5.4.1.1. Giới thiệu mối ghộp then
Mối ghộp then dựng để cốđịnh cỏc chi tiết mỏy trờn trục theo phƣơng tiếp tuyến, truyền tải trọng từ trục đến chi tiết mỏy lắp trờn trục và ngƣợc lại.
Vớ dụ: dựng để ghộp bỏnh răng, bỏnh vớt, bỏnh đai, bỏnh đà, đĩa xớch trờn trục. Cỏc mối ghộp then thƣờng dựng trong thực tế:
+ Mối ghộp then bằng, biểu diễn trờn hỡnh 5.24, dựng để cố định bạc theo phƣơng tiếp tuyến.
Hỡnh 5.24. Mối ghộp then bằng
+ Mối ghộp then dẫn hƣớng, nhƣ trờn hỡnh 5.25. Then vừa truyền mụ men xoắn, vừa dẫn hƣớng cho bạc di chuyển dọc trục.
115
+ Mối ghộp then bỏn nguyệt, trờn hỡnh 5.26. Khi trục bị uốn cong, bạc và then khụng bị xoay theo.
Hỡnh 5.26. Mối ghộp then bỏn nguyệt
+ Mối ghộp then vỏt, biểu diễn trờn hỡnh 5.27. Then cú một mặt cụn, chờm vào rónh then trờn trục và trờn bạc. Mối ghộp cố định bạc trờn trục theo phƣơng tiếp tuyến và phƣơng dọc trục.
Hỡnh 5.27. Mối ghộp then vỏt
+ Mối ghộp then ma sỏt, biểu diễn trờn hỡnh 5.28. Then ma sỏt cú hỡnh dạng gần giống nhƣ then vỏt, một mặt cụn, một mặt trụụm lấy trục, trờn trục khụng cú rónh then.
116 + Mối ghộp then tiếp tuyến.
Cỏc mối ghộp then đƣợc chia ra làm hai nhúm. Cỏc nhúm cú cỏch lắp ghộp và nguyờn lý liờn kết khỏc nhau:
- Then ghộp lỏng, bao gồm: then bằng, then dẫn hƣớng và then bỏn nguyệt. Then nằm trong rónh then trờn trục và trờn bạc, đúng vai trũ một cỏi chốt ngăn cản chuyển động xoay tƣơng đối giữa trục và bạc.
- Then ghộp căng, bao gồm: then vỏt, then ma sỏt, then tiếp tuyến. Then ghộp căng tạo nờn ỏp suất lớn trờn bề mặt tiếp xỳc giữa bạc và trục, tạo lực ma sỏt. Lực ma sỏt là lực liờn kết, cản trở sựtrƣợt tƣơng đối giữa bạc và trục.
Chƣơng này tập trung giới thiệu then ghộp lỏng, đặc biệt là mối ghộp then bằng vỡ nú đƣợc dựng nhiều hơn cả.
Mối ghộp then bằng bao gồm chi tiết bạc (hay mayơ) 1, chi tiết trục 2, và then 3
(hỡnh 5.29). Then là chi tiết quan trọng, dựng đểliờn kết trục và bạc.
Hỡnh 5.29. Kớch thước của mối ghộp then bằng
- Trờn bạc cú rónh then, đƣợc gia cụng bằng phƣơng phỏp xọc hoặc bào.
- Rónh then trờn trục đƣợc gia cụng bằng dao phay ngún, hoặc dao phay đĩa. Rónh then đƣợc gia cụng bằng dao phay đĩa ớt gõy tập trung ứng suất hơn so với gia cụng bằng dao phay ngún.
- Then thƣờng làm bằng kim loại, dƣới dạng thanh thẳng, tiết diện ngang là hỡnh chữ nhật bìh. Tiết diện then đƣợc tiờu chuẩn húa, then bằng bỡnh thƣờng theo TCVN 2261-77, then bằng cao theo TCVN 2218 – 86, và đƣợc chọn tựy theo đƣờng kớnh trục. Chiều dài l của then đƣợc chọn tựy thuộc vào chiều dài của chi tiết mỏy lắp trờn trục (mayơ).
- Then bằng cú hai loại (hỡnh 5.30), loại đầu trũn thƣờng lắp với rónh then gia cụng bằng dao phay ngún, loại đầu bằng lắp với rónh then đƣợc gia cụng bằng dao phay đĩa.
117
Hỡnh 5.30. Then đầu trũn và then đầu bằng
5.4.1.2. Cỏc kớch thước chủ yếu của mối ghộp then bằng
Kết cấu của mối ghộp then bằng đƣợc xỏc định qua một sốkớch thƣớc chủ yếu: - Đƣờng kớnh của trục, ký hiệu là d, mm
- Chiều rộng của bạc, ký hiệu là B, mm
- Chiều dài của then, ký hiệu là l, mm. Thƣờng lấy chiều dài l = 0,8. B - Chiều rộng của then, ký hiệu là b, mm
- Chiều cao của then, h, mm. Chiều cao then nằm trong rónh trờn trục là h1, nằm trong rónh trờn bạc là h2. Mối ghộp thƣờng sử dụng cú h1≥ h2.
- Chiều sõu rónh then trờn trục lấy bằng h1, chiều sõu rónh then trờn bạc lấy lớn hơn h2 một lƣợng từ(0,5 ữ 3)mm, tựy theo giỏ trị của h.
- Thụng thƣờng then lắp với rónh trờn trục theo kiểu lắp 9
9
N
h , trƣờng hợp sản xuất đơn chiếc cú thểdựng kiểu lắp 9
9
P h .
- Thụng thƣờng then lắp với rónh trờn bạc theo kiểu lắp 9
9 s J h , trong trƣờng hợp l >2.d nờn dựng kiểu lắp 10 9 D h .
Để đảm bảo sức bền đều cho trục và then, kớch thƣớc b và h phải chọn theo đƣờng kớnh d.
Vớ dụ: nhƣ trờn bảng 5.5 cho giỏ trị của kớch thƣớc chiều rộng b và chiều cao h của then theo đƣờng kớnh d của trục:
Bảng 5.5. Kớch thước tiết diện then.
Đƣờng kớnh trục d, mm Chiều rộng b Chiều cao h
14 ữ 18 5 5
19 ữ 24 6 6
25 ữ 30 8 7
31 ữ 36 10 8
118
5.4.1.3. Tớnh mối ghộp then bằng
- Khi mối ghộp chịu tải, then cú thể bị hỏng do dập bề mặt tiếp xỳc của then và cỏc rónh then, hoặc cắt đứt then qua tiết diện bìl.
- Điều kiện đểtrỏnh cỏc dạng hỏng của mối ghộp then là: σd ≤ [σd], và τc ≤ [τc] - σd là ứng suất dập trờn bề mặt tiếp xỳc giữa then và rónh trờn bạc đƣợc xỏc định theo cụng thức: 2 2. . . . d K T d l h (5.16) Trong đú: K là hệ số tải trọng, cú thể lấy k =1ữ1,3
T là mụ men xoắn tỏc dụng lờn mối ghộp, Nmm.
- [σd] là ứng suất dập cho phộp, giỏ trị của [σd] cú thể chọn nhƣ sau: Then trong hộp giảm tốc, làm việc với chếđộ nặng, lấy 50 ữ 70MPa.
Then trong hộp giảm tốc, làm việc với chếđộtrung bỡnh, lấy 130 ữ 180 MPa
- τclà ứng suất cắt trờn tiết diện then, ứng suất cắt đƣợc xỏc định theo cụng thức:
2. . . . c K T d l b (5.17) - [τc] là ứng suất cắt cho phộp, giỏ trị của nú đƣợc chọn nhƣ sau:
Khi mối ghộp chịu tải trọng tĩnh, lấy [τc]= 130MPa. Khi mối ghộp chịu tải trọng va đập nhẹ, lấy [τc]= 90MPa. Khi mối ghộp chịu tải trọng va đập mạnh , lấy [τc]= 50MPa.
Bài toỏn kiểm tra mối ghộp then bằng đƣợc thực hiện nhƣ sau: + Xỏc định ứng suất cho phộp [σd] và [τc].
+ Tớnh ứng suất dập σd và ứng suất cắt τctheo cụng thức (5.16) và (5.17). + So sỏnh giỏ trịσd với [σd] và τc với [τc], rỳt ra kết luận.
Bài toỏn thiết kế mối ghộp then bằng đƣợc thực hiện nhƣ sau: + Xỏc định ứng suất cho phộp [σd] và [τc].
+ Chọn kớch thƣớc b và h của then theo đƣờng kớnh trục d.
+ Giả sử chỉ tiờu τc ≤ [τ] thỏa món, kết hợp với cụng thức 5.17 ta tớnh đƣợc:
. . ct c KF l d b (5.18)
Nếu lct≤ 0,8B ta lấy chiều dài then l = 0,8B.
Nếu 0,8B < lct ≤ 1,4B ta làm hai then, chiều dài mỗi then là l1 =0,8B.
Nếu lct > 1,4B khụng nờn dựng mối ghộp then, nờn dựng mối ghộp then hoa.
+ Tớnh ứng suất dập theo cụng thức 5.16, so sỏnh với ứng suất dập cho phộp, xem mối ghộp cú đủ sức bền dập hay khụng. Nếu khụng đủ, phải điều chỉnh lại kớch thƣớc của then.
119
5.4.2. Mối ghộp then hoa
5.4.2.1. Giới thiệu mối ghộp then hoa
- Cú thể coi mối ghộp then hoa nhƣ một mối ghộp then bằng gồm cú nhiều then làm liền với trục. Mối ghộp then hoa thƣờng dựng khi tải trọng lớn, yờu cầu độ đồng tõm giữa trục và bạc cao, hoặc cần di trƣợt bạc dọc trục (hỡnh 5.30).
Hỡnh 5.31. Mối ghộp then hoa
- Trục cú z then phõn bốđều trờn chu vi, cú hỡnh dạng giống nhƣ bụng hoa, nờn đƣợc gọi là trục then hoa. Tiết diện ngang của then trờn trục cú thể là hỡnh chữ nhật, hỡnh thang, hoặc hỡnh răng thõn khai (hỡnh 5.31).
Hỡnh 5.32.Cỏc dạng tiết diện của then
- Bạc then hoa cú z rónh then, tƣơng ứng với trục then hoa, hỡnh dạng mặt cắt ngang của rónh giống nhƣ hỡnh dạng tiết diện then (hỡnh 5.32).
Hỡnh 5.33. Bạc then hoa
- Tạo mối ghộp bằng cỏch lồng bạc then hoa vào trục then hoa. Để đảm bảo độ đồng tõm giữa trục và bạc then hoa, cú thể thực hiện theo ba cỏch sau:
120
+ Định tõm theo đƣờng kớnh ngoài D. Mặt trụ đƣờng kớnh D đƣợc gia cụng chớnh xỏc cao, giữa hai mặt khụng cú khe hở (hỡnh 5.33). Do kớch thƣớc D lớn hơn d nờn dễ đạt độ chớnh xỏc đồng tõm cao. Nhƣng rónh then trờn may ơ khụng mài đƣợc. Do đú kiểu định tõm này khụng dựng đƣợc khi may ơ cần cú độ rắn bề mặt cao. Tải trọng phõn bố trờn cỏc then khụng đều nhau.
Hỡnh 5.34. Định tõm theo đường kớnh ngoài D
+ Định tõm theo đƣờng kớnh trong d. Mặt trụ cú đƣờng kớnh d đƣợc gia cụng chớnh xỏc, giữa hai mặt khụng cú khe hở (hỡnh 5.34). Kiểu này đạt đƣợc độ chớnh xỏc đồng tõm tƣơng đối cao. Rónh trờn trục cú thể mài, do đú phƣơng phỏp này cú thể dựng ngay cả khi yờu cầu độ rắn bề mặt của trục và bạc then hoa cao. Tải trọng phõn bố khụng đều trờn cỏc then. Kiểu định tõm này đƣợc dựng khỏ phổ biến trong thực tế.
Hỡnh 5.35. Định tõm bằng mặt trụtrong, đường kớnh d
+ Định tõm theo cạnh bờn. Mặt bờn của then tiếp xỳc với rónh then, giữa cỏc mặt trụ cú đƣờng kớnh D, đƣờng kớnh d cú khe hở (hỡnh 5.35). Độ chớnh xỏc đồng tõm giữa trục và bạc khụng cao. Cần phải đàm bảo chớnh xỏc bƣớc then, do đú tải trọng phõn bố đều trờn cỏc then. Kiểu định tõm này dựng khi mối ghộp chịu tải trọng lớn, yờu cầu độchớnh xỏc đồng tõm khụng cao.
121
Hỡnh 5.36. Định tõm theo mặt bờn của then
5.4.2.2. Kớch thước chủ yếu của mối ghộp then hoa
Then hoa là chi tiết mỏy đƣợc tiờu chuẩn húa, cỏc kớch thƣớc tớnh theo đƣờng kớnh d, và cú thể tra trong cỏc sổ tay thiết kếcơ khớ. Cỏc kớch thƣớc chủ yếu của mối ghộp gồm.
- Đƣờng kớnh trong của trục then hoa, ký hiệu là d, mm - Đƣờng kớnh ngoài của trục then hoa, ký hiệu là D, mm - Đƣờng kớnh trung bỡnh của trục then hoa d1, d1 = (d+D)/2. - Chiều rộng của mayơ , ký hiệu là B, mm
- Chiều dài của trục then hoa l, thƣờng lớn hơn hoặc bằng chiều rộng B của bạc. - Sốthen trờn trục z.
- Kớch thƣớc tiết diện then, gồm chiều cao then h và chiều rộng then b. - Chiều rộng của mayơ, ký hiệu là B, mm.
Kiểu lắp của mối ghộp then hoa trờn bản vẽ đƣợc ghi nhƣ sau: Vớ dụ kiểu lắp then hoa và bạc ghi: 8 52 58 7 10 8
7 7 H F D f f Trong đú:
+ Chữ D biểu thị bề mặt định tõm theo đƣờng kớnh ngoài D, nếu định tõm theo đƣờng kớnh trong d thỡ ghi chữ d, nếu định tõm theo chiều rộng then b, ghi chữ b.
+ Số 8 biểu thị sốthen trờn trục then hoa z = 8.
+ Số 52 biểu thị giỏ trị đƣờng kớnh trong d = 52 mm, nếu định tõm theo đƣờng kớnh trong thỡ cần ghi kốm theo kiểu lắp.
+ Số 58 biểu thị đƣờng kớnh ngoài D = 58, kốm theo kiểu lắp giữa đƣờng kớnh ngoài của trục then hoa với bạc then hoa.
122
5.4.2.3. Tớnh mối ghộp then hoa
- Khi chịu tải trọng, mối ghộp then hoa thƣờng bị hỏng do dập bề mặt tiếp xỳc giữa then và rónh trờn bạc. Đối với cỏc mối ghộp cú bạc di trƣợt dọc trục, cỏc bề mặt tiếp xỳc cũn bịmũn.
- Để hạn chế cỏc dạng hỏng, mối ghộp then hoa đƣợc tớnh toỏn theo chỉ tiờu: σd ≤ [σd]
- σd là ứng suất dập trờn bề mặt tiếp xỳc của then và rónh. σd đƣợc tớnh theo cụng thức: 1 1 2 . . . . d T d z B h
Trong đú: T là mụ men xoắn trờn trục, Nmm.
ψ là hệ số kể đến phõn bố tải khụng đều cho cỏc then, lấy ψ = 0,7ữ 0,8. Thụng thƣờng phần chiều dài tiếp xỳc của then bằng chiều rộng bạc B.
- [σd] là ứng suất dập cho phộp. Giỏ trị của [σd] đƣợc chọn trong bảng, phụ thuộc vào vật của trục và bạc, phƣơng phỏp nhiệt luyện, chế độ làm việc, và bạc cố định hay di động dọc trục.
Bảng5.6. Trị sốứng suất dập cho phộp của then hoa
Kiểu ghộp Điều kiện sử dụng Ứng suất dập cho phộp, MPa Bề mặt then hoa
Khụng nhiệt luyện Cú nhiệt luyện Ghộp cốđịnh Nặng (cú va đập) Trung bỡnh Nhẹ 35ữ50 60ữ100 80ữ120 40ữ70 100ữ140 120ữ200 Ghộp di động Nặng (cú va đập) Trung bỡnh Nhẹ 3ữ10 5ữ15 10ữ20 Để hạn chếmũn cần bảo đảm điều kiện 2 m m m T d lhZ
Trong đú: [σm] là ứng suất cho phộp khi tớnh về mũn răng then hoa, cho trong cỏc tài liệu tớnh toỏn then hoa.
Vỡ những kớch thƣớc then hoa đó đƣợc tiờu chuẩn húa và chọn theo đƣờng kớnh của trục, cho nờn tớnh then hoa thƣờng là định chiều dài tớnh toỏn l của răng hoặc kiểm nghiệm ứng suất trờn bề mặt làm việc theo cỏc cụng thức trờn.
Kiểm tra bền mối ghộp then hoa đƣợc thực hiện nhƣ sau:
123 + Tớnh ứng suất dập trờn bề mặt tiếp xỳc σd + So sỏnh giỏ trị của σd với [σd] rỳt ra kết luận.
Thiết kế mối ghộp then hoa đƣợc thực hiện nhƣ sau: + Xỏc định ứng suất dập cho phộp [σd].
+ Chọn tiết diện then theo kớch thƣớc đƣờng kớnh trục d. + Chọn chiều dài tiếp xỳc của then bằng chiều rộng của bạc B. + Giả sử chỉ tiờu σd≤ [σd] thỏa món, ta tớnh đƣợc số then z cần thiết. + Vẽ kết cấu của mối ghộp, chọn chiều dài then l, cỏch định tõm.
5.4.3. Mối ghộp bằng trục định hỡnh
Mối ghộp trục định hỡnh đƣợc tạo thành bằng cỏch lắp trục cú tiết diện khụng trũn vào lỗ trờn mayơ cú hỡnh dạng và kớch thƣớc tƣơng ứng. Do tiết diện khụng trũn nờn trục khụng xoay tƣơng đối đƣợc so với bạc.
Thƣờng dựng trục cú tiết diện hỡnh vuụng (hỡnh 5.36, a), hỡnh ụ van (hỡnh 5.36, b), hoặc hỡnh tam giỏc (hỡnh 5.36, c).
a b c
Hỡnh 5.37. Mối ghộp trục định hỡnh
Cú thể dễdàng gia cụng trục cú tiết diện khụng trũn. Nhƣng gia cụng lỗ cú tiết diện khụng trũn đạt độ chớnh xỏc cao sẽ rất khú khăn. Do đú khú đảm bảo độ đồng tõm giữa bạc và trục trong mối ghộp trục định hỡnh.
124
Bề mặt tiếp xỳc giữa trục và lỗ của bạc khỏ lớn, nờn mối ghộp chịu đƣợc tải trọng nặng, tải va đập. Để tăng diện tớch tiếp xỳc, tăng khả năng tải của mối ghộp, ngƣời ta dựng trục đỡnh hỡnh cụn (hỡnh 5.38). Khi xiết chặt đai ốc, sẽ tạo nờn ỏp suất ban đầu trờn bề mặt tiếp xỳc.
Dạng hỏng chủ yếu của mối ghộp trục định là dập bề mặt tiếp xỳc giữa trục và lỗ. Mối ghộp cũng đƣợc tớnh toỏn theo chỉtiờu σd≤ [σd].
Giỏ trị của ứng suất dập cho phộp [σd] cú thểtra trong cỏc sổ tay thiết kế, hoặc lấy tƣơng tựnhƣ ứng suất dập cho phộp của mối ghộp then hoa.
Ứng suất σdsinh ra trờn bề mặt tiếp xỳc cú thểtớnh gần đỳng theo cụng thức sau:
2 2 . d bao T d l
Trong đú: T là mụ men xoắn tỏc dụng lờn mối ghộp.
l: là chiều dài của mặt tiếp xỳc giữa trục và bạc.
dbaolà đƣờng kớnh vũng trũn ngoại tiếp của tiết diện trục định hỡnh. Trƣờng hợp trục cụn, lấy đƣờng kớnh dbao của vũng trũn ứng với tiết diện trung bỡnh của mặt cụn.
5.5. Mối ghộp bằng ren 5.5.1. Khỏi niệm chung 5.5.1. Khỏi niệm chung
5.5.1.1. Giới thiệu mối ghộp ren
a b c
Hỡnh 5.39. Mối ghộp bu lụng, vớt, vớt cấy
Mối ghộp ren, cỏc tấm ghộp đƣợc liờn kết với nhau nhờ cỏc chi tiết mỏy cú ren nhƣ: bu lụng, vớt, vớt cấy, đai ốc, cỏc lỗ cú ren.
Cỏc mối ghộp ren thƣờng dựng trong thực tế: mối ghộp bu lụng (hỡnh 5.39a), mối ghộp vớt (hỡnh 5.39b), mối ghộp vớt cấy (hỡnh 5.39c). Ngoài ra cũn cú mối ghộp ren ống, dựng để nối cỏc ống dẫn chất lỏng, chất khớ.
+ Mối ghộp bu lụng: Dựng ghộp cỏc tấm ghộp cú chiều dày nhỏ. Cỏc tấm ghộp