Trong khớp quay chặn cũn mới, khi chế tạo chớnh xỏc, cú thể giả thiết ỏp suất phõn bố đều trờn toàn bộ diện tớch tiếp xỳc giữa trục và lút trục. Giỏ trịỏp suất p0 (hỡnh 4.20a).
Xột phõn tố diện tớch tiếp xỳc dS hỡnh vành khăn cú bỏn kớnh trong r, bỏn kớnh ngoài r + dr. Ta cú: dS = 2πrdr Trờn phõn tố dS, phản lực d N và lực ma sỏt d F từlút trục lờn trục lần lƣợt bằng: 0 0 0 2 2 dN p dS p rdr dF fdN fp rdr Mụ men của lực d F đối với trục quay: 2 0 2 MS dM rdF fp r dr
83 2 2 0 1 3 3 0 2 1 2 2 3 r MS MS r MS M dM fp r dr M fp r r (4.13a) Xột cõn bằng của trục, ta cú: 0 2 2 2 1 Q p r r (4.13b)
Thay (4.13b) và (4.13a) suy ra:
3 3 2 1 2 2 2 1 2 3 MS r r M fQ r r 4.4.2. Khớp quay chặn đó chạy mũn + Thụng thƣờng trục đƣợc làm bằng thộp tụi cứng, lút trục làm bằng vật liệu mềm hơn nờn cú thể xem nhƣ chỉ cú lút trục mũn cũn trục khụng bị mũn, sau khi mũn mặt tiếp xỳc giữa trục và lút trục vẫn phẳng (hỡnh 4.20b). Nhƣ vậy, độ mũn u tại mọi điểm tiếp xỳc I (xỏc định bằng bỏn kớnh r) là nhƣ nhau.
+ Thớ nghiệm cho thấy độmũn u tại điểm tiếp xỳc I tỷ lệ với ỏp suất p và vận tốc trƣợt tƣơng đối v = rω tại điểm đú.
Do vậy: uCpv với C là hằng số tỷ lệ. Suy ra: uCpr hay pr u A
C
= hằng số. Nghĩa là ỏp suất trờn bề mặt tiếp xỳc giữa trục và lút trục phõn bố theo quy luật hỡnh hypecbụn.
Hỡnh 4.20b. Khớp quay chặn đó mũn
+ Xột phõn tố diện tớch tiếp xỳc dS hỡnh vành khăn bỏn kớnh trong r, bỏn kớnh ngoài r +dr. Ta cú dS 2rdr
Trờn phõn tốdS, ỏp lực d N
và lực ma sỏt d F
84 2 2 2 dN pdS prdr Adr dF fdN Afrdr
Do đú mụ men ma sỏt trong khớp quay chặn
2 1 2 A r MS MS r M dM frdr 2 2 2 1 A MS M f r r (4.14a) Xột cõn bằng của trục: 2 1 2 r r QdN Adr 2 1 2 Q A r r (4.14b) Thay (4.14b) vào (4.14a) suy ra:
2 1 2 MS r r M fQ
CÂU HỎI ễN TẬP CHƢƠNG 4 Cõu 1: Trỡnh bày khỏi niệm và cỏc cỏch phõn loại ma sỏt. Cõu 2: Trỡnh bày thớ nghiệm ma sỏt trƣợt; định luật Coulomb.
Cõu 3: Trỡnh bày nún ma sỏt; hiện tƣợng tựhóm.
Cõu 4: Trỡnh bày hiện tƣợng; nguyờnnhõn; điều kiện ma sỏt lăn.
Cõu 5: Trỡnh bày vũng trũn ma sỏt lăn; hiện tƣợng tựhóm.
Cõu 6: Trỡnh bày ma sỏt trƣợt trong rónh tam giỏc.
Cõu 7: Trỡnh bày ma sỏt trƣợt trờn mặt phẳng nghiờng.
Cõu 8: Trỡnh bày ma sỏt trƣợt trờn rónh nghiờng hỡnh tam giỏc.
Cõu 9: Trỡnh bày ma sỏt trƣợt trong khớp quay.
Cõu 10: Trỡnh bày vũng trũn ma sỏt lăn; hiện tƣợng tựhóm trong khớp quay.
85
PHẦN THỨ HAI
CHI TIẾT MÁY
CHƢƠNG 5
CÁC CHI TIẾT MÁY GHẫP
Để tạo thành một cỗ mỏy, cỏc chi tiết và bộ phận mỏy đƣợc liờn kết với nhau bằng cỏch này hoặc cỏch khỏc. Cú hai loại liờn kết: liờn kết động nhƣ cỏc bản lề, ổ trục, cỏc cặp bỏnh răng ăn khớp...và liờn kết cốđịnh nhƣ mối ghộp ren, mối ghộp then, mối ghộp bằng hàn...
Cỏc liờn kết động đƣợc xỏc định theo sơ đồ động học. Cỏc liờn kết cốđịnh đƣợc sử dụng do sự cần thiết đơn giản húa việc chế tạo, giảm nhẹ lắp rỏp, sửa chữa, vận chuyển... Trong chế tạo mỏy, cỏc liờn kết cố định đƣợc gọi là cỏc mối ghộp. Cỏc mối ghộp đƣợc chia ra hai loại lớn: mối ghộp thỏo đƣợc và mối ghộp khụng thỏo đƣợc.
Đối với cỏc mối ghộp thỏo đƣợc, ta cú thểtỏch ra cỏc bộ phận mỏy rời nhau mà cỏc chi tiết ghộp khụng bị hỏng. Cỏc mối ghộp ren, then, then hoa, trục định hỡnh thuộc loại này.
Đối với cỏc mối ghộp khụng thỏo đƣợc, ta khụng thểthỏo rời cỏc bộ phận mỏy và làm hƣ hỏng một phần hoặc hoàn toàn cỏc chi tiết mỏy ghộp. Mối ghộp bằng đinh tỏn, ghộp bằng độdụi thuộc loại này.
Thiết kếcỏc mối ghộp là cụng việc quan trong vỡ phần lớn cỏc góy hỏng của mỏy thƣờng xảy ra tại chỗcỏc mối ghộp.
Chỉ tiờu cơ bản về khả năng làm việc và tớnh toỏn mối ghộp là độ bền –độ bền tĩnh và độ bền mỏi. Cần cố gắng bố trớ kết cấu sao cho đạt đƣợc độ bền đều giữa cỏc phần tửđƣợc ghộp, đểcú thể sử dụng hết khảnăng chịu tải của vật liệu.
Mối ghộp trong cỏc bỡnh chứa hay ống dẫn chất lỏng hoặc hơi cũn cần bảo đảm độ kớn.
Đối với một số mối ghộp trong cỏc mỏy, nhất là trong cỏc mỏy cụng cụ, độ cứng vững cú ý nghĩa rất quan trọng. Năng suất của mỏy cụng cụ và độ chớnh xỏc chế tạo phụ thuộc nhiều vào độ cứng của hệ thống mỏy, vật đƣợc gia cụng, dụng cụ cắt.
5.1. Ghộp bằng đinh tỏn5.1.1. Khỏi niệm chung 5.1.1. Khỏi niệm chung
5.1.1.1. Giới thiệu mối ghộp đinh tỏn
- Mối ghộp đinh tỏn đƣợc biểu diễn trờn hỡnh 5.1. Cỏc tấm ghộp 1 và 2 đƣợc liờn kết trực tiếp với nhau bằng cỏc đinh tỏn số 3, hoặc liờn kết thụng qua tấm đệm số4 và cỏc đinh tỏn số 3.
86
a b
Hỡnh 5.1. Kết cấu của mối ghộp đinh tỏn
- Nguyờn tắc liờn kết của mối ghộp đinh tỏn: Thõn đinh tỏn tiếp xỳc với cỏc lỗ của cỏc tấm ghộp, lỗ của cỏc tấm đệm, đinh tỏn cú tỏc dụng nhƣ một cỏi chốt cản trở sựtrƣợt tƣơng đối của cỏc tấm ghộp với nhau, giữa cỏc tấm ghộp với cỏc tấm đệm.
- Để tạo mối ghộp đinh tỏn, ngƣời ta gia cụng lỗtrờn cỏc tấm ghộp, lồng đinh tỏn vào lỗ của cỏc tấm ghộp, sau đú tỏn đầu đinh.
- Tấm ghộp khụng đƣợc dầy quỏ 25mm. Lỗ trờn tấm ghộp cú thể đƣợc gia cụng bằng khoan hay đột, dập. Lỗ trờn tấm ghộp cú đƣờng kớnh bằng hoặc lớn hơn đƣờng kớnh thõn đinh tỏn d.
Hinh 5.2. Tạo mối ghộp đinh tỏn
- Tỏn nguội, quỏ trỡnh tỏn đinh cú thể tiến hành ở nhiệt độ mụi trƣờng. Tỏn nguội dễdàng thực hiện, giỏ rẻ; nhƣng cần lực lớn, dễlàm nứt đầu đinh. Tỏn nguội chỉ dựng với đinh tỏn kim loại màu và đinh tỏn thộp cú đƣờng kớnh d nhỏ hơn 10mm.
- Tỏn núng, đốt núng đầu đinh lờn nhiệt độ khoảng( 1000- 1100)0C rồi tiến hành tỏn. Tỏn núng khụng làm nứt đầu đinh; nhƣng cần thiết bị đốt núng, cỏc tấm ghộp biến dạng nhiệt, dễ bị cong vờnh.
- Đinh tỏn thƣờng làm bằng cỏc kim loại dễ biến dạng, thộp ớt Cacbon nhƣ CT34, CT38, C10, C15 hoặc làm bằng hợp kim màu. Thõn đinh thƣờng hỡnh trụ cú đƣờng kớnh là d, giỏ trị của d nờn lấy theo dóy số tiờu chuẩn. Cỏc kớch thƣớc khỏc của đinh tỏn đƣợc lấy theo d, xuất phỏt từđiều kiện sức bền đều.
87 R= (0,8- 1).d
L= (S1 +S2) + (1,5ữ 1,7).d
- Ngoài mũ đinh dạng chỏm cầu, đinh tỏn cũn cú nhiều dạng mũ khỏc nhau, nhƣ trờn hỡnh 5.3.
Hỡnh 5.3. cỏc dạng mũ của đinh tỏn
5.1.1.2 Phõn loại mối ghộp đinh tỏn
Tựy theo cụng dụng và kết cấu của mối ghộp, mối ghộp đinh tỏn đƣợc chia ra: + Mối ghộp chắc: Mối ghộp chỉdựng để chịu lực khụng cần đảm bảo kớn khớt. + Mối ghộp chắc kớn: Vừa dựng để chịu lực vừa đảm bảo kớn khớt.
+ Mối ghộp chồng: Hai tấm ghộp cú phần chồng lờn nhau.
+ Mối ghộp giỏp mối: Hai tấm ghộp đối đầu, đầu của hai tấm ghộp giỏp nhau. + Mối ghộp một hàng đinh: Trờn mỗi tấm ghộp chỉcú một hàng đinh.
+ Mối ghộp nhiều hàng đinh: Trờn mỗi tấm ghộp cú nhiều hơn một hàng đinh.
5.1.1.3. Kớch thước chủ yếu của mối ghộp đinh tỏn
Xuất phỏt từ yờu cầu độ bền đều của cỏc dạng hỏng (khả năng chịu dạng hỏng là nhƣ nhau, hoặc xỏc suất chịu cỏc dạng hỏng là nhƣ nhau).
Kớch thƣớc của mối ghộp đinh tỏn chắc đƣợc xỏc đinh nhƣ sau: + Đối với mối ghộp chồng một hàng đinh:
d = 2.Smin; pđ = 3.d ; e = 1,5.d + Đối với mối ghộp chồng n hàng đinh: d = 2.Smin; pđ = (1,6.n+ 1).d; e= 2.d
+ Đối với mối ghộp giỏp mối hai tấm đệm một hàng đinh: d= 1,5.S; pđ= 3,5.d; e= 2.d
+ Đối với tấm ghộp giỏp mối hai tấm đệm n hàng đinh: d= 1,5.S; pđ= (2,4.n+ 1).d; e= 2.d
Kớch thƣớc của mối ghộp đinh tỏn ghộp chắc kớn đƣợc xỏc định nhƣ sau: + Đối với mối ghộp chồng 1 hàng đinh:
88 + Đối với mối ghộp chồng hai hàng đinh: d= Smin+ 8 mm; pđ= 2,6.d+ 15 mm; e= 1,5.d + Đối với mối ghộp chồng 3 hàng đinh: d= Smin+ 6 mm; pđ= 3.d+ 22mm; e= 1,5.d
+ Đối với mối ghộp giỏp mối hai tấm đệm 2 hàng đinh: d= S+ 6 mm; pđ= 3,5.d+ 15 mm; e= 2.d
+ Đối với tấm ghộp giỏp mối hai tấm đệm 3 hàng đinh: d= S+ 5 mm; pđ= 6.d+ 20 mm; e= 2.d
Cỏc kớch thƣớc pđ, pđ1, e, e1 biều thị trờn hỡnh 5- 4 kớch thƣớc pd1 và e1 lấy theo bƣớc đinh pd:
pt1= (0,8+ 1).pd e1= 0,5.pd
Hỡnh 5.4. Kớch thước chủ yếu của mối ghộp đinhtỏn
5.1.2 . Tớnh mối ghộp chắc
5.1.2.1. Cỏc dạng hỏng của mối ghộp và chỉtiờu tớnh toỏn
Khi mối ghộp chịu tải trọng (hỡnh 5.4), trờn mối ghộp cú thể xuất hiện cỏc dạng hỏng sau đõy:
- Thõn đinh bị cắt đứt.
- Tấm ghộp bị kộo đứt tại tiết diện qua cỏc đinh.
- Bề mặt tiếp xỳc giữa lỗtrờn tấm ghộp và thõn đinh bị dập. - Biờn của tấm ghộp bị cắt đứt theo cỏc tiết diện cú kớch thƣớc e. - Cỏc tấm ghộp bịtrƣợt tƣơng đối với nhau, khụng đảm bảo kớn khớt.
89
Chỉ tiờu tớnh toỏn của mối ghộp chắc: kết cấu của mối ghộp đó đƣợc xõy dựng trờn cơ sở của sức bền đều, do đú ngƣời ta chỉ kiểm tra điều kiện bền τđ≤ [τđ] , đểtrỏnh dạng hỏng cắt thõn đinh là đủ.
Điều kiện bền τđ≤ [τđ ] đƣợc dựng để làm chỉ tiờu tớnh toỏn kiểm tra bền và thiết kế mối ghộp đinh tỏn ghộp chắc. Trong đú:
τđlà ứng suất cắt sinh ra trờn tiết diện thõn đinh. [τđ] là ứng suất cho phộp của đinh
Chỉ tiờu tớnh toỏn của mối ghộp chắc kớn: tƣơng tự nhƣ trờn, ngƣời ta dựng bất đẳng thức δ≤ [δ] làm chỉtiờu tớnh toỏn mối ghộp chắc kớn, trong đú:
δ: là hệ số cản trƣợt của tấm ghộp.
[δ]: là hệ số cản trƣợt cho phộp của mối ghộp.
5.1.2.2. Tớnh toỏn mối ghộp chịu lực ngang
Kiểm tra mối ghộp chắc chịu lực ngang, đƣợc thực hiện theo trỡnh tự sau:
- Tớnh toỏn lực tỏc dụng trờn một đinh tỏn: Khi mối ghộp chịu lực ngang F, thực tế lực F phõn bố khụng đều trờn cỏc đinh, do đú cú sự sai lệch trong quỏ trỡnh chế tạo mối ghộp và do biến dạng khụng đều của tấm ghộp. Lực tỏc dụng lờn một đỡnh Fd đƣợc tớnh gần đỳng bằng:
Fđ= K.F/z
z: sốđinh tỏn lắp ghộp, tớnh trờn 1 tấm ghộp.
K: hệ số kểđến sựphõn bố tải trọng khụng đều cho cỏc đinh, K= 1ữ 1,2; trƣờng hợp lắp một hàng đinh, lấy K= 1
- Tớnh ứng suất cắt trờn thõn đinh: τđ= 4.Fđ/ (i.π.d2
) Trong đú :
i: là số tiết diện chịu cắt của mỗi đinh. Vớ dụ, ghộp giỏp mối của một tấm đệm i= 1, hai tấm đệm i= 2.
- Xỏc định ứng xuất cho phộp: giỏ trị của [τd] đƣợc tra bảng hoặc tớnh theo cụng thức thực nghiệm, tựy thuộc vào cỏch tạo mối ghộp và vật liệu đinh tỏn.
- So sỏnh τd và [τd], rỳt ra kết luận: Nếu τd≤ [τd], mối ghộp đủ bền
Nếu τd˃[τd], mối ghộp khụng đủ bền
Nếu τđ nhỏhơn nhiều so với [τd], mối ghộp quỏ dƣ bền, khụng kinh tế. Thiết kế mối ghộp chỏc chịu lực ngang, đƣợc thực hiện theo trỡnh tự sau:
- Chọn vật liệu chế tạo đinh tỏn, phƣơng phỏp gia cụng lỗtrờn tấm ghộp, tra bảng để cú giỏ trị[τd].
90
- Xỏc định kớch thƣớc của đinh tỏn: Căn cứ vào chiều dày của tấm ghộp tớnh đƣờng kớnh thõn đinh d theo cụng thức đó nờu ở trờn, nờn lấy d theo dóy sốtiờu chuẩn. Xỏc định chiều dài của thõn đinh l theo đƣờng kớnh d.
- Tớnh sốđinh tỏn z: Giả sử chỉ tiờu tớnh τd≤ [τd] thỏa món, ta cú: 4.K.F/ (z.i.π.d2)≤ [τd]
Suy ra:
z ≥ 4.K.F/ (i.π.d2. [τd])
- Vẽ kết cấu của mối ghộp: bốtrớ cỏc đinh theo hàng, đảm bảo kớch thƣớc nhƣ đó nờu ở trờn.
5.1.2.3. Tớnh mối ghộp chắc chịu mụ men uốn.
Kiểm tra mối ghộp chắc chịu mụ men uốn (hỡnh 5.5), đƣợc thực hiện theo trỡnh tự sau: - Xỏc định lực tỏc dụng lờn đinh tỏn chịu tải trọng lớn nhất: Dƣới tỏc dụng của mụ men uốn M, mối ghộp cú xu hƣớng quay quanh trọng tõm O của mối ghộp. Đinh tỏn càng xa tõm chuyển vị khảdĩ của nú càng lớn, do đú nú chịu lực tỏc dụng lớn. Lực tỏc dụng lờn đinh thứ i ký hiệu là Fi, Fi tỷ lệ với khoảng cỏch ri từtõm đinh đến trọng tõm O. Với nhận xột nhƣ thế, ta viết đƣợc phƣơng trỡnh:
Fđi/ ri= hằng số
Mặt khỏc, ta cú phƣơng trỡnh cõn bằng mụ men đối với tõm mối ghộp:
1 . z di i i F r M
Suy ra, lực tỏc dụng lờn đinh tỏn chịu tải lớn nhất là: Fdmax= M. rmax/ 𝑟𝑖2
- Tớnh ứng suất cắt trờn đinh tỏn chịu tải lớn nhất: τd = 4.Fđmax/ (i.π.d2
)
Trong đú i là số tiết diện chịu cắt của mỗi đinh
- Xỏc định ứng suất cho phộp: giỏ trị của [τd] đƣợc tra bảng, phụ thuộc vào cỏch tạo mối ghộp và vật liệu đinh tỏn.
91 - So sỏnh τdvà [τd], rỳt ra kết luận:
+ Nếu τd > [τd], mối ghộp khụng đủ + Nếu τd ≤ [τd], mối ghộp đủ bền;
+ Nếu τđ nhỏhơn nhiều so với [τd], mối ghộp qỳadƣ bền, khụng kinh tế. Thiết kế mối ghộp chắc chịu mụ men, đƣợc thực hiờn theo trỡnh tự sau:
- Dựa vào kớch thƣớc của tấm ghộp ta chọn kớch thƣớc đƣờng kớnh d của đinh tỏn, xỏc định chiều dài của đinh. Để tiện cho việc gia cụng, lắp ghộp, kớch thƣớc của cỏc đinh tỏn trong mối ghộp đƣợc chọn nhƣ nhau.
- Sơ bộ chọn số đinh z, vẽ kết cấu của mối ghộp, bố trớ đinh theo quan hệ kớch thƣớc đó nờu ởtrờn.
- Đặt tải trọng lờn mối ghộp và kiểm tra độ bền của đinh chịu tải lớn nhất.
+ Nếu quỏ dƣ bền, khụng đảm bảo kinh tế, ta giảm sốlƣợng đinh z, vẽ lại kết cấu mối ghộp và kiểm tra độ bền của mối ghộp.
+ Nếu thiếu bền, thỡ tăng sốlƣợng đinh z, vẽ lại kết cấu và kiểm tra lại. + Nếu vừa đủ bền và đảm bảo kinh tế, chứng tỏ sốđinh z chọn đó hợp lý. - Vẽchớnh xỏc kết cấu của mối ghộp
5.1.3. Tớnh mối ghộp chắc kớn
Mối ghộp chắc kớn vừa chịu lực, vừa đảm bảo kớn khớt. Vớ dụ, mối ghộp trong cỏc nồi hơi. Việc tớnh toỏn chớnh xỏc bằng lý thuyết rất khú khăn, ngƣời ta dựng cụng thức thực nghiệm:
δ≤[δ ]
Kiểm tra bền cảu mối ghộp chắc kớn chịu lực tỏc dụng của lực F, đƣợc thực hiện theo trỡnh tự sau:
- Tra bảng cú giỏ trị của hệ thống cản trƣợt cho phộp [δ]. - Tớnh lực tỏc dụng lờn mỗi đinh tỏn trong mối ghộp: