1 (cũng gọi trục vít), số bánh

vít z2 Giá trị z1 tiêu chuẩn hóa, thường dùng giá trị z1 = 1, 2, Số

răng bánh vít nên lấy z2≥ 28

- Hệ số dịch dao trục vít x1, bánh vít x2 Giá trị hệ số dịch dao thường

duìng -1 ≤ x1≤ 1, vaì x2 = - x1

- Góc prơfil sinh α, cịn gọi góc áp lực vịng trịn chia, thường dùng giá trị α = 200

- Góc ăn khớp αw, độ Là góc làm đường tiếp tuyến chung hai vòng lăn

với đường ăn khớp Trong truyền trục vít, thường dùng xt = x1 + x2 = 0, nên

αw = α

- Đường kính vịng trịn chia d1 d2, mm Có quan hệ d1 = m.q, d2 = m.z2

- Đường kính vịng trịn lăn dw1 dw2, mm Các truyền trục vít thường dùng,

cọ d1 = dw1 v d2 = dw2

- Đường kính vịng trịn chân df1 df2, mm

- Đường kính vịng trịn đỉnh ren da1 vịng đỉnh da2, mm - Đường kính vịng trịn lớn bánh vít, da2max

- Chiều cao h, mm Có quan hệ h = (2.ha* + C*).m = (da - df) /

- Khoảng cách trục aw, khoảng cách tâm trục vít bánh vít; mm Khoảng

cách trục tính aw = (d1+d2)/2 = (q+z2).m/2

Khoảng cách trục aw lấy theo dãy số tiêu chuẩn Ví dụ: 40; 50; 63; 80;

100; 125; 160; 180; 200; 225; 250; 280; 315; 355; 400; 450; 500

Mặt phẳng

df2

B2

aw

da2 da2max

2δ

- Chiều dày đỉnh Sa2, mm

Thường dùng Sa2≥ 0,3.m

- Chiều dày chân Sf2, mm Kích

thước Sf2 liên quan trực tiếp đến

hiện tượng gẫy

d2 - Bước vòng tròn chia

bánh vít p, mm Bước ren trục vít pr Trong truyền trục vít

phi cọ pr = p

- Bước đường xoắn vít λ Có

quan hệ λ = z1.pr Hình 14-6: Kích thước truyền trục vít

Góc nghiêng bánh vít β Thường dùng truyền có β = γ

- Chiều dài phần cắt ren trục vít B1, cịn gọi chiều rộng trục vít; chiều

räüng vnh ràng ca bạnh vêt B2, mm

Khi z1 =1 2, lấy B2 = 0,75.da1

Khi z1 =4, lấy B2 = 0,67.da1

- Khoảng cách hai gối đỡ trục vít l1, mm

- Góc ơm bánh vít trục vít 2δ, thường lấy 2δ ≈ 2.B2/(da1- 0,5.m) Giá trị

góc 2δ thường dùng khoảng 900 đến 1200

14.1.4 Thông số làm việc chủ yếu truyền trục vít - Số vịng quay trục vít, ký hiệu n1, bánh vít n2; v/ph - Tỷ số truyền, ký hiệu u, u = n1/n2 = z2/z1

- Công suất trục dẫn, ký hiệu P1, công suất trục bị dẫn P2; kW

- Hiệu suất truyền động η; η = P2 / P1 Hiệu suất truyền động truyền trục

vít bánh vít thấp Có thể tính tốn theo cơng thức sau:

)

(γ ϕ

γ η

+ =

tg tg

với ϕ góc ma sát mặt tiếp xúc ren Nếu kể đến tổn hao cơng suất khuấy dầu,

) ( 98 ,

ϕ γ

γ η

+ =

tg tg

- Mô men xoắn trục dẫn T1, trục bị dẫn T2; Nmm

- Vận tốc vòng bánh dẫn v1, bánh bị dẫn v2; m/s Vận tốc trượt vtr

Trong truyền trục vít vận tốc trượt lớn (Hình 14-2), vtr = v1/cosγ

Tổn thất công suất lớn, sinh nhiệt làm nóng truyền

- Nhiệt độ làm việc, θlv, 0C, nhiệt độ ổn định truyền làm việc - Thời gian phục vụ truyền, gọi tuổi bền truyền tb, h - Chế độ làm việc,

- Các yêu cầu môi trường làm việc truyền

14.1.5 Độ xác truyền trục vít

Độ xác truyền trục vít đánh giá qua độ xác thành phần, tương tự truyền bánh răng:

- Độ xác làm việc êm, đánh giá qua tiếng ồn va đập

- Độ xác tiếp xúc, xác định qua diện tích vết tiếp xúc mặt bánh vít

Tiêu chuẩn quy định 12 cấp xác cho độ xác nói Cấp xác cao nhất, cấp 12 thấp Trong truyền trục vít cấp xác độ xác khơng chênh q cấp

Để tránh tượng kẹt theo cạnh bên, tiêu chuẩn có quy định kiểu khe hở cạnh bên, tương tự truyền bánh Đó là: A, B, C, D, E, H Trong kiểu A có khe hở lớn nhất, kiểu H có khe hở cạnh bên Mỗi kiểu khe hở cịn có dung sai, quy định mức độ xác khe hở Các truyền có độ xác thấp, khơng chọn kiểu khe hở nhỏ Các truyền trục vít thông dụng thường chọn kiểu khe hở A, B, C

14.1.6 Tải trọng ứng suất truyền trục vít

Tương tự truyền bánh răng, truyền trục vít có tải trọng danh nghĩa, tải trọng động tập trung tải trọng lên phần

Tải trọng danh nghĩa truyền trục vít cơng suất P mô men xoắn T1, T2 ghi

trong nhiệm vụ thiết kế Từ ta tính lực tiếp tuyến Ft vòng tròn lăn, lực pháp

tuyến Fn tác dụng mặt (Hình 14-7)

1 Fn2

Fn1

1 1

d T Ft = ,

2 2

d T Ft =

β α.cos cos

2

t n

F

F = Hỗnh 14-7: Lổỷc taùc duỷng trãn

mặt bánh răng

Để kể đến tải trọng động, người ta đưa vào cơng thức tính tốn hệ số tải trọng động Kv

Để kể đến tập trung tải trọng lên phần răng, tính tốn người ta đưa vào hệ số Kβ, gọi hệ số kể đến phân bố tải không chiều dài

Tải trọng tác dụng lên gây nên ứng suất tiếp xúc mặt ứng suất uốn tiết diện chân Cũng truyền bánh răng, ứng suất tiếp xúc

σH tâm ăn khớp C có giá trị lớn

Ứng suất σH σF ứng suất thay đổi, bị hỏng mỏi Ứng suất σH

mạch động, truyền làm việc chiều Và σF coi thay đổi theo chu

trình đối xứng, truyền làm việc hai chiều

14.1.7 Lực tác dụng lên trục ổ mang truyền trục vít

Khi truyền làm việc, trục ổ mang trục vít bánh vít chịu tác dụng lực sau (Hình 14-8):

- Lực tiếp tuyến Ft1 tác dụng lên trục dẫn I, lực Ft2 tác dụng lên trục II Phương

Ft1 tiếp tuyến với vòng lăn trục vít, phương Ft2 tiếp tuyến với vịng lăn

bánh vít Chiều Ft1 ngược với chiều quay n1, chiều Ft2 với chiều

quay n2 Giạ trë ca Ft1 v Ft2:

1 1

d T Ft = ,

2 2

d T Ft =

n1

Hình 14-8: Lực tác dụng lên trục ổ truyền trục vít

n2

Fr2

Fr1

Ft2 Fa1

Ft1 Fa2

Quan hệ Ft1 Ft2 xác định:

Ft1 =Ft2.tg(γ+ϕ)

Trong ϕ góc ma sát bề mặt tiếp xúc ren trục vít bánh vít

- Lực hướng tâm Fr1 tác dụng lên trục I, vuông

góc với trục I hướng phía trục I Lực hướng tâm Fr2 vng góc với trục II hướng

về phía trục II Giá trị

Fr1 = Fr2 = Ft2.tgα/cosγ

- Lực dọc trục Fa1 tác dụng lên trục I, song song với trục I Lực dọc trục Fa2 song

song với trục II Chiều lực Fa1, Fa2 phụ thuộc vào chiều quay chiều

nghiêng đường ren Giá trị lực dọc trục: Fa1 = Ft2 = 2.T2/d2

Fa2 = Ft1 = 2.T1/d1

Lực Fa1 tác dụng lên trục vít có giá trị lớn, dễ làm trục vít ổn định 14.1.8 Kết cấu trục vít, bánh vít

Trục vít thường làm thép, chế tạo liền với trục dẫn Vì đường kính chân ren trục vít tương đối nhỏ so với trục, nên khơng thể làm tách rời Ví dụ, trục vít Ácsimét trình bày Hình 14-9

Hình 14-9: Kết cấu trục vít làm liền trục

Để đảm bảo sức bền, bánh vít thường lắp ghép từ hai phần Vành bánh vít hợp kim đồng để giảm ma sát; may thường thép gang để chịu tải trọng (Hình 14-10)

1

l2 B2

Trong số trường hợp đặc biệt, ví dụ bánh vít nhỏ, người ta chế tạo bánh vít liền khối hợp kim đồng Hoặc bánh vít q lớn, chế tạo liền khối gang

14.2 Tính truyền trục vít

14.2.1 Các dạng hỏng tiêu tính tốn truyền trục vít

Trong trình làm việc, truyền trục vít - bánh vít xuất dạng hỏng sau:

- Dính xước bề mặt, thường xảy truyền có áp suất bề mặt tiếp xúc lớn, vận tốc làm việc

tương đối lớn Trên bề mặt ren trục vít có dính hạt kim loại, bị bứt từ bánh vít Mặt ren trở nên sần sùi Đồng thời mặt bánh vít bị cào xước Chất lượng bề mặt giảm đáng kể, truyền làm việc không tốt

Nguyên nhân: ứng suất lớn nhiệt độ cao làm vật liệu bánh vít chỗ tiếp xúc đạt đến trạng thái chảy dẻo Kim loại bị bứt dính lên mặt ren trục vít, tạo thành vấu, vấu cào xược mặt bánh vít

Hình 14-10: Kết cấu bánh vít thơng dụng

- Biến dạng mặt răng, bánh vít có chỗ lồi lõm, dạng bị thay đổi, truyền ăn khớp không tốt Dạng hỏng thường xuất truyền có áp suất mặt tiếp xúc lớn, vận tốc làm việc thấp

- Gẫy bánh vít, vài tách rời khỏi bánh vít Gẫy dạng hỏng nguy hiểm

Gẫy tải, bị mỏi, ứng suất uốn tiết diện chân vượt giá trị cho phép

- Tróc rỗ mặt răng, mặt ren trục vít bánh vít có lỗ nhỏ sâu, làm hỏng mặt răng, truyền làm việc khơng tốt Tróc rỗ thường xảy truyền bánh vít làm đồng có độ bền chống dính cao, ứng suất tiếp xúc nhỏ bôi trơn đầy đủ

- Nhiệt độ làm việc cao Khi nhiệt độ vượt giá trị cho phép, làm giảm chất lượng dầu bơi trơn Làm thay đổi tính chất mối ghép, dẫn đến kẹt ổ Làm trục dãn dài, làm tăng tải trọng phụ

- Trục vít bị uốn cong, ổn định Đối với truyền có trục vít mảnh, tỷ lệ khoảng cách l1 đường kính df1 lớn Lực dọc trục Fa1 nén trục vít,

làm trục vít ổn định

Để tránh dạng hỏng nêu trên, người ta tính tốn truyền trục vít theo tiêu:

σH≤ [σH2] (14-1)

σF2≤ [σF2] (14-2)

θlv≤ [θ] (14-3)

Fa1 ≤ [Fa] (14-4)

Trong σH ứng suất tiếp xúc điểm nguy hiểm mặt răng,

[σH2] ứng suất tiếp xúc cho phép mặt bánh vít

σF2 ứng suất uốn điểm nguy hiểm tiết diện chân bánh vít,

[σF2] ứng suất uốn cho phép bánh vít, tính theo sức bền mỏi

θlv nhiệt độ làm việc truyền trục vít

[θ] nhiệt độ làm việc cho phép truyền [Fa] lực dọc trục cho phép trục vít

Tính tốn truyền trục vít theo tiêu 14-1, tính theo sức bền tiếp xúc Tính theo tiêu 14-2, gọi tính theo sức bền uốn

Nếu truyền trục vít chịu tải trọng tải thời gian ngắn, cần phải kiểm tra theo sức bền tĩnh, gọi kiểm tra truyền theo tải trọng tải

14.2.2 Tính truyền trục vít theo sức bền tiếp xúc

Ứng suất tiếp xúc sinh mặt xác định theo công thức Héc

ρ

σ qn E

H 418 ,

= (14-5)

Trong E mơ đun đàn hồi tương đương vật liệu trục vít bánh vít, MPa E = 2.E1.E2/(E1+E2)

E1, E2 mô đun đàn hồi vật liệu trục vít bánh vít,

qn cường độ tải trọng đường tiếp xúc răng, N/mm,

β

H Hv H

n

n K K

l F

q =

KHv hệ số kể đến tải trọng động dùng để tính ứng suất tiếp xúc,

KHβ hệ số kể đến phân bố tải không chiều dài răng,

lH chiều dài tiếp xúc đôi Lấy gần lH≈ 1,2.d1/cosγ,

ρ bán kính cong tương đương hai bề mặt điểm tiếp xúc, 2 ρ ρ ρ ρ ρ + =

ρ1 laì bạn kênh cong ca biãn dảng ren trủc vêt, ρ1 = ∞,

ρ2 bán kính cong điểm bánh vít, có ρ2 = d2.sinα/(2.cosγ)

Thay Fn = Ft2/(cosγ.cosα), thông số khác vào công thức Héc Sử

dủng cạc giạ trë thäng dủng, E1≈ 2,15.105 MPa; E2 ≈ 0,9.105 MPa; α = 200; v γ ≈

100; ta có cơng thức tính ứng suất tiếp xúc:

2 480 d K K T d H Hv H β

σ = (14-6)

Ứng suất tiếp xúc cho phép [σH] xác định thực nghiệm, phụ thuộc

vào vật liệu chế tạo bánh vít, phương pháp bơi trơn, tầm quan trọng truyền số chu kỳ ứng suất suốt thời gian sử dụng truyền Có thể tra trực tiếp từ bảng, tính theo cơng thức kinh nghiệm

Bài toán kiểm tra bền truyền trục vít theo sức bền tiếp xúc, thực

- Tính ứng suất tiếp xúc sinh điểm nguy hiểm mặt bánh vít, điểm nằm vịng trịn lăn, theo cơng thức (14-6)

- Xác định ứng tiếp xúc cho phép [σH2] bánh vít

- So sánh giá trị σH [σH2], kết luận Nếu σH ≤ [σH2], truyền đủ sức bền tiếp

xuïc

Bài tốn thiết kế truyền trục vít theo sức bền tiếp xúc, thực

näüi dung chênh sau:

- Chọn vật liệu cách nhiệt luyện Xác định ứng suất cho phép [σH2] - Giả sử tiêu σH≤ [σH2] thỏa mãn, sử dụng công thức 14-6, với ý:

d1 = m.q; d2 = z2.m; v m = 2.aw/(q+z2)

Ta có cơng thức tính khoảng cách trục sau:

3 2 2 ] [ 170 ) ( q K K T z q z

a Hv H

H w β σ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ +

= (14-7)

14.2.3 Tính truyền trục vít theo sức bền uốn

Xác định xác ứng suất σF2 chân bánh vít tương đối phức tạp,

vì chân cong tiết diện thay đổi dọc theo chiều dài Người ta dùng cách tính gần đúng, coi bánh vít bánh nghiêng với góc nghiêng β = γ Ứng suất σF2 tính theo cơng thức bánh nghiêng Với góc γ thường dùng

bằng 100, ta có cơng thức tính σ F2: 2 2 , F n F Fv F Y m B d K K T β

σ = (14-8)

Trong đó, mơ đun pháp mn = m.cosγ ; hệ số dạng YF2 tra theo x2 số

ràng tæång âæång z2tâ = z2/cos3γ

Giá trị [σF] chọn phụ thuộc vào vật liệu chế tạo bánh vít, số chu kỳ

ứng suất uốn, kích thước

Bài tốn kiểm tra bền truyền trục vít theo sức bền uốn, thực

nhæ sau:

- Xác định ứng suất cho phép [σF2] bánh vít, từ bảng tra, tính theo

cơng thức kinh nghiệm

- Tính ứng suất uốn σF2 tiết diện chân bánh vít theo cơng thức (14-8) - So sánh σF2 với [σF2], đưa kết luận:

Nếu σF2≤ [σF2], bánh đủ bền

Mô đun mặt phẳng mút tính theo cơng thức m = 2.aw/(q+z2), lấy

m theo dãy số tiêu chuẩn Sau tính mơ đun mặt phẳng pháp tuyến mn = m.cosγ

14.2.4 Tính truyền trục vít theo điều kiện chịu nhiệt

Nhiệt lượng sinh truyền trục vít lớn, có trượt bề mặt tiếp xúc Tồn cơng suất tổn hao biến thành nhiệt làm nóng truyền Sau làm việc thời gian, khoảng 20' đến 40', nhiệt độ truyền trục vít

ổn định Nhiệt độ gọi nhiệt độ làm việc θlv, tính theo phương trình cân

bằng nhiệt lượng

Ví dụ, truyền trục vít hộp giảm tốc, phương trình cân nhiệt viết sau:

Ω = Ω1 + Ω2

Trong Ω nhiệt lượng sinh giờ, kCal/h,

Ω = 860.(1-η).P1

Ω1 nhiệt lượng tỏa môi trường xung quanh giờ, kCal/h,

Ω1 = At.Kt.(θlv-θ0)

Ω2 nhiệt lượng tải bên qua thiết bị làm mát, kCal/h Giá trị

Ω2 ghi thiết bị làm mát

At diện tích bề mặt nhiệt môi trường xung quanh, m

Diện tích bề mặt nhiệt bao gồm diện tích bề mặt tiếp xúc với khơng khí lưu thơng 25% diện tích mặt giáp tường, mặt đáy hộp

Kt hệ số tỏa nhiệt, kCal/(h.m2.0C) Có thể lấy Kt = 7,5 ÷ 15 tùy theo tốc

âäü lỉu thäng ca khäng khê

θ0 nhiệt độ mơi trường xung quanh Có thể lấy θ0 = 30

C ÷ 400C Từ phương trình trên, rút công thức:

0

) (

860 η θ

θ = − −Ω +

t t lv

K A

P

(14-9) Giá trị nhiệt độ cho phép [θ] chọn theo loại dầu bôi trơn truyền, tính chất làm việc truyền Bình thường lấy khoảng 750C ÷900C

- Tính nhiệt độ làm việc truyền θlv, dùng công thức 14-9 - Xác định nhiệt độ cho phép [θ]

- So sánh θlv [θ], kết luận Nếu θlv ≤ [θ], truyền thỏa mãn điều kiện chịu

nhiệt Nếu θlv > [θ], phải tìm cách xử lý để truyền thỏa mãn điều kiện chịu

nhiệt

Các cách xử lý dùng:

- Nếu nhiệt độ chênh lệch khơng nhiều, chọn lại chất bơi trơn để tăng giá trị [θ] lên

- Làm cánh tản nhiệt để tăng diện tích tỏa nhiệt At

- Có thể dùng quạt gió, phun nước để tăng giá trị hệ số tỏa nhiệt Kt

- Trường hợp cần thiết, phải dùng thiết bị làm mát tải nhiệt ngoài, tăng giá trị Ω2

14.2.5 Tính trục vít theo điều kiện ổn định

Trục vít thường chế tạo liền trục, độ bền trục tính tốn xác theo hệ số an toàn (xem chương Trục) Ở trình bày cách kiểm tra độ cứng trục theo cách tính chịu nén dọc trục Thường tiến hành kiểm tra trục mảnh, có chiều dài l1≥ 25.df1

Lực nén trục vít Fa1 xác định theo công thức:

2 2

d T F

Fa = t =

Lực dọc trục cho phép [Fa] xác định theo công thức Ơle:

2

) (

] [

l S

J E

Fa µ

π =

Trong đó: E mô đun đàn hồi vật liệu trục,

J mơ men qn tính tiết diện chân ren trục vít,

64 d4f1

J =π

S hệ số an tồn ổn định Có thể lấy S = 2,5 ÷4 µ hệ số liên kết Trục vít có hai gối đỡ, lấy µ = l1 khoảng cách hai gối đỡ trục vít

Để kiểm tra điều kiện ổn định trục vít, ta so sánh giá trị lực Fa1 lực

[Fa], rút kết luận Nếu Fa1 ≤ [Fa], trục vít đủ điều kiện ổn định Nếu Fa1 > [Fa],

14.2.6 Kiểm tra truyền trục vít theo tải trọng tải

Nếu truyền chịu tải trọng Pmax thời gian ngắn, ta xác định giá trị hệ

số tải Kqt = Pmax/P Kiểm tra truyền theo sức bền tĩnh, dựa vào tiêu:

σHqt≤ [σHqt]

σFqt≤ [σFqt]

Trong đó, ứng suất tiếp xúc ứng suất uốn tải tính theo cơng thức: σHqt =σH2 Kqt , σFqt =σF2.Kqt

14.2.7 Chọn vật liệu ứng suất cho phép

Vật liệuchế tạo trục vít, bánh vít chọn sau:

- Khi truyền cơng suất nhỏ (dưới 3kW), nên dùng trục vít Acsimet Covơlut khơng mài Trục vít làm thép C35, C45, C50, C35CrCu, tơi cải thiện có độ rắn bề mặt 350 HB

- Khi truyền công suất trung bình lớn, người ta dùng trục vít thân khai có mài Thường dùng loại thép C40Cr, 40CrNi, 12CrNi3Al, 20CrNi3Al, 30CrMnPbAl, tơi đạt độ rắn bề mặt 45 ÷ 50 HRC Sau cắt ren, bề mặt ren, sau mài ren đánh bóng Trục vít tơi thường dùng ăn khớp với bánh vít đồng

- Bánh vít truyền kín có vận tốc trượt vtr ≤ m/s, làm

đồng không thiếc, như: BCuAl9Fe4, BCuAl10Fe4Ni4; đồng thau LCu66Al6Fe3Mg2, LCu58Mg2Pb2

Nếu vận tốc trượt khoảng ÷ 12 m/s, bánh vít chế tạo đồng thiếc, như: BCuSn6Zn6Pb3, BCuSn5Zn5Pb5

Nếu vận tốc trượt lớn nữa, dùng đồng nhiều thiếc, như: BCuSn10P1, BCuSn10NiP

- Trong truyền quay tay, cơng suất nhỏ, bánh vít chế tạo gang, ví dụ như: GX10, GX15, GX18, GX20 Trường hợp dùng trục vít thép C35, C40, C45, cải thiện đạt độ rằn 300 HB ÷ 350 HB

Ứng suất tiếp xúc cho phép chọn sau:

- Đối với bánh vít đồng thiếc, có σb < 300 MPa,

Trong KNH hệ số kể đến số chu kỳ ứng suất

0

N N

KNH =

- Đối với bánh vít đồng khơng thiếc, có σb > 300 MPa,

lấy [σH] = 250 MPa, vận tốc vtr = 0,5 m/s, [σH] = 210 MPa, vận tốc vtr = m/s,

[σH] = 160 MPa, vận tốc vtr = m/s,

[σH] = 120 MPa, vận tốc vtr = m/s, - Đối với bánh vít gang,

lấy [σH] = 120 MPa, vận tốc vtr = 0,5 m/s,

[σH] = 110 MPa, vận tốc vtr = m/s,

Ứng suất uốn cho phép lấy sau:

- Đối với bánh vít đồng thanh,

quay chiều, lấy [σF] = (0,25.σch + 0,08.σb).KNF

quay hai chiều, lấy [σF] = 0,16.σb.KNF

KNF hệ số kể đến số chu kỳ ứng suất

0

N N

KNF =

- Đối với bánh vít gang,

quay chiều, lấy [σF] = 0,12.σbu

quay hai chiều, lấy lấy [σF] = 0,075.σbu

Ứng suất tiếp xúc ứng suất uốn cho phép tải chọn sau:

Bánh vít đồng thiếc, lấy [σHqt] = 4.σch, [σFqt] = 0,8.σch,

Bánh vít đồng không thiếc, lấy [σHqt] = 4.σch, [σFqt] = 0,8.σch,

Bánh vít gang, lấy [σHqt] = 1,5.[σH2], [σFqt] = 0,6.σb 14.2.8 Trình tự thiết kế truyền trục vít

Thiết kế truyền trục vít thực theo trình tự sau:

1- Chọn vật liệu trục vít, cách nhiệt luyện Dự đốn vận tốc trượt vsb, chọn vật

liệu bánh vít Chọn phương pháp gia cơng, chọn cấp xác gia cơng

2- Xác định ứng suất cho phép [σH2], [σF2], có tải trọng tải cần xác

3- Chọn số mối ren z1, tính số z2 = u.z1 Chọn hệ số đường kính trục vít q

theo tiêu chuẩn Tính góc nâng γ = arctg(z1/q) Chọn giá trị sơ hiệu suất

ηsb

4- Tính khoảng cách trục aw theo cơng thức 14-7 Tính mơ đun m = 2.aw/(z2+q),

lấy giá trị m theo tiêu chuẩn Tính mơ đun pháp mn = m.cosγ

5- Tính kích thước chủ yếu truyền: Đường kính vịng chia trục vít, d1 = m.d;

Đường kính vịng chia bánh vít, d2 = m.z2;

Chiều rộng vành bánh vít B2 = 0,75.da1, z1 =

B2 = 0,67.da1, z1 =

Chiều dài phần gia công ren trục vít lấy:

B1≥ (11+0,07.z2).m, z1 =

B1≥ (12,5+0,09.z2).m, z1 =

6- Kiểm tra vận tốc trượt vtr, kiểm tra giá trị hiệu suất η Nếu sai khác so với giá

trị sơ ban đầu 5%, phải chọn lại giá trị vsb, chọn lại ηsb tính

lải

7- Kiểm tra sức bền uốn bánh vít Nếu khơng thỏa mãn, phải điều chỉnh kích thước truyền

8- Kiểm tra điều kiện ổn định trục vít Nếu khơng thỏa mãn, phải điều chỉnh kích thước truyền

9- Kiểm tra điều kiện chịu nhiệt truyền Nếu khơng thỏa mãn, phải tìm cách xử lý

10- Vẽ kết cấu trục vít, bánh vít 11- Tính lực tác dụng lên trục ổ

CHỈÅNG XV

BỘ TRUYỀN

XÊCH

15.1 Những vấn đề chung 15.1.1 Giới thiệu truyền xích

Bộ truyền xích thường dùng truyền chuyển động hai trục song song với cách xa (Hình 15-1), truyền chuyển động từ trục dẫn đến nhiều trục bị dẫn (Hình 15-2)

Bộ truyền xích có phận chính:

+ Đĩa xích dẫn 1, có đường kính tính tốn d1, lắp trục I, quay với số vịng

quay n1, cơng suất truyền động P1, mô men xoắn trục T1 Đĩa xích có

+ Đĩa xích bị dẫn 2, có đường kính d2, lắp trục bị dẫn II, quay với số vòng

quay n2, công suất truyền

động P2, mô men xoắn

trãn truûc T2

a

2

Hình 15-1: Bộ truyền xích

n2

n1

II I

1

d2

d1

+ Dây xích khâu trung gian, mắc vịng qua hai đĩa xích Dây xích gồm nhiều mắt xích nối với Các mắt xich xoay quanh khớp lề, vào ăn khớp với đĩa xích

Nguyên lý làm việc truyền xích: dây xích ăn khớp với đĩa xích gần giống ăn khớp với bánh Đĩa xich dẫn quay, đĩa xích đẩy mắt xích chuyển động theo Dây xích chuyển động, mắt xích đẩy đĩa xích bị dẫn chuyển động, đĩa xích quay

Như chuyển động truyền từ bánh dẫn sang bánh bị dẫn nhờ ăn khớp đĩa

xích với mắt xích Truyền động ăn khớp, nên truyền xich khơng có tượng trượt Vận tốc trung bình bánh bị dẫn tỷ số truyền trung bình truyền xích khơng thay đổi

1

2

n1

n3

n4

n2

Hình 15-2: Bộ truyền có đĩa bị dẫn

15.1.2 Phân loại truyền xích

Tùy theo cấu tạo dây xích, truyền xích chia thành loại:

Xích ống lăn tiêu chuẩn hóa cao Xích chế tạo nhà máy chun mơn hóa

- Xích ống, có kết cấu tương tự xích ống lăn, khơng có lăn Xích chế tạo với độ xác thấp, giá tương đối rẻ

- Xích (Hình 15-4), khớp

bản lề tạo thành hai nửa chốt hình trụ tiếp xúc Mỗi mắt xích có nhiều má xích lắp ghép chốt Khả tải xích lớn nhiều so với xích ống lăn có kích thước Giá thành xích cao xích ống lăn Xích tiêu chuẩn hóa cao

Trong loại trên, xích ống lăn dùng nhiều Xích ống dùng máy đơn giản, làm việc với tốc độ thấp Xích dùng cần truyền tải trọng lớn, yêu cầu kích thước nhỏ gọn

Trong chương chủ yếu trình bày xích ống lăn

px

lo

12

5

dc

b dc

Hình 15-3: Dây xích ống lăn

Hình 15-4: Bộ truyền xích

15.1.3 Các thơng số hình học chủ yếu truyền xích ống lăn - Đường kính tính tốn đĩa xích dẫn d1, đĩa bị dẫn d2; đường

kính vịng chia đĩa xích, mm; đường kính vịng trịn qua tâm chốt (Hình 15-5)

- Đường kính vịng trịn chân đĩa xích df1, df2, mm - Đường kích vịng trịn đỉnh da1, da2, mm

px

d

ϕ

df da

- Bước xích px, mm Giá trị px

được tiêu chuẩn hóa Cũng bước đĩa xích vịng trịn qua tâm chốt

Vê duû: px = 12,7 ; 15,875 ; 19,05 ;

25,4 ; 31,75 ; 38,1 ; 44,45 ; 50,8 Các kích thước khác xích tính theo bước xích

- Số dãy xích X Thơng thường dùng xích 01 dãy Trong trường hợp tải

trọng lớn, dùng xích 01 dãy, bước xích lớn gây va đập Khắc phục cách dùng xích dãy, dãy, dùng nhiều dây xích

Hình 15-5: Đĩa xích ống lăn

- Chiều rộng dây xích b; mm Trong xích nhiều dãy, chiều rộng b tăng lên

- Đường kính chốt dc, mm - Chiều dài ống lót

lo, mm

- Chiều rộng đĩa

xích dẫn đĩa bị dẫn, mm

B1 = B2 = B

- Chiều dài may

âéa xêch l2, mm,

(Hình 15-6) Chiều

dài l2 phảilấy đủ lớn để định vị đĩa xích trục, l2 = (1÷1,5).dtr , dtr đường

kính đọan trục lắp đĩa xích

l2

B

dtr df

da

Hình 15-6: Kết cấu đĩa xích ống lăn

- Khoảng cách trục a, khoảng cách tâm đĩa xích dẫn đĩa bị dẫn; mm

- Góc hai nhánh xích γ; độ

- Góc ơm dây xích đĩa dẫn α1, đĩa bị dẫn α2; độ

α1 = 180 - γ ; α2 = 1800 + γ ; γ≅ 570.(d2 -d1) / a (15-1) - Chiều dài dây xích L; mm Được đo theo vòng qua tâm chốt Quan hệ

giữa chiều dài dây xích khoảng cách trục a xác định sau:

a d d d d a L

4 ) (

2 ) (

2

2

2 + + −

+

{ [ ] } 2

2 2( )

2 ) (

2 ) (

4

d d d

d L d

d L

a= −π + + −π + − − (15-3)

- Số mắt dây xích NX Số mắt xích nên lấy số chẵn, để dễ dàng nối với

nhau Nếu số mắt xích NX số lẻ, phải dùng má xích chuyển tiếp để nối Má

chuyển tiếp dễ bị gẫy Số mắt xích: NX = L/px

15.1.4 Các thơng số làm việc chủ yếu truyền xích - Số vòng quay trục dẫn, ký hiệu n1, trục bị dẫn n2; v/ph - Tỷ số truyền, ký hiệu u, u = n1/n2 = z2/z1

- Công suất trục dẫn, ký hiệu P1, công suất trục bị dẫn P2; kW - Hiệu suất truyền động η, η = P2 / P1

- Mô men xoắn trục dẫn T1, trục bị dẫn T2; Nmm

- Vận tốc vịng đĩa xích dẫn v1, đĩa bị dẫn v2, vận tốc dài dây xích vx; m/s

Giá trị cịn gọi vận tốc trung bình v1 = v2 = vx = π.d1.n1/(6.10

)

- Vận tốc tức thời v1t, v2t, vxt, m/s, vận tốc tính thời điểm Trục dẫn coi

như chuyển động đều, v1t số

Do dây xích ơm đĩa xích dẫn theo hình đa giác (Hình 15-7), ngồi chuyển động theo phương ngang, dây xích cịn chuyển động lên xuống với vxđ Vận tốc tức thời

vxt số, vxt ≤ v1t, xích

chuyển động có gia tốc Số đĩa xích ít, giá trị góc ϕ lớn, vxt dao

động nhiều, gia tốc lớn

Tương tự thế, dây xích ôm đĩa xích bị dẫn theo đa giác, nên v2t dao

âäüng, v2t ≥ vxt

vxâ

vxt

v1

γ ϕ

n1

- Thời gian phục vụ truyền, hay tuổi bền truyền tb; h

- Yêu cầu môi trường làm việc

truyền Hình 15-7: Vận tốc tức thời dây xích

- Chế độ làm việc

15.1.5 Lực tác dụng truyền xích

- Khi chưa làm việc, trọng lượng thân, dây xich bị kéo căng lực F0

F0 = mx.ky

Trong đó: mx khối lượng nhánh xích, kg

ky hệ số kể đến vị trí

truyền,

ky = truyền nằm ngang,

ky = 10 truyền thẳng đứng

- Khi đặt tải trọng T1 trục I

và T2 trục II, xuất lực

voìng Ft, Ft = 2.T1/d1 =

2.T2/d2

Lục ny lỉûc trãn nhạnh càng, Fc = F0 + Ft,

Læûc trón nhaùnh khọng cng, Fkh = F0, (Hỗnh 15-8)

1 n1

Nhaïnh

FC

Fkh

2

n2

Hình 15-8: Lực truyền xích

- Khi đĩa xích quay, dây xích bị ly tâm tách xa khỏi đĩa xích Trên nhánh xích chịu thêm lực căng Fv = qm.v12, với qm khối lượng mét xích

Lục ny trãn nhạnh xêch cọ lỉûc Fc = F0 + Ft + Fv

trãn nhạnh khäng cọ lỉûc Fkh = F0 + Fv

- Ngồi ra, chuyển động có gia tốc, dây xích cịn chịu lực qn tính Fđ,

gây va đập hai nhánh xích Fđ tính gần theo cơng thức:

Fâ = mx.axmax

axmax gia tốc lớn dây xích

Trong tính tốn truyền xích, giá trị lực F0 , Fv , Fđ kể đến

bằng hệ số tính tốn K

- Lực tác dụng lên trục ổ mang truyền xích lực hướng tâm Fr, có phương

vng góc với đường trục đĩa xích, có chiều kéo hai đĩa xích lại gần Giá trị Fr tính sau:

Fr = Kt.Ft (15-4)

Trong Kt hệ số kể đến trọng lượng dây xích Lấy Kt = 1,15

truyền nằm ngang, Kt = 1,05 truyền thẳng đứng 15.2 Tính truyền xích

15.2.2 Các dạng hỏng truyền xích tiêu tính tốn

- Đứt xích, dây xích bị tách rời khơng làm việc nữa, gây nguy hiểm cho người thiết bị xung quanh Xích bị đứt mỏi, q tải đột ngột, mối ghép má xích với chốt bị hỏng

- Mịn lề xích Trên mặt tiếp xúc lề có áp xuất lớn, bị trượt tương đối vào ăn khớp với đĩa xích, nên tốc độ mịn nhanh

Ống lót chốt mịn phía, làm bước xích tăng thêm lượng ∆px (Hình 15-9)

Khi bước xích tăng thêm, tồn dây xích bị đẩy phía đỉnh đĩa xích, tâm chốt nằm đường trịn có đường kính d+∆d Xích dễ bị tuột khỏi đĩa xích (Hình 15-10)

Mòn làm giảm đáng kể tiết diện ngang chốt, dẫn đến gẫy chốt

Ft

Ft

∆px

dc

Hình 15-9: Xích bị mịn làm tăng bước xích

px

d

ϕ

da df

px+∆px

d+∆d - Các phần tử dây xích bị mỏi: rỗ

bề mặt lăn, ống lót, gẫy chốt, vỡ lăn

- Mịn đĩa xích, làm nhọn răng, đĩa xích bị gẫy

Để hạn chế dạng hỏng kể trên, truyền xích cần tính tốn thiết kế kiểm tra theo tiêu sau:

p ≤ [p] (11-5) Trong p áp suất bề mặt tiếp xúc chốt ống lót, MPa

[p] áp suất cho phép khớp lề, MPa

Hình 15-10: Hiện tượng xích bị tuột

15.2.2 Tính truyền xích ống lăn

X X t K A d T K K A F K p 1 =

= (15-6)

Trong đó: A diện tích tính tốn lề, A = dc.l0

K hệ số tải trọng, giá trị K phụ thuộc vào đặc tính tải trọng, kích thước, vị trí điều kiện sử dụng truyền K tính theo cơng thức: K = Kđ.Ka.K0.Kđc.Kb

+ Kđ hệ số kể đến tải trọng động Nếu tải trọng va đập mạnh lấy Kđ = 1,8

Nếu tải trọng va đập trung bình, lấy Kđ = 1,2 ÷ 1,5

+ Ka hệ số kể đến số vịng chạy xích giây Nếu a = (30 ÷50).px,

lấy Ka = Nếu a=(60 ÷ 80).px, lấy Ka = 0,8 Nếu a < 25.px, lấy Ka =1,25

+ K0 hệ số kể đến cách bố trí truyền Nếu truyền đặt nghiêng so với

phương ngang góc nhỏ 600, lấy K

0 = Trường hợp khác lấy K0 = 1,25

+ Kđc hệ số kể đến khả điều chỉnh lực căng xích Nếu không điều chỉnh

được, lấy Kđc = 1,25 Nếu điều chỉnh thường xuyên, lấy Kđc =

+ Kb hệ số kể đến điều kiện bôi trơn Nếu bôi trơn ngâm dầu, lấy Kb = 0,8

Nếu bôi trơn nhỏ giọt, lấy Kb = Nếu bôi trơn định kỳ, lấy Kb = 1,5

+ Kx hệ số kể đến dùng nhiều dãy xích Nếu dùng xích dãy, lấy Kx = Nếu

dùng xích dãy, lấy Kx = 1,7 Nếu dùng dãy xích, lấy Kx = 2,4

- Áp suất cho phép [p] xác định theo thực nghiệm Tra bảng sổ tay thiết kế phụ thuộc vào số vịng quay bước xích

Bài tốn kiểm tra bền truyền xích được thực theo bước:

+ Xác định áp ứng suất cho phép [p]

+ Tính áp suất p sinh bề mặt tiếp xúc theo công thức (15-6) + So sánh p [p], đưa kết luận:

Nếu p > [p], truyền không đủ bền, Nếu pt≤ [p], truyền đủ bền

Bài toán thiết kế truyền xích thực nội dung chủ yếu sau đây:

+ Chọn loại xích, dự kiến số vịng quay, xác định áp suất cho phép [p] + Giả sử tiêu (15-5) thỏa mãn, ta viết

Có thể tính gần d1 = z1.px/π ; diện tích A ≈ 0,28.px2 Lúc ta có:

3

1

] [

82 ,

p K z

T K p

X

x ≥ (15-7)

+ Chọn px theo giá trị tiêu chuẩn, tính kích thước khác truyền, vẽ kết

cấu đĩa xích dẫn, đĩa xích bị dẫn

15.2.3 Trình tự thiết kế truyền xích

Kích thước truyền xích tính tốn thiết kế theo trình tự sau: 1- Chọn loại xích Thơng thường chọn xích ống lăn

2- Chọn số đĩa xích nhỏ, z1 = 29 - 2.u ≥ 19 Tính z2 = u.z1

3- Tính bước xích px theo cơng thức (15-7), lấy px theo dãy số tiêu chuẩn Kiểm

tra điều kiện px≤ pxmax Nếu không thỏa mãn, phải tăng số dãy xích để giảm giá trị bước xích

4- Tính đường kính đĩa xích d1 = px/sin(π/z1) ; d2 = u.d1

5- Xác định sơ khoảng cách trục asb Lấy asb = (30÷50).px Kiểm tra điều kiện

asb > (d1 + d2)/2 + 2.h ; h chiều cao đĩa xích Tính góc ơm α1 theo

cơng thức (15-1) Kiểm tra điều kiện α1 ≥ 120

Nếu không thỏa mãn, phải điều chỉnh khoảng cách trục asb

6- Tính chiều dài xích Lsb theo asb , dùng cơng thức (15-2) Tính số mắt xích

Nx = Lsb/px Lấy Nx số chẵn Tính chiều dài L = Nx.px Tính khoảng cách

trục a theo L, dùng công thức (15-3) Để tránh lực căng ban đầu xích, bớt khoảng cách trục a lượng ∆a = (0,002 ÷ 0,004).a

7- Tính chiều rộng B đĩa xích Vẽ kết cấu đĩa xích dẫn đĩa xích bị dẫn 8- Tính lực tác dụng lên trục Fr, theo cơng thức (15-4)

CHỈÅNG XVI

BỘ TRUYỀN

VÍT ĐAI ỐC

16.1 Những vấn đề chung

16.1.1 Giới thiệu truyền vít đai ốc

Bộ truyền vít - đai ốc dùng để đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến, nhờ tiếp xúc ren ca c vi

ren trón truỷc vờt (Hỗnh 16-1) F

v2

l0

2

n1

Bộ truyền vít - đai ốc có phận chính:

+ Vít số quay với số vịng quay n1,

cơng suất truyền động P1, mơ men xoắn trục T1 Vít có ren tương tự

khâu dẫn

+ Đai ốc số 2, chuyển động tịnh tiến với vận tốc v2, công suất đai ốc P2 Đai

ốc có ren giống đai ốc mối ghép ren Trường hợp đai ốc khâu bị dẫn

FQ l

lQ

Ft

Hỗnh 16-2: Kờch vờt

Trong truyền khác, đai ốc khâu dẫn, đai ốc quay với số vòng quay n1; cịn vít khâu bị dẫn, chuyển động tịnh tiến với vận tốc v2

Nguyên lý làm việc truyền vít - đai ốc: ren vít ren đai ốc ăn khớp với Nhưng q trình truyền động có trượt lớn mặt ren, hiệu suất truyền động không cao

Trong thực tế thường dùng loại truyền động sau: + Vít quay, đai ốc tịnh tiến (Hình 16-1) Ví dụ

như chuyển động bàn xe dao máy tiện

Hình 16-3:Cơ cấu kẹp chặt

+ Vít vừa quay vừa tịnh tiến, cịn đai ốc đứng u (Hình 16-2) Ví dụ chuyển động vít kích vít

+ Đai ốc vừa quay vừa tịnh tiến, cịn vít đứng n (Hình 16-3) Ví dụ chuyển động đai ốc cấu kẹp chặt đồ gá

16.1.2 Phân loại truyền vít - đai ốc

pr

λ

d1

d

d2

α γ

Tùy theo hình dạng mặt cắt ngang tiết diện ren, truyền vít đai ốc chia thnh cỏc loi:

- Vờt coù ren hỗnh thang (Hỗnh 16-4)

Loi ny c dựng ph bin truyền chuyển động theo hai chiều Ren gia công dễ dàng máy tiện ren

- Vít có ren chữ nhật (Hình 16-5) Bộ

chuyển động dọc trục xác cao Hiệu suất truyền động cao Tiết diện chân ren nhỏ, nên khả tải không cao Giá thành tương đối đắt

F1

F2

pr

- Vít có ren cưa (Hình 16-6), có hiệu suất truyền động cao, khả tải trung bình Thường dùng truyền tải trọng theo chiều định

Hình 16-5: Ren chữ nhật

- Vít có ren tam giác, giống bu lông Dùng để thực chuyển động chậm, xác Loại

này có hiệu suất truyền động thấp Hình 16-6: Ren cưa

- Bộ truyền vít đai ốc bi (Hình 16-7) Lọai có ma sát nhỏ, hiệu suất truyền động cao Được dùng nhiều máy tự động, để thực dịch chuyển xác Vít bi chế tạo phức tạp, cần phải có đường dẫn hồi bi Giá thành truyền vít đai ốc bi đắt

Để tăng độ xác thực dịch chuyển dọc trục, người ta dùng đai ốc bi hai nửa (Hình 16-8) Loại điều chỉnh, khử khe hở bi rãnh chứa bi Sau thời gian sử dụng, bi rãnh bị mòn, người ta điều chỉnh lại khe hở, độ xác truyền khơi phục Bộ truyền loại có giá thành cao loại đai ốc liền khối

Tùy theo chiều đường xoắn vít, truyền chia ra:

B

Hình 16-7: Bộ truyền vít đai ốc bi

B B

Hình 16-8: Đai ốc bi có hai nửa - Trục vít có ren phải: nhìn vào

đường ren, theo hướng lên, ta thấy ren phía tay phải

Ngồi ren cịn phân thành loại có đầu mối, loại có hai hay nhiều đầu mối Loại ren bước lớn, ren bước nhỏ

16.1.3 Các thơng số hình học chủ yếu truyền vít - đai ốc

- Đường kính ngồi trục vít d, mm Là đường kính vịng trịn qua đỉnh ren Cịn gọi đường kính danh nghĩa Đường kính danh nghĩa đai ốc ký hiệu D, đường kính vòng tròn qua chân ren đai ốc

- Đường kính trục vít d1, mm Là đường kính vịng trịn qua chân

ren Cịn gọi đường kính chân ren Đường kính đai ốc ký hiệu D1,

là đường kính vịng trịn qua đỉnh ren đai ốc

- Đường kính trung bình vít d2, đai ốc D2, mm Đường kính trung bình

được tính theo cơng thức: d2 = (d+d1)/2 ; D2 = (D1+D)/2

- Số mối ren trục vít, ký hiệu z; số đầu mối đường xoắn vít

- Bước ren pr, mm Giá trị pr tiêu chuẩn hóa lấy theo đường kính d Ứng

với giá trị d có quy định ren bước nhỏ, bước bình thường bước lớn Ví dụ: với d = 40 có bước ren pr = ; ; 10

d = 60 có bước ren pr = ; ; 12

- Bước xoắn vít λ, mm Bước xoắn vít tính theo cơng thức λ = z.pr - Góc nâng đường xoắn vít γ, độ Có quan hệ: tgγ = λ/(π.d2)

- Hình dạng kích thước tiết diện ren Được lấy theo tiêu chuẩn, phụ thuộc vào giá trị đường kính d

- Góc profil tiết diện ren thang α, độ

- Chiều rộng đai ốc B, mm gọi chiều cao đai ốc, ký hiệu H

- Chiều dài phần gia cơng ren trục vít lr, mm Khoảng cách hai gối đỡ

trục vít lo, mm Chiều dài tồn trục vít l, mm (Hình 16-9)

lr

lo

l