Trục Đồ án chi tiết máy BKHN

Định nghĩa Trục là chi tiết máy dùng để đỡ các chi tiết máy quay, để truyền moment xoắn hoặc thực hiện cả hai nhiệm vụ trên.. Trục truyền gồm có: - Trục truyền động: mang các chi tiế

Chương 6

TRỤC

6.1 KHÁI NIỆM CHUNG

6.1.1 Định nghĩa

Trục là chi tiết máy dùng để đỡ các chi tiết máy quay, để truyền moment xoắn hoặc thực hiện cả hai nhiệm vụ trên

Hình 6.1 Các chi tiết máy lắp trên trục

1 Bánh răng 2 Ổ lăn 3 Bánh đai 4 Trục

Trục 4 mang bánh răng 1 và bánh đai 3 Moment xoắn được truyền đến bánh đai 3, do bánh đai 3 lắp cố định trên trục nên moment xoắn sẽ được truyền tiếp cho bánh răng 1 thông qua trục

6.1.2 Phân loại

a Theo đặc điểm chịu tải trọng:

 Trục truyền: vừa chịu moment uốn (đỡ các chi tiết quay) vừa truyền moment xoắn

(hình 6.1) Trục truyền gồm có:

- Trục truyền động: mang các chi tiết máy truyền động như bánh răng, bánh đai…

- Trục chính : mang các chi tiết máy truyền động và các bộ phận công tác của

máy như cánh khuấy, lưỡi cắt…

 Trục tâm: chỉ chịu moment uốn và có hai loại:

- Trục tâm không quay cùng chi tiết

- Trục tâm quay cùng chi tiết

b Theo hình dạng đường tâm trục:

 Trục thẳng: có đường tâm trục là một đường thẳng

 Trục khuỷu: đường tâm của các đoạn trục song song với nhau Trục khuỷu dùng để

biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến hoặc ngược lại

 Trục mềm: có đường tâm trục thay đổi

- Trục mềm dùng để truyền moment xoắn giữa các bộ phận máy hoặc giữa các

máy có vị trí thay đổi khi làm việc Thường dùng trục mềm trong các máy rung bê tông, trong các thiết bị điều khiển và kiểm tra từ xa Đặc điểm chủ yếu của trục mềm là độ cứng xoắn cao nhưng độ cứng uốn thấp

- Trục mềm thường được cấu tạo bằng các dây cuộn, gồm nhiều lớp dây thép

hoặc đồng cuộn quanh một lõi Lõi là một dây thép đơn, sau khi quấn xong các lớp dây thép thì lõi có thể được rút ra hoặc có thể để nguyên

c Theo cấu tạo trục thẳng:

 Trục trơn: có đường kính không thay đổi

 Trục bậc: gồm nhiều đoạn trục có đường kính khác nhau

 Trục rỗng: dùng khi cần giảm khối lượng trục hoặc khi lắp đặt các chi tiết khác bên trong trục

d Theo tiết diện trục:

 Trục tròn

 Trục then hoa

 Trục định hình

Hình 6.2 Các dạng trục chủ yếu

a) Trục truyền trơn b) Trục truyền bậc c) Trục chính máy cắt d) Trục tuabin

e) Trục khuỷu f) Trục tâm quay g) Trục tâm không quay h) Trục mềm

6.2 KẾT CẤU VÀ VẬT LIỆU CHẾ TẠO TRỤC (SV tự đọc trong tài liệu [1])

6.2.1 Kết cấu

Kết cấu trục đơn giản bao gồm: ngõng trục, thân trục, vai trục và các bề mặt chuyển tiếp

- Ngõng trục: đoạn trục để lắp các ổ trục (ổ lăn, ổ trượt) Đường kính ngõng trục chọn theo

kích thước của ổ trục

- Thân trục: đoạn trục để lắp các chi tiết quay như bánh đai, bánh răng… Đường kính thân

trục chọn theo dãy tiêu chuẩn (trang 344, tài liệu [1])

- Vai trục: đoạn trục để chặn không cho chi tiết di chuyển dọc trục

- Các bề mặt chuyển tiếp: phần trục nằm giữa hai đoạn trục có đường kính khác nhau Có thể

là góc lượn, rãnh tròn hoặc rãnh thoát dao Các bề mặt chuyển tiếp là nơi tập trung ứng suất lớn

Ngõng trục

Vai trục

Thân trục

Bề mặt chuyển tiếp

Hình 6.3 Kết cấu trục

6.2.2 Vật liệu chế tạo (SV tự đọc trong tài liệu [1])

6.3 CÁC DẠNG HỎNG VÀ CHỈ TIÊU TÍNH

6.3.1 Các dạng hỏng

Các dạng hỏng chủ yếu của trục bao gồm: gãy trục, mòn trục và trục không đủ độ cứng vững

 Gãy trục: trục bị gãy do quá tải hoặc do mỏi bởi các nguyên nhân sau:

- Thường xuyên làm việc quá tải do khi tính toán không đánh giá đúng đặc điểm và trị số của tải trọng

- Có sự tập trung ứng suất lớn do kết cấu trục gây nên (góc lượn, rãnh then, lỗ khoan…) hoặc do chất lượng chế tạo xấu (có vết xước khi gia công, kỹ thuật nhiệt luyện kém…)

- Lắp ráp và sử dụng không đúng kỹ thuật (không đúng kiểu lắp, ổ trục điều chỉnh không đúng, khe hở bù trừ nhiệt quá nhỏ…)

 Mòn trục: trường hợp ngõng trục lắp ổ trượt, nếu tính toán và sử dụng sai yêu cầu kỹ

thuật thì màng dầu bôi trơn không hình thành được Do đó, sẽ sinh ra ma sát trên bề mặt làm việc, ngõng trục bị nóng lên và lót trục bị mòn nhanh Trục có thể bị dính, bị xước

và mất khả năng làm việc

 Trục không đủ độ cứng: dưới tác dụng của lực, nếu không đủ độ cứng, trục sẽ biến

dạng, ảnh hưởng đến khả năng làm việc của ổ trục, phá hỏng sự tiếp xúc bề mặt làm việc của các chi tiết truyền động

6.3.2 Chỉ tiêu tính

 Đối với trục không quay và ứng suất không đổi: tính theo độ bền tĩnh

 Đối với trục quay nhanh: tính toán theo độ bền mỏi vì ứng suất sinh ra trên trục thay đổi (khoảng 50% dạng hư hỏng trục chủ yếu do mỏi)

 Đối với trục quay chậm: tính theo độ bền mỏi và độ bền tĩnh để tránh hỏng trục do quá tải

 Ngoài ra để các chi tiết lắp với trục làm việc bình thường, ta còn phải tính trục theo độ

cứng Đối với các trục quay với vận tốc cao, ta còn phải tính theo độ ổn định dao động

6.4 TÍNH TRỤC THEO CHỈ TIÊU ĐỘ BỀN

Tính toán trục theo chỉ tiêu độ bền để tránh gãy trục

6.4.1 Tính sơ bộ đường kính trục

Khi tính sơ bộ, ta chỉ dựa vào moment xoắn T để xác định đường kính trục (bỏ qua moment

uốn) Dưới tác dụng của moment xoắn, trong trục sinh ra ứng suất xoắn:

3

0 0 d,2

T W



trong đó, W : moment chống xoắn của tiết diện, 0 3

3

0 0,2

d

W   (mm 3 ),

d : đường kính trục, mm

Điều kiện bền:

] [ 2

,

d

T (6.2)

3 3

] [

5 ] [ 2 ,

T T

Có thể bỏ qua bước tính sơ bộ nếu đã có kinh nghiệm chọn đường kính trục

6.4.2 Tính chính xác đường kính trục

Khi tính chính xác, ta dựa vào moment xoắn T và moment uốn M để xác định đường kính

trục Ta thực hiện các bước theo trình tự sau:

1 Phác thảo sơ đồ trục

2 Đặt lực tác dụng lên trục

3 Thay trục bằng một dầm sức bền

4 Giải phóng liên kết Tính các phản lực gối tựa

5 Vẽ biểu đồ nội lực (bỏ qua biểu đồ lực cắt): M x,M y,T

6 Tính moment tương đương M td tại tiết diện nguy hiểm Xác định đường kính trục

7 Vẽ kết cấu trục

Theo thuyết bền 4:

] [ 3



3

1 , 0 4

3 1

, 0

1

d

M T

M M d

td y

x

Điều kiện bền:

] [ 1

,

d

td (6.5) Suy ra, đường kính trục phải thỏa điều kiện sau:

3

] [ 1 ,

0 td

M

d  (6.6)

6.4.3 Kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn về mỏi

Kiểm tra hệ số an toàn về mỏi theo công thức (đối với trục truyền):

2

s s

s s













(6.7) với

m a

K

s



















(6.8)

m a

K

s



















(6.9)

trong đó, [s]1,52,5: hệ số an toàn cho phép,

s , s : hệ số an toàn chỉ xét riêng cho ứng suất uốn và ứng suất xoắn, 1,1 : giới hạn mỏi uốn và giới hạn mỏi xoắn của vật liệu,

1(0,40,5)b ; 1(0,220,25)b (6.10) b : giới hạn bền của vật liệu,

a, m,a,m : biên độ và giá trị trung bình của ứng suất uốn, ứng suất xoắn , : hệ số xét đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình đến độ bền mỏi,

phụ thuộc vào cơ tính của vật liệu (hình 2.9, trang 44 hoặc trang

361, tài liệu [1]),

,  : hệ số kích thước, (hình 2.6, trang 41 hoặc tra bảng 10.3, trang 362,

tài liệu [1]),

 : hệ số tăng bền bề mặt (hình 2.7, trang 42 hoặc tra bảng 10.4, trang

362, tài liệu [1]),

K , K : hệ số xét đến ảnh hưởng của sự tập trung tải trọng đến độ bền mỏi

(tra bảng 10.5, 10.6, 10.7, 10.8, trang 363, tài liệu [1]),

Ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng:

W

M

a max 

 , m 0 (6.11) Ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động khi trục quay 1 chiều:

0

max

2

T

m

a   

 , m 0 (6.12)

Ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ đối xứng khi trục quay 2 chiều:

m 0 ,

0 max

W

T

a  

 (6.13)

Các giá trị W và W xác định như sau: 0

 Khi trục đặc:

1 ,

0 d

W  ; 3

0 0 d,2

W  (6.14)

 Khi trục rỗng:

32

54 , 1

3











 

d d

W



;

32

3

0











 

d d W



(6.15)

 Khi trục có 1 then:

d

t d bt d W

2

) ( 32

2

3  

d

t d bt d W

2

) ( 16

2 3

0





 (6.16)

 Khi trục có 2 then:

d

t d bt d W

2 3

) ( 32





d

t d bt d W

2 3

0

) ( 16





 (6.17)

trong đó, d : đường kính lỗ rỗng trong trục; 1 b, t: bề rộng và chiều sâu rãnh then

6.4.4 Kiểm nghiệm trục theo độ bền tĩnh

Để đề phòng trục bị biến dạng dẻo quá lớn hoặc gãy khi bị quá tải đột ngột, ta cần kiểm

nghiệm trục theo điều kiện:

td  2  3 2  [  ] (6.18) với

3 1 ,

0 d

M W





 (6.19)

0 0 d,2

T W





 (6.20)

trong đó, []0,8ch: ứng suất quá tải cho phép với ch là giới hạn chảy của vật liệu,

, : ứng suất uốn và ứng suất xoắn,

M , qt T qt : moment uốn và moment xoắn tại các tiết diện nguy hiểm khi quá tải,

W , W0 : moment chống uốn và moment chống xoắn của tiết diện,

6.5 TRÌNH TỰ THIẾT KẾ TRỤC (SV tự đọc trong tài liệu [1])

Thông số đầu vào: moment xoắn T , số vòng quay 1 n 1

Thực hiện theo các bước sau:

1 Xác định lực tác dụng lên trục của các chi tiết máy lắp trên nó

2 Chọn vật liệu chế tạo trục và tra các giá trị giới hạn bền b, giới hạn chảy ch Tính hoặc chọn ứng suất uốn cho phép ][

3 Tính sơ bộ đường kính trục theo công thức (6.3)

4 Tính chính xác đường kính trục theo công thức (6.6) với trình tự như phần 6.4.2

5 Kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn, công thức (6.7)

6 Kiểm nghiệm trục theo độ bền tĩnh, công thức (6.18)

7 Đối với các trục quan trọng, ta cần phải kiểm tra trục theo độ cứng, độ ổn định dao động