Bài giảng Chi tiết máy - Chương 6: Trục vít

12/17/2017 NỘI DUNG 6.1 Khái niệm chung • Truyền động trục vít dùng để truyền chuyển 1. Khái niệm chung động giữa hai trục chéo nhau 2. Tải trọng và hiệu suất 3. Tính toán truyền động trục vít 4. Vật liệu và ứng suất cho phép • Trục vít là trục có ren, bánh vít là bánh răng 1 2 6.1 Khái niệm chung 6.1 Khái niệm chung Trục vít Bánh vít - Trục vít hình trụ: • Trục vít Acsimet • Trục vít Konvolut • Trục vít thân khai • Được chế tạo bằng dao phay lăn trục vít, có hình dạng và kích thước giống trục vít sẽ ăn khớp với bánh vít 3 4 1 12/17/2017 6.1.2 Các thông số hình học 6.1.2 Các thông số hình học  d1 : đường kính chia trục vít  Mođun m p m  được tiêu chuẩn hóa   Hệ số đường kính q d q  1 m q tiêu chuẩn theo m 5 6 6.1.2 Các thông số hình học 6.1.2 Các thông số hình học  Số ren trục vít và số răng bánh vít - Số ren trục vít z1 = 1, 2, 4 - Số răng bánh vít z2 = uz1 z2 ≥ 26 (tránh cắt lẹm chân răng) z2 ≤ 80 (tránh gây nên biến dạng trục vít)  Góc vít  p z p mz z tg  z  1  1  1 d1 d1 d1 q 7 8 2 12/17/2017 6.1.2 Các thông số hình học 6.1.2 Các thông số hình học  Dịch chỉnh và hệ số dịch chỉnh  Độ chính xác chế tạo Dịch chỉnh nhằm đảm bảo khoảng cách trục o Trục vít rất nhạy với sai số về lắp ghép do đó x : hệ số dịch chỉnh dung sai khoảng cách trục và vị trí mặt trung bình bánh vít đòi hỏi chặt chẽ x.m : khoảng dịch chỉnh o Có 12 cấp chính xác Khi cắt BV phải dùng dao có kích thước giống TV sẽ ăn khớp với BV -> dịch chỉnh chỉ tiến hành đối với BV m • Khoảng cách trục a  (q  Z  2x)  2 2 9 10 6.1.3 Các thông số động học 6.1.3 Các thông số động học a. Vận tốc vòng và tỷ số truyền Nhận xét pz TV quay 1 vòng -> BV quay vòng z1 = 1,2,4, z2min = 26 => u khá lớn d2 d d d d pz 2 2 2 2 TV quay n1 vòng -> BV quay n2 = n1. vòng u    => vectơ vận tốc p d tg d tg d d2 z 1 1 1 v1 ≠ v2 n d .m.Z Z Tỷ số truyền u  1  2  2  2 n2 pz Z1 p Z1 11 12 3 12/17/2017 6.1.3 Các thông số động học 6.1.3 Các thông số động học b. Vận tốc trượt  Nhận xét vt: vận tốc trượt o vt có trị số khá lớn v1 d1n1 o Làm tăng tổn thất do ma sát -> nguy cơ bị vt    cos 60.1000.cos 2 dính và mòn rất lớn v d n mZ Z tg  2  2 2  2  1 v2 o Dùng giá trị vt để chọn vật liệu v1 d1n1 mqu q  v lớn -> chọn vật liệu có f nhỏ 1 q 1 t cos   v2 2 2 2 1 tg  Z1  q 1  m.n 2 2 v 1 v1 t vt  Z1  q 19100 13 14 6.1.4 Kết cấu trục vít và bánh vít 6.1.4 Kết cấu trục vít và bánh vít  Trục vít được chế tạo liền trục • Khi đường kính bánh vít lớn, để tích kiệm kim loại màu =>  Bánh vít chế tạo rời rồi lắp lên trục o Làm vành răng BV bằng vật liệu đắt tiền o Làm mayơ bằng vật liệu khác 15 16 4 12/17/2017 6.2 Tải trọng và hiệu suất 6.2.1 Lực tác dụng khi ăn khớp 6.2.1 Lực tác dụng khi ăn khớp n2 F Fr2 t1 Ft2 Fa1 n1 Fa2 Fr1 Ft1 Fa1 n1 17 18 6.2.1 Lực tác dụng khi ăn khớp 6.2.1 Lực tác dụng khi ăn khớp 2T1 2T1 Ft1  Fa2  Ft1  Fa2  d1 d1 2T2 2T2 Ft 2  Fa1  Ft 2  Fa1  d2 d2 Ft1  Fa1tg( ) Ft1  Fa1tg cos tgn F ' F Fr1  Fr2  Ft2 n a1 cos( ) cos F tg cos t 2 n Fn  Fr1  Fa1 cos cos cos( ) n 19 20 5 12/17/2017 6.2.2 Tải trọng riêng và hệ số tải trọng 6.2.2 Tải trọng riêng và hệ số tải trọng a. Sự phân bố ko đều tải trọng trên chiều dài tx a. Sự phân bố ko đều tải trọng trên chiều dài tx Độ võng phụ thuộc Do sai số chế tạo, lắp ghép, biến dạng đàn hồi Khoảng cách hai gối đỡ trục vít nên tải trọng phân bố ko đều trên chiều dài tiếp o xúc o Đường kính d1 qmax qtb  q   o Số mối ren z1 Hệ số K K   1 q q  3 tb tb tb Z  T   2   2tb  K 1   1      T2max  tb: chuyển vị đàn hồi trung bình trên chiều dài tx o Khi tải không đổi K = 1 : cvị đàn hồi phụ thêm do độ võng TV gây ra 21 22 6.2.2 Tải trọng riêng và hệ số tải trọng 6.2.3 Hiệu suất b.Tải trọng động Trục vít dẫn qn  qv qv Pv P2 T2 2 Ft 2n2d2 tg Kv  1 1 ak     qn qn Pn P1 T1 1 Ft1n1d1 tg( ) Bánh vít dẫn Pv: tải do va đập P1 tg( ) Pn : tải trọng ngoài ak   P2 tg Kv phụ thuộc v, cấp chính xác Hiệu suất tăng khi  tăng và  giảm Z tg  1 z1 tăng -> bộ truyền lớn q q giảm -> d1 giảm -> giảm độ cứng 23 24 6 12/17/2017 6.2.3 Hiệu suất 6.2.3 Hiệu suất Thực tế  < 250. Trường hợp bánh vít là chủ động tg( )  max khi  = 450  /2   0,95. ak tg Khi xét đến công suất mất mát do khuấy dầu Khi  ≤  ,  = 0 , bộ truyền tự hãm  = (0,95  0,96)ak Sử dụng tính chất tự hãm trong cơ cấu nâng Z = 1 ->  = 0,7 – 0,75 1 Khi đảm bảo tính chất tự hãm, hiệu suất thấp Z1 = 2 ->  = 0,75 -0,82 ( < 0,5) Z1 = 4 ->  = 0,82 -0,9 25 26 6.3 Tính toán truyền động trục vít 6.3.1 Các dạng hỏng và p2 tính 1. Các dạng hỏng và phương pháp tính Các dạng hỏng 2. Tính toán sức bền bền tiếp xúc Truyền động trục vít có các dạng hỏng như trong truyền động bánh răng 3. Tính toán sức bền uốn + Tróc rỗ 4. Tính nhiệt + Mòn + Dính + Gãy răng TR-BV có hai trục chéo nhau -> trượt dọc răng khá lớn -> dính, mòn nguy hiểm hơn 27 28 7 12/17/2017 6.3.1 Các dạng hỏng và p2 tính 6.3.1 Các dạng hỏng và p2 tính Dính : đặc biệt nguy hiểm với BV làm bằng Phương pháp tính vật liệu rắn hơn (đồng thanh, gang...). H  [H] Với vật liệu mềm hơn, dính không nguy hiểm Nguy hiểm về dính được kể đến khi xác định [H] Phương pháp tính: Dùng vật liệu đồng thanh thiếc chống dính tốt  Dính và mòn là nguy hiểm hơn, tuy nhiên [H] không phụ thuộc vt, hỏng do tróc là chính chưa có phương pháp tính chính xác. Dùng vật liệu đồng thanh không thiếc Mòn và dính liên quan chặt chẽ đến ứng suất [H] phụ thuộc vt, vt càng lớn [H] càng giảm tiếp xúc -> tính toán TV-BV theo độ bền tiếp xúc. 29 30 6.3.1 Các dạng hỏng và p2 tính 6.3.2 Tính toán sức bền tiếp xúc Phương pháp tính  Tránh hỏng về bề mặt Khi tính độ bền, coi BV là bánh răng nghiêng  Tính như bộ truyền BRN (có tính đến đặc điểm có góc nghiêng  =  ăn khớp và hình dạng đường tiếp xúc) Do vt lớn -> sinh nhiệt khi làm việc -> sau khi  Công thức tính H ≤ [H] tính độ bền còn phải tính nhiệt của bộ truyền qn  H  ZM Trục vít liền trục do đó cần tính toán theo hệ 2. số an toàn giống trục 31 32 8 12/17/2017 6.3.2 Tính toán sức bền tiếp xúc Fn K H qn  lH  Bánh răng nghiêng b K lH  cos b 2.  Trục vít -> thay b  d  1 360  =  Ft 2 2.T2 1 Fn   . cos.cos d2 cos.cos 33 34 6.3.2 Tính toán sức bền tiếp xúc 6.3.2 Tính toán sức bền tiếp xúc - 2. = 100o (góc ôm trục vít) T K .360 q  2 H n -  = 20o d2d1.. K cos Tính  -  = 1,8 (hệ số trùng khớp) 1 1 1 - K = 0,75   o  1 2 -  = 10 2,28.Z M T2 K H 1 =   H  d2 d1 d2   2  sin 5 2 Với trục vít bằng thép E1 = 2,1.10 Mpa -> ZM = 210 5 Bánh vít: đồng thanh E2 = 0,9.10 Mpa 35 36 9 12/17/2017 6.3.2 Tính toán sức bền tiếp xúc 6.3.2 Tính toán sức bền tiếp xúc  Công thức kiểm nghiệm 2  170  T K a  (z  q)3   2 H 480 T2 K H  2    H   [ H ]  z2[ H ] q d2 d1 2.a m    Thay d1 = m.q  T2 – momen xoắn trên trục bánh vít (Nmm) q  z2 d2 = m.z2  KH = KH.KHv – hệ số tải trọng  z2 – số răng bánh vít Công thức thiết kế bộ truyền TV - BV  q – hệ số đường kính 2  170  T K  [ ] - ứng suất tiếp xúc cho phép 3   2 H H a  (z2  q)    z2[ H ] q 37 38 6.3.2 Tính toán sức bền tiếp xúc 6.3.3 Tính toán sức bền uốn  Sử dụng công thức thiết kế  BV làm bằng vật liệu có cơ tính nhỏ hơn TV do 2  170  T K đó chỉ cần tính độ bền uốn cho BV 3   2 H a  (z2  q)    z2[ H ] q  Coi BV là BRN có  =  - Chọn vật liệu -> xác định [H]  Công thức kiểm nghiệm độ bền uốn - Dựa vào u -> chọn z1 -> z2 = u.z1 1,4.T2YF K F K Fv  F   [ F ] - Chọn sơ bộ q theo z2 b2d2mn q = (0,25  0,3).z2 -> lấy theo tiêu chuẩn - b2 : chiều rộng BV - Chọn sơ bộ hệ số tải trọng KH = (1,2  1,3) z2 - Y : hệ số dạng răng, xác định theo ztđ  3 => a F cos  39 40 10 12/17/2017 6.3.3 Tính nhiệt 6.3.3 Tính nhiệt  Tính nhiệt để đảm bảo nhiệt độ của dầu . Nhiệt lượng sinh ra không nóng quá mức cho phép Qs = 1000.(1 - )P1  Cơ sở tính toán xuất phát từ điều kiện Hiệu suất  = (0,95  0,96)ăk Nhiệt lượng sinh ra cân bằng với nhiệt thoát đi . Nhiệt lượng thoát Qs = Qt Qt = KT.A.(t-to)(1+) KT : hệ số tỏa nhiệt t, to : nhiệt độ làm việc và nhiệt độ môi trường A : diện tích tỏa nhiệt  : hệ số kể đến nhiệt lượng tỏa xuống đáy 41 42 6.3.3 Tính nhiệt 6.3.3 Tính nhiệt . Nhiệt lượng thoát Nếu nhiệt độ vượt mức cho phép, biện pháp: - Tăng diện tích tỏa nhiệt Q = K .A.(t-t )(1+) t T o - Làm mát nhân tạo  : hệ số phản ánh nhiệt lượng giảm đi do làm việc ngắt quãng và tải trọng thay đổi . Phương trình cân bằng nhiệt 1000.(1 - )P1 = KT.A.(t-to)(1+) 1000.P1(1) t   to  [tmax ] KT A.(1 ). [tmax] : nhiệt độ cao nhất cho phép của dầu 43 44 11 12/17/2017 6.4 Vật liệu và ứng suất cho phép 6.4 Vật liệu và ứng suất cho phép a. Vật liệu b. Ứng suất tiếp xúc cho phép Trục vít :thép Cacbon o Bánh vít làm bằng đồng thanh thiếc Bánh vít :làm bằng đồng thanh để giảm ma sát [H] = (0,75  0.90).b.KHL - vt ≥ 5 m/s → vật liệu nhóm I : đồng thanh thiếc +b: giới hạn bền của vật liệu [H] không phụ thuộc vt +KHL : hệ số tuổi thọ - vt < 5 m/s → vật liệu nhóm II: đồng thanh không thiếc 107 8 K HL  [H] phụ thuộc vt N HE - vt < 2 m/s → vật liệu nhóm III: gang xám +NHE :số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương N > 25.107 , lấy N = 25.107 để tính 45 HE HE 46 6.4 Vật liệu và ứng suất cho phép 6.4 Vật liệu và ứng suất cho phép b. Ứng suất tiếp xúc cho phép c. Ứng suất uốn cho phép o Bánh vít làm bằng đồng thanh không thiếc Bánh vít làm bằng đồng thanh [H] phụ thuộc vận tốc trượt vt [F] = [FO]KFL 6 [H] không phụ thuộc số chu kỳ ứng suất [FO] - ứng suất uốn cho phép ứng với 10 chu kỳ KFL – hệ số tuổi thọ 106 9 K FL  N FE NFE : số chu kỳ tương đương 47 48 12 12/17/2017 Trình tự thiết kế Trình tự thiết kế 1. Dự đoán vt -> chọn vật liệu trục vít và bánh 3. Tính a sơ bộ vít. Tính ứng suất cho phép 2  170  T K 2. Chọn số mối ren Z1 3   2 H a  (z2  q)   z2[ H ] q • Tính Z2 = uZ1   • Z2 ≥ 28 2a m  • Chọn sơ bộ hiệu suất  -> T2 = .u.T1 Z2  q • Chọn q = (0,25 – 0,3)Z2 49 50 Trình tự thiết kế 4. Xác định vt, , KH, KHv Nghiệm lại 480 T2 K H  H   [ H ] d2 d1 5. Kiểm nghiệm sức bền uốn 6. Xác định kích thước hình học 7. Tính nhiệt và lực tác dụng 51 13