Bài giảng cơ sở thiết kế máy 2 - P2

Đây là bài giảng " Cơ sở thiết kế máy - tập 1 + 2 " của Thầy Lê Cung - ĐHBK Đà Nẵng . TÀi liệu này dùng cho sinh viên chuyên ngành cơ khí chế tạo máy và sinh viên ngành CN Nhiệt - điện lạnh .

PHẦN IV

CÁC CHI TIẾT MÁY GHÉP

Để tạo thành máy, các chi tiết máy và bộ phận máy cần được liên kết với nhau

ƒ Có hai loại liên kết :

+ Liên kết động (khớp động) : bản lề , ổ trục, cặp bánh răng

+ Liên kết cố định (mối ghép) : mối ghép đinh tán, mối ghép bằng hàn, mối ghép bằng độ dôi, mối ghép then, then hoa, trục định hình, mối ghép ren

ƒ Mối ghép được chia thành :

+ Mối ghép tháo được: có thể tách các bộ phận máy rời nhau mà các chi tiết máy không bị hỏng, ví dụ mối ghép ren, mối ghép then, then hoa, trục định hình

+ Mối ghép không tháo được: không thể tháo rời các bộ phận máy mà không làm hư hỏng một phần hay toàn bộ các chi tiết máy ghép, ví dụ mối ghép bằng đinh tán, mối ghép bằng độ dôi

ƒ Ngoài ra, còn phân thành :

+ Mối ghép chắc (chỉ cần bảo đảm độ bền)

+ Mối ghép chắc kín (vừa đảm bảo độ bền, vừa đảm bảo độ kín khít)

ƒ Chỉ tiêu cơ bản về khả năng làm việc của mối ghép là độ bền, bao gồm độ bền tĩnh và độ bền mỏi Cần bố trí kết cấu sao cho đảm bảo được độ bền đều giữa các phần tử được ghép, để có thể

sử dụng hết khả năng chịu tải của vật liệu

Mối ghép dùng trong các bình chứa chất lỏng hay chất khí còn cần đảm bảo độ kín khít Mối ghép trong các máy như máy công cụ cần có đủ độ cứng nhằm đảm bảo độ chính xác chi tiết

được gia công trên máy

CHƯƠNG XIII

GHÉP BẰNG ĐINH TÁN

13.1 Khái niệm chung

1 Giới thiệu mối ghép đinh tán

ƒ 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

ƒ Các loại đinh tán :

Theo hình dạng mũ đinh, phân thành :

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

- Mũ côn

- Mũ chìm

- 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

ƒ Vật liệu đinh tán : Đinh tán thường làm bằng

kim loại dễ biến dạng, thép ít các bon như CT34,

CT38, C10, C15 hoặc bằng hợp kim màu

ƒ Kích thước cơ bản của đinh tán mũ chỏm cầu :

R = (0,851)d;

S1

S2

Mũ sẵnTấm ghép (1)

Tấm ghép (2)

Đinh tánMũ tán

Hình 13.1 : Mối ghép đinh tán

a) mũ chỏm cầu b) mũ côn

d) mũ nửa chìmc) mũ chìm

Hình 13.2: Mối ghép đinh tán

Hình 13.2d : Đinh tán rỗng

Mũ tán

Hình 13.2e : Đinh tán có mũ nổ

d l

B

R

h

Hình 13.2e : Kích thước cơ bản

của đinh tán mũ chỏm cầu

ƒ Cách tạo mối ghép đinh tán

Gia công lỗ đinh (đột hay khoan) Cho đinh tán vào lỗ của mối ghép và tán lại tạo thành mũ tán Có hai phương pháp tán :

- Tán nguội : Không nung nóng đinh Dùng cho đinh tán bằng kim loại màu có d bất kỳ hay

dùng cho đinh tán bằng thép có d < (8-10mm)

- Tán nóng : Nung nóng đầu đinh tán bằng thép đến nhiệt dộ 1000÷11000C (màu đỏ tươi) Dùng cho đinh tán bằng thép có d > (8-10mm)

Để mối ghép được kín người ta tán biên, bằng cách dùng búa và đục bằng tán quanh mép biên

2 Phân loại mối ghép đinh tán

ƒ Theo công dụng, phân thành :

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

F F

S

t

d I

I

ab

cd

e

Hình 13.3a : Mối ghép chồng 1 dãy đinh

Hình 13.3b : Mối ghép giáp mối hai tấm đệm, một dãy đinh

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

ƒ 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)

13.2 Tính mối ghép chắc

1 Đặc điểm làm việc của mối ghép đinh tán

ƒ 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

Khi chịu lực ngang F (hình 13.4a), lực F có xu hướng kéo các tấïm ghép trượt tương đối với nhau ⇒ giữa các bề mặt tiếp xúc xuất hiện lực ma sát Fms

Nếu F < Fms ⇒ tải trọng truyền từ tấm nàyü sang tấm kia nhờ lực ma sát

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

ƒ 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

2 Tính mối ghép chồng chịu lực ngang

Hình 13.4a

F

F

Hình 13.4b

a) Mối ghép chồng 1 dãy đinh

Bỏ qua lực ma sát (vì rất khó xác định) Giả sử lực ngang phân bố đều trên tiết diện ngang của tấm ghép

Lực tác dụng lên mỗi đinh hay lực tác dụng lên một đoạn tấm ghép có chiều rộng bằng bước t

- hình 13.3a : F1 F

z

= với z : số đinh tán

ƒ Các dạng hỏng của mối ghép và điều kiện bền tương ứng :

4

π

Với [τ]d : ứng suất cắt cho phép của đinh

¾ Tấm ghép bị kéo đứt theo tiết diện I - I qua tâm các đinh

[ ]

Với [σ]kt : ứng suất kéo cho phép của tấm ghép, S : chiều dày tấm ghép

¾ Bề mặt tiếp xúc giữa lỗ và thân đinh bị dập

[ ]

Với [σ]d : ứng suất dập cho phép

¾ Biên bị cắt đứt theo các tiết diện ab, cd

Với [τ]t : ứng suất cắt cho phép của tấm ghép

Ghi chú : Trên thực tế, ứng suất phân bố phức tạp trong các tiết diện ab và cd ⇒ để an toàn, chiều dài

tính toán tại các tiết diện này lấy bằng : e = d/2

¾ Xuất phát từ điều kiện về độ bền đều ⇒ quan hệ giữa các kích thước của mối ghép :

Ghi chú : Trong các công thức trên đây, lực F tính bằng N, kích thước chiều dài tính bằng mm, ứng

suất tính bằng MPa (N/mm 2 ).

b) Các mối ghép khác

Tương tự như trên, cũng xuất phát từ yêu cầu về độ bền đều của mối ghép, người ta cũng tìm được quan hệ kích thước trong các mối ghép khác :

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

+ Mối ghép chồng n dãy đinh : d=2S; 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

Sau đó, tính số đinh cần thiết theo điều kiện bền cắt :

[ ]

2 d

Trong đó : i là số tiết diện chịu cắt của thân đinh

3 Hệ số độ bền của mối ghép

Để đánh giá độ bền của mối ghép, người ta so sánh nó với tấm nguyên bằng cách dùng hệ số độ bền

ϕ Hệ số độ bền ϕ là tỷ số giữa lực tối đa mà mối ghép chịu được và lực tối đa mà tấm nguyên có thể chịu được

Hệ số ϕ được xác định theo công thức : [ ]

Với các mối ghép có quan hệ kích thước như vừa nêu trên, ta có :

+ Mối ghép chồng một dãy đinh, một tiết diện chịu cắt của thân đinh: ϕ = 0,67

+ Mối ghép giáp mối hai tấm đệm, một dãy đinh: ϕ = 0,71

+ Mối ghép chồng hai dãy đinh : ϕ = 0,75

+ Mối ghép giáp mối hai tấm đệm, hai dãy đinh: ϕ = 0,83

Chúng ta thấy khả năng tải của mối ghép đinh tán giảm khá nhiều so với tấm nguyên

4 Ứng suất cho phép

Đối với các mối ghép chịu tải trọng tĩnh, hoặc chịu tải trọng thay đổi nhưng không đổi chiều, ứng suất cho phép như sau :

Trị số ứng suất cho phép MPa Loại ứng suất Cách gia công lỗ

Khoan 140 140 [τ]d

Đột 100 100

[σ] d

Đột 240 280 [σ]kt Khoan hay đột 140 160

[τ] t Khoan hay đột 90 100

Trường hợp tải trọng thay đổi đổi chiều, phải giảm bớt ứng suất cho phép giảm đi một lượng, bằng cách nhân với hệ số γ : với

Các ứng suất để tính toán là ứng suất cực đại của chu kỳ ứng suất

13.3 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 [ξ] 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 ξ tác dụng lên một đơn vị diện tích thân đinh không vượt quá giới hạn cản trượt :

[ ]

1 2

Với F1 lực mà một đinh tán phải chịu

[ξ] : ûtra bảng theo kiểu mối ghép và cường độ lực tác dụng

Mối ghép chồng một dãy đinh : [ξ] = 60 ÷ 70 MPa

Mối ghép chồng hai dãy đinh : [ξ] = 60 ÷ 65 MPa

Mối ghép chồng ba dãy đinh : [ξ] = 55 ÷ 60 MPa

Mối ghép giáp mối hai tấm đệm, hai dãy đinh : [ξ] = 95 ÷ 115 MPa

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

13.4 Đánh giá mối ghép đinh tán

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

CHƯƠNG XIV

GHÉP BẰNG HÀN

14.1 Khái niệm chung

1 Giới thiệu mối ghép hàn

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

2 Các loại mối ghép hàn

ƒ 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

ƒ Theo công dụng, phân mối ghép hàn thành :

+ Mối hàn chắc

+ Mối hàn chắc kín

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

+ Mối hàn giáp mối (hình 14.1a)

+ Mối hàn chồng (hình 14.1b)

+ Mối hàn góc dùng để ghép các chi tiết máy có các bề mặt vuông góc nhau (hình 14.1c)

ƒ 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 14.5a)

+ Mối hàn ngang : phương mối hàn vuông góc với phương chịu lực (hình 14.5b)

+ Mối hàn xiên (hình 14.7a)

+ Mối hàn hỗn hợp (hình 14.7b)

14.2 Tính độ bền mối hàn giáp mối

ƒ Mối hàn giáp mối được sử dụng rộng rãi vì đơn giản và đảm bảo hơn các loại mối hàn khác

ƒ Có hai trường hợp tính toán mối hàn :

Hình 14.1a : Mối hàn giáp mối

Hình 14.1b : Mối hàn chồng Hình 14.1c : Mối hàn góc

+ Dựa vào tải trọng tác dụng để tìm ra chiều dài hàn cần thiết, từ đó thiết kế kết cấu hàn Khi thiết kế, phải xuất phát từ điều kiện bền đều giữa mối hàn và các thành phần được ghép

+ Dựa trên kết cấu để định kích thước mối hàn, sau đó kiểm nghiệm độ bền

ƒ Tùy theo bề dày của các tấm ghép, có thể hàn theo các phương án khác nhau (hình 14.2) Nếu bề dày S của các tấm ghép là nhỏ thì không cần vát mép Nếu bề dày S trung bình hay lớn hơn, cần phải vát mép để có thể hàn thấu

ƒ Cách tính độ bền mối hàn giáp mối

Với mối hàn giáp mối, ta áp dụng các công thức dùng cho các chi tiết máy nguyên vẹn Khi chịu lực, mối hàn giáp mối thường bị phá hỏng theo mối hàn, tại tiết diện kề bên miệng hàn Tiết diện nguy hiểm của mối ghép thường là tiết diện kề bên miệng hàn, vì khi bị đốt nóng

cơ tính của vật liệu tại vùng kề bên miệng hàn bị thay đổi

¾ Mối hàn chịu lực kéo (hay nén) F trong mặt phẳng các tấm ghép (hình 14.2) :

S < 40mm 60÷700

Hình 14.2 : Kết cấu mối hàn giáp mối (hàn bằng tay)

(2)

(3) (1)

k m

m 0,7k

Hình 14.4 : Tiết diện của

Hình 14.3 : Phân bố ứng suất kéo (nén) và

ứng suất uốn trên tiết diện nguy hiểm

+

Giả sử lực tác dụng phân bố đều trên suốt chiều dài mối hàn và ứng suất phân bố đều trên tiết diện nguy hiểm, điều kiện bền : F [ ]

'bS

σ = ± ≤ σ với b và S là chiều rộng và bề dày của tấm ghép, [σ]’ là ứng suất kéo (hay nén) của mối hàn

¾ Mối hàn chịu momen uốn M trong mặt phẳng các tấm ghép :

Điều kiện bền : 2 [ ]

M

'

b S6

σ Với mối hàn giáp mối : ϕ = 0,9 ÷1,0, với mối hàn xiên : ϕ = 1

+ Khi cần tăng sức bền mỏi của mối ghép, có thể dùng mối hàn xiên

14.3 Tính độ bền mối hàn chồng

ƒ Mối hàn chồng kết cấu cồng kềnh hơn mối hàn giáp mối, nhưng không cần vát mép

ƒ Mối hàn chồng có tiết diện như trên hình 14.4 : hàn bình thường (1), hàn lõm (2), hàn lồi (3) Hàn bình thường được sử dụng rộng rãi nhất Hàn lồi gây tập trung ứng suất lớn, vì tiết diện chỗ ghép thay đổi đột ngột Hàn lõm làm giảm tập trung ứng suất, nhưng phải qua gia công cơ khí, do đó chỉ dùng trong kết cấu đặc biệt quan trọng, chịu tải trọng thay đổi

Với mối hàn dọc, chiều dài l của mối hàn thường lấy l≤50k trong đó k là bề rộng cạnh hàn, bởi vì nếu l càng lớn thì ứng suất phân bố càng không đều dọc theo mối hàn (hình 14.5a) Do có sự tập trung ứng suất lớn, do đó không nên dùng mối hàn dọc để chịu tải trọng thay đổi

Với mối hàn ngang, nên hàn cả hai mặt để tránh ứng suất uốn lớn Phần hai tấm chồng lên nhau C nên lấy :C≥4S (hình 14.5b)

Với mối hàn ngang và hàn xiên, chiều dài l của mối hàn không hạn chế

1 Tính mối hàn chồng chịu lực kéo (nén) dọc theo tấm ghép

ƒ Mối hàn dọc

Mối hàn dọc được tính theo ứng suất cắt τ Tiết diện nguy hiểm m-m Ứïng suất cắt τ phân bố không đều dọc theo chiều dài l của mối hàn (hình 14.5a) Chiều dài l càng lớn, ứng suất càng phân bố không đều

Để đơn giản, người ta tính theo ứng suất trung bình (ứng suất coi như phân bố đều dọc theo chiều dài mối hàn Điều kiện bền có dạng :

2 1

Để bảo đảm điều kiện bền đều cho hai mối hàn, ta lấy : 1 2

l = e Khi đó, ứng suất cắt sinh ra trong các mối hàn bằng nhau và điều kiện bền có dạng:

[ ]

'( ).0, 7

F

+

ƒ Mối hàn ngang

Mối hàn ngang cũng được tính theo ứng suất cắt τ Tiết diện nguy hiểm là tiết diện m-m

Ngoài ứng suất tiếp τ, trên tiết diện nguy hiểm còn có ứng suất pháp Hơn nữa, do tiết diện bị thay đổi đột ngột nên trên mối hàn có sự tập trung suất Mối hàn còn chịu momen uốn do lực tác dụng không cùng nằm trên một đường thẳng

Một cách gần đúng, ứng suất cắt τ trên tiết diện nguy hiểm và điều kiện bền của mối hàn hai mối có thể viết như sau : [ ]'

2 Tính mối hàn chồng chịu momen M trong mặt phẳng ghép

ƒ Mối hàn dọc

Ứïng suất tiếp τ phân bố không đều theo chiều dài mối hàn Phương của τ cũng thay đổi Ứng suất τ càng phân bố không đều khi chiều dài l của mối hàn càng lớn

Với mối hàn tương đối ngắn (l< b), có thể xem như ứng suất tiếp τ phân bố đều trên chiều dài lmối hàn và có phương nằm dọc theo mối hàn (hình 14.8a)

Điều kiện cân bằng lực cho ta : M =τ .0, 7 l k b

Suy ra điều kiện bền : [ ]'

ƒ Mối hàn ngang

Phân bố ứng suất tiếp trong tiết diện nguy hiểm giống như phân bố ứng suất pháp trong tiết diện ngang của dầm chịu uốn (hình 14.8b)

Do đó, điều kiện bền : 2 [ ]'

0, 7 .6

u

k l W

ƒ Mối hàn hỗn hợp

Khi chịu momen M, tấm ghép có xu hướng xoay xung quanh trọng tâm của tiết diện nguy hiểm, ứng suất tiếp lớn nhất τmax trong tiết diện này được tính theo công thức tính ứng suất xoắn lớn nhất trong dầm chịu xoắn : max

Điều kiện cân bằng lực cho ta : M =τd.A d +W u.τn

Trong đó Ad : diện tích nguy hiểm của mối hàn dọc : A d =0, 7 k l b d , Wu : momen chống uốn của tiết diện nguy hiểm của mối hàn ngang :

2

0, 7 6

n u

Hình 14.8d: Tiết diện nguy hiểm

Do : τ = τ = τ nên điều kiện bền, suy ra điều kiện bền :d n 2 [ ]'

τ : ứïng suất cực đại sinh ra do tác dụng của momen M

Ứng suất cực đại trong mối hàn và điều kiện bền (hình 14.9) :

14.4 Tính độ bền mối hàn góc

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 14.10 :

- 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

Hình 14.9 : Mối hàn hỗn hợp chịu M và F trong mặt phẳng ghép

Hình 14.11 : Mối hàn góc chịu

lực kéo F và momen uốn M

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

1 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 14.11) :

[ ]

.6

2 Mối hàn góc chịu momen uốn M u và momen xoắn T

Do k << d ⇒ ứng suất xoắn τX do momen xoắn T gây ra coi như phân bố đều trong tiết diện nguy hiểm của mối hàn (tiết diện m-m) Tiết diện nguy hiểm là hình vành khăn có đường kính trong d và đường kính ngoài d++ 2.0,7k ⇒ diện tích tiết diện nguy hiểm: A≈0, 7.k dπ

Điều kiện cân bằng lực : x.A.d T

u u

MW

14.5 Tính độ bền mối hàn tiếp xúc

ƒ Mối hàn tiếp xúc có hai kiểu :

+ Hàn giáp mối (hình 14.13)

+ Hàn chồng theo các mặt bên (hình 14.14) Có thể hàn theo điểm hay hàn theo đường

ƒ Hàn giáp mối dùng cho chi tiết máy có hình dạng và tiết diện tùy ý

m

Hình 14.12 : Mối hàn góc chịu momen

uốn Mu và momen xoắn T

Hàn điểm thường dùng cho các tấm ghép mỏng, chiều dày tấm dày nhất không nên quá ba lần chiều dày tấm mỏng nhất

Đường kính điểm hàn lấy theo chiều dày của tấm mỏng nhất : d=1, 2S 4 (mm)+ khi

S≤3 (mm) và d=1,5S 5 (mm)+ khi S>3 (mm) Các kích thước khác (hình 14.14) có thể lấy như sau : t=3d; t1=2d; t2 =1, 5d

Hàn đường dùng để ghép các chi tiết mỏng có yêu cầu kín Tập trung ứng suất trong mối hàn đường nhỏ hơn trong mối hàn điểm

ƒ Tính độ bền mối hàn tiếp xúc

¾ Với mối hàn giáp mối

Tính toán giống như với tấm nguyên Khi chịu tải trọng tĩnh, ứng suất cho phép của mối hàn có thể lấy như ứng suất cho phép của tấm nguyên Với vật liệu vì hàn mà giảm cơ tính, phải hạ thấp ứng suất cho phép Khi chịu tải trọng thay đổi, độ bền của mối hàn tiếp xúc cũng bị giảm như đối với mối hàn hồ quang

¾ Với mối hàn điểm

+ Với mối hàn điểm chịu lực F như trên hình 14.14, tính toán theo độ bền cắt

Điều kiện bền : 2 [ ]

4F

'z.i d

π Trong đó : z : số điểm hàn, i : số tiết diện chịu cắt, d : đường kính điểm hàn

+ Với mối hàn điểm chịu momen M tác dụng trong mặt phẳng ghép ⇒ tính toán tương tự như mối ghép nhóm bulông không có khe hở chịu momen M trong mặt phẳng ghép

F

F

Hình 14.13: Mối hàn tiếp xúc

(kiểu hàn giáp mối)

Hình 14.15 : Mối hàn tiếp xúc (hàn điểm)

t

¾ Với mối hàn đường

Với mối hàn đường chịu lực F trong mặt phẳng ghép (hình 14.15), điều kiện bền có dạng:

'a.b

Trong đó : a và b là kích thước của mối hàn đường

14.6 Đánh giá mối ghép hàn

ƒ 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

ƒ 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)

a

CHƯƠNG XVI

GHÉP BẰNG ĐỘ DÔI 15.1 Khái niệm chung

1 Giới thiệu mối ghép bằng độ dôi

ƒ 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

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

Độ dôi : δ = B - A

ƒ Sau khi ghép, do biến dạng đàn hồi và dẻo, đường kính của bề mặt tiếp xúc là d (hình 15.1) 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

2 Các phương pháp lắp để tạo mối ghép độ dôi

ƒ Phương pháp ép

Dùng lực để ép trục vào trong lỗ

Phương pháp này đơn giản, khá thông dụng vì được thực hiện ở nhiệt độ bình thường bằng máy ép thủy lực, máy ép trục vít

Nhược điểm là san phẳng một phần các mấp mô của bề mặt tiếp xúc ⇒ giảm độ dôi ⇒ giảm khả năng làm việc của mối ghép Ngoài ra, các chi tiết máy được ghép có thể bị biến dạng không đều và mặt đầu của chúng bị hư hỏng

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

ƒ 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

ƒ Phương pháp làm lạnh

Làm lạnh trục, tiết diện trục sẽ nhỏ lại

Phương pháp này thích hợp với các chi tiết máy có kích thước nhỏ

Khả năng làm việc của mối ghép độ dôi lắp bằng phương pháp nung nóng hay làm lạnh lớn hơn bằng phương pháp ép (khoảng 1,5 lần)

15.2 Tính toán mối ghép bằng độ dôi

Chúng ta cần tính toán độ dôi của mối ghép, từ đó chọn được kiểu lắp thích hợp

Độ dôi cần được tính toán sao cho bảo đảm hai điều kiện :

+ Điều kiện bền của mối ghép : các chi tiết máy ghép không chuyển động tương đối với nhau

Nếu độ dôi không đủ lớn thì áp suất và do đó lực ma sát sinh ra trên bề mặt tiếp xúc không đủ lớn để thắng ngoại lực tác dụng lên mối ghép, khi đó các chi tiết máy ghép sẽ trượt tương đối với nhau

+ Điều kiện bền của các chi tiết máy được ghép : nếu độ dôi quá lớn có thể làm các chi tiết

máy ghép bị hỏng hoặc bị biến dạng quá nhiều, tác hại đến sự làm việc bình thường của chúng

1 Tính độ bền của mối ghép

Để các chi tiết máy được ghép không chuyển động tương đối với nhau, thì độ dôi phải đủ lớn, sao cho áp suất trên bề mặt lắp ghép phải tạo ra lực ma sát đủ lớn thắng được ngoại lực tác dụng

a) Áp suất cần thiết trên bề mặt lắp ghép

ƒ Khi mối ghép chịu lực dọc trục FG (hình 15.2):

Lực ma sát sinh ra trên bề mặt lắp ghép :Fms =f p .d.lπ

Để các chi tiết máy ghép không chuyển động tương đối :

Trong đó : p : áp suất cần thiết, f : hệ số ma sát, K : hệ số an

toàn (K = 1,5÷3 tùy theo mức độ quan trọng của mối ghép), d và l

: đường kính và chiều dài bề mặt lắp ghép

ƒ Khi mối ghép chịu momen xoắn T :

Momen xoắn tác dụng lên chi tiết ghép tương đương với lực

ƒ Mối ghép chịu lực dọc trục FG vừa chịu momen xoắn T :

Do lực dọc trục F và lực vòng Ft vuông góc nhau nên điều kiện bền của mối ghép :

b) Độ dôi cần thiết

ƒ Theo lý thuyết tính toán ống dày trong giáo trình Sức bền vật liệu, quan hệ giữa áp suất sinh

ra trên bề mặt lắp ghép và độ dôi như sau :

dF

l

p

T

Hình 15.2

Đơn vị của các đại lượng : δ, d [mm]; p, E1, E2 [MPa]

Như vậy, độ dôi cần thiết để tạo ra áp suất p : 1 2

2 Kiểm tra độ bền và biến dạng của chi tiết máy

ƒ Kiểm tra độ bền

+ Chọn kiểu lắp xong, độ bền của mối ghép được đảm bảo Tuy nhiên, cần kiểm tra xem thử với độ dôi của kiểu lắp đã chọn, ứng suất và biến dạng sinh ra bên trong chi tiết máy có vượt quá giá trị cho phép hay không

+ Độ dôi để kiểm tra độ bền và biến dạng bằng độ dôi lớn nhất δmax của kiểu lắp Nếu lắp bằng phương pháp ép, thì các đỉnh mấp mô bề mặt bị san phẳng một phần, nên độ dôi kiểm tra được giảm bớt một lượng bằng phần mấp mô bị san phẳng :

t max 1, 2(Rz1 Rz )2

+ Từ độ dôi tính toán δt , dựa vào công thức (15.5) xác định áp suất p sinh ra trong mối ghép Áp suất p phải thỏa mãn điều kiện không sinh ra biến dạng dẻo bên trong các chi tiết máy ghép Theo lý thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất, để trong các chi tiết máy không sinh ra biến dạng dẻo thì :σ = σ − σ ≤ σ với td 1 3 ch σ là giới hạn chảy của vật liệu chi tiết ch

Theo công thức Lamê đối với ống dày, ứng suất hướng tâm σr và ứng suất tiếp tuyến σt trong các chi tiết trục và lỗ phân bố như trên hình 15.3

Dựa trên hình 15.3, ta thấy ứng suất tương đươngσ đối với trục và lỗ sẽ lớn nhất tại điểm tdtrên bề mặt trong của chúng

σ = −

−

⇒ Điều kiện bền của trục : td1 2 2 2 ch1

1

d2p

ƒ Kiểm tra biến dạng

+ Do có độ dôi nên sau khi lắp ghép, đường kính ngoài của lỗ (d2) và đường kính trong của trục (d1) bị thay đổi so với trước khi lắp ghép

Trong phạm vi biến dạng đàn hồi, dùng định luật Húc l

σε

2p.dd

2p.dd