Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

Chương 15

CHI TIẾT MÁY GHÉP

1. Khái niệm chung

• Mối ghép có thể tháo được hoặc không tháo được

• Ghép 2 hoặc nhiều chi tiết vối nhau, truyền mômen và lực

2. Mối ghép then và then hoa

2.1 Mối ghép then

Công dụng: truyền mômen xoắn cho mối ghép trục với bành răng, bánh

đai, bành xích, bánh vít ….

Phân loại:

• Then ghép lỏng: then bằng, then bán nguyệt, then dẫn hướng

• Then ghép căng: then ma sát, then vát, then tiếp tuyến

Đặc điểm:

1

• Kết cấu đơn giản, dễ tháo lắp, giá thành thấp

• Do làm rãnh trên trục nẹn gây tập trung ứng suất, làm yếu trục

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

2.1.1 Then bằng (then ghép lỏng)

• truyền mômen xoắn, không

truyền lực dọc trục

• mặt làm việc là 2 mặt bên

• có thể dùng 2 then (cách nhau

1800) hay 3 then (1200)

• chọn then theo tiêu chuẩn theo

2

đường kính trục

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

3

Tiêu chuẩn then bằng

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

Chi Chi titiếếtt mmááyy

[

Tính then bằng

]c [ c ττ ≤

• Chỉ tiêu tính: • Dạng hỏng: cắt và dập ]d d σσ ≤

≤

=

=

σ d

[ ]d σ

t

l

l

• Công thức:

2

Kiểm tra ứng suất dập F ×

T 2 td ×× 2 Với l là chiều dài phần tiếp xúc của then

l

≥

td

T 2 ]d σ×× 2

Chiều dài phần tiếp xúc của then

[ Ứng suất cắt

=

=

≤

l

≥

τ c

[ ]c τ

F lb ×

T 2 ldb ××

T 2 ]c [ db τ××

4

Chiều dài phần tiếp xúc của then

Chọn l lớn nhất trong 2 giá trị trên

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

2.1.1 Then bán nguyệt (then ghép lỏng)

• truyền mômen xoắn, không

truyền lực dọc trục

• mặt làm việc là 2 mặt bên

• chọn then theo tiêu chuẩn theo

đường kính trục

• thường sử dụng cho trục hình côn

Tính then bán nguyệt giống then bằng

2.1.3 Then vát (then ghép căng)

• truyền mômen xoắn và lực dọc trục

• làm việc mặt trên và dưới

• chọn then theo đk trục

5

• phải dùng lực ép (đóng) vào

• thường lắp ở đầu trục

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

Tính then vát

[

• Dạng hỏng: dập mặt trên (dưới)

]d d σσ ≤

• Chỉ tiêu tính:

• Công thức:

Phản lực trên bề mặt tiếp xúc phân bố theo hình tam giác

=

T

=

×+

×

Fn

dFf n

Cân bằng mômen xoắn

⇒

b

df

6 T 6 +

bF × n 6

=

=

≤

[ σ

σ d

]d

T 6

)

F n 5.0 lb

( bbl

df

12 +

Kiểm tra ứng suất dập

6

Với l là chiều dài phần tiếp xúc của then

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

7

2.1.4 Then tiếp tuyến (then ghép căng)

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

8

2.2 Mối ghép then hoa

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

Công dụng: truyền mômen xoắn

Đặc điểm:

•Độ đồng tâm cao

•Truyền mômen xoắn lớn

•Chịu được va đập và tải trọng động

•Độ bền mõi cao

•Chế tạo phức tạp

•Có thể di chuyển chi tiết dọc trục

Phân loại:

•Then hoa chữ nhật

•Then hoa tam giác

9

•Then hoa thân khai

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

Các kiểu định tâm

• Định tâm theo đường kính trong d: độ đồng tâm cao

• Định tâm theo đường kính ngoài D: độ đồng tâm cao, thường sử dụng khi không nhiệt luyện sau khi gia công then

10

• Định tâm theo bề rộng b: truyền mômen xoắn lớn, thường dùng khi vận tốc thấp

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

Tính then hoa

[

•Dạng hỏng: dập bề mặt bên

]d d σσ ≤

•Chỉ tiêu tính:

•Công thức tính:

=

≤

σ d

[ ]d σ

2 T Zhld

Ψ

m

Ứng suất dập

11

Then hoa bi

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

Chi Chi titiếếtt mmááyy

2.3 Mối ghép hàn

2.3.1 Khái niệm chung

Công dụng: là mối ghép không tháo được, dùng ghép hai chi tiết với nhau.

Phân loại:

• Hàn điện (hàn hồ quang), hàn hơi, hàn tiếp xúc, hàn plasma,hàn laser

• Hàn chồng, hàn giáp mối, hàn chữ T, hàn góc

• Hàn tiếp xúc điểm, hàn tiếp xúc đường

12

• Hàn chắc, hàn chắc kín

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

13

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

2.3.2 Mối hàn chồng

Mối hàn chịu lực F

=

≤

' τ

[ ]' τ

Tiết diện nguy hiểm là tiết diện phân giác của mối hàn

lk

Ứng suất tiếp F 7.0

' τ

=

[ ]' ≤ 2 τ

6 7.0

M lk

14

Mối hàn chịu mômen

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

' τ

=

+

[ ]' ≤ 2 τ

F 7.0

lk

6 7.0

M lk

Mối hàn chịu lực F và mômen M

2.2.3 Mối hàn giáp mối

]'σ [

Mối hàn chịu lực F

Xem như là 1chi tiết nguyên, nhưng do ảnh hưởng của nhiệt độ nên vùng lân cận mối hàn cơ tính bi giảm do đó ta sử dụng ứng suất tiếp cho phép

=

≤

[ 'σ

σ k

]k

F l δ

15

Ứng suất pháp

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

=

σ F

]k

M 6 [ ' ≤ 2 σ l δ

Mối hàn chịu mômen M

σ

=

]k

M 6 F [ ' + ≤ 2 σ l δδ l

Mối hàn chịu lực F và mômen M

2.2.5 Mối hàn chữ T

=

≤

[ 'σ

σ k

]k

F l δ

16

Mối hàn chịu lực F

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

=

σ F

]k

M 6 [ ' ≤ 2 σ l δ

Mối hàn chịu mômen M

σ

=

]k

M 6 F [ ' + ≤ 2 σ l δδ l

17

Mối hàn chịu lực F và mômen M

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

6. Mối ghép ren

6.1 Khái niệm

• Là mối ghép có thể tháo được

• Thông thường là ren tam giác

• Ren kẹp chặt sử dụng ren 1 đầu mối

Đặc điểm

• Cấu tạo đơn giản

• Sức bền cao

• Dễ tháo lắp

• Giá thành thấp do

được sản xuất hàng loạt

18

• Sức bền mõi kém

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

19

Các biện pháp phòng lỏng

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

20

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

6.2 Thông số hình học

• Đường kính đỉnh ren d (tiêu chuẩn bảng 17.2 trang 562)

d

=

• Đường kính chân ren d1 (bảng 17.7 trang 581)

2

dd + 1 2

• Đường kính trung bình d2 (bảng 17.7 trang 581)

• Bước ren p (bảng 17.2 trang 562)

• Số mối ren Z1 (ren kẹp chặt Z1 = 1)

pz tan

1= γ =

• Bước xoắn ốc

pZ pz d π

2

• Góc nâng ren

21

• Các thông số như đường kính đầu bu lông, chiều cao đầu bu lông, chiều cao đai ốc đã được tiêu chuẩn qui định theo quan điểm sức bền đều

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

6.3 Vật liệu và ứng suất cho phép

6.3.1 Vật liệu

• Vật liệu chế tạo bu lông là thép carbon thường, thép carbon chất

lượng tốt hay thép hợp kim> tiêu chuẩn qui định cấp bền (Grade) như bảng sau.

σb σch

22

↓ ↓

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

σ ch [ ]s

• Ứng suất kéo 6.3.2 Ứng suất cho phép [ ] σ = k

• [s]: hệ số an toàn 1.5 ~ 4 : thép carbon tải trọng tĩnh

2.5 ~ 5 : thép hợp kim tải trọng tĩnh

6.5 ~ 10: thép carbon tải trọng thay đổi

=

4.0= chσ ( 3.02.0 ÷

5 ~ 7.5 : thép hợp kim tải trọng thay đổi

σ

=

• Ứng suất tiếp [ ] τ [ ] τ tải trọng thay đổi tải trọng tĩnh ) chσ

8.0= ch ( 5.04.0 ÷

] ]

23

đối với gang • Ứng suất dập [ σ d [ σ d đối với thép ) b σ

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

dV

6.4 Lý thuyết khớp vít

=

Tr

( tan2 ' ργ+ 2

(Nmm) Mômen ma sát trên bề mặt ren )

V: lực xiết (N)

f

arctan

'

' =ρ

ρ’: góc ma sát tương đương

24

Đối với ren kẹp chặt f’ = 1.15 f

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

6.5 Tính mối ghép bu lông đơn

6.5.1 Mối ghép lỏng chịu lực dọc trục

Dạng hỏng: kéo đứt ở chân ren

[

]

k σσ ≤ k

Chỉ tiêu tính:

Công thức tính:

=

≤

σ k

[ ]k σ

F 2 d π 1 4

Ứng suất kéo

d 1 ≥

4 F [ ]k σπ

Đường kính chân ren

25

Tra bảng 17.7 và 17.2 để tìm bu lông tiêu chuẩn

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

26

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

27

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

[

]

=

+

6.5.2 Mối ghép chặt, không chịu lực dọc trục

3 2 στσ x k

2 k

Chỉ tiêu tính: Dạng hỏng: phá huỷ ở chân ren σ ≤ td

Công thức tính:

dV

)

=

σ = k

Tr

( tan2 ' ργ+ 2

F 2 1d π 4

Ứng suất kéo Mômen ma sát trên bề mặt ren

Vd 8

2

Ứng suất tiếp

=

=

=

τ x

T r W 0

tan( )' + ργ 3 d π 1

3.1≈

σ td

σ k

T r 3 d π 1 16

Thay vào ứng suất tương đương

F

≥

d 1

28

Đường kính chân ren

3.14 × × [ ]k σπ Tra bảng để tìm bu lông tiêu chuẩn

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

6.5.3 Mối ghép chịu lực ngang

A. Trường hợp lắp có khe hở

Dạng hỏng: tấm ghép bị trượt và phá huỷ ở chân ren

F

Fms ≥

[

]

=

≤

+

Chỉ tiêu tính: để tránh trượt

σ td

3 2 στσ x k

2 k

FifV

=

≥

để tránh phá huỷ chân ren

Fms

Công thức tính: lực ma sát i: số bề mặt ghép

Lực xiết V để tránh trượt

V =

Fk fi

k: hệ số an toàn

V

≥

d 1

3.14 × × ]k [ σπ

Đường kính trục để tránh phá huỷ chân ren

29

Tra bảng 17.7 và 17.2 để tìm bu lông tiêu chuẩn

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

[

B. Trường hợp lắp không khe hở

d σσ ≤

]d

]dσ [

là giá trị bé của 2 bề mặt tx Dạng hỏng: thân bu lông bị cắt và dập ]c [ c ττ ≤ Chỉ tiêu tính: với

Công thức tính:

=

≤

τ c

[ ]c τ

d

0 ≥

i

F 4 [ ]c i τπ

Đường kính thân bu lông theo ứng suất cắt

Ứng suất cắt F 2 d π 0 4

d

0 ≥

=

≤

σ d

[ ]d σ

F [ ]d h σ2

F dh 02

Ứng suất dập đối với tấm 2 Đường kính thân bu lông theo σd tấm 2

d

≤

=

≥

[ σ

σ d

]d

0

+

+

F ) dh 3

( h 1

( h 1

0

]d

30

Ứng suất dập tấm 1và 3 Đường kính theo σd tấm 1 và 3

F )[ h σ3 Chọn d0 lớn nhất và tra bảng tìm bu lông tiêu chuẩn

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

6.5.4 Mối ghép được xiết chặt, chịu lực dọc trục

=λ m

=λ b

Độ mềm của bu lông

L b AE bb

Độ mềm của tấm ghép L m AE mm

31

Hệ số ngoại lực

χ

=

=χ

)3.02.0 ÷ (

λ m + λλ b

m

thông thường

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

Dạng hỏng: tấm ghép bị tách hở, thân bu lông bị phá huỷ ở chân ren

0'≥V

Chỉ tiêu tính: để tránh tách hở

[

]

=

+

≤

σ td

3 2 στσ x k

2 k

để tránh phá huỷ ở chân ren

Công thức tính:

VV '

1(

F

0

−−=

) χ

≥

Lực tác động lên tấm ghép sau khi xiết chặ và chịu lực dọc trục

Lực xiết V để tránh tách hở

F

kV =

1( χ− )

V

F

1( χ−≥ )

hoặc

V

F χ+=

Fb

( 3.14

)

≥

Lực dọc trục tác động lên bu lông

d 1

V F χ+ ]k [ σπ

Đường kính bu lông (xiết chặt rồi chịu lực)

)

Đường kính bu lông (xiết chặt và chịu lực đồng thời)

≥

32

d 1

( 3.14 V F χ+ × ]k [ σπ

Tra bảng tìm bu lông tiêu chuẩn

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

6.6 Tính mối ghép nhóm bu lông

Nguyên tắc tính toán

• Phân tích lực tác động về từng bu lông

• Tính như mối ghép bu lông đơn cho bu lông chịu lực lớn nhất

• Chọn các bu lông còn lại bằng bu lông chịu lực lớn nhất

6.6.1 Nhóm bu lông chịu lực ngang nằm trong mặt phẳng ghép và đi qua

trọng tâm mối ghép

F

=

... ==

=

F F

1

F F

2

Fi

Giả thiết: lực tác động lên các bu lông bằng nhau

F Z

Tính như mối ghép bu lông đơn chịu lực ngang. Trường hợp có khe hở

V

=

Fi =

≥

=

d 1

Fk fi

Fk Zfi

Zf

Fk ×× i ×××

V ]

3.14 × × [ σπ × k

3.14 × [ ] × σπ k

33

Lực xiết V để tránh trượt Đg kính bu lông tránh phá huỷ chân ren

Tra bảng chọn bu lông tiêu chuẩn

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

34

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

6.6.2 Nhóm bu lông chịu mômen nằm trong mặt phẳng ghép

Giả thiết: lực tác động lên từng bu lông tỉ lệ thuận với khoảng cách từ

1

2

const

=

... ==

=

F M r 1

F M r 2

F Mi r i

tâm bu lông đến trọng tâm bề mặt ghép

MiF

Tổng mômen do các lực quay quanh trọng tâm bề mặt ghép gây ra

n

bằng mômen T tác động lên nhóm bu lông

T

=

F Mi =

iMirF

vì

∑

rF iM 1 r 1

i

1 =

n

rT × 1

2

1

F

T

=

M

1

r i

Nên Lực tác động lên bu lông 1

∑

2

F M r 1

i

1 =

r i

i

1 =

= n ∑ Lực lớn nhất tác động lên bu lông ở xa trọng tâm mối ghép nhất

max

F

=

max

M

rT × n

2

35

r i

∑

i

1 =

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

Tính như mối ghép bu lông đơn chịu lực ngang - Trường hợp có khe hở

Fk

≥

V

=

d 1

M max fi

V 3.14 × × ]k [ σπ×

Lực xiết V để tránh trượt Đg kính bu lông để tránh phá huỷ chân ren

36

Tra bảng chọn bu lông tiêu chuẩn

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

6.6.3 Nhóm bu lông chịu lực nằm trong mặt phẳng ghép không di qua trọng tâm bề mặt ghép

2

F

F

=

+

+

F i

2 Mi

2 Fi

FF Mi

Fi

αcos i

Dời lực F về trọng tâm bề mặt ghép. Xem như mối ghép chịu lực (mục 1) và mômen (mục 2) đồng thời. Theo luật cộng tác dụng ta cộng vectơ lực do 2 trường hợp riêng rẽ gây ra.

Với αi là góc nhọn hợp bởi 2 lực FMi và FFi

Tìm bu lông chịu lực lớn nhất và tính theo mối ghép bu lông đơn chịu lực ngang.

Trường hợp lắp có khe hở

V

=

≥

d 1

Fk i max fi

V 3.14 × × ]k [ σπ×

Lực xiết V để tránh trượt Đg kính bu lông để tránh phá huỷ chân ren

37

Tra bảng chọn bu lông tiêu chuẩn

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

38

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

6.6.4 Mối ghép nhóm bu lông chịu lực bất kỳ

Dạng hỏng

• mối ghép bị tách hở

• mối ghép bị trượt

• bu lông bị phá huỹ ở chân ren

0

Chỉ tiêu tính

• tránh tách hở

min >σ F > ms F H

[

]

≤

+

=

• tránh trượt

3 2 στσ x k

σ td

• tránh phá huỷ bu lông 2 k

Công thức tính

1(

1(

M

−

F V

39

σ

=

±

−

=

−

±

V

σσσ F M V

VZ A

) χ A

max min

) − χ W u

Ứng suất trên bề mặt tiếp xúc

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

1(

1(

M

−

F V

0

=

−

−

≥

σ

min

VZ A

) χ A

) χ − W u

k

AM

AM

V

=

V

≥

1( χ ) − Z

1( χ ) − Z

F + V W u

F + V W u

Để tránh tách hở

⎞ ⎟⎟ ⎠

⎛ ⎜⎜ ⎝

hoặc ⎛ ⎜⎜ ⎝ Lực xiết V để tránh tách hở ⎞ ⎟⎟ ⎠

F

=

1( χ )

≥

[ VZf

]

ms

F V

Để tránh trượt

F

=

1( −−

) χ

=

−− [ VZf

F H ]

ms

F V

. Fk H

Hoặc

+

Fk H

F V

V

=

f 1( χ− ) Zf

40

Lực xiết V để tránh trượt

Để tránh tách hở và tránh trượt chon lực xiết Vmax trong cả 2 trường hợp trên

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

Lực tác động lên bu lông

F

×

2

1

y i

M

Lực do mômen M tác động lên từng bu lông tỉ lệ thuận với khoảng cách từ tâm bu lông đến đường trung hoà

F

=

... ==

=

Mi

F M y 1

F Mi y i

vậy

1 y 1 gây ra so với đường trung hoà bằng mômen

MiF

F M y 2 Tồng mômen do các lực tác động lên các bu lông

n

n

1

M

χ

=

2 y i

∑

M

χ

=

iMi yF

vậy

∑

F M y 1

i

1 =

i

1 =

yM 1

F

1

M

2 y i

χ = n ∑

i

1 =

χ

max

F

=

max

M

Lực tác dụng lên bu lông số 1

41

2 y i

∑

i

1 =

Bu lông ở xa đường trung hoà nhất là bu lông chịu lực lớn nhất do M gây ra yM n

Chi Chi titiếếtt mmááyy

TS TS PhanPhan TTấấnn TTùùngng

F

V

=

+

+

F b

max

max

M

max

F χ V Z

Lực lớn nhất tác động lên bu lông

4

V

3.1

×

×

+

max

max

⎞ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎝

≥

d 1

Đường kính bu lông khi xiết chặt rồi mới chịu lực

F χ V F + M Z [ ]k × σπ Đường kính bu lông khi xiết chặt đồng thời với chịu lực

V

+

max

max

⎛ 3.14 × ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎠

≥

d 1

F χ V F + M Z [ ]k × σπ

42

Tra bảng chọn bu lông tiêu chuẩn

HẾT CHƯƠNG 15