Phần tử dẫn hướng pot

Phân loại ổ lăn ̇ Theo khả năng tiếp nhận tải trọng, phân thành : + Ổ đỡ : chịu lực hướng tâm Fr, không chịu hoặc chỉ chịu một phần nhỏ lực dọc trục Fa.. Ổ tự lựa : mặt trong của vòng n

Trường đại học Bách KHOA

ư -ể ( ễ -

Bài giảng Phần tử dẫn hướng

Ï Ü Ì Ú

1.1 Khái niệm và định nghĩa

1 Khâu và chi tiết máy

̇ Ví dụ về máy và cơ cấu

XÐt ®ĩng c¬ ®ỉt trong kiÓu pitt«ng-tay quay ®−îc dïng ®Ó biÕn ®ưi n¨ng l−îng cña khÝ ch¸y bªn trong xi lanh (nhiÖt n¨ng, hêa n¨ng) thµnh c¬ n¨ng trªn trôc khụu (m¸y nµy ®−îc gôi lµ m¸y n¨ng l−îng - h×nh 1.1)

§ĩng c¬ ®ỉt trong bao gơm nhiÒu c¬ cÍu C¬ cÍu chÝnh trong m¸y lµ c¬ cÍu tay quay-con

tr−ît OAB (h×nh 1.2) lµm nhiÖm vô biÕn chuyÓn tÞnh tiÕn cña pist«ng (3) thµnh chuyÓn ®ĩng quay cña trôc khụu (1)

`

̇ Khâu và chi tiết máy

+ M¸y vµ c¬ cÍu gơm nhiÒu bĩ phỊn cê chuyÓn ®ĩng t−¬ng ®ỉi ®ỉi víi nhau Mìi bĩ phỊn

cê chuyÓn ®ĩng riªng biÖt nµy cña m¸y ®−îc gôi lµ mĩt kh©u

y

Kh©u cê thÓ lµ mĩt vỊt r¾n kh«ng biÕn d¹ng, vỊt r¾n biÕn d¹ng (vÝ dô lß xo…) hoƯc cê d¹ng d©y dÎo (vÝ dô d©y ®ai trong bĩ truyÒn ®ai…)

Ghi chó : VỊt r¾n (1) ®−îc gôi lµ kh«ng biÕn d¹ng (vỊt r¾n tuyÖt ®ỉi) nÕu kho¶ng c¸ch gi÷a hai

®iÓm bÍt kú A vµ B thuĩc vỊt r¾n lµ kh«ng ®ưi (h×nh 1.5): ABiiif =const

Trong ch−¬ng nµy, ta xem kh©u nh− lµ mĩt vỊt r¾n kh«ng biÕn d¹ng

+ Kh©u cê thÓ lµ mĩt chi tiÕt m¸y ®ĩc lỊp hay do mĩt sỉ chi tiÕt

m¸y ghÐp cøng l¹i víi nhau Mìi chi tiÕt m¸y lµ mĩt bĩ phỊn hoµn

chØnh, kh«ng thÓ th¸o ríi nhâ h¬n ®−îc n÷a cña m¸y

+ VÝ dô, c¬ cÍu tay quay con tr−ît OAB (h×nh 1.2) cê 4 kh©u:

Trôc khụu (1), thanh truyÒn (2), pitt«ng (3) vµ xi lanh (4) g¾n liÒn

víi vâ m¸y Trong hÖ quy chiÕu g¾n liÒn víi kh©u (4) (vâ m¸y, xi lanh), mìi kh©u cê chuyÓn

®ĩng riªng biÖt: kh©u (1) quay xung quanh t©m O, kh©u (2) chuyÓn ®ĩng song ph¼ng, kh©u (3)

chuyÓn ®ĩng tÞnh tiÕn, kh©u (4) cỉ ®Þnh

Trôc khụu th«ng th−íng lµ mĩt chi tiÕt m¸y ®ĩc lỊp Thanh truyÒn gơm nhiÒu chi tiÕt m¸y nh− th©n, b¹c lêt, ®Ìu to, bu l«ng, ®ai ỉc ghÐp cøng l¹i víi nhau

2 Nối động, thành phần khớp động, khớp động

̇ Bậc tự do tương đối giữa hai khâu

+ Sỉ bỊc tù do t−¬ng ®ỉi gi÷a hai kh©u lµ sỉ kh¶ n¨ng chuyÓn ®ĩng ®ĩc lỊp t−¬ng ®ỉi cña

kh©u nµy ®ỉi víi kh©u kia (tøc lµ sỉ kh¶ n¨ng chuyÓn ®ĩng ®ĩc lỊp cña kh©u nµy trong mĩt hÖ quy chiÕu g¾n liÒn víi kh©u kia)

+ Khi ®Ó ríi hai kh©u trong kh«ng gian, gi÷a chóng sÏ cê 6 bỊc tù do t−¬ng ®ỉi

ThỊt vỊy, trong hÖ tôa ®ĩ vu«ng gêc Oxyz g¾n liÒn víi kh©u (1), kh©u (2) cê 6 kh¶ n¨ng chuyÓn ®ĩng: T , T , TX Y Z (chuyÓn ®ĩng tÞnh tiÕn dôc theo c¸c trôc Ox, Oy, Oz) vµ Q , Q , QX Y Z(chuyÓn ®ĩng quay xung quanh c¸c trôc Ox, Oy, Oz) S¸u kh¶ n¨ng nµy hoµn toµn ®ĩc lỊp víi nhau (h×nh 1.3)

+ Tuy nhiªn, khi ®Ó ríi hai kh©u trong mƯt ph¼ng, sỉ bỊc tù do t−¬ng ®ỉi gi÷a chóng chØ

cßn l¹i lµ 3: chuyÓn ®ĩng quay QZ xung quanh trôc Oz vu«ng gêc víi mƯt ph¼ng chuyÓn ®ĩng Oxy cña hai kh©u vµ hai chuyÓn ®ĩng tÞnh

tiÕn T , TX Y dôc theo c¸c trôc Ox, Oy n»m

trong mƯt ph¼ng nµy (h×nh 1.4)

+ Sỉ bỊc tù do t−¬ng ®ỉi gi÷a hai kh©u

còng chÝnh lµ sỉ th«ng sỉ vÞ trÝ ®ĩc lỊp cÌn

cho tr−íc ®Ó x¸c ®Þnh hoµn toµn vÞ trÝ cña

kh©u nµy trong mĩt hÖ quy chiÕu g¾n liÒn

víi kh©u kia

ThỊt vỊy, ®Ó x¸c ®Þnh hoµn toµn vÞ trÝ

cña kh©u (2) trong hÖ quy chiÕu Rg¾n liÒn

víi kh©u (1), nghÜa lµ ®Ó x¸c ®Þnh hoµn toµn

vÞ trÝ cña hÖ quy chiÕu R2 g¾n liÒn víi kh©u

̇ Nối động, thành phần khớp động, khớp động

+ §Ó t¹o thµnh c¬ cÍu, ng−íi ta ph¶i tỊp hîp c¸c kh©u l¹i víi nhau b»ng c¸ch thùc hiÖn c¸c

phÐp nỉi ®ĩng Nỉi ®ĩng hai kh©u lµ b¾t chóng tiÕp xóc víi nhau theo mĩt quy c¸ch nhÍt ®Þnh

trong suỉt qu¸ tr×nh chuyÓn ®ĩng

+ Chì trªn mìi kh©u tiÕp xóc víi kh©u ®−îc nỉi ®ĩng víi nê gôi lµ thµnh phÌn khíp ®ĩng

Th«ng th−íng, trong c¸c khíp ®ĩng, thµnh phÌn khíp ®ĩng lµ ®iÓm, ®−íng th¼ng, mƯt ph¼ng, mƯt trô trßn xoay, mƯt nên trßn xoay hay mƯt cÌu

+ TỊp hîp hai thµnh phÌn khíp ®ĩng cña hai kh©u trong mĩt phÐp nỉi ®ĩng gôi lµ mĩt

khíp ®ĩng

+ Khi nỉi ®ĩng hai kh©u, sỉ bỊc tù do t−¬ng ®ỉi gi÷a chóng sÏ bÞ h¹n chÕ ®i Sỉ bỊc tù do

t−¬ng ®ỉi bÞ h¹n chÕ bít bịi mĩt khíp ®ĩng ®−îc gôi lµ sỉ rµng buĩc cña khíp (ký hiÖu lµ

RC) Sỉ bỊc tù do t−¬ng ®ỉi cßn ®−îc gôi lµ sỉ bỊc tù do cña khíp (ký hiÖu lµ NC)

Ta cê : RC+NC = 1

3 Các loại khớp động và lược đồ khớp

̇ Các loại khớp động

+ C¨n cø vµo sỉ bỊc tù do t −¬ng ®ỉi bÞ h¹n chÕ ®i khi nỉi ®ĩng (cßn gôi lµ sỉ rµng buĩc

cña khíp), ph©n khíp ®ĩng thµnh : khíp lo¹i 1, lo¹i 2, lo¹i 3, lo¹i 4, lo¹i 5 lÌn l−ît h¹n chÕ 1,

2, 3, 4, 5 bỊc tù do t−¬ng ®ỉi

Kh«ng cê khíp lo¹i 6, v× khíp nµy h¹n chÕ 6 bỊc tù do t−¬ng ®ỉi gi÷a hai kh©u, khi ®ê hai

kh©u lµ ghÐp cøng víi nhau Kh«ng cê khíp lo¹i 0, v× khi ®ê hai kh©u ®Ó ríi hoµn toµn trong

kh«ng gian (liªn kÕt gi÷a hai kh©u lóc nµy ®−îc gôi lµ liªn kÕt tù do)

+ C¨n cø vµo ®Ưc ®iÓm tiÕp xóc cña hai kh©u khi nỉi ®ĩng, ph©n khíp ®ĩng thµnh:

Khíp cao: nÕu thµnh phÌn khíp ®ĩng lµ c¸c ®iÓm hay c¸c ®−íng

Khíp thÍp: nÕu thµnh phÌn khíp ®ĩng lµ c¸c mƯt

̇ Ví dụ về khớp động

Cho h×nh trô trßn xoay (kh©u 1) tiÕp xóc víi tÍm ph¼ng (kh©u 2) theo mĩt ®−íng sinh, ta

®−îc mĩt khíp ®ĩng (h×nh 1.8) Sỉ bỊc tù do t−¬ng ®ỉi bÞ h¹n chÕ ®i lµ 2 (hai chuyÓn ®ĩng

Q , T kh«ng thÓ x¶y ra v× khi ®ê h×nh trô kh«ng cßn tiÕp xóc víi tÍm ph¼ng theo ®−íng sinh n÷a) : RC = 2 Khíp ®ĩng nµy lµ khíp lo¹i 2 Thµnh phÌn khíp ®ĩng trªn kh©u 1 lµ ®−íng sinh AA’ cña nê hiÖn ®ang tiÕp xóc víi mƯt ph¼ng cña kh©u 2 Thµnh phÌn khíp ®ĩng trªn kh©u 2

lµ ®o¹n th¼ng BB’ hiÖn trïng víi ®−íng sinh AA’ Thµnh phÌn khíp ®ĩng lµ c¸c ®−íng nªn khíp ®ĩng nµy lµ mĩt khíp cao

̇ Lược đồ khớp

KÕt cÍu cña c¸c kh©u vµ cña c¸c khíp ®ĩng nêi chung phøc t¹p, do ®ê ®Ó thuỊn tiÖn khi nghiªn cøu c¬ cÍu vÒ mƯt cÍu tróc, ®ĩng hôc vµ ®ĩng lùc hôc, ng−íi ta biÓu diÔn c¸c khíp

®ĩng b»ng c¸c l−îc ®ơ quy −íc vµ gôi lµ l −îc ®ơ ®ĩng cña khíp

4 Kích thước động của khâu và lược đồ khâu

+ KÝch th −íc ®ĩng cña kh©u lµ c¸c th«ng sỉ x¸c ®Þnh vÞ trÝ t−¬ng ®ỉi gi÷a c¸c thµnh phÌn

khíp ®ĩng trªn kh©u

VÝ dô, thanh truyÒn (2) trong ®ĩng c¬ ®ỉt trong (h×nh 1.1) ®−îc nỉi víi tay quay (1) vµ víi pitt«ng (3) b»ng c¸c khíp quay, c¸c thµnh phÌn khíp ®ĩng trªn thanh truyÒn lµ c¸c mƯt trô trong cê ®−íng trôc song song víi nhau KÝch th−íc ®ĩng cña thanh truyÒn lµ kho¶ng c¸ch ligi÷a hai ®−íng trôc cña c¸c khíp quay

B

+ Mìi kh©u cê thÓ cê mĩt hay nhiÒu kÝch th−íc ®ĩng VÝ dô, kh©u 3 trªn h×nh 1.19b ®−îc nỉi ®ĩng víi ba kh©u 6, 2 vµ 4 b»ng c¸c khíp quay B, C, E Kh©u 3 cê ba kÝch th−íc ®ĩng, ®ê

lµ kho¶ng c¸ch trôc lEC, lDE,lDC gi÷a c¸c khíp quay

+ Kh©u ®−îc biÓu diÔn b»ng c¸c l−îc ®ơ gôi lµ l −îc ®ơ ®ĩng cña kh©u, trªn ®ê thÓ hiÖn c¸c

kÝch th−íc ®ĩng cña nê vµ l−îc ®ơ c¸c khíp ®ĩng nỉi nê víi c¸c kh©u kh¸c VÝ dô l−îc ®ơ

®ĩng cña kh©u thanh truyÒn (2) trong ®ĩng c¬ ®ỉt trong cho trªn h×nh 1.12

5 Hệ quy chiếu tương ứng với khớp động

̇ Khi nghiªn cøu chuyÓn ®ĩng t−¬ng ®ỉi cña hai kh©u (1) vµ (2) trong mĩt nỉi ®ĩng, ta ®−a vµo mĩt hÖ quy chiÕu R(O, x, y, z) trong ®ê c¬ sị (x, y, z)f f f lµ mĩt c¬ sị trùc chuỈn Gỉc O lµ t©m h×nh hôc cña bÒ mƯt tiÕp xóc chung cña hai kh©u (1) vµ (2) Trôc Ox th−íng lÍy lµ trôc

®ỉi xøng hay ph¸p tuyÕn cña bÒ mƯt tiÕp xóc gi÷a hai kh©u NÕu tơn t¹i mĩt ph−¬ng ®Ưc biÖt thø hai, th× lÍy ®ê lµm trôc Oy

̇ Muỉn nghiªn cøu chuyÓn ®ĩng cña kh©u (2) ®ỉi víi kh©u (1), ta g¾n cøng hÖ quy chiÕu R lªn kh©u (1) vµ nghiªn cøu chuyÓn ®ĩng cña mĩt hÖ quy chiÕu R2 g¾n cøng trªn kh©u (2) so víi hÖ quy chiÕu R (h×nh 1.6) Lµm t−¬ng tù khi muỉn nghiªn cøu chuyÓn ®ĩng cña kh©u (1)

®ỉi víi kh©u (2)

6 Các khớp động thông dụng

a) Khớp quay (khớp bản lề)

̇ Khíp b¶n lÒ (h×nh 1.10a) lµ khíp ®Ó l¹i mĩt bỊc tù do t−¬ng ®ỉi gi÷a hai kh©u, ®ê lµ

chuyÓn quay Qx xung quanh trôc Ox: NC = 1

̇ BÒ mƯt tiÕp xóc gi÷a hai kh©u (1) vµ (2) (c¸c thµnh phÌn khíp ®ĩng) lµ mƯt trô trßn xoay (A) hay mƯt nên trßn xoay cê trôc ®ỉi xøng lµ Ox vµ mĩt phÌn mƯt ph¼ng (B), nªn khíp quay

lµ khíp thÍp Sỉ bỊc tù do t−¬ng ®ỉi bÞ h¹n chÕ ®i khi nỉi ®ĩng (sỉ rµng buĩc) lµ RC = 5 (chØ ®Ó l¹i chuyÓn ®ĩng t−¬ng ®ỉi Qx gi÷a hai kh©u), do ®ê khíp nµy lµ khíp lo¹i 5

̇ L−îc ®ơ ®ĩng khíp quay : h×nh 1.10b

b) Khớp trượt (khớp tịnh tiến)

̇ Khíp tÞnh tiÕn (h×nh 1.11a) lµ khíp ®Ó l¹i mĩt bỊc tù do t−¬ng ®ỉi gi÷a hai kh©u, ®ê lµ chuyÓn ®ĩng tÞnh tiÕn Txdôc theo trôc Ox : NC = 1

̇ BÒ mƯt tiÕp xóc gi÷a hai kh©u (1) vµ (2) th−íng lµ c¸c mƯt l¨ng trô cê ®−íng sinh song

song víi trôc Ox, nªn khíp tr−ît lµ khíp thÍp Sỉ bỊc tù do t−¬ng ®ỉi bÞ h¹n chÕ ®i: RC = 5 (chØ ®Ó l¹i chuyÓn ®ĩng t−¬ng ®ỉi Tx), nªn khíp tr−ît lµ khíp lo¹i 5

H×nh 1.10: Khíp quay

b)

c) Khớp trụ

̇ Khíp trô (h×nh 1.12a) lµ khíp ®Ó l¹i hai bỊc tù do t−¬ng ®ỉi gi÷a hai kh©u, ®ê lµ chuyÓn

®ĩng tÞnh tiÕn Tx dôc theo trôc Ox vµ chuyÓn ®ĩng quay Qx xung quanh trôc Ox: NC = 2

̇ BÒ mƯt tiÕp xóc gi÷a hai kh©u (1) vµ (2) lµ mƯt trô trßn xoay cê trôc ®ỉi xøng lµ trôc Ox nªn khíp trô lµ khíp thÍp Sỉ bỊc tù do t−¬ng ®ỉi bÞ h¹n chÕ ®i: RC = 4 (chØ ®Ó l¹i hai chuyÓn

x

y

z

12

̇ BÒ mƯt tiÕp xóc gi÷a hai kh©u (1) vµ (2) lµ mƯt xo¾n vÝt trô trßn cê trôc ®ỉi xøng lµ trôc

Ox, nªn khíp vÝt lµ khíp thÍp Sỉ bỊc tù do t−¬ng ®ỉi bÞ h¹n chÕ ®i : RC = 5 (chØ ®Ó l¹i hai chuyÓn ®ĩng Tx vµ Qx, nh−ng hai chuyÓn ®ĩng nµy phô thuĩc lĨn nhau), do ®ê khíp vÝt lµ khíp lo¹i 5

̇ Trong khíp vÝt, khi kh©u (1) quay mĩt gêc α xung quanh trôc Ox trong hÖ quy chiÕu R g¾n liÒn víi kh©u (2) th× ®ơng thíi nê còng chuyÓn ®ĩng tÞnh tiÕn dôc theo trôc Ox mĩt kho¶ng x Ta cê : x p

̇ Khíp cÌu (h×nh 1.14a) lµ khíp ®Ó l¹i ba bỊc tù do t−¬ng ®ỉi gi÷a hai kh©u, ®ê lµ ba chuyÓn

®ĩng quay Q , Q , Qx y z xung quanh ba trôc Ox, Oy vµ Oz: NC = 3

̇ BÒ mƯt tiÕp xóc gi÷a hai kh©u (1) vµ (2) lµ mƯt cÌu cê t©m O, nªn khíp cÌu lµ khíp thÍp

Sỉ bỊc tù do t−¬ng ®ỉi bÞ h¹n chÕ ®i: RC = 3 (chØ ®Ó l¹i ba chuyÓn ®ĩng quay Q , Q , Qx y z), do

®ê khíp cÌu lµ khíp lo¹i 3

̇ L−îc ®ơ ®ĩng cña khíp cÌu lo¹i 3: h×nh 1.14b

f) Khớp cầu có chốt (khớp cầu có chốt)

̇ Khíp cÌu cê chỉt (h×nh 1.15a) lµ khíp ®Ó l¹i hai bỊc tù do t−¬ng ®ỉi, ®ê lµ chuyÓn ®ĩng quay Qx xung quanh trôc Ox vµ chuyÓn ®ĩng Qy quay xung quanh trôc Oy: NC = 2

̇ BÒ mƯt tiÕp xóc gi÷a hai kh©u (1) vµ (2) lµ mƯt cÌu cê t©m lµ O nªn khíp nµy lµ khíp thÍp

Sỉ bỊc tù do t−¬ng ®ỉi bÞ h¹n chÕ ®i: RC = 4 (chØ ®Ó l¹i hai chuyÓn ®ĩng quay: Qx vµ Qy), do vỊy ®©y lµ khíp lo¹i 4

̇ L−îc ®ơ ®ĩng khíp cÌu cê chỉt : h×nh 1.15b

g) Khớp tựa phẳng

̇ Khíp tùa ph¼ng (h×nh 1.16a) ®Ó l¹i ba bỊc tù do t−¬ng ®ỉi : Qx, Ty, Tz ⇒ NC = 3

̇ BÒ mƯt tiÕp xóc gi÷a hai kh©u (1) vµ (2) lµ mƯt ph¼ng, nªn ®©y lµ khíp thÍp Sỉ bỊc tù do t−¬ng ®ỉi bÞ h¹n chÕ ®i: RC = 3 (chØ ®Ó l¹i ba chuyÓn ®ĩng Qx,Ty, Tz), do vỊy khíp tùa ph¼ng

(2)

H×nh 1.16

xa)

b) x

y

zO

(1)

(2)

H×nh 1.17

a)

̇ L−îc ®ơ ®ĩng cña khíp tùa ®iÓm: h×nh 1.18b

7 Chuỗi động và cơ cấu

̇ Chuỗi động

+ Chuìi ®ĩng lµ tỊp hîp c¸c kh©u ®−îc nỉi víi nhau b»ng c¸c khíp ®ĩng

+ Dùa trªn cÍu tróc chuìi ®ĩng, ph©n chuìi ®ĩng thµnh hai lo¹i: chuìi ®ĩng hị vµ chuìi

®ĩng kÝn

Chuìi ®ĩng hị lµ chuìi ®ĩng trong ®ê c¸c kh©u chØ ®−îc nỉi víi mĩt kh©u kh¸c

Chuìi ®ĩng kÝn lµ chuìi ®ĩng trong ®ê mìi kh©u ®−îc nỉi Ýt nhÍt víi hai kh©u kh¸c (c¸c

kh©u t¹o thµnh c¸c chu vi khÐp kÝn, mìi kh©u tham gia Ýt nhÍt hai khíp ®ĩng)

+ Dùa trªn tÝnh chÍt chuyÓn ®ĩng, ta ph©n biÖt chuìi ®ĩng kh«ng gian vµ chuìi ®ĩng ph¼ng

Chuìi ®ĩng kh«ng gian cê c¸c kh©u chuyÓn ®ĩng trªn c¸c mƯt ph¼ng kh«ng song song víi nhau, cßn trong chuìi ®ĩng ph¼ng, tÍt c¶ c¸c kh©u chuyÓn ®ĩng trªn nh÷ng mƯt ph¼ng song

song víi nhau

H×nh 1.18

y

z

x (2)(1)

O

+ VÝ dô, chuìi ®ĩng trªn h×nh 1.19a, cê 4 kh©u nỉi nhau b»ng 3 khíp quay vµ 1 khíp tr−ît, c¸c khíp quay cê ®−íng trôc song song víi nhau vµ vu«ng gêc víi ph−¬ng tr−ît cña khíp tr−ît, do ®ê c¶ 4 kh©u cê mƯt ph¼ng chuyÓn ®ĩng song song víi nhau H¬n n÷a mìi kh©u trong chuìi ®ĩng nỉi ®ĩng víi hai kh©u kh¸c, nªn chuìi ®ĩng nêi trªn lµ mĩt chuìi ®ĩng

ph¼ng kÝn T−¬ng tù, chuìi ®ĩng trªn h×nh 1.19b còng lµ chuìi ®ĩng ph¼ng kÝn

Chuìi ®ĩng trªn h×nh 1.19c gơm 4 kh©u, nỉi nhau b»ng ba khíp quay cê ®−íng trôc vu«ng gêc víi nhau tõng ®«i mĩt, do ®ê c¸c kh©u chuyÓn ®ĩng trong c¸c mƯt ph¼ng kh«ng song song víi nhau MƯc kh¸c, kh©u 3 vµ kh©u 4 chØ ®−îc nỉi víi mĩt kh©u kh¸c nªn ®©y lµ mĩt chuìi

®ĩng kh«ng gian hị Chuìi ®ĩng trªn h×nh 1.21a lµ mĩt chuìi ®ĩng ph¼ng kÝn Chuìi ®ĩng trªn h×nh 1.21b lµ mĩt chuìi ®ĩng kh«ng gian kÝn

̇ Cơ cấu

+ C¬ cÍu lµ mĩt chuìi ®ĩng, trong ®ê mĩt kh©u ®−îc chôn lµm hÖ quy chiÕu (vµ gôi lµ

gi¸), c¸c kh©u cßn l¹i cê chuyÓn ®ĩng x¸c ®Þnh trong hÖ quy chiÕu nµy (vµ gôi lµ c¸c kh©u

®ĩng) Th«ng th−íng, coi gi¸ lµ cỉ ®Þnh

T−¬ng tù nh− chuìi ®ĩng, ta còng ph©n biÖt c¬ cÍu ph¼ng vµ c¬ cÍu kh«ng gian

+ VÝ dô, chôn kh©u 4 trong chuìi ®ĩng ph¼ng kÝn h×nh 1.19a, kh©u 6 trong chuìi ®ĩng

ph¼ng kÝn h×nh 1.19b, kh©u 3 trong chuìi ®ĩng ph¼ng kÝn h×nh 1.21a lµm gi¸, ta ®−îc c¸c c¬

cÍu ph¼ng Chôn kh©u 4 trong chuìi ®ĩng kh«ng gian hị h×nh 1.19c, kh©u 4 trong chuìi ®ĩng kh«ng gian kÝn h×nh 1.21b lµm gi¸, ta cê c¬ cÍu kh«ng gian

H×nh 1.19a: c¬ cÍu tay quay con tr−ît dïng ®Ó biÕn chuyÓn ®ĩng quay cña kh©u 1 thµnh chuyÓn ®ĩng tÞnh tiÕn cña kh©u 3 vµ ng−îc l¹i H×nh 1.19b: c¬ cÍu 6 kh©u ph¼ng sö dông trong m¸y sµng l¾c, dïng ®Ó biÕn chuyÓn ®ĩng quay cña kh©u 1 thµnh chuyÓn ®ĩng tÞnh tiÕn qua l¹i cña con tr−ît 5 H×nh 1.19c: c¬ cÍu tay m¸y ba bỊc tù do H×nh 1.22a : c¬ cÍu cam cÌn

®ĩng quay trßn cña cam thµnh chuyÓn ®ĩng tÞnh tiÕn qua l¹i theo mĩt quy luỊt x¸c ®Þnh cña cÌn

+ C¬ cÍu th−íng ®−îc t¹o thµnh tõ chuìi ®ĩng kÝn C¬ cÍu ®−îc t¹o thµnh tõ chuìi ®ĩng

hị nh− c¬ cÍu tay m¸y (h×nh 1.19c), c¬ cÍu r«to m¸y ®iÖn (h×nh 1.23)

1.2 Bậc tự do của cơ cấu

1 Khái niệm bậc tự do của cơ cấu

̇ Sỉ bỊc tù do cña c¬ cÍu lµ sỉ th«ng sỉ vÞ trÝ ®ĩc lỊp cÌn cho

tr−íc ®Ó vÞ trÝ cña toµn bĩ c¬ cÍu hoµn toµn x¸c ®Þnh

Sỉ bỊc tù do cña c¬ cÍu còng chÝnh b»ng sỉ quy luỊt chuyÓn

®ĩng cÌn cho tr−íc ®Ó chuyÓn ®ĩng cña c¬ cÍu hoµn toµn x¸c

®Þnh

̇ VÝ dô: XÐt c¬ cÍu bỉn kh©u b¶n lÒ ABCD (h×nh 1.24) gơm

gi¸ cỉ ®Þnh 4 vµ ba kh©u ®ĩng 1, 2, 3 NÕu cho tr−íc th«ng sỉ

®Ó x¸c ®Þnh vÞ trÝ cña kh©u 1 so víi gi¸ th× vÞ trÝ cña c¬ cÍu hoµn toµn x¸c ®Þnh ThỊt vỊy, do kÝch th−íc ®ĩng lAB ®· cho tr−íc nªn vÞ trÝ ®iÓm B hoµn toµn x¸c ®Þnh Do ®iÓm D vµ c¸c kÝch th−íc lBC , lCD ®· cho tr−íc nªn vÞ trÝ ®iÓm C vµ do

®ê vÞ trÝ c¸c kh©u 2 vµ 3 hoµn toµn x¸c ®Þnh NÕu cho tr−íc quy luỊt chuyÓn ®ĩng cña kh©u (1) : ϕ = ϕ1 1(t) th× chuyÓn ®ĩng cña c¸c kh©u 2 vµ 3 sÏ hoµn toµn x¸c ®Þnh Nh− vỊy c¬ cÍu bỉn kh©u b¶n lÒ cê 1 bỊc tù do: W=1

2 Công thức tính bậc tự do của cơ cấu phẳng

̇ XÐt c¬ cÍu gơm gi¸ cỉ ®Þnh vµ n kh©u ®ĩng

Gôi : W0 : tưng sỉ bỊc tù do cña c¸c kh©u ®ĩng cña c¬ cÍu khi ®Ó ríi nhau trong hÖ quy chiÕu g¾n liÒn víi gi¸ R : tưng sỉ c¸c rµng buĩc do c¸c khíp trong c¬ cÍu t¹o ra

Khi ®ê bỊc tù do cña c¬ cÍu sÏ b»ng: W=W0− R

Do mìi kh©u ®ĩng khi ®Ó ríi sÏ cê 6 bỊc tù do nªn tưng sỉ bỊc tù do cña n kh©u ®ĩng:

0

W =6n

§Ó tÝnh bỊc tù do cña c¬ cÍu, cÌn tÝnh R

̇ §ỉi víi c¸c c¬ cÍu mµ l−îc ®ơ kh«ng cê mĩt ®a gi¸c nµo c¶, tøc lµ kh«ng cê khíp nµo lµ

khíp ®êng kÝn (vÝ dô c¬ cÍu tay m¸y h×nh 1.19c), sau khi nỉi n kh©u ®ĩng l¹i víi nhau vµ víi

gi¸ b»ng pj khíp lo¹i j, tưng sỉ c¸c rµng buĩc b»ng: j

Ngoµi ra, trong sỉ c¸c bỊc tù do cña c¬ cÍu ®−îc tÝnh theo c«ng thøc (1.2), cê thÓ cê nh÷ng bỊc tù do kh«ng cê ý nghÜa ®ỉi víi vÞ trÝ c¸c kh©u ®ĩng trong c¬ cÍu, nghÜa lµ kh«ng

¶nh h−ịng g× ®Õn cÍu h×nh cña c¬ cÍu C¸c bỊc tù do nµy gôi lµ bỊc tù do thõa vµ ph¶i lo¹i ®i

khi tÝnh to¸n bỊc tù do cña c¬ cÍu

Têm l¹i, c«ng thøc tưng qu¸t ®Ó tÝnh bỊc tù do cña c¬ cÍu:

j trung thua thua j

̇ Ví dụ về ràng buộc trùng và tính bậc tự do của cơ cấu không gian

XÐt c¬ cÍu trªn h×nh 1.25, gơm 3 kh©u ®ĩng vµ

4 khíp: Khíp quay A vµ D, khíp trô B vµ C Chôn

khíp C lµm khíp ®êng kÝn

Tr−íc hÕt, nỉi kh©u 3, 4, 1, 2 b»ng ba khíp D,

A, B C¸c rµng buĩc gi¸n tiÕp gi÷a kh©u 2 vµ kh©u

3 lµ c¸c chuyÓn ®ĩng Q X, Q Z Nỉi kh©u 2 vµ kh©u

3 b»ng khíp C ®êng kÝn Khíp C cê 4 rµng buĩc :

c¸c chuyÓn ®ĩng Q X,T Q T X, Y, Y Nh− vỊy cê mĩt

rµng buĩc trïng lµ chuyÓn ®ĩng Q X

Têm l¹i víi c¬ cÍu ®ang xÐt: n =3, p5 = (hai 2

khíp quay lo¹i 5), p4 =2 (hai khíp trô lo¹i 4),

1

trung

R = (mĩt rµng buĩc trïng) ⇒ W = 6.3 - (2.5

+ 2.4 - 1) = 1

3 Công thức tính bậc tự do của cơ cấu phẳng

̇ Víi c¬ cÍu ph¼ng, ngay khi cßn ®Ó ríi nhau trong hÖ quy chiÕu g¾n liÒn víi gi¸, c¸c kh©u

®−îc xem nh− n»m trªn cïng mĩt mƯt ph¼ng (hay trªn c¸c mƯt ph¼ng song song nhau) Do ®ê tưng sỉ bỊc tù do cña n kh©u ®ĩng: W0 =3n

Gôi Oxy lµ mƯt ph¼ng chuyÓn ®ĩng cña c¬ cÍu th× c¸c bỊc tù do T , Q , QZ X Y cña mìi kh©u

®· bÞ h¹n chÕ

Mìi khíp quay cê trôc quay Oz vu«ng gêc víi mƯt ph¼ng Oxy chØ cßn h¹n chÕ hai bỊc tù

do lµ chuyÓn ®ĩng tÞnh tiÕn TX vµ TY

Mìi khíp tr −ît cê ph−¬ng tr−ît n»m trong mƯt ph¼ng Oxy (h×nh 1.26a) chØ cßn h¹n chÕ

hai bỊc tù do lµ chuyÓn ®ĩng quay QZ vµ chuyÓn ®ĩng tÞnh tiÕn TN theo ph−¬ng vu«ng gêc víi ph−¬ng tr−ît vµ n»m trong mƯt ph¼ng Oxy

Mìi khíp cao lo¹i 4 nh− khíp b¸nh r¨ng ph¼ng, khíp cam ph¼ng (h×nh 1.26b) chØ cßn h¹n

chÕ mĩt bỊc tù do lµ chuyÓn ®ĩng tÞnh tiÕn TN n»m trong mƯt ph¼ng Oxy vµ theo ph−¬ng ph¸p tuyÕn chung cña hai thµnh phÌn khíp cao

Trong c¬ cÍu ph¼ng th−íng chØ dïng ba lo¹i khíp trªn nªn tưng sỉ c¸c rµng buĩc do c¸c

khíp trong c¬ cÍu ph¼ng t¹o ra: R=2p5+ p4

Nh− vỊy, bỊc tù do cña c¬ cÍu : W =3n−(2p5+p4) (1.4) Th«ng th−íng cê thÓ dïng c«ng thøc (1.4) ®Ó tÝnh bỊc tù do cña c¬ cÍu

VÝ dô, c¬ cÍu 4 kh©u b¶n lÒ ph¼ng (h×nh 1.24): n = 3; p5 = ; 4 p4 =0

⇒ W = 3.3 - (2.4 + 0) = 1

Tuy nhiªn, kÓ ®Õn c¸c rµng buĩc trïng, rµng buĩc thõa vµ bỊc tù do thõa, c«ng thøc tưng

qu¸t ®Ó tÝnh bỊc tù do cña c¬ cÍu ph¼ng nh− sau:

̇ Ví dụ về ràng buộc trùng

Trong c¬ cÍu ph¼ng, rµng buĩc trïng chØ cê t¹i c¸c khíp ®êng kÝn cña ®a gi¸c gơm 3 kh©u nỉi víi nhau b»ng 3 khíp tr−ît

VÝ dô xÐt c¬ cÍu trªn h×nh 1.27 Gi¶ sö lÍy khíp B lµm khíp ®êng kÝn Khi nỉi kh©u 1, kh©u 3

vµ kh©u 2 b»ng c¸c khíp A vµ C, kh©u 2 kh«ng thÓ quay t−¬ng ®ỉi so víi kh©u 1 quanh trôc

Oz, tøc lµ cê mĩt rµng buĩc gi¸n tiÕp QZ gi÷a kh©u 1 vµ kh©u 2 (h×nh 1.28) Khi nỉi trùc tiÕp

kh©u 1 vµ kh©u 2 b»ng khíp ®êng kÝn B, khíp B l¹i t¹o thªm rµng buĩc QZ Nh− vỊy, ị ®©y cê mĩt rµng buĩc trïng: R trung = 1

Têm l¹i, bỊc tù do cña c¬ cÍu (n = 2, p5 =3, p4 = 0):

̇ Ví dụ về ràng buộc thừa

XÐt hÖ cho trªn h×nh 1.29: n = 4, p5 = 6 ⇒ bỊc tù do cña hÖ tÝnh theo c«ng thøc (1.4):

§iÒu nµy ®−îc gi¶i thÝch nh− sau: Khi ch−a nỉi kh©u 2 vµ kh©u 4 b»ng kh©u 5 vµ hai khíp quay E, F th× hÖ lµ mĩt c¬ cÍu bỉn kh©u b¶n lÒ ph¼ng cê bỊc tù do W = 1, cê l−îc ®ơ lµ mĩt h×nh b×nh hµnh ABCD Do ®Ưc ®iÓm h×nh hôc cña c¬ cÍu, kho¶ng c¸ch gi÷a hai ®iÓm E cña kh©u 2 vµ ®iÓm F cña kh©u 4 víi lAF = lBE lu«n lu«n kh«ng ®ưi khi c¬ cÍu chuyÓn ®ĩng ThÕ

mµ, viÖc nỉi ®iÓm E cña kh©u 2 vµ ®iÓm F cña kh©u 4 b»ng kh©u 5 vµ hai khíp quay E, F chØ nh»m môc ®Ých gi÷ cho hai ®iÓm E vµ F c¸ch nhau mĩt kho¶ng kh«ng ®ưi, nªn rµng buĩc nµy

lµ thõa MƯc kh¸c, khi thªm kh©u 5 vµ hai khíp quay E, F vµo c¬ cÍu sÏ t¹o thªm cho c¬ cÍu mĩt bỊc tù do b»ng (n = 1, p5 = 2): W =3.n−(2p5+ p4)=3.1 (2.2)− = − , tøc lµ t¹o ra mĩt 1rµng buĩc Nh− vỊy sỉ rµng buĩc thõa trong tr−íng hîp nµy sÏ b»ng: R thua = 1

Têm l¹i, bỊc tù do cña c¬ cÍu: W =3n−(2p5+p4−R thua)=3.4 (2.6 0 1) 1− + − =

̇ Ví dụ về bậc tự do thừa

Trong c¬ cÍu cam cÌn l¾c ®¸y l¨n

(dïng ®Ó biÕn chuyÓn ®ĩng quay liªn

tôc cña cam 1 thµnh chuyÓn ®ĩng l¾c

qua l¹i theo mĩt quy luỊt cho tr−íc cña

Tuy nhiªn, bỊc tù do cña c¬ cÍu nµy

lµ W = 1, bịi v× khi cho cam quay ®Òu

th× chuyÓn ®ĩng cña cÌn hoµn toµn x¸c ®Þnh ị ®©y cê mĩt bỊc tù do thõa: W thua = , ®ê lµ 1chuyÓn ®ĩng cña con l¨n xung quanh trôc cña m×nh, bịi v× khi cho con l¨n quay xung quanh trôc nµy, cÍu h×nh cña c¬ cÍu hoµn toµn kh«ng thay ®ưi

Têm l¹i, bỊc tù do cña c¬ cÍu: W =3n−(2p5+ p4)−W thua =3.3 (2.3 1) 1 1− + − =

4 Khâu dẫn, khâu bị dẫn, khâu phát động

tù do sÏ cÌn cê bÍy nhiªu kh©u dĨn

̇ Khâu bị dẫn

Ngoµi gi¸ vµ kh©u dĨn ra, c¸c kh©u cßn l¹i ®−îc gôi lµ kh©u bÞ dĨn

Kh¸i niÖm kh©u dĨn, kh©u bÞ dĨn kh«ng cê ý nghÜa ®ỉi víi c¸c c¬ cÍu r«bỉt Trong c¸c c¬ cÍu nµy, kh«ng cê kh©u nµo mµ chuyÓn ®ĩng hoµn toµn phô thuĩc vµo chuyÓn ®ĩng cña mĩt hay mĩt sỉ kh©u kh¸c, chuyÓn ®ĩng cña mìi kh©u ®−îc ®iÒu khiÓn b»ng mĩt kÝch ho¹t riªng biÖt

̇ Khâu phát động

Kh©u ph¸t ®ĩng lµ kh©u ®−îc nỉi trùc tiÕp víi nguơn n¨ng l−îng lµm cho m¸y chuyÓn

®ĩng VÝ dô, víi ®ĩng c¬ ®ỉt trong h×nh 1.1, kh©u ph¸t ®ĩng lµ pitt«ng Cßn kh©u dĨn th−íng

®−îc chôn lµ kh©u cê vỊn tỉc gêc kh«ng ®ưi hay theo yªu cÌu lµm viÖc ph¶i cê vỊn tỉc gêc kh«ng ®ưi, ị ®©y chôn trôc khụu lµm kh©u dĨn

Kh©u ph¸t ®ĩng cê thÓ trïng hay kh«ng trïng víi kh©u dĨn, tuy nhiªn th«ng th−íng ng−íi

ta chôn kh©u dĨn trïng víi kh©u ph¸t ®ĩng

5 Quy luật “vào ra” của cơ cấu

(Loi d’entrÐe-sortie d’un mÐcanisme)

Quy luỊt vµo ra cña mĩt c¬ cÍu lµ mỉi quan hÖ tơn t¹i gi÷a c¸c th«ng sỉ cña kh©u dĨn vµ c¸c th«ng sỉ cña kh©u bÞ dĨn cña c¬ cÍu

̇ Quy luật vào ra hình học

Trong c¬ cÍu tay quay con tr−ît (h×nh 1.32), kh©u dĨn lµ kh©u (1) cê th«ng sỉ vÞ trÝ cho tr−íc lµ gêc θ =(Ox OAiif iiif, )

Quy luỊt vµo ra cña c¬ cÍu lµ quan hÖ gi÷a th«ng sỉ vÞ trÝ θ cña

kh©u dĨn (1) vµ th«ng sỉ vÞ trÝ x=OB cña kh©u bÞ dĨn (3) §©y lµ d¹ng quy luỊt vµo ra h×nh

̇ Quy luật vào ra động học

Quan hÖ gi÷a vỊn tỉc gêc ω cña kh©u (1) vµ vỊn tỉc tÞnh tiÕn V cña kh©u (3) trong hÖ quy chiÕu g¾n liÒn víi gi¸ (4)

Kh©u (3) chuyÓn ®ĩng tÞnh tiÕn, vỊn tỉc cña mĩt ®iÓm trªn kh©u (3) :

§©y chÝnh lµ quy luỊt vµo ra ®ĩng hôc

• Ngoµi ra con cê quy luỊt vµo ra ®ĩng lùc hôc, cho ta mỉi quan hÖ vÒ lùc vµ momen t¸c

XÐt c¬ cÍu bỉn kh©u b¶n lÒ ABCD (h×nh 1.33) T¸ch khâi c¬ cÍu, kh©u dĨn 1 vµ gi¸ 4, sÏ cßn l¹i mĩt nhêm gơm hai kh©u 2 vµ 3 nỉi víi nhau b»ng khíp quay C (h×nh 1.34) Ngoµi ra trªn mìi kh©u

cßn mĩt thµnh phÌn khíp vµ ®−îc gôi lµ khíp chí : khíp chí B vµ khíp chí C Nh− vỊy nhêm cßn l¹i

gơm cê hai kh©u (n = 2) vµ ba khíp quay (p5 = 3), bỊc tù do cña nhêm: W = 3.2 - 2.3 = 0 §©y lµ mĩt nhêm tÜnh ®Þnh v× khi cho tr−íc vÞ trÝ cña c¸c khíp chí th× vÞ trÝ cña khíp trong C hoµn toµn x¸c ®Þnh

Nhêm tÜnh ®Þnh lµ nhêm cê bỊc tù do b»ng 0 vµ kh«ng thÓ t¸ch thµnh c¸c nhêm nhâ h¬n cê bỊc tù

do b»ng 0

2 Hạng của cơ cấu

̇ Hạng của nhóm tĩnh định

+ Nhêm tÜnh ®Þnh chØ cê hai kh©u vµ ba khíp ®−îc gôi lµ nhêm Axua h¹ng II

Cê n¨m lo¹i nhêm Axua h¹ng II nh− sau (h×nh 1.35):

Nhêm gơm cê hai kh©u vµ ba khíp tr−ît kh«ng ph¶i lµ mĩt nhêm tÜnh ®Þnh v× bỊc tù do cña nhêm b»ng 1

+ Nhêm Axua cê h¹ng cao h¬n II

NÕu c¸c khíp trong cña mĩt nhêm tÜnh ®Þnh t¹o thµnh mĩt ®a gi¸c th× h¹ng cña nhêm Axua ®−îc

lÍy b»ng sỉ ®Ønh cña ®a gi¸c, nÕu t¹o thµnh nhiÒu ®a gi¸c th× h¹ng cña nhêm lÍy b»ng sỉ ®Ønh cña ®a gi¸c nhiÒu ®Ønh nhÍt

VÝ dô c¬ cÍu trªn h×nh 1.36 cê thÓ t¸ch thµnh kh©u dĨn 1 nỉi gi¸ b»ng khíp quay vµ mĩt nhêm tÜnh

®Þnh BCDEG (h×nh 1.37) C¸c khíp chí lµ khíp B, E, G C¸c khíp trong lµ C, D, E Nhêm nµy cê mĩt

®a gi¸c khÐp kÝn lµ CDF cê ba ®Ønh nªn lµ nhêm h¹ng III

̇ Hạng của cơ cấu

+ C¬ cÍu h¹ng I lµ c¬ cÍu cê mĩt kh©u ®ĩng nỉi víi gi¸ b»ng khíp quay, vÝ dô c¬ cÍu roto m¸y

®iÖn

+ C¬ cÍu cê sỉ kh©u ®ĩng lín h¬n I cê thÓ coi lµ tư hîp cña mĩt hay nhiÒu c¬ cÍu h¹ng I víi mĩt

sỉ nhêm Axua NÕu c¬ cÍu chØ cê mĩt nhêm Axua th× h¹ng cña c¬ cÍu lµ h¹ng cña nhêm NÕu c¬ cÍu

cê nhiÒu nhêm Axua th× h¹ng cña c¬ cÍu lÍy b»ng h¹ng cña nhêm Axua cê h¹ng cao nhÍt

VÝ dô c¬ cÍu trªn h×nh 1.37 lµ c¬ cÍu h¹ng III

ViÖc xÕp h¹ng c¬ cÍu cê ý nghÜa thiÕt thùc trong viÖc nghiªn cøu c¸c mĩt sỉ bµi tÝnh ®ĩng hôc vµ lùc hôc cña c¬ cÍu

è Û

Bài 1: Tính bậc tự do của cơ cấu động cơ đốt trong kiểu chữ V (hình 1.38)

Bài 2: Tính bậc tự do của cơ cấu vẽ đường thẳng của Lipkin (hình 1.39)

Cho : lAD = lAE; lBD = lDC = lCE = lEB; lAF = lFB

Bài 3: Tính bậc tự do của cơ cấu chuyển động theo quỹ đạo cho trước (hình 1.40)

Bài 4: Tính bậc tự do của cơ cấu vẽ đường thẳng (hình 1.41)

Số khớp loại 5 (khớp thấp): p5 =10 (10 khớp quay: tại A có 2 khớp quay vì có 3 khâu nối

động với nhau, tại B có 2 khớp quay, tại C có 1 khớp quay, tại D có 2 khớp quay, tại E có 2 khớp quay, tại F có 1 khớp quay)

Số khớp loại 4 (khớp cao): p4 =0

⇒ W =3nư(2p5+p4)=3.7 (2.10 1.0)ư + ⇒ W =1

Bài 3

Số khâu động: n = 5

Số khớp loại 5 (khớp thấp): p5= (4 khớp quay: A, B, C, D; 1 khớp trượt G) 5

Số khớp loại 4 (khớp cao): p4 =2 (2 khớp cao tại E và F)

Sè khíp lo¹i 5 (khíp thÊp): p5= (1 khíp quay t¹i A, 1 khíp quay t¹i B, 2 khíp quay t¹i C, 1 9khíp quay t¹i D, 1 khíp quay t¹i E, 1 khíp quay t¹i F, 1 khíp quay t¹i G, 1 khíp tr−ît t¹i H

W = n− p +p = − + = − (víi n =1, p5 = 2, p4 = 0), tøc lµ t¹o nªn 1 rµng buéc ⇒ Sè rµng buéc thõa: R thua = 1

Tãm l¹i, bËc tù do cña c¬ cÊu:

H×nh 1.41

4

5

6

Ù Ï Ø Ü

̇ Công nghệ thực hiện dẫn hướng chuyển động quay

Để thực hiện dẫn hướng chuyển động quay, về mặt công nghệ có thể sử dụng các loại gối đỡ trục (ổ trục) khác nhau

2A.1 Khái niệm chung

Hình 2A.1a : Ổ bi đỡ một dãy

Dd

BVòng ngoài

̇ Con lăn có các loại : bi, đũa trụ, đũa trống, đũa côn, đũa kim (đũa trụ nhỏ và dài), đũa (trụ) xoắn (con lăn hình trụ rỗng, làm bằng băng thép mỏng cuốn lại ⇒ có tính đàn hồi cao) (hình 2A.1b)

2 Phân loại ổ lăn

̇ Theo khả năng tiếp nhận tải trọng, phân thành :

+ Ổ đỡ : chịu lực hướng tâm Fr, không chịu hoặc chỉ chịu một phần nhỏ lực dọc trục Fa + Ổ đỡ chặn : chịu được đồng thời cả lực hướng tâm Fr và lực dọc trục Fa

+ Ổ chặn : chỉ chịu được lực dọc trục Fa

̇ Theo hình dạng con lăn, phân thành : ổ bi (con

lăn là viên bi hình cầu) và ổ đũa (con lăn có dạng

hình đũa)

̇ Theo số dãy con lăn, phân thành : ổ một dãy, ổ

hai dãy, ổ bốn dãy

̇ Với cùng đường kính trong d, tùy theo bề rộng B

có cỡ ổ khác nhau : ổ hẹp, ổ bình thường, ổ rộng, ổ rất

rộng

Với cùng đường kính trong d, tùy theo đường kính

ngoài D có các cỡ ổ khác nhau : cỡ đặc biệt nhẹ, cỡ

nhẹ, cỡ trung bình, cỡ nặng

Loại và cỡ ổ khác nhau ⇒ khả năng tải và khả

năng làm việc với vận tốc cao sẽ khác nhau

̇ Theo khả năng tự lựa của ổ, phân thành : ổ tự lựa

và ổ không tự lựa Ổ tự lựa : mặt trong của vòng ngoài là mặt cầu ⇒ góc nghiêng giữa đường trục vòng trong và vòng ngoài cho phép từ 0

khắc phục được sai số về đồng tâm khi lắp ghép, đối với các trục dài và bị dãn nở nhiều do nhiệt độ tăng khi làm việc)

3 Độ chính xác chế tạo của ổ lăn

Độ chính xác chế tạo ổ lăn quyết định bởi độ chính xác của các kích thước lắp ghép các vòng ổ và độ chính xác khi quay (độ đảo hướng tâm, độ đảo dọc trục )

Tiêu chuẩn quy định 5 cấp chính xác : 0, 6, 5, 4, 2 (theo thứ tự độ chính xác tăng dần) Thường dùng cấp chính xác 0 (hộp giảm tốc, hộp tốc độ, các kết cấu thông thường trong ngành cơ khí) Cấp chính xác cao hơn được dùng trong trục chính máy cắt kim loại, trục trong các dụng cụ đo chính xác

4 Các loại ổ lăn thường dùng

Ổ lăn nói chung được tiêu chuẩn hóa và được sản xuất tập trung trong các nhà máy chuyên môn hóa (tiêu chuẩn Việt nam TCVN-3776-83) Có nhiều loại và nhiều cỡ kích thước khác nhau Ở đây, giới thiệu một số loại chính được sử dụng nhiều nhất

a) Ổ bi đỡ một dãy

Chủ yếu chịu lực Fr, đồng thời có thể chịu được lực Fa nhỏ (khoảng 70% lực hướng tâm không dùng hết) Góc ngiêng cho phép của trục : [θ] = 15’ - 20’ Ưu điểm : rẻ tiền, kết cấu gối đỡ đơn giản, chịu được tải trọng tương đối lớn, hệ số ma sát khá nhỏ Nhược điểm :chịu tải trọng va đập kém do tiếp xúc điểm (hình 2A.1a)

Hình 2A.1b : Con lăn

Bi

Đũa trụ

Đũa cônĐũa kimĐũa xoắn

Dùng thích hợp với các trục ngắn có hai ổ với l/d < 10 với l : khoảng cách hai gối đỡ, d : đường kính ngõng trục

b) Ổ bi đỡ lòng cầu hai dãy - Ổ đũa đỡ lòng cầu hai dãy

Chủ yếu để chịu lực hướng tâm Fr, nhưng cũng có thể chịu được lực dọc trục Fa khá nhỏ (khoảng 20% lực hướng tâm không dùng hết) Có khả năng tự lựa (do lòng trong của vòng ngoài là mặt cầu, con lăn trong ổ đũa đỡ có dạng hình trống) (hình 2A.2, 2A.3 và 2A.4) Góc nghiêng cho phép của trục : [θ] = 2 -30

So với ổ bi đỡ lòng cầu hai dãy cùng kích thước, khả năng chịu lực hướng tâm Fr của ổ đũa đỡ lòng cầu hai dãy gấp đôi, giá thành cao hơn

Dùng thích hợp cho các trục truyền chung có nhiều ổ trục, các trục bị uốn nhiều hoặc trong trường hợp khó bảo đảm lắp các ổ trục được đồng tâm (trục máy dệt, máy nghiền bi, máy sàng rung )

c) Ổ đũa trụ ngắn đỡ một dãy

So với ổ bi đỡ một dãy cùng kích thước, loại này chịu được lực hướng tâm Fr lớn hơn (khoảng 1,7 lần), chịu va đập tốt hơn (nhờ diện tích tiếp xúc lớn hơn) Tuy nhiên, không chịu được lực dọc trục Fa, không cho phép trục nghiêng (ổ có yêu cầu cao về lắp đồng tâm) và đắt tiền hơn ổ bi đỡ một dãy (khoảng 1,2 lần) (hình 2A.5)

Hình 2A.2 : Ổ bi đỡ lòng cầu

hai dãy (không vẽ vòng cách)

Hình 2A.3 : Ổ đũa đỡ lòng cầu hai dãy (không vẽ vòng cách)

Hình 2A.4 : Ổ đũa đỡ lòng cầu hai dãy

Thường dùng trong hộp giảm tốc, trục chính của các máy cắt kim loại

d) Ổ bi đỡ chặn một dãy

Tiếp nhận được cả lực hướng tâm Fr và lực dọc trục Fa (một chiều)

Khả năng chịu lực hướng tâm Fr khoảng 1,3 -1,4 lần ổ bi đỡ một dãy cùng kích thước Khả năng chịu lực dọc trục Fa phụ thuộc vào góc tiếp xúc α (α = 120, 260, 360) Khi α càng lớn ⇒ khả năng chịu lực dọc trục Fa càng lớn, nhưng tốc độ giới hạn của ổ giảm (hình 2A.6)

e) Ổ đũa côn đỡ chặn

Tiếp nhận cả lực hướng tâm Fr và lực dọc trục Fa (một chiều) khá lớn Khả năng chịu lực hướng tâm Fr khoảng 1,7 lần ổ bi đỡ một dãy cùng kích thước, chịu được lực dọc trục Fa lớn hơn so với ổ bi đỡ chặn Điều chỉnh khe hở và bù lại lượng mòn thuận tiện (hình 2A.18)

Hình 2A.7 : Ổ đũa côn đỡ chặn

α

Hình 2A.5 : Ổ đũa

trụ ngắn đỡ một dãy

Để bảo đảm đũa lăn không trượt trong rãnh lăn, các đỉnh côn của đũa và bề mặt rãnh lăn phải trùng nhau (hình 2A.7)

Góc tiếp xúc α bằng 1/2 góc đỉnh côn của mặt rãnh lăn trên vòng ngoài : α = 100-160 Góc côn của đũa : 1,50-20

Thường dùng trong các trục lắp bánh răng côn, bánh răng nghiêng trong các hộp giảm tốc công suất lớn.

f) Ổ đũa trụ dài (ổ kim)

Con lăn ở đây là đũa kim, nghĩa là đũa trụ dài và nhỏ

Số đũa kim nhiều gấp mấy lần số đũa trong các ổ đũa thông thường

Ổ kim có thể thiếu vòng trong hay vòng ngoài, chịu được lực hướng tâm Fr rất lớn, nhưng không chịu được lực dọc trục Fa; tuổi thọ thấp (hình 2A.8)

Ổ kim được dùng ở những chỗ yêu cầu kích thước hạn chế theo phương hướng kính (trục khuỷu, hộp tốc độ của máy cắt kim loại, bơm bánh răng )

Ổ chặn được dùng trong gối đỡ cần trục quay, bộ ly hợp

2A.2 Lực và ứng suất trong ổ lăn

Kiểu lắp M6 hay N6

Với : 2

z

π

γ = , n là một nửa số con lăn nằm trong vùng chịu tải : n≤z / 4, z là số con lăn

̇ Khi giả sử vòng ổ không bị uốn dưới tác dụng của lực và ổ không có khe hở hướng tâm, tính toán cho ổ î , người ta suy được :

̇ Nếu xét đến ảnh hưởng của khe hở

hướng tâm và sự không chính xác của

kích thước các chi tiết trong ổ ⇒số con

lăn chịu tải sẽ ít hơn ⇒ có thể lấy :

̇ Như vậy, sự phân bố tải trọng phụ

thuộc khá nhiều vào kích thước khe hở

trong ổ và độ chính xác về hình dáng các

chi tiết trong ổ ⇒ công nghệ chế tạo ổ

đòi hỏi độ chính xác rất cao Do mòn

trong quá trình sử dụng ⇒ khe hở hướng

tâm tăng dần ⇒ số con lăn chịu tải giảm

xuống ⇒ tải trọng F0 tăng lên, khiến ổ

càng mòn nhanh ⇒ trong quá trình làm

việc, chất lượng của ổ ngày một kém đi cho đến khi bị hư hỏng

2 Ứng suất tiếp xúc trong ổ lăn

̇ Dưới tác dụng của lực hướng tâm Fr, tại vùng tiếp xúc giữa con lăn và với vòng trong và vòng ngoài xuất hiện ứng suất tiếp xúcσ H

Tại điểm A và điểm B (hình 2A.10) cùng chịu lực lớn nhất F0, tuy nhiên ứng với điểm A, hai mặt tiếp xúc là hai mặt lồi, còn tại điểm B, hai mặt tiếp xúc là một mặt lồi và một mặt lõm

⇒ ứng suất tiếp xúc có trị số lớn nhất σH max tại điểm tiếp xúc A giữa vòng trong và con lăn, khi điểm này nằm trên phương tác dụng của lực Fr

̇ Khi ổ lăn làm việc, mỗi điểm trên bề mặt ổ và con lăn sẽ đi vào vùng tiếp xúc, chịu tải tăng dần rồi thôi tải khi ra khỏi vùng tiếp xúc ⇒ σH thay đổi theo chu kỳ mạch động gián đoạn

̇ Tần số thay đổi của σ (và do đó khả năng tải của ổ) phụ thuộc vòng nào quay : H

+ Khi vòng trong quay, vòng ngoài đứng yên, cứ sau một vòng quay, một điểm trên vòng trong sẽ chịu một lần ứng suất σH max

+ Khi vòng ngoài quay, vòng trong đứng yên ⇒cứ mỗi lần con lăn vào tiếp xúc với điểm

A, vòng trong chịu một lần ứng suất σH max⇒ trong trường hợp này, tần số thay đổi của ứng suất tiếp xúc trên vòng trong tăng lên ⇒ổ chóng bị hỏng vì mỏi hơn

2A.3 Tính toán ổ lăn

Ổ lăn được tiêu chuẩn hóa và được chế tạo với độ chính xác cao Khi thiết kế máy, không thiết kế ổ mà chỉ cần chọn loại ổ và cỡ kích thước ổ phù hợp

1 Các dạng hỏng chủ yếu của ổ lăn chỉ tiêu tính toán

a) Các dạng hỏng chủ yếu

Do kết quả tác dụng lâu dài của ứng suất tiếp xúc σ thay đổi có chu kỳ H

Đây là dạng hỏng chủ yếu đối với các ổ lăn làm việc trong điều kiện bình thường (tải trọng và số vòng quay lớn và trung bình) và được che kín không có các hạt kim loại và bụi lọt vào

Do tác dụng của tải trọng va đập hoặc do tải trọng tĩnh quá lớn Đây là dạng hỏng chủ yếu đối với các ổ chịu tải trọng lớn và quay chậm hoặc không quay

̇ Ngoài ra, khi ổ làm việc còn xuất hiện các dạng hỏng khác :

- Mòn vòng ổ và con lăn do môi trường làm việc nhiều bụi bặm

- Vỡ vòng cách do tác dụng của lực ly tâm (thường thấy ở các ổ quay nhanh)

- Vỡ vòng ổ và con lăn (thường do ổ bị quá tải, va đập hoặc lắp ghép không chính xác)

̇ Xuất phát từ hai dạng hỏng cơ bản là tróc rỗ bề mặt làm việc và biến dạng dư lớp bề mặt, người ta tiến hành thực nghiệm để xác định hai đặc trưng cơ bản về khả năng làm việc của ổ : khả năng tải động và khả năng tải tĩnh

b) Chỉ tiêu tính toán

Tính toán ổ lăn xuất phát từ hai chỉ tiêu:

̇ Tính theo khả năng tải động (theo dộ bền lâu) để tránh tróc vì mỏi bề mặt làm việc (với ổ lăn làm việc với số vòng quay trong một phút n cao hay tương đối cao)

̇ Tính theo khả năng tải tĩnh để tránh biến dạng dư bề mặt (với ổ lăn làm việc với n thấp hay đứng yên)

2 Chọn kích thước ổ lăn theo khả năng tải động

a) Khả năng tải động của ổ lăn

Bề mặt con lăn và các vòng ổ chịu tác dụng của

ứng suất tiếp xúcσH thay đổi có chu kỳ

Phương trình đường cong mỏi :

m H

H N const

N : số chu kỳ thay đổi ứng suất (số chu kỳ chịu

tải), m H : bậc của đường cong mỏi tiếp xúc

Do σH có quan hệ với tải trọng Q [N] tác dụng

lên ổ, còn N có quan hệ với tuổi thọ L [triệu vòng

quay] ⇒ Bằng thực nghiệm cũng xây dựng được quan hệ :

Trong đó : Q là tải trọng quy ước (tải trọng hướng tâm đối với ổ đỡ và ổ đỡ chặn khi vòng ngoài không quay, hay tải trọng dọc trục đối với ổ chặn khi một trong hai vòng quay); q = 3 đối với ổ bi và q

= 10/3 đối với ổ đũa (hình 2A.11)

Có thể viết lại (2) như sau :

Q L=C

Với L = 1 triệu vòng quay, ta có : C = Q

C được gọi là khả năng tải động của ổ lăn

Như vậy khả năng tải động của ổ lăn là tải trọng không đổi [N] mà ổ (có vòng ngoài đứng yên) có thể chịu được với tuổi thọ (số chu kỳ làm việc cho đến hỏng) là L = 1 triệu vòng quay

Khả năng tải động C được cho trong các sổ tay thiết kế phụ thuộc loại ổ và kích thước ổ

ï

Công thức (2A.3) chỉ đúng khi n ≥10 vòng/phút và n < số vòng quay tới hạn n th của ổ đang xét (n th

tra bảng trong các sổ tay thiết kế)

b) Chọn kích thước ổ lăn theo khả năng tải động

̇ Nếu n≥10 vòng/phút ⇒ ổ lăn được chọn theo khả năng tải động để bảo đảm độ bền lâu (tuổi thọ) của ổ (nhằm tránh dạng hỏng tróc rỗ bề mặt làm việc)

Khả năng tải động tính toán được xác định theo công thức:

Ctinh =Q.L1

Trong đó : Q là tải trọng làm việc quy ước [kN]

L là tuổi thọ cần thiết [triệu vòng quay]

q = 3 ( ổ bi); q = 10/3 (ổ đũa) Tra bảng trong sổ tay thiết kế, chọn ổ có đường kính trong d bằng đường kính ngõng trục lắp ổ (đã được xác định khi thiết kế trục), có khả năng tải động C thỏa mãn điều kiện :

̇ Xác định tải trọng quy ước Q (khi chọn ổ chịu tải trọng không đổi)

Với ổ bi đỡ, ổ bi đỡ chặn, ổ đũa côn đỡî chặn :

Q=(X.V.Fr +Y.F ).K Kta d

Với ổ lăn chặn :

Q=F K Kta d

Trong đó :

Fr : lực hướng tâm (phản lực tại các ổ đã được xác định khi xác định trục [kN])

Fa : lực dọc trục, tuỳ thuộc vào loại ổ [kN]

X, Y : hệ số tải trọng hướng tâm và tải trọng dọc trục

V : hệ số phụ thuộc vào vòng nào quay :

khi vòng trong quay : V = 1

khi vòng ngoài quay : V = 1,2

Kd : hệ số xét đến ảnh hưởng của tải trọng động

Kt : hệ số xét đến ảnh hưởng của nhiệt độ

Các hệ số X, Y, Kd, Kt tra bảng trong các sổ tay thiết kế

̇ Xác định lựûc dọc trục Fa

+ Đối với ổ bi dỡ, ổ bi đỡ lòng cầu hai dãy, ổ đũa đỡ lòng cầu hai dãy ⇒ Fa là tổng các lực dọc trục ngoài (lực ăn khớp ở các bộ truyền) tác dụng lên trục và truyền đến ổ

+ Đối với ổ đỡ chặn, do tồn tại góc tiếp xúc α ⇒ khi Fr tác dụng sẽ sinh ra lực dọc trục phụ FS:

Với ổ bi đỡ chặn :Fs =e.Fr ; e : hệ số phụ thuộc góc tiếp xúc α (tra bảng)

Với ổ đũa côn đỡ chặn :Fs =0,83.e.Fr ; hệ số e 1,5.tg= α

Lực FS trên một ổ sẽ tác động lên trục và từ trục tác động lên ổ kia

Xét sơ đồ bố trí ổ như hình 2A.12b Gọi Fat là tổng lực dọc trục ngoài từ các chi tiết quay tác dụng lên trục và truyền tới ổ Gọi Fri và Frj là lực hướng tâm tác dụng lên ổ (i) và ổ (j) Gọi

Fsi và Fsj là lần lượt là lực dọc trục phụ tại ổ (i) và ổ (j) ⇒ Lực dọc trục Fa được tính như sau :

- Với ổ (i) :

Tổng lực dọc trục tác dụng lên ổ (i) : ∑Fi =Fsj±Fat

Lấy dấu (+) nếu Fat cùng chiều với Fsj, dấu (-) nếu nếu Fat ngược chiều với Fsj

Nếu ∑Fi ≥Fsi ⇒ lấy Fai =∑Fi

Nếu ∑Fi ≤Fsi ⇒ lấy Fai = Fsi

- Với ổ (j) :

Tương tựû, tổng lực dọc trục tác dụng lên ổ (j) : ∑Fj=Fsi±Fat

Lấy dấu (+) nếu Fat cùng chiều với Fsi, dấu (-) nếu nếu Fat ngược chiều với Fsi

Nếu ∑Fj≥Fsj ⇒ lấy Faj=∑Fj

Nếu ∑Fj≤Fsj ⇒ lấy Faj = Fsj

- Ví dụ tính toán

Tính lực dọc trục tác dụng lên hai ổ (i) và (j) trên sơ đồ chữ O hình 2A.12b

̇ Xác định tải trọng quy ước Q khi ổ chịu tải trọng thay đổi

Tải trọng quy ước Q được thay bằng tải trọng tương đương bằng Q tính theo công thức :

S

Ff

r

Ffα

FfHình 2A.12a:

Hình 2A.12b:

q q

Q = ∑(Q L ) /∑LTrong đó : q = 3 đối với ổ bi ; q = 10/3 đối với ổ đũa

Qi : tải trọng quy ước tính toán như trên

Li : thời hạn chịu tải trọng Qi tính bằng triệu vòng quay

ï

Sau khi tính toán lựa chọn ổ theo khả năng tải động, cần kiểm tra ổ theo khả năng tải tĩnh

3 Chọn kích thước ổ theo khả năng tải tĩnh

a) Khả năng tải tĩnh của ổ lăn

Từ biểu thức (2A.2) ⇒ có thể tăng Q lên vô hạn nếu giảm L xuống rất thấp Thực tế, Q bị giới hạn bởi khả năng tải tĩnh của ổ lăn (giới hạn bởi độ bền tĩnh)

Khả năng tải tĩnh C 0 [kN] của ổ lăn là tải trọng tĩnh gây nên tại vùng tiếp xúc chịu tải lớn nhất của con lăn và rãnh lăn biến dạng dư tổng cọng bằng 0,0001 giá trị đường kính con lăn

Khả năng tải tĩnh C0 được cho trong các sổ tay thiết kế phụ thuộc loại ổ và kích thước ổ

b) Chọn kích thước ổ theo khả năng tải tĩnh

Với ổ lăn không quay hoặc quay với số vòng quay rất thấp : n 1v / ph≤ ⇒ ổ lăn được chọn theo khả năng tải nhằm tĩnh đề phòng biến dạng dư lớp bề mặt theo điều kiện : P0 ≤C0

Trong đó : P : tải trọng tĩnh quy ước [kN] ; 0 C : khả năng tải tĩnh của ổ lăn 0

+ Đối với ổ đỡ, ổ đỡ chặn : P0 =X F0 r +Y F0 a nhưng không nhỏ hơn P0 = Fr

+ Đối với ổ chặn : P0 =Fa

Trong đó : X0 , Y0 : hệ số tải trọng hướng tâm và dọc trục tĩnh (tra bảng)

2A.4 Lắp ghép, định vị, bôi trơn và che kín ổ lăn

1 Lắp ghép ổ lăn

Ổ lăn là chi tiết tiêu chuẩn ⇒ vòng trong được lắp trên trục theo hệ lỗ, vòng ngoài được lắp trên vỏ hộp theo hệ trục

Vòng ổ quay (so với tải trọng) chịu tải tuần hoàn, ví

dụ vòng trong của ổ lăn lắp trong hộp giảm tốc, được

lắp cố định (lắp trung gian thiên về độ dôi) so với trục

để tránh di trượt bề mặt lắp ghép, dung sai của trục có

thể lấy như sau : js6,k6,m6,n6

Vòng ổ không quay (so với tải trọng) chịu tải cục

bộ, ví dụ vòng ngoài của ổ lăn lắp trong hộp giảm tốc,

được lắp có độ hở (lắp trung gian thiên độ hở so với vỏ

hộp) ⇒ ổ có thể di chuyển dọc trục khi cần điều chỉnh

khe hở hoặc khi dãn nỡ vì nhiệt, tránh không cho ổ bị

kẹt; đồng thời khi va đập hay chấn động, vòng ổ có thể

xoay theo bề mặt lắp ghép → thay đổi chỗ tiếp xúc chịu tải → rãnh lăn mòn đều hơn, dung sai của lỗ có thể lấy như sau : H7,K7,Js7,Js6

Cách ghi kiểu lắp của ổ lăn được trình bày trên hình 2A.13

2 Định vị ổ lăn trên trục và trong vỏ máy

Thường dùng hai phương pháp sau để định vị ổ lăn trên trục và trong vỏ hộp :

̇ Phương pháp I

ï ø vòng trong cố định trên trục (dùng đai ốc hãm,

vòng hãm lò xo, vai trục, gờ trục ), vòng ngoài cố định trên vỏ

hộp (dùng nắp ổ, gờ của vỏ hộp, gờ của ống lót ) ⇒ cản trở

dịch chuyển dọc trục về cả hai phía, chịu được cả lực hướng

tâm Fr và lực dọc trục Fa (ổ (a) được gọi là ổ cố định)

ï ø vòng trong cố định trên trục (dùng vai trục, gờ

trục, đai ốc hãm, vòng hãm lò xo ), vòng ngoài để tự do có thể

dịch chuyển dọc trục về cả hai phía ⇒ chỉ chịu được lực Fr (ổ

(b) được gọi là ổ tuỳ động) - hình 2A.14 và 2A.15 Do ổ tuỳ động chỉ chịu lực hướng tâm → có thể dùng ổ bi đỡ một dãy, ổ đũa trụ ngắn đỡ một dãy, ổ bi đỡ lòng cầu hai dãy

Ưu điểm

- Khi trục dãn nỡ dài vì nhiệt, ổ tùy động có thể dịch chuyển vị trí mới ⇒ không gây kẹt ổ

- Dung sai kích thước theo chiều dài của các khâu thành phần trên trục và trên vỏ không có yêu cầu cao, vì ngay cả khi trục không đạt yêu cầu về dung sai đã đề ra, độ chính xác lắp ghép và chất lượng ổ lăn vẫn không bị ảnh hưởng

Nhược điểm

Phải cố định chắc chắn một đầu ổ trên trục và trong vỏ ⇒ kết cấu gối đỡ ổ (a) phức tạp Phương pháp này thường được sử dụng khi chiều dài trục tương đối lớn: l = (10÷12) d (với d: đường kính ngõng trục) và chịu nhiệt độ tương đối cao (ví dụ trục vít trong hộp giảm tốc trục vít)

Khi dùng phương pháp này, độ cứng vững của trục tương đối thấp ⇒ để nâng cao độ cứng vững của trục, có thể dùng hai ổ như nhau tại vị trí ổ cố định (a)

Hình 2A.15 : Phương pháp I, ổ (a) cố định, dùng ổ

bi đỡ chặn hai dãy; ổ (b) tuỳ động, dùng ổ đũa đỡ

Thân hộp

Xẹc lípĐai ốc hãm

hoặc ổ đũa đỡ, cần chừa khe hở a = 0,2 ÷1mm giữa nắp ổ và vòng ngoài để tránh kẹt ổ (lưu ý với ổ đũa côn đỡ chặn, không cho phép khe hở).

Kết cấu bộ phận ổ và việc điều chỉnh khe hở phức tạp hơn sơ đồ A (điều chỉnh khe hở của

ổ bằng cách dịch chuyển vòng trong so với vòng ngoài nhờ đai ốc), nhưng tránh được kẹt ổ khi trục dãn dài do nhiệt, bởi vì khi đó vòng ngoài có thể dịch chuyển được nhờ khe hở tương đối lớn giữa vòng ngoài và nắp ổ

Sử dụng khi trục tương đối dài, nhiệt độ thay đổi lớn Sử dụng hạn chế

3 Bôi trơn và che kín ổ lăn

a) Bôi trơn

Bôi trơn nhằm ngăn rỉ, giảm ma sát, làm nguội cục bộ bề mặt làm việc, làm nguội ổ Chất bôi trơn còn có tác dụng che kín khe hở giữa ổ và bộ phận che kín, giảm tiếng ồn

Để bôi trơn ổ, có thể dùng mỡ hay dầu khoáng để bôi trơn

î Mỡ bôi trơn được dùng rộng rãi khi nhiệt độ ổ không cao (<100°C), không có các yêu cầu quay phải rất nhẹ và kết cấu gối trục dễ tháo để rửa và thay mỡ

Hình 2A.16 : Phương pháp II

Hình 2A.17 : Phương pháp II, sơ đồ A (kiểu chữ O), dùng ổ bi đỡ chặn

Đệm điều chỉnh khe hở trong ổ

Hình 2A.18: Phương pháp II, sơ đồ A (kiểu chữ O), dùng ổ đũa côn đỡ chặn

Đệm điều chỉnh khe hở trong ổ

ö Dầu bôi trơn được dùng khi cần giảm mất mát do ma sát đến mức thấp nhất, khi nhiệt ổ cao hoặc làm việc ở chỗ ẩm ướt Nhiệt độ cho phép của ổ khi dùng dầu bôi trơn là 120°C

Khi v > 5m/s ⇒ nên dùng dầu bôi trơn.

b) Che kín ổ lăn

Che kín ổ nhằm ngăn bụi, các hạt mài mòn và nước từ ngoài lọt vào ổ, ngăn không cho dầu chảy ra ngoài

Một vài kiểu che kín thường dùng :

Hình 2A.19 : Phương pháp II, sơ đồ B (kiểu chữ X), dùng ổ đũa côn đỡ chặn

Hình 2A.21: Vòng bít

Vòng bít

Hình 2A.20 : Vòng phớt

Nắp ổ

Vòng phớt

Thân

máy

Hình 2A.23: Rãnh dích dắc

Rãnh dích dắc

Hình 2A.22: Rãnh vòng

Rãnh

vòng

Nắp ổ

+ Che kín nhờ tiếp xúc: vòng phớt (hình 2A.20), vòng bít (hình 2A.21) dùng khi vận tốc thấp và trung bình

+ Che kín bằng nhiều rãnh vòng (hình 2A.22) trên chiều dài nắp ổ (cứ mỗi lần đi qua một rãnh vòng, áp suất của dầu giảm xuống); bằng các rãnh dích dắc (hình 2A.23) (có tác dụng cản sự chảy của chất lỏng qua các rãnh hẹp) Dùng khi vận tốc bất kỳ

+ Che kín nhờ ly tâm : dầu hoặc chất bẩn rơi vào đĩa chắn đang quay (hình 2A.24) sẽ bị hắt ra do lực ly tâm Dùng khi vận tốc trung bình và cao

Hình 2A.24: Đĩa chắn

Đĩa chắn đang quay

Ngõng trục được lắp vào lót ổ theo các kiểu lắp có độ hở

Khi trục quay, giữa ngõng trục và lót ổ có trượt tương đối, do đó sinh ra ma sát trượt trên bề mặt làm việc của ngõng trục và lót ổ

2 Phân loại ổ trượt

(c)

(1) : Thân ổ

(2) : Lót ổ(4) Rãnh dầu

Hình 2B.1 : Ổ trượt (đỡ)

(3) : Lỗ tra dầu

Hình 2B.2

(b)Trục

+ Theo hình dạng bềö mặt làm việc của ngõng trục và lót ổ chia ra : ổ trượt có bề mặt làm việc là mặt trụ (hình 2B.2a), mặt phẳng (hình 2B.2b), mặt côn (hình 2B.2c), mặt cầu (hình 2B.2d)

Ổ trượt có bề mặt côn thường chỉ dùng khi tải trọng không lớn và cần điều chỉnh khe hở do mòn ổ, nhằm bảo đảm độ chính xác của cơ cấu (hình 2B.2c) Bề mặt cầu ít dùng và với loại ổ này trục có thể nghiêng một cách tự do

+ Theo khả năng chịu lực chia ổ trượt thành : ổ trượt đỡ (chỉ chịu lực hướng tâm Fr) - hình 2B.2a, ổ trượt đỡ chặn (vừa chịu được lực hướng tâm Fr vừa chịu được lực dọc trục Fa) - hình 2B.2c, d, ổ trượt chặn (chỉ chịu được lực dọc trục Fa)- hình 2B.2b

Phần lớn ổ trượt đỡ, ngoài khả năng chịu lực hướng tâm, có thể chịu được lực dọc trục nhỏ nhờ vai trục tì vào mép ổ

Ổ trượt chặn thường được bố trí làm việc phối hợp với ổ trượt đỡ để chịu đồng thời lực hướng tâm và lực dọc trục lớn

+ Theo kết cấu ổ trượt, ta có hai loại : ổ nguyên và ổ ghép

+ Theo phương pháp bôi trơn hai bề mặt làm việc, phân thành : ổ bôi trơn thủy động, ổ bôi trơn thủy tĩnh, ổ bôi trơn khí (tạo áp suất trên bề mặt làm việc bằng khí nén),

2B.2 Ma sát và bôi trơn ổ trượt

1 Các dạng ma sát và bôi trơn trong ổ trượt

̇ Để giảm ma sát và mài mòn, cần bôi trơn ổ trượt Tùy theo điều kiện bôi trơn ổ trượt, có các dạng ma sát sau : ướt, nửa ướt, nửa khô và khô

Với : h : chiều dày lớp bôi trơn, RZ1 RZ2 : chiều cao mấp mô bề mặt ngõng trục và lót ổ

Nhờ có lớp dầu bôi trơn đủ dày ngăn cách, hai bề mặt làm việc của ngõng trục và lót ổ không trực tiếp tiếp xúc với nhau, do đó không bị mòn

Chuyển động tương đối của hai bề mặt làm việc bị cản trở bởi ma sát trong của lớp dầu bôi trơn,

do đó hệ số ma sát ướt khá nhỏ : f = 0,001÷0,005

Ü Ma sát nửa ướt

Hình 2B.3 :

Hình thành khi điều kiện (2B.1) không thỏa mãn, tức là lớp bôi trơn không đủ ngập các mấp mô bề mặt, một số đỉnh mấp mô bề mặt trực tiếp tiếp xúc với nhau

Hệ số ma sát nửa ướt không những phụ thuộc chất lượng dầu bôi trơn mà còn phụ thuộc vật liệu của các bề mặt tiếp xúc Hệ số ma sát nửa ướt : f = 0,008÷0,1

Ü Ma sát nửa khô và ma sát khô

Xảy ra khi các bề mặt làm việc không được bôi trơn

+ Ma sát khô : là ma sát giữa các bề mặt tuyệt đối sạch trực tiếp tiếp xúc với nhau

+ Ma sát nửa khô : Trên thực tế, dù được làm sạch cẩn thận, trên bề mặt làm việc luôn luôn có những màng khí mỏng, hơi ẩm, hoặc mỡ hấp phụ từ môi trường xung quanh, do đó xuất hiện ma sát nửa khô

Hệ số ma sát nửa khô : f = 0,1÷0,3

̇ Như vậy ổ trượt làm việc tốt nhất khi bảo đảm điều kiện bôi trơn ma sát ướt cho ổ

Chế độ bôi trơn ma sát ướt có thể thực hiện bằng hai phương pháp :

Ü í : bơm dầu có áp suất cao vào khe hở giữa ngõng trục và lót ổ, tạo ra áp lực đủ lớn cân bằng với tải trọng bên ngoài, nâng ngõng trục lên, tạo ra lớp dầu ngăn cách (ổ trượt bôi trơn thủy tĩnh) Phương pháp này đòi hỏi phải có thiết bị nén và dẫn dầu phức tạp, nhưng định tâm trục được chính xác, giảm mòn khi mở máy và dừng máy

Ü í üng : Tạo những điều kiện cần thiết để dầu cuốn theo ngõng trục vào khe hở của ổ, gây nên áp suất thủy động, tạo ra áp lực đủ lớn cân bằng với tải trọng bên ngoài (ổ trượt bôi trơn thủy động)

2 Nguyên lý bôi trơn thủy động

̇ Bôi trơn thủy động được thực hiện theo nguyên lý sau đây:

Xét hai tấm phẳng A và B, ngâm trong dầu, nghiêng với nhau một góc α nào đó, chịu tác động của một lực Fr Chiều dài các tấm theo phương vuông góc với mặt phẳng hình vẽ xem như vô hạn Dầu có độ nhớt động lực là µ Tấm A chuyển động so với tấm B với vận tốc là v (hình 2B.4b)

Khi chưa chuyển động, tấm A sẽ bị ép chặt vào tấm B (hình 2B.4a)

Khi tấm A chuyển động, lớp dầu dính vào bề mặt tấm A sẽ bị kéo theo Nhờ có độ nhớt, các lớp dầu phía dưới cũng chuyển động theo Dầu bị dồn vào phần hẹp của khe hở hình chêm, bị nén lại, tạo nên áp suất dư

v

Fr

A

B Hình 2B.4a

h

h0

Hình 2B.4b

Khi vận tốc v đủ lớn (v > vgh), tấm A được nâng hẳn lên, giữa hai tấm có lớp dầu ngăn cách, chế độ bôi trơn ma sát ướt đã được hình thành (hình 2B.4b)

Áp suất thủy động p (áp suất dư) trong lớp dầu nằm giữa hai tấm (còn gọi là chêm dầu) được xác định theo phương trình Reynolds :

với : µ : độ nhớt động lực của dầu bôi trơn

v : vận tốc chuyển động của tấm A so với tấm B

h : khe hở tại vị trí có tọa độ x, có áp suất p

h0 : khe hở tại vị trí có áp suất lớn nhất pmax

Áp suất dư tại cửa vào và cửa ra bằng 0

Áp suất cực đại tại tiết diện có h = ho, lúc đó : dp 0

dx = Áp suất dư nói trên tạo nên một áp lực cân bằng với tải trọng Fr tác động lên tấm A

Từ (2B.2), ta thấy áp suất p càng lớn khi µ, v càng lớn, nghĩa là khả năng tải của chêm dầu càng lớn

̇ Tóm lại, điều kiện để hình thành màng dầu bôi trơn ma sát ướt bằng phương pháp thủy động :

+ Giữa hai bề mặt trượt phải có khe hở hình chêm

+ Dầu phải có độ nhớt nhất định và liên tục chảy vào khe hở hình chêm

+ Vận tốc tương đối giữa hai bề mặt trượt phải có phương, chiều thích hợp và trị số đủ lớn để áp suất sinh ra trong chêm dầu cân bằng được với tải trọng bên ngoài

̇ Với kết cấu không có khe hở hình chêm, như trường hợp ổ trượt chặn trên hình 2B.2b thì không thể tạo ra bôi trơn ma sát ướt bằng phương pháp thủy động được Khi đó cần phải có các biện pháp về kết cấu để tạo ra khe hở hình chêm

Với ổ trượt đỡ, khe hở hình chêm hình thành tự nhiên nhờ đường kính ngõng trục d nhỏ hơn đường kính lót ổ D và tâm ngõng trục nằm lệch so với tâm lót ổ (hình 2B.5a)

3 Khả năng tải của ổ trượt (ổ trượt đỡ)

̇ Xét ổ trượt đỡ trên hình 2B.5, ngõng trục chịu tải trọng hướng tâm Fr

Khi trục chưa quay, dưới tác dụng của lực Fr, ngõng trục tiếp xúc với lót trục tại điểm I trên phương tác dụng của lực Fr

Khi trục quay với vận tốc góc ω, ngõng trục cuốn dầu vào khe hở hình chêm, dầu bị nén lại và tạo nên áp suất thủy động Khi vận tốc ω đạt giá trị cần thiếút thì áp suất thủy động đủ lớn, tạo nên áp lực cân bằng được với tải trọng Fr, trục được nâng hẳn lên và chế độ bôi trơn

ma sát ướt được hình thành

̇ Để xác định áp suất thủy động trong ổ trượt đỡ, ta dùng hệ tọa độ cực (r, ϕ) trên hình 2B.5a