Bài giảng Nguyên lý và Chi tiết máy 1

LỜI MỞ ĐẦU Nguyên lý máy chi tiết máy hai môn học tảng đƣợc giảng dạy trƣờng Đại học, cao đẳng kỹ thuật Nó khơng sở cho hàng loạt mơn chun ngành khí mà cịn xây dựng tiềm lực tƣ khoa học cho kỹ sƣ cán khoa học tƣơng lai Ngày nay, để đáp ứng đòi hỏi chất lƣợng đào tạo đạt chuẩn khu vực đặc biệt đào tạo giáo viên dạy nghề (RAVTE) Trƣờng ĐHSPKT Nam Định đạo tiến hành cải cách cách sâu rộng việc giảng dạy, học tập theo quy trình đào tạo (hệ thống tín chỉ), học phần Ngun lý – Chi tiết máy đƣợc đƣa vào giảng dạy cho sinh viên học chuyên ngành khí, sau học xong môn học bản, Hình họa – vẽ kỹ thuật, Dung sai – đo lƣờng, Cơ học 1, Vật liệu kỹ thuật Tập giảng Nguyên lý – Chi tiết máy biên soạn với khối lƣợng tín gồm hai phần: Nguyên lý máy chi tiết máy Phần A Nguyên lý máy: Nghiên cứu vấn đề chuyển động điều khiển chuyển động cấu máy Ba vấn đề chung loại cấu máy mà phần Nguyên lý máy nghiên cứu vấn đề cấu trúc, động học động lực học, đƣợc nghiên cứu dƣới dạng: tốn phân tích toán tổng hợp Phần B Chi tiết máy: Nghiên cứu liên kết cố định đƣợc sử dụng cần thiết đơn giản hóa việc chế tạo, giảm nhẹ lắp ráp, sửa chữa, vận chuyển Trong Chế tạo máy liên kết cố định đƣợc gọi mối ghép Tập giảng Nguyên lý – Chi tiết máy tài liệu phục vụ cho cơng tác giảng dạy giảng viên học tập sinh viên đại học, cao đẳng ngành Cơ khí trƣờng ĐHSPKT Nam Định Trong q trình biên soạn, nhóm tác giả cố gắng sử dụng hiểu biết kinh nghiệm nhƣ thực tế Việt Nam tích lũy đƣợc hàng chục năm công tác giảng dạy thực tiễn, đồng thời tham khảo chƣơng trình giảng dạy nhƣ sách giáo khoa Nguyên lý máy chi tiết máy trƣờng đại học xuất năm gần Nhằm ngày hoàn thiện nội dung tập giảng Nguyên lý – Chi tiết máy chúng tơi mong nhận đƣợc nhiều góp ý độc giả, xin gửi địa chỉ: Bộ mơn Kỹ thuật sở, Khoa Cơ khí, Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Nam Định NHÓM TÁC GIẢ MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU MỤC LỤC PHẦN A CHƢƠNG1 CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.1 Khái niệm định nghĩa 1.1.1 Khâu chi tiết máy 1.1.2 Nối động, thành phần khớp động khớp động 1.1.3 Các loại khớp động lƣợc đồ khớp 1.1.4 Kích thƣớc động khâu lƣợc đồ khâu 12 1.1.5 Chuỗi động cấu 12 1.2 Bậc tự cấu phẳng 15 1.2.1 Khái niệm bậc tự cấu 15 1.2.2 Công thức tính bậc tự cấu 16 1.2.2 Công thức tính bậc tự cấu phẳng 17 1.2.3 Khâu dẫn – Khâu bị dẫn – Khâu phát động 20 1.3 Xếp hạng cấu phẳng 21 1.3.1 Nhóm Atxua – Hạng nhóm 21 1.3.2 Hạng cấu 23 BÀI TẬP CHƢƠNG 24 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 27 CHƢƠNG PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHẲNG 28 2.1 Bài toán vị trí (chuyển vị) quỹ đạo 28 2.2 Bài toán vận tốc 30 2.3 Bài toán gia tốc 34 BÀI TẬP CHƢƠNG 40 CHƢƠNG PHÂN TÍCH LỰC TRÊN CƠ CẤU PHẲNG 46 3.1 Lực tác động cấu 46 3.1.1 Ngoại lực 46 3.1.2 Lực quán tính 46 3.1.3 Phản lực khớp động 46 3.2 Số liệu cho trƣớc, giả thiết nội dung tốn phân tích lực cấu 47 3.3 Nguyên tắc trình tự giải tốn phân tích lực cấu 48 3.3.1 Nguyên lý Đalămbe 48 3.3.2 Điều kiện tĩnh định toán phân tích áp lực khớp động 49 3.3.3 Trình tự ví dụ giải tốn phân tích áp lực khớp động 50 3.3.4 Phƣơng pháp di chuyển để tính 𝑴𝒄𝒃 hay 𝑷𝒄𝒃 54 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 54 CHƢƠNG MA SÁT TRONG KHỚP ĐỘNG 55 4.1 Đại cƣơng 55 4.1.1 Khái niệm 55 4.1.2 Ma sát trƣợt khô – Định luật Coulomb 55 4.1.3 Ma sát lăn 59 4.2 Ma sát trƣợt khô khớp trƣợt 64 4.2.1 Ma sát rãnh hình tam giác 64 4.2.2 Ma sát mặt phẳng nghiêng 65 4.2.3 Ma sát rãnh nghiêng hình tam giác 66 4.2.4 Ma sát khớp ren vít 68 4.3 Ma sát trƣợt khớp quay 70 4.3.1 Mô men ma sát khớp quay 71   4.3.2 Tính phản lực N tổng lực ma sát F 73 4.3.3 Vòng tròn ma sát tƣợng tự hãm khớp quay 76 4.3.4 Các trƣờng hợp cụ thể khớp quay 78 4.4 Ma sát khớp quay chặn 81 4.4.1 Khớp quay chặn (ổ chặn) 82 4.4.2 Khớp quay chặn chạy mòn 83 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 84 PHẦN B 85 CHI TIẾT MÁY 85 CHƢƠNG CÁC CHI TIẾT MÁY GHÉP 85 5.1 Ghép đinh tán 85 5.1.1 Khái niệm chung 85 5.1.2 Tính mối ghép 88 5.1.3 Tính mối ghép kín 91 5.1.4 Hệ số bền mối ghép 92 5.1.5 Xác định ứng suất cho phép 92 5.2.Ghép hàn 93 5.2.1 Khái niệm chung 93 5.2.2 Kết cấu mối hàn 96 5.2.3 Tính mối ghép hàn giáp mối; chồng; góc 98 5.2.4 Tính mối hàn tiếp xúc 102 5.2.5 Độ bền mối hàn ứng suất cho phép 104 5.2.6 Thí dụ 106 Ghép độ dôi 107 3.1 Khái niệm chung 107 5.3.2 Tính mối ghép 110 5.4 Mối ghép then, then hoa trục định hình 114 5.4.1 Mối ghép then 114 5.4.2 Mối ghép then hoa 119 5.4.3 Mối ghép trục định hình 123 5.5 Mối ghép ren 124 5.5.1 Khái niệm chung 124 5.5.2 Tính mối ghép ren 130 5.5.3 Tính mối ghép nhóm bu lơng 139 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 149 CHƢƠNG PHÂN TÍCH CHỌN MỐI GHÉP 151 6.1 Mối ghép ren 151 6.1.1 Ƣu điểm 151 6.1.2 Nhƣợc điểm 151 6.1.3 Phạm vi sử dụng 151 6.2 Mối ghép đinh tán 151 6.2.1 Ƣu điểm 151 6.2.2 Nhƣợc điểm 151 6.2.3 Phạm vi sử dụng 152 6.3 Mối ghép hàn 152 6.3.1 Ƣu điểm 152 6.3.2 Nhƣợc điểm 152 6.3.3 Phạm vi sử dụng 152 6.4 Mối ghép độ dôi 153 6.4.1 Ƣu điểm 153 6.4.2 Nhƣợc điểm 153 6.4.3 Phạm vi sử dụng 153 6.5 Mối ghép then, then hoa trục định hình 153 6.5.1 Ƣu điểm 153 6.5.2 Nhƣợc điểm 153 6.5.3 Phạm vi sử dụng 153 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 154 TÀI LIỆU THAM KHẢO 155 PHẦN THỨ NHẤT NGUYÊN LÝ MÁY CHƢƠNG CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.1 Khái niệm định nghĩa 1.1.1 Khâu chi tiết máy a Ví dụ máy cấu Xét động đốt kiểu pistông – tay quay đƣợc dùng để biến đổi lƣợng khí cháy bên xilanh (nhiệt năng, hóa năng) thành trục khuỷu (máy đƣợc gọi máy lƣợng- hình 1.1) Hình 1.1 Máy lượng Động đốt bao gồm nhiều cấu Cơ cấu máy cấu tay quay – trƣợt OAB (hình 1.2) làm nhiệm vụ biến chuyển tịnh tiến pistông (3) thành chuyển động quay trục khuỷu (1) Hình 1.2 Cơ cấu tay quay – trượt b Khâu chi tiết máy + Máy cấu gồm nhiều phận có chuyển động tƣơng Mỗi phận có chuyển động riêng biệt máy đƣợc gọi khâu Khâu vật rắn khơng biến dạng, vật rắn biến dạng (ví dụ lị xo…) có dạng day dẻo (ví dụ dây đai truyền đai…) Trong tồn giáo trình, trừ trƣờng hợp đặc biệt ta xem khâu nhƣ vật rắn không biến dạng (vật rắn tuyệt đối) + Khâu chi tiết máy độc lập hay số chi tiết máy ghép cứng lại với Mỗi chi tiết máy phận hồn chỉnh, khơng thể tháo rời nhỏ đƣợc máy c Ví dụ Cơ cấu tay quay trƣợt OAB (hình 1.2) có khâu: Trục khuỷu (1), truyền (2), pistông (3) xi lanh (4) gắn liền với vỏ máy Trong hệ quy chiếu gắn liền với khâu (4) (vỏ máy, xi lanh), khâu có chuyển động riêng biệt Khâu (1) quay xung quanh tâm O, khâu (2) chuyển động song phẳng, khâu (3) chuyển động tịnh tiến, khâu (4) cố định Trục khuỷu thông thƣờng chi tiết máy độc lập Thanh truyền gồm nhiều chi tiết máy nhƣ thân, bạc lót, đầu to, bu lông, đai ốc…ghép cứng lại với 1.1.2 Nối động, thành phần khớp động khớp động a Bậc tự tương đối hai khâu + Số bậc tự tƣơng đối hai khâu số khả chuyển động độc lập tƣơng đối khâu khâu (tức số khả chuyển động độc lập khâu hệ quy chiếu gắn liền với khâu kia) Hình 1.3 Hai khâu không gian + Khi để rời hai khâu khơng gian, chúng có bậc tự tƣơng đối Thật vậy, hệ tọa độ vng góc Oxyz gắn liền với khâu (1), khâu (2) có khả chuyển động: Tx, Ty, Tz (chuyển động tịnh tiến dọc theo trục Ox, Oy, Oz) Qx, Qy, Qz (chuyển động quay xung quanh trục Ox, Oy, Oz) Sáu khả hoàn tồn độc lập với (hình 1.3) + Tuy nhiên, để rời hai khâu mặt phẳng, số bậc tự tƣơng đối chúng lại 3: chuyển động quay Qz xung quanh trục Oz vuông góc với mặt phẳng chuyển động Oxy hai khâu chuyển động tịnh tiến Tx, Ty dọc theo trục Ox, Oy nằm mặt phẳng (hình 1.4) Hình 1.4 Hai khâu mặt phẳng + Số bậc tự tƣơng đối hai khâu số thơng số vị trí độc lập cần cho trƣớc để xác định hồn tồn vị trí khâu hệ quy chiếu gắn liền với khâu (hình 1.5) Hình 1.5 Bậc tự hai khâu Thật vậy, để xác định hồn tồn vị trí khâu (2) hệ quy chiếu R gắn liền với khâu (1), nghĩa để xác định hồn tồn vị trí hệ quy chiếu R2 gắn liền với khâu (2) so với hệ quy chiếu R, cần biết thông số: + Ba tọa độ Xo2, Yo2, Zo2 gốc O2 hệ quy chiếu R2 hệ R  + Ba góc phƣơng α, β, γ xác định phƣơng chiếu vectơ định vị ex2 trục O2x2 hệ R2 hệ R b Nối động, thành phần khớp động, khớp động + Để tạo thành cấu, ngƣời ta phải tập hợp khâu lại với cách thực phép nối động Nối động hai khâu bắt chúng tiếp xúc với theo quy cách định suốt trình chuyển động Nối động hai khâu làm hạn chế bớt số bậc tự tƣơng đối chúng + Chỗ khâu tiếp xúc với khâu đƣợc nối động với gọi thành phần khớp động + Tập hợp hai thành phần khớp động hai khâu phép nối động gọi khớp động 1.1.3 Các loại khớp động lƣợc đồ khớp a Các loại khớp động + Căn vào số bậc tự tƣơng đối bị hạn chế nối động (còn gọi số ràng buộc khớp), ta phân khớp động thành loại, khớp loại 1, loại 2, loại 3, loại 4, loại lần lƣợt hạn chế 1, 2, 3, 4, bậc tự tƣơng đối Khơng có khớp loại 6, khớp hạn chế bậc tự tƣơng đối hai khâu, hai khâu ghép cứng với Khơng có khớp loại 0, hai khâu để rời hồn tồn khơng gian (liên kết hai khâu lúc đƣợc gọi liên kết tự do) + Căn vào đặc điểm tiếp xúc hai khâu nối động, ta phân khớp động thành loại: khớp cao thành phần khớp động điểm hay đƣờng (hai khâu tiếp xúc theo điểm đƣờng) Khớp thấp thành phần khớp động mặt (hai khâu tiếp xúc theo mặt) b Ví dụ khớp động + Ví dụ 1: Cho hình trụ trịn xoay (khâu 1) tiếp xúc với phẳng (khâu 2) theo đƣờng sinh, ta đƣợc khớp động ( hình 1.6) Hình 1.6 Khớp cao Số bậc tự tƣơng đối bị hạn chế (hai chuyển động Qy, Tz xảy hình trụ khơng cịn tiếp xúc với phẳng theo đƣờng sinh nữa) Khớp động khớp loại Thành phần khớp động khâu đƣờng sinh AA’ tiếp xúc với mặt phẳng khâu Thành phần khớp động khâu đoạn thẳng BB’ trùng với đƣờng sinh AA’ Thành phần khớp động đƣờng nên khớp động khớp cao + Ví dụ 2: Hình cầu tiếp xúc với ( hình 1.7) cho ta khớp động Số bậc tự tƣơng đối bị hạn chế (hạn chế ba chuyển động Tx, Ty, Tz), nên khớp cầu loại Thành phần khớp động mặt cầu, khớp cầu nói khớp thấp Hình 1.7 Khớp cầu + Ví dụ 3: Hình 1.8 Khớp cầu có chốt Khớp cầu có chốt (hình 1.8) Khác với khớp cầu loại đây, khâu khớp cầu có gắn thêm chốt 3, khâu có xẻ rãnh Khi đó, khâu hai cịn hai khả chuyển động tƣơng đối so với khâu1: chuyển động quay Qx xung quanh trục x chuyển động quay Qy xung quanh trục y Khớp hạn chế bậc tự tƣơng đối, khớp loại Thành phần khớp động mặt cầu nên khớp thấp + Ví dụ 4: Khớp tịnh tiến ( khớp trƣợt – hình 1.9): số bậc tự tƣơng đối bị hạn chế (chỉ để lại chuyển động tịnh tiến Tx) nên khớp trƣợt khớp loại Thành phần khớp động mặt phẳng, nên khớp trƣợt khớp thấp Hình 1.9 Khớp trượt + Ví dụ 5: Khớp quay (khớp lề - hình 1.10): số bậc tự tƣơng đối bị hạn chế (chỉ để lại chuyển động quay Qz) nên khớp quay khớp loại Thành phần khớp động mặt trụ tròn xoay A phần mặt phẳng B, nên khớp thấp Hình 1.10 Khớp quay 10 Hoặc: V  2kM ZfD (5.25) D – đƣờng kính vịng trịn qua tâm bu lơng Đối với mối ghép có dạng đối xứng tùy ý, gọi ri khoảng cách từ trọng tâm mối ghép đến tâm bu lông, điều kiện bền mối ghép đƣợc viết nhƣ sau: VfZ r  M i i Trong Zi – số bu lơng có khoảng cách đến tâm mối ghép ri Lực xiết cần thiết bu lông V M f  Zi ri Hoặc V  kM f  Z i ri (5.26) Trƣờng hợp bu lông lắp không khe hở: + Đối với mối ghép có hình vành khăn, lực ngang tác dụng lên bu lông F 2M ZD (5.27) Khi mối ghép có hình tùy ý, tải trọng tác dụng lên bu lông tỷ lệ thuận với khoảng cách từ tâm bu lông đến trọng tâm mối ghép Gọi F1 tải trọng tác dụng lên bu lơng có khoảng cách r1 xa trọng tâm nhất, F2 tải trọng tác dụng lên bu lơng có khoảng cách r2, F3 ứng với r3 , ta có F1 F2 F3   r1 r2 r3 Do r2   F2  F1 r  r2   F3  F1 r1     (5.28) Từ điều kiện: Z1F1r1 + Z2F2r2 + = M Và ý đến hệ thức (5.25), ta đƣợc tải trọng F1 tác dụng lên bu lông chịu lực lớn (bu lông xa trọng tâm nhất) F1  Mr1 Mr1  Z r  Z r2  Zi ri (5.29) 11 5.5.3.2 Tải trọng tác dụng mặt phẳng song song với trục bu lông 141 Giả sử mối ghép chịu lực bất kỳ, nằm mặt phẳng đối xứng (hình 5.57) Hình 5.58 Biểu đồ ứng suất Trƣờng hợp thƣờng thấy thực tế Ta coi nhƣ ghép đủ cứng bu lơng đƣợc bố trí mối ghép Ngoại lực Q đƣợc chia hai thành phần R F Đƣa R F trọng tâm mối ghép, ta có mơ men M = F.l1 – R.l2 Nói chung tọa độ trọng tâm bề mặt ghép đƣợc xác định theo phƣơng pháp lấy mô men tĩnh trục chia cho diện tích Thơng thƣờng thực tế bề mặt ghép có hai trục đối xứng trọng tâm giao điểm hai trục 142 R M có xu hƣớng tách hở bề mặt ghép, F ghép bị trƣợt Muốn cho chi tiết máy đƣợc ghép khỏi bị tách hở bị trƣợt cần xiết bu lông với lực xiết V cần thiết Các tải trọng R M đƣợc chia làm hai phần: phần Rb Mb tác dụng vào bu lông phần Rm Mm tác dụng vào tiết máy đƣợc ghép Ta có m   Rb   R     R b m   b  Rm  (1   ) R     R  b m  M   M   m M  b b   m   M  (1   ) M   b M  m b   m (5.30) Gọi Z số bu lơng mối ghép, ta tính lực xiết V cần thiết bu lông chịu tải trọng lớn để mối ghép khơng bị tách hở trƣợt Tính tốn theo điều kiện mối ghép khơng bị tách hở Trƣớc ngoại lực Q tác dụng, mối ghép chịu ứng suất dập (biểu đồ a, hình 5.57) xiết bu lơng V  ZA Arịng (5.31) Trong Arịng - diện tích rịng bề mặt ghép Dƣới tác dụng lực Rm (phần tác dụng R lên tiết máy đƣợc ghép), ứng suất dập bề mặt ghép đƣợc giảm bớt trị số (biểu đồ b, hình 5.57) R  Rm Arịng (5.32) Khi chịu mơ men M, mối ghép có xu hƣớng bị xoay quanh trục nằm mặt phẳng ghép Áp dụng nguyên tắc mô men cản nhỏ nhất, coi trục xoay trục đối xứng xx (hình 5.57) mơ men cản trục nhỏ Điều lực xiết bu lông lớn để bảo đảm bề mặt ghép không bị hở Nếu mối ghép bị tách hở, trục xoay di chuyển dần từ trục đối xứng đến mép mối ghép (trên hình vẽ, trục xoay di chuyển dần sang phải) Nếu khơng có lực xiết bu lông, trục xoay đƣờng mép bên phải Với ghép cứng, biến dạng uốn mối ghép đƣợc phân bố theo quy luật đƣờng thẳng, nhƣ vậy, phạm vi biến dạng đàn hồi, ứng suất phân bố theo quy luật đƣờng thẳng Biểu đồ c hình 5.57 trình bày quy luật phân bố ứng suất mô men Mm (phần tác dụng M lên tiết máy ghép) gây nên Trị số cực đại ứng suất 143 M  Mm Wrịng (5.33) Trong Wrịng – mơ men cản uốn tiết diện ròng mối ghép Ứng suất tổng cực đại cực tiểu lực xiết ngoại lực tác dụng lên bề mặt ghép  max   V   R   M  Mm R ZV  M  Aròng Aròng Wròng    V   R   M  Mm R ZV  M  Aròng Aròng Wrịng Biến thiên ứng suất tổng đƣợc trình bày biểu đồ d hình 5.57 Thƣờng thƣờng diện tích bề mặt ghép lớn so với diện tích lỗ lắp bu lơng, nên coi Arịng, Mrịng gần A W (diện tích mơ men cản uốn tiết diện nguyên, bỏ qua lỗ) tiết máy đƣợc ghép cứng, nên Rm, Mm đƣợc coi gần R, M Do viết ZV R M   A A W ZV R M    A A W  max   (5.34) Theo điều kiện mối ghép khơng bị tách hở, cần có σmin > Hoặc ZV R M   >0 A A W Ta tính đƣợc lực xiết V cần thiết bu lông V 1 MA  R  Z W  Để đƣợc an toàn V k MA (R  ) Z W (5.35) Trong k - hệ số an toàn để đảm bảo mối ghép khơng bị hở, đƣợc lấy 1,3 ÷ Trong trƣờng hợp bệ đế máy lắp vào bê tông gỗ, cần kiểm tra độ bền dập theo điều kiện  max  [ d ] (5.36) Đối với bê tơng [σd] = ÷2 MPa; gỗ [σd] = ÷ MPa Nếu điều kiện (5.23) khơng thỏa mãn, cần tăng kích thƣớc bề mặt ghép Tính tốn theo điều kiện đảm bảo mối ghép không bị trượt 144 Đối với mối ghép dùng bu lơng lắp có khe hở lỗ thân đinh khơng có chi tiết nhƣ chốt để giữ cho ghép khỏi bị trƣợt, lực F bị cản lực ma sát sinh bề mặt ghép Mối ghép không bị trƣợt lực F nhỏ lực ma sát cực đại, nghĩa là: f(ZV – Rm) > F Rm ≈ R nên viết f(ZV – R) > F Để đƣợc an tồn f(ZV – R) >k F k lấy khoảng 1,3 ÷ (5.37) Để thỏa mãn điều kiện (5.24), lực xiết V bu lông phải đạt trị số V kF  fR fZ (5.38) Trƣờng hợp lực F lớn, ngƣời ta dùng bu lông lắp không khe hở dùng thêm chi tiết đặc biệt nhƣ: then, chốt, gờ để cản trƣợt Trong mối ghép có kết cấu nhƣ vậy, bu lơng (lắp có khe hở) chịu tải trọng có xu hƣớng tách hở mối ghép Để tính bu lơng, lấy lực xiết trị số lớn hai trị số tìm đƣợc từ cơng thức (5.30) (5.32) Ngồi lực xiết V, dƣới tác dụng ngoại lực bu lơng cịn chịu lực Rb Mb gây nên Do Rb tác dụng bu lông chịu lực Rb Do Mb tác dụng, bu lông chịu lực Z khơng nhau, hàng bu lơng ngồi phía bên trái, có khoảng cách đến trục xoay xx y1 xa nhất, chịu lực kéo lớn Gọi F1, F2, F3 lực Mb gây nên bu lông cách trục xx y1, y2, y3 , ta có F2  F1 y2 y1 F2  F1 y3 y1 Ta có điều kiện cân bằng: Mb = Z1F1y1 + Z2F2y2 + Z3F3y3 + , Trong Z1, Z2, Z3 số bu lơng có khoảng cách đến trục xx y1, y2, y3 tƣơng ứng Thay F2, F3 F1 y y2 , F1 y1 y1 145 M b  Z1 F1 y1  Z F2  y2 y22  Z F3  y1 y1 F1 Zi yi2  y1 Do tìm đƣợc lực kéo F1 mơ men Mb gây nên bu lông xa trục xoay xx (phía bên trái) F1  M b y1  Zi yi2 (5.39) Trị số Mb đƣợc tính theo công thức Tổng lực tác dụng lên bu lông chịu tải lớn Ft  V  Rb  F1 Z (5.40) Khi tính tốn bu lơng chịu tải trọng tĩnh, lực xiết V cần nhân với 1,3 xét đến ứng suất xoắn mơ men ren gây nên Khi tính bu lơng chịu tải trọng thay đổi, biên độ ứng suất σa có trị số Rb  F1 Z a  Ab (5.41) Ab – diện tích tiết diện bu lơng Thí dụ Tính mối ghép bu lông giá chịu tải nhƣ hình 5.58: Hình 5.59 Mối ghép bu lơng 146 Biết: R = 20000N, l =1050mm, a = 130mm, b = 500mm, h = 50mm; giá gang (σb = 280MPa); bu lông thép CT3, lực xiết không kiểm tra Tính tốn theo hai phƣơng án; bu lơng lắp khơng khe hở bu lơng lắp có khe hở Giải Đƣa lực R tâm O mối ghép, ta có lực R đặt O mơ men M = RL Trƣờng hợp khác trƣờng hợp hình 5.56 chỗ có thêm lực ngang R Phương án 1: Dùng bu lông lắp không khe hở lỗ bu lông Do tác dụng lực R đặt O, bu lông chịu lực ngang F nhau: F R 20000   3340 N Z Lực mô men M gây nên bu lông không Áp dụng công thức xác định lực Q M gây nên bu lông có khoảng cách đến tâm O r1 Q1  Mr1 4r  2r22 Trong M = Rl = 20000.1050 = 21.106 Nmm r2  b  250mm r1  r22  a  2502  1302  280mm Do Q1  21.106.280  13000 N 4.2802  2.2502 Trị số lực Q3, Q4, Q6 M gây nên bu lông 3, 4, trị số lực Q1 Các lực Q2 Q5 có trị số Ta có Q2  Q1 r2 250  13000  11000 N 280 r1 Các lực Q1, Q2 , có phƣơng vng góc với bán kính r1, r2 , cịn lực F có phƣơng theo phƣơng lực R (hình 5.58) Dùng phƣơng pháp tính phƣơng pháp đồ thị, tìm thấy hợp lực F1 (do F Q1, tác dụng vào bu lông số 1) hợp lực F3 (do F Q3 tác dụng vào bu lông số 3) lớn nhất, có trị số F1 = F3 = 16000N Bu lông số chịu lực chiều F Q2, hợp lực F2 = F + Q2 = 14340N Nhƣ bu lông bu lông chịu tải lớn Theo điều kiện bền cắt xác định đƣờng kính thân bu lơng d0  F1 4.16000   16mm  [ ]  80 Trong đó: [τ] = 0,4σch = 0,4.200 = 80MPa 147 Theo trị số d0 tìm đƣợc, ta chọn bu lơng tinh lắp vào lỗ doa có đƣờng kính danh nghĩa ren M14 đƣờng kính phần khơng có ren 16mm Kiểm nghiệm độ bền dập d  F1 16000   20 MPa d o h 16.50 Trị số ứng suất dập cho phép [σd] = 0,8σb = 0,8.280 = 110MPa Điều kiện bền dập đƣợc thỏa mãn Phương án Dùng bu lông lắp có khe hở lỗ bu lơng Tải trọng đƣợc cân với lực ma sát sinh bề mặt ghép, xiết chặt bu lông với lực V cần thiết ( bu lông) Giả thiết cách gần hợp lực ma sát bu lông gây nên qua trục bu lông Mối ghép đủ bền (nghĩa không bị xoay) lực ma sát bu lông tạo đƣợc cân với hợp lực R M gây nên (F Q1) bu lơng Vì bu lơng đƣợc xiết nên lực xiết cần thiết cho bu lông phải xác định theo bu lông chịu ngoại lực lớn nhất, cụ thể bu lông bu lông (Lực ma sát cịn dƣ bu lơng chịu tải hơn, có tính chất thụ động, khơng tham gia truyền tải trọng) Nhƣ lực xiết V đƣợc xác định theo F1 F3 Ta có V kF1 f Lấy hệ số k =1,5; f = 0,15 theo F1 = 16000N, ta tính đƣợc: V kF1 1,5.16000   160000 N 0,15 f Theo bảng 5.9 lấy [S] = 1,5 (giả thiết đƣờng kính bu lông khoảng 30 đến 60 mm), xác định ứng suất kéo cho phép  200  133MPa  k   ch  S  1,5 Ta tìm đƣợc đƣờng kính d1 bu lơng d1  4.1,3.V   k   4.1,3.160000  44, 6mm  133 Cần bu lơng M48x3 có đƣờng kính 44,752mm Kết luận Khơng nên dùng bu lơng lắp có khe hở kích thƣớc bu lơng q lớn (bu lơng M48) so với kích thƣớc giá, ngồi khó đảm bảo đƣợc lực xiết V =160000N Ta dùng bu lông lắp không khe hở lỗ bu lông 148 5.5.3.3 Xác định ứng suất cho phép Ứng suất cho phép [σk] bu lơng, vít, vít cấy lấy nhƣ nhau: - Các bu lông xiết chặt chịu lực dọc trục, lấy [σk] =0,6.σch, σch giới hạn chảy 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, lấy [σk] =σch/(1,5÷2,5); Khơng kiểm tra lực xiết, lấy [σk] =σch/(3÷4) CÂU HỎI ƠN TẬP CHƢƠNG Câu 1: Trình bày cấu tạo mối ghép đinh tán Câu 2: Trình bày cách phân loại mối ghép đinh tán Câu 3: Trình bày kích thƣớc chủ yếu mối ghép đinh tán Câu 4: Trình bày dạng hỏng tiêu tính tốn mối ghép đinh tán Câu 5: Trình bày phƣơng pháp tính tốn mối ghép đinh tán chịu lực ngang Câu 6: Trình bày phƣơng pháp tính tốn mối ghép đinh tán chịu mơ men uốn Câu 7: Trình bày phƣơng pháp tính tốn mối ghép đinh tán kín Câu 8: Trình bày cấu tạo mối ghép hàn Câu 9: Trình bày cách phân loại mối ghép Câu 10: Trình bày kích thƣớc chủ yếu mối ghép hàn Câu 11: Trình bày phƣơng pháp tính tốn mối ghép hàn giáp mối Câu 12: Trình bày phƣơng pháp tính tốn mối ghép hàn chồng Câu 13: Trình bày phƣơng pháp tính tốn mối ghép hàn góc Câu 14: Trình bày phƣơng pháp tính tốn mối ghép hàn tiếp xúc Câu 15: Trình bày cấu tạo mối ghép có độ dơi Câu 16: Trình bày phƣơng pháp lắp ghép tạo mối ghép độ dơi Câu 17: Trình bày kích thƣớc chủ yếu mối ghép có độ dơi Câu 18: Trình bày dạng hỏng tiêu tính tốn mối ghép có độ dơi Câu 19: Trình bày phƣơng pháp tính tốn mối ghép có độ dơi chịu mơ men xoắn Câu 10: Trình bày cấu tạo mối ghép then 149 Câu 21: Trình bày kích thƣớc chủ yếu mối ghép then Câu 22: Trình bày dạng hỏng tiêu tính tốn mối ghép then Câu 23: Trình bày phƣơng pháp tính tốn mối ghép then chịu mơ men xoắn Câu 24: Trình bày cấu tạo mối ghép then hoa Câu 25: Trình bày kích thƣớc chủ yếu mối ghép then hoa Câu 26: Trình bày dạng hỏng tiêu tính tốn mối ghép then hoa Câu 27: Trình bày phƣơng pháp tính tốn mối ghép then hoa chịu mô men xoắn Câu 28: Trình bày cấu tạo mối ghép ren Câu 29: Trình bày chi tiết máy mối ghép ren Câu 30: Trình bày kích thƣớc chủ yếu mối ghép ren Câu 31: Trình bày cách ghi ký hiệu lắp ghép cho mối ghép ren Câu 32: Trình bày tƣợng tự nới lỏng biện pháp phòng lỏng Câu 33: Trình bày dạng hỏng tiêu tính tốn mối ghép ren Câu 34: Trình bày phƣơng pháp tính bu lơng ghép lỏng chịu lực dọc trục bu lơng Câu 35: Trình bày phƣơng pháp tính bu lơng xiết chặt khơng chịu tải trọng Câu 36: Trình bày phƣơng pháp tính bu lơng xiết chặt chịu lực ngang Câu 37: Trình bày phƣơng pháp tính bu lông xiết chặt chịu lực dọc trục bu lông Câu 38: Trình bày phƣơng pháp tính bu lơng xiết chặt chịu đồng thời lực ngang lực dọc trục bu lơng Câu 39: Trình bày phƣơng pháp tính mối ghép nhóm bu lơng chịu tải trọng tác dụng mặt phẳng vng góc với trục bu lơng Câu 40: Trình bày phƣơng pháp tính mối ghép nhóm bu lông chịu tải trọng tác dụng mặt phẳng song song với trục bu lông 150 CHƢƠNG PHÂN TÍCH CHỌN MỐI GHÉP Trên sở nghiên cứu mối ghép kết cấu, phƣơng pháp gia công lắp ráp, nguyên tắc liên kết, dạng hỏng tính tốn thiết kế, chƣơng so sánh mối ghép với nhau, xác định ƣu nhƣợc điểm, phạm vi sử dụng mối ghép Đây tƣ liệu cần thiết để phân tích lựa chọn loại mối ghép, muốn ghép chi tiết máy lại với 6.1 Mối ghép ren 6.1.1 Ƣu điểm - Dễ tháo lắp, không làm hỏng chi tiết máy ghép ghép - Chi tiết máy có ren đƣợc tiêu chuẩn hóa cao, thuận tiện cho việc thay thế, sửa chữa nhanh chóng, tốn cơng sức - Có thể lắp ghép đƣợc ghép có vật liệu 6.1.2 Nhƣợc điểm - Mối ghép nặng nề, trƣờng 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 tƣơng đối phức tạp, tốn công sức 6.1.3 Phạm vi sử dụng - So với hàn đinh tán, mối ghép ren đƣợc dùng nhiều Đƣợc 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 đƣợc nhiệt độ cao, vật liệu bền - Dùng lắp ghép ghép có chiều dày lớn 6.2 Mối ghép đinh tán 6.2.1 Ƣu điểm - Mối ghép đinh tán chắn, chịu đƣợc tải trọng va đập, tải rung động - Dễ quan sát kiểm tra chất lƣợng mối ghép - Ít làm hỏng chi tiết máy đƣợc ghép cần tháo rời mối ghép - Có thể lắp ghép ghép vật liệu phi kim loại 6.2.2 Nhƣợc điểm - Tốn vật liệu, gia cơng lỗ sau lại điền đầy vật liệu đinh tán 151 - Chế tạo mối ghép phức tạp, giá thành chế tạo mối ghép cao - Kích thƣớc mối ghép tƣơng đối cồng kềnh, khối lƣợng lớn 6.2.3 Phạm vi sử dụng - Do sử phát triển ngành hàn, chất lƣợng mối hàn ngày cao, nên phạm vi sử dụng đinh tán dần bị thu hẹp - Thƣờng dùng mối ghép đặc biệt quan trọng, mối ghép chị tải trọng rung động va đập - Dùng mối ghép không đƣợc phép đốt nóng ghép - Dùng mối ghép cố định, ghép vật liệu chƣa hàn đƣợc 6.3 Mối ghép hàn 6.3.1 Ƣu điểm - Mối hàn có khối lƣợng, kích thƣớc nhỏ, hình dáng đẹp - Tiết kiệm đƣợc kim loại So với mối ghép đinh tán tiết kiệm đƣợc 15 ÷ 20% - Tiết kiệm đƣợc công sức, giảm đƣợc giá thành gia công Cơng nghệ hàn dễ tự động hóa, có suất 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 mịn 6.3.2 Nhƣợc điểm - Cần phải có thiết bị hàn thiết bị kiểm tra, tƣơng đối đắt tiền - Chất lƣợng mối hàn phụ thuộc nhiều vào trình độ tay nghề cơng nhân hàn Nên khó kiểm sốt chất lƣợng mối hàn - Khó kiểm tra đánh giá xác chất lƣợng mối hàn, khó phát khuyết tật bên - Không hàn đƣợc vật liệu phi kim loại - Các ghép bị nung nóng, biến dạng nhiệt, dễ bị cong vênh, làm thay đổi cấu trúc kim loại thép 6.3.3 Phạm vi sử dụng - Mối hàn ngày đƣợc dùng rộng rãi ngành chế tạo máy, đóng tàu, sản xuất nồi hơi, bình chứa - Sử dụng cơng trình xây dựng, kể xây dựng cầu - Dùng để khôi phục chi tiết máy bị hỏng Những chi tiết bị mòn, hàn đắp, sau gia cơng 152 6.4 Mối ghép độ dôi 6.4.1 Ƣu điểm - Chịu đƣợc 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 6.4.2 Nhƣợc 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 6.4.3 Phạm vi sử dụng - Dùng mối ghép ổ lăn trục, đĩa tuabin trục - Dùng ghép phần trục khuỷu, 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 6.5 Mối ghép then, then hoa trục định hình 6.5.1 Ƣu 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 thƣờng - Mối ghép trục định hình chịu đƣợc tải trọng va đập, rung động 6.5.2 Nhƣợc điểm - Mối ghép then gây tập trung ứng suất trục, gia công dao phay ngón Khả tải mối ghép then không cao - Mối ghép then bằng, đặc biệt then bán nguyệt làm yếu trục nhiều - Mối ghép then vát then ma sát thƣờng 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 đƣợc độ xác cao Do độ đồng tâm trục bạc không cao 6.5.3 Phạm vi sử dụng - Mối ghép then, đặc biệt then đƣợc dùng để lắp ghép chi tiết máy trục, nhƣ bánh răng, bánh vít, bánh đai, đĩa xích 153 - Khi vừa truyền mô men xoắn vừa di trƣợt 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 thƣờng dùng để lắp tay quay, lắp chi tiết máy lên trục quay chậm CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG Câu 1: Mối ghép đƣợc sử dụng nhiều ngành chế tạo máy? Giải thích sao? Câu 2: Mối ghép đƣợc sử dụng nhiều ngành đóng tầu? Giải thích sao? Câu 3: Mối ghép đƣợc sử dụng hạn chế ngành chế tạo máy? Giải thích sao? Câu 4: Mối ghép thƣờng đƣợc sử dụng để truyền mô men xoắn ngành chế tạo máy? Giải thích sao? Câu 5: Mối ghép có tính kinh tế cao nhất? Giải thích sao? Câu 6: Những mối ghép tháo, lắp không làm hỏng chi tiết ghép? Câu 7: Những mối ghép tháo, lắp làm hỏng chi tiết ghép? 154 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyên lý máy Đinh Gia Tƣờng, Nguyễn Xuân Lạc, Trần Doãn Tiến, NXB Đại học THCN, Hà Nội 1969 [2] Nguyên lý máy, tập Đinh Gia Tƣờng, Tạ Khánh Lâm, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 1995 [3] Nguyên lý máy, tập Đinh Gia Tƣờng, Phan Văn Đồng, Tạ Khánh Lâm, NXB Giáo dục, Hà Nội 1998 [4] Bài tập Nguyên lý máy Phan Văn Đồng, Tạ Ngọc Hải, NXB Khoa học kỹ thuật 2002 [5] Nguyên lý máy Phan Văn Đồng, Tạ Ngọc Hải, Tập tập 2, Đại học Bách khoa Hà Nội xuất 1982 [6] Nguyên lý máy Bùi Thanh Liêm, NXB Giao thông Vận tải, Hà Nội 1981 [7] Cơ sở kỹ thuật khí Đỗ Xn Định, Bùi Lê Gơn, Phạm Đình Sùng, NXB Xây dựng, Hà Nội 2001 [8] Chi tiết cấu xác Nguyễn Trọng Hùng, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2002 [9] Chi tiết máy, tập Nguyễn Trọng Hiệp, NXB Giáo dục 155 ... 15 3 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 15 4 TÀI LIỆU THAM KHẢO 15 5 PHẦN THỨ NHẤT NGUYÊN LÝ MÁY CHƢƠNG CẤU TRÚC CƠ CẤU 1. 1 Khái niệm định nghĩa 1. 1 .1 Khâu chi tiết máy a Ví dụ máy cấu... 15 1 6 .1. 2 Nhƣợc điểm 15 1 6 .1. 3 Phạm vi sử dụng 15 1 6.2 Mối ghép đinh tán 15 1 6.2 .1 Ƣu điểm 15 1 6.2.2 Nhƣợc điểm 15 1 6.2.3 Phạm... CHƢƠNG1 CẤU TRÚC CƠ CẤU 1. 1 Khái niệm định nghĩa 1. 1 .1 Khâu chi tiết máy 1. 1.2 Nối động, thành phần khớp động khớp động 1. 1.3 Các loại khớp động