Bài giảng nguyên lý máy Trần Ngọc Nhuần

bài giảng nguyên lý kế toánbài giảng nguyên lý máybài giảng nguyên lý thống kê bải giảng nguyên lý máy bải giảng nguyên lý kế toán bài giảng nguyên lý thống kê bài giảng nguyên lý máybài tập nguyên lý máy của tạ ngọc hảibài tập nguyên lý máy tạ ngọc hảibài giảng nguyên lý máy chương 1

Bài giảng này được soạn dành cho các lớp thuộc ngành Kỹ thuật Giao thông, Nhiệt lạnh và Cơ điện tử theo hướng tích hợp hai môn học Nguyên lý máy và Chi tiết máy.

Số lượng tín chỉ dành cho môn này là 3, vì vậ y, bài giảng này không có tham vọng trình bày kỷ và chi tiết các vấn đề

đã nêu trong chương trình môn Nguyên lý máy và chi tiết máy, mà chỉ trình bày ngắn gọn, tổng quát về các vấn đề cần thiết có liên quan đến thực tế, với mục đích: người học vận dụng đượ c kiến thức để hiểu biết các kết cấu, các máy móc trong chuyên ngành và đặc biệt là có thể tư duy, hình dung

và phát triển ý tưởng cần thiết cho chuyên ngành của mình

về lĩnh vực cơ khí.

Bài giảng này, ngoài cơ sở lý thuyết còn có kèm theo một số ví dụ minh họa của một số dạng bài toán mà thực tế thường được sử dụng, hy vọng sẽ giúp ích được cho người học ở một khía cạnh nào đó trong quá trình học tập và làm việ sau này.

Với trình độ có hạn, bài giảng này chắc chắn còn nhiều thiếu sót Mong được sự góp ý củ a các đồng nghiệp và người học.

TÁC GIẢ

NỘI DUNG Trang Lời nói đầu

Chương 1: CẤU TRÚC VÀ XẾP LOẠI CƠ CẤU

A Cấu trúc cơ cấu ……….

B Xếp loại cơ cấu………

Chương 2: PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU 1 Khái niệm chung ……….

2 Phân tích động học cơ cấu phẳng loại 2 ………

2.1 Phương pháp họa đồ véc tơ………

2.2 Phương pháp đồ thị………

2.3 Phương pháp giải tích………

2.4 Phương pháp tâm quay tức thời……….

Chương 3: LỰC HỌC CƠ CẤU 1 Lực tác dụng lên cơ câu ………

2 Lực quán tính ………

3 Xác định áp lực trong khớp động và tính lực khâu dẫn ………

4 Lực ma sát………

4.1 Khái niệm chung……….

4.2 Phân loại ………

4.3 Lực ma sát và hệ số ma sát ………

4.4 Ma sát trong chuyển động tịnh tiến trên mặt phẳng ngang……….

4.5 Ma sát trêm mặt phẳng ghiêng ………

4.6 Khớp tịnh tiến rãn h tam giác………

4.7 Ma sát trong khớp quay………

4.8 Ma sát trong khớp ren vít………

4.9 Ma sát lăn………

4.10 Ma sát trong dây mềm……….

4.11 Một số ví dụ……….

Chương 4: CÁC CƠ CẤU THÔNG DỤNG A Cơ cấu phẳng toàn khớp loại thấp ……….

B Khớp các đăng ………

C Cơ cấu Man………

D Cơ cấu Cam phẳng……….

Chương 5: CƠ CẤU BÁNH RĂNG 1 Khái niệm và phân loại ………

2 Biên dạng thân khai………

3 Cấu tạo và thông số hình học của bánh răn g thân khai tiêu chuẩn……….

4 Bánh răng trụ tròn răng thẳng, răng nghiêng và răng chữ V ………

5 Cơ cấu bánh răng không gian……….

6 Hệ bánh răng………

Chương 6: CHUYỂN ĐỘNG THỰC CỦA MÁY A Phương trình chuyển động của máy………

B Chuyển động thực của máy………

C Làm đều chuyển động máy………

D Hiệu suất………

Chương 7: CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY A Đại cương………

B Tải trọng và ứng suất ……….

C Độ bền mỏi của chi tiết máy ………

D Chọn vật liệu………

E Vấn đề tiêu chuẩn hóa ………

G Những chỉ tiêu về khả năng làm việc của chi tiết máy ………

Chương 8: MỐI GHÉP BẰNG HÀN 1 Khái niệm chung………

2 Kết cấu các mối hàn và cách tính độ bền ……….

3 Độ bền mỏi hàn và ứng suất cho phép……….

4 Một số ví dụ……….

Chương 9: MỐI GHÉP BẰNG REN 1 Khái niệm chung………

2 Tính toán bu lông………

3 Tính mối ghép nhóm bu lông………

4 Một số ví dụ……….

3 7 7 11 13 13 13 13 18 20 25 30 30 31 33 41 41 41 42 42 42 43 43 48 50 51 53 59 59 63 67 69 76 76 78 84 88 91 96 103 103 105 107 117 121 121 122 126 129 129 130 136 136 137 142 143 145 145 150 154 155

1 Khái niệm chung………

2 Điệu kiện làm việc của mối ghép chắc ……….

3 Tính mối ghép chắc………

4 Tính mối ghép chắc kín………

Chương 11: MỐI GHÉP BẰNG ĐỘ DOI, THEN VÀ THEN HOA 1 Mối ghép bằng độ dôi ………

2 Mối ghép bằng then ………

3 Mối ghép bằng then hoa ………

Chương 12: TRUYỀN ĐỘNG BÁNH MA SÁT 1 Khái niệm chung………

2 Cơ học truyền động bánh ma sát………

3 Tính toán bộ truyền bánh ma sát………

4 Vật liệu và ứng suất cho phép ………

Chương 13: TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG 1 Đại cương về bộ truyền bánh răng………

2 Thông số hình học và đặc điểm ăn khớp ………

3 Phân tích lực tác dụng………

4 Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính toán ………

5 Vật liệu chế tạo bánh răng và ứng suất cho phép……….

6 Tính bền bánh răng trụ răng thẳng………

7 Tính bền bánh răng trụ răng nghiêng ………

8 Bộ truyền bánh răng côn………

Chương 14: BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT 1 Khái niệm……….

2 Thông số hình học ………

3 Động học, lực học truyền động trục vít………

4 Tính bộ truyền trục vít……….

5 Truyền động trục vít – đai ốc………

Chương 15: BỘ TRUYỀN XÍCH 1 Khái niệm chung………

2 Các loại xích truyền động và đĩa xích ………

3 Các thông số bộ truyền xích……….

4 Cơ học truyền động xích………

5 Các dạng hỏng, chỉ tiêu tính toán và chọn vật liệu………

6 Tính toán bộ truyền xích………

Chương 16: BỘ TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 1 Khái niệm về truyền động đai ………

2 Vật liệu và kết cấu đai ………

3 Cơ sở lý thuyết tính toán bộ truyền đai ………

4 Tính truyền động đai………

Chương 17: TRỤC 1 Đại cương……….

2 Kết cấu trục………

3 Vật liệu chế tạo trục……….

4 Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính toán ……….

Chương 18: Ổ TRỤC 1 Ổ lăn……….

1.1 Cấu tạo và phân loại ……….

1.2 Ưu nhược điểm……….

1.3 Ký hiệu ổ lăn………

1.4 Giới thiệu các loại ổ lăn chính……….

1.5 Tính toán ổ lăn……….

2 Ổ trượt ………

2.1 Cấu tạo, phân loại, vật liệu và phạm vi sử dụng………

2.2 Các dạng ma sát………

2.3 Các dạng hỏng và tính toán………

Chương 19: KHỚP NỐI 1 Nối trục………

2 Ly hợp……….

Tài liệu tham khảo………

157 159 160 162 164 164 166 170 171 171 172 175 176 178 178 179 179 180 181 184 187 290 195 195 196 198 199 204 208 208 209 211 214 216 217 221 221 222 225 228 236 236 237 238 238 243 243 243 244 245 245 246 249 249 251 251 253 253 256 260

Chương 1: CẤU TRÚC VÀ XẾP LOẠI CƠ CẤU

A/ CẤU TRÚC CƠ CẤU :

I/ Những định nghĩa và khái niệm cơ bản :

1/ Khâu và tiết máy :

a Tiết máy (Chi tiết máy) :

Là phần nhỏ nhất không thể tháo rời được nữa của cơ cấu hay máy

pit tông 3 chuyển động tịnh tiến trong xy lanh 4 cố định Như thế, các khâu có chuyển động tương đốivới nhau, mỗi khâu có chuyển động riêng biệt Ở thanh truyền 2, khâu này gồm nhiều tiết máy đượcghép cứng với nhau

2/ Bậc tự do của khâu – nối động :

a) Bậc tự do :

Xét hai khâu A, B để rời nhau

trong không gian Rõ ràng B có tất cả 6

chuyển động tương đối độc lập riêng biệt

so với A : Đó là 3 chuyển động tịnh tiến

theo 3 phương: Tx, Ty, Tz và 3 chuyển

động quay quanh 3 trục: Qx, Qy, Qz

Người ta gọi mỗi khả năng

chuyển động này là một bậc tự do ( hình

1.2.a) Bậc tự do là số tối đa các khả năng

chuyển động t ương đối độc lập.

Bây giờ chúng ta xét trong mặt

phẳng (hình 1.2.b), ví dụ chọn mặt phẳng xOy chẳng hạn Rõ ràng

trong trường hợp này B vốn dĩ đã được hạn chế sẵn 3 bậc tự do rồi.

Do đó chỉ còn tồn tại 3 chuyển động : Tx, Ty và Qz, tương ứng có 3

bậc tự do

Nếu như xét n khâu để rời nhau trong không gian thì số bậc

tự do tương đối đối với một khâu nào đó của tất cả các khâu còn lại

sẽ tăng theo tỉ lệ thuận với số khâu được xét :

Trong không gian : Bậc tự do là 6(n–1).

(b)

Hình 1.3

1 2

Các khâu để rời nhau có chuyển động không xác định đối với nhau Trong cơ cấu hay máy,mỗi khâu đều có chuyển động xác định và phụ thuộc vào các khâu khác Người ta thực hiện điều nàybằng cách buộc các khâu tiếp xúc với nhau theo một quy luật nào đó trong quá trình chuyển động.Việc

làm như thế gọi là nối động 2 khâu Mỗi bậc tự do bị hạn chế trong một phép nối động được gọi là một ràng buộc Trong hình 1.3, đó là một dạng nối động 2 khâu: nối động thanh truyền 1 với pit - tông 2, lúc này khâu 1 có chuyển động quay xác định (thực chất ở đây là đi hạn chế 5 bậc tự do thừa trong yêu

cầu chuyển động)

3) Khớp động và thành phần khớp động :

Khi nối động 2 khâu thì chỗ tiếp xúc trên mỗi khâu gọi là thành phần khớp động, Tổng hai

thành phần khớp động trong một phép nối động 2 khâu gọi là một khớp động Chúng ta xét một số

Khớp loại cao : Có thành phần tiếp xúc là điểm hoặc đường ( hình 1.4 h, i).

Khớp loại thấp : Có thành phần tiếp xúc theo mặt ( hình 1.5.4, b, c, d, e, f, g).

b) Phân loại theo số bậc tự do tương đối bị hạn chế :

Bao gồm 5 loại sau đây :

Tên gọi chung cho những khớp dùng để nối

động 2 khâu trong cùng một mặt phẳng hay các mặt

phẳng song song, hạn chế 1 hoặc 2 bậc tự do như :

khớp loại 4, khớp cam, khớp bánh răng có trục song song (hình 1.5), khớp tịnh tiến, khớp bản lề

5/ Chuỗi động và cơ cấu, máy :

a) Lược đồ khớp :

Dùng để biểu diễn khớp động, mục đích là để thuận lợi trong việc nghiên cứu, phân tích cơ

cấu, máy; người ta quy ước biểu diễn khớp động bằng hình vẽ như sau ( hình 1.6.) :

a, g – khớp quay loại 5; b – khớp cầu loại 3; c – khớp trụ loại 4; d – khớp tịnh tiến loại 5; e – khớp cầu loại 4; f – khớp vít loại 5; h, i – khớp cao loại 4.

b) Lược đồ khâu :

Khâu cũng được biểu diễn bằng lược đồ và phải thỏa mãn 2

điều kiện sau :

 Chiều dài khâu biểu diễn bằng lược đồ đú ng bằng kích

thước động của khâu

 Biểu diễn đầy đủ các khớp động có trên khâu

c) Chuỗi động :

Là tập hợp các khâu liên kết với nhau bằng các khớp động

trong một hệ thống, chuỗi động bao gồm:

 Chuỗi động phẳng :

Các điểm trên các khâu chuyển động trên cùng một mặt phẳng

hay các mặt phẳng song song với nhau (hình 1.8.a, 1.8.c).

 Chuỗi động không gian :

Các điểm trên các khâu chuyển động trên các mặt phẳng không song song với nhau ( hình 1.8.b).

Chuỗi động phẳng hay chuỗi động không gian còn có thể là chu ỗi động kín hay chuỗi động

hở Nếu trong chuỗi động mỗi khâu tham gia ít nhất là 2 khớp động được gọi là chuỗi động kín (chuỗi động phức tạp) (hình 1.8.c); nếu trong chuỗi động có khâu tham gia chỉ 1 khớp động gọi là chuỗi động

hở (chuỗi động đơn giản) ( hình 1.8.a, 1.8.b).

d) Cơ cấu :

Là một chuỗi động trong đó có một khâu

cố định, còn những khâu khác chuyển động theo

một quy luật nhất định Khâu cố định gọi là giá

Tùy theo tính chất chuyển động của các khâu

trong cơ cấu so với giá người ta p hân biệt : Tay

quay (có chuyển động quay được toàn vòng

quanh trục nối với giá), thanh truyền (có chuyển

động song phẳng), con trượt (có chuyển động

tịnh tiến qua lại so với giá hay một khâu khác,

culít (khâu chuyển động dùng làm bộ phận dẫn hướng cho con trượt) xem (hình 1.9).

Hình 1.9

e) Máy :

Là do một hoặc nhiều cơ cấu hợp thành có chuyển động xác định Theo quan điểm của cácnhà chếtạo máy : Máy là tập hợp hoàn chỉnh các kết cấu cơ học, thực hiện những chuyển động để biếnđổi năng lượng, vật liệ u và thông tin với mục đích thay thế hay giảm bớt sức lao động của con người

II) Bậc tự do của cơ cấu :

Xét cơ cấu bốn khâu bản lề

phảng (hình 1.10.a), Chiều dài các

khâu đã biết trước Cho trước

thông số , ứng với một giá trị 

nhất định ta đều xác định được vị

trí B và C, như vậy vị trí cơ cấu

hoàn toàn xác định Đối với cơ cấu

ở hình 1.10.b, với thông số  cho

trước, điểm C và D không thể nào

xác định được vị trí tương ứng, cần

thêm một thông số nữa mới xác định được vị trí khâu BC và CD Như vậy ứng với cơ cấu ở hình 1.10.a chỉ cần một thông số là có thể xác định được hoàn toàn vị trí cơ cấu, còn đối với hình 1.10.b thì phải cần đến 2 thông số Người ta định nghĩa bậc tự do của cơ cấu như sau : Bậc tự do của cơ cấu là

số thông số cần phải cho trước để có thể xác định được hoàn toàn vị trí cơ cấu

1) Cơ cấu phẳng chứa khớp quay và khớp tịnh tiến tiến (hoặc chỉ có khớp quay) :

khớp thêm vào nhằm mục đích tăng

độ cứng vững cho cơ cấu chứ không

tham gia truyền chuyển động, nếu bỏ

khâu 4 đi thì chuyển động của cơ cấu

không có gì thay đổi Do vậy ở đây

người ta đã thêm vào 1 khâu và 2

khớp với :

W= 3n – 2P5 = 3 1 – 2 2 = –1

Điều đó chứng tỏ rằng đã thêm vào 1 ràng buộc, người ta gọi đó là số ràng buộc thừa Vậy

công thức tính bậc tự do cơ cấu phẳng được viết lại như sau :

W = 3n – (2P 5 + P 4 ) + r (1.2) (r : số ràng buộc thừa).

Bậc tự do của cơ cấu trên là :

Nhưng thực chất bậc tự do của cơ cấu là 1.

Trong cơ cấu này người ta thêm vào con lăn 2 tức là Hình 1.12

2

3 4

1

4 5

x

x

y y

z

z

Hình 1.11 A

2

3 4

5

thêm vào 1 chuyển động quay thừa, vì nếu bỏ con lăn ra ch uyển động của cơ cấu không có gì thay đổi;

người ta thêm con lăn vào với mục đích biến ma sát trượt thành ma sát lăn, giảm tiêu hao công suất

làm cho cơ cấu chuyển động dễ dàng hơn Thêm vào 1 chuyển động là thêm vào 1 bậc tự do thừa Gọi

W th là số bậc tự do thừa thì :

W = 3n – (2P 5 + P 4 ) + r - s = 9 – (2 3 + 1) – 1 = 1

Từ những tính toán trên, việc tính bậc tự do không phụ thuộc vào việc chọn khâu nào làm giá

cả Công thức tính bậc tự do trong cơ cấu phẳng như sau :

W = 3n – (2P 5 + P 4 ) + r – W th (1.3)

2 Cơ cấu phẳng chỉ chứa toàn khớp tịnh tiến :

Đối với loại cơ cấu này, khớp tịnh tiến chỉ cho chuyển động tịnh tiến theo 2 phương cho nên khớp loại 5 trong mặt phẳng dĩ nhiên đã hạn chế sẵn 4 bậc tự do Vì vậy công thức tính được viết như

sau :

3) Khâu dẫn và khâu bị dẫn :

a Khâu dẫn :

Là khâu có thông số vị trí cho trước hay là khâu có quy luật chuyển động cho trước, ví dụ

trong hình 1.10.a khâu 1 được cho trước quy luật chuyển động  1 lúc này khâu 1 là khâu dẫn Việc

chọn khâu nào làm khâu dẫn phụ thuộc vào khâu nào có quy luật chuyển động xác định Thông thườngkhâu dẫn là khâu nối giá bằng khớp quay, có vận tốc góc xác định Trong trường hợp này do khâu dẫngắn liền với giá cho nên cơ cấu có bao nhiêu bậc tự do thì có bấy nhiêu khâu dẫn

b Khâu bị dẫn : Ngoài khâu dẫn và giá ra các khâu còn lại đều là khâu bị dẫn.

B/ XẾP LOẠI CƠ CẤU PHẲNG :

Để nghiên cứu một cách có hệ thống các cơ cấu, cần phải nắm vững đặc tính và cấu trúc, dovậy cần phải xếp loại chúng Có rất nhiều phương pháp xếp loại, ở chương này chúng ta nghiên cứuphương pháp dựa vào đặc điểm cấu trúc và việc giải quyết các bài tính động học, động lực học cơ cấu,

phương pháp này được B.ACCYP (1870 – 1920) đề xuất và được APTOБOEBCKИЙ(1905) phát triển Do vậy phương pháp này gọi là phương pháp Axua -Actobolepski.

I/ Nhóm tĩnh định :

1) Nguyên lý tạo thành cơ cấu :

Mỗi cơ cấu gồm một hoặc nhiều khâu dẫn, nối với giá và với một số nhóm có bậc tự do bằngkhông Có thể viết thành công thức như sau :

W = W + 0 + 0 + 0 + +0 (1.5a)

(cơ cấu có w bậc tự do) = (số khâu dẫn) + (các nhóm có bậc tự do bằng 0)

Xét một cơ cấu toàn khớp loại

thấp (P 5), khớp cao có thể quy về khớp

loại thấp (xem phần sau) Nhóm tĩnh

định được gọi khi thõa mãn 2 điều

kiện sau đây:

Tại C là 2 khớp, chúng được nối với nhau

theo sơ đồ sau (hình 1.15):

Công thức cấu tạo cơ cấu :

Hình 1.13

Hình 1.14

2) Xếp loại nhóm :

Bao gồm 2 tập hợp chính sau đây :

 Tập hợp những nhóm không chứa 1 chuỗi động kín nào.

 Tập hợp những nhóm có chứa ít nhất là 1 chuỗi động kín.

a Những nhóm không chứa một chuỗi động kín nào :

Từ W = 3n – 2P5 = 0 => 3n = 2P 5 Người ta xếp loại như sau :

Được xếp loại theo số cạnh của chuỗi động kín đơn (là chuỗi động kín không chứa một chuỗi

động nào bên trong nó) nhiều cạnh nhất của nhóm và được xếp loại từ loại 4 trở lên

Hình 1.17.

Người ta căn cứ vào số khớp chờ của nhóm để xác định bậc

của nhóm, bậc tối thiểu của nhóm là 2, như vậy nhóm loại 2 đều có

bậc là 2

Chú ý : Nếu trong nhóm chỉ chứa toàn là khớp tịnh tiến thì

điều kiện tĩnh định của nhóm chỉ là điều kiện cần chứ không đủ Thật

vậy theo ví dụ ở hình 1.18:.

Ta có n = 2; P 5 = 3 nhưng W = 1 Dễ dàng thấy hơn nếu ta

gắn 2 khớp chờ A và C với giá thì nhóm trên không trở thành một dàn

tĩnh định (lúc này W = 2n – P5 = 4 – 3 = 1).

II/ Xếp loại cơ cấu :

a Nếu cơ cấu không chứa

một nhóm tĩnh định nào thì đó là

cơ cấu loại 1 : gồm 1 khâu nối với

giá bằng khớp loại 5.

b Nếu cơ cấu chỉ chứa

một nhóm tĩnh định thì loại của cơ

cấu là loại của nhóm.

c Nếu cơ cấu có chứa

nhiều nhóm tĩnh định thì loại của

cơ cấu chính là loại của nhóm

được xếp loại cao nhất.

Ví dụ : Xét cơ cấu như

Chương 10 MỐI GHÉP BẰNG ĐINH TÁN

I KHÁI NIỆM CHUNG:

1 Cấu tạo và phân loại đinh tán, mối ghép đinh tán:

Mối ghép đinh tán là loại mối ghép cố định hai hay nhiều chi tiết lại với nhau, không tháo được

Mối ghép đinh tán được hì nh thành gồm có đinh tán và các tấm ghép (hình 10.1a).

Đinh tán là một thanh hình trụ, một đầu có mũ, mũ thứ hai được hình thành bằng cách tán sau khi

lắp (hình 10.1f,g).

Đinh tán được chế tạo bằng thép tròn, lỗ đinh chế tạo bằng c ách khoa hoặc đột Theo tiêu

chuẩn Việt Nam TCVN 281 – 68  290 – 68 đinh tán có nhiều loại:

Ví dụ: Đinh tán dùng để ghép chắc:

- Đinh tán mũ chỏm cầu TCVN 282 – 68 (hình 10.2 b)

- Đinh tán mũ nửa chìm TCVN 283 – 68 (hình 10.1e)

- Đinh tán mũ côn TCVN 284 – 68 (hình 10.1c).

Đinh tán mũ chỏm cầu được sử dụng nhiều hơn cả vì dễ chế tạo, mũ đinh có hình chỏm cầu

với bán kính R = (0,85  1)d; D = ((1,6 1,65)d và h = (0,6 0,65)d; d là đường kính thân đinh d o = d + (0,5  1) mm Để có thể tán được đầu đinh, chiều dà i thân đinh l được xác định theo hệ thức:

 S ( 1 , 5 1 , 75 ) d

l (với S là chiều dày của tấm ghép).

Để tạo thành mũ thứ hai, cần phải tán đinh (hình 10.2d), có thể tán bằng tay hoặc bằng máy, tán nóng hoặc tán nguội Tán nguội chỉ dùng khi đường kính nhỏ: 8  d  10 mm; hoặc đinh bằng kim

loại màu Đường kính lớn thì tán nóng, tán nóng phẩm chất mối ghép tốt hơn, đồng thời bảo đảm đượckín Mặt khác để mối ghép được kín người ta tán biên, bằng cách dùng búa và đục bằng t án quanh mép

Ngoài các loại đinh tán kể trên, còn dùng các loại đinh tán đặc biệt khác nữa: đinh tán rỗng để

tán vào kim loại (hình 10.2b), vào da, vải (hình 10.c), đinh tán có mũ nổ (một đầu có chữa thuốc nổ, khi nổ sẽ tạo ra mũ sẵn (hình 10.2a).

Bảng 1: Ứng suất cho phép của đinh và tấm

Ứng suất cho phép Loại biến dạng

280240

140100

320280

Tấm ghép Ứng suất kéo tấm [ ] kt (N/mm 2 )

Ứng suất cắt [] ct (N/mm 2 )

14090

160100Vật liệu chế tạo đinh tán phải dẻo để dễ tán, đồng thời không bị tôi cứng và giảm độ bền khi

đốt nóng; vì vậy đinh tán thường được chế tạo bằng thép ít các bon như CT2, CT3, 10, 15, … Trường

hợp đặc biệt thì dùng đinh tán bằng đồng, nhôm, đồng thau, …

Vật liệu tấm ghép thường chọn cùng với vật liệu chế tạo đinh, để độ co dãn của đinh và tấmghép như nhau

Mối ghép đinh tán được phân loại như sau:

 Theo điều kiện làm việc:

- Mối ghép chắc, yêu cầu chủ yếu của mối ghép là phải đủ bền, ví dụ: đinh tán ghép dàncầu, dàn cần trục, …

- Mối ghép chắc kín, yêu cầu chủ yếu của mối ghép phải đủ độ bền và kín Ví dụ: đinhtán ghép nồi hơi, thùng chứa, …

 Theo kết cấu:

- Mối ghép chồng (hình 10.2c,d).

- Mối ghép giáp mối một tấm đệm (hình 10.2a).

- Mối ghép giáp mối hai tấm đệm (hình 10.2b).

 Theo vị trí hàng đinh chia ra mối ghép một hàn g đinh, mối ghép nhiều hàng đinh song

2 Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng:

 Ưu điểm:

- Chắc chắn, ổn định, chịu được tải trọng chấn động và va đập

- Dễ kiểm tra chất lượng mối ghép

- Ít làm hỏng chi tiết ghép khi tháo rời

 Khuyết điểm:

Tốn kim loại, mối ghép cồng kềnh, hình dạng kết cấu không hợp lý, giá thành cao

Ngày nay do sự phát triển kỹ thuật hàn nên phạm vi sử dụng của đinh tán bị thu hẹp lại Tuynhiên ghép bằng đinh tán được dùng phổ biến trong những trường hợp sau:

Những mối ghép chịu tải trọng lớn, tải trọng rung động và va đập (dàn cầu, dàn cần trục, nồihơi chịu áp suất cao, …)

Những mối ghép không thể đốt nóng được, nếu đốt nóng chất lượng các chi tiết ghép giảm(ghép với tấm mỏng, da, vải, cao su, …)

Những mối ghép làm bằng vật liệu chưa hàn được

II ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CỦA MỐI GHÉP CHẮC:

1 Tán nóng:

Phương pháp này dùng để tán các đinh có d > 10 mm, khi tán đinh được nung nóng tới màu đỏ tươi (1100 – 1100 o C), khi nguội đinh co lại theo chiều dọc và theo chiều ngang;

- Đinh co lại theo chiều dọc, gây nên lực xiết chặt các tấm lại với nhau, tạo nên lực ma

sát (F m) giữa các tấm ghép, nhờ vậy mối ghép có khả năng chịu tải

- Đinh co lại theo chiều ngang tạo thành khe hở giữa lỗ và thân đinh

Thông thường mối ghép chịu tải trọng ngang F (hình 10.3), lực F làm cho các tấm có xu

hướng trượt lên nhau

e e

F

F F

Nếu F < F m các tấm không trượt lên nhau, mối ghép đảm bảo chắc.

Nếu F > F m các tấm trượt tương đối với nhau một khoảng đúng bằng khe hở giữa lỗ và thânđinh Lúc này thân đinh bị cắt và bị dập

2 Tán nguội:

Giữa thân đinh và lỗ không có khe hở, nên ngay từ đầu khi có tải trọng F tác dụng, đinh bắt

đầu chịu tải để truyền tải từ tấm này sang tấm kia Lực ma sát giữa các tấm phụ thuộc vào nhiều yếutố: sự co của thân đinh, vật liệu, chất lượng bề mặt tấm ghép, … những yếu tố đó rất khó xác định, vìvậy khi tính toán mối ghép chắc thường bỏ qua ảnh hưởng của lực ma sát giữa các tấm mà tính mốighép theo điều kiện sức bền Căn cứ vào điều kiện bền để tính kích thướ c của các phần tử trong mốighép Tính như thế, kích thước của các phần tử trong mối ghép sẽ lớn hơn một ít so với khi có kể đếnảnh hưởng của lực ma sát Chú ý đường kính lỗ đinh được dùng làm đương kính tính toán

III TÍNH MỐI GHÉP CHẮC:

Giả thiết rằng tải trọng F tác dụng lên mối ghép phân bố đều trên tiết diện ngang của tấm ghép

và ứng suất phân bố đều trên bề mặt tiếp xúc, ta có thể chia mối ghép ra nhiều đoạn đều nhau và tiếnhành tính trên một đoạn, bỏ qua lực ma sát giữa các tấm

2

d i Z

F 4 d

với i là số tiết diện chịu cắt, trong hình 10.4a, i = 1; [] đ - ứng suất cắt cho phép của đinh (Mpa).

* Đinh có thể bị dập trên bề mặt trụ ( hình 10.4.b) Để đơn giản hóa, điều kiện bền được tính:

d min

min

Z

d S Z

F d

b Tấm:

* Tấm sẽ bị kéo đứt tại tiết diện ngang qua các đinh (hình 10.4c), điều kiện bền:

kt min

) d Z b ( S

Z

S ) 2

d e ( 2

Xuất phát từ yêu cầu sức bền đều người ta xác định kích thước của mối ghép, người ta xác

định đường kính d thỏa mãn (10.2), (10.3), (10.4), (10.5) so với ứng suất cho phép và tiêu chuẩn quy định, người ta xác định được mối tương quan kích thước ( bảng 2).

Bảng 2: Quan hệ kích thước của mối ghép đinh tán (quan hệ bền đều)

Ghép chồng một dãy đinh

Ghép chồng 2 dãy đinh

Ghép chồng n dãy đinh

Ghép giáp mối 2 tấm đệm một dãy đinh

Ghép giáp mối 2 tấm đệm 2 dãy đinh

Ghép giáp mối 2 tấm đệm n dãy đinh

2S 2S 2S 1,5S 1,5S 1,5S

3d 4d (1,6n+1)d 3,5d 6d (2,4n+1)d

1,5d 1,5d 1,5d 2d 2d 2d

kt   



) 4 4 ( kt ) 2 2 (

kt   



S ) d b (

F 5 S

) d b (

F 2

F 7 S

) d b (

F 5

3 Các bài toán mối ghép:

 Nếu mối ghép cho trước đường kính thân đinh d, ta xác định số đinh có trong mối ghép

theo điều kiện bền cắt đinh

 Nếu mối ghép cho trước số đinh, ta tính đường kính đinh theo điều kiện bền cắt, sau đókiểm tra lại điều kiện bền dập đinh (hoặc tấm, nếu tấm làm bằng vật liệu xấu hơn)

 Nếu mối ghép không cho số đinh và đường kính thân đinh, lúc này tùy theo kiểu mố i ghép

ta chọn đường kính thân đinh theo quan hệ bền đều và tính số đinh theo điều kiện bền cắtđinh

 Nếu mối ghép chịu lực tổng hợp Ta xác định đinh nào chịu lực lớn nhất và tính toán chođinh chịu lực lớn nhất đó, các đinh còn lại được chọn theo đinh đã tính.

IV TÍNH MỐI GHÉP CHẮC KÍN:

Trong mối ghép chắc kín không những phải đảm bào độ bền của mối ghép mà còn cần phảiđảm bào kín Phải thiết kế kết cấu mối ghép sao cho dưới tác dụng của tải trọng, mối ghép không bị dichuyển tương đối muốn vậy tải trọng t ác dụng lên mối ghép phải nhỏ hơn lực ma sát sinh ra giữa cáctấm ghép Để đảm bảo điều kiện kín, người ta thường tính toán sao cho lực ngang tác dụng lên mộtđơn vị diện tích thân đinh không vượt quá giới hạn cản trượt cho phép [ ].

Gọi F 1 là lực ngang tác dụng lên một đinh tán, ta có điều kiện:

] [ 4 / d

F 2



   (10.9)

1 Xác định ứng suất sinh ra trong mối ghép đinh

tán (hình 10.6) Tải trọng tác dụng lên mối

ghép Q = 100 kN.

Giải:

Ứng suất cắt đinh:

2 2

Z

d i z

F 4 d

i

F 4





2 2

3

17 1

4

10 100 4 d

min

17 10 4

10 100 d

) 1 1 (

10 ) 17 2 100 (

10 100 S

) d b (

) 2 2 (

S ) d b ( 2

Q S

) d b (

4 / Q 2 Q S ) d b (

Q 2 Q

Đây là mối ghép giáp mối hai tấm

đệm, bề dày tấm chính nhỏ hơn hai tấm phụ,

do vậy khi tính toán ta tính cho tấm chính

Lực tác dụng lên một đinh:

2

F z

F

F z  

Ứng suất cắt đinh:

đ 2

2 2

14 2 2

F 4 d

i 2

F 4 d

14

min

Z

14 10 2

F d

S z

F d

Hình 10.6

1 1

2 2

Ứng suất kéo tấm:

kt min

) 14 2 90 ( 10

F )

d z b ( S

Từ ( 1), (2) và (3) ta chọn lực kéo cho phép của mối ghép đinh tán là [F] = 61 575,2 N.

3 Xác định ứng suất kéo lớn nhất trong mỗi mối

ghép đinh tán được cho ở hình vẽ ( hình 10.8) Biết

đường kính đinh tán là d = 14 mm F = 70 kN.

Giải:

Do tấm trên có bền dày nhỏ hơn nên khi tính về

ứng suất kéo tấm ta tính cho tấm trên

Trường hợp a:

2 3

10 70 S ) d b

F 2 S

) d b

(

3

70000

10 70 S

) d b

70000 S

) d b

(

F 2

Trường hợp a: [ ] tmax = 153,5 N/mm 2 Trường hợp b: [ ] tmax = 188,2 N/mm 2

Do đó trong trường hợp tấm trên có bề dày nhỏ hơn tấm dưới thi khi ghép bằng đinh tán nên

dùng phương án a (vì ứng suất kéo tâm lớn nhất vẫn nhỏ hơn trường hợp b).

4 Xác định đường kính và số đinh tán của mối ghép thanh thép góc 90 x 90 x 8 với tấm thép có chiều dày S = 8 mm chịu tải trọng chiều trục F = 108 kN (hình 10.9) Vật liệu thép góc và đinh tán là thép CT3, lỗ khoan.

Giải:

Với thép CT3, lỗ khoan, tra bảng 1 ta có:

2

C 140 N / mm ]

Do chưa biết về số đinh và đường kính

thân đinh Ta dựa vào quan hệ bền đều, tra bảng

2 với mối ghép n dãy đinh ta có:

d = 2S = 2 x 8 = 16 mm

Tính số đinh có trong mối ghép theo điều

kiện bền cắt đinh:

c 2

2

d i z

F 4 d

i

F 4

10 108 4 ] [ d i

F 4 z

2 3

thép góc đủ bền về điều kiện bền kéo tấm (quan hệ bền đều)

2 2

2 1

1

Hình 10.9

Chương 11 MỐI GHÉP ĐỘ DÔI, THEN VÀ THEN HOA

I MỐI GHÉP CÓ ĐỘ DÔI:

1 Khái niệm chung:

Ghép bằng độ dôi thường được dùng để ghép các tiết máy có bề mặt tiếp xúc là bề mặt trụtròn, đôi khi để ghép các chi tiết có bề mặt lăng trụ hoặc hình khác

Để lắp ghép được độ dôi thì đường

kính của lỗ phải nhỏ hơn đường kính của

trục, độ chênh lệch  BAgọi là đội dôi

(hình 11.1a).

Sau khi ghép, do biến dạng đàn hồi

và dẻo, đường kính chung của bề mặt tiếp

xúc có trị số d (hình 11.1b) Lúc này trên

bề mặt tiếp xúc có áp suất p Tạo ra lực ma

sát cản lại sự trượt tương đối giữa hai bền

mặt tiếp xúc nên mối ghép c ó thể truyền

được mômen xoắn, lực dọc trục Ngoài ra

còn có thể chịu được mô men uốn nữa

 Phương pháp nung nóng:

Nung nóng lỗ để đường kính lỗ tăng lên Đối với các chi tiết máy có kích thước chiều dài lớn hơn nhiều so với đường kính thì dùng phương pháp này thuận tiện hơn phương pháp ép Tuy nhiên, khi nung cần chú ý giới hạn nhiệt độ nung để tránh cho chi tiết khỏi bị ram, làm thay đổi cấu trúc của kim loại hoặc là m cháy lớp ngoài của tiết máy. Cần đề phòng chi tiết máy

bị cong vênh khi nung nóng

 Phương pháp làm lạnh:

Làm lạnh chi tiết bị bao, tiết diện chi tiết bị bao sẽ co lại Phương pháp này thích hợp chonhững chi tiết có kích thước nhỏ

Khả năng làm việc của mối ghép đội dôi bằng phương pháp nung nóng hay làm lạnh lớn hơn

phương pháp lắp ép 1,5 lần Dùng các phương pháp này cần quan tâm đến việc xác định nhiệt độ nung

hay làm lạnh thích hợp để lắp ghép được dễ dàng

Nhiết độ chênh lệch cần thiết (đ ể lắp bằng nung nóng hay làm lạnh) giữa các tiết máy ghépđược xác định theo côngthức:

3 o

d – đường kính danh nghĩa của mối ghép (mm)

δ max - độ dôi lớn nhất của kiểu lắp đã chọn, μm

δ 0 – Khe hở cần thiết để lắp được dễ dàng, thường lấy khe hở nhỏ nhất của kiểu lắp

lỏng H7/g6, μm.

α – Hệ số nở vì nhiệt Đối với thép 12106 mm/mm o C,

Đối với gang  10 , 5106 mm/mm o C.

1.2 Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng:

* Ưu điểm:

- Chịu được tải trọng lớn và tải trọng va đập

- Bảo đảm được độ đồng tâm của các tiết máy ghép

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

* Nhược điểm:

- Lắp và tháo phức tạp , có thể làm hư hỏng bề mặt lắp ghép khi tháo

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

và hệ số ma sát, hai yếu tố này thay đổi trọng phạm vi khá rộng ( độ dôi thay đổi trongkhoảng dung sai của kiểu lắp, còn hệ số ma sát thì phụ thuộc và o phương pháp lắp, độnhám bề mặt, sự bôi trơn lúc ép,…)

* Phạm vi ứng dụng:

Do trình độ kỹ thuật ngày càng phát triển, độ chính xác chế tạo các chi tiết máy được nângcao, do đó ghép bằng độ dôi ngày càng được dùng rộng rãi trong các ngành chế tạo cơ khí Ghép bằngđội dôi được dùng để ghép các bánh răng, vô lăng, ổ lăn, đĩa tuabin, … vào trục hoặc ghép các phầncủa trục khuỷu, các phần của bánh vít, …

2 Tính toán mối ghép bằng độ dôi:

Tính toán độ bền mối ghép nhằm mục đích chọn được kiểu lắp ghép sao cho mối ghép có thểchịu được tải trọng đã cho và các chi tiết máy được ghép không di trượt tương đối với nhau Độ dôicủa mối ghép được chọn phải thỏa mãn hai điều kiện:

- Tối thiểu phải truyền được tải trọng bên ngoài

- Đảm bảo được điều kiện bền của các tiết máy ghép

2.1 Áp suất cần thiết trên bề mặt lắp ghép:

a Mối ghép chịu lực dọc trục ( hình 11.2a):

Để các tiết máy không chuyển động tương đối với nhau thì lực ma sát sinh ra trên bền mặt lắpghép phải lớn hớn lực dọc trục tác động từ bên ngoài:

K.F ≤ F ms = f.p.π.d.l 

 l.

d f

F K

d p f

 l.

d f

T K 2

c Mối ghép chịu mômen xoắn và lực dọc trục ( hình 11.2c):

l.

d p f d

T 2 F

T 2 F K p

2 2

E

C E

C d

    

2

2 1

1 E

C E

C d p

 (11.5)

1 2 1 2

2 1 2 1

d d

d d

2 2 2 2

d d

d d

- Đối với thép: E = (2,1 … 2,2) 10 5 N/mm 2 ;  = 0,3

- Đối với gang: E = (1,2 … 1,4) 10 5 N/mm 2 ;  = 0,25

- Đối với đồng thanh: E = (1,0 … 1,1) 10 5 N/mm 2 ;  = 0,33

Tuy nhiên khi ép, các đỉnh nhấp nhô trên bề mặt bị san phẳng một phần, độ dôi sau kh i lắpghép sẽ nhỏ sẽ nhỏ hơn độ dôi ban đầu Để đảm bảo mối ghép làm việc tốt cần phải bù thêm vào độ

dôi tính toán (11.5) một lượng bằng phần đã bị san phẳng Độ dôi cần thiết trước khi lắp:

) R R ( 2 ,

678910

106,33,21,60,8

11121314-

0,40,20,10,05-

2.3 Chọn kiểu lắp ghép:

Từ độ dôi cần thiết đã tính ở ( 11.6), tra bảng dung sai lắp ghép, chọn kiểu lắp ghép sao cho có

độ dôi nhỏ nhất bằng hoặc lớn hơn c một ít

Khi đã chọn được kiểu lắ p ghép hoặc kiểu lắp ghép đã có sẵn, chúng ta cần kiểm tra xem độbền của mối ghép có đảm bảo hay không Khi tính toán cần căn cứ vào độ dôi kiểm tra  t theo đội dôilớn nhất của kiểu gắp ghép:

) R R ( 2 ,

II MỐI GHÉP BẰNG THEN

1 Các loại then, ưu nhược điểm:

Ghép bằng then thuộc loại ghép tháo được, được dùng rộng rãi vì cấu tạo đơn giản và chắcchắn, dễ tháo lắp, giá thành rẻ, … Nhược điểm chính là phải làm rãnh trên trục dẫn đến làm yếu trục,không truyền được mô men quay lớn, khó đảm bảo được độ đồng tâm giữa trục và các chi tiết gh ép,chính vì thế nên đối với những trục đảo, sinh ra chấn động và va đập cho các chi tiết lắp trên trục

Then là một loại chi tiết máy được tiêu chuẩn hóa Vật liệu then phần lớn là thép có giới hạn

bền từ 500  600 Mpa, như thép CT5, CT6, 40, 45, …

Có thể phân loại then như sau:

làm việc của then là hai

mặt bên Trong mối

ghép then bằng có khe hở hướng tâm Then bằng được tiêu chuẩn hóa Thông thường dùng một thenbằng, nhưng đôi khi ở những kết cấu chịu tải trọng lớn, người ta dùng hai hoặ c ba then Hai then

thường đặt dưới một góc 180 o , nếu ba then thì đặt lệch nhau một góc 120 o

2 3 4 5 6 7 8 8 9 10 11 12 14 14 16 18 20 22 25 28 32 32 36 40 45 50

1,2 1,8 2,5 3 3,5 4 5 5 5,5 6 7 7,5 9 9 10 11 12 13 15 17 20 20 22 25 28 31

1 1,4 1,8 2,3 2,8 2,8 3,3 3,3 3,8 4,3 4,4 4,9 5,4 5,4 6,4 7,4 8,4 9,4 10,4 11,4 12,4 12,4 14,4 15,4 17,4 19,5

9 11 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 60 65 75 85 95

5,5 5,5 7 9 10 11 12 13 15 17 20 22 25 28 31 36 39 44 49 54

3,3 4,4 4,9 5,4 6,4 7,4 8,4 9,4 10,4 11,4 1`2,4 12,4 15,4 17,4 19,5 24,5 26,5 31,5 36,5 41,5

Nhược điểm của then bằng là khó đảm bảo tính đổi lẫn, hạn chế sử dụng trong sản xuất hàngloạt Then bằng không thể truyền lực dọc trục, chỉ truyền được mô men xoắn.

b Then dẫn hướng :

Có hình dáng giống như then bằng, được dùng trong những trường hợp cần di động tiết máy

dọc theo trục Then được bắt vít vào trục ( hình 11.4) Khả năng tải của then dẫn hướng kém then hoa

nên hiện nay ít dùng

c Then bán nguyệt:

Giống như then bằng, mặt làm việc là hai

mặt bên ( hình 11.5) Dùng then bán nguyệt có ưu

điểm là có thể tự động thích ứng với các độ

nghiêng của rãnh mayơ, chế tạo cũng đơn giản

Nhược điểm là phải phay rãnh sâu trên

trục dẫn đến trục sẽ bị yếu Then này chủ yếu là

dùng ở các mối ghép chịu tải trọng nhỏ Khi

mayơ ngắn dùng một then, nếu mayơ dài dùng

hai then Kích thước của then cũng được tiêu

chuẩn hóa

Bảng 3: Các then bán nguyệt TCVN 4217 - 86, kích thước, mm

Đường kính trục Kích thước danh nghĩa Độ sâu rãnh Góc lượn r

Truyền mô men T Định vị b h d l l Trục Lỗ min max

1,4 2,6 2,6 3,7 3,7 5

4 7 7 10 10 13

3,8 6,8 6,8 9,7 9,7 12,6

1 2 1,8 2,9 2,9 3,8

0,6 0,8 1 1 1 1,4

6,5 6,5 7,5 6,5 7,5 9 9 10

16 16 19 16 19 22 22 25

15,7 15,7 18,6 15,7 18,6 21,6 21,6 24,5

5,3 5 6 4,5 5,5 7 6,5 7,5

1,4 1,8 1,8 2,3 2,3 2,3 2,8 2,8

11 13

28 32

27,3 31,4

8 10

Then vát có dạng hình nêm tự hãm, vát một mặt với độ côn 1:100, rãnh trong may ơ cũng được chế tạo với độ côn như thế (hình 11.6a)) Tiết diện then vát là một hình chữ nhật.

Then ma sát (hình 11.6b), mặt trên và dưới là mặt làm việc Mặt dưới của then là mặt trụ có

cùng đường kính với trục Khi đóng then áp chặt vào bề mặt trục, hai mặt bên có khe hở Ưu điểm củaloại này là không cần rãnh trên trục nên không làm yếu trục, ngoài ra có thể lắp được bất kỳ chỗ nàotrên trục và khi quá tải, then có tác dụng đảm bảo an toàn

The tiếp tuyến ( hình 11.6c), tạo thành từ hai then vát một mặt Mặt làm việc là mặt hẹp, hai

mặt làm việc song song với nhau Mặt cắt hình chữ nhật có phương tiếp tuyến với trục ; khi truyềnmômen quay một chiều dùng một then, khi truyền mômen hai chiều dùng hai then đặt cách nhau mộtgóc từ 120 o

đến 135 o Then tiếp tuyến được dùng trong ngành chế tạo máy hạng nặng chịu tải trọnglớn

2 Tính toán kiểm tra mối ghép then:

Độ bền là chỉ tiêu cơ bản về khả năng làm việc của các mối ghép then Người ta chọn thentheo tiêu chuẩn, dựa vào đường kính trục cần lắ p then, sau đó then được kiểm tra về độ bền Kíchthước của then và rãnh then được chọn theo tiêu chuẩn Nhà nước xuất phát từ điều kiện bền về dập Vìthế tính toán về dập là tính toán kiểm tra cơ bản, đa số trường hợp kiểm tra về cắt là không cần thiết.Khi tính toán mối ghép có nhiều then, cho phép giả thiết rằng tải trọng phân bố đồng đều trong tất cảcác then

 Then bằng:

] [ l t

F A

F

d 2

Trong đó: l – chiều dài làm việc của then ( mm), t 2 = 0,4 h (mm) – độ sâu rãnh then trên mayơ;

[ d ] - ứng suất dập cho phép (bảng 4) F2 T / d , d – đường kính trục nơi lắp ghép ( mm).

] [ l t d

F 2

d 2

T 2

- Khi chịu tải trọng tĩnh: [  c ] = 120 Mpa

- Khi chịu tải trọng va đập nhẹ: [  c ] = 90 Mpa

- Khi chịu tải trọng va đập mạnh: [  c ] = 50 Mpa

 Then vát:

Kiểm tra theo điều kiện bền dập:

] [ ) fd 6 b ( l b

T 12

d lv

l lv – chiều dài phần làm việc của then ( mm)

f – hệ số ma sát, đối với thép hoặc gang: f = 0,15  0,18.

Khi kiểm tra an toàn cho mối ghép then có thể xảy ra hai trường hợp sau:

Hình 11.6



- Nếu không an toàn , giải quyết bằng cách tăng chiều dài l, tối đa l = 1,5d nhưng không

quá chiều dài mayơ

- Nếu l = 1,5d, vẫn không an toàn thì dùng hai then đặt cách nhau một góc từ 90 o  120 o

.Khi lắp hai then có nhược điểm mayơ khó chế tạo trục bị yếu, cho nên ít sử dụng Trườnghợp này nên dùng trục then hoa thay thế

Bảng 4: Ứng suất dập [  d ] cho phép đối với mối ghép then, (Mpa)

Đặc tính tải trọngDạng lắp Vật liệu mayơ

Cố định

Di động

ThépGangThép

1508050

1005340

502730

III MỐI GHÉP THEN HOA

Ghép bằng then hoa có thể xem như là mối ghép nhiều then bằng Ghép bằng then hoa là ghép

mayơ vào trục nhờ các răng của trục (hình 11.7) lồng vào các rãnh đã được chế tạo trên mayơ, truyền

mômen xoắn So với mối ghép then, mối ghép then hoa có các ưu điểm sau:

- Đảm bảo được độ đồng tâm hơn và dễ dàng di độn g tiết máy trên trục

- Khả năng chịu tải lớn hơn so với mới ghép then

- Tải trọng phân bố giữa các răng không đều nhau

- Chế tạo và kiểm tra cần có thiết bị riêng

(hình 11.7), răng thân khai hoặc răng tam giác Hiện nay răng chữ nhật được sử dụng nhiều hơn cả,

kích thước then hoa được tra trong các số tay chi tiết máy

Cũng giống như then bằng, mối ghép then hoa có thể bị hỏng do dập bề mặt làm việc Ngoài

ra do biến dạng và khe hở, gây nên những dịch chuyển tương đối giữa các bề mặt làm việc, mối ghépthen hoa có thể bị hỏng do mòn

Để tránh dập người ta tính toán quy ước theo điều kiện ứng suất dập trung bình trên bề mặtlàm việc của then hoa không vượt quá giá trị cho phép:

] [ Z

h l d

T 2

d m

trong đó: T – mômen xoắn truyền qua mối ghép, Nmm; l – chiều

dài mối ghép, mm; d m – đường kính trung bình của then hoa, mm;

Z – số răng;  = 0,7  0,8 – hệ số xét đến sự phân bố không đều

của tải trọng trên các răng; [ d ] - ứng suất dập cho phép, Mpa, tra

trong sổ tay thiết kế; f – cạnh vát đỉnh răng h – chiều cao bề mặt

tiếp xúc của răng, mm, đối với răng chữ nhật:

f 2 2 / d D (

2 / d D (

d m  

f  45o

b d

r Hình 11.7

Hình 11.8

TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ

Trong chế tạo máy, người ta thường dùng các loại truyền động sau:

Truyền động cơ khí, truyền động thủy lực – khí ép, truyền động điện Trong môn học này ta chỉnghiên cứu truyền động cơ khí Truyền động cơ khí được phân loại như sau:

 Truyền động ma sát:

- Truyền động ma sát trực tiếp (bộ truyền bánh ma sát);

- Truyền động ma sát trực tiếp (bộ truyền động đai)

 Truyền động ăn khớp:

- Truyền động ăn khớp trực tiếp (bánh răng, trục vít bánh vít, vít me đai ốc);

- Truyền động ăn khớp gián tiếp (truyền động xích, đai răng)

Ngoài ra còn có truyền động với tỷ số truyền cố định, tỷ số truyền thay đổi từng cấp (hệ bánhrăng) hay vô cấp (bộ biến tốc bánh ma sát, biến tốc truyền động đai)

Các thông số chủ yếu đặc trưng của bộ truyền:

- Tốc độ trục dẫn n 1 và trục bị dẫn n 2 (vg/ph)

- Tỷ số truyền

2

1 2

1 12

n

n u u

- Liên hệ giữa mô men xoắn trục dẫn và bị dẫn: T 2 T 1u

I KHÁI NIỆM CHUNG :

1.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc :

Truyền động bánh ma sát truyền động từ trục dẫn sang trục bị dẫn nhờ lực ma sát sinh ra tạichỗ tiếp xúc của các bánh ma sát Để tạo ra ma sát cần phải tác dụng lực ép các bánh lại với nhau

(hình 12.1).

Điều kiện làm việc của bộ truyền là F ms > F t F t là lực vòng cần truyền động, F mslà lực ma sátsinh tại vùng tiếp xúc

Điều kiện trên không thỏa mãn sẽ dấn đến sự trượt, bánh bị dẫn sẽ dừng lại, còn bánh dẫn sẽ

trượt trên nó và bề mặt làm việc sẽ bị mòn nhanh Để tạo ra lực ma sát F msngười ta ép các bánh lên

- Theo khả năng điều chỉnh tỉ số truyền, người ta chia ra bộ truyền có tỉ số truyền không thay

đổi (hình 9.12a, b), bộ truyền điều chỉnh được tỷ số truyền còn gọi là bộ biến tốc ma sát ( hình 9.12c).

- Dựa vào vị trí tương đối của các trục, người ta phân ra: bộ truyền bánh ma sát trụ có trục

song song (hình 9.12a), bộ truyền bánh ma sát nón (hình 9.12b)

- Dựa vào điều k iện làm việc người ta phân ra: bộ truyền hở (làm việc trong tình trạng khôngđược bôi trơn), bộ truyền kín (làm việc trong điều kiện được bôi trơn)

Đối với những bộ truyền hở, do hệ số ma sát f lớn hơn nên lực ép Q nhỏ hơn so với bộ truyền

kín Còn ở bộ truyền kín, do điều kiện tỏa nhiệt tốt hơn, trượt ít nguy hiểm hơn nên độ bền của bộtruyền tăng lên

1.3 Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng :

a Ưu điểm

Bánh ma sát có cấu tạo và bảo quản đơn giản; truyền động êm, có khả năng điều chỉnh vô cấptốc độ

b Nhược điểm

- Do có lực ép Q nên lực tác dụng lên trục và ổ khá lớn , bộ truyền cồng kềnh dẫn đến công

suất truyền bị hạn chế (so với bánh răng)

- Tỉ số truyền không ổn định, do có hiện tượng trượt giữa các bánh

- Khi trượt, bề mặt bánh ma sát bị mòn và không đều

II CƠ HỌC TRUYỀN ĐỘNG BÁNH MA SÁT:

2.1 Hiện tượng trượt trong truyền động bánh ma sát :

Trượt là nguyên nhân gây mòn, giảm hiệu suất, làm cho tỉ số truyền không ổn đị nh Có ba dạng:trượt hình học, trượt đàn hồi và trượt trơn

a Trượt hình học

Trươt hình học xuất hiện trên chiều dài ti ếp xúc dọc theo đường sinh của bánh ma sát và phụ

thuộc vào dạng hình học của các b ánh Xét bộ biến tốc ma sát đĩa (hình 12.1c), vận tốc vòng trên của

bề mặt làm việc của con lăn 1 là hằng số trên suốt chiều rộng của nó và bằng v 1 Trong khi đó, vận tốc

v 2 tại những điểm tiếp xúc khác nhau của đĩa 2 thay đổi tỉ lệ với khoảng cách từ những điểm này đến tâm đĩa Như vậy, với kết cấu đang x ét, lăn thuần túy ( v 1 = v 2 ) chỉ xảy ra tại điểm P nằm trên đường tiếp xúc Điểm P gọi là tâm lăn được xác định theo đường kính d 2 sao cho n 1 / n 2 = d 2 /d 1 Ở tất cả điểm

còn lại trên đường tiếp xúc, đều trượt với vận tốc trượt v t = v 1 - v 2 Để tránh hiện tượng trượt hình học,

người ta chế tạo bánh 1 có dạng hình tang trống (hình 12.4).

b Trượt đàn hồi

Trượt đàn hồi xảy ra do biến dạng đàn hồi tại vùng tiếp xúc của các

bánh ma sát theo phương tiếp tuyến Trong bất kỳ bộ truyền ma sát nào khi

làm việc đều có trượt đàn hồi

Nguyên nhân gây ra trượt đàn hồi: khi truyền mômen xoắn các phân

tố bề mặt bánh chủ động đi vào vùng tiếp xúc, bắt đầu từ điểm tiếp xúc 1

thì bị nén lại và đi ra khỏi điểm 3 thì bị dãn ( hình 12.2) Ngược lại các

phân tố bề mặt bánh bị động thì bị dãn ra khi vào điểm 1 và bị nén chùn lại

khi ra khỏi điểm 3 Thực ra sự thay đổi biến dạng (từ nén sang dãn và

ngược lại) không phải bắt đầu ngay từ điểm 1 mà bắt đấu từ điểm 2 nào đó

trên cung tiếp xúc Hiện tượng dãn và chùn không đều nhau của cá c phân

tố trên bề mặt các bánh ma sát ở cung 2 – 3 gây nên sự trượt Hiện tượng

trượt này gọi là hiện tượng trượt đàn hồi, xảy ra do tính chất đàn hồi của

vật liệu bánh ma sát Cung 2 – 3 gọi là cung trượt (hợp lực ma sát trên

n d v

3 1 1 1



10 60

n d v

3 2 2 2

   , ta có v 2 = (1 – ξ).v 1

Vậy: tỷ số truyền

) 1 ( d

d n

n u

1

2 2

1

d

d n

d d

u a u d

Trong bộ truyền bánh ma sát trụ có bề mặt tiếp xúc được xẻ rãnh, lực ma sát F ms có thể giảm

đến 3 lần, tuy vậy do trượt hình học, bộ truyền có độ mòn bề mặt cao nên ít được dùng.

d n

n u

1

2 2

sin )

1 ( d

d n

n u

1

2 1

2 2

tg ) 1 ( d

d n

n

1

2 2

với L : chiều dài đường sinh côn (mm)

b : chiều dài tiếp xúc đo dọc theo đường sinh của bánh ma sát côn (mm)

φ 1 và φ 2 : góc côn bánh 1 và 2 (độ)

c Bộ biến tốc mặt đĩa con lăn:

Gọi R 1 bán kính của con lăn Bán kính làm việc của mặt đĩa thay đổi trong khoảng R min ÷ R max,

nên số vòng quay trong một phút của đĩa này cũng thay đổi trong khoảng n ma x ÷ n min

Ta có tỷ số truyền :

) 1 ( R

R n

n u

1

2 2

) 1 ( R

R n

n u

1

max 2 min

2

1

) 1 ( R

R n

n u

1

min 2 max

max 2 min

max min

max

R

R n

n u

u

Về lý thuyết D có thể bằng , lúc này R 2 càng nhỏ

thì hiện tượng trượt càng tăng lên, bánh dẫn bị mòn nhiều,

hiệu suất giảm, để hạn chế hiện tượng trượt t hông thường

hạn chế D ≤ 3.

Để nâng cao khoảng điều chỉnh người ta dùng bộ

biến tốc kép có bánh trung gian (hình 12.5).

Khoảng điều chỉnh được tính như sau:

min 1 min 2

max 1 max 2 max 1 min 2

min 1 max 2 min

max

R R

R R

R / R

R / R u

2 max

R

R

D (12.11)

Để điều chỉnh được tốc độ trong khoảng D phải

đảm bảo điều kiện:

Để hình thành ma sát ở vùng tiếp xúc giữa các bánh ma sát, người ta phải ép các bánh ma sát

lại với nhau Để xác định lực ép trước hết ta phải tính lực pháp tuyến cần thiết ( hình 12.1a).

a Lực pháp tuyến cần thiết (F n )

Điều kiện để bộ truyền bánh ma sát không bị trượt là: F ms  fF n F t

Để tránh hiện tượng trượt thì: F ms  f F n KF t

Với F t : lực vòng (N);

a

) u 1 ( T d

T 2

1

1 t

III TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BÁNH MA SÁT :

3.1 Các dạng hư hỏng và chỉ tiêu tính toán :

- Dưới tác dụng của lực ép, tại các vùng tiếp xúc của các bán h ma sát sinh ra ứng suất tiếp xúc.Khi các bánh chuyển động, vùng tiếp xúc thay đổi, do đó ứng suất tiếp xúc tại mỗi điểm trên bề mặtlàm việc của bánh ma sát cũng thay đổi theo chu kỳ mạch động gián đoạn

- Nếu bộ truyền được bôi trơn đầy đủ, bề mặt hỏn g chủ yếu do tróc rỗ vì mỏi

- Nếu bộ truyền làm việc khô hoặc nửa ướt bánh ma sát bị mòn hoặc bị xước lớp bề mặt

Để tránh các dạng hỏng chủ yếu trên, phải tính toán sức bền tiếp xúc bộ truyền bánh ma sát

3.2 Tính toán theo ứng suất tiếp xúc :

- Tính ứng suất tiếp xúc theo công thức Héc:

trong đó: b : chiều dài tiếp xúc ( mm)

 : bán kính cong tương đương (mm)

E : môđun đàn hồi tương đương (N/mm 2)

a Đối với bộ truyền động bánh ma sát trụ:

Từ công thức (9.14), ta có:

1

6 1

1

1 t

n

n

P 10 55 , 9 d

2 f

K d f

T 2 K f

KF Q

6 n

n u a f

) 1 u ( P K 10 55 , 9 n a f

) 1 u ( P K 10 55 , 9 F

) 1 u ( d u

) 1 u ( 2 d

2 d

2 1 1

1 1

2 2

2 1

E E

E E 2 E

n f

) 1 u ( P K E u a

1290 u

n b f

) 1 u ( P K E d

2583

H 2

3

1 1

n 2: số vòng quay trong một phút của bánh bị dẫn (v/p)

P : công suất trên trục dẫn (kw)

tg

1 tg

u



 

Bán kính cong tương đương:

1 u

) b , 0 L ( u

2 2

1

2 1

Lực pháp tuyến

1

6 1

n

n

P 10 55 , 9 d

2 f

1 b , 0

L  2 2  1 2  1 2 

=>

u ) b , 0 L (

1 u n

P f

K 10 55 , 9 F

2 2

Thay các giá trị F n , ρ vào công thức Hezt, ta có công

thức kiểm nghiệm sức bền tiếp xúc của bộ truyền bánh ma

sát nón:

] [ ) 1 u ( n b f

E N K u ) b ,

F

q n  n  n (12.22)

với [q n ] (N/mm) : cường độ lực pháp tuyến cho phép, tra bảng trong sổ tay thiết kế.

+ Tếchtôlít với thép hoặc gang, lấy [q n ] = (40 ÷ 80) N/mm,

+ Phíp với thép hoặc gang, lấy [q n ] = (35÷ 40) N/mm,

+ Da với gang, lấy [q n ] = (15 ÷ 25) N/mm,

+ Gỗ với gang, lấy [q n ] = (2,5 ÷ 5) N/mm.

IV VẬT LIỆU VÀ ỨNG S UẤT CHO PHÉP:

Ứng suất tiếp xúc [σ] tx có thể lấy bằng giới hạn mỏi bề mặt của vật liệu Đối với thép tôi có

HRC ≥ 60 ứng suất tiếp xúc cho phép có thể lấy [σ H ] = 800 ÷ 1200 N/mm 2 khi tiếp xúc ban đầu theo

đường; chọn [σ H ] = 2500 N/mm 2 khi tiếp xúc ban đầu theo điểm

Đối với thép ứng suất tiếp xúc được xác định theo độ rắn bề mặt:

);

MPa ( HB ) 5 , 2 5 , 1 ( ] [  H   [  H ]( 1 , 31 , 8 ) HRC ( MPa );

Đối với têctôlit, khi tiếp xúc ban đầu theo đường, có thể lấy [ σ] tx = 80 ÷ 100N/mm 2

V VÍ DỤ:

1) Con lăn 1 của bộ biến tốc ma sát côn (hình 12.8) có bán kính không đổi R 1 = 300mm truyền

chuyển động quay cho con lăn côn 2 Ở vị trí tận cùng bên trái của con lăn 1, bán kính con lăn

côn 2 là R 2min = 150mm và con lăn này có tần số quay 240 vòng / phút Hãy xác định số vòng quay của các con lăn 1 và 2 ở vị trí tận cùng bên phải của con lăn 1, khi R 2max = 450mm, cũng như tìm vị trí của con lăn 1 mà ở đó các trục có số vòng quay như nhau Hãy xác định phạm vi

điều chỉnh của bộ biến tốc

Giải:

Bỏ qua hiện tượng trượt, ta xác định các tỉ

số truyền giới hạn theo đề bài đã cho:

5 , 1 300

450 R

R n

n u

1

max 2 min 2

1

5 , 0 300

150 R

R n

n u

1

min 2 x max 2

Số vòng quay n 2max = 240 v/ph ứng với R 2min = 150 mm, do vậy:

ph / v 120 300

150 240 300

150 n

n 1  2 max   

ph / v 80 450

300 120 R

R n n

max 2

1 1 min

Để số vòng quay của của hai con lăn bằng nhau thì tỉ số truyền p hải bằng 1, nghĩa là R 1 = R 2,

do số liệu đề bài cho nên điều này xảy ra khi điểm giữa các con lăn trùng nhau

Phạm vi điều chỉnh (khoảng điều chỉnh) của bộ biến tốc:

3 5 , 0

5 , 1 u

u D

min max  



2) Xác định số vòng quay của bánh II và III của cơ cấu tăng

tốc Garada, nếu số vòng quay của bánh dẫn

ph / v 3000

200 n n 200

40 D

D n

n

I

II 2

1

Dấu (-) chứng tỏ chiều bánh II ngược chiều kim đồng hồ (ngược chiều với bánh I).

ph / v 000 30 2 000 15 20

40 n n 40

20 D

D n

n

II

III 3

2

Dấu (+) chứng tỏ chiều quay bánh III cùng chiều kim đồng hồ (cùng chiều với bánh I)

ph / v 2300 260

200 3000 260

200 n n 200

260 D

D n

n

I

IV 4

1

Chiều quay bánh IV cùng chiều kim đồng hồ (cùng chiều với bán h I và bánh III).

3) Xác định số vòng quay của trục chính máy ép ma sát

(hình 12.10), khi nó làm việc ở hai vị trí giới hạn trên

và giới hạn dưới, theo số liệu sau: Đường kính đĩa dẫn

d 1 = 1800 mm, đường kính bánh bị dẫn d 2 = 2100 mm,

chiều rộng bánh ma sát b = 160 mm; bước của trục

chính H 0 , 5 m; số vòng quay của trục ngang là

ph / v 120

320 2 120 R

R n n

R

R n

n

2

min 1 1 min 2 min

1

2 min 2

ph / v 94 2100

820 2 120 R

R n n

R

R n

n

2

max 1 1 max 2 max

1

2 max 2

Chương 13: TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG

I ĐẠI CƯƠNG VỀ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG :

+ Theo sự phân bố giữa các trục:

- Truyền động giữa các trục song song: bánh răng trụ

- Truyền động giữa các trục cắt nhau: bánh răng côn

- Truyền động giữa hai trục chéo nhau: bánh răng côn xoắn, trụ xoắn

+ Theo sự phân bố giữa các răng trên bánh răng:

- Bộ truyền ăn khớp ngoài

- Bộ truyền ăn khớp trong

+ Theo phương của răng so với đường sinh:

+ Theo biên dạng răng:

- Truyền động bánh răng thân khai

- Truyền động bánh răng Xicloit

- Truyền động bánh răng Nôvicov

+ Theo chuyển động tương đối giữa các trục: Truyền động bánh răng hành tinh, tru yền động visai …

Trong chương trình, chúng ta chỉ khảo sát bánh răng thân khai

3 Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng:

Ưu điểm :

- Kích thước nhỏ, khả năng tải lớn

- Tỉ số truyền không đổi do không có hiện tượng trượt trơn

- Hiệu suất cao (0.97% - 0.99%).

- Làm việc với vận tốc lớn, công suất cao

Nhược điểm :

- Chế tạo phức tạp

- Đòi hỏi độ chính xác cao

- Ồn khi vận tốc lớn

4 Các phương pháp chế tạo bánh răng thân khai.

+ Chép hình: biên dạng thân khai được tạo ra nhờ chép đúng hình dạng lưỡi cắt Kiểu dao có

thể là dao phay ngón hoặc dao phay đĩa

+ Bao hình: biên dạng thân khai hình thành bởi một họ đường cong bao hình Khi đường bị

bao là đường thân khai, người ta dùng một bánh ra thứ 2 gọi là bánh răng sinh Khi đường bị bao là

đường thẳng, người ta dùng một thanh r ăng hình thang gọi là thanh răng sinh

Thiết bị gia công bánh răng thường là máy xọc r ăng và máy phay lăn răng: Hiện nay do sựphát triển của công nghệ gia công tự động, bánh răng được gia công trên các máy g ia công tự độngtheo chương trình lập sẵn với độ chính xác và năng suất cao

II THÔNG SỐ HÌNH HỌC VÀ ĐẶC ĐIỂM ĂN KHỚP :

1 Thông số hình học của bành r ăng thẳng:

Cấc thông số hình học đã trình bày trong chương 5 Tỷ số truyền giữa hai bánh răng được quy

định theo tiêu chuẩn:

Bảng 1: tỷ số truyền theo tiêu chuẩn

F r 1 r 2  t 2  t 1 (13.2)

+ Lực pháp tuyến (lực ăn khớp):

 cos / F F

n 1 t 1

cos

tg F

F F

n n

 Tại vị trí ăn khớp ngoài lực pháp tuyến F n

còn lực ma sát F ms = f.F n do bề mặt răng trượt lên

nhau dẫn đến răng chịu trạng thái ứng suất phức tạp

nhưng chủ yếu là ứng suất tiếp xúc H, ứng suất uốn

 F. (  u ), (hình 13.5).

 Ứng suất tiếp và uốn không cố định mà thay

đổi theo chu kỳ mạch động gián đoạn và đó cũng

chính là nguyên nhân gây nên hỏng răng do mỏi: gãy

răng do uốn, tróc rỗ, mòn, dính do tiếp xúc

 Gãy răng: do ứng suất uốn thường xảy ra ở

chân răng nơi có ứng suất uốn sinh ra lớn nhất Để

tránh gãy răng người ta ta modun răng, kiểm nghiệm

quá tải, tăng bền vật liệu Khi thiết kế chúng ta tính

toán răng theo độ bền uốn (hình 13.6a)

Tróc vì mỏi bề mặt răng: do ứng suất tiếp xúc

và ma sát trên bề mặt răng gây nên Thường xảy ra

trong bộ truyền kín được bôi trơn tốt do áp suất dầu

trong các vết nứt tế vi trên mặt răng khi ăn khớp bị bịt

kín miệng, các vết nứt phát triển thành tróc Đối với bộ truyền có độ rắn thấp, tróc chỉ chỉ xảy ra trong

một thời gian ngắn (tróc nhất thời) Đối với bộ truyền có độ rắn cao thì các vết nứt liên tục phát triển

gọi là tróc lan Để tránh tróc bề mặt ta tiến hành tính toán theo độ bền tiếp xúc (hình 13.6b).

 Mòn răng: thường xảy ra

trên các bộ truyền hở bôi trơn

không tốt, làm việc trong môi

trường có hạt mài Sự mòn r ăng dẫn

đến gây nên tải trọng động, tăng

ứng suất uốn và cuối cùng là gãy

răng Để giảm mòn, có thể tăng độ

cứng bề mặt răng, hạn chế hạt mài,

hoặc dùng chất bôi tr ơn có độ nhớt

cao (hình 13.6c).

 Dính răng: xảy ra trong các bộ truyền chịu tải trọng lớn làm việc với vận tốc cao và khi màng

dầu bôi trơn bị phá vỡ do nhiệt hoặc do ứng suất tiếp xúc có giá trị lớn Khi đó, hai bề mặt răng trực

tiếp tiếp trượt lên nhau làm cho kim loại trên bề mặt r ăng này bám vào bề mặt răng kia (hình 13.6d).

Chống dính bằng các phương pháp như chống mòn, ngoài ra còn chọn vật liệu bánh dẫn và bị dẫnthích hợp, làm nguội dầu bôi trơn, vát đỉnh ră ng, hiệu quả nhất là dùng dầu chống dính

F a 2

F a 2

 Biến dạng dẽo bề mặt r ăng: xảy ra trên bộ truyền chế tạo từ thép mềm chịu tải trọng lớn và vận

tốc thấp

 Bong bề mặt răng: xảy ra trên bộ truyền được tăng bề bề mặt.

Trong các dạng hỏng trên, ta tiến hành tính to án như sau:

- Bộ truyền được bôi trơn tốt: như hộp giảm tốc thì tính toán theo độ bền tiếp xúc, tiến hànhkiểm nghiệm theo ứng suất tiếp và ứng suất uốn

- Bộ truyền hở bôi trơn không tốt: tính toán theo độ bền uốn và chỉ kiểm tra theo ứng suất uốn

- Các dạng hỏng còn lại chưa có phương pháp tính, tuy nhiên khi tính toán theo độ bền tiếp xúcthì phần nào đã ngăn ngừa được

V VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÁNH RĂNG VÀ ỨNG SUẤT CHO PHÉP:

1 Vật liệu chế tạo bánh răng:

Chọn vật liệu chế tạo bánh răng phụ thuộc vào nhiệm vụ của bộ truyền, điều kiện làm việc của

nó, loại phôi và phương pháp gia công răng Người ta dùng thép, gang, chất dẽo làm vật liệu bánhrăng:

* Thép:

Thép nhiệt luyện là vật liệu cơ bản để chế tạo bánh răng, người ta tiến hành nhiệt luyện đểnâng cao độ rắn do đó nâng cao độ bền tiếp xúc, cũng như tính chống mòn, chống dính của răng Phụthuộc vào độ rắn của vật liệu thép làm bánh răng người ta chia làm hai nhóm:

- Nhóm thứ nhất: Bánh răng có độ rắn HB 350 Được sử dụng trong các bộ truyền chịu tải nhẹ nhàng và trung bình Chủ yếu trong nhóm này là các loại thép các bon 35, 40, 45, 50, 50Γ, thép hợp kim 40X, 45X, 40XИ, …Bánh răng nhóm này được cắt gọt chính xác sau khi nhiệt luyện do đó có

thể đạt độ chính xác cao mà không cần nguyên công tu sửa đắt tiền, trong quá trình sử dụng chạy mòntốt không bị gãy vì dòn khi chịu tải trọng động Để đảm bảo chạy mòn tốt hơn độ rắn bánh nhỏ cần tốt

hơn bánh lớn khoảng (25 50)HB.

- Nhóm thứ hai: Bánh răng có độ rắn > HB 350, được sử dụng trong các bộ truyền tải nặng.

Độ rắn cao đạt được bằng cách tôi bề mặt và tôi thể tích, xêmentiít hóa, thấm ni tơ, thấm xianua

Người ta sử dụng xêmen tít hóa các loại thép 15, 20, 15X, 20X, … Đối với các bánh răng thấm nitơ người ta dùng thép 38XMЮX, … Đối với loại bánh rắng > HB 350 người ta tiến hành cắt răng trước

lúc nhiệt luyện, sửa tinh tiến hành sau khi nhiệt luyện Vì vật liệu có độ rắn cao nên chạy mòn kém, dovậy đò hỏi gia công có độ chính xác cao và cần tăng cường độ cứng củ a trục, ổ…

Với các bộ truyền công dụng chung để đảm bảo tính kinh tế người ta thường dùng bánh răng

có độ rắn HB 350 Việc phối hợp mã hiệu thép bánh nhỏ bánh lớn như sau:

Bảng 2: Phối hợp vật liệu cho bánh nhỏ và bánh lớn

Ngoài các loại thép trên còng dùng thép đúc 35Л, đến 55Л vì độ bền của nó thấp nên chỉ dùng

cho các bánh răng có kích thước lớn

* Gang:

Dùng cho các bánh răng có kích thước lớn, truyền động hở, vận tốc thấp Nhược điểm chính là

độ bền uốn thấp nên kích thước và môđun bánh răng bằng gang lớn hơn nhiều so với bánh răng bằng

thép Tuy nhiên gang lại có sức bền chống dính tốt, làm việc được ở những bộ truyền bôi trơn kém(truyền động hở) Dễ đúc hơn thép và tất nhiên giá thành thấp hơn nhi ều Vật liệu thường dùng là gang

lim H

H Z Z K K S

]

(13.8)trong đó: Hlim– giới hạn bền mỏi tiếp xúc của mặt răng;

S H – hệ số an toàn, lấy bằng 1,2 đối với răng có bề mặt được tăng bền (hóa nhiệt luyện, …), 1,1 đối với răng không được tăng bền bề mặt, trường hợp bánh răng hỏng gãy hậu quả nghiêm trọng

có thể lấy S H = 1,35 hoặc 1,25; Z R = 0,95; Z v = 1,1; K L = 1 – các hệ số xét đến ảnh hưởng của độ

Giới hạn bền mỏi tiếp xúc bề mặt răng  H o lim ứng với số chu kỳ cơ sở N HO, được xác định

bằng thực nghiệm Bảng 3 sau đây cho ta giới hạn bền mỏi của bánh răng bằng thép.

Bảng 3: giới hạn bền mỏi tiếp xúc  H o lim của bánh răng thép

K  (13.10)

Nếu N HE  N HO thì lấy K HL = 1 Nếu N HE  N min lấy N HE = N min Các trị số N HO và N min của bánh

răng bằng thép được tra theo bảng 4 dưới đây hoặc tính theo công thức N HO = 30 HB 2,4 (HB < 350).

Số chu kỳ chịu tải N HE trong trường hợp tải trọng không thay đổi là số chu kỳ làm việc thực tế

của mỗi răng Giả sử bánh răng làm việc với tải trọng và số vòng quay n vg/ph không đổi thì:

Trong trường hợp bộ truyền làm việc với tải trọng thay đổi nhiều bậc, số chu kỳ chịu tải N HE

được tính bằng số chu kỳ tương đương theo công thức:

i i

2 / H N

n i – số vòng quay trong 1 phút của bánh răng khi làm việc với mô men xoắn T i trong chế độ thứ i , i =

1, 2, …; N – số thứ tự chế độ làm việc; t i – số giờ làm việc trong chế độ i; T 1– mô men xoắn lớn nhất,

là trị số được dùng để tính toán; m H – số mũ của đường cong mỏi tiếp xúc lấy bằng 6 đối với bánh răng

có thể lấy tăng ứng suất cho phép của bộ truyền có khả năng chạy mòn (độ rắn của một thoặc cả hai

bánh nhỏ hơn 350 HB Ứng suất cho phép cùng để tính bộ truyền bánh răng nghiêng hoặc răng chữ V

có độ rắn một trong hai bánh nhỏ hơn 350 HB có thể lấy trị số nhỏ trong các trị số dưới đây (giả sử [  H1 ] > [  H2 ]).

]) [ ] ([

50 , 0 ] [

2 H H

2 H 1

H H

xF S R F

lim F

S ] [  

hưởng của độ nhám nặt lượn chân răng có thể lấy Y R = 1, nếu đánh bóng Y R = 1,05 – 1,2.

Hệ số an toàn S F phụ thuộc vào công nghệ chế tạo phôi và các yêu cầu dối với bộ truyền S F = 1,7 đối với phôi thép rèn thường hóa hoặc tôi cải thiện; S F = 1,9 đối với thép hoặc gang đúc ủ, thường

hóa hoặc tôi cải thiện SF = 2 đối với phôi thép hoặc gang không nhiệt luyện; S F = 2,2 đối với phôi thép được nhiệt luyện răng có độ rắn bề mặt trên 350 HB và độ rắn trong lõi thấp.

Giới hạn bền mỏi uốn được xác định:

FC FL

o lim F lim

FE FO

K  với N minN FE N FO (13.16)

m F – số mũ của phương trình đường cong mỏi uốn: Lấy bằng 6 đối với bánh răng có độ rắn mặt răng nhỏ hơn 350 HB và các bánh răng có mài mặt mặt lượn chân răng, lấy bằng 9 đối bánh răng không mài mặt lượng chân răng và có độ rắn mặt răng l ớn hơn 350 HB Nếu N FE  N FO thì K FL = 1

Trường hợp tải trọng thay đổi theo chế độ nhiều bậc, số chu kỳ N FE là số chu kỳ tương đươngđược xác định:

i i

2 / F m N

o lim F

Thép hợp kim(18XГT, 20X,

3 Ứng suất cho phép khi quá tải (Mpa):

* Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải phụ thuộc vào phương pháp nhiệt luyện bánh răng

Bánh răng thường hóa, tôi cải thiện hoặc tôi thể tích: [ H ] max = 2,8  T (giới hạn chảy của vật liệu)

Bánh răng thấm than, tôi bề mặt răng: [  H ] max = 40 HRC

Bánh răng thấm Nitơ : [ H ] max = 3HV (HV – độ rắn Vich ke).

* Ứng suất uốn cho phép khi quá tải:

Bánh răng bằng thép các bon hoặc thép hợp kim thường hóa hoặc tôi cải thiện: [  F ] max = 2,2 HB

Bánh răng bằng thép các bon hoặc thép hợp kim tôi bề mặt, lớp thấm tôi bị đứt ở bề mặt lượn, độ

rắn phần răng không được tôi HB = 200 – 300: [ F ] max = 2,7 HB.

* Bánh răng bằng thép hợp kim thấm xianua (HRC 56 – 62), thép hợp kim tôi bề mặt (HRC = 48 – 55), thấm than (HRC = 56 – 62), độ rắn lõi trong tất cả các trường hợp trên 30 – 45 HRC, hoặc tôi thể tích (HRC 45 – 59): [  F ] max = 1100 MPa

VI TÍNH BỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG THẲNG:

1 Tính bền răng theo ứng suất tiếp xúc

 Chỉ tiêu bền theo công thức:  H [  H ]

 Ứng suất tính toán Hđược xác định theo công thức:



M H

q Z

 (13.18)Với: Z M- hệ số xét đến cơ tính của vật liệu, được xác định theo công thức:

] 1 ( E ) 1 ( E [

E E 2 Z

2 2 2

2 1 2

2 1 M





 (13.19)

E 1 , E 2 ,  1 ,  2 : lần lượt là môđun đàn hồi và hệ số po sson của vật liệu chế tạo bánh răng dẫn và bị dẫn

Khi vật liệu bánh răng bằng thép: E 1 = E 2 = 2,1.10 5 MPa;  1 =  2 = 0.3.

q n– cường độ tải trọng pháp tuyến

H

H n n

l

K F

K H– hệ số tải trọng tính:

HV H H

K    (13.21)

Khi bánh răng đặt đầu trục hoặc không đối

xứng với hai ổ trục có thể chọn K H = 1,5 Khi bánh

răng đặt đối xứng với hai ổ trục, K H = 1,3.

l H– Tổng chiều dài tiếp xúc Giá trị này xác

định theo công thức thực nghiệm :

2 P P

 – bán kính cong tương đương bề mặt tiếp

xúc Giá trị này được xác định theo công thức:

2 1

1 1 1





 1 ,  2 – bán kính cong các bề mặt thân khai tại điểm ăn khớp (hình 13.7)

Dấu (+) – ăn khớp ngoài và ngược lại.

sin u

d P 1



K H  - hệ số phân bố không đều tải trọng giữa các răng (hình 13.11)

K H  - hệ số phân bố không đều của tải trọng sau khi chạy mòn (bảng 13)

K HV – hệ số tải trọng động xác định theo công thức (13.37).

Thay các giá trị tìm được vào biểu t hức (13.18), ta thu được công thức kiểm nghiệm:

] [ u

b

) 1 u ( K K K T 2 d

Z Z Z

H P

HV H H 1 1

P

H M

u b

) 1 u ( K T 2 d

Z Z Z

H P

H 1 1

P

H M

) 1 u ( K K T K d

2 H d

HV H 1 d 1 P





K d– hệ số phụ thuộc góc ăn khớp, hệ số trùng khớp, vật liệu bánh r ăng

K d = 77 nếu bộ truyền dịch chỉnh đều và tiêu chuẩn.

Khoảng cách trục được xác định:

2 2 H a

HV H 2

u ] [

K K T ) 1 u ( 50 a