BÀI GIẢNG CHI TIẾT MÁY

Nếu chi tiết máy không đủ độ bền  bên trong nó sẽ xuất hiện biến dạng dư lớn  làm thay đổi hình dạng của chi tiết máy, phá hoại điều kiện làm việc bình thường của các bộ phận máy, đồng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ

Bài giảng

CHI TIẾT MÁY

Tài liệu lưu hành nội bộ - dành cho sinh viên

Biên soa ̣n: ThS Nguyễn Thái Dương

ThS Nguyễn Lê Văn

_

CHI TIẾT MÁY

Mã học phần – số tín chỉ : 5040313 – 3 Tín chỉ

Mục tiêu của học phần:

Cung cấp cho sinh viên các kiến thức cơ bản về tính toán thiết kế các bộ truyền và các chi tiết máy điển hình trong cơ khí

Mô tả tóm tắt về ho ̣c phần

Học phần nghiên cứu kết cấu, phương pháp tính toán thiết kế các mối ghép, các cơ cấu truyền động, và các chi tiết máy điển hình

Học phần học trước: Toán Cao cấp I, Sức bền vật liệu, Nguyên lý máy

Hoàn thành biên soạn ngày 31/3/2106

Bô ̣ môn Cơ sở kỹ thuật phê duyê ̣t ngày 31/3/2016

MỤC LỤC

Chương 1 CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY 1

I Mục đích và nội dung chi tiết máy 1

II Những chỉ tiêu về khả năng làm việc của chi tiết máy 1

II.1 Độ bền 1

II.2 Độ bền mòn 2

II.3 Độ cứng 3

II.4 Độ chịu nhiệt (khả năng chịu nhiệt) 3

II.5 Tính ổn định dao động 4

III Những đặc trưng tính toán của chi tiết máy 4

Chương 2 MỐI GHÉP REN 6

I Khái niệm chung về mối ghép ren 6

II.Các loại ren thường dùng trong mối ghép ren 6

III Các chi tiết máy dùng trong mối ghép ren 8

IV Sự nới lỏng của mối ghép ren - Biện pháp phòng lỏng 8

IV.1 Sự nới lỏng của mối ghép ren 8

IV.2 Biện pháp phòng lỏng 9

V Tính toán bu lông 10

V.1 Các dạng hỏng của bu lông (vít, vít cấy) và chỉ tiêu tính toán 10

V.2 Tính bu lông ghép lỏng chịu lực dọc trục: 10

V.3 Tính bu lông được siết chặt, không có ngoại lực tác dụng 10

V.4 Tính bu lông chịu lực ngang (lực tác dụng vuông góc trục bu lông) 11

VI Tính mối ghép bu lông nhóm chịu lực ngang Q 14

VII Đánh giá mối ghép ren 17

Chương 3 CÁC MỐI GHÉP KHÁC 18

I Mối ghép đinh tán 18

I.1 Khái niệm về mối ghép đinh tán 18

I.2 Thiết kế mối ghe ́p đinh tán 19

I.3 Tính toán mối ghép nhóm đinh tán 21

I.4 Đánh giá mối ghép đinh tán 22

II Mối ghép hàn 23

II.1 Khái niệm về mối ghép hàn 23

II.2 Tính độ bền mối hàn 24

II.3 Đánh giá mối ghép hàn 28

III Mối ghép then, then hoa 28

III.1 Khái niệm về mối ghép then 28

III.2 Tính mối ghép then bằng 31

III.3 Lư ̣a cho ̣n ứng suất cho phép 31

III.4 Mối ghép then hoa 32

III.5 Đánh giá mối ghép then và then hoa 33

IV Mối ghép có độ dôi 34

IV.1 Khái niệm về mối ghép có độ dôi 34

IV.2 Tính toán mối ghép bằng độ dôi 35

IV.3 Đánh giá mối ghép bằng độ dôi 36

Chương 4 TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 37

I Khái niệm chung về bộ truyền đai 37

I.1 Giới thiệu bộ truyền đai 37

I.2 Các loại đai và kết cấu bánh đai 38

II Những vấn đề cơ bản của bộ truyền đai 41

II.1 Các thông số chủ yếu của bộ truyền đai 41

II.2 Sự trượt của bộ truyền đai 42

II.3 Lực, ứng suất và hiệu suất của bộ truyền đai 43

III Tính toán truyền động đai 47

III.1 Chỉ tiêu tính toán truyền động đai 47

III.2 Tính toán đai dẹt 48

III.3 Tính toán truyền động đai thang 49

_

IV Trình tự tính toán bộ truyền đai 51

IV.1 Trình tự tính toán bộ truyền đai dẹt 51

IV.2 Trình tự tính toán bộ truyền đai thang 52

V Đánh giá bộ truyền đai 52

Chương 5 TRUYỀN ĐỘNG BÁNH MA SÁT 53

I Khái niệm về truyền động bánh ma sát 53

I.1.Giới thiệu về truyền động bánh ma sát 53

I.2.Phân loại truyền động bánh ma sát 53

I.3.Sự trượt trong bộ truyền bánh ma sát 54

II Tính bộ truyền bánh ma sát trụ 55

II.1 Vận tốc và tỷ số truyền 55

II.2 Lực ép cần thiết trong bộ truyền bánh ma sát trụ 55

II.3 Tính bộ truyền 56

III Tính bộ truyền bánh ma sát nón 57

III.1 Vận tốc và tỷ số truyền 57

III.2 Lực ép cần thiết trong bộ truyền 57

III.3 Tính bộ truyền bánh ma sát nón theo độ bền tiếp xúc 57

IV Đánh giá bộ truyền bánh ma sát 57

Chương 6 TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG 59

I Khái niệm chung về bộ truyền bánh răng 59

II Những vấn đề cơ bản của bộ truyền bánh răng 61

II.1 Độ chính xác của bộ truyền bánh răng 61

II.2 Ảnh hưởng của số răng đến hình dạng và độ bền răng 62

II.3 Sự dịch chỉnh trong bộ truyền bánh răng 63

II.4 Đặc điểm ăn khớp trong bộ truyền bánh răng 63

II.5 Hệ số tải trọng 65

II.6 Các dạng hỏng của bộ truyền bánh răng 67

II.7 Chỉ tiêu tính toán bộ truyền 69

III Tính bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng 69

III.1.Thông số hình học của bánh răng trụ răng thẳng 69

III.2 Lực tác dụng lên các răng khi ăn khớp trong BTBR trụ răng thẳng 70

III.3 Tính bộ truyền theo ứng suất tiếp xúc và sức bền uốn 71

IV.Tính bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng 73

IV.1 Các thông số hình học chủ yếu của BTBR trụ nghiêng 73

IV.2 Các đặc trưng tính toán bộ truyền 74

IV.3 Lực tác dụng trong bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng 75

IV.4 Tính bộ truyền theo sức bền tiếp xúc và sức bền uốn 77

V Tính bộ truyền bánh răng nón 79

V.1 Các thông số hình học của bộ truyền 79

V.2 Lực tác dụng trong bộ truyền bánh răng nón răng thẳng 80

V.3 Các đặc trưng tính toán bộ truyền 80

V.4 Tính toán bộ truyền bánh răng nón 81

V.5 Trình tự tính toán bộ truyền bánh răng nón 82

VI Kết cấu và bôi trơn bộ truyền bánh răng 82

VI.1 Kết cấu bánh răng 82

VI.2 Bôi trơn bộ truyền bánh răng 83

VII Đánh giá truyền động bánh răng 83

Chương 7 TRUYỀN ĐỘNG TRỤC VÍT 84

I Khái niệm về truyền động trục vít 84

II Những vấn đề cơ bản của bộ truyền trục vít 87

II.1 Thông số chu ̉ yếu của bô ̣ truyền tru ̣c vít 87

II.2 Vâ ̣n tốc và tỷ số truyền 89

II.3 Lư ̣c tác du ̣ng trong bô ̣ truyền 90

II.4 Nhiê ̣t và hiê ̣u suất trong bô ̣ truyền 92

III Tính bộ truyền trục vít 92

_

III.1 Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính toán 92

III.2 Tính toán độ bền tiếp xúc và đô ̣ bền uốn của răng bánh vít 93

IV Trình tự tính toán bộ truyền trục vít 95

V Đa ́nh giá bô ̣ truyền tru ̣c vít 95

Chương 8 TRUYỀN ĐỘNG XÍCH 96

I Khái niệm về bộ truyền xích 96

I.1 Giới thiệu về bộ truyền xích 96

I.2 Các loại xích truyền động và đĩa xích 97

II Những vấn đề cơ bản về truyền động xích 100

II.1 Thông số hình học của bộ truyền xích (xích ống con lăn) 100

II.2 Vận tốc và tỷ số truyền 101

II.3 Lực tác dụng trong bộ truyền xích 102

III Tính toán bộ truyền xích 103

III.1 Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính toán 103

III.2 Tính toán xích con lăn về độ bền mòn 104

III.3 Kiểm nghiệm xích theo số lần va đập trong một giây 106

III.4 Trình tự tính toán bộ truyền xích 106

IV Đánh giá bộ truyền xích 107

Chương 9 TRUYỀN ĐỘNG VÍT - ĐAI ỐC 109

I Khái niệm về truyền động vít - đai ốc 109

I.1 Giới thiệu bộ truyền vít - đai ốc 109

I.2 Phân loại bộ truyền vít đai ốc 110

I.3 Các thông số chủ yếu của bộ truyền vít đai ốc 112

I.4 Vận tốc và tỷ số truyền quy ước 113

II Các dạng hỏng chủ yếu và chỉ tiêu tính toán 113

III Đánh giá bộ truyền vít – đai ốc 113

Chương 10 THIẾT KẾ TRỤC 114

I Khái niệm về trục 114

I.1 Giới thiệu và phân loại trục 114

I.2 Kết cấu và vật liệu trục 114

II Phương pháp tính toán thiết kế trục 117

II.1 Các dạng hỏng chủ yếu và chỉ tiêu tính toán 117

II.2 Tính toán trục về độ bền 117

II.3 Tính trục về độ cứng 124

II.4 Tính toán trục về dao động 124

Chương 11 Ổ TRƯỢT 129

I Khái niệm về ổ trượt 129

I.1 Giới thiệu về ổ trượt 129

I.2 Phân loại ổ trượt 129

II Kết cấu và vật liệu ổ trượt 130

II.1 Kết cấu ổ trượt 130

II.2 Vật liệu chế tạo lót ổ 131

III Ma sát và bôi trơn ổ trượt 132

III.1 Các dạng ma sát và bôi trơn trong ổ trượt 132

III.2 Nguyên lý bôi trơn thủy động 133

IV Tính ổ trượt 134

IV.1 Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính toán 134

IV.2 Tính toán ổ trượt 135

Chương 12 Ổ LĂN 136

I Khái niệm chung 136

I.1 Giới thiệu về ổ lăn 136

I.2 Phân loại ổ lăn 136

I.3 Độ chính xác chế tạo của ổ lăn 137

I.4 Các loại ổ lăn thường dùng 137

II Tính toán ổ lăn 140

_

II.1 Các dạng hỏng chủ yếu và chỉ tiêu tính toán ổ lăn 140

II.2 Chọn kích thước ổ lăn theo khả năng tải động 140

II.3 Chọn kích thước ổ theo khả năng tải tĩnh 143

III Lắp ghép, định vị, bôi trơn và che kín ổ lăn 145

III.1 Lắp ghép ổ lăn 145

III.2 Định vị ổ lăn trên trục và trong vỏ máy 146

III.3 Bôi trơn và che kín ổ lăn 148

Chương 13 KHỚP NỐI 150

I Khái niệm về khớp nối 150

II Các loại khớp nối 150

III Tính chọn khớp nối 154

III.1 Phương pháp chung để tính chọn khớp nối 154

III.2 Tính nối trục vòng (chốt) đàn hồi 154

TÀI LIỆU THAM KHẢO 155

_

Chương 1 CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY

I Mục đích và nội dung chi tiết máy

Chi tiết máy là môn học khảo sát các cơ sở tính toán và kết cấu máy, chi tiết máy

có công dụng chung được sử dụng trong các máy và các cơ cấu máy khác nhau

Chi tiết máy là môn học cơ sở, nghiên cứu phương pháp, quy trình, chỉ tiêu tính toán và kết cấu chi tiết và cụm máy có công dụng chung, quan tâm đến lựa chọn và xử lý vật liệu, hình dạng chi tiết, tính công nghệ và độ chính xác chế tạo Chi tiết máy có hình dạng phức tạp, làm việc trong điều kiện cụ thể, do đó không có các công thức chính xác

để tính

Các chi tiết máy và cụm chi tiết máy có công dụng chung thường được chế tạo với

số lượng lớn, do đó bất cứ sự hoàn thiện nào về phương pháp, quy trình, chỉ tiêu tính toán

và thiết kế đều mang đến hiệu quả kinh tế to lớn

Nội dung chính của môn học:

 Nghiên cứu kết cấu, chủng loại và tính toán theo các chỉ tiêu khả năng làm việc chi tiết máy, cụm chi tiết máy và máy

 Nghiên cứu cơ sở nguyên lý làm việc chung giữa các chi tiết và tính toán chung

 Phát triển các kỹ năng thiết kế và sáng tạo kỹ thuật

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

Khả năng làm việc của chi tiết máy được đánh giá bằng các chỉ tiêu chủ yếu sau đây :

II.1.1 Khái niệm về độ bền

Độ bền là khả năng tiếp nhận tải trọng của chi tiết máy mà không bị phá hỏng Độ bền là chỉ tiêu quan trọng nhất đối với phần lớn chi tiết máy

Nếu chi tiết máy không đủ độ bền  bên trong nó sẽ xuất hiện biến dạng dư lớn

 làm thay đổi hình dạng của chi tiết máy, phá hoại điều kiện làm việc bình thường của các bộ phận máy, đồng thời có thể phá hỏng bản thân chi tiết máy (gãy, vỡ hoặc hư hỏng

bề mặt) Ví dụ khi không đủ độ bền, trục có thể bị gãy, bề mặt bánh răng có thể bị tróc, mặt làm việc của then có thể bị dập

Hình 1.1

Người ta phân biệt hai dạng phá hỏng: phá hỏng tĩnh và phá hỏng mỏi liên quan đến độ bền tĩnh và độ bền mỏi

+ Phá hỏng tĩnh: do ứng suất làm việc vượt quá giới hạn bền tĩnh của vật liệu (thường do quá tải đột ngột gây nên)

+ Phá hỏng mỏi: do tác dụng lâu dài của ứng suất thay đổi có giá trị vượt quá giới hạn bền mỏi của vật liệu

- Nhiệt luyện để nâng cao cơ - lý tính

- Nâng cao cấp chính xác chế tạo và độ nhẵn bề mặt

- Sử dụng các phương pháp tăng bền bằng cách gây biến dạng dẻo bề mặt, ví dụ lăn nén, dập ép, phun bi

II.2 Độ bền mòn

 Độ bền mòn là khả năng duy trì những kích thước cần thiết của các bề mặt chịu

ma sát trong một khoảng thời gian làm việc nhất định

 Nếu CTM không được đảm bảo độ bền mòn có thể xảy ra các hậu quả xấu sau đây:

- Làm việc mất chính xác: ví dụ mòn trong máy đo không chỉ báo chính xác kết quả đo

- Giảm hiệu suất: ví dụ cặp pít tông - xy lanh của động cơ đốt trong bị mòn

- Giảm sức bền: mòn nhiều làm tiết diện chịu tải giảm xuống, mòn có thể là nguyên nhân sinh ra những lực va đập nữa (vì phát sinh khe hở không cho phép) nên chi tiết dễ bị gãy do thiếu sức bền quá nhiều

- Gây ồn lớn: khe hở sinh ra giữa hai bề mặt mài mòn khiến các bề mặt dễ va đập vào nhau, nhất là khi các chi tiết quay với vận tốc cao, thỉnh thoảng đảo chiều quay

 Cường độ mòn phụ thuộc vào trị số ứng suất tiếp

xúc hay áp suất, vận tốc trượt tương đối giữa hai bề mặt

tiếp xúc, sự bôi trơn và hệ số ma sát, tính chống mòn của

vật liệu (hình 1.2)

 Để nâng cao độ bền mòn cần phải bôi trơn bề mặt

tiếp xúc, dùng vật liệu giảm ma sát (như đồng thanh, gang

chịu ma sát ), dùng các phương pháp nhiệt luyện để tăng

độ rắn bề mặt làm việc

 Tính toán độ bền mòn xuất phát từ điều kiện bảo đảm chế độ bôi trơn ma sát ướt (nghĩa là bảo đảm giữa hai bề mặt tiếp xúc luôn luôn tồn tại một lớp dầu bôi trơn ngăn

Hình 1.2

chiều rộng lớn nhưng bề dày lại nhỏ, khi

chịu nén dọc có thể bị cong Lại có trường

hợp chi tiết chịu tải không lớn nên cứ dựa

vào điều kiện sức bền thì kích thước tính ra

khá nhỏ, rất không thuận lợi trong gia công

lắp ráp (chẳng hạn khi kẹp chi tiết để chuẩn

bị gia công thì nó méo mó nên gia công

không thể bảo đảm chính xác được) Lúc đó

ta buộc phải tăng kích thước của chi tiết lên

mà cơ sở tăng kích thước chính là chỉ tiêu

II.4 Độ chịu nhiệt (khả năng chịu nhiệt)

 Độ chịu nhiệt là khả năng của CTM đảm bảo tốt chức năng của nó ở một giới hạn nhiệt độ định trước trong suốt thời gian phục vụ

 Nung nóng chi tiết máy có thể gây ra các tác hại :

- Làm giảm khả năng chịu tải của chi tiết máy (khi nhiệt độ tăng lên quá cao, cơ tính của vật liệu sẽ giảm xuống Với thép: khi nhiệt độ lớn hơn 3000C4000C, với hợp kim màu khi nhiệt độ lớn hơn 500C1000C  giới hạn mỏi giảm, vật liệu trở nên giòn hoặc xảy ra hiện tượng từ biến

- Làm giảm độ nhớt của dầu bôi trơn  làm tăng mòn hay dính

- Phá vỡ mối liên kết động (khi khe hở trong ổ trượt bị giảm hay mất đi  ngõng trục

có thể bị kẹt trong lót ổ )

Hình 1.3

- Làm mất khả năng làm việc, ví dụ làm giảm hệ số ma sát trong các bộ phận hãm

- Làm giảm độ chính xác của máy (trong các máy chính xác)

Do vậy, với các chi tiết máy bị trượt nhiều, khi thiết kế cần phải tính toán về nhiệt

 Phương pháp tính toán về nhiệt

Xác định nhiệt độ trung bình sinh ra khi sử dụng máy và hạn chế nó không cho

vượt quá một giá trị cho phép: t  [t]

Trong đó: t : nhiệt độ ổn định trung bình khi sử dụng máy

II.5 Tính ổn định dao động

 Tính ổn định dao động là khả năng của chi tiết máy làm việc trong dải tốc độ cần thiết mà không bị rung quá giới hạn cho phép

 Thông thường, nếu vật quay bị mất cân bằng hoặc không có đủ độ cứng, hoặc tốc

độ làm việc khá cao thì dễ xảy ra dao động

 Khi phát sinh dao động, máy làm việc mất chính xác, ảnh hưởng xấu tới thành phẩm Nếu dao động lớn, CTM có khả năng bị gãy

 Vì vậy, tính toán dao động là cần thiết, đặc biệt đối với các máy quay nhanh

Có thể tính toán về dao động theo hai cách :

+ Hoặc xác định tần số dao động riêng của máy hay của cơ cấu để tránh cộng hưởng + Hoặc tính toán biên độ dao động và hạn chế nó trong phạm vi cho phép

 Để nâng cao chất lượng làm việc của máy và cơ cấu, có thể giải quyết chống rung cho máy bằng các biện pháp: triệt tiêu các ngoại lực gây nên dao động (ví dụ : cân bằng máy ), thay đổi tính chất động lực học của hệ thống (thay đổi momen quán tính của chi tiết máy và độ cứng của mối ghép ) nhằm thay đổi tần số riêng của hệ, dùng các thiết bị giảm rung

III Những đặc trưng tính toán của chi tiết máy

a) Kết cấu và điều kiện làm việc của chi tiết máy khá phức tạp, tải trọng tác dụng lên

chi tiết máy khó xác định chính xác  khó thiết lập được các công thức lý thuyết chính

xác để tính toán chi tiết máy Do vậy, thường dùng các giả thiết để đơn giản hóa bài toán

 xây dựng các công thức gần đúng và bổ sung vào các công thức này các hệ số điều

chỉnh để kể đển các đặc điểm về kết cấu của chi tiết máy và các yếu tố ảnh hưởng đến

khả năng làm việc của nó

Ngoài ra, còn có các công thức thực nghiệm, hoặc công thức kinh nghiệm được lập ra

trên cơ sở thống kê những kết quả thu được từ thực nghiệm, hoặc từ kinh nghiệm sử dụng máy

b) Tính toán xác định kích thước chi tiết máy nhiều khi phải tiến hành theo hai

bước :Tính toán sơ bộ, sau đó tính toán kiểm nghiệm Lý do : thường lúc đầu chưa biết

chính xác lực tác dụng  phải dùng bước tính sơ bộ để xác định một cách gần đúng kích thước của chi tiết máy  xây dựng kết cấu chi tiết máy  tính chính xác trị số ứng suất

 tiến hành kiểm nghiệm

Khi kiểm nghiệm, nếu ứng suất sinh ra lớ n hơn ứng suất cho phép  phải thay đổi

_

kết cấu và tính lại đến khi phù hợp

c) Mỗi chi tiết máy có nhiều kích thước  chỉ tính toán các kích thước chủ yếu tại

các tiết diện nguy hiểm (chịu ứng suất lớn), các kích thước còn lại xác định theo điều kiện về kết cấu, công nghệ, lắp ghép (dựa vào kinh nghiệm hay hướng dẫn trong các sổ tay thiết kế)

d) Cùng một nội dung thiết kế, có thể có nhiều giải pháp thực hiệnnên chọn đồng thời một số phương án để tính toán  so sánh để chọn ra phương án tốt nhất đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật đề ra

……

Chương 2 MỐI GHÉP REN

I Khái niệm chung về mối ghép ren

Trong mối ghép ren, các chi tiết máy được ghép lại với nhau nhờ các chi tiết có ren như bulông và đai ốc, vít, vít cấy, lỗ ren trên chi tiết máy được ghép Mối ghép ren

là mối ghép tháo được

Các mối ghép ren thường dùng là mối ghép bằng bulông (hình 2.1a), mối ghép bằng vít (hình 2.1b), mối ghép bằng vít cấy (gudông) (hình 2.1c) Ngoài ra còn dùng mối ghép ống dùng để nối các ống lại với nhau

 Mối ghép bằng bulông : dùng bu lông và đai ốc để ghép các chi tiết máy : có chiều dày không lớn lắm; làm bằng vật liệu có độ bền thấp (nếu làm ren trên chi tiết máy, ren

sẽ không đủ bền); cần tháo lắp luôn (hình 2.1a)

 Mối ghép bằng vít : vít được dùng khi mối ghép không có chỗ để chứa đai ốc, khi cần giảm khối lượng của mối ghép (nhưng các chi tiết máy được ghép cần có đủ chiều dày để làm lỗ ren), hoặc khi một trong các chi tiết máy được ghép khá dày (hình 2.1b)

 Mối ghép bằng vít cấy : vít cấy được dùng khi một

trong các chi tiết máy được ghép quá dày (không dùng

được bulông) lại cần tháo lắp luôn (nếu dùng vít lỗ ren sẽ

nhanh hỏng) (hình 2.1c)

Ren

+ Cho một hình phẳng (ví dụ tam giác abc) di chuyển

theo đường xoắn ốc, luôn luôn nằm trong mặt phẳng qua

trục OO (hình 2.2), các cạnh của hình phẳng sẽ hình thành

nên mặt ren

+ Nếu hình phẳng là hình tam giác, hình vuông, hình

thang, hình bán nguyệt thì tương ứng sẽ tạo nên ren tam

giác, ren vuông, ren hình thang, ren tròn

+ Nếu đường xoắn ốc là đường xoắn ốc trên mặt trụ 

ren trụ; trên mặt nón  ren côn

+ Nếu ren đi lên theo hướng sang phải ren phải,

ngược lại ren trái

+ Theo số đầu mối đường xoắn, ta có ren một mối, ren hai mối

Tất cả ren dùng trong mối ghép là ren một mối

II.Các loại ren thường dùng trong mối ghép ren

 Ren hệ mét: Kích thước ren tính bằng mm Tiết diện ren có tam giác đều, góc ở đỉnh

= 600 Đỉnh và chân ren được hớt hoặc lượn tròn (nhằm tránh tập trung ứng suất ở chân ren và dập xước đỉnh răng) Chia thành hai loại : ren bước lớn và ren bước nhỏ

_

 Ren hệ Anh: Kích thước ren (inch) Tiết diện là hình tam giác cân, có góc ở đỉnh 

=550 Bước ren được đặc trưng bằng số ren/chiều dài 1 inch

 Ren ống: Dùng để ghép kín các ống với nhau Hình dạng kích thước theo ren hệ Anh bước nhỏ (do thành ống mỏng nên phải dùng ren bước nhỏ) Tiết diện ren là tam giác cân,

có góc ở đỉnh  = 550 Đỉnh ren và chân ren làm lượn tròn Khi lắp không có khe hở để bảo đảm kín khít

 Ren tròn: dùng chủ yếu cho bu lông, vít chịu tải trọng va đập lớn; dùng cho các chi tiết máy làm việc trong môi trường bẩn và cần tháo lắp luôn (vòi cứu hỏa, ), dùng trong các chi tiết máy có vỏ mỏng (chuôi bóng đèn, ) (hình 2.3a)

 Ren vít bắt gỗhoặc ghép các vật liệu có độ bền thấp Tiết diện ren là hình tam giác, chiều rộng rãnh lớn hơn chiều dày ren (để bảo đảm độ bền đều về cắt của ren vít bằng thép và ren của gỗ) (hình 2.3b)

Các thông số hình học chủ yếu của ren hình trụ

+ Đường kính ngoài của ren: d

Đường kính ngoài của ren là đường kính hình trụ bao đỉnh ren ngoài và cũng chính

là đường kính danh nghĩa của ren (hình 2.4)

+ Đường kính trong của ren: d1 (đường kính trong của ren là đường kính hình trụ bao đỉnh ren trong)

+ Đường kính trung bình của ren: 1

2 2



d d

d

+ Chiều cao làm việc của ren: h

+ Bước ren: p (có 2 loại: ren bước nhỏ và ren bước lớn)

+ Bước xoắn: px (bước của đường xoắn ốc hình thành nên mặt ren)

Với ren một mối: p x = p, với ren n mối : p x = n.p

+ Góc tiết diện ren: 

+ Góc vít: (góc nâng của đường xoắn ốc trên mặt trụ trung bình: x

2

ptg.d

 



III Các chi tiết máy dùng trong mối ghép ren

Bu lông: là một thanh kim loại hình trụ tròn, một đầu có ren để vặn đai ốc, đầu kia có hình vuông, hình sáu cạnh (hình 2.5a)

Theo phương pháp và độ chính xác chế tạo, có ba loại bu lông : bulông thô, bulông nửa tinh và bulông tinh

Vít: khác với bulông ở chỗ đầu có ren của vít không vặn vào đai ốc, mà vặn trực tiếp vào lô ren trên các chi tiết máy được ghép (hình 2.5b) Đầu vít có nhiều kiểu : hình vuông, hình sáu cạnh như bulông, hoặc có rãnh để vặn vít

Vít cấy: là một thanh hình trụ, hai đầu có ren, một đầu được vặn vào lỗ ren của một chi tiết máy được ghép, đầu kia xuyên qua lỗ không có ren của chi tiết máy được ghép khác và vặn với đai ốc (hình 2.5c) Khi tháo, chỉ cần vặn đai ốc ra là có thể tách rời các chi tiết máy được ghép

Đai ốc: có nhiều kiểu khác nhau, nhưng thường dùng nhất là đai ốc có sáu cạnh (hình 2.6) Ứng với các loại bulông thô, nửa tinh và tinh, cũng có đai ốc thô, nửa tinh và tinh Ngoài ra, còn có đai ốc hãm (hình 2.7), dùng kết hợp với đệm có cánh (hình 2.8), nhằm phòng lỏng cho mối ghép (hình 2.9d) Trên đai ốc có thể có các rãnh để lắp chốt chẻ, nhằm phòng lỏng cho mối ghép

Vòng đệm: làm bằng thép mỏng, đặt giữa đai ốc và chi tiết máy được ghép, có tác dụng bảo vệ bề mặt tiết máy khỏi bị cào xước khi vặn đai ốc, làm tăng diện tích tiếp xúc giữa bề mặt chi tiết máy được ghép và đai ốc, do đó giảm được ứng suất dập

Có các loại vòng đệm: vòng đệm thông thường (hình 2.8a), vòng đệm vênh (hình 2.8b), vòng đệm có cánh (hình 2.8c)

IV Sự nới lỏng của mối ghép ren - Biện pháp phòng lỏng

IV.1 Sự nới lỏng của mối ghép ren

Các loại ren dùng trong lắp ghép đều bảo đảm góc ma sát thay thế υ’ nhỏ hơn góc nâng γ của ren, do đó dưới tác dụng của tải trọng tĩnh dọc trục, đai ốc không thể tự nới lỏng ra được (đai ốc bị tự hãm) Để tháo lỏng đai ốc, cần tác dụng lên đai ốc một momen

_

M lớn hơn momen ma sát Mms trong mối ghép ren

Tuy nhiên, khi bị va đập hay rung động, có thể có lúc tải trọng dọc trục F tác dụng

từ bu lông lên đai ốc bị triệt tiêu  trên bề mặt tiếp xúc của ren không có áp lực 

momen ma sát trong mối ghép ren : Mms = 0 Khi đó, nếu có một momen ngẫu nhiên M

dù nhỏ tác động vào đai ốc cũng có thể làm đai ốc bị nới lỏng ra chút ít  dần dần đai ốc

bị nới lỏng hoàn toàn

IV.2 Biện pháp phòng lỏng

 Tạo ra lực căng phụ tác động lên đai ốc  ma sát phụ giữa ren bu lông và ren đai ốc:

+ Dùng hai đai ốc: Khi vặn chặt đai ốc thứ hai, giữa hai đai ốc sẽ có lực căng phụ

Nhược điểm : tăng thêm khối lượng, kích thước mối ghép, khi rung động mạnh không bảo đảm phòng lỏng (hình 2.9a)

+ Dùng vòng đệm vênh: Lực căng phụ được tạo nên do lực đàn hồi của vòng đệm vênh, ngoài ra miệng của vòng đệm vênh tỳ vào đai ốc và bề mặt ghép cũng có tác dụng không cho đai ốc bị nới lỏng Nhược điểm là gây lực lệch tâm lên bu lông (hình 2.9b)

 Dùng các chi tiết máy phụ để cố định đai ốc, không cho đai ốc xoay tương đối so với bu lông :

+ Đệm gập (hình 2.9c)

+ Đai ốc hãm và đệm có cánh (hình 2.9d)

+ Chốt chẻ (hình 2.9e), dây néo

Các kiểu phòng lỏng này khá bảo đảm, nhưng không thể điều chỉnh dần lực siết, mà phải theo từng nấc

 Gây biến dạng dẻo cục bộ như tán hoặc núng phần cuối của bulông, hàn đính bu lông vào đai ốc Ưu điểm là chắc chắn, nhưng mối ghép trở nên không tháo được

Hình 2.9d: Đai ốc hãm và đệm có cánh

Hình 2.9e: Chốt chẻ

V Tính toán bu lông

V.1 Các dạng hỏng của bu lông (vít, vít cấy) và chỉ tiêu tính toán

Khi chịu lực tác dụng, bu lông có thể có các dạng hỏng sau :

+ Thân bu lông bị kéo đứt (tại phần có ren hay tại tiết diện sát đầu bu lông)

+ Ren bị hỏng do dập, mòn, bị cắt hay bị uốn

+ Đầu bu lông bị dập, bị cắt hay bị uốn

⇒ Điều kiện bền của bu lông:   [ ] ; d  [d]

Trong đó:  ,[ ] : ứng suất cắt và ứng suất cắt cho phép

,[ ]

d d

  :ứng suất dập và ứng suất dập cho phép Dựa trên đảm bảo sức bền đều giữa các phần tử bu lông và đai ốc, người ta xác định được các quan hệ kích thước hợp lý của bu lông và đai ốc và quy định trong tiêu chuẩn Do đó khi tính toán bu lông đai ốc tiêu chuẩn, chỉ cần tính toán theo độ bền kéo của thân bu lông để xác định đường kính trong d1, sau đó tra tiêu chuẩn để tìm ra các kích thước khác của bulông

V.2 Tính bu lông ghép lỏng chịu lực dọc trục:

Ví dụ bulông móc treo hoặc phần có ren của đoạn

4

k

F d

V.3 Tính bu lông được siết chặt, không có ngoại lực tác dụng

Ví dụ bulông của nắp bình kín không có áp suất dư (hình 2.11)

Để nắp đậy được kín, cần siết chặc đai ốc để tạo ra lực siết V Muốn vậy, cần phải tác động lên đai ốc một momen Mr :

2 ( ') 2

_

Thân bulông vừa chịu xoắn (do Mr gây nên), vừa chịu kéo (do V gây nên)

1

V d 4

td

V d

 



Điều này chứng tỏ rằng khi bulông được siết chặt và không chịu tác dụng của ngoại lực thì ứng suất tương đương bằng 1,3 lần ứng suất kéo k do bản thân V gây nên (30% ứng suất tăng lên là do Mr gây ra)

1, 3.4 [ k]

V

d 

  (2.2)

V.4 Tính bu lông chịu lực ngang (lực tác dụng vuông góc trục bu lông)

Bu lông được tính toán theo điều kiện bảo đảm các tấm ghép không được trượt tương đối với nhau

Với các tấm ghép là gang hay thép thi f = 0,1  0,15 khi mặt trượt khô, f = 0,06

khi mặt trượt có dầu Khi có phun cát hoặc có các biện pháp khác làm tăng hệ số ma sát thì giá trị của f cũng tăng và được lấy theo sổ tay

Suy ra : V= .

.

k F

i f

Trong đó : k là hệ số an toàn: k = 1,3  1,5

Bu lông vừa chịu kéo vừa chịu xoắn

Điều kiện bền ( tương tự như tính bu lông được siết chặt không có ngoại lực tác dụng):

1

1, 3.4 [ k]

V

d 

   1

1, 3.4 .[ k] .

k F d

i f



  (2.3)

b) Bulông lắp không có khe hở

Lỗ lắp bu lông được doa, thân bu lông được gia công nhẵn, kích thước chế tạo khá chính xác ⇒ không có khe hở giữa thân bu lông và lỗ

Dưới tác dụng của lực F, thân bu lông có thể bị cắt hay bị dập (ở đây lực siết V không quan trọng)

Điều kiện bền về cắt :

2 0

[ ]

.4

F d i

4 .[ ]

F d

_

(s1, s2 – chiều dày tấm ghép , hình 2.13) tương đối nhỏ hoă ̣c đô ̣ bền dâ ̣p của các tấm ghép

thấp hơn của bu lông, ta cần kiểm nghiệm điều kiện bền về dập :

0

[ ]

F

s d

    (2.5)

Trong đó : s : bề dày các tấm ghép

[]d : ứng suất dập cho phép của vật liệu làm bu lông, [N/mm2]

- Thép Cácbon lấy : [ d] = (0,8  1,0) ch

- Thép hợp kim lấy : [ d] = (0,6  0,8) ch

- Gang lấy : [ d] = (0,8  1,0) bk (ứng suất bền kéo)

ch và bk chọn theo bảng vật liệu Đối với thep CT.3 có thể lấy ch = 190  220N/mm2 Đối với gang độ bền thấp, trung bình và cao lấy lần lượt bằng 12  15, 19  21 và 26  32 N/mm2

Nếu vâ ̣t liê ̣u các tấm giống nhau , s lấy theo tri ̣ số nhỏ trong hai tri ̣ số s 1, s2 Tại vùng kề mặt phẳng ghép có sự tập trung ứng suất dập, tỉ số s/d0 càng lớn thì tập trung ứng suất càng nhiều, do đó nếu s/d0 > 1 trong công thứ c (2.5) ta lấy s = d0

 Ghi chú :

Phương án (a) rẽ tiền hơn phương án (b) vì không cần gia công chính xác kích thước đường kính thân bu lông và lỗ, nhưng khi chịu cùng một lực F thì đường kính của

bu lông trong phương án (a) sẽ lớn hơn

Bảng 2.1 – Hệ số an toàn và ứng suất cho phép đối với bu lông

Loại tải trọng Các trị số cho phép

Lực dọc trục bulông

- Không xiết chặt bulông [k] = 0,6ch

[k] = ch/[s]; [s] tra theo bảng 2.2 khi không kiểm tra lực xiết

[s] = 1,2 – 1,5 khi có kiểm tra lực xiết Tải trọng thay đổi:

[sa]  2,5 – 4 khi không kiểm tra lực xiết [sa] = 1,5 – 2,5 khi có kiểm tra lực xiết

Lực ngang

- Bu lông lắp có khe hở

Tải trọng tĩnh hoặc thay đổi [s] – theo bảng 2.2 khi không kiểm tra lực xiết [s] = 1,2 – 1,5 khi có kiểm tra lực xiết

- Bu lông lắp không khe hở [] = 0,4ch - tải trọng tĩnh

[] = (0,2 – 0,3)ch – tải trọng thay đổi [] = 0,8ch - đối với thép

[] = 0,8b - đối với gang

Bảng 2.2 – Hệ số an toàn [s] khi lực xiết không được kiểm tra

Vật liệu bu lông Tải trọng tĩnh Tải trọng thay đổi

10 – 6,5 7,5 – 5

0,730 0,938 0,930 1,075 1,221 1,421 1,567 1,713 2,013 2,459 2,850 3,242 3,688 4,134 4,918 5,918 6,647 7,647 8,376 9,376

0,25 0,25 0,25 0,30 0,35 0,35 0,40 0,45 0,45 0,50 0,60 0,70 0,75 0,80 1,0 1,0 1,25 1,25 1,5 1,5

10,106 11,835 13,835 15,294 17,294 19,294 20,752 23,752 26,211 29,211 31,670 34,670 37,129 40,129 42,587 46,587 50,046 54,046 57,505 61,505

1,75 2,0 2,0 2,5 2,5 2,5 3,0 3,0 3,5 3,5 4,0 4,0 4,5 4,5 5,0 5,0 5,5 5,5 6,0 6,0

Ví dụ 1 : Chọn đường kính bu lông cho mối ghép như hình 2.12, chịu tải trọng

ngang F = 1000N Biết rằng vật liệu làm bu lông và tấm ghép đều bằng thép CT3 có

ch=210 MPa, hệ số ma sát f = 0,14; có kiểm tra lực xiết

Giải:

Để các tấm ghép không trượt lên nhau, cần tạo lực căng V theo công thức: .

.

k F V

 

1

1,3.4 1,3.4.5000

11, 7 k 3,14.84

V

Tra bảng 2.3 chọn bu lông M14 có d1 = 11,835mm

VI Tính mối ghép bu lông nhóm chịu lực ngang Q

Trong mối ghép bulông nhóm, tải trọng thường phân bố không đều trên các bu lông Tuy nhiên, để thuận lợi khi gia công và lắp ghép, người ta thường chọn các bu lông có đường kính bằng nhau và siết chặt bằng các lực như nhau

Vấn đề đặt ra là cần xác định tải trọng tác dụng lên bu lông chịu tải lớn nhất, từ đó có thể tính toán kích thước của bu lông này theo cách tính toán ở trên đây

 Nhóm bu lông chịu lực ngang Q (Lực Q vuông góc với trục bulông)

Giả sử Q đi qua trọng tâm của bề mặt ghép và phân bố đều cho các bulông

Lực tác dụng lên 1 bulông : F Q

z

 với : z là số bu lông của nhóm

V d

i



  (2.7)

Trong đó : d 0 : đường kính thân bu lông

Sau đó, cần kiểm nghiệm điều kiện bền về dập :

0

[ ]

F

s d

    (2.8)

Chú ý: Nếu s < d0  chọn s = smin; nếu s > d0 chọn s = d0

Ví dụ 2 : Chọn đường kính bu lông cho mối ghép như hình dưới (2 bu lông), chịu

tải trọng ngang Q = 10000N Biết rằng vật liệu làm bu lông và tấm ghép đều bằng thép

CT3 có ch=210N/mm2, hệ số ma sát f = 0,14 Chiều dày mỗi tấm ghép s =10mm

Theo điều kiện bền cắt:

 1

0

4

F d

 Trường hơ ̣p bu lông lắp có khe hở

Thông thường người ta dùng cách tính gần đúng , coi hợp lực ma sát do mỗi bu lông đươ ̣c xiết chă ̣t gây nên , đi qua tâm mỗi bu lông Để chống xoay mối ghép , momen các lực ma sát đối với tro ̣ng tâm mối ghép phải lớn hơn momen ngoa ̣i lực M , khi đó phải xiết mỗi bu lông bằng lực xiết V (giả sử lực xiết V trên các bu lông là như nhau) sao cho:

i i Vfr M

i i

kM V

f r





Với: k là hệ số an toàn; r i là khoảng cách từ trọng tâm mối ghép đến bu lông

1

41,3 [ ]

td

V d

V

d 

  (2.9)

 Trường hơ ̣p bu lông lắp không có khe hở

Tải trọng tác dụng lên mỗi bu lông tỉ lệ thuận với khoảng cách từ tâm bu lông đến trọng tâm của mối ghép: 1 2

M r F

4[ ]

F d

F

s d

Chú ý: Nếu s < d0  chọn s = smin; nếu s > d0 chọn s = d0

VII Đánh giá mối ghép ren

 Ưu điểm

+ Cấu tạo đơn giản

+ Có thể cố định chi tiết máy ở bất kỳ vị trí nào (nhờ khả năng tự hãm)

+ Dễ tháo lắp

+ Giá thành tương đối hạ, thay thế dễ dàng (vì bu lông được tiêu chuẩn hóa và chế tạo sẵn bằng các phương pháp có năng suất cao)

 Nhược điểm

+ Có tập trung ứng suất ở chân ren ⇒ giảm độ bền mỏi của mối ghép

+ Mối ghép gồm nhiều chi tiết ⇒ phức tạp, nặng nề

……

Chương 3 CÁC MỐI GHÉP KHÁC

I Mối ghép đinh tán

I.1 Khái niệm về mối ghép đinh tán

 Giới thiệu mối ghép đinh tán

Đinh tán : thanh hình trụ tròn, có mũ ở hai đầu; mũ sẵn : được chế tạo sẵn ; mũ tán: được tạo nên khi ghép đinh tán vào mối ghép

Các loại đinh tán :

Theo hình dạng mũ đinh, phân thành :

- Đinh tán mũ chỏm cầu (sử dụng rộng rãi)

- Mũ côn

- Mũ nửa chìm (sử dụng khi cần giảm khối

lượng, khi không có chỗ đặt mũ đinh)

Ngoài ra, còn có đinh tán rỗng (dùng cho

vật liệu da, vải ), đinh tán có mũ nổ (một đầu có

chứa thuốc nổ, khi nổ sẽ tạo ra mũ tán)

 Kích thước cơ bản của đinh tán mũ có

_

 Phân loại mối ghép đinh tán

Theo công dụng, phân thành :

+ Mối ghép chắc : dùng cho các kết cấu như cầu, dàn cầu trục

+ Mối ghép chắc kín : dùng trong nồi hơi, bình có áp suất cao

Theo hình thức cấu tạo, phân thành :

+ Mối ghép chồng

+ Mối ghép giáp mối

Có thể dùng một dãy đinh hay nhiều dãy đinh Với mối ghép giáp mối, có thể dùng 1 tấm đệm hoặc 2 tấm đệm)

I.2 Thiết kế mối ghe ́p đinh tán

I.2.1 Đặc điểm làm việc của mối ghép đinh tán

Tán nóng

Lúc nguội, thân đinh co lại theo chiều dọc và theo chiều ngang

- Co theo chiều dọc ⇒ lực dọc xiết chặt các tấm ghép lại với nhau, giữa các tấm ghép sinh ra lực ma sát

- Co theo chiều ngang ⇒ khe hở giữa lỗ và thân đinh

Hình 3.4a Hình 3.4b

Khi chịu lực ngang F (hình 3.4a), lực F có xu hướng kéo các tấm ghép trượt tương đối với nhau ⇒ giữa các bề mặt tiếp xúc xuất hiện lực ma sát Fms

Nếu F < F ms ⇒ tải trọng truyền từ tấm này sang tấm kia nhờ lực ma sát

Nếu F > F ms ⇒ hai tấm trượt tương đối với nhau một khoảng bằng khe hở giữa lỗ và thân đinh, tải trọng truyền từ tấm này sang tấm kia thông qua thân đinh, khi đó thân đinh chịu cắt, dập và uốn

Tán nguội

Giả sử mối ghép được chế tạo chính xác, giữa lỗ và thân đinh không có khe hở ⇒ ngay

từ khi chịu tải trọng F, thân đinh đã làm việc và truyền tải trọng từ tấm này sang tấm kia Thân đinh chịu cắt, dập và uốn

Hình 3.3b : Mối ghép giáp mối hai tấm

đệm, 1 dãy đinh

Hình 3.3a : Mối ghép chồng 1 dãy đinh

I.2.2 Các dạng hỏng của mối ghép và chỉ tiêu tính toán

Khi mối ghép đinh tán chi ̣u tải tro ̣ng (hình 3.3a), trên mối ghép có thể xuất hiê ̣n các dạng hỏng sau đây:

 Thân đinh bi ̣ cắt đứt,

 Tấm ghép bi ̣ kéo đứt ta ̣i tiết diê ̣n qua các tâm đinh,

 Bề mă ̣t tiếp xúc giữa lỗ trên tấm ghép và thân đinh bi ̣ dâ ̣p,

 Biên của tấm ghép bi ̣ cắt đứt theo các tiết diê ̣n có kích thước e,

Các tấm ghép bị trượt tương đối đối với nhau, không đảm bảo kín khít

Chỉ tiêu tính toán của mối ghép chắc : kết cấu của mối ghép chắc đã được xây dựng trên cơ sở sức bền đều , do đó người ta chỉ kiểm tra điều kiê ̣n bền   c [ ]c , để tránh dạng hỏng cắt đứt thân đinh là đủ

Điều kiê ̣n bền   c [ ]c được dùng làm chỉ tiêu tính toán kiểm tra bền và thiết kế mối ghép đinh tán ghép chắc Trong đó:

c

 : là ứng suất cắt sinh ra trên tiết diện thân đinh

[ ] c : là ứng suất cắt cho phép của đinh

Chỉ tiêu tính toán cho mối ghép chắc kín : tương tự như trên , người ta dùng bất đẳng thức    [ ] làm chỉ tiêu tính toán mối ghép chắc kín Trong đó :

: là hệ số cản trượt của mối ghép

[ ]  : là hệ số cản trượt cho phép của mối ghép

Đọc thêm: Tính mối ghép chắc kín

Với mối ghép chắc kín phải vừa bảo đảm độ bền, vừa bảo đảm kín ⇒ phải thiết kế kết cấu sao cho dưới tác dụng của tải trọng, các tấm ghép không trượt tương đối với nhau Muốn vậy, lực tác dụng phải nhỏ hơn lực ma sát sinh ra giữa các tấm ghép Tuy nhiên lực ma sát rất khó xác định chính xác bằng

lý thuyết, do đó người ta dựa vào thực nghiệm để tìm ra giới hạn cản trượt của mối ghép

Giới hạn cản trượt [  ] của mối ghép là lực cản không cho các tấm ghép trượt tương đối với nhau, được tạo nên bởi đinh tán có tiết diện bằng 1 đơn vị diện tích

Để mối ghép được kín, lực kéo ngang  tác dụng lên một đơn vị diện tích thân đinh không vượt quá giới hạn cản trượt :

1

2 [ ]

4

F d



Với F 1 lực mà một đinh tán phải chịu

[  ]: tra bảng theo kiểu mối ghép và cường độ lực tác dụng

Mối ghép chồng một dãy đinh : [  ]= 60  70 Mpa

Mối ghép chồng hai dãy đinh : [  ]= 60  65 Mpa

Mối ghép chồng ba dãy đinh : [  ]= 55  60 Mpa

Mối ghép giáp mối hai tấm đệm, hai dãy đinh [  ]= 95  115 Mpa

Mối ghép giáp mối hai tấm đệm, ba dãy đinh : [  ]= 90  110 Mpa

I.2.3 Các công thư ́ c thiết kế

Trong các công thức này, kích thước d là đường kính đinh tán sau khi đã tán xong , đó chính là đường kính lỗ tấm ghép khi khoan

Kích thước của mối ghép đinh tán ghép chắc được xác định như sau:

+ Mối ghép chồng một dãy đinh : d = 2S min ; t = 2,6d; e = 1,5d

+ Mối ghép chồng hai dãy đinh : d = 2S min ; t = 4d; e = 1,5d

+ Mối ghép chồng n dãy đinh : d = 2S min ; t = (1,6n+1)d; e = 1,5d

+ Mối ghép giáp mối hai tấm đệm, một dãy đinh : d = 1,5S; t = 3,5d; e = 2d + Mối ghép giáp mối hai tấm đệm, hai dãy đinh : d = 1,5S; t = 6d; e = 2d + Mối ghép giáp mối hai tấm đệm, n dãy đinh : d = 1,5S; t = 3(2,4n + 1)d; e = 2d

Kích thước của mối ghép đinh tán ghép chắc kín được xác đi ̣nh như sau:

_

+ Mối ghép chồng 1 dãy đinh: d = S min + 8mm; t = 2d + 8mm; e = 1,5d

+ Mối ghép chồng 2 dãy đinh: d = S min + 8mm; t = 2,6d + 15mm; e = 1,5d

+ Mối ghép chồng 3 dãy đinh: d = S min + 6mm; t = 3d + 22mm; e = 1,5d

+ Mối ghép giáp mối hai tấm đê ̣m 2 dãy đinh: d = S + 6mm; t = 3,5d + 15mm; e = 2d

+ Mối ghép giáp mối hai tấm đê ̣m 3 dãy đinh: d = S + 5mm; t = 6d + 20mm; e = 2d

+ Chiều dày tấm đê ̣m khi ghép giáp mối: S đ = 0,75S

Các kích thước t, t 1 , e, e 1 biểu thi ̣ trên hình 3.3a, kích thước t 1 và e 1 lấy theo bướ c

đinh t: t 1 = (0,8÷1)t; e 1 = 0,5t

Sau khi đã xác đi ̣nh xong các thông số hình ho ̣c , ta kiểm tra đô ̣ bền cắt và đô ̣ bền

dâ ̣p:

 2

i: số mặt cắt đinh tán

z: số lươ ̣ng đinh tán cùng chi ̣u lực F

d: đươ ̀ ng kính lỗ đinh tán (đường kính đinh tán sau khi đã tán xong)

Bảng 3.1 - Ứng suất cho phép

Loại ứng suất Cách gia công lỗ Trị số ứng suất cho phép MPa (N/mm

2 ) Thép CT31,CT34 Thép CT38

I.3 Tính toán mối ghép nhóm đinh tán

Trường hợp tải tro ̣ng vuông góc với đường tâm đinh tán và phân bố đều trên toàn

bô ̣ đinh tán thì:

- Đường kính lỗ khoan trên tấm ghép:

+ Tính theo sức bền cắt: c 4.  c

F d

z S



 (3.4)

+ Lấy đườ ng kính lỗ khoan: d = max(dc, dd)

- Đường kính thân đinh tán thường nhỏ hơn đường kính lỗ khoan 0,5mm

4.

F z

i d



  (3.5)

Ví dụ: Cho mối ghép đinh tán như hình vẽ , biết đinh tán có đường kính 16mm và  c

=100N/mm2, [ d]=280N/mm2, [ k]=160N/mm2 Tính lực kéo cho phép [F], sau đó tính

các ứng suất kéo tại các tiết diện I -I,

Tƣ̀ công thƣ́c (3.1) về sƣ́ c bền

cắt, ta suy ra:

max

2

.416,5100.5.2.3,14 213716

Tƣ̀ công thƣ́c (3.2) về sƣ́c bền

cắt, ta suy ra:

max [ d] min 280.5.16, 5.15 346500

(Ở đây, S min = S = 15mm < 2S 1 = 20mm)

Nhƣ vâ ̣y để đảm bảo an toàn cho

đinh tán thì ta cho ̣n lƣ̣c tác du ̣ng F = 213716N

Để tính ƣ́ng suất kéo ta ̣i các tiết diê ̣n, ta áp du ̣ng công thƣ́c k=F [ k]

- Tại tiết diện II-II:

Chiều dài là: 100 + 2(60.tg300

- Tại tiết diện I-I:

Chiều dài là: 100 + 2(25.tg300) = 128,85mm

Kết luận: Ứng suất sinh ra trên cả ba tiết diện đều nhỏ hơn ứng suất kéo cho phép ,

do đó mối ghép đảm bảo bền

I.4 Đánh giá mối ghép đinh tán

_

 Phạm vi sử dụng

Mối ghép đinh tán được dùng phổ biến trong các trường hợp :

+ Mối ghép đặc biệt quan trọng, mối ghép trực tiếp chịu chấn động hoặc va đập (cầu, dàn cầu trục trên 200 tấn )

+ Mối ghép nếu bị đốt nóng sẽ bị cong vênh hoặc giảm chất lượng (do đó không hàn được)

+ Mối ghép bằng các vật liệu chưa hàn được

II Mối ghép hàn

II.1 Khái niệm về mối ghép hàn

 Giới thiệu mối ghép hàn

Trong quá trình hàn, các chi tiết máy được đốt nóng cục bộ đến nhiệt độ nóng chảy hoặc dẻo và gắn lại với nhau nhờ lực hút giữa các phân tử kim loại

 Các loại mối ghép hàn

 Theo hình thức công nghệ, phân mối ghép hàn thành :

+ Mối hàn bằng hồ quang điện, hàn hơi, làm kim loại bị nóng chảy và gắn lại với nhau,không cần lực ép chúng

+ Mối hàn tiếp xúc, làm kim loại bị dẻo và phải dùng lực ép chúng lại với nhau + Mối hàn vẩy, không nung chảy kim loại được ghép mà chỉ nung chảy vật liệu hàn

Phương pháp hàn thông dụng nhất là hàn hồ quang điện Có thể tiến hành bằng tay hoặc tự động Khi hàn, nhiệt lượng của hồ quang làm nóng chảy miệng vật hàn, tạo thành rãnh kim loại lỏng, đồng thời kim loại của que hàn cũng nóng chảy và lấp đầy rãnh Để giữ cho kim loại không bị oxit hóa và hồ quang được ổn định, ở ngoài que hàn quét một lớp thuốc hàn mỏng hoặc dày

 Theo công dụng, phân mối ghép hàn thành :

+ Mối hàn chắc

+ Mối hàn chắc kín

 Theo hình dạng kết cấu, có các kiểu hàn sau đây :

+ Mối hàn giáp mối (hình 3.5a)

+ Mối hàn chồng (hình 3.5b)

+ Mối hàn góc dùng để ghép các chi tiết máy có các bề mặt vuông góc nhau (3.5c)

 Trong mối hàn chồng, tùy theo vị trí tương đối giữa phương mối hàn và phương chịu lực, phân thành :

+ Mối hàn dọc : phương mối hàn song song với phương chịu lực (hình 3.6a)

+ Mối hàn ngang : phương mối hàn vuông góc với phương chịu lực (hình 3.6b)

+ Mối hàn xiên (hình 3.6c)

+ Mối hàn hỗn hợp (hình 3.6d)

II.2 Tính độ bền mối hàn

II.2.1 Tính mối hàn gia ́ p mối

a) Trườ ng hơ ̣p mối hàn chi ̣u lực kéo F (hình 3.7a):

F l

 (3.6)

Trong đó: δ - chiều dày của tấm ghép mỏng nhất

l - chiều dài của mối hàn

a) b)

Hình 3.7: Mối hàn giáp mối

b) Trườ ng hơ ̣p mối hàn chi ̣u đồng thời lực kéo F và momen uốn M (hình 3.7b):

là mối hàn lõm, đường 2 là mối hàn lồi Mối hàn bình thường được dùng rô ̣ng rãi nhất Khi chi ̣u lực, mối hàn bi ̣ cắt theo tiết diê ̣n m-m, ta chia ra làm 4 trường hợp như sau:

 Mối hàn dọc

_

Hình 3.8a: Mối hàn chồng hàn dọc

 Khi mối hàn chi ̣u lƣ̣c F:

Với: [ ]'c là ứng suất cắt cho phép của mối hàn

 Khi mối hàn chi ̣u momen uốn M:

Hình 3.8b: Mối hàn chồng hàn ngang

 Khi mối hàn chi ̣u lƣ̣c F:

Vớ i: l - chiều dài của mối hàn

 Mối hàn hỗn hợp

Hình 3.8d: Mối hàn chồng hàn hỗn hợp

 Khi mối hàn chi ̣u lực F:

Mối hàn góc dùng để ghép các chi tiết máy có bề mặt vuông góc với nhau

Có thể hàn theo hai kiểu như hình 3.9 :

- Kiểu hàn chữ K (giống như kiểu hàn giáp mối)

- Kiểu hàn hai bên (giống như kiểu hàn chồng)

Cách tính độ bền mối hàn góc :

Với kiểu hàn chữ K ⇒ tính toán tương tự như mối hàn giáp mối

Với kiểu hàn hai bên ⇒ tính toán tương tự như mối hàn chồng

_

Tính mối hàn góc chịu lực kéo F và momen uốn M

+ Với kiểu hàn chữ K, tính tương tự như mối hàn giáp mối (hình 3.9) :

2

6 [ ]'

Bảng 3.2 - Ứng suất kéo cho phép

Phương pháp hàn Ứng suất cho phép của mối hàn

Kéo [k]’ Nén [n]’ Cắt [c ]’

Hàn hồ quang, bằng tay, dùng que hàn Э42 và Э50 Hàn

Hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc hàn; hàn bằng tay,

dùng que hàn Э42A và Э50A Hàn tiếp xúc giáp mối [k] [k] 0,65[k]

[k] - ứng suất kéo cho phép của kim loại được hàn khi chịu tải trọng tĩnh [k]= ch/[s] Hệ số

an toàn của các kết cấu kim loại [s]  1,2 – 1,8

Ví dụ 2: Tấm thép 1 thép CT3 có tiết diện 160x10 nối với tấm thép thứ 2 bằng mối hàn chồng hàn hỗn hợp chịu lực kéo F không đổi như hình vẽ Dùng phương pháp hàn bằng tay, que hàn 42 Xác định chiều dài mối hàn do ̣c ld của mối hàn để tấm ghép chịu được lực F lớn nhất (Thép CT3 có ch = 220MPa)

Giải:

Mối ghép hàn có nhiê ̣m vu ̣ nối 2 tấm ghép 1 và 2 trở thành 1 khối thống nhất Tấm

ghép 1 có kích thước nhỏ hơn so với tấm ghép 2, nên khi chi ̣u lực kéo F lớn thì tấm ghép

1 sẽ bị kéo đứt đầu tiên Ở đây tấm ghép 1 chịu được lực kéo F lớn nhất theo điều kiê ̣n bền:

 

F A

n c d

F

l k

235200

160

0, 7.10.88, 2

1102

d



Kết luận: Chọn ld = 110mm, thỏa mãn điều kiện chịu được lực F lớn nhất của mối hàn

II.3 Đánh giá mối ghép hàn

 Ưu điểm

+ So với ghép bằng đinh tán, kết cấu hàn có khối lượng nhỏ hơn do không có mũ đinh, không phải ghép chồng hay dùng tấm đệm, kim loại được tận dụng vì không bị lỗ đinh làm yếu đi; so với kết cấu đúc, chiều dày tối thiểu ở kết cấu hàn nhỏ hơn, có tính vật liệu hàn cao hơn vật liệu đúc

+ Tiết kiệm được công sức chế tạo, giá thành rẻ hơn Bởi vì với kết cấu hàn, không phải làm lỗ và tán đinh, không cần các thiết bị lớn để đột lỗ và tán đinh như trong mối ghép đinh tán; không phải nấu chảy một khối lượng lớn kim loại và không phải làm khuôn mẫu như trong kết cấu đúc Mặt khác, công nghệ hàn dễ tự động hóa, có năng suất cao

+ Dùng hàn dễ bảo dảm điều kiện độ bền đều, kim loại được sử dụng hợp lý hơn (ví

dụ đối với bánh răng, vành răng làm bằng thép tốt, độ bền cao hàn với phần đĩa hay moayơ, làm bằng vật liệu rẻ tiền hơn)

+ Dùng hàn có thể phục hồi các chi tiết máy bị gãy hỏng một phần hay bị mài mòn

 Nhược điểm

+ Chất lượng mối hàn phụ thuộc rất nhiều vào trình độ công nhân

+ Khó kiểm tra khuyết tật bên trong mối hàn (phải dùng thiết bị đặc biệt : máy dò siêu âm)

 Phạm vi sử dụng

Sử dụng ngày càng rộng rãi trong ngành chế tạo máy, đóng tàu, sản xuất nồi hơi

và bình chứa, kết cấu các công trình xây dựng

III Mối ghép then, then hoa

III.1 Khái niệm về mối ghép then

 Giới thiệu mối ghép then

Mối ghép then là mối ghép tháo được, được dùng nhiều để ghép các chi tiết máy

_

dạng trục và moayơ, dùng để truyền momen xoắn giữa hai chi tiết máy được ghép

Then là chi tiết máy được tiêu

chuẩn hóa Vật liệu thường dùng để chế

tạo then là thép có giới hạn bền 500 

- Chiều sâu rãnh then trên trục t

- Chiều sâu rãnh then trên moayơ t1

 Các loại mối ghép then

Có thể chia then làm hai loại lớn :

+ Then ghép lỏng : then bằng, then bằng dẫn hướng, then bán nguyệt tạo nên mối ghép

lỏng

+ Then ghép căng : then vát, then ma sát, then tiếp tuyến tạo thành mối ghép căng

a Then ghép lỏng

 Then bằng

Tiết diện hình chữ nhật (hình 3.11) Hai đầu then được

gọt bằng hay gọt tròn (hình 3.12) Mặt làm việc của then là

hai mặt bên, trong mối ghép then bằng có khe hở hướng

tâm

Then được chế tạo bằng thép kéo

Thường dùng một then bằng Trong các kết cấu chịu tải

trọng lớn, có thể dùng 2 hoặc 3 then (khi dùng hai then ⇒ bố trí lệch nhau một góc 1800; khi dùng ba then ⇒ bố trí lệch nhau một góc 1200)

Then bằng truyền được momen xoắn hai chiều, không truyền được lực dọc trục

Then bằng khó bảo đảm tính lắp lẫn; với các mối ghép quan trọng phải sửa chữa hoặc chọn then (lắp

chọn), do đó hạn chế việc sử dụng trong sản xuất hàng loạt

 Then bán nguyệt

Mặt làm việc là hai mặt bên như trong then bằng

Ưu điểm : khi moayơ có độ nghiêng so với tâm trục, mối ghép then vẫn làm việc bình

thường; chế tạo then và rãnh then cũng đơn giản (dùng dao phay đĩa) Nhược điểm : phải hay rãnh sâu trên trục làm trục bị yếu nhiều, do đó then bán nguyệt chủ yếu dùng ở các mối ghép chịu tải trọng nhỏ

Khi moayơ ngắn dùng một then, khi moayơ dài có thể dùng hai then

 Then ma sát

Gần giống then vát, một mặt vát để có độ dốc 1 :100, moayơ cũng được vát 1 :100 Mặt làm việc của then là mặt trên và mặt dưới Tiết diện không phải là hình chữ nhật Mặt dưới của then là mặt trụ có cùng đường kính với trục

Then ma sát không có rãnh trên trục Cũng có hai kiểu : kiểu có đầu và kiểu không đầu

Khi đóng then vào, then áp chặt vào bề mặt trục, hai bên có khe hở, mối ghép làm việc nhờ lực ma sát

Ưu điểm : không cần rãnh trên trục nên không làm yếu trục; có thể lắp ở bất kỳ chỗ

nào trên trục; khi máy bị quá tải, then có tác dụng bảo đảm an toàn Tuy nhiên, moayơ bị yếu hơn so với khi dùng then vát

_

III.2 Tính mối ghép then bằng

a) Dạng hỏng của mối ghép then bằng

+ Dập các bề mặt tiếp xúc (hai bề mặt bên của then)

+ Cắt theo tiết diện A-A (hình 3.16)

b) Điều kiện bền dập

Giả thiết ứng suất dập phân bố đều trên bề mặt làm việc của then

Ứng suất dập sinh ra trên bề mặt làm việc và điều kiện bền :

Với z: số then; h: chiều cao then; t: chiều sâu của rãnh then trên trục [mm], [d] : ứng

suất dập cho phép [MPa], T: momen xoắn truyền qua mối ghép [Nmm], d : đường kính trục [mm] l t: chiều dài làm việc thực tế c ủa then [mm], đối với then đầu thẳng lấy l t = l,

then đầu tròn lấy l t = l-b, vơi l và b lần lượt là chiều dài và chiều rô ̣ng then

c) Điều kiện bền cắt

Ứng suất cắt và điều kiện bền :

 

2

III.3 Lư ̣a cho ̣n ứng suất cho phép

a Ứng suất dập cho phép

Bảng 3.3 - Ứng suất dâ ̣p cho phép, d

Dạng lắp Vâ ̣t liê ̣u moayơ

Bảng 3.4 - Ứng suất cắt cho phép, c

Vâ ̣t liê ̣u

16 16 3.16 Hình 3.16

d h t



  , sau đó kiểm tra lại điều kiện bền cắt (3.22)

Nếu lthen > lmoayơ  tăng lmoayơ hoặc dùng nhiều then (số then không nên lớn hơn 2)

 Ghi chú :

Dạng hỏng và tính toán mối ghép then bằng dẫn hướng và mối ghép then bán nguyệt cũng giống như mối ghép then bằng

Ví dụ : Kiểm tra sức bền của mối ghép then bằng đầu tròn để lắp

bánh răng lên trục có đường kính d = 40mm như hình vẽ Công suất

truyền qua trục N = 3,5 kW, số vòng quay củ a tru ̣c n =

735vòng/phút Vật liệu moayơ (bánh răng) là gang, vật liệu then là

thép 45, chịu tải trọng tĩnh

Giải

Tra bảng 7-23 (Thiết kế chi tiết máy , Nguyễn Tro ̣ng Hiê ̣p,

trang 143), do đường kính d = 40mm nên chọn then có kích thước

bxh = 12x8 có chiều sâu rãnh trên tru ̣c t = 5mm Vớ i chiều dài

moayơ = 50mm, ta lấy chiều dài then ngắn hơn mô ̣t ít , theo tiêu

Kết luận: ứng suất dập và ứng suất cắt tính được nhỏ hơn nhiều so với ứng suất

cho phép, do đó mối ghép thừa bền

III.4 Mối ghép then hoa

 Giới thiệu mối ghép then hoa

Mối ghép then hoa dùng để ghép moayơ vào trục nhờ các răng trên trục lồng vào các rãnh trên moayơ (tương đương như mối ghép nhiều then, các then làm liền trên trục) Ghép bằng then hoa có thể chi làm hai loại : ghép cố định, trong đó moayơ không thể trượt dọc trục và ghép di động, trong đó moayơ có thể di động dọc trục Khi ghép di động, trục then hoa có dạng hình trụ; khi ghép cố định, trục then hoa có thể hình trụ hay hình côn

_

Dạng ren trong mối ghép then hoa có thể là (hình 3.18) :

+ Răng hình chữ nhật

+ Răng thân khai

+ Răng hình tam giác

Hình 3.18: Các loại tiết diện then hoa Hiện nay then hoa răng chữ nhật được dùng nhiều hơn cả Ở đây chủ yếu nghiên cứu then hoa hình trụ

 Kích thước cơ bản của mối ghép then hoa

Then hoa là chi tiết máy được tiêu chuẩn hóa, các kích thước tính theo đường kính d,

và có thể tra trong các sổ tay thiết kế cơ khí Các kích thước cơ bản của mối ghép bao gồm :

- Đường kính trong d của trục then hoa

- Đường kính ngoài D của trục then hoa

- Đường kính trung bình d1 của trục then hoa : d 1 =

2

d

D

- Chiều rộng B của mayơ

- Chiều dài của trục then hoa l, thường lớn hơn hoặc bằng chiều rộng B của moayơ

- Số then trên trục Z

- Kích thước tiết diện then, gồm chiều cao then h và chiều rộng then b

III.5 Đánh giá mối ghép then và then hoa

 Ưu nhược điểm của mối ghép then

Ưu điểm : Cấu tạo đơn giản và chắc chắn, dễ tháo lắp; giá thành rẽ

Nhược : Phải làm rãnh then trên trục ⇒ tiết diện trục bị giảm và sinh ra tập trung ứng suất ⇒ làm yếu trục

 Ưu nhược điểm của mối ghép then ghép căng

Ưu điểm: Vì tạo thành mối ghép căng ⇒ không những then truyền được momen xoắn

đồng thời có thể truyền được lực dọc trục Then ghép căng là có thể chịu được va đập

Nhược điểm : Gây lệch tâm nhiều ⇒ làm tăng rung động của các chi tiết máy được ghép, làm moayơ bị nghiêng (⇒ hiện nay ít dùng trong các máy chính xác)

 Ưu nhược điểm của mối ghép then hoa

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

Ưu điểm

+ Mối ghép được tâm đồng hơn, dễ di động chi tiết máy trên trục

+ Khả năng chịu tải lớn hơn (so với mối ghép then cùng kích thước, do bề mặt làm việc lớn hơn, tải trọng phân bố đều hơn trên bề mặt răng)

+ Độ bền mỏi cao hơn, chịu va đập và tải trọng động tốt hơn

Nhược điểm

+ Tập trung ứng suất ở góc rãnh (tuy nhiên ít hơn so với mối ghép then)

+ Tải trọng phân bố giữa các răng không đều

+ Cần dụng cụ và thiết bị chuyên dùng để chế tạo và kiểm tra

IV Mối ghép có độ dôi

IV.1 Khái niệm về mối ghép có độ dôi

 Giới thiệu mối ghép bằng độ dôi

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

Để lắp ghép bằng độ dôi thì đường kính A của lỗ phải nhỏ hơn đường kính B của trục

Độ dôi :  = B - A

Hình 3.19 : Mối ghép có độ dôi

Sau khi ghép, do biến dạng đàn hồi và dẻo, đường kính của bề mặt tiếp xúc là d (hình 3.19) Trên bề mặt này có áp suất p ⇒ tạo nên lực ma sát cản lại sự trượt tương đối giữa hai bề mặt tiếp xúc ⇒ mối ghép có thể truyền được momen xoắn, lực dọc trục Ngoài ra còn có thể chịu được momen uốn

 Các phương pháp lắp để tạo mối ghép độ dôi

Để lắp ép được dễ dàng, bớt làm hỏng mặt đầu trục và mép lỗ, nên vát đầu trục và mép

lỗ

Phương pháp nung nóng

Nung nóng lỗ để đường kính của lỗ tăng lên

Với các chi tiết máy có chiều dài l lơn hơn nhiều so với đường kính (l >> d), dùng phương này thuận tiện hơn so với dùng phương pháp ép

Tuy nhiên, cần chú ý đến giới hạn nhiệt độ nung để tránh cho các chi tiết máy khỏi bị ram, làm thay đổi cấu trúc kim loại hoặc tránh làm cháy mặt ngoài của chi tiết máy Cần

đề phòng chi tiết máy bị cong vênh do nung nóng