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 .
Trang 1Chương XII
KHỚP NỐI
12.1 Khái niệm chung
1 Giới thiệu về khớp nối
Khớp nối được dùng để nối các trục với nhau hoặc các chi tiết máy quay với nhau Ngoài
ra, còn dùng để : đóng mở cơ cấu, giảm tải trọng động, ngăn ngừa quá tải, điều chỉnh tốc độ
Hinh 12.1 trình bày sơ đồ dẫn động băng tải, trong đó khớp nối (2) được dùng để nối trục động cơ (1) và trục vào của hộp giảm tốc
2 Các loại khớp nối
Theo công dụng, phân khớp nối thành ba loại :
Nối trục : dùng để nối cố định các trục, chỉ khi nào dừng máy, tháo nối trục ra thì các
trục mới rời nhau Gồm các loại : nối trục chặt ; nối trục bù; nối trục đàn hồi
Ly hợp : dùng để nối hoặc tách các trục trong bất kỳ lúc nào (lúc máy chạy hay khi dừng máy) Gồm các loại: ly hợp ma sát ; ly hợp ăn khớp
Ly hợp tự động : có thể tự động nối tách các trục Gồm các loại : ly hợp an toàn; ly
hợp ly tâm; ly hợp một chiều
a) Nối trục chặt
Dùng để nối cứng các trục có đường tâm nằm trên cùng một đường thẳng và không di chuyển tương đối với nhau Nối trục chặt không bù lại được các sai số chế tạo và lắp ghép, do đó cần định tâm chính xác các trục được nối với nhau
¾ Nối trục ống
Ống thép hay ống gang, lồng vào hai đầu trục, ghép với trục bằng chốt hay bằng then (hình 12.2 và hình 12.3)
Ưư nhược điểm : Chế tạo đơn giản, kích thước hướng kính nhỏ, nhưng lắp ghép khó khăn vì phải di động trục theo phương dọc trục một khoảng khá lớn Chỉ dùng để nối các trục có đường kính nhỏ (< 60-70mm)
P V 2
5 4
3
1
Hình 12.1
Trang 2¾ Nối trục đĩa
Hai đĩa, có moayơ, lắp lên đầu mỗi trục bằng then và độ dôi, rồi dùng bu lông ghép hai đĩa lại với nhau (hình 12.4)
Bu lông lắp có khe hở ⇒ momen xoắn truyền được nhờ lực ma sát sinh ra trên bề mặt tiếp xúc của hai đĩa do lực siết bu lông gây nên (bu lông chịu xoắn và chịu kéo)
Trục I
Vít
Then bán nguyệt
Trục II
Hình 12.3 : Nối trục ống dùng then bán nguyệt để truyền momen xoắn
Ống thép hay gang
Hình 12.2 : Nối trục ống dùng chốt để truyền momen xoắn
∆a
∆r
∆α
Hình 12.5
moayơ
đĩa (1)
đĩa (2)
Trục (II)
mặt định tâm hai nửa khớp nối
bulông
moayơ
Trục (I)
Hình 12.4 : Nối trục đĩa
then + độ dôi
Phương án I
Phương án II
Trang 3Bu lông lắp không có khe hở ⇒ momen xoắn truyền trực tiếp qua bu lông (bu lông chịu cắt và dập) Khi đó, kích thước nối trục nhỏ gọn hơn ⇒ dùng rộng rãi hơn
Định tâm hai trục nhờ phần lồi trên đĩa (1) lồng vào phần lõm tương ứng trên đĩa (2) hoặc nhờ thân bu lông trong trường hợp bu lông lắp không có khe hở
Dùng rộng rãi trong chế tạo máy để nối các trục có đường kính tới 200mm và lớn hơn, nhờ kết
cấu đơn giản và kích thước không lớn
b) Nối trục bù
¾ Dùng để nối các trục có sai lệch về vị trí do biến dạng đàn hồi của các trục, do sai số chế tạo và lắp ghép
Sai lệch về vị trí tương đối giữa các trục : độ lệch dọc trục ∆a, độ lệch tâm ∆r, độ lệch góc ∆α (hình 12.5) Thường gặp độ lệch tổng hợp của ba độ lệch trên
Khi dùng nối trục bù, sai lệch vị trí tương đối được bù lại nhờ khả năng di động giữa các chi tiết cứng trong nối trục bù
Bao gồm các loại : nối trục răng, nối trục xích, nối trục chữ thập, nối trục bản lề (khớp các đăng)
Nối trục răng : Trình bày trên hình 12.6 Hai ống (1) và (2) có răng ngoài, lắp với hai đầu
trục Hai ống (3) và (4) có răng trong ghép với nhau bằng bu lông Khi làm việc, các răng của ống trong và ống ngoài ăn khớp với nhau ⇒ truyền được momen xoắn
Độ lệch trục được bù lại nhờ các răng có khe hở hướng kính và khe hở cạnh răng Ngoài ra, đỉnh răng có dạng cung tròn, răng có dạng hình trống
Góc lệch giữa đường tâm ống trong và ống ngoài không quá 30’
Ưu điểm : Có khả năng tải lớn, làm việc tin cậy, kích thước tương đối nhỏ gọn, có thể làm việc với vận tốc cao ⇒ dùng nhiều trong chế tạo máy hạng nặng
c) Nối trục đàn hồi
¾ Hai nửa nối trục lắp cố định với hai đầu trục và được nối với nhau bằng bộ phận đàn hồi
đỉnh răng có
dạng cung tròn
Hình 12.6a : Nối trục răng
răng có dạng hình trống
khe hở hướng kính và khe hở cạûnh bên
B
Hình 12.6b
Trang 4Nhờ biến dạng của các chi tiết đàn hồi, nối trục đàn hồi có thể bù lại được các sai lệch tương đối của hai trục, đồng thời có thể : giảm va đập và chấn động; đề phòng cộng hưởng do dao động xoắn gây nên (với nối trục bộ phận đàn hồi có độ cứng thay đổi)
Bao gồm các loại : nối trục vòng (chốt) đàn hồi, nối trục lò xo xoắn ốc trụ, nối trục răng lò xo
¾ Nối trục vòng (chốt) đàn hồi được trình bày trên hình 12.7
Cấu tạo tương tự như nối trục đĩa, nhưng bu lông bắt chặt hai đĩa được thay bằng chốt có bọc ống (hoặc các vòng) đàn hồi bằng cao su
Nối trục đàn hồi cho phép : [∆a] = 1-5mm; [∆r] = 0,3-0,6mm; [∆α= 10]
Tuy nhiên khi các trục lệch nhau, tải trọng sẽ phân bố không đều cho các chốt, vòng cao su bị mòn nhanh, gây ra lực hướng tâm phụ tác dụng lên trục và ổ
Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, giá rẽ, dễ thay thế các vòng đàn hồi ⇒ xử dụng khá rộng rãi, nhất là khi momen xoắn nhỏ và trung bình : T<15000Nmm, d<150mm Thường dùng để nối
động cơ điện với các cơ cấu khác
d) Ly hợp ma sát
- Ly hợp ma sát truyền được momen xoắn nhờì lực ma sát do ép các bề mặt ma sát tạo thành Khi đóng ly hợp, momen xoắn sẽ tăng dần tùy theo độ tăng của lực ép, nhờ đó có thể đóng ly hợp với bất kỳ chênh lệch nào của vận tốc hai trục, đóng mở ly hợp êm, không va đập, đồng thời có thể điều chỉnh trị số momen giới hạn truyền qua ly hợp, do đó ly hợp ma sát còn đóng vai trò của một thiết bị an toàn cho máy
- Momen xoắn mà ly hợp có thể truyền động được, phụ thuộc vào lực ép hai bề mặt ma sát lại với nhau, vào hệ số ma sát và vào hình dạng hình học của bề mặt tiếp xúc
- Nhược điểm của ly hợp ma sát là khó bảo đảm số vòng quay của hai trục được nối bằìng
nhau, do có trượt giữa các bề mặt ma sát
- Theo hình dạng bề mặt tiếp xúc, có thể phân ly hợp ma sát thành : Ly hợp đĩa ma sát (loại một đĩa và loại nhiều đĩa), ly hợp nón ma sát Dựa trên năng lượng của hệ thống điều khiển phân thành : ly hợp điều khiển bằng cơ khí, bằng thủy lực, bằng điện từ, bằng khí nén
¾ Ly hợp ma sát đĩa
Nửa nối trục (1)
Nửa nối trục (2)
vòng/ống cao su chốt
Hình 12.7 : Nối trục vòng đàn hồi
Trang 5Ly hợp ma sát đĩa được sử dụng khá rộng rãi Số đĩa được sử dụng phụ thuộc vào không gian bố trí ly hợp Với cùng một momen xoắn cần truyền như nhau, ly hợp một đĩa có kích thước dọc trục nhỏ hơn nhưng kích thước hướng kính lớn hơn so với ly hợp nhiều đĩa
Ly hợp đĩa ma sát đơn giản nhất (hình 12.8) bao gồm hai nửa ly hợp là hai đĩa ma sát, một đĩa lắp chặt với một trục, còn đĩa thứ hai lắp di động trên trục kia Đóng ly hợp ma sát, hai đĩa sẽ ép chặt với nhau, trên bề mặt hai đĩa sinh ra lực ma sát để truyền chuyển động và momen xoắn
Để giảm bớt lực dọc trục Fa cần thiết dùng để ép hai nửa ly hợp và giảm kích thước ly hợp, thường dùng ly hợp ma sát nhiều đĩa
¾ Ly hợp nón ma sát
Ly hợp gồm hai đĩa lắp trên hai trục (hình 12.9), một đĩa lắp chặt còn đĩa kia có thể di động dọc trục Mặt làm việc của các đĩa là mặt côn, có góc côn α Dưới tác dụng của lực Fa trên bề mặt ma sát sinh ra áp suất, gây nên lực ma sát để truyền momen xoắn Lực ma sát có phương theo đường tiếp tuyến với các vòng tròn trên mặt côn
12.2 Tính chọn khớp nối
1 Phương pháp chung để tính chọn khớp nối
Các loại khớp nối thông dụng đã được tiêu chuẩn hóa Trị số momen xoắn mà khớp nối có thể truyền được Tbảng cho trong các sổ tay về khớp nối ⇒ tính chọn khớp nối như sau :
Chọn loại khớp nối dựa trên tính chất tải trọng tác dụng và điều kiện làm việc của khớp
nối
Hình 12.9 : Ly hợp ma sát nón
tb
d
(1)
(2)
D
Hình 12.8 : Ly hợp ma sát đĩa
Đóng mở ly hợp nhờ càng gạt
d
Trang 6 Kích thước khớp nối được chọn như sau (dựa trên momen xoắn tính toán) :
Trước hết, tính momen xoắn tính toán : Ttinh=K.T Với : T : momen xoắn danh nghĩa; K : hệ số chế độ làm việc (tra bảng); Sau đó, tra sổ tay khớp nối, chọn khớp nối có Ttính ≤ Tbảng và có đường kính trong phù hợp với đường kính trục lắp khớp nối
Cuối cùng, kiểm nghiệm độ bền của khâu yếu nhất trong khớp nối
2 Tính nối trục vòng (chốt) đàn hồi
Kích thước chính của nối trục vòng đàn hồi được chọn theo trị số momen xoắn tính, sau đó kiểm nghiệm ứng suất dập sinh ra giữa các chốt với vòng cao su và ứng suất uốn trong chốt Giả sử ứng suất dập phân bố đều trên các chốt, ta có điều kiện :
[ ]
k c
2KT
Zd d
Trong đó : Z là số chốt, dk đường kính vòng tròn qua các tâm chốt, dc : đường kính chốt, l : chiều dài phần tử đàn hồi [σd] : ứng suất dập cho phép của ống cao su, có thể lấy [σd] = 1,8÷2MPa
