Bài giảng Cơ học máy - Chương 8: Chi tiết máy ghép - Phan Tấn Tùng

Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng Chương 8 CHI TIẾT MÁY GHÉP 1. Khái niệm chung • Mốighépcóthể tháo đượchoặc không tháo được • Ghép 2 hoặc nhiềuchi tiếtvối nhau, truyềnmômenvàlực 2. Mối ghép then và then hoa 2.1 Mối ghép then Công dụng: truyềnmômenxoắnchomối ghép trụcvớibànhrăng, bánh đai, bành xích, bánh vít . Phân loại: • Then ghép lỏng: then bằng, then bán nguyệt, then dẫnhướng • Then ghép căng: then ma sát, then vát, then tiếptuyến Đặc điểm: • Kếtcấu đơngiản, dễ tháo lắp, giá thành thấp • Do làmrãnhtrêntrụcnẹngâytập trung ứng suất, làm yếutrục 1 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 2.1.1 Then bằng (then ghép lỏng) • truyềnmômenxoắn, không truyềnlựcdọctrục • mặtlàmviệclà2 mặtbên • có thể dùng 2 then (cách nhau 1800) hay 3 then (1200) • chọn then theo tiêu chuẩntheo đường kính trục 2 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng Tiêu chuẩnthen bằng 3 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng Tính then bằng • Dạng hỏng: cắtvàdập • Chỉ tiêu tính: σ d ≤ []σ d τ c ≤ [τ c ] • Công thức: Kiểmtraứng suấtdập F 2T σ d = = ≤ []σ d t2 ×l d ×t2 ×l Với l là chiềudàiphầntiếpxúccủathen Chiềudàiphầntiếpxúccủathen 2T l ≥ d ×t2 ×[]σ d Ứng suấtcắtChiềudàiphầntiếpxúccủathen F 2T 2T τ c = = ≤ []τ c l ≥ b×l b× d ×l b× d ×[]τ c 4 Chọn l lớnnhất trong 2 giá trị trên Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 2.1.1 Then bán nguyệt (then ghép lỏng) • truyềnmômenxoắn, không truyềnlựcdọctrục • mặtlàmviệclà2 mặtbên • chọn then theo tiêu chuẩntheo đường kính trục • thường sử dụng cho trụchìnhcôn Tính then bán nguyệtgiống then bằng 2.1.3 Then vát (then ghép căng) • truyềnmômenxoắnvàlựcdọctrục • làm việcmặttrênvàdưới • chọn then theo đktrục • phải dùng lựcép(đóng) vào • thường lắp ởđầutrục 5 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng Tính then vát • Dạng hỏng: dậpmặttrên(dưới) • Chỉ tiêu tính: σ d ≤ []σ d • Công thức: Phảnlựctrênbề mặttiếpxúcphânbố theo hình tam giác Cân bằng mômen xoắn Fn ×b 6T T = + f × F × d Fn = 6 n ⇒ b + 6 f d Kiểmtraứng suấtdập F 12T σ = n = ≤ []σ d 0.5bl l b(b + 6 f d) d Với l là chiềudàiphầntiếpxúccủathen 6 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 2.1.4 Then tiếptuyến(then ghépcăng) 7 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 2.2 Mối ghép then hoa 8 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng Công dụng: truyềnmômenxoắn Đặc điểm: •Độ đồng tâm cao •Truyềnmômenxoắnlớn •Chịu đượcvađậpvàtảitrọng động •Độ bềnmõicao •Chế tạophứctạp •Có thể di chuyểnchi tiếtdọctrục Phân loại: •Then hoa chữ nhật •Then hoa tam giác •Then hoa thân khai 9 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng Các kiểu định tâm • Định tâm theo đường kính trong d: độ đồng tâm cao • Định tâm theo đường kính ngoài D: độ đồng tâm cao, thường sử dụng khi không nhiệtluyện sau khi gia công then • Định tâm theo bề rộng b: truyền mômen xoắnlớn, thường dùng khi vận tốcthấp 10 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng Tính then hoa •Dạng hỏng: dậpbề mặtbên •Chỉ tiêu tính: σ d ≤ []σ d •Công thức tính: Ứng suấtdập 2T σ d = ≤ []σ d dm l h Z Ψ Then hoa bi 11 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 2.3 Mối ghép hàn 2.3.1 Khái niệm chung Công dụng: là mối ghép không tháo được, dùng ghép hai chi tiếtvới nhau. Phân loại: • Hàn điện(hànhồ quang), hàn hơi, hàn tiếp xúc, hàn plasma,hàn laser • Hàn chồng, hàn giáp mối, hàn chữ T, hàn góc • Hàn tiếpxúcđiểm, hàn tiếpxúcđường • Hàn chắc, hàn chắckín 12 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 13 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 2.3.2 Mốihànchồng MốihànchịulựcF Tiếtdiện nguy hiểmlàtiếtdiện phân giác củamốihàn Ứng suấttiếp F τ '= ≤ []τ ' 0.7 k l Mốihànchịumômen 6M τ '= ≤ []τ ' 0.7 k l 2 14 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng Mốihànchịulực F và mômen M F 6M τ '= + ≤ []τ ' 0.7 k l 0.7 k l 2 2.2.3 Mốihàngiápmối MốihànchịulựcF Xem như là 1chi tiết nguyên, nhưng do ảnh hưởng của nhiệt độ nên vùng lân cậnmốihàncơ tính bi giảm do đótasử dụng ứng suấttiếpcho phép []σ ' Ứng suấtpháp F σ = ≤ []σ ' k δ l k 15 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng MốihànchịumômenM 6M σ F = ≤ []σ 'k δ l 2 Mốihànchịulực F và mômen M F 6M σ = + ≤ []σ 'k δ l δ l 2 2.2.5 Mốihànchữ T MốihànchịulựcF F σ = ≤ []σ ' k δ l k 16 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng MốihànchịumômenM 6M σ F = ≤ []σ 'k δ l 2 Mốihànchịulực F và mômen M F 6M σ = + ≤ []σ 'k δ l δ l 2 17 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 6. Mối ghép ren 6.1 Khái niệm • Là mối ghép có thể tháo được • Thông thường là ren tam giác • Ren kẹpchặtsử dụng ren 1 đầumối Đặc điểm • Cấutạo đơngiản • Sứcbền cao • Dễ tháo lắp • Giá thành thấpdo đượcsảnxuấthàngloạt • Sứcbền mõi kém 18 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng Các biện pháp phòng lỏng 19 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 20 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 6.2 Thông số hình học • Đường kính đỉnh ren d (tiêu chuẩnbảng 17.2 trang 562) • Đường kính chân ren d1 (bảng 17.7 trang 581) d + d • Đường kính trung bình d (bảng 17.7 trang 581) d = 1 2 2 2 • Bướcrenp (bảng 17.2 trang 562) • Số mốirenZ1 (ren kẹpchặtZ1 = 1) • Bướcxoắn ốc pz = Z1 p p • Góc nâng ren tanγ = z π d2 • Các thông số nhưđường kính đầu bu lông, chiềucaođầu bu lông, chiều cao đai ốc đã đượctiêuchuẩn qui định theo quan điểmsứcbền đều 21 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 6.3 Vậtliệuvàứng suất cho phép 6.3.1 Vậtliệu • Vậtliệuchế tạo bu lông là thép carbon thường, thép carbon chất lượng tốthay théphợpkim> tiêuchuẩnqui định cấpbền(Grade) như bảng sau. σb σch ↓↓ 22 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 6.3.2 Ứng suất cho phép σ ch • Ứng suất kéo []σ k = []s • [s]: hệ số an toàn 1.5 ~ 4 : thép carbon tảitrọng tĩnh 2.5 ~ 5 : thép hợpkimtảitrọng tĩnh 6.5 ~ 10: thép carbon tảitrọng thay đổi 5 ~ 7.5 : thép hợpkimtảitrọng thay đổi • Ứng suấttiếp []τ = 0.4σ ch tảitrọng tĩnh []τ = ()0.2 ÷ 0.3 σ ch tảitrọng thay đổi • Ứng suấtdập []σ d = 0.8σ ch đốivớithép []σ d = ()0.4 ÷ 0.5 σ b đốivớigang 23 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 6.4 Lý thuyếtkhớpvít Mômen ma sát trên bề mặtren V d tan(γ + ρ') (Nmm) T = 2 r 2 V: lựcxiết (N) ρ’: góc ma sát tương đương ρ'= arctan f ' Đốivớirenkẹpchặt f’ = 1.15 f 24 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 6.5 Tính mối ghép bu lông đơn 6.5.1 Mốighéplỏng chịulựcdọctrục Dạng hỏng: kéo đứt ở chân ren Chỉ tiêu tính: σ k ≤ [σ k ] Công thức tính: F Ứng suất kéo σ k = 2 ≤ []σ k πd1 4 4F Đường kính chân ren d1 ≥ π[]σ k Tra bảng 17.7 và 17.2 để tìmbulôngtiêuchuẩn 25 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 26 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 27 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 6.5.2 Mốighépchặt, không chịulựcdọctrục Dạng hỏng: phá huỷởchân ren 2 2 Chỉ tiêu tính: σtd = σ k + 3τ x ≤ [σ k ] Công thức tính: Ứng suất kéo Mômen ma sát trên bề mặtren F V d2 tan()γ + ρ' σ k = 2 Tr = πd1 2 4 Ứng suấttiếp Thay vào ứng suấttương đương Tr Tr 8Vd2 tan(γ + ρ') τ x = = 3 = 3 W0 π d1 π d1 σ td ≈1.3σ k 16 Đường kính chân ren 4×1.3× F d1 ≥ π[]σ k 28 Tra bảng để tìmbulôngtiêuchuẩn Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 6.5.3 Mốighépchịulực ngang A. Trường hợplắpcókhehở Dạng hỏng: tấm ghép bị trượt và phá huỷởchân ren Chỉ tiêu tính: để tránh trượt Fms ≥ F 2 2 để tránh phá huỷ chân ren σtd = σ k + 3τ x ≤ [σ k ] Công thức tính: lực ma sátFms = V f i ≥ F i: số bề mặt ghép LựcxiếtV để tránh trượt kF k: hệ số an toàn V = i f Đường kính trục để tránh phá huỷ chân ren 4 ×1.3×V d1 ≥ π []σ k Tra bảng 17.7 và 17.2 để tìmbulôngtiêuchuẩn 29 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng B. Trường hợplắpkhôngkhehở Dạng hỏng: thân bu lông bị cắtvàdập Chỉ tiêu tính: τ c ≤ [] τ c σ d ≤ [ σ d ] vớilàgiátr[σ d ] ị bé của2 bề mặttx Công thức tính: Ứng suấtcắt Đường kính thân bu lông theo ứng suấtcắt F τ c = 2 ≤ []τ c 4F π d d0 ≥ 0 i iπ[]τ 4 c Ứng suấtdập đốivớitấm2 Đường kính thân bu lông theo σd tấm2 F F σ = ≤ []σ d0 ≥ d d h []σ h2d0 2 d Ứng suấtdậptấm 1và 3 Đường kính theo σd tấm1 và3 F F σ d = ≤ []σ d d0 ≥ ()h1 + h3 d0 ()h1 + h3 []σ d 30 Chọnd0 lớnnhấtvàtrabảngtìmbulôngtiêuchuẩn Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 6.5.4 Mốighépđượcxiếtchặt, chịulựcdọctrục Độ mềmcủatấmghép Độ mềmcủa bu lông Lm L λm = λ = b E A b m m Eb Ab Hệ số ngoạilực λ χ = m thông thường χ = (0.2 ÷ 0.3) 31 λm + λb Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng Dạng hỏng: tấm ghép bị tách hở, thân bu lông bị phá huỷởchân ren Chỉ tiêu tính: để tránh tách hở V '≥ 0 2 2 để tránh phá huỷởchân ren σ td = σ k + 3τ x ≤ [σ k ] Công thức tính: Lựctácđộng lên tấm ghép sau khi xiếtchặ và chịulựcdọctrục V '=V − (1− χ)F ≥ 0 LựcxiếtV để tránh tách hở V ≥ (1− χ)F hoặc V = k(1− χ)F Lựcdọctrụctácđộng lên bu lông Fb = V + χF 4(1.3V + χF ) Đường kính bu lông (xiếtchặtrồichịulực) d1 ≥ π[]σ k Đường kính bu lông (xiếtchặtvàchịulực đồng thời) 4×1.3()V + χF Tra bảng tìm bu lông tiêu chuẩn d1 ≥ 32 π[]σ k Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 6.6 Tính mối ghép nhóm bu lông Nguyên tắctínhtoán • Phân tích lựctácđộng về từng bu lông • Tính như mốighépbulôngđơn cho bu lông chịulựclớnnhất • Chọn các bu lông còn lạibằng bu lông chịulựclớnnhất 6.6.1 Nhóm bu lông chịulực ngang nằm trong mặtphẳng ghép và đi qua trọng tâm mối ghép Giả thiết: lựctácđộng lên các bu lông bằng nhau F Tính như mối ghép bu lông đơnchịu F = F = ... = F = F1 F 2 Fi Z lực ngang. Trường hợpcókhehở LựcxiếtV để tránh trượt Đgkínhbulôngtránhpháhuỷ chân ren kFFi kF 4×1.3×V 4×1.3× k × F V = = d1 ≥ = i f i f Z π ×[]σ k π ×[]σ k ×i × f × Z Tra bảng chọnbulôngtiêuchuẩn 33 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 34 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 6.6.2 Nhóm bu lông chịumômennằmtrongmặtphẳng ghép Giả thiết: lựctácđộng lên từng bu lông tỉ lệ thuậnvớikhoảng cách từ tâm bu lông đếntrọng tâm bề mặt ghép F F F M1 = M 2 = ... = Mi = const r1 r2 ri Tổng mômen do các lựcFMi quay quanh trọng tâm bề mặtghépgâyra bằng mômen T tác động lên nhóm bu lông n F r vì F M1 i T = ∑ FMiri Mi = i=1 r1 F n T × r NênM1 2 Lựctácđộnglênbulông1 F = 1 T = ∑ ri M1 n r1 i=1 2 ∑ri i=1 Lựclớnnhấttácđộng lên bu lông ở xa trọng tâm mối ghép nhất T × rmax FM max = n 2 ∑ri 35 i=1 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng Tính như mốighépbulôngđơnchịulực ngang - Trường hợpcókhehở LựcxiếtV để tránh trượt Đgkínhbulôngđể tránh phá huỷ chân ren kFM max 4×1.3×V V = d1 ≥ i f π ×[]σ k Tra bảng chọnbulôngtiêuchuẩn 36 Chi tiết máy TS Phan Tấn Tùng 6.6.3 Nhóm bu lông chịulựcnằm trong mặtphẳng ghép không di qua trọng tâm bề mặt ghép DờilựcF về trọng tâm bề mặt ghép. Xem như mối ghép chịulực(mục1) và mômen (mục2) đồng thời. Theo luậtcộng tác dụng ta cộng vectơ lực do 2 trường hợpriêngrẽ gây ra. 2 2 Fi = FMi + FFi + 2FMiFFi cosαi Với αi là góc nhọnhợpbởi2 lựcFMi và FFi Tìm bu lông chịulựclớnnhấtvàtínhtheomốighépbulôngđơnchịulực ngang. Trường hợplắpcókhehở LựcxiếtV để tránh trượt Đgkínhbulôngđể tránh phá huỷ chân ren kFi max 4×1.3×V V = d1 ≥ i f π ×[]σ k Tra bảng chọnbulôngtiêuchuẩn 37 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 38 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 6.6.4 Mối ghép nhóm bu lông chịulựcbấtkỳ Dạng hỏng • mốighépbị tách hở • mốighépbị trượt • bu lông bị phá huỹởchân ren Chỉ tiêu tính • tránh tách hở σ max < 0 • tránh trượt Fms > FH • tránh phá huỷ bu lông 2 2 σtd = σ k + 3τ x ≤ [σ k ] Công thứctính Ứng suấttrênbề mặttiếpxúc ZV (1− χ)FV (1− χ)M σ = −σ +σ ±σ = − + ± 39 max V FV M min A A Wu Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng Để tránh tách hở ZV (1− χ)FV (1− χ)M σ max = − + + < 0 A A Wu LựcxiếtV để tránh tách hở hoặc (1− χ) ⎛ M A ⎞ k(1− χ) ⎛ M A ⎞ V ≥ ⎜ FV + ⎟ V = ⎜ FV + ⎟ Z ⎝ Wu ⎠ Z ⎝ Wu ⎠ Để tránh trượt Fms = f []ZV − (1− χ)FV ≥ FH Hoặc Fms = f []ZV − (1− χ)FV = k.FH LựcxiếtV để tránh trượt kF + f (1− χ)F V = H V f Z Để tránh tách hở và tránh trượt chon lựcxiếtV trong cả 2 trường hợp max 40 trên Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng Lựctácđộng lên bu lông Lực do mômen M tác động lên từng bu lông tỉ lệ thuậnvớikhoảng cách từ tâm bu lông đến đường trung hoà FM1 FM 2 FMi vậy FM1 × yi = = ... = FMi = y1 y2 yi y1 Tồng mômen do các lựcgâyrasoFMi với đường trung hoà bằng mômen tác động lên các bu lông F n n vậy χ M = M1 y2 χ M = F y ∑ i ∑ Mi i y1 i=1 i=1 Lựctácdụnglênbulôngsố 1 χ M y1 FM1 = n 2 ∑ yi i=1 Bu lông ở xa đường trung hoà nhấtlàbulôngchịulựclớnnhất do M gây ra χ M ymax FM max = n 2 ∑ yi 41 i=1 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng Lựclớnnhấttácđộng lên bu lông χ F F = V + V + F bmax max Z M max Đường kính bu lông khi xiếtchặtrồimớichịulực ⎛ χ FV ⎞ 4×⎜1.3×Vmax + + FM max ⎟ ⎝ Z ⎠ d1 ≥ π ×[]σ k Đường kính bu lông khi xiếtchặt đồng thờivớichịulực ⎛ χ FV ⎞ 4×1.3⎜Vmax + + FM max ⎟ ⎝ Z ⎠ d1 ≥ π ×[]σ k Tra bảng chọnbulôngtiêuchuẩn HẾT CHƯƠNG 8 42