Bài giảng Chi tiết máy ghép: Chương 2 - TS. Đỗ Thành Dũng

Bài giảng Chi tiết máy ghép: Chương 2 - TS. Đỗ Thành Dũng có nội dung trình bày về các khái chung về máy ghép; Tìm hiểu về mối ghép hàn và đinh tán, mối ghép bằng then và then hoa, mối ghép ren;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết bài giảng tại đây.

CHI TIẾT MÁY GHÉP

- Để tạo thành một cỗ máy, các chi tiết và bộ phận máy được liên kết với nhau nhờ

các mối ghép.

- Trong chế tạo máy, các liên kết cố định được chia thành 02 loại chính: mối ghép

tháo được và không tháo được.

- Mối ghép tháo được là mối ghép giữa các bộ phận máy khi bị tháo rời các chi tiết

không bị hỏng, ví dụ như các mối ghép ren, then, trục định hình

- Mối ghép không tháo được là mối ghép khi bị tháo rời các chi tiết máy có thể hỏng

một phần hoặc hoàn toàn ví dụ như mối ghép đinh tán, mối ghép có độ dôi

KHÁI NIỆM CHUNG

- Các chỉ tiêu cơ bản về khả năng làm việc khi tính toán mối ghép là độ bền, độ bền

tĩnh, độ bền mỏi Khi thiết kế cần bố trí kết cấu sao cho sử dụng hết khả năng chịu tải

của vật liệu.

- Đối với các mối ghép trong bình chứa hay ống dẫn chất lỏng còn cần phải đảm bảo độ

kín

- Độ cứng có ý nghĩa quan trọng đối với một số mối ghép trong máy, chi tiết máy nhất là

máy công cụ Năng suất của máy công cụ và độ chính xác chế tạo phụ thuộc nhiều

vào hệ thống máy, vật được gia công, dụng cụ cắt

Các chú ý

3

Lắp nối bằng đinh tán

là loại lắp nối không tháo được, nó được dùng rộng rãi trong các kết cấu chịu rung, chịu

áp lực cao như dầm cầu (ghép chắc), cửa cống , nồi hơi (ghép kín, ghép chắc kín)

- Kích thước của đinh tán được tính theo đường kính d của đinh Ký hiệu của đinh tán gồm có tên

gọi đinh tán, đường kính d, chiều dài L và số hiệu tiêu chuẩn của đinh tán

Khi ghép bằng đinh tán, người ta luồn đinh tán qua lỗ của chi tiết bị ghép (sau khi đã nung đỏ đinh

tán đến nhiệt độ 900oC ÷ 1000oC) và đặt mũ đinh tán lên cối sau đó dùng búa tay hay búa máy

đập vào đầu còn lại của đinh tán

Mối ghép đinh tán

- Nếu có nhiều đinh tán cùng loại chỉ cần biếu diễn theo qui ước một vài đinh tán, các đinh tán

còn lại chỉ cần biễu diễn bằng đường trục và đường tâm

- Nếu trên mối ghép có nhiều nhóm đinh tán khác nhau về chủng loại hoặc kích thước cho phép

dùng dấu kí hiệu để phân biệt các nhóm và chỉ cần ghi số vị trí cho một đinh tán của mỗi nhóm

Mối ghép đinh tán

MỐI GHÉP BẰNG ĐINH TÁN VÀ HÀN

7

- Để đơn giản mối ghép đinh tán qui định vẽ qui ước mối ghép đinh tán theo bảng

- t là bước đinh tán, t = 3d ÷ 12d; e

là khoảng cách từ mép tấm đến

hàng đinh đầu tiên e = 2d ÷ 2,5d

- Mối ghép đinh tán nhiều hàng đinh

bố trí song song có thể lấy: t ≥ 3d;

- Mối ghép hàn hồ quang điện, hàn xỉ điện

và hàn hơi: làm kim loại nóng chẩy và tự gắn lại với nhau

- Mối ghép hàn tiếp xúc: làm kim loại chảy dẻo và dùng lực ép chúng lại với nhau

- Mối ghép hàn vẩy: không nung kim loại

- Chiều dày tối thiểu của kết cấu hàn nhỏ hơn so với phương pháp đúc, cơ tính vật liệu hàn cao

hơn vật liệu đúc, có thể sử dụng phục hồi các chi tiết máy bị hỏng một phần hoặc mài mòn

- Tiết kiệm vật liệu 15-20% so với đinh tán và 30-50% so với đúc, công sức, giảm giá thành,

công nghệ hàn dễ tự động hóa năng suất cao

 Nhược điểm:

- Chất lượng mối hàn phụ thuộc nhiều vào tay nghề của công nhân

- Khó kiểm tra khuyết tật bên trong

MỐI GHÉP BẰNG ĐINH TÁN VÀ HÀN

Mối ghép hàn

13

Hàn giáp mối

 Thông dụng vì đơn giản, đảm bảo hơn mối hàn khác

 Tùy thuộc vào chiều dầy của thành phần ghép có các phương

án hàn sau:

- Hàn tấm dầy 1 - 3mm, hàn giáp mối uốn mép hay hàn

một phía không vát mép

- Hàn các tấm lớn hơn có thể hàn giáp mối một phía không

vát mép nhưng phải có tấm đệm hoặc hàn hai phía

- Với tấm dầy hơn 6mm thì khi hàn giáp mối phải có vát

mép

Mối ghép hàn

Hàn giáp mối

 Phá hủy xảy ra tại mối hàn hoặc tiết diện kề bên miệng hàn do nhiệt làm thay đổi cơ tính vật liệu

 Tính toán hàn giáp mối trong trường hợp vừa chịu uốn vừa chịu kéo

- Tính toán mối hàn xiên cũng dùng công thức

trên nhưng lấy trị số ứng suất tới hạn [σ]

15

Hàn chồng

- Hàn bình thường được dùng rộng rãi

- Hàn lồi gây tập trung ứng suất lớn vì tiết diện chỗ

ghép bị thay đổi đột ngột

- Hàn hàn lõm (giảm tập trung ứng suất nhưng phải

gia công cơ khí), chỉ dùng cho chi tiết đặc biệt

quan trọng chịu tải trọng thay đổi

MỐI GHÉP BẰNG ĐINH TÁN VÀ HÀN

Mối ghép hàn

Hàn chồng

- Phân loại tùy theo vị trí

tương đối giữa phương

của mối hàn với phương

Mối ghép hàn

Hàn chồng

 Các giả thiết tính toán hàn chồng

- Ứng suất phân bố đều trong mối hàn dọc

- Tiết diện phá hỏng là tiết diện phân giác

- Ứng suất tính toán là ứng suất tiếp

 Hàn dọc chịu kéo nén đúng tâm

τ =

2 0,7 ≤ ′

- l chiều dài một mối hàn dọc

- 0,7k ≈ kcos45o, chiều dày mối hàn đo theo tiết diện phân giác

 Hàn ngang chịu kéo nén bỏ qua ứng suất uốn – hàn một mối (không nên dùng)

τ = 0,7 ≤ ′

 Hàn ngang chịu kéo nén bỏ qua ứng suất uốn – hàn hai mối

τ =

2 0,7 ≤ ′

19

Hàn chồng

 Hàn dọc chịu uốn

- W0mô men chống xoắn của mối hàn tại tiết diện nguy hiểm

 Hàn ngang chịu uốn

 Hàn ngang chịu uốn

τ =0,7 (2 + )+

0,7 +0,76

21

Hàn góc

- Dùng ghép các chi tiết máy có bề mặt vuông góc với nhau

- Có hai kiểu hàn: hàn chữ K (tính như hàn giáp mối) và hàn hai bên (tính như hàn chồng)

- Hàn kiểu hàn chồng, tiết diện nguy hiểm là tiết diện phân giác

=2.0,7 6

+2.0,7 ≤ ′

MỐI GHÉP BẰNG ĐINH TÁN VÀ HÀN

Mối ghép hàn

23

Hàn góc

 Tính toán mối hàn chịu mô men

uốn và mô men xoắn

- Mô men xoắn phân bố đều

trong tiết diện nguy hiểm của mối hàn

- Tiết diện nguy hiểm của mối

hàn có hình vành khăn, đường kính trong d và chiều rộng 0,7k

Độ bền mối hàn

- Chất lượng que hàn và vật liệu được hàn (vật hàn có tính hàn tốt hay xấu)

- Trình độ kỹ thuật hàn

- Đặc tính của tải trọng (tải trọng tĩnh hay tải trọng thay đổi)

- Hàn giáp mối có độ bền mỏi cao hơn vì ít tập trung ứng suất sau khi được vát chỗ hàn lồi

- Không nên dùng hàn dọc để chịu tải trọng thay đổi vì tập trung ứng suất lớn

MỐI GHÉP BẰNG ĐINH TÁN VÀ HÀN

Mối ghép hàn

25

Ứng suất cho phép

- Mối hàn chịu tải trọng tĩnh: tra

bảng

- Mối hàn chịu tải trọng thay đổi phải

nhân với hệ số giảm γ

- Khi làm việc, các chi tiết máy chịu tác

dụng ngoại lực gây trượt lên nhau, bề

mặt tiếp xúc sẽ sinh ra lực ma sát cản

trở chuyển động Do đó chi tiết máy có

thể truyền được mô men xoắn, lực dọc

trục và chịu uốn

MỐI GHÉP BẰNG ĐỘ DÔI

Mối ghép hàn

27

 Phương pháp ép: dùng lực ép chi tiết máy vào lỗ chi tiết máy bao

- Ưu điểm: quá trình ép không phức tạp (máy búa, máy thủy lực, vít ép ) và ở nhiệt độ thường

- Nhược điểm: san bằng nhấp nhô bề mặt khiến độ dôi giảm, gây hư hỏng mặt đầu và biến

dạng trục không đồng đều → giảm khả năng làm việc của mối ghép

 Phương pháp nung nóng: chi tiết máy bao được nung nóng để nở lỗ rồi lắp chi tiết máy vào, sử

dụng nhiều cho các tiết máy có chiều dài lớn hơn nhiều so với đường kính, chú ý giới hạn nhiệt độ

nung tránh chi tiết máy khỏi bị ram gây thay đổi cấu trúc kim loại hoặc bị công vênh do nhiệt

 Phương pháp làm lạnh: chi tiết máy bị bao được làm lạnh co lại rồi lắp vào lỗ của chi tiết máy bao,

phương pháp này thích hợp dùng cho các chi tiết máy nhỏ

 Ưu điểm

- Chịu được tải trọng lớn và tải trọng va đập

- Đảm bảo được độ đồng tâm của các chi tiết máy ghép (dùng trong các mối ghép các chi tiết

máy quay nhanh)

- Kết cấu và chế tạo đơn giản, giá thành hạ

 Nhược điểm

- Tháo và lắp phức tạp, có thể hư hỏng bề mặt khi tháo lắp

- Khả năng truyền lực của mối ghép không xác định được chính xác vì phụ thuộc độ dôi và hệ

số ma sát thay đổi trong phạm vi rộng

MỐI GHÉP BẰNG ĐỘ DÔI

Ưu nhược điểm mối ghép bằng độ dôi

29

Mối ghép bằng then thuộc loại tháo được, 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

 Ưu điểm: sử dụng rộng rãi nhờ cấu tạo đơn giản, chắc chắn, dễ tháo lắp và giá thành rẻ

 Nhược điểm

- Ghép then là làm yếu trục do khoét rãnh lắp then gây tập trung ứng suất

- Khó đảm bảo lắp ghép chính xác và không thể dùng một then truyền mô men xoắn lớn

 Ghép then có thể chia thành 2 loại

- Then ghép lỏng: then bằng, then bán nguyệt

- Then ghép căng: then ma sát, then vát

- Sunk keys (then bằng)

- Saddle keys (then ma sát)

- Tangent keys (then tiếp tuyến)

- Round keys (then tròn)

- Splines (then hoa)

- Kennedy keys (then vuông)

MỐI GHÉP BẰNG THEN

Các loại then

31

 Ren là mối ghép tháo được, các chi tiết máy được ghép chặt nhờ có ren ngoài và ren trong ăn

khớp với nhau ví dụ như bu-lông và đai ốc, vít Ngoài ra ren còn dùng để lắp nối, điều chỉnh,

truyền lực và truyền chuyển động…

 Ren được tạo thành trên cơ sở đường xoắn ốc trụ hoặc côn, ren hình thành trên trục gọi là ren

ngoài, hình thành trong lỗ là ren trong

 Ren được đặc trưng

 Chuẩn ISO cho ren

Cấu tạo

Lựa chọn 2 3,5 14 18 22 27 33 39 45Lựa chọn 3 15 17 25 40Tránh

chọn

7 9 11 26 28 32 35 38

 Ưu điểm

- Cấu tạo đơn giản, dễ thào lắp, giá thành hạ

- Có thể cố định chi tiết máy ở bất kỳ vị trí nào

 Theo chiều ren: ren được tạo thành do đường bao chuyển động cùng chiều kim đồng hồ theo

hướng rời xa người quan sát gọi là ren phải, ngược lại là ren trái

 Theo số đầu mối: ren một đầu mối, ren hai đầu mối, ren ba đầu mối

 Theo mặt cắt ren: ta có ren tam giác, ren thang, ren vuông, ren răng cưa, ren tròn

 Theo công dụng: ren ghép chặt (ren hệ mét, ren ống, ren tròn, ren vít gỗ), ren của cơ cấu vít

dùng để truyền động hoặc điều chỉnh (ren vuông, ren hình thang cân, ren hình răng cưa)

Ren ngoài, ren phảihai đầu mối

Ren ngoài, ren trái một đầu mối

 Tạo ma sát phụ: lắp thêm đai ốc, sử dụng đệm vênh

 Cố định tương đối:

dùng chốt chẻ, đệm gập, đệm cánh

Các biên pháp phòng lỏng

- Vật liệu chủ yếu dùng cho các

chi tiết máy có ren là thép các

bon thường, thép các bon chất

lượng tốt hoặc thép hợp kim

- Chọn vật liệu phải căn cứ vào

điều kiện làm việc, khả năng chế

tạo và các yêu cầu về kích thước

khuôn khổ và khối lượng

- Đai ốc được chế tạo bằng cùng

loại vật liệu như bu lông

MỐI GHÉP BẰNG REN

Vật liệu làm ren

39

 Cách tính độ bền mối ghép ren của bulông, vít và vít cấy giống nhau Khi chịu lực tác dụng bulông

có thể bị hỏng với các dạng sau

- Thân bulông bị kéo đứt tại phần có ren hoặc tại tiết diện sát đầu bulông

- Ren bị hỏng do dập, mòn, bị cắt hoặc bị uốn

- Đầu bu lông bị dập, cắt, hoặc uốn

 Tải trọng ngoài : momen uốn, lực dọc trục bulong và lực vuông góc với trục bulông

 Lực xiết đai ốc và đường kính bulông

 Đối với bu lông và đai ốc tiêu chuẩn: tính độ bền kéo tìm đường kính trong rồi chọn theo tiêu chuẩn

Bulông ghép lỏng chịu lực dọc trục

 Trong trường hợp này đai ốc không được xiết chặt, lực xiết ban

đầu không có ví dụ như đầu móc treo, ren đoạn cuối móc cần trục

=4

Bulông ghép lỏng chịu lực dọc trục

Tính mối ghép bulông

σ =4

≤ = 4 ≤

≥ 1,34 ≥ 4

[ ]

43

Bulông xiết chặt chịu lực ngoài nhiều trục

 Các giả thiết

- Bu lông làm việc trong giới hạn đàn hồi

- Biến dạng phụ của bu-lông bằng tổng biến dạng của

các chi tiết máy được ghép (đồng chuyển vị)

 Bu lông chịu tải trọng tĩnh

=4

Với F0= 1,3V + χF = [1,3k(1- χ)+ χ]F

Bulông xiết chặt chịu lực ngoài nhiều trục

 Bu lông chịu tải trọng động

- Tải trọng ngoài thay đổi từ 0 đến F, lực tác dụng lên bulông thay đổi từ V đến Fb= V + χF

- Sau khi chọn đường kính bulông theo đô bền tĩnh kiểm tra thêm điều kiện bền

=

1 −

≥

σ-1 giới hạn mỏi của vật liệu bulông

σb giới hạn bền của vật liệu bulông

Kσhệ số tập trung ứng suất ở ren

MỐI GHÉP BẰNG REN

Tính mối ghép bulông

45

 Các giả thiết

- Các chi tiết máy được ghép khá cứng, bề mặt tiếp xúc giữa các tấm thép là phẳng

- Các bulông trong mối ghép có kích thước như nhau và chịu lực xiết bằng nhau

Tính mối ghép nhóm bulông

Tải trọng tác dụng trong mặt phẳng vuông góc với trục của bulông

 Mối ghép chịu lực ngang, đi qua trọng tâm của bề mặt ghép

- Ngoại lực F tác dụng và lực xiết mỗi bulông

= = =

 Mối ghép chịu momen

- Tính bu lông xa trọng tâm nhất (chịu lực lớn nhất)

- Biến dạng tỷ lệ thuận với khoảng cách đến trọng tâm của mối ghép

Tải trọng tác dụng trong mặt phẳng song song với trục

của bu lông

 Các giả thiết

- Mối ghép chịu lực bất kỳ, nằm trong mặt phẳng đối xứng

- Tấm ghép đủ cứng, bu lông được bố trí đều trong mối ghép

 Tính lực xiết V đối với bu lông chịu tải trọng lớn nhất để mối ghép

không bị tách hở và trượt

= + = +

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Nguyễn Trọng Hiệp, Chi tiết máy – tập 1, Nhà xuất bản giáo dục, 2016.

2 Bài giảng Chi tiết máy, Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và robot, ĐHBKHN

49