13.1 Khái niệm
1
Chương 13. Lò xo
13.5 Lò xo xoắn ốc chịu
xoắn
13.6 Lò xo lá
13.3 Lò xo xoắn ốc nén
13.4 Lò xo xoắn ốc kéo
13.2 Vật liệu chế tạo lò xo
13.7 Lò xo đĩa
Chương 13. Lò xo
13.1 Khái niệm
1. Ñònh nghóa:
Loø xo laø tieát maùy coù ñoä ñaøn hoài cao ñöôïc söû duïng trong caùc thieát bò vaø duïng cuï ñeå:- Taïo löïc eùp (trong
truyeàn ñoäng baùnh ma saùt, phanh, khôùp noái …); - Giaûm chaán ñoäng, rung ñoäng (trong caùc maùy vaän chuyeån); -
Thöïc hieän caùc dòch chuyeån veà vò trí cuõ (van, cam…); - Tích luyõ cô naêng vaø laøm vieäc nhö ñoäng cô (daây coùt
ñoàng hoà); - Ño löïc (trong caùc löïc keá vaø caùc khí cuï ño).
2. Phaân loaïi:
-Theo daïng taûi troïng taùc duïng:loø xo keùo, neùn, uoán, xoaén; -Theo hình daïng caáu taïo:loø xo xoaén oác, loø xo
ñóa, loø xo voøng, loø xo xoaùy oác, loø xo nhíp; -Theo ñaëc tính:loø xo coù ñoä cöùng khoâng ñoåi vaø loø xo coù ñoä cöùng
thay ñoåi (loø xo xoaén oác coân).
3. Một sốloại loø xo thöôøng duøng:
-Loø xo xoaén oác chòu keùo (h.a), chòu neùn (h.b), chòu xoaén (h.c):thöôøng duøng nhieàu hôn caû, thöôøng ñöôïc
cheá taïo baèng daây loø xo tieát dieän troøn (h.d), ñoâi khi töø baêng kim loaïi tieát dieän chöõ nhaät (h.e); - Loø xo ñóa
(h.f): duøng khi taûi troïng lôùn, chuyeån vò ñaøn hoài nhoû, kích thöôùc doïc truïc nhoû; -Loø xo voøng (h.g): cuõng ñöôïc
duøng ñeå chòu taûi lôùn, giaûm chaán; -Loø xo xoaén oác deït (h.i): duøng ñeå chòu moâmen xoaén nhoû kích thöôùc truïc
nhoû; Loø xo nhíp (h.h): laøm vieäc vôùi öùng suaát uoán ñeå giaûm chaán vaø va ñaäp trong caùc maùy vaän taûi; -Loø xo
xoaén oác coân (h.d): coù ñoä cöùng thay ñoåi, khi löïc neùn Fataêng, caùc voøng loø xo (ñöôøng kính lôùn) seõ tì saùt vaøo
nhau laøm giaûm toång chieàu daøi cuûa caùc voøng loø xo bò bieán daïng laøm taêng ñoä cöùng cuûa loø xo.
Chương 13. Lò xo
13.2 Vật liệu chế tạo lò xo & ÖÙng suaát cho pheùp
- Do yeâu caàu khoái löôïng vaø kích thöôùc loø xo nhoû goïn neân vaät lieäu cheá taïo loø xo phaûi coù ñoä beàn
cao, coù tính ñaøn hoài cao vaø khoâng thay ñoåi trong moät thôøi gian daøi.
Trong thöïc teá, vaät lieäu ñeå cheá taïo loø xo caàn coù ñoä beàn cao vaø heä soá toån thaát thaáp bao goàm:
theùp coù thaønh phaàn cacbon cao, theùp khoâng gæ caùn nguoäi, hoùa cöùng; hôïp kim maøu vaø moät vaøi
vaät lieäu khoâng kim loaïi nhö lôùp sôïi thuûy tinh....
- Loø xo coù ñöôøng kính daây dnhoû hôn 8÷10mm ñöôïc cheá taïo baèng phöông phaùp quaán nguoäi,
tröôùc khi quaán ñöôïc nhieät luyeän vaø sau khi quaán ta chæ ram. Loø xo coù ñöôøng kính daây lôùn ñöôïc
quaán noùng, sau ñoù toâi. Daây loø xo coù ñöôøng kính nhoû hôn 8mm coù ba caáp ñoä beàn: ñoä beàn
thöôøng III, ñoä beàn naâng cao II vaø ñoä beàn cao I. Caùc giaù trò trung bình cô tính moät soá vaät lieäu
cheá taïo loø xo cho trong baûng.
- Khi yeâu caàu loø xo coù tính choáng aên moøn, söû duïng loø xo baèng hôïp kim maøu nhö ñoàng thanh
thieác, ñoàng thanh thieác keõm, ñoàng thanh silic - mangan...
- ÖÙng suaát xoaén cho pheùp [
]cuûa loø xo xoaén oác truï chòu keùo, neùn cho trong baûng, tuyø theo tính
chaát taûi troïng, möùc ñoä quan troïng cuûa loø xo chia ra 3 nhoùm: Nhoùm A: taûi troïng ñoäng vaø thay
ñoåi theo chu kyø, thay theá khoù khaên, neáu gaõy coù theå gaây hö hoûng nghieâm troïng; Nhoùm B: taûi
tónh hay ít thay ñoåi (caùc van an toaøn); Nhoùm C: loø xo khoâng quan troïng (loø xo cöûa).
ÖÙng suaát uoán cho pheùp [
]cuûa loø xo xoaén oác truï chòu xoaén coù theå gaàn ñuùng:
[
]
1,25.[
]
Chương 13. Lò xo
13.3 Lò xo xoắn ốc nén
1. Caùc thoâng soá hình hoïc vaø ñaëc ñieåm keát caáu:
Loø xo xoaén oác coù ñöôøng kính daây vaø böôùc loø xo khoâng ñoåi. Loø xo xoaén oác thöôøng ñöôïc
cuoän töø daây theùp tieát dieän troøn hoaëc chöõ nhaät. Caùc thoâng soá cô baûn cuûa loø xo:
- Ñöôøng kính daây dhoaëc kích thöôùc tieát dieän daây. Ñöôøng kính daây dchoïn theo daõy soá
tieâu chuaån sau: töø 0,5 ñeán 1,6mm caùch nhau 0,1mm; 1,8; 2; 2,3; 2,5; 2,8; 3; 3,5; 4; 4,5;
5; 5,6; 6; 6,3; 6,5; 6,7; 7,0; 7,5; 8; 9....; - Ñöôøng kính trung bình D, ñöôøng kính ngoaøi
(D+d) vaø ñöôøng kính trong (D –d) cuûa loø xo; - Chæ soá cuûa loø xo c = D/d;-Soá voøng laøm
vieäc cuûa loø xo n.
-Böôùc cuûa loø xo plaø khoaûng caùch taâm cuûa hai daây keá tieáp nhau theo phöông song song truïc; - Goùc naâng
voøng xoaén oác tgγ = p/(πD),trong thöïc teá goùc γcoù giaù trò nhoû hôn 8÷12o; - Chieàu cao (daøi) cuûa loø xo H.
Ñeå ñaëc tröng cho ñoä cong cuoän daây, ta söû duïng chæ soá loø xo c = D/d.Chæ soá ccuûa loø xo ñöôïc choïn theo
ñöôøng kính daây d:d, (mm) ≤2,5 3…5 6…12
c 5…12 4…10 4…9
Caùc voøng ñöôïc cuoän hôû (giöõa caùc voøng coù khe hôû) tröø caùc voøng ôû 2ñaàu muùt ñöôïc cuoän sít vôùi truïc loø
xo, maët ñaàu cuûa loø xo ñöôïc maøi phaúng vaø vuoâng goùc vôùi truïc loø xo ñaûm baûo taûi troïng taùc duïng chính
taâm loø xo.Khe hôû giöõa caùc voøng g = p – d lôùn hôn 10÷20% so vôùi bieán daïng lôùn nhaát cuûa moãi voøng loø xo
λmax/n, neáu khoâng caùc voøng loø xo coù theå bò sít nhau khi laøm vieäc, laøm thay ñoåi ñoä cöùng cuûa loø xo. Chieàu
daøi loø xo Hphaûi thoûa maõn ñieàu kieän Ho/ D
2,5 + 3.
2. Löïc taùc duïng:
Löïc keùo, neùn Fgaây ra caùc taûi troïng: - Moâmen M = F D / 2 ñöôïc phaân thaønh 2thaønh phaàn: T = 0,5 F D
cos
; Mu= 0,5 F D sin
;- Löïc Fcuõng ñöôïc phaân thaønh 2thaønh phaàn: löïc phaùp Nvaø löïc caét Q: N = F
sin
; Q = F cos
; vì
= 8
12o,(M
u
, N, Q) khaù nhoû neân chæ tính theo moâmen xoaén: T = F D / 2.
Chương 13. Lò xo
13.3 Lò xo xoắn ốc nén
3. Chuyeån vò ñaøn hoài doïc truïc cuûa loø xo:
Chuyeån vò ñaøn hoài doïc truïc cuûa loø xo ñöôïc tính theo
tích phaân Morô: l T T
=
---------dz
o G Jo
Trong ñoù: T = 0,5 D - moâmen xoaén ñôn vò; T = F D / 2; G = E / [2(1 +
)] - moâ ñun ñaøn hoài tröôït, vaät lieäu
theùp G=8.104Mpa; E,
- moâ ñun ñaøn hoài vaø heä soá Poisson cuûa vaät lieäu loø xo; Jo=
d4/ 32; l - chieàu daøi
daây cuoán caùc voøng laøm vieäc: l =
D n ;
= 8 F D3n / (G d4) =
1n F ;
1- ñoä meàm cuûa moät voøng loø xo;
1= 8 D3/ (G d4) = 8 c3/ (G d) ; Chuyeån vò cuûa loø xo
tæ leä vôùi voøng quay. Khi taûi troïng taêng töø luùc ñaàu
(laép) Fmin ñeán khi loø xo chòu taûi lôùn nhaát Fmax chuyeån vò ñaøn hoài töông öùng
min vaø
max: x =
max -
min
x =
1.n.(Fmax - Fmin);
x- chuyeån vò laøm vieäc cuûa loø xo; Fmin ñöôïc choïn phuï thuoäc vaøo nhieäm vuï loø xo theo cô caáu.
4. Tính toaùn loø xo theo ñoä beàn:
Ñieàu kieän beàn:
= k T / Wo
[
]
trong ñoù: k- heä soá xeùt ñeán söï taêng öùng suaát ôû bieân trong cuûa loø xo do daây bò uoán cong, kphuï thuoäc tæ soá
ñöôøng kính c: k = (4 c + 2) / (4 c - 3) ; Wo- moâmen caûn xoaén: Wo=
d3/ 16 ; T = 0,5 F D
do ñoù khi F = Fmax:
= 8 k Fmax c /(
d2)
[
]; hay coâng thöùc xaùc ñònh ñöôøng kính:
d
1,6
k Fmax c / [
]
Ñeå tính dchoïn c, sau khi tính dxem xeùt cvaø dcoù phuø hôïp nhau khoâng, dthöôøng laáy theo tieâu chuaån: