Cẩm nang cơ khí tập 2 part 10 pot

Vòng chữ I' có vòng bít nằm phía ngoài hình 848, đ được áp dụng với bất kỳ Các vòng hãm lắp xuyên tâm được đùng để định vị các chi tiết trên các trục trong những trường hợp mà các chỉ ti

SỰ GIA CƯỜNG CÁC MỐI GHÉP HÃM

Có thể làm tăng đáng kể khả năng chịu tải của các vòng hãm nếu ngăn ngừa được

khả năng tuột các vòng ra khỏi rãnh dưới tác động của tải trọng đọc trục, cũng như đưới tác động của các lực ly tâm, bằng cách đặt các vòng vào các chén trung gian (hình 848,

a, b) Các phương pháp này được áp dụng cho các vòng hãm ngoài có mặt ngoài hình trụ và cho các vòng hãm trong có mặt trong hình trụ, tức là cho các vòng tiện và vòng đây, cũng như cho các vòng đập biên dạng nghịch đảo (xem hình 844, d, ì)

Mối ghép sẽ trở nên chắc chắn khi vòng dây tiết diện tròn được đặt vào các chén côn (hình 848, c) Trong trường hợp này vòng chịu nén thuần túy Chiểu cao mép vát phải

không nhỏ hơn 0,5 d, (d, - đường kính đây) Mép vát nghiêng góc 20° là tốt nhất

Trong kết cấu đã gia cường đ, vòng được tạo biên dạng chữ I Hình trụ của vòng

được đưa vào dưới chỉ tiết lắp

Các mối ghép kiểu này được áp dụng nếu về mặt kết cấu cụm có thể đẩy chỉ tiết

cần định vị tới vòng hãm lắp từ trước trong rãnh

Vòng chữ I' có vòng bít nằm phía ngoài (hình 848, đ) được áp dụng với bất kỳ

Các vòng hãm lắp xuyên tâm được đùng để định vị các chi tiết trên các trục trong những

trường hợp mà các chỉ tiết kế bên gây cẩn trở việc lắp các vòng hãm theo đường trục

Các vòng hãm lắp xuyên tâm là các vòng lò xo xẻ có chỗ xế lớn, cho phép đưa

Đường kính trong d, của vòng ở trạng thái tự do (hình |

849, a) bing 0,95 — 0,97 đường kính đ, của rãnh với tính

toán sao cho vòng đặt vào trong rãnh với độ đôi Khi đưa —

vào rãnh, các đầu vòng doãng ra, sau khi vượt qua đường

giữa các đầu vòng khép lại ôm lấy trục (hình 849, b) Để

định vị vòng chắc chắn, góc ôm œ phải không nhỏ hơn 240°,

tức là tương xứng phần xẻ trong tình trạng siết chất là ISS

1 = 0,85d, con ở trạng thái tự do I’ = 0,8 d, Các góc ôm lớn a)

Loại vòng lắp xuyên tâm đơn giản nhất là vòng làm bằng đây tròn hoặc bằng đai

(hình 850, a) Trên các hình 850, b, c là các vòng đập hình lưỡi liểm, trên hình 850, d

là loại vòng hãm ba điểm thường được sử dụng nhất Kết cấu d có các đầu vát để dễ

đưa vòng vào rãnh

542

Khả năng chịu lực của các vòng hãm lắp xuyên tâm, cũng như khá năng chống lực

ly tâm đều nhỏ hơn so với các vòng lắp đọc trục Có thể nâng cao khả năng chịu tải dọc trục bằng cách tăng độ dày cho vòng hãm và tăng độ sâu rãnh Khác với các mối ghép hãm

lấp đọc trục, ở đây độ sâu rãnh không bị hạn định bởi điều kiện độ bển vòng hãm khi lấp

Có thể gia cường các vòng hãm có mặt ngoài hình trụ (các kết cấu a ~ đ) bằng cách đặt chúng vào các chén

Trên các hình 850, e - k là các vòng dây nhẹ dùng để định vị các chỉ tiết nhỏ

6@@ @ @

&@@ 0@

CÁC VONG HAM KHONG CAN RANH

Để định vị các chỉ tiết trên các trục trơn (hoặc

trong các lỗ trơn) người ta dùng các vòng hãm không

Các vòng hãm được lổng lên trục (hoặc đưa vào

lỗ), các vấu đối diện hướng chuyển động (hình 851, b) Hinh 851 "

cho đến khi tiếp giấp với mặt mút chỉ tiết cÂn định vị, —_ SƠ đổ vòng hãm Kiểu bánh cóc Dưới tác động của lực làm việc đọc trục (hình 851, c) các vấu t lên bể mặt lắp ghép ngăn ngừa sự trượt chỉ tiết

Để tác động một cách chắc chắn, các đầu vấu phải ăn lên mặt lắp ghép với độ dôi

(căng), như vậy là phải được chế tạo khá chính xác Độ tin cậy định vị phụ thuộc thuộc nhiều vào tình trạng bể mặt lấp ghép

Đôi khi các vấu được đưa vào các rãnh vòng nông, nhưng khi đó sẽ mất đi khả năng định vị chỉ tiết tại bất kỳ vị trí nào Khó tháo các vòng hãm kiểu bánh cóc

Trên hình 852 trình bầy các biến thể của các vòng hãm kiểu bánh cóc, loại hãm

trong (hình 852, a) và loại hãm ngoài (hình 852, b, c)

Kết cấu d có điểm khác biệt là các vấn có chiểu cao gia tăng, điều này làm giảm bớt các yêu cầu về độ chính xác chế tạo

if

oe

a- Loại hãm trong;

Ð, © ~ Loai ham ngoài;

#' các vấu có chiẳu cao gia tăng a}

CÁC KẾT CẤU ĐẶC BIỆT

Các vòng hãm đàn hổi làm bằng ống gợn sóng mỏng (hình 853, a) có thể chịu được

các tải trọng dọc trục khá lớn Nhờ độ đàn hồi cao, có thể lắp chúng vào các rãnh sâu

Các vòng hãm làm bằng lò xo vòng (kết cấu b, c) được bố trí trong rãnh bán nguyệt của trục Chỉ tiết được hãm phải có các mép vát với chiéu cao ¢ = (1,2 + 1,5)r, (trong

đó r— bán kính lò xo)

Các vòng đàn hồi tách ra được (kết cu d) được lắp vào rãnh bằng cách ép các vấu

phẳng của chân m Có thể lắp xuyên tâm hoặc dọc trục

Các vòng hãm làm bằng dây nhẹ dùng để định vị các chỉ tiết (kết cấu đ), loại vòng này được đưa vào rãnh phay trên trục

Để định vị thường xuyên người ta dùng các vòng hãm làm bằng kìm loại dẻo bể

gập vào các rãnh vòng của trục (kết cấu e) Để dễ bẻ (uốn), người ta tạo các chỗ lõm

b, e— làm bằng lò xo vòng; ở - loại đàn hồi, tách ra được; đ - loại làm bằng

đây nhẹ; ø — vòng làm bằng kim loại dẻo

544

16, Ld xo

Lò xo được chia theo kết cấu thành các nhóm sau đây: lò xo xoắn ốc, lò xo đĩa,

lò xo vồng, lò xo lá Được dùng nhiều nhất là lò xo xoắn ốc quấn bằng dây thường là

tiết diện tròn (hình 854, D, đôi khi tiết diện vuông (hình 854, II), hoặc tiết điện hình chữ nhật (hình 854, II, IV) Trong một vài trường hợp, lò xo được quấn bằng cáp (hình 854, V) nhiều lõi (lò xo nhiều lõi)

Lò xo xoắn ốc lại được chia ra theo chức năng gồm lò xo nén, lò xo kéo, lò xo xoắn

Sử dụng cả lò xo quấn phải lẫn lò xo quấn trái (hình 855) Đối với lò xo kén - kéo

thì hướng quấn không quan trọng Lò xo đĩa và lò xo vòng chỉ dùng làm lò xo nén

để bảo đảm tôi được toàn bộ tiết điện

Việc cho thêm silic (đưới 2%) đã nâng cao được các tính năng đàn hổi của thép và nâng cao sức cẩn các tải trọng va đập lặp lại Cho thêm vanađi (0,1 - 0,2%) và vonfram (dưới 1;2%) vào là để nâng cao cơ tính và tính chịu nhiệt Đối với lò xo chức năng quan trọng thì người ta dùng thép vonfram - silic và thép crôm -— silic — vanadi, những loại thép này có các cơ tính cao nhất

Lò xo làm việc ở những nhiệt độ gia tăng được chế tạo bằng thép crôm — vanađi,

Sức bền mỗi của các loại thép lò xo ít phụ thuộc vào thành phân hóa học và phân

lớn được quyết định bởi tình trạng lớp bể mặt Sự khử cacbon của lớp bể mặt khi xử lý nhiệt, các khuyết tật tại chỗ (gỉ, vết xây sát v.v ) sẽ làm giảm rõ rệt giới hạn mỏi Có

thể đạt được sự nâng cao đáng kể sức bển mỏi bằng cách đán bóng và đặc biệt là bằng cách biến cứng nguội lớp bể mặt (chuốt, xử lý nhanh phun bì)

57 Cơ tính của các vật liệu dùng để chế tạo lò xo

50XTA 1300 1200 6 Thép niken-silie 60C2H2A 1800 1600

Giới hạn mỏi khi tải tuần hoàn bằng không là 400 - 600 MPa (trung bình)

Độ bên các loại thép lò xo rất phụ thuộc vào đường kính dây, độ bến tăng rõ rệt khi giảm đường kính Trên hình 856 trình bày các chỉ số độ bền đây cán nguội trong hàm đường

kính Độ bên dây đường kính nhỏ (0,2 — Imm) lớn hơn gần gấp đôi độ bền dây đường kính lớn (8mm) Cần chú ý đường kính dây khi chọn các ứng suất cho phép trong tính toán lò xo

Để chế tạo lò xo làm việc trong các điểu kiện ẩm cao hoặc tiếp xúc với các môi trường hóa chất xâm thực người ta dùng thép chống

gì 40G13 hoặc các hợp kim gốc đồng Trong bảng 58 sz-?MP2

trình bày các hợp kim đổng thường dùng nhất là các

cơ tính của chúng

Môđun đun đàn hổi của các hợp kim gốc đổng

E = (1,2-1,3) 10, môđun trượt G = (4,5-5).10* MPa \

Đồng thanh berili có tính chéng an mdn cao 7

nhất và sức bển mỏi lớn nhất cho nên được dùng \ `

nhiều để chế tạo lò xo trong ngành chế tạo máy Ñ

điện cơ vì ngoài những ưu điểm trên, đồng thanh >>: berili còn có độ dẫn điện cao Đồng thanh berili lại 2? “ 7

không có tính trễ từ và chính vì vậy mà thường được 4ø

cụ đo chính xác: Hình 8586, Giới hạn bắn khi kéo dây cắn

nguội N, P, V tùy theo đường kính dây

346

58 Co tinh cla cac hop kim déng

Đồng thanh silic mangan | BrK3MnI

Đồng thanh berili BrB2 |800-1000|500-600| 3-5

BrB2,5

Lồ xo làm bằng các hợp kim gốc đồng có tính thuận từ và được sử dụng trong

những trường hợp cần loại bổ ảnh hưởng của các trường từ

Các lò xo xoắn ốc làm bằng đây đường kính nhỏ (đưới 10mm) có tỉ lệ D > 4

d (D~ đường kính trung bình của lò xo, d - đường kính dây) được chế tạo bằng cách quấn ở trạng thái nguội Các lò xo tỉ lệ D <4, cũng như các lò xo làm bằng dây tiết

d

điện lớn được quấn nóng

Khi quấn nguội có thể có hai phương án:

1) Dây được quấn trong tình trạng xử lý nhiệt hoặc sau khi chuốt nguội và quấn

xong thì được xử lý ram thấp (200-300°C) để loại trừ các ứng suất phát sinh khi quấn 2) Dây được quấn trong trạng thái đã ủ và sau khi quấn được tôi và ram

Chế tạo các lồ xo từ thép cacbon, ví dụ từ dây nhiệt luyện chì và dây cán nguội đường kính 0,2 — 8mm, cũng như từ các loại thép crôm vanađi và thép silicvonfram theo

phương án thứ nhất

Dây nhiệt luyện chì được chế tạo từ thép cacbon chất lượng tốt (= 1%C) và được

tôi đẳng nhiệt (nung nóng đến 870 ~ 950°C) sau đó hãm trong chì nóng chảy đạt đến 500°C (nhiệt luyện chì) Sau khi xử lý nhiệt, dây được kéo qua cữ; nhờ xử lý biến cứng nguội nên dây có độ bển đặc biệt cao (đạt 5, = 3000 MPa)

Các lò xo bằng đây cần nguội cũng được chế tao tương tự, Loại dây này có ba cấp

46 bén: bình thường N, gia tăng P, và cao V có phân thành hai nhóm I — II (cho loại N

và V) và I~ II (cho loại P) tùy theo độ dai

Các thép hợp kim hóa (trừ các thép silic vorfram và cromvanađi) sau khi quấn được

xử lý nhiệt: tôi đầu ở 800 - 850°C sau đó ram trung bình ở 400 - 500C

Để tránh sự khử cacbon lớp bể mặt, việc nung để tôi được tiến hành dưới một lớp

bột than gỗ hoặc mạt gang Các chế độ xử lý nhiệt được nghiên cứu kỹ lưỡng cho từng

mác thếp và phải tuân thủ chặt chẽ nhằm mục đích có được các chỉ số độ bển cao hơn

Lò xo quấn nóng nhất định phải được xử lý nhiệt sau khi quấn Việc quấn được tiến hành ở 800 - 1000°C

547

Các lò xo làm bằng đồng thanh Br 04 Zn 3 và Br S¡ 3 M1 sau khi quan duge nung nóng đến 100 - 150°C để loại bỏ được các ứng suất Lò xo làm bằng đồng thanh berili

được tôi nước từ 800°C, sau đó ram ở 250 — 300°C

Các lò xo thép chức năng quan trọng, làm việc trong các điểu kiện tải trọng tuân hoàn, được xử lý phun hạt sau khi xử lý nhiệt

Thao tác hoàn tất chế tạo lồ xo là tạo lớp phủ chống gỉ Các lò xo thép thường được

mạ kẽm, mạ cađimi, mạ niken, mạ crôm v.v

SỰ NÉN CO LÒ XO

Các lò xo xoắn ốc (các vòng lò xo làm việc chịu xoắn) được làm bến bằng cách

nén co Làm bển nén co dựa trên cơ sở tạo ra các dự ứng suất (ngược về dấu với các ứng suất làm việc) trong các thớ ngoài căng nhất của các vòng lò xo,

Bản chất của sự nén co là nén lò xo bằng một tải trọng lớn hơn tải trọng làm việc

và tải trọng đó được chọn với tính toán sao cho các ứng suất trượt trong các thớ ngoài cùng của các lồ xo sẽ vượt qua giới hạn chảy và sao cho vật liệu trên những đoạn có được các biến dạng dư (hình 857, I) Lò xo được giữ dưới tải trọng nén co trong 36 - 48 giờ, sau đó lấy ra

Sức bậc đàn hổi của lõi lò xo (không bị biến dạng dư) sẽ tạo ra các ứng suất trượt trong các lớp biến dạng, những ứng suất này ngược dấu với các ứng suất làm việc (hình

857, II) Trong chính lõi phát sinh các ứng suất phản kháng nhỏ có dấu giống như dấu

các ứng suất làm việc Nếu như đặt vào lò xo một tải trọng làm việc (hình 857, II, thì

do sự cộng các ứng suất làm việc với các ứng suất trượt đã được tạo ra từ trước mà các

ứng suất trong các thổ ngoài cùng sẽ thực sự nhỏ hơn các ứng suất phát sinh trong lò xo không bị nén co (hình 857, IV) Các ứng suất phần kháng trong lõi cộng với các ứng suất làm việc sẽ tạo ra tổng ứng suất lớn hơn chút ít so với các ứng suất phát sinh trong lò xo không chịu nén co

“mi

<j

Hình 887 Các biểu đổ ứng suất trượt trong tiết diện vòng lò xo nón có

Kết quả là tiết diện các vòng lò xo thành ra căng đểu hơn, vật liệu các vòng lò xo

được sử dụng tốt hơn; đỉnh các ứng suất trên đường tròn các vòng sẽ giảm bớt Nói một

cách khác là lò xo được làm bển Nếu tải trọng bằng nhau, các ứng suất cực đại trong lò

xo sẽ nhỏ hơn so với các ứng suất trong lò xo không nén co; nếu các ứng suất làm việc

cực đại bằng nhau thì lò xo có thể chịu được tải trọng cao hơn xo với lò xo không nén co Khi nén co, do các biến dạng dư các thớ ngoài cùng nên lò xo co lại; bước các lò

xo và chiều dài tổng cộng của lò xo giảm bớt so với các kích thước này khi quấn lò xo Cần chú ý đến tình huống này khi thiết kế các lò xo phải néu co, bằng cách qui định bước quấn ban đầu và chiểu dài ban đầu có tính đến độ co lại khi nén co Sau khi nén

co không được thực hiện bất kỳ hình thức xử lý nhiệt nào cả; sự nưng nóng sẽ làm giảm hoặc làm mất các ứng suất dư có lợi đã thu được khi nén co

548

Tải trọng nén co, độ co khi nén co và mức làm bển lò xo được xác định bằng phép tính chuyên ngành hoặc được xác lập bằng các thí nghiệm trên các mẫu thử

Chỉ nén co đối với các lò xo làm việc với các tải tĩnh hoặc với các tải trọng định

kỳ có tổng số chu kỳ giới hạn Không nén co đối với các lò xo làm việc với các tải tuần hoàn tần số cao, thời gian đài vì các dao động cộng hưởng phát sinh trong những điều

kiện này có thể tạo ra các ứng suất gia tăng trong các lò xo nén co

CÁC ỨNG SUẤT TÍNH TOÁN

Các ứng suất tính toán được xác lập cùng với sự cân nhắc các yếu tố sau:

Độ bển xoắn của vật liệu (trong trường hợp lò xo xoắn kéo nén) hoặc độ bến uốn

(lồ xo xoắn);

Yếu tố tỉ lệ (đường kính dây);

Tình trạng bể mặt các lò xo (độ tỉnh hoàn thiện; sự khử cacbon lớp bể mặt v.v

Các điều kiện làm việc của lò xo (nhiệt độ làm việc, có môi trường ăn mòn hay không, có khả năng mài mòn các vòng lò xo v.v );

Tam quan trong của lò xo (hậu quá của sự mất tính đàn hổi hoặc gãy lò xo; các khả năng gây ra gãy sự cố khi gãy lò xo);

Các điều kiện đặt tải (mức lệch tâm của tải trọng);

Đặc điểm đặt tải 18 xo

Người ta chia ra làm ba trường hợp tính toán chính theo đặc điểm đặt tải

Trường hợp I Tải tĩnh Lò xo chịu tải không đổi hoặc chịu tải định kỳ với sự thay đổi đều đặn trị số tải trọng

Lò xo này là các lò xo của các bộ định vị, bộ hãm, các lò xo của các van biến đổi

và an toàn, của các bộ điều chỉnh, của các cơ cấu cân bằng v.v

Trường hợp II Tải động Thời gian hạn chế

Lò xo chịu tải va đập định kỳ hoặc tải xung động tuần hoàn với thời hạn phục vụ tương ứng không quá 100.000 chu kỳ

Loại này là các lò xo của các van đóng nhanh, các bộ giảm chấn tác động định kỳ,

lò xo làm việc của các máy tự động, lò xo của các cơ cấu cam với tần số quay thấp v.v Trường hợp IH, Tải động, thời gian không hạn chế

Lò xo chịu các tải trọng tuần hoàn cao trong một khoảng thời gian dài không hạn chế Loại này là các lò xo của các cơ cấu cam cao tốc, cụ thể là các lò xo xupap động

cơ đốt trong; các bộ giảm chấn hoạt động liên tục, các lò xo xủa các máy rung, của các mấy rèn quay v.v

Trong trường hợp I cần tính các lò xo theo giới hạn chảy khi xoắn (cho các lò xo — kéo nén) hoặc khi uốn (cho các lò xo xoắn) kèm theo hệ số dự phòng không nhỏ hơn 2 Trong trường hợp II cũng cần tính theo giới hạn chảy, nhưng tăng hệ số dự phòng lên 1,3 — 1,5 lần Trong trường hợp III cẩn tinh theo giới hạn mỏi, kèm thêm hệ số dự phòng 1,3 ~ 1,5

Đối với những lò xo quan trọng mà nếu gãy có thể gây ra sự cố thì lấy hệ số dự

phòng 2 - 2,5, nghĩa là chúng được tính toán với dự phòng độ bển gia tăng

549

Các khuyến nghị trên đây phần nhiều mang tính hàn lâm Từ những khuyến nghị

đó mà có kết quả là các lò xo không quan trọng chịu tải tĩnh có thể có các ứng suất làm việc cao nhất Trên thực tế không bao giờ lại có điểu đó, mà người ta quy định cho lò

xo loại nay cdc ứng suất thấp nhất, mà với chúng lò xo vẫn giữ được các kích thước chấp

` nhận được về mặt kết cấu Ngược lại, các ứng suất làm việc cao thường có trong các lò

xo quan trọng chịu tải tuân hoàn, ví dụ, các lò xo xupap Điều này lý giải không chỉ cho việc dùng các vật liệu chất lượng cao để chế tạo các lò xo tương tự, mà còn lý giải cho

sự cẩn thiết giảm bớt toàn điện khuôn khổ và khối lượng lò xo và các chỉ tiết trực tiếp

xác định các tải trọng tuần hoàn trong cơ cấu liên quan với lò xo

Như một quy tấc tổng quát, khi thiết kế lò xo cần quy định các ứng suất thấp nhất

mà sẽ trùng hợp với điểu kiện để có được khả năng chịu lực và độ lún cần thiết trong

các kích thước quy cách chấp nhận được về mặt kết cấu Dự phòng độ bền gia tăng sẽ

bảo đảm cho lò xo không bị gấy do tác động của những yếu tố khó mà tính được, vi dụ như những sai sót về công nghệ chế tạo và xử lý nhiệt lò xo, những khuyết tật cục bộ trong vật liệu lò xo, những sai sót này không phải lúc nào cũng phát hiện được ngay cả

khi đã kiểm tra kỹ lưỡng

Cần rất thận trọng trong việc quy định các ứng suất gia tăng Việc nâng cao các ứng

suất không chỉ liên quan đến sự mạo hiểm mà còn làm cho giá thành chế tạo tăng lên

rõ rệt, bởi cần phải dùng các thép hợp kim đắt tiền, cần phải tuân thủ nghiêm ngặt các

chế độ xử lý nhiệt, kiểm tra kỹ, thử nghiệm, nghiệm thu và loại bổ lò xo phế phẩm Sẽ rất có ích khi soát lại các số liệu về các kết cấu đã qua khai thác lâu đài

Trong các kết cấu-hiện hành, các ứng suất biến đổi trong khoảng 400 - 700 MPa Thường ứng suất là 400 - 500 MPa Con số này có đặc điểm khá ổn định cho các lò xo

chức năng tổng quát được chế tạo bằng thép cacbon hoặc thép hợp kim rẻ (thép mangan

và thép silic) làm việc trong các điều kiện chịu tải tĩnh (trường hợp I) hoặc trong các điều kiện chịu tải động có số chu kỳ hạn chế (trường hợp II)

Mức ứng suất cũng như vậy trong các lồ xo làm bằng thép chất lượng cao (thép

vonfram silic, thép crom silic vanatri, thép cromvanađi) và làm việc trong các điều kiện chịu tải động kéo đài (trường hợp HD)

Chỉ cho phép ứng suất cao hơn trong những điểu kiện đặc biệt khi kích thước quy

cách bị hạn định, buộc phải giảm bớt kích thước lò xo; khi tần số đặt tải tuần hoàn cao đòi hỏi giảm bớt khối lượng lò xo, và còn chỉ khi độ dài các chu kỳ bị quy định (trường

hợp II) Trong các lò xo súng, ứng suất đôi khi tới 102MPa

LO XO NEN KET CAU

Cac vong cudi

Để lò xo làm việc chính xác, kết cấu các vòng cuối có ý nghĩa to lớn Hình dáng

các vòng cuối phải đáp ứng các điểu kiện sau đây:

Bê mặt tiếp xúc giữa các vòng cuối và chỉ tiết q phải phẳng và vuông góc với trục

Hình 858 Các phương pháp sửa các đầu lò xo

Trên hình 858, I trình bày cách sửa không đúng đuôi lò xo bằng cách chặt đứt vòng một cách đơn giản Với hình dáng này, sự đặt lực sẽ là sự đặc lực điểm và lệch tâm, lò xo bị uốn, cong hoặc phình một phía (tùy theo vị trí góc các đuôi lò xo bị chặt) Khó định tâm lò xo

Kết cấu trên hình 858, II cũng sai, ở đây đuôi thò ra của lồ xo được mài phẳng

Diện tích tiếp xúc bị hạn chế; độ choáng của nó phụ thuộc vào góc nghiêng vòng

lò xo (ở trường hợp thể hiện trên hình vẽ, góc tiếp xúc bằng 180°) Sự đặt lực lệch tâm;

“ria” mảnh của vòng lò xo sẽ bị gãy

Trong kết cấu trên hình 858, HI, vòng ngoài cùng được bể xuống cho phẳng Mới

trông, kết cấu gần đạt yêu cầu tạo ra sự tiếp xúc phẳng có độ choáng góc lớn Sai im

của kết cấu sẽ hiện rõ nếu chú ý đến các điểu kiện làm việc của lò xo dưới tác động của tải trọng Khi có tải trọng đặt lên, góc nghiêng vòng lò xo giảm bớt, do đó đuôi a của lò xo sẽ nhô lên trên mặt phẳng tiếp xúc, tải trọng sẽ tập trung tại một điểm; phần vòng nằm dưới đuôi đã chặt sẽ chịu uốn

Ở kết cấu trên hình 858, IV các vòng cuối được chỗn cho đến khi tiếp giáp với nhau, mặt

mút lò xo được mài phẳng Độ choán diện tích tiếp xúc ở đây bị hạn chế; kích thước của nó phụ thuộc vào góc nghiêng của các vòng lò xo và sẽ giảm đột ngột nếu góc nghiêng tăng lên Chỉ có thể chế tạo ra sự tiếp xúc trên một đường tròn trọn vẹn trong trường hợp nếu tạo cho các vòng lò xo chỗn một độ nghiêng khác với độ nghiêng các vòng làm việc, mà

sẽ được xác định theo điều kiện tgœ =2D {D - đường kính trung bình của lò xo; d— đường kính dây) Nói một cách khác, trong đất điện đọc theo các vòng chỗn, trục của các vòng

từ một phía tiết diện phải nằm đối diện điểm tiếp giáp các vòng theo phía kia của tiết diện

Trên hình 858, V trình bày trường hợp khi mà vòng 4

chỗn được mài một nửa đường kính (tính từ điểm tiếp À 3

giáp với vòng làm việc gần nhất Bể mặt tiếp xúc trở

thành kín; từ một phía nó đi qua theo vòng chỗn (phần t

gạch chéo trên hình chiếu dưới) còn từ phía kia ôm lấy |

vòng làm việc (phần trắng trên hình chiếu dưới) Như a

vay, trong trường hợp này vòng làm việc trở nên rất yếu SP,

Để tránh làm yếu vòng làm việc cẩn chỗn ít nhất el

một vòng trọn vẹn (hình 858, VỊ) Khi đó toàn bộ diện Hinh 859 Cách Hình 860 Để xÁc

tích tiếp xúc sẽ nằm trên vòng chến (phần gạch chéo chat cut ấu ˆ wae 4 ee ies

nhọn của trên hình chiếu nhìn từ trên xuống); vòng lầm việc gần ia ios cuối cùng, và các vòng nhất sẽ làm việc với một tiết diện trọn vẹn Sự yếu vòng

chỗn không có ý nghĩa vì nó trì theo toàn bộ chiều dai

lên vòng làm việc gần nhất

551

“Ria” manh a cla vong chén (hinh 858, VI, hinh chiếu dưới) là vô ích, bởi nó có thể gãy khi làm việc Trên thực tế người ta luôn loại bổ nó ở cung 9° tính từ đầu vòng

(hình 859) mặc đầu khi đó sẽ phát sinh sự lệch tâm nào đó của bể mặt 0 Chiểu cao tối thiểu của vòng chén (ở chỗ đặt cụt) là 0,25d Đầu chặt cụt được vê tròn tất cả các phía Các vòng chén trên thực tế không tham gia vào hoạt động của lò xo và không ảnh hưởng đến các đặt tính đàn hổi của lò xo Chúng được gọi là các vòng không làm việc

(hoặc gọi là các vòng t), khác với các vòng làm việc, các vòng tì bị biến dạng khi có

tải

Vì số lượng các vòng làm việc quyết định đặc tính đàn hồi của lò xo, nên việc phân

định ranh giới rõ rệt giữa các vòng làm việc và các vòng tì là rất quan trọng Dấu hiệu khác

biệt của các vòng t là không tạo ra các chuyển dịch so với bể mặt mà lò xo tì vào Các

vòng 8 ở đầu tự do của lò xo sẽ chuyển dịch cùng với đĩa tì, các vòng q của đầu bất động

là các vòng bất động Ranh giới giữa cắc vòng làm việc và các vòng tì là điểm a, tức là

điểm bắt đầu tiếp giáp các vòng ở trạng thái tự do (hình 860) Số lượng các vòng chỗồn được coi là số lượng các vòng tì ¡ ; ria chặt của vòng cuối cùng cũng nằm trong số các vòng tì

Việc phân định ranh giới như vậy mang tính quy ước và không hoàn toàn có tính

quy định, thứ nhất, vì khó mà lấy được điểm khởi đầu a bởi góc phân kỳ vòng lún và vòng làm việc là không đáng kể; thứ hai, vì điểm a khi nén lò xo, sẽ chuyển dịch về phía các vòng làm việc Do đó số lượng thực tế các vòng tì sẽ theo mức nén lò xo mà

tăng lên, còn số lượng các vòng làm việc sẽ giảm bớt tương ứng

Nếu xác định được số lượng các vòng tì ở tình trạng lò xo chịu tải thì sẽ chính xác

hơn Nhưng khó mà làm việc này, và trên thực tế ta bằng lòng với cách phân định ranh giới đã trình bày ở trên

Trong trường hợp thể hiện trên hình 860, số vòng t, theo quy tắc vừa trình bày, cho

từng đầu lò xo là 1,5 hoặc là 3 cho toàn bộ lò xo Số lượng các vòng làm việc là 7 Tổng

số các vòng —10

Số lượng các vòng tì, như đã chỉ dẫn, không thể nhỏ hơn 1 nếu như muốn tránh làm

yếu vòng làm việc gần nhất Trên thực tế người ta thường để 1,5 vòng ñ ở mỗi đâu lò xo

Ở các lò xo dài và các lò xo chịu tải tuần hoàn, số lượng các vòng t lên đến 2 - 2,5

Ti s6 giữa số lượng các vòng làm việc và tổng số vòng tì không được nhỏ hơn 3

Trên hình 861, I— V trình bày khóa để xác định số lượng các vòng t của lò xo Trên 862 trình bày mặt cắt dọc các lò xo với số lượng các vòng f khác nhau trong khí

số các vòng làm việc là số nguyên (hình 862, I, II, II) và có bội 0,5 (hình 862, IV, VỤ)

Cần chú ý rằng, nếu số lượng các vòng làm việc là số nguyên thì hình các tiết diện của các lò xo cuối sẽ đối xứng so với tiết điện ngang của lò xo Nếu số các vòng làm việc có bội 0,5 thì các tiết diện giống nhau sẽ nẰm chéo chữ thập

Trên thực tế, để giảm bớt công vẽ, không cần để ý tới các vòng t, ta cứ vẽ đơn

giản như sơ đỗ trên hình 863, Ï tương ứng số vòng tì là 1, hoặc đơn giản hơn nữa thi theo

sơ đổ hình 863, II tương ứng số vòng t là 0,5

Số lượng thực các vòng tì sẽ được ghi trong bảng dữ liệu của bản vẽ

Việc chỗn các vòng f được tiến hành bằng các biện pháp khác nhau Ở các lò xo quấn nguội, các vòng tỳ được chỗn lại bằng tay sau khi quấn hoặc bằng dụng cụ là một

trục gá có cắt rãnh xoắn ốc với bước bằng bước các vòng làm việc, trục được vặn vào

phần giữa của lò xo, sao cho các vòng cần chồn lọt lại tự do

Với phương pháp này, khó mà bảo đảm sự khít các vòng tì do sức bậc đàn hồi của

các vòng sau khi chổn Trên thực tế, việc chổn được coi là đạt yêu cầu nếu khe sáng

3 giữa các vòng t không vượt quá 0,25 độ hở so giữa các vòng làm việc ( hình 864}

Phương pháp quấn với bước biến đổi thì hoàn thiện hơn nhưng phức tạp hơn về

công nghệ Trên đoạn làm việc của lò xo, bước quấn được lấy bằng các bước vòng làm

việc và giảm dẫn về phía các đầu lò xo cho đến khi bằng đường kính dây Với phương

pháp này có thể tạo được sự ấp khít các vòng 0 và thậm chí còn tạo được cả độ đôi giữa các vòng

Khi quấn nóng thì các vòng tì được chỗn cho đến khi hoàn toàn tiếp giáp nhau

(hình 866, I) Chỉ định tâm theo mặt ngoài (hình

866, II) khi bố trí lò xo trong các chỉ tiết bao — trong

các sơ mi, các ống Chiểu cao h của đai định tâm 214,

ít nhất cũng phải bằng d để bảo đảm định tâm trên Hình 866 ï

toàn bộ đường tròn lò xo Sự định tâm lò xo theo mặt trong và mặt

ngoài

553

†— Sai; II, HÍ — đúng

Do việc quấn không chính xác nên thực hiện định tâm rất tự do: người ta đã tính trước một độ hở bằng 0,02 — 0,025 đường kính định tâm giữa các đai định tâm và các vòng lò xo Không nên để độ cao của các đai định tâm lớn hơn h = 1,5 d để tránh ma sát thừa giữa các vòng và các mặt định tâm Độ hở giữa các mặt của các chỉ tiết nằm kể bên các đai định và các vòng lò xo phải không nhỏ hơn 0,3 — 0,5 mm (hình 867, II)

Điều này đặc biệt quan trọng khi bố trí lò xo trong các chỉ tiết bao (hình 868) vì

khi nén đường kính lò xo sẽ tăng lên

Các mặt mút của các chỉ tiết định tâm phải có độ côn dẫn vào để để phòng trường

hợp các vòng lò xo bị cong vênh hoặc phát sinh các dao động ngang của các vòng Cần sửa đúng các vòng mặt mút bằng cách tạo mép vát trên mặt trong các vòng (hình 869, D khi định tâm theo đường kính trong hoặc tạo mép vát trên mặt ngoài khi định tâm theo đường kính ngoài

Thông thường ta loại bổ các mũi nhọn được tạo ra khi mài vòng cuối, những mũi nhọn này nằm trên rãnh tròn (góc lượn) giữa bể mặt trụ của chỉ tiết ì và mặt mút của

nó (hình 870, H) Cạnh mép vát phải lớn hơn bán kính rãnh tròn, nếu không, toàn bộ bể

mặt tì của lò xo sẽ không đè lên chỉ tiết t vì còn độ hở a (hình 870, D Bán kính rãnh tròn trên chỉ tiết @ phải nhỏ hơn bán kính dây lò xo, để bảo đầm tiết diện tròn được tiếp giáp trọn ven

Dùng dụng cụ mài côn để tạo mép vát

T1 # Hình 869

Trên hình 871, [ trình bày cách gia cố bảo đầm

sự đặt tải đúng tâm cho lò xo mà không cẩn chén

và sửa các vòng cuối Vòng thứ nhất a của lò xo

được vặn vào rãnh xoắn ốc trên đĩa t, bước của

rãnh bằng bước lò xo Như vậy vòng thứ nhất a của

lò xo tì lên đĩa theo đường xoắn ốc 360° và sẽ chuyển

địch cùng với dia ti khi nén lò xo, tức là có tính năng

của một vòng làm việc; nó sẽ biến đạng tự do khi ` ` „ Hình 871 Cách gia cố lò xo trong địa

mà không cân chỗn các vòng cuối nến lò xo cùng với các thay đổi tương ứng về bước

và góc nghiêng Trên hình §71, II trình bày kết cấu bảo đảm sự đặt tải đều hơn cho các

vòng lò xo Cũng như trong trường hợp trước, vòng thứ nhất nằm trong rãnh xoắn ốc có

bước bằng bước lò xo ở trạng thái tự do Bước của rãnh xoắn ốc được tăng lên, bắt đầu

từ điểm tì cuối của vòng thứ nhất với tính toán sao cho độ hở s giữa phân cuối của rãnh xoắn ốc và vòng thứ hai sẽ bằng độ lún xuống của vòng dưới tác động của toàn bộ tải

Như vậy khi bắt đầu đặt tải, vòng thứ nhất sẽ tiếp nhận lực; theo mức lún xuống của lò

xo, vòng thứ hai sẽ từ từ chịu tải và khi kết thức đặt tải thì cả hai vòng đều chịu lực Chiểu đài lò xo ở trạng thái tự do và ở trạng thái nén Chiểu đài lò xo ở trạng thái

tự do L = (¡~ 2)t + đ Gi, +1) (386), trong đó i va i, -— s6 lugng vong lam viéc va vòng tì; t— bước các vòng làm việc; đ - đường kính đây

Chiểu dài lò xo ở trạng thái nén hoàn toàn,

L’ =ad (i+i,+1) (trong đó a - hệ số tính cho sự tiếp hợp không trọn vẹn các vòng đo sai lệch trong chế tạo, do lệch các đường xoắn ốc và v.v (trên thực tế lấy a= 11 + 115)

Khi lún xuống, đường kính lò xo tăng lên do giảm góc nghiêng các vòng Mức tăng đường kính được xác định căn cứ vào điều kiện cân bằng chiểu dài đây lò xo trước và sau khi biến đạng

mi _ xD

L, =

ở đây D và D' - đường kính trung bình của lồ xo trước và sau khi lún xuống; œ

và œ' - góc nghiêng các vòng trước và sau khi lún, được xác định theo hệ thức:

sơ mi, cần tính trước độ hở cần thiết giữa lò xo và các thành sơ mi

Sự giấm góc nghiêng các vòng lò xo khi lún xuống cũng có thể được thể hiện (rong sự xoay các vòng cuối so với nhau ở mặt phẳng vuông góc với trục lò xo, trong khi đường kính lò xo không đổi

Chiểu dài mỗi vòng lò xo trước khi lún = ;

cosa

555

Tả Sau khi hin P = ——;; chénh léch chiéu dai

Ví dụ, lồ xo có D = 50mm; ¡ = 10 Bước các vòng lò xo ở trạng thái tự đo là t = 10mm, sau khi lún t'= 5mm Như vậy ,

Để lò xo nén hoạt động chính xác, quan trong là loại trừ được khả năng cong vênh

và xê dịch bên hông các mặt mút, có thể lấy trường hợp sử dụng lò xo nén như là một

lò xo hổi quy cần lắc (hình 872) làm ví dụ

Kết cấu I là kết cấu sai lầm Do cong vênh và xê dich các mặt tì khí cẩn lắc nên

lò xo chịu các tải trọng ngang, gây ra các ứng suất uốn phụ; sự cong đường trục lò xo

ở vị trí nghiêng (hình 872, II) sẽ làm giảm uốn lò xo chút ít

Trong kết cấu III (hình 872), các mặt tì của lò xo được định hướng chắc với nhau; thanh dẫn hướng tiếp nhận các lực ngang; lò xo chịu nén thuần túy; trong kết cấu IV, việc bế trí các đĩa trên các khớp đã ngăn ngừa được sự uốn cong lò xo; trong kết cấu

V, các đĩa được định hướng với nhau, điểu này làm tăng độ ổn định lò xo; trong kết cấu VI lò xo được bố trí trên các đĩa đã được định hướng Đĩa trên tì vào chốt a, đĩa

dưới tì lên thân bằng khớp cẩu

556

Trong kết cấu I, mặt ngoài của đĩa 0 lên mặt trụ lõm của chỉ tiết truyền tải; trong trường

hợp cần định vị chiểu ngang lò xo, việc này có thể thực hiện, chẳng hạn, bằng cách bố tí

lò xo trong các khe, mà mặt phẳng của chúng vuông góc với đường trục của các mặt trụ tì Trong các kết cấu IÏ - IV, các mặt trụ tì ăn vào nhau, điểu nay bdo đảm định vị ngang cho lò xo ở mọi hướng (với điều kiện các mặt tì thường xuyên ấp vào nhau bởi sức căng lò xo) Trên hình 873, V, VI trình bầy cách bố trí các đĩa trên các chốt trụ Kết cấu VI được để cử cho các lò xo dai bởi có thể bảo đảm sự ổn định lớn cho lò xo

557

Trên hình 873, VII, VIII trình bày cách bố trí các đĩa trên các gối tì có chân Kết

cấu đòi hỏi phải định vị ngang cho lò xo ở mọi hướng

Các khớp không gian (hình 873, IX — XVD được chế tạo dưới dạng cấu Kết cấu

XVI có khớp cầu bên trong lò xo sẽ bảo đầm độ ổn định đọc tối đa cho lò xo Nhưng

kết cấu này không nên áp dụng cho các trường hợp mà các điểm tựa khi hoạt động sẽ

xê dịch so với nhau ở hướng ngang, góc nghiêng đường trục khi đó sẽ lớn hơn so với

trường hợp các điểm tựa phân tán (ví dụ như trong kết cấu XII)

Thường áp dụng các bố trí trên cách gối cầu cho các lò xo chính xác, như các lò

xo đồng hề đo, nơi cần khắc phục các yếu tố tương tự dưới dạng các lực ngang phát sinh,

mà có thể làm méo đặc tuyến lò xo

TÍNH TOÁN LO XO

Cơ sở của việc tính toán điển hình về lò xo nền — kéo là giả thiết tải trọng được định hướng theo đường trục của lò xo (hình 784) Trong những điều kiện như vậy các lực tác động lên vòng lò xo ở bất kỳ tiết điện nào của nó cũng đều quy về lực ngang

P làm uốn và mômen M, = PD / 2 làm xoắn vòng lò xo Sự uốn bởi lực P đóng vai trò

thứ yếu, mômen xoắn có ý nghĩa cơ bẩn, tiến hành tính toán theo mômen xoắn

Các ứng suất trượt có trị số cực đại trên đường tròn tiết diện vòng 10 xo và được xác định theo công thức thông thường áp dụng cho dẩm tròn bị xoắn:

tiết điện vòng (d — đường kính tiết điện vòng lồ xo)

Ảnh hưởng của độ cong trục lò xo được tính Hình 874 Sơ đồ tác động các bằng hệ số hình đáng k, hệ số này phụ thuộc vào tỈ lực khí đặt tải dọc trục lò xo

558

Đối với các trị số thông thường œ = 6 - 12°, hệ số k được thể hiện khá chính xác

bằng công thức sau đây:

k= 4c+2 (393)

4c-3 Thường thường chỉ số lò xo e = 8 — 12, tưởng ứng các trị số k = 1,1 - 1,2

Các trị số này có thể được áp dụng trong các tính toán sơ bộ

Không nên dùng lồ xo có chỉ số e < 4 Khó quấn những lò xo như vậy:

Có thể xuất hiện các vết rạn, nứt ở các thớ ngoài các lò xo Các ứng suất làm việc sẽ

gia tăng ở những lò xo như vậy Qua công thức (392) ta có thể rút ra được lực mở lò xo:

he 8PDÌ _ 8Pc’i Gd‘ Gd (395), trong đó ¡ — số lượng các vòng làm việc của lò xo; G ~

môđun trượt (đối với các lò xo thép, trung bình G = 8 10% MPa)

Dua P từ công thức (394) vào công thức này ta sẽ có:

_kGd

Tính dễ biến dạng của lò xo được đặc trưng bằng thông số À', là khoảng cách xê

địch một vòng lò xo dưới tác động của tải trọng I0N

À với điều kiện sao cho các ứng suất + trong các vòng lò xo không vượt quá trị số cho

phép [r]

Trong trường hợp này, trình tự tính toán như sau;

559

1 Cho trước trị số c = 8 -12 và xác định hệ số k theo biểu đổ trên hình 875, hoặc

theo công thức (393)

2 Căn cứ vào các điều kiện kích thước quy cách mà cho trước trị số đường kính

trung bình Ð của lò xo

3 Cho ứng xuất cho phép [„] trong khoảng 400 — 600 MPa va x4c định đường kính

đ của dây lò xo theo công thức (394)

=¡|RÉPD _iay.|tPD ngạc d = of ROPE =6

Làm tròn d tìm được cho bằng d gần nhất theo cỡ cho loại dây đã cho

4 Kiểm tra độ chính xác của sự đánh giá sơ bộ về chỉ số lò xo = D/d Nếu thấy

cần thì tiến hành tính toán lẫn thứ hai, trong đó sử dụng c đã thu được ở lân tính toán trước

Số lượng các vòng đã tính được làm tròn thành số nguyên hoặc thành số có bội 0,5,

6 Xác định chiểu dài lò xo ở trạng thái nén theo công thức

=td-2)+dŒ,+ 1), trong 46 i, - số lượng các vòng tì lấy trong khoảng 2- 3; t= “ + s— bưỚC các vòng làm việc của b xo ở trạng thái nén [ d - đường kính dây lò xo; s — độ hổ cực tiểu giữa các vòng làm việc, lấy trong khoảng s = (0,1 + 0,15)d] Nếu các kích thước khuôn khổ dọc trục trở thành không chấp nhận được thì tính lại, tăng đường kính D của lò xo lên

6 giai đoạn kết thúc tính toán ta sẽ xác định chiều dài lò xo ở trạng thái tự do: L=L +À

Bước các vòng làm việc của lò xo ở trạng thái tự do (bước quấn) được xác định theo công thức sau đây:

t= L-d(i, +1)

i-2

Ta làm tròn trị số vừa tìm được cho bằng bước quấn x

gần giống nhất mà ta có thể thực hiện trên máy tiện và máy al

quấn tự động Sau đó dựng đặc tuyến lồ xo, mà ở trường oll

hợp này c6 dang tam gidc vu6ng (hinh 876), một cạnh tam

giác nầy bằng mức biến đạng của lò xo À (mm), canh kia

- biểu hiện lực P (N) gây ra biến dạng đó, với một tỉ lệ

tương ứng

Nhất thiết phải kiểm tra chiều đài lò xo ở trạng thái

nén đã được xác định theo biểu thức (387)

cos& cosa, trong đó i ~ số lượng các vòng làm việc; Í = số lượng các vòng tì; œ - góc nghiêng các

vòng làm việc (tgœ = Œ, — góc nghiêng các vòng fi

Do cosa, gần bằng đơn vị (1) nên L.* wat]

hoặc (với một độ chính xác nào đó)

L, =nD-——S,

cosa

Để xác định chiéu dai phôi, kích thước L, được tăng (tính đến phế liệu) lên 5 — 10% Cho nên, với các vị trí số thông thường œ = 6 + 12° ta có thể sử dụng công thức

đơn giản hóa L, ~ n Di,, trong 46 i, — tổng số vòng

Các lò xo nén, như một quy tắc, sẽ làm việc với độ dôi có sẩn

Tải trọng có sẵn P,„ tải trọng làm việc cực đại P„„„ và hành trình làm việc của lò

xo thường được quy định theo các điều kiện làm việc của cơ cấu Trong những trường

hợp như vậy nhiệm vụ tính toán là chọn lò xo có đặc tuyến thỏa mãn điều kiện có được các trị số P, và P, theo quy định cùng với trị số À„ đã cho

Trình tự tính toán như sau Đầu tiên ta xác định các thông số lò xo thỏa mãn điều

kiện có được Pu tìm độ lún hoàn toàn của lò xo À„„ và tính trị số P, theo hệ thức

PL =P Amar — Aw

A, max Nếu trị số P, vừa tính ra khác nhiều so với trị số đã cho, thì thay đổi các thông số

lò xo cho đến khi có được đặc tuyến cần thiết

Trên hình 877 là biểu đổ được thành lập trên cơ sở các phương trình (393), (394),

(395), dùng để tính toán các lò xo xoắn ốc với đây tiết diện tròn Trên trục hoành đặt

các đường kính lò xo d, Lưới các đường đậm thể hiện các lực mở lò xo dùng cho các

trị số khác nhau của đường kính lò xo D, Các trị số lực được chỉ ra bằng các đường nghiêng ở cột bên trái biểu đổ tùy theo ứng suất xoắn +, MPa

Lưới các đường mảnh thể hiện mức biến đạng một vòng lò xo A (mm) ty theo ứng

suất xoắn +, MPa, dành cho các trị số khác nhau của đường kính trung bình D của lò xo

Mức biến dạng được xác định ở cột bên trái theo các đường giống như đối với lực

Khi dựng biểu đổ, chấp nhận G = 8.107MPa,

Ta sẽ xem xét vài ví dụ

1 Cân xác định ứng suất trong lò xo đường kính D = 30mm, d = 2,5 mm chịu lực

P = 100N

561

Lời giải Kẻ đường ngang qua điểm gặp nhau giữa tọa độ d = 2,5 mm và đường tải trọng đành cho D = 30 mm (lưới các đường đậm) cho đến khi gặp đường xiên P = 100

N ở cột bên trái, ta sẽ tìm được ứng suất bằng 560 MPa

2 Cần xác định ứng suất trong lò xo đường kính 60 mm, d = 10 mm, mức lún tới

40 mm Số các vòng làm việc là 8

Lời giải: Mức biến dạng một vòng là 5 mm Kẻ đường ngang qua điểm gặp nhau giữa tọa độ d = 10 mm và đường chuyển dịch dành cho D = 60 mm (lưới các đường mảnh)

cho đến khi cất đường xién A = 5 mm ở cột trái; ta sẽ có ứng suất là 460 MPa

Kẻ đường ngang qua điểm gặp nhau của tọa 46 d= 10mm với đường tải trọng đành cho D = 60mm (lưới các đường đậm) cho đến khi giao nhau với tọa độ À = 5 mm ở cột trái, ta sẽ tìm được lực mở lò xo là 2,2 KN

3 Cần xác định mức lún lò xo đường kính D = 30 mm, d = 20 mm, số vòng làm

việc là 8 Ứng suất trong lò xo là 300 MPa

Giải Kế đường ngang qua điểm gặp nhau của tọa độ d = 2 mm với đường độ võng đành cho D = 30mm (lưới các đường mảnh) cho đến khi giao nhau với tọa d6 t = 300 MPa ở cột trái, ta sẽ m được độ võng một vòng lò xo là 5 mm

cột trái, ta tìm được ứng suất bằng 300 MPa

Kẻ đường ngang qua điểm gặp nhau của tọa độ đ = Imm với đường độ võng D =

10 mm (các đường rãnh) cho đến khi giao nhau với tọa độ t = 300MPa ta tìm được mức biến dang một vòng là 1 mm Như vậy tổng mức iún lồ xo là 10 mm

5 Cần chọn lò xo cho tải trọng làm việc P = 400 N, với ứng suất xoắn t = 400 MPa

Đường kính lò xo D = 40 mm Mức lún lò xo phải bằng 20 mm,

Giải Kế đường ngang qua điểm P = 400N với ứng suất r = 400 MPa (cột bên trái)

cho đến khi giao nhau với đường tải trọng dành cho D = 40 mm (lưới các đường đậm)

_ Lò xo với các vông có tiết điện hình vuông và hình chữ nhật Ứng suất trong lò xo với các vòng có tiết diện vuông,

+= k2,4PD (397), trong đó D — dudng kính trung bình của lò xo; a — cạnh hình vuông của tiết điện; k - hệ số

Mức lún lò xo đưới tác động của lực P (với

các trị số thông thường k= 1,1 + 1,2) ly vo t EU? 5 9 Nu«tn

Khi so sánh các biểu thức (398) và (399) tương ứng với các công thức (394) và

(395) ta thấy rõ rằng lò xo với các vòng tiết điện vuông có lực tăng lên 30% (ứng

suất như nhau) và có khoảng chuyển dịch nhỏ hơn 30% so với lò xo với các vòng tiết diện tròn, đường kính d = a

Có thể xác định các ứng suất trong các vòng tiết diện hình chữ nhật với các

cạnh a và b (a - cạnh vuông góc với đường trục lò xo) theo công thức

lớn và được dùng để tiếp nhận các tải trọng tuy + bấy, 2 1e? zs}

gia tăng, trong khi biến dạng không đáng kể Hình 879 Dùng để tính toán các lò

xo có các vòng tiết điện chữ nhật

564

Các lò xo có các vòng mà tiết điện giãn ở hướng vuông góc với đường trục lò xo

a >1) có đặc tuyến thoai thoải Cần chú ý rằng, việc quấn những lò xo này sẽ khó do

các biến đạng uốn lớn phát sinh khi uốn Không nên áp dụng tỉ lệ asd

Đối với lò xo có tải trọng đọc trục, có các bộ phận định tâm, định hướng tốt, bảo

đảm được độ song song các mặt mút lò xo khi làm việc thì tỉ số giới hạn giữa chiểu cao

lò xo L ở trạng thái tự do và đường kính trung bình D (hình 880, D, mà với đường kính này lò xo vẫn giữ được độ ổn định, sẽ là ~ 5; đối với các lò xo có các bộ phận định tâm lắp khớp thì L/D = 2,5

Nên giảm tỉ số L/D xuống 1,5 - 2 lần so với các trị số vừa trình bày vì tính đến khả

năng đặt tải lệch tâm, cong vênh các vòng và v.v

Khi bố trí lò xo nằm ngang hoặc nằm nghiêng sẽ phát sinh các lực ngang do khối lượng các vòng gây ra, cần giảm tỉ số L/D nhiều hơn nữa

Nếu như các điều kiện kết cấu không cho phép bỏ sử dụng các lò xo dài, cần phải

dự tính các biện pháp đặc biệt chống mất ổn định Việc kéo dài đai định tâm để giảm khoảng trống của lò xo (hình 880, II) và thêm đai định tâm phụ ở phần giữa lò xo (hình

880, III) sé đi kèm với sự gia tăng ma sát và nguy cơ làm mòn các vòng Tốt nhất là chia các lò xo dài thành vài lò xo ngắn ổn định, những lò xo ngắn này phải t lên các bộ phận định tâm linh động, định hướng đọc trục lò xo tốt (hình 880, IV)

Tuy nhiên phương pháp này cũng đi kèm với sự tăng chiều dài quy cách lắp đặt

do có thêm các vòng tỳ phụ trên các đoạn bố trí các bộ phận định tâm linh động

Hình 880 Các phương pháp ngăn ngửa mất ổn định dọc lò xo 565

Các dao động cộng hưởng

Các lò xo làm việc với các tải tuần hoàn sẽ chịu

các dao động cộng hưởng do sự gia tăng ứng suất trong

các vòng và sự sai lệch các đặc tính đàn hồi của hệ thống

gây ra Các dao động cộng hưởng là nguyên nhân thường

xuyên làm gấy lò xo khi đặt tải tuần hoàn cao tần

Các lò xo tương tự cần phải được tính toán về cộng

hưởng để tạo cho lò xo những thông số (D, d, L, i) có thể

loại trừ được sự phát sinh các dao động cộng hưởng trong

các chế độ làm việc Phương pháp tính toán được in trong

các tài liệu hướng dẫn chuyên ngành

Hình 881 Lò xo chống

đao động cộng hướng

Để ngăn ngừa các dao động, người ta thường dùng

các lò xo có bước quấn biến thiên (hình 881, I) và các

lò xo định hình, vi dụ, lò xo hình trống ( hình 881, IN)

Phương pháp hữu hiệu chống các dao động cộng

hưởng - bố trí các bộ chống rung, ví dụ dưới dạng các

lò xo lá nhẹ tiếp giáp với các vòng trên các đoạn tương

ứng biên độ cực đại của các dao động ( hình 882)

Cách bố trí đồng tâm lò xo (hình 883, II, IV) được áp dụng nhằm mục đích kép:

1) để tăng tính dễ biến dạng của hệ thống (với tải trọng P quy định và các kích thước quy cách hướng tâm quy định); 2) Để tăng khả năng chịu tải của hệ thống

Tốt nhất là làm sao cho các ứng suất cực đại sẽ giống nhau trong các lò xo đồng tâm

và sao cho các lò xo có hành trình công tác giống nhau Điểu kiện cuối dẫn đến ti số

[ga SUUW0

Biến dạng đàn hếi A, của lò xo ngoài (cũng là biến dạng đàn hồi của hệ thống hai

lồ xo) liên quan với biến dạng đàn hổi A, của một lò xo bằng tỉ số

Như vậy tính dễ biến dạng của hệ thống của hai 1d xo déng tâm lớn hon 32 — 45%

so với tính dễ biến dạng của hệ thống một lò xo tương đương Nếu số lò xo là 3 thì tính

đễ biến dạng còn lớn hơn nữa

ww 1,32 1,38 1,43 1,45

Bây giờ ta sẽ xem xét khả năng chịu tải tăng lên bao nhiêu khi chuyển sang cách

bố trí nhiều lò xo đổng tâm, nếu như biến dạng của các hệ thống là không đổi Giả sử rằng lò xo ngoài của hệ đồng tâm cũng có các thông số như của lò xo trong hệ một lò

xo và cũng chịu tải P„

Ta vẫn giữ giả thuyết đã trình bày ở trên về sự cân bằng các ứng suất cực đại và

các hành trình công tác trong hệ đồng tâm, khi đó lò xo thứ hai có đường kính nhỏ hơn đặt trong lò xo ngoài sẽ tiếp nhận lực, mà tính theo phương trình (405) sẽ bằng P, = P, ( - 2/©?

Khả năng chịu tải tổng cộng của hệ thống là EP = P,+P, =P, [1 + (1 - 2/c}?] Các trị số =P tanh bày dưới đây áp dụng cho các trị số c khác nhau

Khả năng chịu tải tổng cộng của hệ š P = P, + P, + P, = Py [1+(1-2/c)*+(1-2/c)*]

Các tỉ số ÊP trình bày dưới đây được áp dụng cho các trị số c khác nhau:

x

568

Như vậy, khả năng chịu tải của hệ ba lò xo sẽ lớn hơn 88 — 125% so với khả năng chịu tải của một lò xo

Các lò xo kể nhau trong hệ đồng tâm được chế tạo với các vòng có hướng khác nhau để bảo đảm được đặt tải nhiều hơn và để tránh lọt các vòng của lò xo này vào khe

hở giữa các vòng của lò xo khác khi lò xo bị gãy

Trong những trường hợp riêng biệt, để đạt được tính dễ biến dạng cao, người ta áp dụng cách bố trí đồng tâm cùng với việc cho các lò xo làm việc lần lượt chịu nén (hình

883, IV) Tinh dễ biến dang của hệ sẽ bằng tổng tính đễ biến dạng của các lò xo nối tiếp Khi quy định các thông số lò xo nên tuân thủ các điểu kiện (401) — (403)

Trên hình 884 trình bày một dạng lò xo lắp ghép khác lò xo xoắn ốc một dây được

thay bằng một bộ các lò xo đường kính nhỏ bố trí theo biên đĩa tì Tương quan giữa tính đễ biến đạng và khả năng chịu tải của hệ thống này và hệ một lò xo khác hẳn so với trường hợp các lò xo đồng tâm

Đường kính D, của các lò xo (có thể bố trí trong các giới hạn quy cách của lò xo gốc

có đường kính D,) được xác định theo tỉ số gần đúng

D, _ 08n(D, ~ D,) ; trong đó n — số lượng lò xo; 0,8 - hệ số tính đến điều kiện

Ta đối chiếu biến đạng của hệ nhiều lò xo và

hệ một lò xo, chịu một lực P giống nhau,

Theo phương trình (407) nếu các lực Pạ bằng

nhau ta sẽ có tưởng quan sau đây giữa biến dạng của

hệ nhiều lò xo và biến đạng của hệ một lò xo:

Như vậy, độ cứng của hệ lò xo vừa mô tả lớn hơn độ cứng của hệ một lò xo, số

lò xo càng lớn thì mức độ lớn hơn càng cao hơn (gấp 2 — 3 lần)

Bây giờ ta sẽ so sánh khả năng chịu tải của hệ nhiều lò xo và của hệ một lò xo

khi mức biến dạng như nhau

Nếu các mức biến đạng như nhau, ta có thể viết: a = (410)

d, (+0Am Khả năng chịu tải tương đối của các hệ (khi [+] bằng nhau)

hệ một lồ xo tổ ra quá mêm Hơn nữa, cách bố trí nhiều lò xo trong những trường hợp như

vậy sẽ bảo đấm sự đặt tải đều hơn theo biên các chỉ tiết chịu tải

570