Chương 7: Trục - Then

Chia sẻ: Nguyentien Giap | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:15

0
310
lượt xem
128
download

Chương 7: Trục - Then

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trục là chi tiết máy có công dụng chung, được dùng để đỡ các chi tiết máy quay (như bánh răng, đĩa xích …), để truyền động, hoặc thực hiện cả hai nhiệm vụ trên. Dưới dạng sơ đồ, người ta biểu diễn đường tâm của trục, có vẽ thêm ổ để thể hiện trục có thể quay (Hình 7.1).

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Chương 7: Trục - Then

  1. Bải giảng Chi tiết máy Chương 7 TRỤC – THEN Phần A – TRỤC 1. Khái niệm chung 1.1 Công dụng và phân loại trục a. Công dụng _ Trục là chi tiết máy có công dụng chung, được dùng để đỡ các chi tiết máy quay (như bánh răng, đĩa xích …), để truyền động, hoặc thực hiện cả hai nhiệm vụ trên _ Dưới dạng sơ đồ, người ta biểu diễn đường tâm của trục, có vẽ thêm ổ để thể hiện trục có thể quay (Hình 7.1). Hinh 7.1 Trục trong hệ thống truyền động ̀ b. Phân loại _ Theo đăc điêm chiu tai, truc được chia lam hai loai: truc tâm và truc truyên. ̣ ̉ ̣ ̉ ̣ ̀ ̣ ̣ ̣ ̀ + Truc tâm ̣ Truc tâm có thể quay (trục bánh xe lửa) và không quay (trục đỡ ròng rọc), truc ̣ ̣ tâm chỉ chiu mômen uôn. ̣ ́ + Truc truyên ̣ ̀ Truc truyên dung để đỡ cac chi tiêt may và truyên mômen xoăn, nghia là chiu cả ̣ ̀ ̀ ́ ́ ́ ̀ ́ ̃ ̣ mômen uôn và mômen xoăn. ́ ́ a ) b ) c) 8 Hình 7.2 _ Theo hinh dang đường tâm truc, chia ra: ̀ ̣ ̣ Chương 7. Trục – Then 1
  2. Bải giảng Chi tiết máy + Truc thăng, có đường tâm thẳng (hinh 7.2a, b) ̣ ̉ ̀ + Truc khuyu, trục có dường tâm gấp khúc (hinh 7.2c). Truc khuyu được dung trong ̣ ̉ ̀ ̣ ̉ ̀ cac may có piston (đông cơ đôt trong, may bơm piston ...). ́ ́ ̣ ́ ́ + Trục mềm, đường tâm của trục có thể thay đổi hình dạng trong quá trình máy làm việc. _ Theo câu tao trục, chia ra: ́ ̣ + Truc trơn, là trục chỉ có một đoạn duy nhất, kích thước đường kính từ đầu đến ̣ cuối như nhau. Trục đơn giản, dễ chế tạo, nhưng khó cố định các chi tiết máy khác trên trục, (hinh 7.2a). ̀ + Truc bâc, gồm có nhiều đoạn trục đồng tâm, các đoạn có kích thước đường kính ̣ ̣ khác nhau. Trục bậc có kết cấu phức tạp, khó gia công, nhưng dễ dàng cố định các chi tiết máy khác trên trục. Trong thực tế trục bậc được dùng nhiều, (hinh 7.2b). ̀ + Trục đặc và trục rỗng: khi có sự đòi hỏi khắc khe về khối lượng trục hoặc bên trong trục lắp chi tiết hoặc cơ cấu khác (cơ cấu then kéo chẳng hạn) thì bắt buột chúng ta phải dùng trục rỗng. Trục rỗng có khá nhiều ưu điểm như: khối lượng nhẹ hơn, khả năng chịu xoắn cao hơn trục đặc cùng tiết diện. Tuy nhiên, một nhược điểm lớn là giá thành trục rỗng lớn. Nếu không có yêu cầu nào đặc biệt, thường người ta hay dùng trục đặc. Trong chương này, chủ trình bày về trục thẳng, có bậc, tiết diện tròn xoay, đường sinh thẳng. 1.2 Kết cấu trục + Hình 7.3 Các bộ phận chủ yếu trên trục Bậc trục, là chỗ chuyển tiếp giữa hai đoạn trục có đường kính khác nhau. Để giảm ứng suất tập trung tại tiết diện này người ta thường tạo góc lượn với bán kính lớn nhất có thể (chú ý: nếu góc lượn lớn quá sẽ làm cho chi tiết máy khác không tỳ sát vào vai trục). + Đầu trục, là hai mặt mút của trục. + Thân trục, phân truc để lăp cac chi tiêt quay như bánh răng, bánh đai, đĩa xích …. ̀ ̣ ́ ́ ́ + Ngõng trục, là đoạn trục dùng để lắp ổ trượt, hoặc ổ lăn. Khi gia công phần đường kính ngõng trục lắp với ổ lăn phải lấy theo tiêu chuẩn vòng trong ổ lăn (tra theo sổ tay) để đảm bảo tính lắp lẫn. + Vai trục, là mặt tỳ để cố định các chi tiết máy lắp trên trục, theo phương dọc trục. Chương 7. Trục – Then 2
  3. Bải giảng Chi tiết máy + Rãnh then, dùng để lắp ghép then lên trục, cố định các chi tiết máy theo phương tiếp tuyến. + Lỗ tâm, trên đầu trục, dùng để lắp mũi chống tâm, định vị tâm của trục trên máy gia công, hoặc trên thiết bị kiểm tra. 1.3 Vật liệu chế tạo trục _ Yêu cầu đối với loại vật liệu Vật liệu trục là có độ bền cao ít nhạy với tập trung ứng suất dễ gia công và nhiệt luyện . _ Các loại vật liệu thường dùng : Chủ yếu là thép cacbon và thép hợp kim + Khi truc chiu ứng suât không lớn, có thể dung thep CT5 không cần nhiêt luyên đế ̣ ̣ ́ ̀ ́ ̣ ̣ chế tao truc. Với cac truc yêu câu chiu tải lớn hơn, th ường dung thep 35, 45, 50 … ̣ ̣ ́ ̣ ̀ ̣ ̀ ́ nhiệt luyện, trong đó thep 45 được dùng nhiêu. ́ ̀ + Trường hợp chiu tai lớn, lam viêc trong cac máy quan trong, truc đ ược chế tao bằng ̣ ̉ ̀ ̣ ́ ̣ ̣ ̣ thep hợp kim 40Cr, 40 CrNi v.v… tôi cai thiên hoặc tôi bề mặt bằng dong điên tân số ́ ̉ ̣ ̀ ̣ ̀ cao. + Đối với các trục quay nhanh, lắp với ổ trượt, ngõng trục cần có độ rắn cao thì dùng thép C20, 20Cr, thấm than rồi tôi. Nếu trục chịu ứng suất lớn, vận tốc cao thì dùng thép 12Cr, Ni 3A, 12Cr 2N 4A thấm than và tôi Khi chế tạo truc thường dung phôi can hoăc phôi ren, truc được chế tao trên ̣ ̀ ́ ̣ ̀ ̣ ̣ may tiện, sau đó thường mài cac ngong truc và bề mặt lắp ghep với cac chi tiêt quay. ́ ́ ̃ ̣ ́ ́ ́ 2. Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính toán trục 2.1 Các dạng hỏng Các dạng hỏng của trục bao gồm: gãy trục, mòn trục, không đủ độ cứng, … _ Gãy trục: do quá tải hay do mỏi gây bởi các nguyên nhân sau: + Thường xuyên làm việc quá tải (do không đánh giá đúng đặc điểm và trị số của tải trọng) + Đánh giá không đúng sự tập trung ứng suất do kết cấu trục gây nên (góc lượn, rãnh then, lỗ khoan, rãnh vòng…) + Có sự tập trung ứng suất do chất lượng chế tạo kém (có vết xước khi gia công…) + Sử dụng và lắp ráp không đúng kỹ thuật hoặc lắp không đúng kiểu _ Mòn trục: Đối với ngõng trục lắp ổ trượt khi tính toán và sử dụng không đúng yêu cầu kỹ thuật thì màng dầu bôi trơn không hình thành, dẫn đến trục trực tiếp tính xúc với ổ, dẫn đến lót trục bị mòn nhanh, ngõng trục bị nóng lên → trục có thể bị dính (là hiện tượng vật liệu của lót ổ bám dính vào ngõng trục), trục bị xước và mất khả năng làm việc. _ Trục không đủ độ cứng: trục bị biến dạng dưới tác dụng của tải trong gây nên phá hỏng ổ trục, các bền mặt của các chi tiết truyền động, mất độ chính xác và độ bóng bề mặt gia công ( đối với trục chính của máy gia công). Nếu trục bị biến dạng làm việc với vận tốc vòng lớn sẽ gây nên dao động. 2.2 Chỉ tiêu tính toán Đối với trục, độ bền và độ cứng là hai chỉ tiêu quan trọng nhất về khả năng làm việc. + Đối với trục không quay và ứng suất không đổi, chúng ta sẽ tiến hành tính toán trục theo độ bền tĩnh Chương 7. Trục – Then 3
  4. Bải giảng Chi tiết máy + Đối với trục quay nhanh thì tính toán theo độ bền mỏi vì ứng suất sinh ra trên trục thay đổi (khoảng 50% dạng hư hỏng trục chủ yếu do mỏi ) + Đối với trục quay chậm, chúng ta tính toán trục không những theo độ bền mỏi mà còn tính theo độ bền tĩnh để tránh hỏng trục do quá tải. Ngoài ra để các chi tiết lắp với trục làm việc bình thường, ta còn phải tính trục theo độ cứng. Đối với các trục quay với vận tốc cao, ta còn phải tính theo độ ổn định dao động 4. Tính toán trục theo độ bền Tính sức bền trục được thực hiện qua 3 bước : tính sơ bộ, tính gần đúng, tính kiểm nghiệm (tính chính xác) . 4.1 Tính sơ bộ đường kính trục Chỉ xét tác dụng của momen xoắn Mx vì lúc này chiều dài trục chưa được xác định do đó chưa tìm được momen uốn Mu. Có thể tính sơ bộ theo công thức kinh nghiệm hoặc theo điều kiện bền xoắn. a. Theo công thức kinh nghiệm _ Đối với đường kính đầu trục vào: dvào = (0,8 ÷ 1,2)dđc _ Trục bị dẫn hộp giảm tốc: dbidan = (0,3 ÷ 0,35)A b. Theo điều kiện bền xoắn 9,55.106.N _ Dưới tác dụng của momen xoắn M x = (N.mm), trong trục sinh ra ứng n suất xoắn: Mx Mx τ= ≈ W0 0,2d 3 Với, W0 : momen chống xoắn của trục (mm)3 ; d: đường kính trục (mm). _ Điều kiện bền xoắn là: τ ≤ [τ ] 9,55.10 6.N 9,55.10 6 N ⇒ ≤ [τ ] ⇒ d ≥ 3 3 n 0,2.[τ ] n 9,55.106 N đặt C = 3 , suy ra công thức tính sơ bộ đường kính trục d ≥ C. 3 (mm) 0, 2.[ τ x ] n trong đó: N : công suất truyền qua trục (kw) n : số vòng quay trong một phút của trục (vg/phút) [τ x] : ứng suất xoắn cho phép (N/mm2) ta lấy giảm xuống để bù vào việc chưa xét đến Mu. _ Hệ số C chọn như sau: + C = 130 ÷ 120 (ứng với [τ x] = 20 ÷ 30 N/mm2) đối với trục vào hộp giảm tốc. + C = 160 ÷ 150 (ứng với [τ x] = 12 ÷ 15 N/mm2) đối với các tiết diện nguy hiểm của các trục trong hộp giảm tốc. 4.2 Tính gần đúng _ Xét cả tác dụng của momen uốn Mu và momen xoắn Mx _ Có thể tiến hành theo bước sau: + Phác thảo sơ bộ kết cấu trục. Chương 7. Trục – Then 4
  5. Bải giảng Chi tiết máy + Định vị trí ổ trục và các điểm đặt lực. + Phân tích lực tác dụng lên trục, tính phản lực ở các ổ trục. + Vẽ biểu đồ momen uốn Muđ trong mặt phẳng đứng, momen uốn ngang Mun trong mặt phẳng ngang. + Tìm momen uốn toàn phần tại một số tiết diện có trị số momen lớn: M u = M ud + M un 2 2 + Vẽ biểu đồ momen xoắn Mx + Tính đường kính trục tại các mặt cắt nguy hiểm theo lý thuyết bền thứ tư (thuyết bền thế năng biến dạng): σ td = σ 2 + 3τ 2 ≤ [σ ] _ Ứng suất σ do Mu gây ra (bỏ qua ảnh hưởng của lực kéo hoặc nén): Mu Mu σ= = Wu 0,1.d 3 _ Ứng suất τ do Mx gây ra: Mx Mx τ= = ≤ [τ ] Wo 0,2.d 3 Do đó ta có: 2 2  Mu   Mx  M u2 + 0,75M x 2 σ td ≈   + 3  0,1.d 3   0,2.d 3  =      0,1.d 3 đặt: M td = M u2 + 0,75M x2 : là momen tương đương. M tñ _ Có thể viết lại điều kiện bền: σ tñ = ≤ [σ ] 0,1.d 3 M tñ _ Từ đó xác định được đường kính trục d ≥ 0,1.σ ] [ Với, [σ] (N/mm ) được xác định bằng cách tra bảng 2 M tñ _ Nếu trục rỗng, tính theo công thức sau: d ≥ 3 ' 0,1.(1 β 4 ).[σ ] - d' trong đó: β = , d’ :là đường kính trong của trục rỗng. d Từ đường kính của các tiết diện nguy hiểm xác định như trên, xác định kích thước, hoàn chỉnh kết cấu của trục, chú ý các vấn đề tháo lắp, cố định, định vị các tiết mát trên trục và tính công nghệ của trục, vẽ kết cấu của trục. 4.3 Tính kiểm nghiệm trục _ Trong bước tính gần đúng, ta chưa xét ảnh hưởng của các nhân tố đến sức bền mỏi của trục nên cần kiểm nghiệm sức bền mỏi của trục theo hệ số an toàn. _ Mặt khác, trường hợp trục chịu quá tải đột ngột cũng cần kiểm nghiệm sức bền của trục khi quá tải (sức bền tĩnh). a. Kiểm nghiệm sức bền mỏi theo hệ số an toàn: _ Hệ số an toàn n được tính theo công thức: Chương 7. Trục – Then 5
  6. Bải giảng Chi tiết máy 1 1 1 nσ .nτ = + ⇒n= n2 2 nσ nτ2 nσ + nτ2 2 trong đó: nσ : hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp nτ : hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp σ −1 τ −1 nσ = ; nτ = kσ kτ σ a + ϕ σ .σ m τ a + ϕ τ .τ m βεσ βετ trong các công thức trên: σ-1 ;τ -1: giới hạn mỏi uốn và xoắn của mẫu nhẵn có đường kính ( 7 ÷ 10) mm với chu kỳ đối xứng. σa ; τ a : biên độ ứng suất pháp và ứng suất tiếp sinh ra trong trục. σ m , t m : Trị số trung bình của ứng suất pháp vàứng suất tiếp. ψ σ ,ψ τ : Hệ số xét đến ảnh hưởng của trị số trung bình của ứng suất đến sức bền mỏi . ε σ , ε τ : Hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước tuyệt đối đến giới hạn mỏi . kσ , kτ : Hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và khi xoắn . β : Hệ số tăng sức bền bề mặt của trục. Điều kiện hệ số an toàn n ≥ [n] = (1,5 ÷ 2,5) Chú ý : Để tăng độ cứng của trục có thể lấy hệ số an toàn n= 2,5 ÷ 3,5 và trường hợp đó không cần kiểm tra độ cứng . b. Tính kiểm nghiệm điều kiện sức bền tĩnh của trục khi quá tải đột ngột Khi bị quá tải đột ngột trục có thể bị biến dạng dẻo quá lớn hoặc bị gãy. Để trục có thể làm việc bình thường, phải đảm bảo điều kiện : (σ td ) qt = σ uqt + 3τ 2 xqt ≤ [σ ] qt ≈ 0,8σ ch 2 Trong đó : ( M u ) qt ( M x ) qt σ uqt ≈ ;τ xqt ≈ 0,1.d 3 0,2.d 3 (Mu)qt :Momen uốn lớn nhất lúc quá tải tại tiết diện nguy hiểm (Mx)qt :Momen xoắn lớn nhất lúc quá tải tại tiết diện nguy hiểm 5. Tính toán trục theo độ cứng Bao gồm: Tính độ cứng uốn và Tính độ cứng xoắn . 5.1 Tính độ cứng uốn _ Nếu trục không đủ độ cứng uốn, khi chịu tải sẽ bị biến dạng uốn lớn, ảnh hưởng đến sự làm iệc bình thường của trục và của các chi tiết máy lắp trên trục . Ví dụ: Độ võng y của trục động cơ điện làm thay đổi khe hở giữa rôto và stato .Góc xoay tại vị trí ổ trục gây mòn cục bộ, sinh nhiều nhiệt .Đối với trục lắp bánh răng, nếu không đủ độ cứng bánh răng bị lệch khi ăn khớp, gây nên tải trọng lớn . _ Điều kiện về độ cứng uốn là : Độ võng y ≤ [ y ] . Góc xoay θ ≤ [θ ] Các trị số y,θ xác định theo các công thức sức bền vật liệu . Chương 7. Trục – Then 6
  7. Bải giảng Chi tiết máy Trị số [ y ], [θ ] tính như sau : + Trục mang bánh răng : [ y ] = (0, 01 ÷ 0, 03).m với m : mođun + Các trục khác trong máy : [ y ] = (0, 002 ÷ 0, 003).L Với L : khoảng cách giữa hai gối tựa Góc xoay [ θ ] của trục ở chổ lắp ổ trượt không quá 0,001 rad Góc xoay [ θ ] của trục ở chổ lắp ổ lăn không quá 0,01 rad . 5.2 Tính độ cứng xoắn _ Biến dạng xoắn của trục trong các cơ cấu truyền động ảnh hưởng đến độ chính xác làm việc của máy, trục bánh răng không đủ độ cứng xoắn sẽ làm tăng thêm tải trọng trên răng. Ngoài ra, nếu trục không đủ độ cứng xoắn, có thể sinh ra dao động xoắn rất nguy hiểm. Ví dụ : Trục khuỷu của cơ cấu tay quay con trượt . _ Điều kiện về độ cứng xoắn là :Góc xoắn ϕ ≤ [ϕ ] M x .l Góc xoắn ϕ của trục tính theo công thức ϕ = (rad ) × 57 0 (độ ) G.J 0 Với Mx : Momen xoắn (N.m) l : Chiều dài đoạn trục đang xét (mm) G : Mođun đàn hồi trượt (N/mm2 ) J0 : Momen quán tính độc cực ( mm4 ) [ϕ ] rad : Xác định tùy theo cơ cấu máy Tuy nhiên, đối với đa số các máy độ cứng xoắn không cần kiểm nghiệm 6. Tính toán dao động trục 6.1 Tác hại của dao động – các dạng dao động Dao động của trục ảnh hưởng đến sự làm việc của chi tiết máy lắp trên trục gây ứng suất phụ trong trục, nếu cộng hưởng có thể làm gãy trục . Trục có thể bị dao động dọc, dao động ngang và dao động xoắn .Trong thực tế, thường chú ý dao động ngang và dao động xoắn vì tần số riêng của dao động ngang và dao động xoắn của trục tương đối thấp. Đối với phần lớn trục quay nhanh, lực kích thích chủ yếu là lực ly tâm do sự thiếu cân bằng của tiết máy quay .Khi tần số quay của trục bằng hoặc là bội số của tần số riêng của trục thì xảy ra cộng hưởng.Tốc độ của trục khi xảy ra cộng hưởng gọi là tốc độ tới hạn . 6.2 Bài toán tính dao động ngang của trục Giả sử có một trục, trên đó lắp một đĩa khối lượng m đặt ở khoảng giữa trục .Chiều dài của trục là L, bỏ qua khối lượng của trục . Gọi e là độ lệch của đĩa (Khoảng cách từ tâm quay đến trọng tâm của vật ) Khi trục quay đều với vận tốc góc ω , dưới tác dụng cảu lực ly tâm Q, trục bị võng một khoảng y . Lực ly tâm Q được tính theo công thức của cơ lý thuyết : Q = m.a = m.ω 2 .r = m.ω 2 .( y + e) (a) Coi trục như một dầm đặt trên hai gối tựa tự do, ta có công thức tính độ võng : Chương 7. Trục – Then 7
  8. Bải giảng Chi tiết máy Q.L3 y= 48.E.J Trong đó : E :Mođun đàn hồi của vật liệu chế tạo trục J :Momen quán tính của tiết diện trục 48.E.J 48.E.J ⇒Q= 3 . y Đặt C = (Lực gây ra do độ võng đơn vị ) L L3 ⇒ Q = C. y (b) Ghép (a) và (b) : ⇒ C. y − m.ω 2 . y = m.ω 2 .e ⇒ y (C − m.ω 2 ) = m.ω 2 .e m.ω 2 .e e ⇒y= ⇒y= C − m.ω 2 C −1 m.ω 2 C C Nhận xét : y ⇒ ∞ Khi → 1 Vận tốc góc tới hạn ω th = m.ω 2 m Số vòng quay tới hạn trong một phút của trục là : 60 30 C n= .ω th = (c) 2.π π m m.g Gọi y t = là độ võng tĩnh do trọng lượng P=m.g gây ra (g :gia tốc trọng trường ) C m.g Có thể viết : C = .Thay giá trị của C vào biểu thức ( c) ta có : yt 30 g nth = và nếu y (min), công thức tính số vòng quay tới hạn của trục có π yt dạng : 1 nth = 950 (vòng/phút ) yt Theo tính toán trên thì : Khi ω = ω th thì y → ∞ , trục sẽ bị gãy, nhưng thực ra có các lực giảm chấn, trục không hỏng ngay tức khắc .Vì vậy, có thể tăng tốc độ rất nhanh cho ω của trục vượt quá ω th và trục sẽ làm việc ổn định . Khi ω → ∞ thì y → e , trục không còn bị võng nữa . Có thể dùng các biện pháp sau đây để tránh cộng hưởng : _ Thay đổi kích thước trục . _ Thay đổi vận tốc của trục. _ Thay đổi momen quán tính _ Lắp các thiết bị giảm chấn . Chương 7. Trục – Then 8
  9. Bải giảng Chi tiết máy Phần B – THEN 1. Ghép bằng then 1.1 Khái niệm chung 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, (Hình 7.5), dùng để cố định bạc theo phương Hình 7. 5 Mối ghép then bằng tiếp tuyến. + Mối ghép then dẫn hướng, (Hình 7.6). Then vừa truyền mô men xoắn, vừa dẫn hướng cho bạc di chuyển dọc trục. Hình  7.6 Hình  7.7 + Mối ghép then bán nguyệt, (Hình 7.7). Khi trục bị uốn cong, bạc và then không bị xoay theo. + Mối ghép then vát, (Hình 7.8). Then có một mặt côn, chêm vào rãnh then trên trục và trên bạc. Mối ghép cố định bạc trên trục theo phương tiếp tuyến và phương dọc trục. + Mối ghép then ma sát, (Hình 7.8). Then ma sát có hình dạng gần giống như then vát, một mặt côn, một mặt trụ ôm lấy trục, trên trục không có rãnh then. (a) (b) Chương 7. Trục – Then 9 Hình 7.8. Mối ghép then vát và mối ghép then ma sát
  10. Bải giảng Chi tiết máy + Mối ghép then tiếp tuyến. 1.2 Phân loại mối ghép then _ Các mối ghép then được chia làm hai nhóm. + 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 trò 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. _ Tất cả các loại then đều được tiêu chuẩn hóa theo TCVN. _ Vật liệu chế tạo then thường là thép cacbon có giới hạn bền σb = 500 ÷ 600N/mm2 như thép CT38, CT44, C40, C45 Chương này tập trung giới thiệu then ghép lỏng, đặc biệt là mối ghép then bằng, vì nó được dùng nhiều hơn cả. 1.3 Tính toán mối ghép then Do các kích thước then được tiêu chuẩn hóa theo đường kính trục nên nhiệm vụ tính toán chủ yếu là căn cứ vào đường kính trục chọn kích thước then theo tiêu chuẩn để đảm bảo an toàn khi truyền mômen, xác định khả năng truyền mômen, xác định chiều dài then hoặc kiểm tra an toàn cho then. a. Mối ghép then bằng _ Khi trục truyền mômen cho moayơ, chi tiết quay (hoặc ngược lại), hình 7.9 thì then h bị dập ở mặt bên với diện tích Fd = l. Đồng thời bị cắt với diện tích Fc = b.l 2 _ Lực gây dập chính là lực gây cắt then. d t1 t h b _ Giả thiết lực dập phân bố đều trên diện tích bị dập, hnh 7. i9 Mốc ghépN đặtbằng Hì ợp lạ đượ i lực then cách d tâm O một đoạn (hình 7.9) 2 Chương 7. Trục – Then 10
  11. Bải giảng Chi tiết máy 2M x Vậy N= d _ Để bảo đảm an toàn cho mối ghép bằng then, khi làm việc phải thỏa mãn đồng thời: σd ≤ [ σ ]d; τ ≤ [τ ]c và được biểu diễn theo công thức sau: + Điều kiện bền dập trên mặt tiếp xúc giữa then và trục 2M x σd = ≤ [ σ d ] , N/mm2 (7.1) d .l.t + Điều kiện bền dập trên mặt tiếp xúc giữa then và moayơ 2M x σd = ≤ [σd ] , N/mm2 (7.2) d .l.t1 + Điều kiện bền cắt 2M x τc = ≤ [ τ ]c , N/mm2 (7.3) b.d .l Trong đó : Mx : mômen xoắn cần truyền, Nmm d : đường kính trục, mm l : chiều dài then, mm b : chiều rộng then, mm t1, t : chiều cao phần then lắp trong rãnh của moayơ và của trục, mm (bảng 7- 25 TKCTM) σ d; τ c : ứng suất dập và ứng suất cắt thực tế, N/mm2 [ σ ]d ; [τ ]c : ứng suất dập và cắt cho phép, N/mm2 ((bảng 7-20); (bảng 7-21) TKCTM). b. Mối ghép then vát Khi đóng then tạo thành mối ghép căng, tâm của chi tiết và trục lệch đi một khoảng. Trên bề mặt tiếp xúc giữa then và moayơ, giữa then và trục phát sinh áp lực, giả thiết áp lực này phân bố đều trên bề mặt then. Dưới tác dụng của áp lực, mặt trên của then bị dập, ứng suất dập phân bố không đều. Vậy để đảm bảo an toàn khi làm việc cần thỏa mãn điều kiện: σ d ≤ [ σ ]d ,ta có công thức: 25M x σd= ≤ [ σ ]d N/mm2 (7.4) b.l ( 2,28d + h ) Trong đó: Mx : mômen xoắn cần truyền (Nm) l, b : chiều dài, chiều rộng của then (mm), chọn theo bảng 7-25 TKCTM d : đường kính trục (mm) [ σ ]d : ứng suất dập cho phép chọn theo bảng 7-22 TKCTM Chương 7. Trục – Then 11
  12. Bải giảng Chi tiết máy c. Trình tự tính toán Có hai loại bài toán: 1.Đối với mối ghép có sẵn, cần kiểm tra an toàn hoặc xác định khả năng truyền M x thì tùy theo loại then, sử dụng công thức (7.1), (7.2), (7.3) hoặc (7.4) 2. Lựa chọn then cho mối ghép + Căn cứ vào đường kính trục d, chọn kích thước then b, h, l theo tiêu chuẩn bảng 7- 23, 7-24 hay 7-25. Khi chọn l, tính l ≈ 1,5d rồi chọn giá trị bé hơn. + Kiểm tra an toàn cho then theo công thức (7.1), (7.2), (7.3) hoặc (7.4) tùy theo loại then. * Lưu ý khi kiểm tra an toàn có thể xảy ra hai trường hợp: 1. Nếu không an toàn, giải quyết bằng cách tăng chiều dài l, tối đa l = 1,5d nhưng không quá chiều dài moayơ. 2. Nếu l = 1,5d vẫn không an toàn thì dùng hai then đặt cách nhau một góc từ 90 0 ÷ 1200. Khi lắp hai then có nhược điểm moayơ khó chế tạo, trục bị yếu nên ít sử dụng. Trường hợp này có thể dùng trục then hoa thay thế. 2. Ghép bằng then hoa 2.1 Khái niệm, phân loại Có thể xem 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. 10). Trục có Z then phân bố đều trên chu vi, có hình dạng giống như bông 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. 11) * Phân loại mối ghép then hoa a. Theo điều kiện làm việc + Ghép tĩnh: trong đó moayơ cố định trên trục. + Ghép động: trong đó moayơ có thể di chuyển dọc trục. Hình 7.11 Các tiết diện răng của then hoa Hình 7.10 Mối ghép then hoa * Phân loại then hoa a. Theo điều kiện làm việc + Ghép tĩnh: trong đó moayơ cố định trên trục. Chương 7. Trục – Then 12
  13. Bải giảng Chi tiết máy + Ghép động: trong đó moayơ có thể di chuyển dọc trục b. Theo dạng răng + Then hoa răng chữ nhật, loại này hiện dùng phổ biến. Các kích thước được tiêu chuẩn hóa theo ba loại: nhẹ, trung, nặng khác nhau về chiều cao và số răng. + Then hoa răng tam giác dùng khi truyền mômen không lớn lắm, kích thước được tiêu chuẩn hóa từng ngành. + Then hoa răng thân khai, có nhiều ưu điểm so với răng hình chữ nhật như chân răng lớn, ứng suất tập trung ở chân răng nhỏ, độ bền cao, gia công dễ bảo đảm chính xác, tự định vị được và đảm bảo độ đồng tâm tốt. c. Theo phương pháp định tâm + Định tâm theo đường kính ngoài, loại này chỉ dùng khi moayơ không nhiệt luyện, cần bảo đảm độ đồng tâm cao. + Định tâm theo đường kính trong, thường dùng cho mối ghép cần có độ đồng tâm cao. + Định tâm theo cạnh bên, tuy không đảm bảo độ đồng tâm nhưng lực phân bố tương đối đều trên răng nên thường dùng trong trường hợp truyền mômen xoắn lớn. 2.2 Ưu - khuyết điểm So với các mối ghép bằng then, mối ghép bằng then hoa có nhiều ưu điểm hơn. _ Ưu điểm - Đảm bảo sự đồng tâm và dễ di chuyển chi tiết máy trên trục một cách chính xác. - Khả năng chịu tải lớn. - Chịu được tải trọng động, va đập. Độ bền cao hơn. _ Nhược điểm - Tải trọng phân bố không đều trên các răng của trục then hoa. - Chế tạo và kiểm tra cần phải có thiết bị riêng. - Giá thành cao. 2.3 Điều kiện làm việc và tính toán mối ghép then hoa * Khi truyền mômen Mx trục then hoa làm việc thì mặt bên của răng bị dập, chân răng chịu cắt và uốn. Thực tế hiện tượng dập chân răng là nguy hiểm hơn cả vì vậy khi tính trục then hoa cần chú ý điều kiện bền dập. Vật liệu chế tạo trục then hoa có σ d = 560 ÷ 750 N/mm2 như thép C45; 40Cr v.v… * Giả thiết rằng áp suất phân bố đều và chỉ có 0,75 số lượng then làm việc ta có công thức : M σd = 0,75Z .F .R ≤ [ σ ]d x tb Trong đó : Mx : mômen xoắn cần truyền, Nmm Z : số lượng then Chương 7. Trục – Then 13
  14. Bải giảng Chi tiết máy F : diện tích chịu dập mỗi then, mm2 Rtb : bán kính trung bình, mm [ σ ]d : ứng suất dập cho phép, N/mm2 - bảng 7-22 GTCTM + Đối với then hoa chữ nhật  D−d  F=  −2f .l  2  D+d Rtb = 4 + Đối với then hoa thân khai F = 0,8m D+d Rtb = 4 Trong đó: f : hệ số ma sát, thường được chọn f = 0,1 ÷ 0,5 m : môđun (mm) Các ký hiệu khác xem bảng 7-26, 7-27 TKCTM. * Trình tự tính toán: Tính toán mối ghép then hoa có hai loại bài toán tương tự như mối ghép then. Khi kiểm tra nếu không an toàn phải chọn lại trục then lớn hơn hoặc tăng chiều dài moayơ. 3. Ghép bằng trục định hình _ Mối ghép trục định hình được tạo thành bằng cách lắp trục có tiết diện không tròn vào lỗ trên mayơ có hình dạng và kích thước tương ứng. Do tiết diện không tròn nên trục không xoay tương đối được so với bạc. _ Thường dùng trục có tiết diện hình vuông (Hình 7.5, a), hình ô van (Hình 7.5, b), hoặc hình tam giác (Hình 7.5, c). Hình 7.5 Mối ghép trục định hình _ Có thể dễ dàng gia công trục có tiết diện không tròn. Nhưng gia công lỗ có tiết diện không tròn 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. Hình 7.6 Trục định hình hình _ Bề mặt tiếp xúc giữa trục và lỗ của bạc khá lớn, côn nên mối ghép chịu được tải trọng nặng, tải va đập. Để tăng diện tích tiếp xúc, tăng Chương 7. Trục – Then 14
  15. Bải giảng Chi tiết máy khả năng tải của mối ghép, người ta dùng trục định hình côn (Hình 7.6). Khi xiết chặt đai ốc, sẽ tạo nên áp suất ban đầu trên bề mặt tiếp xúc. * Dạng hỏng chủ yếu của mối ghép trục định là dập bề mặt tiếp xúc giữa trục và lỗ. Mối ghép cũng được tính toán theo chỉ tiêu σd ≤ [σd]. _ Giá trị của ứng suất dập cho phép [σ 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 σd sinh ra trên bề mặt tiếp xúc có thể tính gần đúng theo công thức sau: 2T σd = ≤ [σd ] d 2 .l Trong đó, T: là mô men xoắn tác dụng lên mối ghép. l : là chiều dài của mặt tiếp xúc giữa trục và bạc. d: là đường kính vòng tròn ngoại tiếp của tiết diện trục định hình. _ Trường hợp trục côn, lấy đường kính d của vòng tròn ứng với tiết diện trung bình của mặt côn. Chương 7. Trục – Then 15
Đồng bộ tài khoản