Chương 12 - Lò xo

Công dụng Lò xo là chi tiết máy có tính chất đàn hồi đàn tính, khối lượng và kích thước nhỏ - gọn, được dùng trong các dụng - Đo lực trong các khí cụ, lực kế, cân lò xo,… - Tích lũy

CHƯƠNG 12

LÒ XO

12.1 KHÁI NIỆM CHUNG

12.1.1 Công dụng

Lò xo là chi tiết máy có tính chất đàn hồi (đàn tính), khối

lượng và kích thước nhỏ - gọn, được dùng trong các dụng

- Đo lực trong các khí cụ, lực kế, cân lò xo,…

- Tích lũy cơ năng và sau đó làm việc như một động cơ (dây cót đồng hồ);

- Thực hiện các chuyển dịch để trở về vị trí cũ trong các van, cam,…

Phân loại

- Theo dạng tải trọng:

 Lò xo kéo (extension spring): dùng để tạo lực kéo (H.12.1a);

 Lò xo nén (compression spring): dùng để tạo lực nén (H.12.1b);

 Lò xo chịu xoắn (torsion spring): dùng tạo mômen xoắn (H.12.1c) ;

 Lò xo chịu uốn (leaf spring): (ví dụ như lò xo nhíp trong ôtô, tầu

hỏa,…H.12.1d

a)

Phân loại

- Theo hình thức cấu tạo:

 Lò xo xoắn ốc trụ - helical springs (H.12.1a, b, c);

 Lò xo nhíp – leaf springs (H12.1dd);

 Lò xo côn – cone springs (H12.2a);

 Lò xo đĩa – disc springs (H12.2b);

 Lò xo xoáy ốc – spiral springs (ví dụ như dây cót đồng hồ -

Phân loại

- Theo đặc tính:

 Lò xo có độ cứng không đổi (đa số các lò xo có độ cứng

không đổi trong quá trình làm việc : C = const)

 Lò xo có độ cứng thay đổi (C const)

chống ăn mòn)

 Đối với lò xo xoắn ốc trụ chịu kéo (nén), sau khi tạo hình phải kéo bức (hoặc nén bức) từ 6 ÷ 48 giờ

12.2 CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

LÒ XO XOẮN ỐC TRỤ KÉO – NÉN

12.2.1 Đặc điểm kết cấu

- Lò xo xoắn ốc trụ chịu kéo (H.12.3a):

 Khi chưa làm việc các vòng lò xo sít nhau;

 Hai đầu lò xo có móc để liên kết với chi tiết máy khác;

- Lò xo xoắn ốc trụ chịu nén (H12.3b):

 Khi chưa làm việc các vòng lò xo hở;

 Hai đầu lò xo được làm phẳng

Hình 12.3 a)

b)

12.2.2 Thông số hình học

Được cuộn từ thép dây có tiết diện tròn hoặc chữ nhật, với các thông số hình học (H.12.4):

 Kích thước tiết diện dây lò xo: d (mm);

 Đường kính trung bình của lò xo: D (mm);

 Đường kính ngoài của lò xo: Dng = D + d, (mm);

 Đường kính trong của lò xo: Dtr = D  d, (mm);

 Chỉ số lò xo (c): c = D/d, tra bảng 12.1

Bảng 12.1 Chỉ số c của lò xo

d, mm ≤ 2,5 3÷5 6÷12

H

 Số vòng làm việc của lò xo: n (vòng);

 Số vòng toàn bộ của lò xo (no):

no = n + (1 ÷ 2)

 Bước của lò xo khi chưa chịu tải: p (mm);

 Góc nâng của lò xo khi chưa chịu tải ():

o 𝑙𝑘 - Chiều dài của đoạn dây ở hai đầu lò xo

 Chiều cao (chiều dài) của lò xo: H, mm;

Hình 12.4

H

12.2.2 Thông số hình học

Hình 12.5a

 Lò xo kéo (H.12.5a):

 Chiều cao (chiều dài) khi chưa chịu tải (F = 0):

o Chiều dài toàn bộ: Ho (mm);

 Lò xo nén (H.12.5b):

 Chiều cao toàn bộ Ho (mm);

 Chiều cao (chiều dài) khi lắp (chịu tải Fmin): Hmax (mm);

 Chiều cao (chiều dài) khi làm việc (chịu tải Fmax): Hmin (mm);

 Chiều cao (chiều dài) khi chịu lực giới hạn (Flim ): Hx hay Hlim (mm)

Hình 12.5b

12.2.2 Thông số hình học

Lực kéo (hoặc nén) tác dụng vào trục lò xo: F (N)

 Tại tiết diện bất kỳ dây lò xo nén (H.12.6) chịu

 T - mômen xoắn, T = M.cos;

 Mu - mômen uốn, Mu = M.sin

 Lực (F) gây ra lực pháp tuyến (N) và lực cắt (Q):

𝐹 = 𝑁 + 𝑄

12.2.3 Tải trọng tác dụng

- Thực tế góc nâng lò xo:  = (8 ÷ 12o), nên:

 Có thể bỏ qua mômen uốn (Mu), lực pháp tuyến (N) và lực cắt (Q);

 Chỉ tính lò xo theo mômen xoắn (T);

 Để bù lại phần bỏ qua, xem như cos =1

12.2.3 Tải trọng tác dụng

Chuyển vị đàn hồi dọc trục của lò xo chịu kéo (nén) λ , được

xác định theo tích phân More (hình 12.2 và 12.3): (12.2)

 n - Số vòng làm việc của lò xo

- Khi lực F thay đổi (Fmin ÷ Fmax )  chuyển vị đàn hồi của lò

xo λ thay đổi (λmin ÷ λmax)

 Chuyển vị làm việc của lò xo (hay khoảng điều chỉnh):

x = λmax – λmin = λ1.n(Fmax - Fmin) (12.3)

 Khi tính toán lò xo:

 Chỉ quan tâm đến ứng suất có giá trị lớn trong dây lò xo;

 Các sai số trong tính toán được bù lại bằng cách chọn đúng ứng

suất cho phép và hệ số an toàn cho phép

Độ bền của lò xo phải thỏa mãn điều kiện:

  - ứng suất xoắn lớn nhất sinh ra ở thớ biên phía trong;

 k - Hệ số tăng ứng suất do dây bị uốn cong:

Từ (12.5) có:

12.2.5 Tính toán độ bền của lò xo

 Fmax - Tải trọng lớn nhất tác dụng lên lò xo khi làm việc (N)

- Từ d(mm) tính theo (12.6)  lấy tròn d theo dãy số sau (GOST9389 - 75):

 Thông số đầu vào:

 Lực tác dụng lên lò xo (F);

 Chuyển vị làm việc (x);

 Kích thước giới hạn lò xo trong khuôn khổ của cơ cấu sử dụng

lò xo

 Lò xo được tính toán theo trình tự (6 bước):

1) Chọn vật liệu và xác định ứng suất xoắn cho phép ([]);

4) Xác định đường kính trung bình của lò xo (D):

D = c.d , (mm)

5) Tính các thông số còn lại khác của lò xo (tùy thuộc vào lò xo

chịu kéo hoặc chịu nén)

6) kiểm nghiệm điều kiện ổn định dọc trục của lò xo

 Đối với lò xo chịu nén: Ho/D ≤ 2,5 ÷ 3, nếu không thỏa mãn cần làm cốt tựa cho lò xo

12.2.6 Chỉ dẫn thiết kế

3 Tính đường kính dây theo công thức (12.7) :

CÂU HỎI ÔN TẬP

- Lò xo - công dụng và phân loại (minh họa bằng hình vẽ)?

- Cấu tạo và các thông số hình học chủ yếu của lò xo xoắn ốc trụ chịu kéo và chịu nén?

- Phân biệt lò xo xoắn ốc trụ chịu kéo và chịu nén Nêu trình tự tính toán thiết kế lò xo xoắn ốc trụ chịu kéo (nén)?

LÝ THUYẾT

HẾT CHƯƠNG 12

THANKS!