Chương 9 - Truc

 Theo đặc điểm chịu tải: - Trục tâm: dùng đỡ các chi tiết máy, có thể quay hoặc đứng yên H.9.2a trục tâm chỉ chịu mômen uốn; VD: trục puly hoặc trục bánh xe tầu hỏa; - Trục truyền: H.

CHƯƠNG 9

TRỤC

9.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI

9.1.1 Khái niệm

“Trục là chi tiết dùng để đỡ các chi tiết máy quay như bánh răng, bánh đai, đĩa xích,…nhờ đó chúng có vị trí xác định trong không gian để thực hiện việc truyền chuyển động và mômen xoắn (hình 9.1)”

4

Hình 9.1

 Theo đặc điểm chịu tải:

- Trục tâm: dùng đỡ các chi tiết máy,

có thể quay hoặc đứng yên (H.9.2a)

(trục tâm chỉ chịu mômen uốn);

VD: trục puly hoặc trục bánh xe tầu hỏa;

- Trục truyền: (H.9.2b) vừa đỡ chi tiết

máy vừa truyền mômen xoắn (chịu cả

mômen uốn và mômen xoắn);

VD: trục trong hộp giảm tốc hoặc hộp tốc

 Theo hình dạng của đường tâm:

- Trục thẳng: (H.9.3a) trục có đường tâm thẳng;

- Trục khuỷu: (H.9.3b) trục có đường tâm phân bố dạng bậc;

- Trục mềm: (H.9.3c) trục có đường tâm thay đổi trong quá

trình làm việc (trục mềm trong đầm dùi)

6

9.1.2 Phân loại trục

Hình 9.3 b)

a)

c)

2/4

 Theo cấu tạo:

7

 Theo cấu tạo:

8

 Kết cấu trục đƣợc quyết định bởi:

 Trị số tải trọng và tình hình phân bố tải trọng trên trục;

 Cách bố trí và cố định các chi tiết máy lắp trên trục;

 Phương pháp gia công (tăng bền) trục và lắp ráp trục trong máy,…

- Trục trơn:

 Ưu điểm: dễ phương diện chế tạo, không có tập trung ứng suất

 Nhược: Không lợi về phương diện lắp ráp và độ bền đều,…  ít dùng ;

- Trục bậc: trên mỗi đoạn có thể lắp bánh răng, vòng đệm, ổ,

vòng chặn,…

 Nhược điểm: khó chế tạo và có tập trung ứng suất lớn

 Ưu điểm: Kết cấu trục bậc thỏa mãn hầu hết các yêu cầu đặt ra,  được dùng phổ biến

9

 Trục bậc đƣợc cấu thành bởi (H.10.4):

 Đoạn trục: phần của trục có cùng kích thước đường kính;

 Bậc trục: chỗ chuyển tiếp giữa hai đoạn trục;

 Đầu trục: là hai mặt mút của trục;

 Thân trục: (đoạn lắp ghép) là đoạn trục dùng để lắp ghép

với các chi tiết máy truyền động;

10

10.1.3 Cấu tạo của trục bậc

Hình 10.4

2/3

 Ngõng trục: đoạn trục dùng để lắp ghép với ổ;

 Vai trục: là mặt tỳ để cố định các chi tiết máy lắp trên trục

theo phương dọc trục;

 Rãnh then: dùng để lắp then (cố định các chi tiết máy quay

theo phương tiếp tuyến);

 Lỗ tâm: trên mặt mút dùng để lắp mũi chống tâm khi gia

công, kiểm tra hoặc sửa chữa trục;

11

9.1.3 Cấu tạo của trục bậc

Hình 9.4

3/3

KHÁI NIỆM CHUNG

PHÂN LOẠI

KẾT CẤU

THEO ĐẶC ĐIỂM CHỊU TẢI

THEO CẤU TẠO

THEO HÌNH DẠNG ĐƯỜNG TÂM TRỤC

Trục

Dùng để đỡ các chi

tiết máy quay, truyền

mômen xoắn hoặc

thực hiện đồng thời

hai nhiệm vụ này

Trục tâm Trục truyền Trục trơn Trục bậc Trục đặc và rỗng Trục thẳng Trục khuỷu Trục mềm

9.2 Cơ sở tính toán thiết kế trục

9.2.1 Tải trọng tác dụng lên trục

 Sơ bộ định kết cấu trục, cần thiết có biểu đồ mômen:

 Mômen uốn đứng My (trong mặt phẳng đứng zOy);

 Mômen uốn ngang Mx (trong mặt phẳng ngang zOx)

- Xác định tải trọng tác dụng lên trục và vẽ biểu đồ mômen (quy định và quy ước theo hệ trục tọa độ Oxyz):

 Lực tại tâm ăn khớp của các bộ truyền bánh răng, trục vít

(có chiều phụ thuộc vào tọa độ của điểm đặt lực);

 Lực căng đai - xích F r, được thu về đường tâm trục hướng vuông góc tới đường tâm trục còn lại;

 Tải trọng phụ tại khớp nối F k: Fk = (0,2 ÷ 0,3) Ft

o có chiều được chọn sao cho làm tăng ứng suất và biến dạng cho trục

(tốt nhất trên phương Ox);

 Mômen xoắn T và các lực từ các bộ truyền tác dụng lên trục;

 Từ các phương trình hình chiếu và mômen trong mặt phẳng zOy, zOx  xác định phản lực tại các gối  vẽ biểu đồ mômen uốn M(Mx, My) và biểu đồ mômen xoắn T

CÁC BƯỚC ĐỊNH KẾT CẤU TRỤC SƠ BỘ

 Ứng suất uốn (σ): gây nên bởi mômen uốn M, thay đổi theo

chu trình đối xứng khi trục quay 1 hoặc 2 chiều:

2 2

x y min

m a max min max

9.2.2 Ứng suất trong các tiết diện trục

 Ứng suất xoắn (): thay đổi theo chu trình đối xứng, khi

trục quay hai chiều:

Chú ý: với trục then hoa, ứng suất dập mặt bên răng có ảnh

hưởng đến độ bền mỏi của trục  cần thiết kiểm tra về điều kiện bền dập

 Yêu cầu:

- Có độ bền cao, ít nhậy với tập trung ứng suất;

- Có tính công nghệ cao (có thể nhiệt luyện được)

 Vật liệu dùng làm trục, gồm:

- Trục chịu ứng suất hạn chế: dùng thép CT5 không nhiệt

luyện;

- Trục chịu ứng suất khá lớn: dùng thép C35; C45; C50;… kết

hợp với nhiệt luyện;

- Trục chịu ứng suất lớn hoặc làm việc trong các máy quan

trọng: dùng thép hợp kim 40X (40Cr); 40XH (40CrNi);…kết

hợp với nhiệt luyện;

 Phôi trục chủ yếu là phôi cán hoặc rèn

18

9.2.3 Vật liệu làm trục

- Gẫy trục, nguyên nhân:

 Trục thường xuyên làm việc quá tải (khi thiết kế không đánh giá đúng tải trọng tác dụng và ứng suất);

 Sự tập trung ứng suất lớn tại chỗ hạ bậc, rãnh then, lỗ,…hoặc chất lượng chế tạo trục thấp gây ra các vết xước hoặc nhiệt luyện không đạt yêu cầu,…  làm giảm khả năng chịu mỏi của trục;

 Sử dụng trục không đúng kỹ thuật (điều chỉnh ổ trục không đúng, khe hở cần thiết quá nhỏ,…);…

 Khi trục chịu lực rung động có thể bị gẫy do cộng hưởng

- Trục bị cong - vênh do không đủ độ cứng;

- Trục bị mất ổn định khi chịu tải trọng dọc trục lớn;

- Ngõng trục bị mòn (trục lắp với ổ trượt) do không tạo được

màng dầu bôi trơn hoặc đóng- mở máy nhiều lần khi làm việc

19

9.2.4 Các dạng hỏng

Sơ đồ hình thành hỏng hóc của trục dưới tác dụng của mô men uốn

9.2.4 Các dạng hỏng

1) Tính gần đúng trục theo độ bền để tránh gẫy trục: σtđ ≤ [σ]; 2) Kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn để đảm bảo độ bền mỏi

của trục: s ≥ [s];

3) Tính trục chịu quá tải: σqt ≤ [σqt];

4) Tính trục chịu dao động;

5) Đối với trục mảnh cần kiểm tra các chỉ tiêu về độ cứng;

6) Đối với trục chịu lực dọc trục lớn cần kiểm tra về điều kiện ổn

định

 σtđ - Ứng suất tương đương tại tiết diện nguy hiểm của trục, MPa;

 [σ]- Ứng suất cho phép của trục (theo độ bền tĩnh), MPa;

 s- Hệ số an toàn tại tiết diện nguy hiểm của trục (theo độ bền mỏi);

 [s]- Hệ số an toàn cho phép của trục;

 σqt- Ứng suất do tải trọng quá tải, MPa;

 [σqt]- Ứng suất cho phép khi quá tải (theo độ bền tĩnh), MPa

21

Chỉ tiêu tính toán

 Tính trục theo độ bền tĩnh (đối với trục không quay)

 Tính trục theo độ bền mỏi (đối với các trục quay, tải trọng tác

dụng gây ra ứng suất thay đổi nên đa số trục bị gẫy sau một số lớn chu kỳ chịu tải khoảng 40 ÷ 50 %)

 Tính trục theo độ cứng (trục bị võng lớn)

 Tính kiểm nghiệm trục về dao động (thường xảy ra đối với trục

lệch tâm hoặc quay nhanh)

Chỉ tiêu tính toán

9.3 Chỉ dẫn thiết kế trục

1) Chọn vật liệu trục và phương pháp nhiệt luyện;

2) Xác định tải trọng tác dụng lên trục (lược đồ hóa trục và đặt các

lực tác dụng : Ft, Fr, Fa, Fk,… theo quy định và quy ước );

3) Xác định phản lực tại các gối trong mặt phẳng zOy (phương Oy),

zOx (phương Ox), vẽ biểu đồ mômen uốn M và mômen xoắn T; 4) Tính sơ bộ đường kính trục (d), gồm các trường hợp:

 TH1: Biết trước chiều dài trục và k.cách giữa các điểm đặt lực

 vẽ biểu đồ mômen M và T  tính đường kính trục tại t.diện j:

 

tdj 3

 TH2: Chưa biết chiều dài trục và k.cách giữa các điểm đặt lực

(chưa thể vẽ được biểu đồ mômen uốn Mx, My ), thì:

- Sử dụng công thức kinh nghiệm:

 Với trục nối với trục động cơ bằng khớp nối: dsb = (0,8÷ 1,2) dđc

 Với trục lắp bánh răng bị dẫn trong HGT: dsb = (0,3÷ 0,35)aw

- Tính trục theo mômen xoắn T (Nmm):

 Với các đoạn trục nằm phía ngoài hai ổ (chỗ lắp khớp nối, bánh răng ngoài, bánh đai, đĩa xích,… hoặc trục chỉ lắp một chi tiết máy quay)

Trình tự tính toán

5) Làm tròn dsb theo tiêu chuẩn (d = 10; 12; 15; 17; 20; …;

50;…,mm);

6) Coi trục như trục trơn và tra ổ lăn (có chiều rộng ổ lăn B):

 Chọn chiều dài ngõng trục lắp ổ trượt l (l/d = 0,6 ÷ 1);

 Chiều dài thân trục lắp mayơ bánh răng lm: lm = (1,2 ÷ 1,6)d,

 Chọn khoảng cách giữa các chi tiết máy quay với nhau (từ 5 đến 10 mm)

và giữa chi tiết máy quay với chi tiết đứng yên (từ 10 đến 15 mm),… khoảng cách giữa các điểm đặt lực

7) Tính phản lực tại các gối theo các phương Oy và Ox, vẽ biểu đồ

mômen uốn (Mx My) và mômen xoắn T

8) Xác định tiết diện nguy hiểm j và tính đường kính trục;

 Có thể dựa vào đường kính trục sơ bộ (dsb) để chọn dj theo kinh nghiệm

hoặc Sổ tay

Trình tự tính toán

9) Vẽ sơ bộ kết cấu trục, chú ý đến:

 Điều kiện về độ bền đều và tránh xẩy ra tập trung ứng suất (kết cấu trục phù hợp với dạng biểu đồ mômen, các đoạn trục liền kề có đường kính chênh nhau từ 5 đến 10 mm, bố trí vai trục và bán kính góc lượn tại chỗ hạ bậc trục hợp lý,…);

 Việc chế tạo, lắp và tháo các mối ghép bằng độ dôi, then - then hoa ,… (rãnh then nên bố trí trên cùng một phương và có bề rộng giống nhau, đường kính các ngõng trục bằng nhau)

10) Tính trục theo độ bền mỏi tại các tiết diện nguy hiểm theo:

 

S  S

Trình tự tính toán

 Nếu cần, tìm biện pháp giảm tập trung ứng suất (ví dụ tăng bán kính góc lượn tại chỗ hạ bậc trục, gia công rãnh then trên trục bằng dao phay đĩa, tăng bền bề mặt trục bằng nhiệt - hóa

- cơ luyện hoặc thay đổi vật liệu trục tốt hơn)

 Nếu S < [S] xử lý tùy theo trường hợp cụ thể:

 Khi đường kính trục phụ thuộc nhau về mặt công nghệ hoặc lắp ráp thì phải chấp nhận (ví dụ đường kính đầu trục nối với trục động cơ điện bằng khớp nối đã được chọn theo đường kính trục động cơ);

 Giảm đường kính trục bằng cách thay vật liệu trục bằng vật liệu kém bền hơn và tính lại trục cho đến khi thỏa mãn

Trình tự tính toán

11) Kiểm nghiệm độ bền dập của then hoa theo công thức (nếu

12) Kết hợp với tính toán ổ lăn hoặc ổ trượt, để quyết định lần

cuối kết cấu trục và tiến hành kiểm nghiệm trục về quá tải tĩnh

hoặc dao động (nếu cần)

Trình tự tính toán

Phác thảo kết cấu trục hộp giảm tốc bánh răng trụ một cấp

Phác thảo kết cấu trục trung gian bánh răng trụ hai cấp

Phác thảo kết cấu trục hộp giảm tốc bánh răng côn

Phác thảo kết cấu trục trung gian HGT bánh răng con trụ trụ hai cấp

Phác thảo kết cấu trục của HGT trục vít

9.4.Tính toán trục theo độ bền, độ

cứng và độ ổn định dao động

o a , a - Biên độ ứng suất uốn và xoắn trong tiết diện trục,(MPa)

o m , m - Ứng suất pháp và ứng suất tiếp trung bình trong tiết diện trục,(MPa)

o k , k - Hệ số tập trung ứng suất kể đến ảnh hưởng của ứng suất pháp và ứng suất tiếp

o ,  - Hệ số xét đến kể đến ảnh hưởng kích thước tuyệt đối của tiết diện trục

Trong một số trường hợp như trục chính của máy cắt kim loại,

trục động cơ điện,…Thường tính độ cứng trục theo biến dạng uốn

hoặc biến dạng xoắn, theo các điều kiện:

9.4.2 Tính trục theo độ cứng

 

y  y hoặc θ θ   và υ υ  trong đó:

   y , θ và  υ - Độ võng, góc xoay và góc xoắn cho phép của trục

y,θ và φ - Độ võng, góc xoay và góc xoắn của trục khi chịu tải

9.4.2 Tính trục theo độ cứng

Trong công thức (9.4), yt gọi là độ võng tĩnh của trục (độ

võng tương ứng với lực bằng một đơn vị)

(*)

Một số phương pháp cố định chi tiết máy trên trục

Các vị trí trên trục có tập trung ứng suất

Các biện pháp nâng cao độ bền mỏi cho trục

Hết chương 9

THANK FOR WATCHING