- Dính xước bề mặt, thường xảy ra ở các bộ truyền có áp suất trên bề mặt tiếp xúc
BÀI 6: MỐI GHÉP THEN, THEN HOA VÀ TRỤC ĐỊNH HÌNH
6.1. Mối ghép then
6.1.1. Giới thiệu mối ghép then
Mối ghép then dùng để cố định các chi tiết máy trên trục theo phương tiếp tuyến, truyền tải trọng từ trục đến chi tiết máy lắp trên trục và ngược lại. Ví dụ: dùng để ghép bánh răng, bánh vít, bánh đai, bánh đà, đĩa xích trên trục.
Các mối ghép then thường dùng trong thực tế:
+ Mối ghép then bằng, biểu diễn trên Hình 7-1, dùng để cố định bạc theo phương tiếp tuyến.
+ Mối ghép then dẫn hướng, như
trên Hình 7-2. Then vừa truyền mô men xoắn, vừa dẫn hướng cho bạc di chuyển dọc trục.
+ Mối ghép then bán nguyệt, trên Hình 9-3. Khi trục bị uốn cong, bạc và then không bị xoay theo.
+ Mối ghép then vát, biểu diễn trên Hình 9-4. Then có một mặt cơn, chêm vào rãnh then trên trục và trên bạc. Hình7-1: Mối ghép then bằng
Mối ghép cố định bạc trên trục theo phương tiếp tuyến và phương dọc trục. + Mối ghép then ma sát, trình bày trên Hình 9-5. Then ma sát có hình dạng gần giống như then vát, một mặt cơn, một mặt trụ ơm lấy trục, trên trục khơng có rãnh then.
+ Mối ghép then tiếp tuyến.
Các mối ghép then được chia làm hai nhóm. Các nhóm có cách lắp ghép và nguyên lý liên kết khác nhau:
- Then ghép lỏng, bao gồm: then bằng, then dẫn hướng và then bán nguyệt. Then nằm trong rãnh then trên trục và trên bạc, đóng vai trị một cái chốt ngăn cản chuyển động xoay tương đối giữa trục và bạc.
- Then ghép căng, bao gồm: then vát, then ma sát, then tiếp tuyến. Then ghép căng tạo nên áp suất lớn trên bề mặt tiếp xúc giữa bạc và trục, tạo lực ma sát. Lực ma sát là lực liên kết, cản trở sự trượt tương đối giữa bạc và trục.
Hình 7-4: Mối ghép then vát Hình 7-5: Mối ghép then ma sát
Chương này tập trung giới thiệu then ghép lỏng, đặc biệt là mối ghép then bằng, vì nó được dùng nhiều hơn cả.
Mối ghép then bằng bao gồm chi tiết bạc (hay mayơ) 1,
chi tiết trục 2, và then 3 (Hình 7-1). Then là chi tiết quan
trọng, dùng để liên kết trục và bạc.
- Trên bạc có rãnh then, được gia cơng bằng phương pháp xọc, hoặc bào.
- Rãnh then trên trục được gia cơng bằng dao phay ngón, hoặc dao phay đĩa. Rãnh then được gia công bằng dao phay đĩa ít gây tập trung ứng suất hơn so với gia cơng bằng dao
phay ngón. Hình 9-6: Then đầu trịn
và then đầu bằng
- Then thường làm bằng kim lọai, dưới dạng thanh thẳng, tiết diện ngang là hình chữ nhật b×h. Tiết diện then được tiêu chuẩn hóa, then bằng bình thường theo TCVN 2261-77, then bằng cao theo TCVN 2218-86, và được chọn tùy theo đường kính trục. Chiều dài l của then được chọn tùy thuộc vào chiều dài của chi tiết máy lắp trên trục (mayơ).
- Then bằng có hai loại (Hình 7-6), loại đầu tròn thường lắp với rãnh then gia công bằng dao phay ngón, loại đầu bằng lắp với rãnh then được gia công bằng dao phay đĩa.
Hình 9-7: Kích thước của
Mối ghép then bằng
6.1.2. Các kích thước chủ yếu của mối ghép then bằng
Kết cấu của mối ghép then bằng được xác định qua một số kích thước chủ yếu sau: - Đường kính 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. Thường 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 rãnh trên trục là h1, nằm trong rãnh trên bạc là h2. Mối ghép thường sử dụng có h1≥ h2.
Bảng 7-1: Kích thước tiết diện then
- Chiều sâu rãnh then trên trục lấy bằng h1, chiều sâu rãnh then trên bạc lấy lớn hơn h2 một lượng từ (0,5 ÷ 3) mm, tùy theo giá trị của h.
- Thông thường then lắp với rãnh trên trục theo kiểu lắp
99 9
h
N trường hợp sản xuất đơn chiếc có thể dùng kiểu lắp 9 9 h P .
- Thông thường then lắp với rãnh trên bạc theo kiểu lắp 9 9 h JS , trong trường hợp l > 2.d nên dùng kiểu lắp 9 10 h D .
Để đảm bảo sức bền đều cho trục và then, kích thước b và h phải chọn theo đường kính d. Ví dụ như trên Bảng 7-1 cho giá trị của kích thước chiều rộng b và chiều cao h
của then theo đường kính d của trục:
6.1.3. Tính mối ghép then bằng
- Khi mối ghép chịu tải, then có thể bị hỏng do dập bề mặt tiếp xúc của then và các rãnh then, hoặc cắt đứt then qua tiết diện b×l.
- Điều kiện để tránh các dạng hỏng của mối ghép then là:
d≤ [d], và c≤ [c] (7-1)
- d: ứng suất dập trên bề mặt tiếp xúc giữa then và rãnh trên bạc được xác định theo công thức: d= 2 . . . . 2 h l d T K (7-2) Trong đó: K là hệ số tải trọng, có thể lấy K = 1÷ 1,3
T là mô men xoắn tác dụng lên mối ghép, Nmm.
Đường kính
trục d, mm rộng b Chiều Chiều cao h 14 ÷ 18 19 ÷ 24 25 ÷ 30 31 ÷ 36 37 ÷ 42 5 6 8 10 12 5 6 7 8 8
- [d] là ứng suất dập cho phép, giá trị của [d] có thể chọn như sau: Then trong hộp giảm tốc, làm việc với chế độ nặng, lấy 50 ÷ 70 MPa.
Then trong hộp giảm tốc, làm việc với chế độ trung bình, lấy 130 ÷ 180 MPa.
- clà ứng suất cắt trên tiết diện then, ứng suất cắt được xác định theo công thức: c= b l d T K . . . . 2 (7-3) - [c] là ứng suất cắt cho phép, giá trị của nó được chọn như sau:
Khi mối ghép chịu tải trọng tĩnh, lấy [c] = 130 MPa. Khi mối ghép chịu tải trọng va đập nhẹ, lấy [c] = 90 MPa. Khi mối ghép chịu tải trọng va đập mạnh, lấy [c] = 50 MPa. Bài toán kiểm tra mối ghép then bằng được thực hiện như sau:
+ Xác định ứng suất cho phép [d] và [c].
+ Tính ứng suất dập d và ứng suất cắt c theo công thức 7-2 và 7-3. + So sánh giá trị dvới [d] và c với [c] rút ra kết luận.
Bài toán thiết kế mối ghép then bằngđược thực hiện như sau: + Xác định ứng suất cho phép [d] và [c]
+ chọn kích thước b và h của then theo đường kính trục d.
+ Giả sử chỉ tiêu c ≤ [ ] thỏa mãn, kết hợp với công thức 7-3 ta tính được lct ] .[ . . c b d F K (7-4) Nếu lct ≤ 0,8B, ta lấy chiều dài then l = 0,8B.
Nếu 0,8B < lct ≤ 1,4B, ta làm hai then, chiều dài một then là 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 khơng. Nếu khơng đủ, phải điều chỉnh lại kích thước của then.
6.2. Mối ghép then hoa
6.2.1. Giới thiệu mối ghép then hoa
- Có thể coi mối ghép then hoa như một mối ghép then bằng gồm có nhiều then làm liền với trục. Mối ghép then hoa thường dùng khi tải trọng lớn, yêu cầu độ đồng tâm giữa trục và bạc cao, hoặc cần di trượt bạc dọc trục (Hình 7-8).
- Trục có z then phân bố đều trên chu vi, có hình dạng giống như bơng hoa, nên được gọi là trục then hoa. Tiết diện ngang của then trên trục có thể là hình chữ nhật, hình thang, hoặc hình răng thân khai (Hình 7-9).
- Bạc then hoa có z rãnh then, tương ứng với trục then hoa, hình dạng mặt cắt ngang của rãnh giống như hình dạng tiết diện then (Hình 7-10).
- Tạo mối ghép bằng cách lồng bạc then hoa vào trục then hoa. Để đảm bảo độ đồng tâm giữa trục và bạc then hoa, có thể thực hiện theo 3 cách sau:
+ Định tâm theo đường kính ngồi D. Mặt trụ đường kính D được gia cơng chính
xác cao, giữa hai mặt khơng có khe hở (Hình 7-11). Do kích thước D lớn hơn d
nên dễ đạt độ chính xác đồng tâm cao. Nhưng rãnh then trên may ơ khơng mài được. Do đó kiểu định tâm này khơng dùng được khi may ơ cần có độ rắn bề mặt cao. Tải trọng phân bố trên các then khơng đều nhau.
Hình 7-9: Các dạng tiết diện then hoa Hình 7-8: Mối ghép then hoa
Hình 7-10: Bạc then hoa Hình 7-11: Định tâm theo đường kính ngồi
+ Định tâm theo đường kính trong d. Mặt trụ có đường kính d được gia cơng chính xác, giữa hai mặt khơng có khe hở (Hình 7-12). Kiểu này đạt được độ chính xác đồng tâm tương đối cao. Rãnh trên trục có thể mài, do đó phương pháp này có thể dùng ngay cả khi yêu cầu độ rắn bề mặt của trục và bạc then hoa cao. Tải trọng phân bố không đều trên các then. Kiểu định tâm này được dùng khá phổ biến trong thực tế.
+ Định tâm theo cạnh bên. Mặt bên của then tiếp xúc với rãnh then, giữa các mặt trụ có đường kính D, đường kính d có khe hở (Hình 7-13). Độ chính xác đồng tâm giữa trục và bạc không cao. Cần phải đảm bảo chính xác bước then, do đó tải trọng phân bố đều trên các then. Kiểu định tâm này dùng khi mối ghép chịu tải trọng lớn, yêu cầu độ chính xác đồng tâm khơng cao.
Hình 7-12: Định tâm bằng mặt trụ trong, Hình 7-13: Định tâm theo măt bên
đương kính d của then
6.2.2. Kích thước chủ yếu của mối ghép then hoa
Then hoa là chi tiết máy được tiêu chuẩn hóa, các kích thước tính theo đường kính d, và có thể tra trong các sổ tay thiết kế cơ khí. Các kích thước chủ yếu của mối ghép gồm (Hình 7-8 và 7-10):
- Đường kính trong của trục then hoa, ký hiệu là d, mm.
- Đường kính ngồi của trục then hoa ký hiệu là D, mm.
- Đường kính trung bình của trục then hoad1, d1 =
2
d D
. - Chiều rộng của mayơ, ký hiệu là B, mm.
- Chiều dài của trục then hoa l, thường lớn hơn hoặc bằng chiều rộng B của bạc. - Số then trên trục z.
- Kích thước tiết diện then, gồm chiều cao then h và chiều rộng then b.
- Kiểu lắp của mối ghép then hoa trên bản vẽ được ghi như sau: Ví dụ, kiểu lắp then hoa và bạc ghi: D – 8 × 52 × 58
7 7 f H × 10 7 8 f F , Trong đó:
+ Chữ D biểu thị bề mặt định tâm theo đường kính ngồi D; nếu định tâm theo đường kính trong d thì ghi chữ d, nếu định tâm theo chiều rộng then b, ghi chữ b.
+ Số 8 biểu thị số then trên trục then hoa z = 8.
+ Số 52 biểu thị giá trị đường kính trong d = 52mm, nếu định tâm theo đường kính trong thì cần ghi kèm theo kiểu lắp.
+ Số 58 biểu thị đường kính ngồi D = 58mm, kèm theo kiểu lắp giữa đường kính
ngồi của trục then hoa với bạc then hoa.
+ Số 10 biểu thị chiều rộng b = 10mm, kèm theo kiểu lắp với rãnh then trên bạc.
- Khi chịu tải trọng, mối ghép then hoa thường bị hỏng do dập bề mặt tiếp xúc giữa then và rãnh trên bạc. Đối với các mối ghép có bạc di trượt dọc trục, các bề mặt tiếp xúc còn bị mòn.
- Để hạn chế các dạng hỏng, mối ghép then hoa được tính tốn theo chỉ tiêu: d≤ [d]
- dlà ứng suất dập trên bề mặt tiếp xúc của then và rãnh. d được tính theo cơng thức: d= . . . . . 2 1 1 zBh d T
Trong đó: T là mơ men xoắn trên trục, Nmm.
là hệ số kể đến phân bố tải không đều cho các then, lấy = 0,7 ÷ 0,8. Thông thường phần chiều dài tiếp xúc của then bằng chiều rộng bạc B.
- [d]là ứng suất dập cho phép. Giá thị của [d]được chọn trong bảng, phụ thuộc vào vật của trục và bạc, phương pháp nhiệt luyện, chế độ làm việc, và bạc cố định hay di động dọc trục.
Kiểm tra bền mối ghép then hoa được thực hiện như sau:
+ Xác định ứng suất dập cho phép [d], + Tính ứng suất dập trên bề mặt tiếp xúc d, + So sánh giá trị của dvới [d], rút ra kết luận. Thiết kế mối ghép then hoa được thực hiện như sau:
+ Xác định ứng suất dập cho phép [d],
+ Chọn tiết diện then theo kích thước đường kính trục d,
+ Chọn chiều dài tiếp xúc của then bằng chiều rộng của bạc B, + Giả sử chỉ tiêud≤ [d] thỏa mãn, ta tính được số then z cần thiết. + Vẽ kết cấu của mối ghép, chọn chiều dài then l, cách định tâm.
6.3. Mối ghép trục định hình
Mối ghép trục định hình được tạo thành bằng cách lắp trục có tiết diện khơng trịn vào lỗ trên mayơ có hình dạng và kích thước tương ứng. Do tiết diện khơng trịn nên trục không xoay tương đối được so với bạc.
Thường dùng trục có tiết diện hình vng (Hình 7-14, a), hình ơ van (Hình 7-14, b), hoặc hình tam giác (Hình 7-14, c).
Có thể dễ dàng gia cơng trục có tiết diện khơng trịn. Nhưng gia cơng lỗ có tiết diện khơng trịn đạt độ chính xác cao sẽ rất khó khăn. Do đó khó đảm bảo độ đồng tâm giữa bạc và trục trong mối ghép trục định hình. Bề mặt tiếp xúc giữa trục và lỗ của bạc khá lớn, nên mối ghép chịu được tải trọng nặng, tải va đập. Để tăng diện tích tiếp xúc, tăng khả năng tải của mối ghép, người ta dùng trục định hình cơn (Hình 7-15). Khi xiết chặt đai ốc, sẽ tạo nên áp suất ban đầu trên bề mặt tiếp xúc.
Hình 7-14: Mối ghép trục định hình Dạng hỏng chủ yếu của mối ghép trục định là
dập bề mặt tiếp xúc giữa trục và lỗ. Mối ghép cũng được tính tốn theo chỉ tiêu d ≤ [d]. Giá trị của ứng suất dập cho phép [d] có thể tra trong các sổ tay thiết kế, hoặc lấy tương tự như ứng suất dập cho phép của mối ghép then hoa.
Ứng suất d sinh ra trên bề mặt tiếp xúc có thể tính gần đúng theo cơng thức sau:
d = l d T bao. . 2 2
Trong đó: T là mơ men xoắn tác dụng lên mối ghép.
L là chiều dài của mặt tiếp xúc giữa trục và bạc. Hình 7-15: Trục định hình cơn
dbao là đường kính vịng trịn ngoại tiếp của tiết diện trục định hình. Trường hợp trục cơn, lấy đường kính dbao của vịng trịn ứng với tiết diện trung bình
của mặt côn.