1; Nếu không tăng bển thì p < 1
2.5. Ảnh hưứng của trạng thái ứng suất
Đa số các chi tiết máy làm việc với ứng suất thay đổi và thường là thay đổi không đối xứng. Biên độ ứng suất G , là thành phần chú yếu gây nên phá huỷ mỏi, nhưng trị số của ứng suất trung bình ơ n, cũng có ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy, tuỳ theo trạng thái ứng suất.
- Khi ứng suất trung bình là kéo (ơm > 0): ơ m càng lớn thì ơ a càng nhỏ (Xem hình 1.6). điều đó có nghĩa biên độ ứng suất tuy nhỏ nhưng ứng suất trung bìng lớn thì chi tiết vẫn cỏ thê bị phá huý do mỏi.
- Khi ứng suất trung bình là nén (ơm < 0): Biên độ ứng suất o a lớn hơn giới hạn mỏi trong chu trình đối xứng ơ.|.
3. Các biện pháp nâng ca o độ bền mỏi
3.1. Biện pháp kết cáu
- Giảm trị số danh nghĩa của các ứng suất ơ a, ơ m bằng cách tăng kích thước chi tiết máy tại tiết diện nguy hiểm.
- Giảm tập trung ứng suất (Giảm K„, KT) bằng cách tăng bán kính góc lượn tại các các chỗ chuyển tiếp kích thước, hình dạng chi tiết; tãng diện tích tiếp xúc bể mặt; vát mép các lỗ, các cạnh sắc.
23
- Dùng các liên kết đàn hồi đế giảm bớt biên độ tác dụng của tải trọng chu kỳ.
3.2. Biện pháp công nghệ
Dùng các phương pháp gia công đặc biệt tăng bền cho chi tiết máy nhò tạo ra cấu tạo tinh thể hạt nhò, có độ bền cao, tạo ra lớp bề mặt có ứng suất dư là nén, chẳng hạn như:
- Nhiệt luyện và hoá nhiệt luyện: Tôi, ram, thấm than, thấm Nitơ, tôi cao tần v.v...
- Gia công tinh bề mặt: Đánh bóng, mài nghiền v.v...
- Gia công gây biến dạng dẻo bể mặt: Phun bi, lãn ép, m iết kim cương v.v... để gây cứng nguội lớp bề mặt làm cho lớp bề mặt rắn hơn và có lớp ứng suất dư nén.
- Dùng các phương pháp gia công tiên tiến: Nong (16), Cán (ren), Dập (Tạo hình).
IV. NHỮNG VẤN ĐỂ CHUNG VỂ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY
1. Đ ặc điểm tính toán thiết kê chi tiết máy
Trong tính toán thiết kế chi tiết máy gặp một số khó khăn như: Hình dạng chi tiết máy khá phức tạp, các yếu tô tài trọng không biết chính xác, có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của chi tiết máy chưa được phản ánh đầy đủ vào công thức tính. Vì vậy khi thiết kế cần lưu ý đến những đặc điểm tính toán chi tiết máy dưới đây để tiến hành công việc có hiệu quả:
a. Dựa theo các công thức lý thuyết được thiết lập khi giải các bài toán cơ học để tính toán nhưng bổ sung thêm các hệ số kể đến đặc điểm về kết cấu cùa chi tiết máy và các yếu tô' ảnh hường đến khả năng làm việc của nó. Với những yếu tố có ảnh hường lớn đến việc xác định kích thước chi tiết máy mà không thể biểu diẻn dưới dạng công thức lý thuyết thì dùng các công thức thực nghiệm, biểu đồ hoặc bằng số do kinh nghiệm sử dụng lập ra.
b. Tính toán xác định kích thước chi tiết máy thường tiến hành theo hai bước: Tính thiết kế và tính kiểm nghiệm, trong đó do điều kiện làm việc phức tạp của chi tiết máy, tính thiết kế thường được đơn giản hoá và mang tính chất gần đúng. Từ các kết cấu và kích thước đã chọn, qua bước tính kiểm nghiệm sẽ
24
quyết định lần cuối giá trị của các thông số và các kích thước cơ bản của chi tiết máy.
c. Trong tính toán, số ẩn thường nhiều hợn số phương trình, do đó cẩn dựa vào các quan hệ kết cấu để chọn trước một số thông số, trên cơ sở đó sẽ xác định các thông sô' còn lại. Mặt khác nên kết hợp giữa tính toán và vẽ hình, vì rằng nhiều kích thước cần cho tính toán (Chẳng hạn khoảng cách giữa các gối đỡ trục, vị trí đặt lực v.v. .) chỉ có thê’ xác định từ hình vẽ, đồng thời từ hình vẽ cũng có thể kiểm tra và phát hiện các sai sót trong tính toán.
d. Cùng một nội dung thiết kế có nhiều giải pháp thực hiện. Vì vậy nên chọn đổng thời một số giải pháp để tính toán, so sánh, trên cơ sở xác định phương án có lợi nhất, đáp ứng các chí tiêu kinh tế kỹ thuật.
2. Chọn vật liệu
Chọn vật liệu là công việc quan trọng vì chất lượng chi tiết máy phụ thuộc phần lớn vào vật liệu.
2Ể1. Nguyên tác chung
Chọn vật liệu phải tuân theo các nguyên tắc chung sau:
- Chi tiết máy phải làm việc được (Đủ độ bển, độ cứng, độ bển mòn v.v...) - Khối lượng, kích thước chi tiết máy và cá máy gọn, nhẹ nhất trong khả năng cho phép.
- Có tính công nghệ thích ứng với các phương pháp gia công và dạng gia công:
Chi tiết phức tạp phải đúc thì vật liệu phải có tính đúc tốt, chi tiết cần gia công cắt gọt thì vật liệu phải cắt gọt được.
- Có giá thành thấp nhất (Giá vật liệu, giá chế tạo thấp nhất): Vật liệu dễ tìm, sẵn có trồng nước không tốn kém trong việc cung cấp.
- Hạn chế sớ lượng vật liệu trong một máy, một cụm máy: Việc này sẽ giảm nhẹ việc nghiên cứu chế độ gia công hợp lý, giám nhẹ công việc nhiệt luyện; đơn giản trong cung cấp và b;io quản, giám diện tích kho. 2.2. Những chú ý
- Nguyên tắc chất lượng cục bộ: Đói với một sô chi tiết máy mà điều kiện làm việc đòi hòi từng bộ phận phải đáp ứng các yêu cầu khác nhau, có thể chọn loại vật liệu chỉ dáp ứng phần nào một sô yêu cầu chủ yếu, còn lại các yêu cầu khác ở các bộ phận, giải quyết bằng các biện pháp công nghệ. Chẳng hạn như
25
với bánh rãng, các rãng cần có độ bền mói cao, đổng thời bể mặt ràng cán độ bền tiếp xúc cao ta có thể chọn vật liệu làm bánh răng là thép các bon hoặc thép hợp kim thấp đế chế tạo, sau đó tôi bề mặt các rãng bằng dòng cao tán và tăng bền chân răng bằng biến dạng déo.
2.3. Các loại vật liệu dùng trong chế tạo máy
2.3.1. Kim loại đen
- Thép, gang có độ bền cao, độ cứng cao và ré hơn kim loại mẩu, nhưng có khối lượng riêng cao và chống gì kém. Gang hợp kim và thép hợp kim có thêm một số tính chất cần thiết như: Tăng bền, chống gí, chống mòn. Gamg có tính đúc tốt, khá bền, giá thấp được dùng đế chế tạo các chi tiết phức tạp như thân máy, vỏ máy.
- Thép kết cấu là vật liệu thông dụng nhất để chè tạo chi tiết máy. Bao gồm thếp Các bon thông thường, thép Các bon có chất lượng tốt, thép dụng cụ, thép hợp kim. Ví dụ: CT38, CT42; C35, C45; 10Crl2Ni2.
2.3.2. Kim loại mầu: Kim loại mầu đát nên chỉ dùng khi cần thiết ( Khi cần kích thước, khối lượng nhỏ gọn, tính giám ma sát hoặc tính chống gỉ). - Hợp kim đồng: Đồng thanh (Brông), đồng thau (Latông) có tính chống gỉ và giảm ma sát.
- Hợp kim Babít: Hợp kim của thiếc và chì có tính giảm ma sát rất cao. - Hợp kim nhẹ: Hợp kim có các nguyên tố cơ bản như Al, M?, Titan, Cu, Mn, Si. Có hai loại thường dùng là Silumin (Hợp kim của AI và Si) và Đuara (Hợp kim của AI và Mg).
2.3.3. Kim loại góm\ Vật liệu được tạo thành bầng cách thiêu kết bột kim loại cùng các chất phụ gia. Loại vật liệu này khó nóng chảy, xốp, hệ số ma sát thấp và không cắt gọt được. Ví dụ: sắt grafit thường dùng làm bạc ổ trượt, bánh răng chịu tải nhỏ.
2.3.4. Vật liệu phi kim loại: Gỗ, da, cao su, amiăng, chất dẻo v.v . trong đó chất dẻo là loại vật liệu nhẹ, bền, dễ cắt gọt, cách nhiệt, cách điện tốt, đồng thời chống ăn mòn, giảm chấn, giảm masát hoặc tăng masát. Vật liệu phi kim loại thường có độ bền, độ cứng thấp, dẫn nhiệt, chịu nhiệt kém.
3. Xác định ứng su ất ch o phép
Úng suất cho phép được xác định theo công thức sau:
[ ơ I = ơ llm/n h o ặ c I X | = Thm/s n (1.16)
26
Trong đó ơ,;m và xMm - là ứng suất pháp và ứng suất tiếp giới hạn, khi đạt đến giá trị này chi tiết máy hoặc mẫu bị phá hỏng; n - là hệ sô' an toàn. Như vậy việc xác định ứng suất cho phép phụ thuộc rất nhiêu vào việc xác định ứng suất giới hạn và lựa chọn hợp lý hệ số an toàn.
3.1ẵ Xác định ứng suất giới hạn
Úng suất giới hạn được xác định bằng thực nghiệm đối với các mẫu thử hoặc các chi tiết mẫu tuỳ theo đặc tính tải trọng và dạng ứng suất. a. Trường hợp chi tiết máy chịu ứng suất tĩnh: ứng suất giới hạn phụ thuộc vào vật liệu.
- Đối với vật liệu dẻo: ơ lim = ơch
- Đối với vật liệu dòn: ơ|im = ơ b
Trong đó: Ơ ,I„ (Tb - là gicrì hạn chảy và giới hạn bền của vật liệu. b. Trường hợp chi tiết máy chịu ứng suất thay đổi: Chi tiết máy hỏng chủ yếu do mỏi, ứng suất giới hạn được xác định phụ thuộc số chu kỳ chịu tải và chế độ thay đổi ứng suất.
- Khi ứng suất thay đổi Ổn định:
+ Nếu chi tiết máy làm việc lâu dài, tức số chu kỳ làm việc lớn hơn số chu kỳ cơ sở N > N„ thì ứng suất giới hạn lấy bàng giới hạn mỏi dài hạn: ơ |im - ơ, + Nếu chi tiết máy làm việc ngắn hạn, tức N < N0 ứng suất giới hạn lấy
bằng giới hạn mỏi ngắn hạn: ơ Hm = ơ rN 1.17)
h a y ơ i„n = ơ rN = ơ ’rK ì ; với K/ = - gọi là hệ số tuổi thọ, kể đến ảnh
hưởng của thời hạn phục vụ và chế độ tải trọng đến giới hạn mỏi. - Khi ứng suất thay đôi không ẩn định: Đưa về chế độ làm việc ổn định với ứng suất lón nhất ơ.| và N = NId ; Trong đó:
(1.18)
+ Nếu Nk, > N(1 thì úng suất giới hạn lấy bằng giới hạn mỏi dài hạn: ơ|im = ơ r (1.19)
27
3.2. Hệ sô an toàn
Các giá trị cúa ứng suất giới hạn được xác định từ các thí nghiệm tíẽn hành trong những điều kiện nhất định, trên những máy nhất định và đối với một số loại vật liệu nhất định, trong khi thực tế chi tiết m áy cùng loại, cùng vật liệu v .v .. có thể làm việc rất khác nhau, có một vai trò rất khác nhau trong máy. Vì vậy trong tính toán cần đưa vào hệ số an toàn nhằm đảm bảo cho kết cấu có độ an toàn cần thiết. Hệ số an toàn được xác định theo công thức:
n = n |.n 2.n3 (1-20)
Trong đó: Dị - là hệ sô' an toàn xét đến mức độ chính xác ưong xác định tải trọng và ứng suất, (n,= 1,2 +1,5). n2 - Là hệ số an toàn xét đến sự đóng nhất về cơ tính của vật liệu (Với chi tiết làm bằng thép rèn hoặc cán n2= l,5; Làm bằng gang n2 = 1,5 +2,5). n3 - Hệ số an toàn xét đến mức độ đặc biệt của chi tiết máy đối với toàn máy, yêu cầu về an toàn lao động (n3= 1 +1,5).
4. Vấn để tiêu chuẩn hoá
4.1. T iêu c h u ấ n hoá: là việc quy định những tiêu chuẩn và quy phạm hợp lý và thống nhất về hình thức, loại, thông số, chất lượng, phương pháp thí nghiệm và chế tạo v.v... của chi tiết m áy và máy.
4.2. Lợi ích kinh tẻ - kỹ thuật của tiéu chuấn hoá
a/ Hạn chế được rất nhiều chủng loại và kích thước của các sản phẩm cùng loại, cùng tên. Nhờ đó có thể sử dụng các phương pháp tiên tiến nhất để chế tạo hàng loạt chi tiết máy tiêu chuẩn, giảm sức lao động, tiết kiệm nguyên vật liệu, giảm bớt việc đầu tư thiết bị và cuối cùng hạ được giá thành.
b/ Tiêu chuẩn hoá điều kiện kỹ thuật và phương pháp thử sẽ nâng cao chất lượng sản phẩm, khả năng làm việc và tuổi thọ cùa chi tiết máy.
c/ Đảm bảo được tính đổi lẫn của chi tiết máy, nhờ đó tạo điều kiện dễ dàng cho công việc sứa chữa, thay thế các chi tiết bị hỏng.
d/ Tiêu chuẩn hoá chi tiết máy, bộ phận máy sẽ giảm bớt thời gian và công sức thiết kế.
Khi tính toán thiết kê nhất thiét phải áp dụng tiêu chuẩn hoá nhằm xác định hợp lý loại, kiểu, hình dạng, kích thước, thông số v.v. . cùa chi tiết máy. 4.3. Các tiêu chuẩn
- Tiêu chuẩn nhà nước Việt Nam: Ký hiệu TCVN kèm theo số thứ tự tiêu chuẩn và năm ban hành.
28
- Tiêu chuẩn ngành: Ký hiệu TCN
- Tiêu chuẩn tỉnh, thành phố: TCV
- Tiêu chuẩn ISO: Hiện nay, ở nước ta ngoài tiêu chuẩn Việt Nam ra còn đồng thời nghiên cứu và áp dụng tiêu chuấn của tố chức tiêu chuẩn thế giới, ký hiệu ISO.
5. Chọn dung sai, lắp gh ép và nhám bề mặt ch o chi tiết máy Khi lựa chọn hình dạng và quyết định lần cuối các thông số và kích thước chi tiết máy cũng như khi thiết kế kết cấu máy, người thiết kế không chỉ quan tâm đến điểu kiện làm việc và công dụng của chúng mà vấn đề có ý nghĩa quan trọng là phải dự kiến xem các bộ phận máy và chi tiết máy dược chế tạo như thế nào, phương pháp tạo phôi, gia công với độ chính xác và độ nhám đạt được đến đâu cũng như vấn đề lắp ráp tạo thành máy.
- Dung sai và lắp ghép có vai trò quan trọng trong thiết kế máy. Chọn đúng dung sai có ý nghĩa to lớn về mặt năng suất và kinh tế, vì nó ảnh hưởng đến việc chọn thiết bị và dụng cụ gia công, trình độ công nhân, chế độ gia công, công nghệ lắp ráp, chất lượng chi tiết được gia cóng và giá thành bản thân chi tiết máy.
- Trạng thái bẻ mặt gia công có ảnh hưởng đến đặc tính sử dụng của chi tiết máy. Các vết xước xuất hiện khi gia công cơ là nguồn gốc phát sinh các vết nứt vì mỏi và ãn mòn làm giảm độ bền của chi tiết máy. Tăng độ nhám bể mặt sẽ làm giảm diện tích tiếp xúc thực tế, làm tăng áp suất cục bộ và cường độ mòn của các chi tiết tiếp xúc, đồng thời làm giảm độ cứng tiếp xúc; do đó làm yếu mối ghép. Ngược lại, giảm độ nhám bề mặt (tức là tãng độ nhẵn bóng bề mặt) đến một giá trị tối ưu nào đó, ma sát và mòn bề mặt chi tiết sẽ giảm xuống, hiệu suất cơ cấu và máy tăng. Ngoài ra độ nhám càng nhò, độ bển và khả năng chống ăn mòn càng lớn, hình dáng bên ngoài của máy và chi tiết máy càng đẹp. Tuy nhiên, khi ấy giá thành chê tạo càng cao. Vì vậy, khi thiết kế cần lưu ý chọn độ nhám thích hợp.
- Chọn độ nhám cần tính đến các yêu cầu về độ chính xác của chi tiết máy. Thông thường trị số của R, và R., giảm xuống khi giám trị số dung sai.
6. Tính cô n g n gh ệ của máy và chi tiết máy
6ếl. K hái niệm về tính cóng nghệ
Một kết cấu được xem là có tính công nghệ khi kết cấu thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật đã được đặt ra khi thiết kế, đồng thời được chế tạo với chi phí ít
29
nhất về lao động, phương tiện và thời gian. Tính công nghệ của chi tiết máy và bộ phận máy là một trong những điều kiện quan trọng nhất nhằm đảm bảo cho máy móc thiết bị có các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật tối ưu.
6.2. Những yẽu cầu chủ yếu về tính còng nghệ
Tính công nghệ được thể hiện ở những yêu cầu chủ yếu sau đây: a. Máy và chi tiết máy có hình dạng và kết cấu hợp lý theo quan điểm công nghệ.
b. Vật liệu chế tạo máy được chọn hợp lý, đảm bảo các yêu cẩu kỹ thuật và các yêu cẩu liên quan đến công dụng và điêu kiện sử dụng máy. c. Có thể sử dụng các công nghệ phù hợp để đơn giản hoá quá trình chế tạo, từ khâu chuẩn bị phôi đến chế tạo, kiểm tra,'lắp ghép và nghiệm thu sản phẩm.
d. Máy và chi tiết máy có khối lượng và kích thước nhỏ, gọn. e. Giá thành chế tạo máy và chi phí sừ dụng thấp.
7. Trình tự thiết k ế máy
Thiết kế máy bao gồm các nội dung:
- Xác định nguyên tắc hoạt động và chế độ làm việc của của máy định thiết kế.
- Lập sơ đổ chung toàn máy và các bộ phận máy thoả mãn các yêu cầu cho trước. Đề xuất một số phương án thực hiện, đánh giá và so sánh các phương án để tìm ra phương án phù hợp nhất đáp ứng nhiều nhất các yêu cầu đặt ra.
- Xác định trị số và đặc tính của tải trọng tác dụng lên các bộ phận máy. - Chọn vật liệu thích hợp nhằm sử dụng tính chất đa dạng và khác biệt của vật liệu để nàng cao hiệu quả và độ tin cậy cùa máy.
- Tiến hành các tính toán dộng học, động lực học và tính toán thiết kế nhằm định ra các kích thước gần đúng của chi tiết máy thoả mãn các chỉ tiêu chủ yếu về khả nãng làm việc của chúng, trẽn cơ sở đó kết hợp với các yêu cầu về tiêu chuẩn hoá, lắp ghép, công nghệ và các yêu cầu cụ thể khác để xác định lần cuối kích thước của chi tiết máy, bộ phận máy và toàn máy.
- Lập thuyết minh, hướng dẫn sử dung, báo dưỡng và sửa chữa máy. 30
Câu hỏi vả bài tập:
1/ Trinh bấy các loại tải trọng và ứng suất tác dụng trong chi tiết máy. Lấy ví dụ minh hoạ. 2/ Phân tích tác dụng, hậu quả và phương pháp tính đảm bảo các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của chi tiết máy.
3/ Phân biệt giới hạn mỏi dài hạn và giới hạn mỏi ngắn hạn.
4/ Có những yếu tô’ nào chi phối việc chọn vật liệu chế tạo chi tiết máy. • 5/ Chọn ứng suất giới hạn khi chi tiết máy chịu tải trọng thay đổi ổn định và không ổn định.
31
Chương 2
CÁC CHI TIẾT MÁY GHÉP
- Trình bầy được cấu tạo, ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng các mối ghép bằng độ dôi, mối ghép hàn, mối ghép then và môi ghép ren. - Phân tích được tình hình làm việc, biết lựa c họn đ ể sử dụng hợp lý trong thực t ế sửa chữa và lắp rúp.
- Tính toán, thiết k ế và kiểm tra được các loại mối g h é p thông thường.
I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CÁC CHI TIẾT GHÉP NỐI 1. Đ ịnh n g h ĩa: Các liên kết cô' định được gọi là các mối ghép. Các liên kết cố định được sử dụng do sự cần thiết đon giản hóa việc chế tạo, giảm nhẹ lắp ráp, sửa chữa và vận chuyển.
2. Phân loại m ối gh ép
2.1. Môi ghép tháo được: Có thể tháo rời nhau mà các chi tiết máy ghép không bj phá hủy, như mối ghép ren, then, then hoa.
2.2. Mói ghép không tháo rời được: Không thê tháo rời nhau mà không làm hư hỏng một phần hoặc hoàn toàn các chi tiết máy ghép, như mối ghép hàn, ghép bằng độ dôi
II. GHÉP BẰNG ĐỘ DÔI
1. Khái niệm ch u ng
1.1. Định nghĩa
Mỏi ghép băng độ dôi là mối ghép gồm có chi tiết bao (M oayơ) bao lấy chi tiết bị bao (Trục), đường kính chung của bề mặt tiếp xúc có trị số d, giữa hai bề mặt tiếp xúc có áp suất p.
32
Muốn ghép bằng độ dôi thì đường kính trục phải lớn hơn đường kính lỗ và chênh lệch ô giữa đường kính truc d„ và đường kính lổ dA gọi là độ dôi ô
8 = dB - dA
Sau khi ghép, do biến dạng đàn hồi và dẻo, đường kính chung của bề mặt tiếp xúc có trị số d. Lúc này trên bề mặt tiếp xúc có áp suất p. Nhờ đó, khi các chi tiết máy chịu tác dụng của ngoại lực (Mômen xoắn hoặc lực dọc trục) có xu hướng làm chúng trượt lên nhau, giữa bề mặt tiếp xúc sẽ sinh ra lực ma sát để cản lại. Như vậy, nhờ ma sát các chi tiết máy không di động tương đối với nhau và có thể truyền được mômen xoắn hoặc lực dọc trục từ chi tiết máy này sang chi tiết máy khác. Ngoài ra mối ghép có thể chịu được mômen uốn.
Ghép bàng độ dôi thường được dùng để ghép các chi tiết máy có bề mật tiếp xúc là mặt trụ tròn, có khi cũng được dùng đế ghép các chi tiết máy có bề mặt hình lãng trụ hoặc hình khác.
1.2Ệ Các phương pháp láp
Đê’ lắp ghép bàng độ dôi, có thể dùng một trong các phương pháp: Ép nguội, ép nóng hoặc ép lạnh.
1.2.1. Phương pháp ép nguội: Là dùng lực đê ép chi tiết máy bị bao (trục) vào trong lỗ của chi tiết bao (moay ơ). Phương pháp này khá thông dụng vì được thực hiện ở nhiệt độ bình thường và không phức tạp. Thường dùng máy ép thuỷ lực, máy ép vít.v.v. . dơn giản nhất có thế dùng búa đóng (nên tránh dùng).
Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là san bằng một phần những chỗ nhấp nhô của bề mặt tiếp xúc, khiến độ dôi bị giảm, do đó làm giảm khả năng làm việc của mối ghép. Ngoài ra lắp bằng phương pháp này có thể làm cho các chi tiết máy được ghép bị biến dạng không đều và mặt đẩu của chúng bị hư hỏng.
Đê lắp ép được dẻ dàng và bớt làm hỏng đầu trục cũng như mép lỗ, nên vát đầu trục và mép lỗ.
i.GTCSTKM-A33
1.2.2. Phương pháp nung nóng: Khi lắp, dem nung nóng chi tiết máy bao để lỗ của nó nờ to ra. Đôi với các chi tiết máy có chiéu dài lớn hơn nhiéu so với đường kính, dùng phương pháp này tiện hon phương pháp ép. Tuy nhiên cẩn chú ý giới hạn nhiệt độ nung để tránh cho chi tiết máy khòi bị ram, làm thay đổi cấu trúc kim loại hoặc làm cháy lớp ngoài của chi tiết máy. Cần đé phòng chi tiết máy bị vênh do phải nung nóng.
1.2.3. Phương pháp làm lạnh: Chi tiết máy bị bao được làm lạnh, tiết diện co lại và lắp vào lỗ cùa chi tiết máy bao. Có thể dùng axít Cácbôníc rắn (độ sôi -79°) hoặc không khí lòng ( độ sôi -196°) đế làm lạnh. Phương pháp này dùng thích hợp đối với các chi tiết máy có kích ihước nhó.
Khả nâng làm việc của mối ghép lắp bằng phương pháp nung nóng hoặc làm lạnh có thể tăng gấp rưỡi hoặc hơn nữa. so với lắp bằng phương pháp ép nguội. Dùng các phương pháp này cẩn xác định nhiệt độ nung nóng hoặc làm lạnh để có thể lắp được dễ dàng.
Chênh lệch nhiệt độ cần thiết (để lắp bằng nung nóng hoặc làm lạnh) giữa các chi tiết máy ghép được tính theo hệ thức.
ổ + ổ 1
Á I = - ° .10 - (°C) (2-1)
a .d
Trong đó:
At - chênh lệch nhiệt độ giữa chi tiết máy bao và chi tiết máy bị bao, °c. d - đường kính danh nghĩa của mối ehép, mm.
ômax - độ dôi lớn nhất của kiểu lắp đã chọn. |am.
ỗ0 - khe hờ cần thiết để lắp được dễ dàng, thường lấy bằng khe hờ nhò nhất
của kiểu lắp lóng ỈỈJ- , um.
g(>
a - hệ số nở dài vì nhiệt (đối với thép a a 12.10'6m m /m m .°c, đối với gang a « 10,5.10 l’mm/mm.°C )
1.3. Ưu, nhược điếm và phạm vi sử dung
1.3.1. Ưu điểm
- Chịu được tải trọng lớn và tải trọng va đập.
- Bảo đảm được độ đổng tâm của các chi tiết máy ghép (cho nên được dùng trong các mối shép các chi tiết máy quay nhanh).
- Kết cấu và chế tạo đơn giản, giá thành hạ.
34
1.3.2. Nhược điểm
- Lắp và tháo phức tạp, có thể làm hư hỏng bé mật lắp ghép khi tháo. - Khả nãng truyền lực của mối ghép không xác định được chính xác vì phụ thuộc vào độ dôi và hệ số ma sát, hai yếu tố này thay đổi trong phạm vi khá rộng - độ dôi thay đổi trong khoảng dung sai cúa kiểu lắp, còn hệ số ma sát thì phụ thuộc vào phương pháp lắp, độ nhám bề mật, sự bôi trơn lúc ép v.v... 1.3.3. Phạm vi ứng dụng: Trình độ kỹ thuật càng phát triển, độ chính xác chế tạo các chi tiết máy được nâng cao, do đó ghép bằng độ dôi ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các ngành chế tạo cơ khí. Ghép bằng độ dôi được dùng để ghép các bánh răng, vôlãng, ổ lãn, đĩa tuabin, v.v. . với trục hoặc ghép các phần của trục khuỷu, các phần của bánh vít, v.v... với nhau.
2. Tính mối gh ép bằng dộ dôi
Tính toán độ bển mối ghép nhằm mục đích chọn được kiểu lắp đảm bảo cho mối ghép có thể chịu được tải trọng đã cho mà các chi tiết máy được ghép không bị di dộng tương đối với nhau. Tuy nhiên, cũng có kiểu lắp đã tìm được không thoả mãn điều kiện bền của các chi tiết máy được ghép vì độ dôi quá lớn làm chúng bị hỏng hoặc gây biến dạng quá nhiều, có tác hại đối với sự làm việc bình thường của chúng.
Vì vậy, trong tính toán mối ghép cần xét đến khá năng chịu tải của mối ghép (đảm bảo không ró sự di động tương đối) cũng như điều kiện bền của môi ghép. 2.1Ể Tính áp suất và độ dôi cần thiết
Muốn chọn được kiểu lắp thích hợp ta phải tính độ dôi cần thiết nhằm đảm bảo điều kiện bền của mối ghép. Độ dôi cần thiết được quyết định bởi áp suất cần có trên bể mặt lắp ghép đế sao cho lực ma sát sinh ra thắng được ngoại lực tác dụng. 2.1.1. Tính áp suất cần thiết
m m m , T
/=- r=» ) ) f=~
- Trường hợp mối ghép chịu lực dọc trục F (hình 2-2a) ta có điều kiện: n.F < fp n .d .l
do đó: (2-2)
Trong công thức:
p - áp suất cần thiết.
f - hệ số ma sát.
n - hệ số an toàn, tuỳ theo mức độ quan trọng của mối ghép, có .thể lấy n = 1,2-5-2;
d và 1 - đường kính và chiều dài của mối ghép.
- Trường hợp mối ghép chịu mômen xoắn T (hình 2-2b)
n.T < f . p . — n.d.l
2
2nT
Do đó: p > (2-3) n . f .d .1
- Trường hợp mối ghép vừa chịu lực dọc trục F vừa chịu mômen xoắn T (Hình 2-2c)
Hoặc: (2-4)
Đối với các chi tiết máy quay nhanh, lực /v tâm có th ể lùm áp suất trên bề mặt lắp ghép bị giảm đi một lượng đáng kể. Do đó cần tăng thêm áp suất tính to á n m ộ t tr ị s ố b ằ n g ứ n g s u ấ t k éo d o lự c ly tâ m g â y n ên tạ i b ê mặt lỗ.
Trong tính toán thực tế, hệ số ma sát f của các chi tiết máy bằng gang và Ihép có thể lấy như sau:
- Với Thép/Thép: f = (0,1 -K),l 2);
- Với Thép/Gang: f = (0.075h-0,08);
- Với gane/Đổng: f = (0.07^-0,075)
Số nhỏ trong trường hợp lắp ép nguội, sô lớn cho trường hợp ép nhiệt. 36
2.1.2. Tính độ dói
Sau khi tính được áp suất cần thiết, ta xác định độ dôi. Theo lý thuyết tính toán ống dày trình bày trong giáo trình “Sức bền vật liệu” giữa áp suất sinh ra trên bể mặt tiếp xúc của các chi tiết máy và độ dôi (hình 2-3) có hệ thức:
p = -£ l +£x £, E 2
hoặc ổ = p.d £ l + £ l(2-5)
Trong đó: ô - độ dôi tính toán.
^ d 2 + d?
C ' ~ 72 ; d 2 - d ỉ
c , = dí * - d -
d ị - d 2+ /^2
d - đường kính lắp ghép (đường kính
danh nghĩa) Hình 2-3 d, - đường kính lỗ của chi tiết máy bị
bao (trường hợp trục đặc d, = 0)
d2 - dường kính ngoài của chi tiết máy bao (mayơ)
E| và E2, ịj.| và f0.2 - môđun đàn hồi và hệ số Poát xông của chi tiết máy bị bao và chi tiết máy bao.
Đối với thép: E » (21-ỉ-22)104 MPa; n = 0,3.
Đối với đồng: E a (8-8,5) 104 MPa; n = 0,32.
Đối với gang: Gang đúc có ơ bk < 200MPa, lấy E as (7,5+10,5)104 MPa; Gang rèn lấy E « (9-rl5)104 MPa; n = 0,25.
Trong công thức (2-5): ỗ và d được tính bằng mm, p và E„ E, tính bằng MPa Vì khi lắp ép những đính nhấp nhô bề mặt bị san bằng một phần, cho nên độ dôi thực (độ dôi làm việc) trở nên nhỏ hơn độ dôi ban đầu, đo khi chưa ép. Để bù vào đó, phải thêm vào độ dôi tính toán [theo công thức (2-5) một lượng bằng phần bị san bằng. Vậy độ dôi cần thiết 5t trước khi lắp là:
5C = 5 + 1,2(RZ| + Rz2).
Trong đó, RZ| và Rz2 - chiều cao các đỉnh nhấp nhô lớn trên bề mặt lắp ghép, tra theo các bảng độ nhám bề mặt gia công.
37
- Nếu các chi tiết máy được ghép bằng những vặt liệu có hệ số dân nò nhiệt a khác nhau và sẽ phái làm việc ở nhiệt độ khác nhiều so với nhiệt độ bình thường. Cần chú ý hiệu chỉnh lại độ dôi cẩn thiết một lượng u,: ơ, = [(a, - a 2it'p-t)\i
Trong đó: (1 | và ct2 là hệ số dãn nở vì nhiệt của chi tiết bị bao và chi tiết bao; t - là nhiệt độ làm việc của chung của hai chi tiết, t - là nhiệt độ bình thường trong phòng.
Do đó: ôc = 8 + 1,2(RZ| + R ^) + u, (2-6) Theo 5C tra bảng dung sai lắp ghép, chọn kiếu lắp sao cho có độ dôi nhỏ nhất bằng hoặc lốn hơn ôc một ít.
2.2. Kiểm tra độ bền và biến dạng cua chi tiết máy
Sau khi chọn xong kiểu lắp (theo tiêu chuẩn), khả năng chịu tải của mối ghép đã được đảm bảo. Tuy nhiên, như đã nói ở trên, cần kiểm tra xem với độ dôi của kiểu lắp đã chọn, ứng suất và biến dạng sinh ra trong chi tiết máy có lớn quá không, hay nói cách khác mối ghép có đú bền không.
Tính toán phải căn cứ vào độ dôi kiểm tra ỗ„ bằng độ dôi lớn nhất ỗmax cùa kiểu lắp (không căn cứ vào độ dôi cần thiết ỗc) được giảm bớt một lượng do san bẳng các đỉnh nhấp nhò.
ổ , = S „ - l X * z ,+ * n ) (2-7)
Theo 8, ta xác định áp suất sinh ra trono, mối ghép theo công thức (2-5), sau đó kiểm tra độ bền cho từng chi tiết.
- Đối với chi tiết máy bao (mayơ)
p ^ ƠM d;\~ ,2 2 (2-8) 2(Ấ1
Trong đó ơ chT - giới hạn chảy của vật liệu chi tiết máy bao.
- Đối với chi tiết máy bị bao (trục)
d - d ỉ
p s ơ«*, — r ^ r - (2-9) 2 d
Như vậy, để đảm bảo các chi tiết máy không bị biến dạng dẻo, áp suất p phải thoả mãn các điểu kiện (2-8) và (2-9).
Đối với một sô' chi tiết máy được lắp ghép, ví dụ như ổ làn, độ dôi được giới hạn bời sự thay đổi kích thước đường kính của bé mặt tự do (không lắp
38
ghép). Nếu độ dôi quá lớn, vòng trong và vòng ngoài của ổ lãn bị biến dạng nhiều (mặc dầu vẫn ở phạm vi đàn hồi) khiến cho khe hở hướng tàm giữa con lăn và các vòng bi giảm xuống nhiều, thậm chí có thể gây nên hiện tượng kẹt con lãn. Do đó cẩn kiếm tra lượng tăng đường kính ngoài của chi tiết máy bao cũng như lượng giảm đường kính trong của chi tiết máy bị bao.
Trong phạm vi biến dạng đàn hổi, theo định luật Húc ta có công thức xác định lượng giảm đường kính trong Ad| cúa chi tiết máy bị bao.
2p
ơdị - dị
c" 2 dị200 214.482 -172,112
2.214,48’35,61 M Pa> p = 1 \,8MPa
41
Đối với thân bánh vít bằng gang ta lấy ơch= ơ bk= 118MPa
d 2 - d 2 I 7 ? 1 1 2 - 4 S 2
ơ íM 2 ' = 118 ' ---- — = 54,97 MPa > p = 1 l&MPa
2 d] 2.172,112 F
Như vậy cả hai chi tiết đều chịu được áp suất lớn hơn áp suất do mối ghép sinh ra, mối ghép đảm bảo độ bền.
III. GHÉP BẰNG HÀN
1. Khái niệm ch u n g
1.1. Khái niệm về hàn: Hàn là phương pháp công nghệ nối các chi tiết máy bằng kim loại (Hoặc phi kim loại) với nhau bằng cách nung nóng kim loại đến trạng thái nóng chảy hoăc dẻo. Sau đó kim loại hoá rắn hoặc thông qua có lực ép, chỗ nối tạo thành mối liên kết bền vững gọi là mối hàn
1.2. Các loại mối ghép hàn
Mối ghép bằng hàn có nhiều ưu điểm nên được dùng ngày càng rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Có nhiều phương pháp hàn và có thể phân loại chúng theo nhiều cách.
1.2.1. Theo trạng thái hàn: Có thê chia ra làm hai nhóm phương pháp hàn: Hàn nóng cháy và hàn áp lực.
Hàn nóng chảy
Đối với phương pháp hàn nóng chảy yêu cầu nguồn nhiệt có công suất đú lớn (Ngọn lửa Ôxy - axêtylen, hổ quang điện, ngọn lửa Plasm a v.v...) đảm bào nung nóng cục bộ phần kim loại ớ mép hàn của vật liệu cơ bản và que hàn tới nhiệt độ nóng chảy. Khi hàn nóng chảy, các khí xung quanh nguồn nhiệt có ảnh hướng rất lớn đến quá trình luyện kim và hình thành mối hàn. Do đó để điều chinh quá trình hàn theo chiều hướng tốt thì phải dùng các biện pháp công nghệ nhất định: Dùng thuốc bảo vệ, khí bảo vệ hoặc hàn trong chân không v.v...
Trong nhóm hàn này, ta thường gặp các phương pháp hàn khí, hàn hồ quang tay, hàn tự động và bán tự động dưới lớp thuốc, hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ, hàn điện xỉ, hàn plasma v.v... ngoài ra có thể kể đến hàn vẩy, mối ghép bằng hàn vẩy, không nung chảy kim loại được ghép mà chỉ nung chày vật liệu hàn.
42
H àn áp lực
Hàn áp lực thường gặp ỏ dưới các dạng sau:
- Hàn dưới tác dụng của nguồn nhiệt và áp lực. Với phương pháp này, phạm vi nguồn nhiệt tác động để hàn rất lớn. Bằng nguồn nhiệt này, ờ một sô' phương pháp hàn, kim loại cơ bán bị nung nóng đến nhiệt độ bắt đầu chảy, như hàn điểm, hàn đường. Ở một số phương pháp khác kim loại cơ bản chỉ đạt đến trạng thái dẻo, như hàn tiếp xúc điện trở, hàn khuếch tán, kim loại hoàn toàn không chảy, mà sự liên kết hàn xảy ra do khuếch tán ở trạng thái rắn có sự tác dụng của nhiệt và áp lực.
- Hàn dưới tác dụng của áp lực. ở phương pháp này, sự liên kết hàn chỉ do tác dụng của lực mà hoàn toàn không có nguồn nhiệt cung cấp như hàn nguội, hàn nổ, hàn siêu âm.
1.2.2. Theo công dụng: Có thê chia mối ghép bằng hàn ra làm hai loại - Mối ghép hàn chắc.
- Mối ghép hàn chắc kín
1.2.3. Theo vị t.1 tương đối giữa các chi tiết ghép: Ta có các kiểu mối hàn sau: - Mối ghép hàn giáp mối - hay đối đầu (hình 2-5).
- Mối ghép hàn chồng (hình 2-6a).
- Mối ghép hàn góc (hình 2-8).
- Mối ghép hàn chữ T (hình 2-7).
a/ Ngang; b/ Xiên; (■/ Tiết diện môi hàn
43
L=2in
c)
1■ 111111111111
t n r m r a ri
p
a)
— 2 2
5*= t ỉ p
11
L~ fmTTTTTTTrn H
L = 2 /ơ + /„
Hình 2.6: Mối ghép hàn chồng,
ul Ngang ; bỉ Dọc ; (•/ Hỗn hợp ; d/ Tiết diện ngang của m ôi hàn
b) c)
ị p p<0p
V /t Z 2 - ~
Hình 2.7: Mối ghép hùn chữ T
¿ạzzzzzzzzzzzi
&
Hình 2-8: Môi ghép hùn góc
1.2.4. Theo phương chiếu của đường hàn so với phương chiều của lục tác dụng
- Mối ghép hàn ngang (hình 2-5a).
- Mối ghép hàn xiên (hình 2-5b).
- Mối ghép hàn dọc (hình 2-6b).
- Mối ghép hàn hỗn hợp (hình 2-6c).
1.3. Hàn điện hồ quang
Trong các phương pháp hàn, thông dụng nhất là hàn điện hổ quang. Hàn điện hổ quang có thê tiến hành bằng tay hoặc tự động. Hàn tự động, nhất là hàn tự động dưới lớp thuốc hàn nóng chảy đạt được năng suất cao, đỡ tốn vật liệu que hàn, bảo đảm mối hàn được đồng nhất, có cơ tính cao và không bị phụ thuộc vào trình độ kỹ thuật của công nhân hàn.
Có hai phương pháp hàn điện hồ quang, tuỳ theo loại điện cực được dùng. - Hàn bằng điện cực không chảy: Than Grafit, Vönfram.
- Hàn bằng điện cực chảy: Que kim loại (Que hàn).
Như vậy, hổ quang điện khi hàn là hổ quang trực tiếp giữa que hàn và vật hàn hoặc là hồ quang giữa hai điện cực than và để sát chi tiết được hàn, kim loại nóng cháy dưới tác động gián tiếp của hồ quang.
Để giữ cho kim loại không bị ôxy hoá và hồ quang được ổn định, ờ ngoài que hàn quét một lớp thuốc hàn, mỏng hoặc dày.
ớ nước ta sử dụng rất nhiều loại que hàn của các nước khác nhau: N46, N50 của Việt Nam; J421 của Trung Quốc; TB32, LB26, RB-26 của Nhặt, ngoài ra còn dùng của một số nước như Pháp, Hà lan, Thuỵ Điển v.v... (Tham khảo thêm ở phần phụ lục)
Ngoài việc dùng lớp thuốc bọc điện cực, thuốc trợ dung còn có cách bảo vệ mối hàn khỏi bị ôxy hoá và nitơ hoá bằng cách dùng dòng khí bảo vệ, đẩy không khí ra khỏi môi trường hồ quang và ngăn cho kim loại nóng chảy không tiếp xúc trực tiếp với không khí.
- Hàn MAG: Hàn trong môi trường khí c o , với dây hàn nóng chảy. - Hàn MIG: Hàn trong môi trường khí Acgon với điện cực chảy. - Hàn TIG: Hàn trong môi trường khí Acgon với điện cực không chảy.
45
1.4. ưu, nhược điểm cùa mối ghép bằng hàn
Ghép bằng hàn có những ưu, nhược điểm sau:
- Kết cấu ghép bằng hàn có khối lượng nhỏ hơn so với ghép bàng ren hay đinh tán; so với kết cấu đúc, chiều dày tối thiểu ở kết cấu hàn nhỏ hơn, cơ tính của vật liệu được hàn cao hơn vật liệu đúc.
- Dùng các kết cấu hàn tiết kiệm được khoảng 15 -ỉ- 20% kim loại so với kết cấu dùng bulông hoặc đinh tán và khoảng 30h-50% so với kết cấu đúc. - Tiết kiệm được công sức, giám được giá thành vì không phải gia công cơ. Công nghệ hàn dễ tự động hoá, có năng suất cao.
- Dùng hàn dễ đảm bảo điều kiện độ bển đều, nguyên liệu được sử dụng hợp lý. - Dùng hàn có thê phục hổi các chi tiết máy bị gãy hỏng một phần hoặc bị mài mòn.
- Nhược điểm của ghép bằng hàn là chất lượng mối hàn phụ thuộc rất nhiêu vào trình độ của cổng nhân hàn và khó kiểm tra những khuyết tật bên trong mối hàn, nếu không có thiết bị đặc biệt. Tuy nhiên dùng phương pháp hàn tự động có thế khắc phục nhược điểm này.
2. Kết cấu môi hàn và cách tính độ bền
Có thể có hai trường hợp tính toán mối hàn.
- Căn cứ theo tải trọng ngoài để tìm ra chiều dài hàn cần thiết, từ đó thiết kế kết cấu hàn. Khi thiết kế, phải xuất phát từ điều kiện độ bền đều giữa mối hàn và các thành phán được ghép.
- Căn cứ theo kết cấu đế dịnh kích thước mối hàn rồi kiểm nghiệm độ bển. 2.1ễ Mõi hàn giáp mỏi
Mối hàn giáp mối rất được thông dụng vì nó đơn giản và bảo đảm hơn các loại mối hàn khác. Tuỳ theo bể dày của các thành phần ghép có thể hàn theo các phương án được trình bày trên hình 2-5. .
Đối với các thành phần được hàn có bề dày trung bình hoặc lớn hơn, cần phải vát mép để có ihế hàn thấu. Khi hàn tự động dưới lớp thuốc hàn, chiều dày lớn nhất của các tấm không cần gia công mép có thể tăng gấp đõi so với hàn tay. Còn góc vát mép có thể giảm xuống còn khoảng 30+35° (hình 2-5 trình bày các mối hàn bàng tay).
Mối hàn giáp mối khi chịu ngoại lực có thể bị phá hỏng theo mối hàn tại tiết diện chỗ miệng hàn hoặc tại tiết diện ké bên miệng hàn.
46
- Trường hợp mối hàn chịu lực kéo F tác dụng, trong mật phẳng các tâm ghép (Hình 2-5).
Giả thiết rằng các lực phân bố đểu trên suốt chiều dài mối hàn và ứng suất phần bố đều trên tiết diện nguy hiểm. Ta có diều kiện bền:
< H (2- 12)
b và s - chiểu rộng và bề dày của tấm ghép.
[ơ-] - ứng suất kéo (hoặc nén) cho phép của mối ghép.
- Trường hợp mối hàn chịu lực mômen uốn M trong mặt phảng của các tấm ghép:
6 MH (2-13)
M - mômen uốn.
- Trường hợp mối hàn chịu lực kéo (nén) và mômen trong mặt phẳng cùa các tấm ghép:
(2-14)
Tỷ số giữa ứng suất cho phép của mối hàn với ứng suất cho phép của kim loại tấm ghép được gọi là hộ số độ bền (p của mối hàn
3mm
- Mối hàn điểm thường được dùng ghép và được tính theo độ bền cắt
Hình 2-11
để chịu tải trọng tác dụng trong mặt
r = T ~ S - w (2-24)
i j t a 4
Trong đó: F - Là lực tác dụng; i - Là sô' tiết diện chịu cắt; d - đường kính điểm hàn.
50
2.5. Mỏi hàn rành
X _ J j
3 —*-,
b)
Hình 2-12
- Trường hợp mối hàn dọc như hình 2-12a:
F
a lr + ữ ,lk 2 ld[rí (2-25)
- Trường hợp mối hàn ngang như hình 2-12b: r — — [r ] (2-26)
IV. GHÉP BẰNG THEN, THEN HOA
Ghép bằng then và ghép bằng then hoa lằ loại ghép tháo được, được dùng rất phổ biến để ghép các chi tiết máy có dạng trục và moay-ơ, như ghép các bánh răng, bánh đai, đĩa xích v.v... với trục.
1. G hép bằng then
1.1. Ưu, nhược điểm cứa mối ghép then - Phán loại
1 .1 .1 . ư u , n h ư ợ c đ iể m c h u n g
- Ghép bằng then thuộc loại tháo được, được dùng rộng rãi vì cấu tạo đơn giản và chắc chắn, dễ tháo lắp, giá thành rẻ v.v...
- Nhược điểm chung của ghép bằng then là phải làm rãnh trên trục cho nên làm yếu trục (vì diện tích tiết diện bị giảm và sinh tập trung ứng suất). Trục bị gãy thường vì ứng suất tập trung chỗ rãnh then quá lớn.
51
- Nhược điểm nữa là khó bảo đảm tiết máy lắp ghép được chính xác và không thể dùng một then mà có thể truyền được mômen xoắn lớn. Then là một loại tiết máy được tiêu chuẩn hóa. Vật liệu then phần lớn là thép có giới hạn bền 500-600 MPa, thí dụ thép CT5, CT6, C40, C45 v.v... 1.1.2. Phán loại
Có thể chia then ra làm hai loại lớn:
- Then ghép lỏng: Then bằng, then dẫn hưóng và then bán nguyệt, tạo thành mối ghép lỏng.
- Then ghép căng: Then ma sát, then vát v.v..., tạo thành mối ghép căng. a) Then ghép lỏng:
Then bằng có tiết diện là hình chữ
nhật (hình 2-13), tỉ sô' chiều cao trên
chiều rộng từ 1:1 (dùng cho trục có
đường kính nhỏ) đến 1:2 (dùng cho trục
lớn). Hai mút của then đaợc gọt bằng
hoặc gọt tròn. Then được chế tạo bằng
thép kéo. Mặt làm việc của then là hai
mặt bên. Trong mối ghép then bằng có
khe hở hướng tâm.
Tiêu chuẩn quy định hai kiểu ghép tùy theo chiểu sâu của rãnh trên trục và rãnh trên moay-ơ.
Hình 2-13
- Kiểu I: Đối vối moay-ơ bằng gang và bằng những vật liệu có độ bền kém hơn vật liệu trục. (Kiểu I có rãnh trên moayơ sàu hơn, so với kiểu II). - Kiểu II: Các trường hợp khác
Thông thường dùng một then bằng, nhưng đôi khi ở những kết cấu chịu tải trọng lớn, người ta dùng hai hoặc ba then. Hai then thường đặt dưới một góc 180°, nếu ba then thì đạt dưới một góc 120°.
Nhượe điểm của then bằng là khó bảo đảm tính đổi lẫn; đối với những mối ghép quan trọng cần phải sửa chữa hoặc chọn then, như vậy hạn chế việc sử dụng trong sản xuất hàng loạt.
Then bằng không thể truyền lực theo dọc trục, nếu cần truyền phải dùng các phương pháp khác.
52
Then bảng dẫn hướng có hình dạng như then bằng, được dùng trong trường hợp cẩn di động tiết máy dọc theo trục (thí dụ trong các hộp giảm tốc v.v...). Then được bất vít vào trục (Hình 2-14).
Khả năng tải của then bằng dẫn hướng kém hơn then hoa, do đó hiện nay ít dùng.
Hình 2-23
a) Bu lông; b) Vit cấy c)V ít
Ghép bằng ren được dùng rất nhiều trong các ngành chế tạo máy. Các tiết máy có ren chiếm trên 60% tổng số chi tiết trong các máy hiện đại. Mối ghép ren cũng được dùng nhiều trong các dàn cần trục và các kết cấu thép dùng trong việc xây dựng.
1Ệ2. Ưu, nhược điềm
a. Ưu điểm: Sờ đĩ mối ghép bằng ren được dùng nhiều vì có những ưu điểm như: cấu tạo đơn giản; có thể cố định các tiết máy ở bất kỳ vị trí nào (nhờ khả năng tự hãm); dễ tháo lắp, giá thành tương dối hạ (vì được tiêu chuẩn hóa và chế tạo sẩn bằng các phương pháp có năng suầt cao).
b. Nhược điểm: Nhược điểm chủ yếu của mối ghép ren là có tập trung ứng suất tại chân ren, do đó làm giảm độ bền mỏi của mối ghép.
2. Ren
2.1. Phàn loại
a. Theo mặt cơ sờ hình thành ren: Ren được tạo thành trên cơ sờ đường xoắn ốc trụ hoặc xoắn ốc côn. Nếu đường xoắn ốc nằm trên mặt cơ sờ là mặt trụ, ta có ren trên hình trụ, gọi tắt là ren hình trạ; nếu đường xoắn ốc nằm trên mặ! côn, ta có ren trên hình côn, gọi tắt là ren hình côn. Ren hình trụ được dùng phổ biến hơn cả. Ren hình côn thường chỉ dùng để ghép kín các ống, các bình dầu, nút dầu v.v...
b. Theo chiều cùa đường xoắn ốc: Có ren phải và ren trái Ren phải đi lên về phía phải, còn ren trái đi lên về phía trái.
60
c. Theo số đẩu mối đường xoắn ốc: Có các loại ren một mối, ren hai mối, ba mối v.v... Ren một mối được dùng nhiều hơn cả. Tất cả các ren dùng trong lắp ghép là ren m ột mối.
d. Theo công dụng và theo hình dạng tiêt diện:
- Ren ghép chặt, dùng để ghép chặt các tiết máy lại với nhau. Ren ghép chặt gổm các loại ren: ren hệ mét (hình 2-24), ren ống (hình 2-25), ren tròn (hình 2-26); ren vít gổ (hình 2-27).
- Ren truyền động và chịu tải (trong vít nâng và vít cái...), dùng để truyền chuyển động hoặc để điều chinh. Ren của cơ cấu vít có các loại: ren vuông (hình 2-28), ren hình thang cán (hình 2-29), ren hình răng cưa (hoặc hình thang không càn) (hình 2-30).
Đối với ren ghép chặt, yêu cầu chủ yếu là phải có độ bền cao, ma sát lớn để giữ cho mối ghép không tự lỏng ra.
Ren truyền động cần có hiệu suất cao và bền mòn, cho nên yêu cầu trị số tổn thất do ma sát phải nhỏ.
Ren tam giác là loại ren chủ yếu dùng để ghép chặt, còn ren vuông hoặc ren hình thang được dùng trong các cơ cấu vít.
2.2. Các thông sô hình học chủ yếu của ren
Ren (hình trụ) dược đặc trưng bởi các thông sô' hình học chủ yếu sau đây (hình 2-24)
d- dường kính ngoài của ren, là
đường kính hình trụ bao đỉnh ren
ngoài (bulông, vít): đường kính này là
đường kính danh nghĩa của ren;
d| - đường kính trong cùa ren, là
đường kính hình trụ bao đỉnh ren
trong;
d2 - dường kính trung bình, là
đường kính hình trụ phàn đôi tiết diện
ren, trên đó chiều rộng ren bằng chiều
rộng rãnh. Đôi với các ren tam giác có đường kính trong và đường kính ngoài
Hình 2-24
cách đều đỉnh tam giác của ren và rãnh ren, và đối với ren vuông. 61
d2 = (d + d|)/2;
h - chiểu cao tiết diện làm việc của ren;
p - bước ren, là khoảng cách giữa hai mặt song song của hai ren kẻ nhau, đo theo phương dọc trục bulông hay vít:
Px - bưốc đường xoắn ốc, đối với ren môt mối p = p, đối với ren có n mối p, = nP;
a - góc tiết diện ren;
Ỵ - góc nâng cùa ren, là góc làm bởi tiếp tuyến của đường xoắn ốc (trên hình trụ trung bình) với mặt phẳng vuông góc với trục của ren:
tgy = p,/rcd2 (2-31 )
Các thông số hình học và dung sai kích thước của phẩn lớn các loại ren đã được tiêu chuẩn hóa và có thể tra cứu trong các sổ tay kỹ thuật. 2.3. Các loại ren tiêu chuấn thóng dụng
a. Ren hệ mét (hình 2-24) có tiết diện là tam giác đều, góc ờ đỉnh a = 60°. Tất cả các kích thước của ren được đo bằng mm.
Ren hệ mét được chia ra làm hai loại: ren hệ mét bước lớn và ren hệ mét bước nhỏ, các kích thước đã được tiêu chuẩn hóa.
Ký hiệu của ren hệ mét bước lớn là M, tiếp sau là trị sô' đường kính, như M14, còn đôi với ren bước nhỏ thì ghi thêm trị số của bước ren nhỏ, như: Ren bước nhỏ hệ mét, đường kính 14mm, bước ren 0,75, ký hiệu là M14 X 0,75. Bước ren giảm nên chiểu sâu rãnh ren (hình 2-25)
và góc nâng cùa ren cũng giảm bớt - xem công thức
(2-31).
Như vậy với cùng đường kính ngoài, đường kính
trong d, của ren bước nhỏ lớn hơn so với đường kính
trong của bước ren lớn, do đó sức bển của thân bulông >
(vít) cũng tăng lên. Góc nâng X giảm sẽ làm tăng khả
năng tự hãm của ren, đề phòng được sự tự nới lỏng của
mối ghép. H ình 2-25
Ren bước nhỏ ngày càng được dùng rộng rãi trong các tiết m áy chịu tải trọng va đập, các tiết máy nhỏ hoặc có vỏ mỏng (trong máy bay, máy chính xác, máy vô tuyến điện v.v...).
62
Tuy nhiên đối với ngành chế tạo máy, ren bước lớn vấn được dùng chủ yếu trong lấp ghép vì độ bển của ren ít chịu ảnh hưởng của những sai sót do chế tạo gây nên và cũng lâu hỏng vì mòn hơn ren bước nhỏ.
b. Ren hệ Anh
Có tiết diện hình tam giác cân, góc ở đỉnh a = 55°. Đường kính được đo bàng tấc Anh ( 1 inch = 25,4mm), bước ren được đặc trưng bởi số ren trên chiểu dài 1 tấc Anh. Chúng ta không dùng ren hệ Anh trong thiết kế các máy mới mà chỉ dùng khi thay thế các tiết máy của một số máy nhập.
c. Ren ống: Dùng để ghép kín các ống hình (2-26).
Ren ống có hình dạng kích thước theo ren hệ
Anh bước nhó (thành ống mỏng nên cẳn bước
ren nhỏ), tiết diện ren là tam giác cản có góc ở
đỉnh a = 55°, đính ren và chân ren làm lượn tròn,
khi lắp không có khe hở để bảo đảm kín. Đường
kính danh nghũt của ống là đường kính trong
của ống.
Ngoài ren ống hình trụ, còn dùng ren ống
hình côn, độ kín cao hơn vì lúc vặn chặt các đjnh
ren bị biến dạng dẻo. Tuy nhiên, ren ống hình
côn chế tạo đát hơn.
Hiện nay cũng đã dùng ren hệ mét bước nhỏ để ghép các ống. (1. Ren tròn
Được dùng chủ yếu trong các bulông, vít
chịu tải trọng va đập lớn hoặc trong các tiết t---------8.— J máy làm việc trong môi trường bấn và cần nối,
tháo luôn (vòi cứu hỏa, bộ phận nối toa v.v...)
như hình 2-27.
Ngoài ra, ren tròn được dùng trong các tiết
máy có vỏ mỏng (đui đèn, chuôi bóng đèn,
đuôi đèn pin, các mối nối của mặt nạ phòng Hình 2-27 độc v.v...) hoặc trong các vật phấm đúc bằng
gang hoặc chất dẻo.
63
e. Ren vít gổ
Dùng ghép gỗ hoặc các vật liệu có độ b
(hình 2-28), có tiết diện tam giác, chiểu rội
lớn hơn nhiều so với chiều dày ren, để đảm
bền đều (vẽ cắt) của ren vít thép và ren của
được bắt vít.
/. Ren vuông
Ren có tiết diện là hình vuông, a = 0,
nên hiệu suất cao. Trước kia loại ren này
(hình 2-29) được dùng nhiều trong các cơ
cấu vít, nhung hiện nay ít dùng và được
thay thế bằng ren hình thang vì khó chế
tạo, độ bển không cao, khó khắc phục khe
hở dọc trục sinh ra do mòn.Hình 2-29
g. Ren hìnlì thang
Có tiết diện là hình thang cân (hình 2-30a) hoặc hình thang không cân - ren hình răng cưa (hình 2-30b), có độ bền cao hơn ren vuông.
Hình 2-30
Ren hình thang cân (a = 30°) được dùng trong truyền động chịu tải theo hai chiều.
64
Ren răng cưa được dùng trong truyền động chịu tải một chiêu (trong kích vít, máy ép v.v...). Mặt chiu lưc có góc nghiển nhỏ (3°), làm giảm tôn thất vê ma sát.
3. C ác tiết m áy dùng trong môi gh ép ren
3.1. Bulỏng
a. Công dụng: Bulông (và đai ốc) được dùng để ghép các tiết máy: a) Có chiều dày không lớn lắm; b) Làm bằng vật liệu có độ bền thấp, nếu làm ren trên tiết máy. ren không đủ bền; c) Cần tháo lắp luôn.
b. Các loại bulông: Theo phương pháp và độ chính xác chế tạo, có ba loại bulông thô, nửa tinh và tinh.
- Bulông thô: Được chế tạo từ thép tròn, đầu được dập nguội, dập nóng hoặc rèn, ren được tiện hoặc cán lăn. Bulông thô dùng trong các mối ghép không quan trọng hoặc trong các kết cấu bằng gỗ.
- Bulông nửa tinh: Cũng được chế tạo như đối với bulông thô, ngoài ra có gia công thêm mặt tựa của đẩu bulông và các mặt mút của bulông. - Bulông tinh: Được chế tạo từ thép sáu cạnh, tất cả các phần đều được gia công cơ khí. Có hai loại bulông tinh: loại thông thường, lắp vào lỗ có khe hở và loại lắp vào lỗ không có khe hở, dường kính phần có ren nhỏ hon dường kính phần không có ren (hình 2-3 lb).
c. Kết cấu:
Là một thanh hình trụ tròn có ren để vặn đai ốc, đầu bulông có hình vuông, sáu cạnh (hình 2-31).
V- - - - - - -
_ _ _ _
b)
Hình 2-31. Các kiểu Bitlông
a) ỳ
Có nhiều kiểu đầu bulông, nhưng đầu có sáu cạnh là thường dùng hơn cả. Chỗ nối giữa mặt tựa của đầu với thân bulông phải có góc lượn để giảm tập trung ứng suất.
65
Đường kính phần không có ren của thân bulông lấy bằng dường kính ngoài d của ren. Để tãng thêm sức bền của bulông chịu tải trọng thay đổi theo chiều trục cua bulống, đường kính phần không có ren nên láy nhò bớt (hình 2 31c,d).
Mạt cuối của bulông là mặt côn hoặc chỏm cầu hoặc mặt trụ tròn (hình 2- 32), dùng nhiều hơn cả là mặt cuối hình côn,'mặt cuối hình chòm cầu khó chế tạo. Mặt cuối hình trụ tròn được dùng trong mối ghép không có khe hờ, khi tháo bulông có thể đóng trên mặt cuối.
Hình 2-32. Các loại m ặt m út cuối
Chiều dài của bulông được lấy theo kết cấu mối ghép.
Ngoài các bulông thông thường trên đây., trong thực tế còn dùng các loại bulông đặc biệt như bulông bệ, bulông chốt v.v...Các loại bulông đã được tiêu chuẩn hoá, có thê tra các kích thước và lựa chọn kết cấu bulông trong các sổ tay kỹ thuật.
3ề2. Vít
a. Công dụng: Vít được dùng trong trường hợp mối ghép không có chỗ để chứa đai ốc, cần giảm khối lượng mối ghép (nhưng tiết máy được ghép cần có đủ chiều dày đê làm lỗ ren), hoặc một trong các tiết máy được ghép khá dày.
khác với bulông ờ chỗ là đầu có ren không vặn vào đai ốc mà vặn trực tiếp vào lỗ ren cúa tiết máy được ghép (hình 2-23c).
b. Các loại vít:
Ngoài các vít dùng để ghép chặt, còn có các loại vít định vị, để cố định vị trí tương đối cùa các tiết máy và vít điểu chỉnh để điều chỉnh vị trí tiết máy. Vít vòng, thường gọi là bulông vòng, là biến thể của vít, đầu có hình vòng khuyên. Vít vòng được bắt vào vỏ máy, vỏ động cơ điện hoặc nắp hộp giảm tốc v.v... để vận chuyển hoặc lắp máy được thuận tiện.
66
c/ Kết cấu vít:
Đầu vít có rất nhiều kiểu: hình vuông, sáu cạnh (như bulông) hoặc có rãnh để vặn; rãnh có thê’ là rãnh thẳng hoặc rãnh chữ thập (hình 2-33) v.v...
3.2. Vít cấy
Ợ \ e f e )
1 1
Hình 2-33
Vít cấy là một thanh trụ tròn hai đầu có ren, một đầu vặn vào lỗ ren của một trong các tiết máy được ghép, đầu kia xuyền qua lỗ không có ren của tiết máy khác (đường kính lỗ không có ren lớn hờn đường kính vít cấv) và vặn với đai Ốc (hình 2-23b).
a. Công dụng:
Vít cấy được dùng trong trường hợp một trong các tiết máy được ghép quá dày (không dùng được bulông) lại cần tháo lắp luôn (dùng vít sẽ chóng hỏng lỗ ren). Khi tháo chỉ cần vặn đai ốc là có thể lấy rời các tiết máy. 3ẻ3. Đai ốc
Có nhiều kiểu khác nhau, nhưng dùng nhiều nhất là đai ốc sáu cạnh (hình 2-34). Úng với các loại bulông thô, nửa tinh và tinh cũng có các loại đai ốc thô, đai ốc nửa tinh và đai ốc tinh.
Ngoài loại đai ốc sáu cạnh trơn còn có đai ốc sáu cạnh xẻ rãnh để cắm chốt chẻ (hình 2-34b).
o Ị d o í d
a>
m n ( $ >
Nếu tải trọng tương đối nhỏ người ta còn dùng đai ốc tròn có xẻ rãnh hoặc làm lỗ trẽn mặt mút đai ốc (hình 2-34c,d).
67
3.4. Vòng đệm
Làm bằng thép mỏng đặt giữa đai ốc và tiết máy được ghép, có tác dụng bảo vệ bề mặt tiết máy khỏi bị cạo xước khi vặn đai ốc, đồng thời làm tăng diện tích tiếp xúc giữa bề mặt với đai ốc, do đó ứng suất dập giảm xuống (hình 2-23a).
Ngoài ra còn dùng vòng đệm vênh (hình 2-35), ma sát phụ được tạo nên do lực đàn hồi của vòng đệm. Vặn chặt đai ốc, lực đàn hồi do vòng đệm vênh bị biến
Hình 2-35
dạng luôn luôn tác dụng lên đai ốc và tiết máy được ghép, do đó giữa ren đai ốc và bulông luôn có ma sát. Thêm vào đó, miệng của vòng đệm vênh tỳ vào bề mặt tiếp xúc cũng có tác dụng ngăn đai ốc không tự nới lỏng. Phương pháp này được dùng khá rộng rãi. Nhược điểm chủ yếu là gây nên lực lệch tâm bulông.
4. Vật liệu
Vật liệu chủ yếu dùng cho các tiết máy có ren là thép các bon thông thường, thép các bon chất lượng tốt hoặc thép hợp kim. Tiêu chuẩn qui định 12 cấp bền đối với bulông, vít và vít cấy bằng thép. Bảng 5.1 trình bày cấp bền và cơ tính của một số mác thép chế tạo tiết máy có ren.
Cơ tính một sô mác thép ch ế tạo tiết máy có ren
Bảng 5.1
Cấp bền
ơ b MPa ơch
Mác thép
của bulông
min max Bulông Đai ốc MPa
3.6 300 490 200 CT3; CIO CT3 4.6 400 550 240 C20 CT3 5.6 500 700 300 C30; C35 CIO 6.6 600 800 360 C35; C45; 40Mn C15 8.8 800 1000 640 35Cr; 38CrA C20; C35; C45
10.9 1000 1200 900 40Mn; 40Cr 35Cr; 38CrA
Chú thích: Cấp bền của bulông được biểu thị bằng hai số. Sô' đầu nhân với 100 cho tri số giới hạn bền nhỏ nhất tính bằng MPa, sô' thứ hai chia cho 10 biểu thị tỷ số giới hạn chảy với giới hạn bền ơ ch/ơ b.
68
Chọn vật liệu phải căn cứ vào điều kiện làm việc, khả năng chế tạo và các yêu cầu về kích thước khuôn khổ và khối lượng. Nếu không có những yêu cầu đặc biệt, người ta thường chế tạo bulông, vít... bằng thép CT3 hoặc thép CIO, C20, C30 v.v... Thép C35, C45 nhiệt luyện đạt cơ tính cao được dùng khi cần giảm kích thước, khối lượng kết cấu. Dùng bulông thép hợp kim giới hạn bền có thể đến 1800MPa hoặc hơn nữa. Trường hợp cần giảm khối lượng, người ta dùng bulông bằng hợp kim titan.
Đai ốc được chế tạo bằng cùng loại vật liệu như bulông hoặc vật liệu có độ bền thấp hơn chút ít.
5. Tính mối gh ép ren
Vì tình hình làm việc của vít, vít cấy cũng giống như của bulông, cho nên cách tính độ bền của chúng cũng giống như cách tính độ bển của bulông, được trình bày chung ở đây.
5.1. Các dạng hóng của bulông và chỉ tiêu tính toán
Khi chịu lực tác dụng, bulông có thể bị hỏng với các dạng sau: - Thân bulông bị kéo đứt tại phần có ren hoặc tại tiết diện sát đầu bulõng; - Ren bị hỏng do dập, mòn, bị cắt hoặc bị uốn.
- Đầu bulòng b| dập, cắt hoặc uốn.
Trên cơ sở các tính toán nhằm đảm bào điều kiện độ bển đều giữa các phần tử của bulông và đai ốc, người ta xác định được các quan hệ kích thước hợp lý kết cấu bulông, đai ốc và qui định trong các tiêu chuẩn.
Vì vậy đối với bulông và đai ốc tiêu chuẩn, chỉ cần tính theo độ bền kéo của thân bulông để tìm đường kính trong d, rồi theo dị tra các kích thước khác (đường kính danh nghĩa d, kích thước đầu bulông v.v...) và các chi tiết kèm theo khác như đai ốc, vòng đệm . . trong các bảng tiêu chuẩn. Tải trọng tác dụng có hai dạng: Tải trọng tĩnh và tải trọng thay đổi; trong giáo trình này chỉ xét đến tải trọng tĩnh, còn trường hợp tải trọng thay đổi có thê xem trong tài liệu tham kháo ghi ở cuối sách.
5.2ế T ính bulông láp có khe hở
5.2.1. Trường hợp tải trọng vuông góc với trục bulông
Trường hợp lực tác dụng trong mặt phẳng vuông góc với trục bulông, qui ước gọi là lực ngang, bulông được tính theo điều kiện đảm bảo cho mối ghép không bị trượt. Phải xiết bu lông để tạo nên lực V ép các tấm ghép, sinh ra lực
69
ma sát Fms giữ các tấm ghép không trượt khi chịu
tác dụng của lực ngoài. Gọi F là lực tác dụng lên
mối ghép hoặc phần mối ghép có 1 bulổng, lực
xiết V phải thỏa mãn điều kiện.
Fms = ifV > F
tĩF hoặc: V = — (2-32)
if Hình 2-36
Trong đó: f - hệ số ma sát đối với các tấm
thép hoặc gang có thể lấy f = 0,15 -ỉ- 0,20;
n - hệ sô' an toàn, thường lấy 1,3t 1,5;
i - số bề mặt tiếp xúc giữa các tấm thép, trường hợp hình 5-15,i=l. Bulông được tính toán theo điều kiện bền?
1,3V/F, < [ơ j (2-33)
7ld} Fị- Diện tích tiết diện bulông tại đường kính chân ren d|, F . = — — 4
Thay trị số V theo công thức (2-32) vào biểu thức trên đây ta tìm được đường kính d, của bulông:
(2.34) m f[ơ k ]
Hệ số an toàn [n] khi lực xiết không được kiểm soát
Bàng 5.2
Giá trị cùa [n] khi đường kính chán ren d|(mm )
Vật liêu bulông
M6-M16 M16-M30 M30-M60
Thép các bon 4-3 3-2 2-1,3 Thép hợp kim 5-4 4-2,5 2,5
70
b. Trường htrp tải trọng dọc trục bulóng
Trong trường hợp này dai ốc không được xiết chặt, lực xiết ban đầu khổng có, thí dụ như bulồng của móc treo (hình 5-16) hoặc phần có ren của đoạn cuối móc cần trục.
Gọi F là ngoại lực tác dụng dọc trục bulông, ta có: ơ = F/(7id|2/4) < |ơk]
Do đó tính ra đường kính trong d| cần thiết của bulông:
d , > y Ị 4 F / n [ ơ k (2-35)
[ơ j - ứng suất kéo cho phép của vật liệu bulông. 5Ể3. Tính bulông láp không có khe hử
Bulông lắp vào lỗ doa, thân bulông được gia công nhẵn, kích thước đường kính khá chính xác đảm bảo lắp không có khe hớ với lỗ. Thân bulông được tính theo ứng suất cắt và ứng suất dập.
I ... , 4 4F Điéu kiên bén vế căt: T = ----- — < [XI (2-36) 7td0 i
Trong đó: d„ - đường kính thân bulông (đường kính lỗ, hình 5-17);
i - số bề mặt chịu cắt của thân đinh, trên hình 5-17, i = 1 Đường kính thân bulông được xác định theo công thức:
Hình 2-38
d0 >4F(2-37)
Thông thường đối với mối ghép không có khe hở giữa lỗ và thân bulông tải trọng được giới hạn bởi điều kiện về cắt. Tuy nhiên, trong trường hợp tỷ số S|/d0 hoặc s2/d0 (S |, s2 - chiều dày tấm ghép, hình 5-17) tương đối nhỏ hoặc độ bền dập của các tấm ghép thấp hơn của bulông, ta cần kiểm nghiệm điều kiện bền dập:
d0> Ậ < [ ơ d] (2-38)
sd„
71
Nếu vật liệu các tấm giống nhau, 8 lấy theo tri sô' nhò trong hai trị số s, và s2. Tại vùng kề mặt phẳng ghép có sự tập trung ứng suất dập, tỷ só s/d0 càng lớn thì tập trung ứng suất càng nhiẽu, do đó nếu s/d0 > 1 trong công thức (5-7) ta lấy s = d0.
So sánh hai phương án lắp bulông có khe hở và không khe hờ, có thể thấy phương án thứ nhất rẻ hơn vì không đòi hỏi bulông và lồ có kích thước chính xác. Tuy nhiên, kích thước của bulông lắp có khe hở phải lớn hơn, vì để chịu được cùng một lực F như trong trường hợp lắp không khe hở, theo công thức (5-1 ), với i = 1, n = 1,5 và f = 0,15, cần phải xiết bulông để có:
V = nF/if = 10F
Như vậy tải trọng mà bulông chịu trong trường hợp này có trị số gấp 10 lần lực ngoài.
72
Chương 3
TRUYỂN ĐỘNG c ơ KHÍ
- Trình bầy được cấu tạo, ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của từng bộ truyền động.
- Phún tích được tình hình làm việc, các dạng hư hỏng, chỉ ra được nguyên nhân m chọn cìươí phương án hợp lỷ trong thực tế sửa chữa, láp váp hệ thống dẩn động cơ khí cho các máy công tác.
- Tính toán, thiết k ế và kiểm tra được các bộ truyền khi cho trước điều kiện lủm việc.
Iễ KHÁI N IỆM C H U N G VỂ BỘ TRUYỀN đ ộ n g c ơ k h í 1. Khái niệm
- Các bộ truyền động cơ khí là khâu nối giữa động cơ và bộ phận công tác của máy đê giải quyết nhũng nhiệm vụ đặt ra cho máy.
Chẳng hạn đối với ôtô và máy vận chuyển, khi khởi động cần mômen xoắn lớn, khi chuyển động lại đòi hỏi vận tốc có trị số và chiều thay đổi, các yêu cầu đó bản thân động cơ không thế đáp ứng được, vì động cơ chi có thể làm việc ổn định trong phạm vi hẹp của sự thay đổi vận tốc và mômen. Ngoài ra, đa số các thiết bị công nghệ, vận tốc làm việc cùa các bộ phận công tác thường thấp hơn tốc độ hợp lý của động cơ điện tiêu chuẩn, nếu dùng động cơ tốc độ thấp kích thước sẽ lớn, giá đắt, mặt khác nhiều khi dùng một động cơ để dần động các bộ phận máy làm việc với vận tốc khác nhau hoặc dẫn động kháu có chuyển động tịnh tiến.
2. Nhiệm vụ và m ục đích của bộ truyền
2.1. Nhiệm vụ: Truyền cơ năng từ động cơ đến các bộ phận làm việc của máy, thông thường có biến đổi vận tốc, lực hoặc mômen và đôi khi biến đổi cả đặc tính và quy luật chuyển động.
73
2.2. Mục đích
- Biên đối tốc độ (Lực hoặc mômen) động cơ phù hợp tốc độ cán thiết của bộ phận công tác.
- Truyền chuyển động từ một động cơ đến nhiểu cơ cấu có tốc độ làm viộc khác nhau.
- Biến đổi chuyển động từ quay của động cơ thành tịnh tiến hoặc theo một quy luật nào đó.
- Vì điều kiện nào đó không thể nối trực tiếp động cơ với bộ phận công tác. 3. Phản ioại bộ truyền
3.1. T ruyền động m a sát: Có loại trực tiếp như bộ truyền bánh ma sát và gián tiếp như bộ truyền đai.
3.2. T ruyền động ăn khớp: Có loại trực tiếp như bộ truyền bánh răng, bộ truyền trục vít - bánh vít, có loại gián tiếp như bộ truyền xích
4. Các thông s ô đặc trưng cơ bản
- Công suất (KW) trục dẫn p, và trục bị dẫn P2:
- Hiệu suất: r| = p,/p, (3-1) - Tốc độ góc co, , CÚI ; hoặc số vòng quay trong một phút (Vg/Ph) n, của trục chủ động và n, cùa trục bị động.
- Tỷ số truyền: u = co, /CÙI = n,/n2 (3-2) - Mômen xoắn (Nmm) trên trục chủ động T, và trên trục bị động T2 T, = 9,55.106 p,/n, ; T2 = 9.55.106 P2/n2; Suy ra: T2 = T M.i. TI (3-3)
II. TRU Y ỀN ĐỘNG ĐAI
1. Khái niệm ch u ng
1.1. Nguyên tác làm việc: Truyền động đai làm việc trên nguyên tắc nhờ vào lực ma sát giữa đai với các bánh đai mà truyền chuyển động và cơ năng từ bánh đai dẫn đến bánh đai bị dẫn.
74
1.2. Cấu tạo
Hình 3-1
- Trên hình 3-1 là bộ truyền động đai đơn giản nhất gồm: Bánh đai chủ động 1, bánh đai bị động 2 và đai 3 dược mắc lên hai bánh với lực căng ban đầu là F0 (Nhờ bộ phận căng đai) lực căng này tạo ra lực ma sát giữa đai và bánh đai.
- Các biện pháp căng đai: Có thể dùng vít như hình 3-2a; dùng bánh căng đai, hình 3-2b; dùng gối đỡ tự căng,hình 3-2c.
Hình 3-2
a) Dùng vít căng; b) Dùng bánh căng đai; c) Dùng gối đỡ tự căng
1Ế3. Ưu nhưực điểm và phạm V! sử dụng
a. ƯII điểm
- Kết cấu đơn giản, giá thành hạ.
- Làm việc êm, không ồn nhờ có độ dẻo của đai, do đó thích hợp với vận tốc lớn.
75
- Có khả nãng truyền động giữa các trục xa nhau.
- Đề phòng được quá tải cho máy nhờ đai trượt trơn trên bánh đai b. Nhược điểm:
- Khuôn khổ kích thước lón (Cùng một điều kiện làm việc, đường kính bánh đai thường lớn hơn khoảng 5 lần so với đường kính bánh rãng). - Tỷ số truyển không phải là hằng số do sự trượt đàn hồi không tránh khỏi của đai.
- Lực tác dụng lên trục và ổ lớn do phải căng đai với lực căng ban đầu khá lớn. - Tuổi thọ của đai thấp.
c. Phạm vi sử dụng
Truyền động đai được dùng có ưu thế trọng những trường hợp do yêu cầu kết cấu, các trục được bô' trí trên những khoảng cách xa nhau. Trong hệ dẫn động cơ khí truyền động đai thường được đặt ở cấp nhanh là cấp chịu tải nhỏ hơn hoặc được bố trí sát với động cơ nhằm đề phòng quá tải cho máy. Được dùng để truyền công suất dưới 50 kW, vận tốc tới 30 m/s. Trong các máy hiện đại thường sử dụng đai hình thang và đai hình lược.
1.4. Các loại đai và bánh đai
1.4.1. Đai
Theo hình dáng tiết diện có các loại đai: Đai dẹt (a), đai thang (b), đai răng lược (c), đai tròn (d), đai răng (đ), hình 3-3.
a) b) c) d)
đ)
Hình 3-3
76
(i- Đai dẹt: Tiết diện chữ nhât, gổm có các loại đai da, đai vải cao su, đai sợi bông v.v... Hình 3-3a.
Đai da làm việc bển lâu, khả năng tải cao, chịu va đập tốt. Đai da bền mòn nên làm việc tốt trong các bộ truyền chéo. Nhược điểm của đai da là giá đắt, không dùng được ở nơi có axít, ẩm ướt, nên hiện nay ít dùng.
Đai vải cao su gồm nhiều lớp vải và cao su được sunfua hoá. Đai vải cao su có độ bển cao, đàn hổi tốt ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm. Hiện nay đai vải cao su được dùng rộng rãi, dùng để truyền tài trọng tương đối ổn định. Không nên đê’ dầu dây vào đai vải cao su vì dễ làm hỏng cao su. Loại đai này không chịu được va đập mạnh.
Đai sợi bông có hai loại: đai dệt dầy và đai khâu nhiều lớp. Đai sơi bông có khối lượng nhỏ, giá rẻ, dùng thích hợp ở nhũng truyền động có vận tốc cao, công suất nhỏ. Đai sợi bông khá mém nên có thế làm việc với các bánh đai có đường kính nhỏ. Khả năng tải và tuổi thọ cùa đai sợi bông thấp hơn đai da và đai cao su. Không nên dùng đai sơi bông ở những nơi ẩm ướt và nhiệt độ cao.
Đai sợi len chế tạo từ len dệt (Sợi ngang là sợi vải), tẩm hỗn hợp ôxít chì và dầu gai. Đai có tính đàn hổi khá cao nên có thể làm việc tốt khi tải trọng không ổn định hoặc có va đập và khi bánh đai có đường kính nhỏ. Đai sợi len ít chịu ành h ư ở n g cùa môi trường (Nhiệt độ, độ ẩm, bụi, axít v.v...) nhưng khả năng tải kém hơn so với các loại đai khác. Đai sợi lcn giá đắt.
Đai bằng các loại vật liệu tổng hợp với nền cơ bản là nhựa pôliamít trộn với cao su nitrin (SKN - 40) hoặc nhựa nairit, liên kết với các lớp sợi tổng hợp là caprôn có độ bển và tuổi thọ cao (ơb = 120 - 150 MPa), chịu được va đập, có thể làm việc với tốc độ cao đến 60 m/s; công suất truyền được đến 150KW đặc biệt có thể đến 3000KW.
77
Bảng 3.1: Kích thước của đai dẹt bàng vài cao su
Ki hiệu đai
Số Chiều rộng B-800 và B -820 BKNL-65 và BKNL-65-2 lớp đai b (mm)
Chiều dày đai 5, mm
Có lớp lót Không có lớp lót Có lớp lót Không có lớp lót 3 20 ...1-12 4,5 3,75 3,0 3,0 4 20. .250 6,0 5,00 4,8 4,0 5 20. 250 7,5 6,25 6,0 5,0 6 80 .250 9,0 7,50 7,2 6,0
Chú
20-,25 5;140 (150) dùng)
lích: Chiéu rộng tiêu chuẩn cùa đai như sau:
(30);32;40;50;(60);63;(70);71 ;(75);80;(86);90; 100; 112;( 115);( 120); 12 (160);( 175); 180;200;224;(225);250. (Kích trước trong dấu ngoặc nên ít
Trừ một số loại đai dẹt bằng vật liệu tổng hợp được chế tạo sẵn thành vòng kín, còn nói chung đai dẹt được chế tạo Ihành những băng dài. Khi dùng, tuỳ theo khoảng cách trục người ta người ta cắt ra và nối đầu đai lại thành vòng đai. Đai được nối bằng cách dán, khâu hoặc dùng các vật nối bằng kim loại như dùng các tấm kẹp và bulông v.v... Chất lượng đầu nối có ảnh hường lớn đến sự làm việc của bộ truyền đai nhất là khi vận tốc lớn và khoảng cách trục ngắn.
Kích thước chiều rộng b và chiều dầy 5 của đai dẹt đã được tiêu chuẩn hoá, có thể tra cứu trong giáo trình Đồ án thiết kê máy hoặc các sổ tay kỹ thuật. Chiều rộng tiêu chuẩn của đai sợi tổng hợp như sau: 10; 15; 20; 25; 30. b. Đai hình th a n g : Đai thang được chế tạo thành một vòng khép kín, tiết diện ngang có dạng hình thang. Cấu tạo của đai gồm các lớp sợi xếp hoặc các lớp sợi bện 1 chịu kéo, lớp vải cao su 2 bọc xụng quanh, lớp cao su 3 chịu nén. Mật làm việc của đai là hai mặt bên, hai mặt bên tạo với nhau thành góc 40°,
78
gọi là góc chêm