Bài giảng Thiết kế máy 2

có hệ l l thức: d1  2 (12-5) ld2 l1 Điều kiện bền trong các mối hàn phải bằng nhau và được tính theo công thức P / sau:     c (12-6) 0,7.k(ld1  ld2 ) Ví dụ 12.2: Dàn thép gồm thanh thép L không đều cạnh, liên kết với nhau qua tấm thép 2 như hình vẽ sau. Vật liệu tấm thép và thép L bằng CT3, có  k = 160 N/mm . Hàn bằng tay, que hàn có chiều dày lớp thuốc ký hiệu là Φ42A. Hãy xác định chiều dài mối hàn sao cho tải trọng phân bố đều trên các đường hàn. -63- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 Giải: Tra bảng vật liệu với thép góc L70x 45x 5 có diện tích F= 5,59 cm2 = 559 mm2 2 Tra bảng  k = 160 N/mm . P Áp dụng CT:    .Ta có tải trọng kéo cho phép trên thanh L là: F k P  F. k = 559. 160 = 89,5 kN Ta lấy chiều cao mối hàn k bằng bề dày của thép L nghĩa là k= 5 mm. Tra bảng 12-1 ta được ứng suất cắt cho phép: / 2  c  = 0,65. k = 0,65 . 160 = 104 N/mm P Áp dụng CT:   /  ta có: 0,7.k.L c Lực tác dụng cho phép đối với mối hàn ngang ở đầu thanh L: / Pn   0,7.k.ln . c = 0,7 . 5. 70 . 104 = 25,5 kN Lực tác dụng cho phép đối với 2 mối hàn dọc hai bên thanh L: Pd  PPn =89,5 – 25,5 = 64 kN Hợp lực P phân bố hai bên thanh L, tỉ lệ nghịch với khoảng cách từ đường tâm tác dụng đến hai mối hàn dọc hai bên. Áp dụng CT (12-3), (12-4) ta có: l2 59,5 P1 = .P = 64.  54,5kN l d 70 l1 10,5 P2 = .P = 64.  9,6kN l d 70 -64- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 Tính chiều dài cần thiết của các mối hàn dọc: P Áp dụng CT   /  ta có; 0,7.k.L c P 54,4.103 l  1 = = 149,5 mm d1 / 0,7.k. c 0,7.5.104 l1.ld1 10,5.149,5 Áp dụng CT (12-5) suy ra: ld2  = = 26,4 mm l2 59,5 Vậy chiều dài của mối hàn: L= ld1 + ld2 + ln = 149,5 + 26,4 + 70 = 245,9 mm 2.3.2. Tính mối hàn chồng chịu moment uốn trong mặt phẳng ghép Xét mối hàn chồng chịu mô men uốn M, biểu diễn trên Hình 12.9. Hình 12.9 Mối hàn chịu moment uốn trong mặt phẳng ghép Nhận xét Khi chịu mô men uốn M, mối hàn có xu hướng xoay quanh trọng tâm O. Ứng suất phân bố dọc theo các mối hàn là không như nhau, phương của ứng suất tại mỗi điểm vuông góc với bán kính kể từ tâm O đến điểm đang xét. Giá trị của ứng suất tỷ lệ với độ lớn của bán kính. Song để đơn giản cho việc tính toán , với mỗi mối hàn có chiều dài ld1 ≤ 50k người ta coi ứng suất  d trên mối hàn dọc phân bố đều và có phương dọc theo mối hàn. Còn ứng suất  n trên mối hàn ngang phân bố giống như quy luật phân bố ứng suất uốn trên thanh có tiết diện hình chữ nhật 0,7k×ln. Người ta cũng giả thuyết là nd   . Sai số của giả thuyết này được bù lại bằng cách chọn giá trị ứng suất cho phép của mối hàn thích hợp. -65- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 Với giả thuyết trên, ta viết được phương trình cân bằng giữa ngoại lực và nội lực trong mối hàn là: MMMMMd1  d 2  n 1  n 2 Trong đó Mdd1. l 1 .0,7 k . r 1 Mdd2. l 2 .0,7 k . r 2 l 2 Mk.0,7 . n1 n1 6 l 2 Mk.0,7 . n2 n2 6 Từ phương trình cân bằng trên, ta tính được ứng suất trên mối hàn chịu mô M men:   (12-7) ll22 0,7.k ( l . r l . r nn12  ) dd1 1 2 2 66 a) Kiểm tra bền mối hàn chịu mô men uốn M Ta đã có mối hàn với đầy đủ kích thước, và biết giá trị mô men M, cần kiểm tra xem mối hàn có đủ bền hay không. Các bước tính toán theo trình tự sau: - Xác định ứng suất cho phép ', bằng cách tra bảng hoặc tính theo công thức kinh nghiệm. - Xác định kích thước chiều dài li và k của các mối hàn, xác định khoảng cách r1 và r2 của mối hàn dọc. kiểm tra điều kiện ld1 ≤ 50k. - Tính ứng suất sinh ra trong mối hàn theo công thức (12.7). - So sánh  > ', rút ra kết luận: + Nếu   ', mối ghép không đủ bền. + Nếu quá nhỏ hơn ', mối ghép quá dư bền,có tính kinh tế thấp. + Nếu   ', độ lệch không nhiều lắm, mối ghép đủ bền và có tính kinh tế cao. b) Thiết kế mối hàn chịu mô men M Có các tấm ghép, và biết mô men tải trọng M, cần phải vẽ kết cấu của mối hàn. Các bước tính toán theo trình tự sau: -66- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 - Xác định ứng suất cho phép  ', bằng cách tra bảng hoặc tính theo công thức kinh nghiệm. - Xác định kích thước k của mối hàn, có thể lấy k ≤ Smin. - Giả sử chỉ tiêu (1) thỏa mãn, ta có: M   22 llnn12 0,7.k ( ldd1 . r 1 l 2 . r 2   ) 66 (12-8) - Chon ln1 = ln2 = bmin, chọn r1 = r2 = bmin/2, lúc đó ta sẽ tính được ld l d12 l d 22 M llnd12 2 ld    . 0,7.kb .  ' 6 6 min - Chia chiều dài tổng ld thành các mối hàn dọc, phải đảm bảo ld1 ≤ 50k. - Vẽ kết cấu mối hàn. Ghi chú: Có thể tính thiết kế mối hàn chồng chịu mô men, bằng phương pháp gần đúng dần như sau: ta chọn sơ bộ kích thước chiều dài của mối hàn, vẽ kết cấu, kiểm tra bền. Nếu quá dư bền thì giảm chiều dài, vẽ lại và kiểm tra tiếp. Nếu thiếu bền thì tăng chiều dài, vẽ lại và kiểm tra tiếp. Đến khi nào vừa đủ bền, vừa đảm bảo tính kinh tế cao thì dừng. Vẽ kết cấu chính xác của mối hàn. 12.3.3. Tính mối hàn chồng chịu lực và moment uốn trong mặt phẳng ghép Tính mối hàn chồng chịu đòng thời lực F và mô men M , được thực hiện như sau: Khi tác dụng đồng thời lên mối ghép hàn chồng momen uốn m và tải trọng F vuông góc với mối hàn thì ứng suất cắt xác định theo công thức: FM6 '[']   0,7kl 0,7 kl 2 + Sử dụng các giả thuyết và tính ứng suất F do tác động của riêng lực F, dùng công thức (12-7). + Tính ứng suất M do tác động của riêng mô men M, dùng công thức (12-8). + Ứng dụng suất cực đại trong mối hàn sẽ là tổng của hai ứng suất thành phần; -67- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 F + M Trình tự làm bài kiểm tra bền và bài toán thiết kế cũng tương tự như phần 12.3.2 Ứng suất cho phép của mối hàn chồng [ ’ có thể lấy như sau : + Hàn hồ quang bằng tay , lấy [ ’ bằng 0,6.[ k]; + Hàn tự động dưới lớp thuốc hàn , lấy [ ’ bằng 0,65.[ k]. Trong đó [ k] là ứng suất kéo cho phép của các tấm ghép. Có thể lấy [ k] = ch/(1,5 12.4. Tính mối hàn góc - Mối hàn góc hàn theo kiểu giáp mối được tính tương tự như tính mối hàn giáp mối. - Mối hàn góc hàn theo kiểu hàn chồng được tính toán tương tự như mối hàn chồng. Ví dụ 12.3: Cho mối hàn góc chịu tải trọng F như hình vẽ a và b. Các kích thước l=500mm ,b=50mm. Vật liệu thép CT42 có  ch  240Mpa , lấy hệ số an toàn S 1,5. Hàn bằng tay, que hàn  42 nên ' 0,6  ;  '     k  k  k  a) b) Hình 12.10 Mối hàn a) Cho biết loại mối ghép hàn, phương pháp tính toán và xác định trị số lực lớn nhất cho phép tác dụng vào mối ghép hàn tren hình a khi S=10mm, k=5mm -68- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 b) Xác định chiều cao cạnh hàn k của mối hàn trên hình a khi lực F=2KN ,S=10mm c) Cho biết loại mối ghép hàn, phương pháp tính toán và xác định trị số lớn nhat cho phép tác dụng vào mối hàn trên hình b khi S=10mm ,k=5mm Giải: a) Đây là mối hàn chữ T không vát mép, tính toán theo mối hàn chồng Dời lực F và một momen M=Fl Điều kiện bền của mối ghép 2 2 2 2 22 F   Fl  1   l   FM        Fk       '  0,6   AA  W'W'        0,6 ch (1) S Trong đó: A là diện tích mặt cắt ngang nguy hiểm của mối ghép hàn: A =2.0,7.k.b=2.0,5.7,5.50=350 mm2 W’là momen chóng uông của mối hàn kb225.50 w ' 2.0,7.  2.0,7.  2916,67mm3 66 Từ (1) suy ra lực lớn nhất cho phép vào mối hàn : 0.6 0,6.240 F ch   560 KN 2 22 2 1  l 1  500  S     6   A  W'  350 2916,67 b) Điều kiện bền của mối hàn:  22 2  22 F   Fl   F Fl  '    FI          2 A  W '   2.0,7. k . b 2.0,7.kb .  6   ' 0,6 ch s  2 1 F Fl ch  ' 2 2  0,6 k2.0,7. kb2.0,7.b  S  6 -69- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 Suy ra chiều cao của cạnh là 2 2   2 2 S F Fl 1,5 2.1033 2.10 k    2 17,06 0,6ch 2.0,7. b 2.0,7.b 0,6.240 2.0,7.50  2.0,7.50    6 6 Lấy k=18 c) Đây là mối hàn chữ T vát mép tính toán theo mối hàn giáp mối (theo ứng suất pháp) Dời lực F về mối hàn ta được 1 lực bằng lực F và một momen M=Fl Điều kiện bền của mối hàn . bỏ qua ảnh hưởng của ứng suất M Fl  u    , 0,9    0,9 ch Wu sb2 kk s  Lực lớn nhất tác dụng vào mối hàn 0,9. .Sb . 2 0,9.240.10.502 FN ch  1200( ) 6.Sl . 6.1,5.500 Vậy F=1200(N) 12.5. Tính mối hàn tiếp xúc Mối hàn tiếp xúc theo kiểu hàn giáp mối được tính tương tự như tính mối hàn giáp mối. Hình 12.11 Mối hàn tiếp xúc điểm dùng để ghép các tấm có chiều dày nhỏ, tấm 1 dầy không quá 3 lần tấm 2. Điểm hàn thường có dạng hình tròn, dường kính d. Kích thước của điểm hàn có thể chọn như (hình 12.11); -70- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 d=1,2S + 4mm, khi S≤ 3 mm, d = 1,5S +5 mm, khi S > 3 mm. t = 3d , t1 = 2d , t2 =1,5d Mối hàn điểm tương tự như tính mối ghép đinh tán 4F     z i   d2 Trong đó F là lực tác dụng, i là số tiết diện chịu cắt, z là số điểm hàn, [ ’ là ứng suất cho phép của mối hàn. Mối hàn đường (Hình 12.5b) dùng ghép các tấm mỏng và yêu cầu kín. Ứng suất sinh ra trong mối hàn là ứng suất cắt, điều kiện bền của mối hàn được viết như F sau:     al Trong đó a là chiều rộng và l chiều dài của mối hàn. CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Phân loại mối ghép hàn và các loại mối hàn? 2. Trình tự tính toán mối ghép hàn? 3. Xác định ứng suât cho phép khi tính toán mối ghép hàn? -71- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 Chương 13. MỐI GHÉP ĐỘ DÔI 13.1. Khái niệm chung 13.1.1. Giới thiệu mối ghép độ dôi - Trong các mối ghép chi tiết máy có độ dôi phổ biến nhất là mối ghép có bề mặt tiếp xúc là mặt trụ tròn. Hình 13.1 Các mối ghép độ dôi điển hình - Ngoài ra mối ghép có độ dôi theo hình côn, hình răng trụ. - Độ dôi cần thiết được xác định băng hiệu giữa đường kính trục và dường kính lỗ. Chi tiết được giữ cố định trên trục nhờ vào lực ma sát trên bề mặt tiếp xúc lực ma sát này sinh ra là do lực đàn hồi của chi tiết biến dạng. - Mối ghép bằng độ dôi chịu tác dụng lực và moomen xoắn theo phương bất kì. - Mối ghép độ dôi chia thành hai nhóm. + Mối ghép các chi tiết theo mặt trục hoặc mặt côn khi đó một chi tiết bao chi tiết khác không sử dụng các chi tiết ghép phụ. + Mối ghép độ dôi thực hiện bằng các vành xiết và thanh ghép. - Ưu điểm mối ghép độ dôi: + Kết cấu đơn giản -72- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 + Các chi tiết ghép đảm bảo độ đồng tâm + Chịu tải trong lớn và tải trọng động - Nhược điểm: + Tháo lắp phức tạp + Giảm độ dôi chi tiết ghép và có thể làm hỏng bề mặt ghép khi tháo lắp + Độ phân tán lớn hệ số ma sát của độ dôi khi lắp do sai số kích thước bề mặt ghép, yêu cầu độ chính xác gia công cao. + Khó kiểm tra chất lượng bề mặt ghép. + Phạm vi ứng dụng ghép các chi tiết máy bằng độ dôi được sử dung khi tải trọng động lớn và không yêu cầu tháo lắp thường xuyên. + Độ tin cậy mối ghép bằng độ dôi phụ thuộc chủ yếu vào kích thước độ dôi giá trị này phụ thuộc vào dung sai lắp ghép được chọn. 13.1.2. Phương pháp lắp để tạo mối ghép độ dôi Gồm: phương pháp lắp ép nguội, phương pháp lắp ép nóng, phương pháp hỗn hợp. Phương pháp ép: - Làm lạnh chi tiết bị bao độ tin cậy mối ghép khi sử dụng nung nóng chi tiết bao và làm lạnh chi tiết bị bao cao hơn 1,5 lần so với sử dụng phương pháp ép. Bởi vì khi ép làm san bằng một phần những nhấp nhô của bề mặt lắp ghép, khiến độ dôi bị giảm đi và giảm độ bền mối ghép. - Giá trị độ dôi tương ứng dạng dung sai mối ghép bằng độ dôi được xác định phụ thuộc vào áp suất cần thiết cho bề mặt lắp các chi tiết ghép. Áp suất cần thiết để tạo lực ma sát sinh ra trên bề mặt ghép thẳng được ngoại lực tác dụng lên chi tiết ghép. + Lắp có độ dôi là lắp ghép trong đó kích thước trục (bị bao) luôn lớn hơn kích thước lỗ (bao) và đảm bảo mối ghép có độ dôi. Trong mối ghép có độ dôi, độ dôi giữa lỗ và trục gây ra biến dạng đàn hồi, tạo ra bề mặt lắp ghép giữ cho mối ghép được bền chặt. -73- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 + Lắp ghép có độ dôi cò được gọi là lắp chặt, độ dôi trong lắp ghép đặc trưng cho sự cố định tương đối giữa hai chi tiết trong lắp ghép. Nếu độ dôi càng lớn thì sự cố định gỗưa 2 chi tiết càng bền chặt và ngược lại. Độ dôi kí hiệu là N , N = d-D Độ dôi lớn nhất Nmax = dmax –Dmin = es –EI Độ dôi nhỏ nhất Nmin = dmin –Dmax = ei – ES NNmax min Ntb  Độ dôi trung bình 2 Dung sai độ dôi TN = Nmax – Nmin = Td - TD 13.1.3. Các kích thước chủ yếu của mối ghép - Cũng như mối ghép có độ hở khi lắp chi tiết trục có kích thước giới hạn nhỏ nhất thì được mối ghép có độ dôi lớn nhất Nmax - Vậy độ dôi lớn nhất là hiệu số dương giữa kích thước giới hạn lớn nhất của chi tiết trục và kích thước giới hạn nhỏ nhất của chi tiết lỗ hoặc là hiệu đại số giửa sai lệch trên của trục và sai lệch dưới của lỗ. 13.2. Tính mối ghép độ dôi 13.2.1. Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính toán a) Các dạng hỏng: Trong quá trình lắp ghép và chịu tải, mối ghép độ dôi có thể hỏng. Các dạng hỏng thường gặp là: - Dập bề mặt tiếp xúc giữa trục và bạc. - Nứt hoặc vỡ chi tiết bạc. - Trục rỗng bị bóp méo. Khi chịu tải, bạc và trục trượt tương đối so với nhau. Để tránh các dạng hỏng nêu trên, mối ghép độ dôi phải thỏa mãn hai điều kiện dưới đây, đó cũng chính là các chỉ tiêu dùng để tính toán mối ghép độ dôi: ppmax    (*) Fms > F, để đảm bảo an toàn, thường lấy FKFms  (**) Trong đó: -74- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 K: là hệ số tải trọng, lấy K =1,5 – 3, giá trị của K được chọn tùy thuộc vào mức độ quan trọng của mối ghép. Fms: là lực ma sát lớn nhất có thể có trên bề mặt tiếp xúc của trục và bạc. F: là lực tác dụng lên mối ghép. pmax: là áp suất lớn nhất trên bề mặt tiếp xúc của hai chi tiết. [p]: là áp suất cho phép. b) Chỉ tiêu tính toán: Hình 13.2 Trình tự hình thành mối ghép độ dôi - Để chi tiết ghép cố định trên trục trong trường hợp chịu tác dụng lực dọc trục Fa, N. Fa  Fms = f dlp Suy ra công thức xác định áp suất trên bề mặt: KF p  a f ld Trong đó: p : áp suất trung bình trên bề mặt tiếp xúc, Mpa k= 1,5...2: hệ số an toàn; f: hệ số ma sát d , l: đường kính và chiều dài bề mặt ghép, mm Trong trường hợp chịu tác dụng của mô men xoắn T T  Tms = Fmsd/2 = f lpd/2 -75- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 2KT Suy ra: p  f d2 l Nếu đơn vị T là Nm, thì công thức trên viết lại như sau: 2KT .103 p  f d2 l Khi tác dụng mô men xoắn T và lực dọc trục Fa Lực vòng Ft 2T .103 Ft = d Điều kiện không bị trượt: 22 Ft F a  F ms  f dp Từ đây suy ra: FF22 P  K ta f ld Hình 13.3 Tải trọng tác dụng Trong các trục quay nhanh, do có lực ly tâm nên có thể làm yếu mối ghép, do đó trong trường hợp này để đảm bảo độ tin cậy ta cần phải tâng áp suất sinh ra trên bề mặt. Khi tính toán hệ số ma sát f đối với các chi tiết ghép bằng gang hoặc thép có thể chọn; f= 0.08 0.1 khi lắp bằng phương pháp ép f = 0.12  0.14 khi lắp ráp bằng phương pháp nung nóng chi tiết bao hoặc làm làm lạnh chi tiết bị bao. Nếu một -76- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 trong các chi tiết là thép hoặc gang, còn chi tiết còn lại là đồng thanh hoặc đồng thau thì ta lấy f =0.05. Độ dôi tính toán mối ghép trụ  (hình 13.4) có thể tính theo công thức: CC  pd 12 EE12 1/dd12 1/ dd12 Với C11 ; và C22 ; 1/dd12 1/dd12 Trong đó: d- đường kính lắp danh nghĩa d1-đường kính lỗ chi tiết bị bao (đối với trục đặc thì d1=0) d2-đường kính ngoài của chi tiết bị bao E1 và E2 – môđun đàn hồi vật liệu chi tiết bị bao (xem bảng 13.1) 1 và 2 - hệ số Poission vật liệu chi tiết bao và bị bao (xem bảng 13.1) Bảng 13.1. Hệ số Poission Vật liệu E,(105Mpa)   Đồng thau 18.10-6 Đồng thanh thiết 1,0 1,1  0,35 17.10-6 Hợp kim nhôm 23.10-6 Thép 2,1 2,2 0,3 12.10-6 Gang 1,2 1,4 0,25 10,5.10-6 Khi lắp bằn phương pháp ép thì các đỉnh nhấp nhô bề mặt được sang bằng, do đó độ dôi thực tế  mối ghép phải lớn hơn giá trị tính toán;  1,2 RR  b 1  zz12 Trong đó Rz1 , Rz2 , là chiều cao nhấp nhô bề mặt theo mười điểm (tra bảng 13.2) Người ta chọn giá trị 1 tương ứng mối ghép tiêu chuẩn mà khi đó độ dôi nhỏ nhất min sẽ bằng t hoặc gần đúng giá trị này. Theo tiêu chuẩn ta chọn các dung sai HHHHH7 7 7 7 7 sau : ;;; r5 r 6 s 6 u 6 u 8 -77- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 Khi nung nóng chi tiết bao hoặc làm lanh chi tiết bị bao thì sự chênh lệch nhiệt độ cần thiết mối ghép xác định theo công thức: ()  s t  max d Trong đó : max - độ dôi lớn nhất chọn từ dung sai lắp ghép s- là khe hở cần thiết để lắp mối ghép  - hệ số giản nở nhiệt đối với chi tiết nung nóng hoặc làm lạnh (xem bảng 13.2) Bảng 13.2Giá trị độ nhám bề mặt Cấp Chiều cao nhấp Cấp nhóm Chiều cao nhấp nhô nhóm nhô Rz( m) Rz( ) 1 320 8 3,2 2 160 9 1,6 3 80 10 0,8 4 40 11 0,4 5 20 12 0,2 6 10 13 0,1 7 6,3 14 0,05 13.2.2. Tính mối ghép độ dôi chịu mô men xoắn a) Giới thiệu Quan hệ giữa áp suất p trên bề mặt tiếp xúc của mối ghép và độ dôi N được xác định theo công thức của lý thuyết tính toán ống dày trong Sức bền vật liệu: N p    C1 C2 (13-1) d    E1 E2   C1 C2  N  p.d.    E1 E2  (13-2) Trong đó: d 2  d 2 d 2  d 2 C  1   C  2   1 2 2 1 2 2 2 2 d  d1 , d2  d -78- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 E1 và E2 là mô đun đàn hồi của vật liệu trục và bạc. μ1 và μ2 là hệ số Poát xông của vật liệu trục và bạc. Kích thước d, d1, d2 như trên (Hình13.4) Lực ma sát lớn nhất trên bề mặt tiếp xúc được tính như sau: Fms= p.πdl.f Trong đó: f là hệ số ma sát trên bề mặt tiếp xúc. Nếu dùng phương pháp lắp ép, lấy f =0,08. Nếu lắp bằng nung nóng, hoặc làm lạnh, lấy f= 0,14. Hình 13.4 Phân bố ứng suất trên trục và bạc Trong phạm vi biến dạng đàn hồi, sơ đồ phân bố ứng suất theo phương hướng tâm σr và theo hướng tiếp tuyến σt, trong chi tiết trục và bạc được trình bày trên hình 13.4. Sử dụng công thức tính đối với ống dày và tính ứng suất tương đương theo thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất, ta tính được áp suất tới hạn của chi tiết trục pth1 và của chi tiết bạc pth2; pth là áp suất lớn nhất có thể có trên bề mặt tiếp xúc, mà các chi tiết vẫn chưa bị phá hỏng. 2 2 d  d1 pth1   ch1 2d 2 (13-3) 2 2 d2  d pth2   ch2 2d 2 σch1 và σch2 là giới hạn chảy của vật liệu làm trục, vật liệu chế tạo bạc. -79- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 Trong phạm vi biến dạng đàn hồi, theo định luật Húc, ta tính được lượng thay đổi của đường kính d1 và d2: 2 pd1 2 pd2 d1  d2  d 2  d 2 , d 2  d 2 (13-4) E 1 E 2 1 d 2 2 d 2 b) Bài toán kiểm tra bền: Đầu bài: có mối ghép ren với các kích thước vật liệu; biết tải trọng tác dụng lên mối ghép. Tải trọng có thể là lực dọc trục Fa , có thể là mômen xoắn T, hoặc cả hai. Kiểm tra xem mối ghép có thoả mãn chỉ tiêu tính toán hay không. Bài toán được tiến hành theo các bước sau: Căn cứ vào vật liệu, cách nhiệt luyện, chất lượng bề mặt của chi tiết trục và bạc, tra bảng để xác định E1, E2, μ1, μ2, f, RZ1, RZ2, σch1, σch2, ei, es, EI, ES, K, - Xác định [p]: tính giá trị pth1 và pth2 theo công thức (13.3). Lấy [p]= min(pth1, pth2) - Xác định pmax theo công thức (13.1), Nmax . - Kiểm tra so sánh pmax và [p], Nếu pmax ≤ [p], mối ghép đủ bền. Nếu pmax > [p], mối ghép không đủ bền, sẽ bị hỏng trong quá trình lắp ghép. Tính lực ma sát trên bề mặt tiếp xúc: Fms = pmin.πdl.f Tính pmin và Nmin được tính theo công thức ở trên. Nếu dùng phương pháp lắp ép, thì lấy Nmin = ei – ES – (RZ1 + RZ2). - Tính lực tác dụng F: Nếu tải trọng là lực dọc trục, lấy F = Fa. Nếu tải trọng là mômen xoắn, lấy F = 2T/d. Nếu tải trọng là cả hai, lấy: 4T 2 F  F 2  a d 2 - Kiểm tra chỉ tiêu bằng cách so sánh Fms và F, rút ra kết luận: Nếu Fms ≥ KF, các tấm ghép không bị trượt tương đối so với nhau; -80- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 Nếu Fms < KF, mối ghép chưa thỏa mãn chỉ tiêu chống trượt. - Nếu mối ghép đồng thời thỏa mãn cả hai chỉ tiêu trên, mối ghép đảm bảo chất lượng tốt. - Nếu kích thước d1, d2 tham gia vào các mối ghép khác, thì phải tính ∆d1, ∆d2 theo công thức (13.4), kiểm tra xem có làm hỏng các mối ghép đó hay không. c) Bài toán kiểm tra bền: Đầu bài: Cho biết kích thước của chi tiết trục và bạc, biết vật liệu, độ nhám bề mặt, biết tải trọng tác dụng, cần chọn kiểu lắp thích hợp cho mối ghép. Bài toán được tiến hành theo các bước sau: - Căn cứ vào vật liệu, cách nhiệt luyện, chất lượng bề mặt của chi tiết trục và bạc, tra bảng để xác định E1, E2, μ1, μ2, f, RZ1, RZ2, σch1, σch2, K, . - Xác định [p]: tính giá trị pth1 và pth2 theo công thức (13.3). Lấy [p] = min (pth1, pth2) - Giả sử chỉ tiêu (*) thỏa mãn, ta có: pmax ≤ [p], theo công thức (13.3) ta tính được:  C C   1 2  Nmax  p.d.    E1 E2  (13-5) - Tính lực tác dụng F: Nếu tải trọng là lực dọc trục, lấy F = Fa. Nếu tải trọng là mômen xoắn, lấy F = 2.T/d. Nếu tải trọng là cả hai, lấy: 4T 2 F  F 2  a d 2 KF - Giả sử chỉ tiêu (**) thỏa mãn, ta có pmin.πdl.f ≥ KF, hay p  min dl.f theo công thức (13.3) ta tính được: KF C12 C N.min  .l.f E E 12 (***) -81- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 - Tra bảng của các kiểu lắp ưu tiên, sau đó là các kiểu lắp không ưu tiên, để tìm một kiểu lắp thích hợp nhất, sao cho es – EI ≤ Nmax thỏa mãn điều kiện (13.5) và ei – ES ≥ Nmin thỏa mãn điều kiện (***). Các kiểu lắp ưu tiên: H7/n6, H7/p6, H7/r6, H7/s6, N7/h6, P7/h6 Các kiểu không ưu tiên: H7/n6, H8/s7, H7/s7, H7/t7, H7/u7, R7/h6, S7/h6,T7/h6, U8/h7. - Nếu kích thước d1, d2 tham gia vào các mối ghép khác, thì phải tính ∆d1, ∆d2 theo công thức (13.4), và kiểm tra xem có làm hỏng các mối ghép đó hay không. Ví dụ 13.1: Moay ơ được lắp có độ dôi trên trục truyền, công suất truyền P = 75 kW khi số vòng quay n= 300 vg/ph. Vật liệu trục và moay ơ bằng thép C45 (tôi cải thiện với σch =450 Mpa). a) Chọn dung sai lắp ghép. b) Kiểm tra độ bền các chi tiết sau khi lắp. Giải: Momen xoắn cần truyền 9,55.1066 .N 9,55.10 .75 T   2387500 Nmm 1 300 300 Đường kính d của trục được xác định theo công thức: T1 2387500 d  3  3  78,2mm 0,2.  0,2.25 Ta chọn d = 80 mm Trong đó ứng suất xoắn cho phép ta chọn [τ] = 25 Mpa -82- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 Đường kính moay ơ: d2 =1,5d+10 = 1,5.80 + 10 = 130 mm Chiều dài moay ơ: L = 1,5d =1,5.80 = 120 mm Áp suất cần thiết trên bề mặt tiếp xúc với hệ số ma sát f = 0,1: 2KT 2.1,5.2387500 p    39,7Mpa fd 2l 0,1.3,14.802.120 Trong đó f = 0,1- hệ số ma sát trên bề mặt sau khi ghép. Xác định độ dôi tính toán theo công thức Lame: C12 C 0,7 2,52  pd   29,7.80.55  E12 E 2,1.10 2.1.10 0,03643mm 36,43 m Trong đó C1 và C2 được xác định theo công thức sau: 2 1 (d1 / d) 1 02 C1  2  1  2  0,3  0,7 1 (d1 / d) 1 0 2 2 1 (d / d2 ) 1 (80/130) C2  2  2  2  0,3  2,52 1 (d / d2 ) 1 (80/130) Chọn μ1 = μ2 =0,3 với trục và moay ơ được chế tạo từ thép C45. Giá trị Rz1 và R z2 theo phương pháp gia công bề mặt ta chọn Rz1 =6,3 μm và Rz2 =10 μm . Khi đó độ dôi thực tế mối ghép được xác định theo công thức: t   1,2(Rz1  Rz2 )  36,431,2(6,310)  55,99m Theo giá trị  t ta chọn dung sai lắp ghép tiêu chuẩn. Theo bảng dung sai đối với mối ghép giữa moay ơ và trục ta chọn H7/u7 khi đó: H7 0,035 80  80 0,159 u7 0,124 Với độ dôi nhỏ nhất min  0,124 0,035  89m Độ dôi lớn nhất  159  0 159m max Thì độ dôi tính toán lớn nhất xác định theo công thức: t max   max 1,2(Rz1  Rz2 ) 159 1,2(6,310) 139,44m Khi đó áp suất lớn nhất sinh ra trên bề mặt ghép sẽ là: -83- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2  139,44.106 p  t max   36,38Mpa   C C   0,7 2,52  d 1  2  0,25      2,1.105 2,1.105   E1 E2    Kiểm tra độ bền moay ơ theo thuyết bền 3: 2 p 2.36,38    117,1Mpa td 2 2   d    80  1    1    d  130    2   Vì đối với thép C45σch =450 Mpa, do đó điều kiện bền được thỏa. CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Trình bày và so sánh các phương pháp lắp chi tiết có độ dôi? 2. Ưu nhược điểm mối ghép bằng độ dôi? Phạm vi ứng dụng? 3. Chọn dung sai cho mối ghép có độ dôi như thế nào? -84- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 Chương 14. MỐI GHÉP THEN VÀ THEN HOA 14.1. Mối ghép then 14.1.1. Giới thiệu mối ghép then Mối ghép bằng then và then hoa là loại mối ghép có thể tháo được, ghép với nhau nhờ mối ghép then giữa trục với các chi tiết có dạng moayơ như: bánh răng, bánh đai, đĩa xích, ... Trong mối ghép then được dùng để truyền mômen xoắn giữa trục và moay ơ. Vật liệu then phần lớn là thép kéo có giới hạn bền trên 500-600N/mm2 như: CT5, CT6, thép40, thép 45, ... - Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, chắc chắn, dễ tháo lắp và chế tạo, giá thành rẻ. - Nhược điểm: + Phải làm rãnh then trên trục, do đó làm yếu trục đi và gây tập trung ứng suất cho rãnh. + Khó đảm bảo chi tiết máy lắp ghép được chính xác. 14.1.2. Kích thước cơ bản của mối ghép then bằng a) Then bằng: hình 14.1 Hình 14.1 Mối ghép lỏng với then bằng -85- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 - Có tiết diện là hình chữ nhật, kích thước chiều rộng b và chiều cao h được tiêu chuẩn hoá. Với tỉ số chiều cao trên chiều rộng b: h thay đổi từ 1:1 (ứng với trục có đường kính nhỏ) đến 2:1 (ứng với trục có đường kính lớn). - Hai mút của then được gọt bằng hoặc gọt tròn, then chế tạo bằng thép kéo. - Mặt làm việc của then là hai mặt bên nên được chế tạo chính xác hơn hai mặt còn lại. - Trong mối ghép then bằng: giữa mặt trên của then và mặt rãnh moayơ đều có khe hở hướng tâm. Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo. Nhược điểm: - Khó đảm bảo tính lắp lẫn (phải sửa chữa hoặc chọn then), làm mất thời gian. - Không thể truyền lực theo dọc trục. b) Then dẫn hướng: hình 14.2 a- Các kích thước cơ bản; b- Then đầu tròn; c- Then đầu thẳng Hình 14.2 Mối ghép lỏng với then dẫn hướng Có hình dạng như then bằng, nhưng dùng trong mối ghép mà moay ơ cần di trượt dọc theo trục. Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo. -86- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 Nhược điểm: cố định then trên trục bằng cách bắt vít, khả năng tải kém hơn then hoa nên ít được dùng. 14.1.3. Tính mối ghép then bằng Hình 14.3 Mối ghép then bằng a) Tính toán theo điều kiện chịu dập: 2.M  d    d (14-1) lt .z.d.h  t Trong đó: z: số then d: ứng suất dập tác dụng lên then M: mômen xoắn trên trục (N.mm) lt: chiều dài làm việc thực tế của then lt =l với then đầu thẳng (l- chiều dài) lt =l- b: đối với then đầu tròn (b- chiều rộng) 2 []d: ứng suất dập cho phép (N/mm )-Tra bảng 14.1 Bảng 14.1 Ứng suất dập cho phép (N/mm2) Đặc tính tải trọng Kiểu lắp Vật liệu Tĩnh Va đập nhẹ Va đập mạnh (N/mm2) Thép 150 100 50 Cố định Gang 80 53 27 Di động Thép 50 40 30 -87- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 b) Tính theo điều kiện cắt: 2.M  c    c (14-2) z.b.d.lt Trong đó: c: ứng suất cắt tác dụng lên then. []c: ứng suất cắt cho phép. Trị số ứng suất cắt cho phép []c đối với loại vật liệu trong bảng 14.1 có thể lấy như sau: 2 -Khi chịu tải trọng tĩnh: []c = 120 N/mm 2 -Khi chịu tải trọng va đập nhẹ: []c = 87 N/mm 2 -Khi chịu tải trọng va đập mạnh: []c = 54 N/mm . 14.1.4. Tính toán then bán nguyệt: Hình 14.4 Mối ghép then bán nguyệt a) Tính theo điều kiện dập: 2.M      (14-3) d l.z.d.h  t d b) Tính theo điều kiện cắt: 2.M      (14-4) c z.b.d.l c 14.2. Mối ghép then hoa 14.2.1. Giới thiệu mối ghép then hoa Ghép bằng then hoa là ghép may ơ vào trục nhờ các răng của trục lồng vào các rãnh đã được chế tạo sẵn trên moay ơ. -88- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 Ưu điểm: - Moay ơ đảm bảo mối ghép đồng tâm và dễ di động trên trục. - Khả năng chịu tải lớn hơn do có nhiều răng cùng làm việc và tải trọng phân bố đều hơn trên bề mặt răng. - Sức bền mỏi cao hơn, chịu va đập và tải trọng động tốt hơn. Nhược điểm: - Tải trọng phân bố giữa các răng không đều nhau. - Cần có những dụng cụ và thiết bị chuyên môn để chế tạo và kiểm tra. Mối ghép then hoa được chia làm 2 loại sau: - Mối ghép cố định: là mối ghép trong đó moayơ được cố định trên trục. Then hoa có thể chế tạo hình trụ hoặc hình côn. - Mối ghép di động: là mối ghép trong đó moayơ có thể trượt dọc trục. Then hoa chỉ dùng dạng hình trụ. 14.2.2. Kích thước cơ bản của mối ghép then hoa Then hoa hình trụ thường gồm 3 dạng răng sau: a) Răng chữ nhật: hình 14.6 b) Răng thân khai: hình 14.5a c) Răng tam giác: hình 14.5b a. Dạng A; b. Dạng B Hình 14.5 Các dạng răng trên trục then hoa chữ nhật -89- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 Hình 14.6 Then hoa với răng chữ nhật a. Dạng A; b. Dạng B Hình 14.7 Các dạng răng trên trục then hoa chữ nhật a. Then hoa thân khai b. Then hoa tam gíac Hình 14.8 Then hoa định tâm theo cạnh bên S -90- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 Hình 14.9 Then hoa định tâm theo đường kính ngoài D Có 3 phương pháp định tâm mối ghép then hoa sau: - Định tâm theo cạnh bên S: dùng cho ghép chịu mômen xoắn lớn nhưng không yêu cầu cao về độ đồng tâm. - Định tâm theo đường kính ngoài D: yêu cầu độ đồng tâm cao. - Định tâm theo đưòng kính trong d: để đạt độ đồng tâm cao hơn khi định tâm theo đường kính ngoài D không dùng được. 14.2.3. Tính mối ghép then hoa Tính theo điều kiện dập và điều kiện mòn (mối ghép hỏng nhiều do dập bề mặt làm việc của răng và mòn). 2.M a) Tính theo điều kiện dập:  d    d (14-5) .z.lt .h.dtb Trong đó: d: ứng suất dập tác dụng lên then M: mô men xoắn lớn nhất tác dụng lên mối ghép (N.mm)  = 0,7-0,8 là hệ số xét đến sự phân bố tải trọng không đều lên các răng. z: số răng lt: chiều dài làm việc của một răng đo trên moay ơ (mm). h: chiều cao bề mặt tiếp xúc của răng (mm). 2 []d: ứng suất dập cho phép (N/mm )- tra Sổ tay dtb: đường kính trung bình (mm). - Đối với răng chữ nhật: hình 14.4 lấy: -91- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 D  d D  d h   f và d  (14-6) 2 tb 2 - Đối với răng thân khai: +Khi định tâm theo cạnh bên S: hình 14.6a lấy: D  d D  d h  b A và d  b A  d (14-7) 2 tb 2  +Khi định tâm theo đường kính ngoài D: hình 14.7 lấy: D  d A D  dA h   f và d   f 2 tb 2 2.M b) Tính theo điều kiện mòn:  m    m (14-8) z.lt .h.dtb Trong đó: 2 m: ứng suất mài mòn sinh ra trong mối ghép (N/mm ) 2 []m: ứng suất bền mòn cho phép của vật liệu làm then hoa (N/mm ). Các thông số khác tương tự như trên. CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Ưu nhược điểm mối ghép then, then hoa? Phạm vi ứng dụng? 2. Phân loại then và then hoa? 3. Khi nào cần phải sử dụng định tâm then cạnh bên, theo đường kính ngoài? -92- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 Chương 15. MỐI GHÉP REN 15.1. Khái niệm chung 15.1.1. Giới thiệu mối ghép ren Mối ghép bằng ren là loại mối ghép có thể tháo được, các chi tiết máy được ghép lại với nhau nhờ mối ghép ren như: bu lông và đai ốc, vít .... Được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp, máy xây dựng, máy nâng chuyển, .... a- Bu lông; b- Vít cấy; c- Vít Hình 15.1 Các chi tiết cơ bản của mối ghép bằng ren để kẹp chặt Chú ý: Trong Vẽ kỹ thuật khi biểu diễn hình cắt thì đệm- bu lông- đai ốc không cắt (được thể hiện như hình vẽ trên). 15.1.2. Các chi tiết máy dùng trong mối ghép ren Ren được tạo thành trên cơ sở đường xoắn ốc trụ (hoặc côn). a) Phân loại theo công dụng: - Ren dùng để kẹp chặt (ren trụ và ren côn) + Ren trụ là ren trên hình trụ có đường xoắn ốc nằm trên mặt trụ. + Ren côn là ren trên hình côn có đường xoắn ốc nằm trên mặt côn. -93- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 - Ren dùng để truyền động và để chịu tải. b) Theo chiều của đường xoắn ốc: ren trái, ren phải Theo đường xoắn ốc, ren được chia ra: ren phải và ren trái. Ren phải có đường xoắn ốc đi lên về phía phải, còn ren trái có đường xoắn ốc đi lên về phía trái (Hình.15.2) a. Ren phải b. Ren trái Hình 15.2. Ren trái và ren phải c) Theo số đầu mối: ren một đầu mối (thường dùng), ren hai đầu mối, ren ba đầu mối, ... 15.1.3. Các kích thước chủ yếu của mối ghép ren Hình 15.3 Các thông số hình học của ren hình trụ d- Đường kính ngoài của ren, là đường kính hình trụ có đường tâm trùng với đường tâm ren, bao đỉnh ren ngoài (bulông, vít) và đáy của ren trong, đây là đường kính danh nghĩa của ren. d1- Đường kính trong của ren, là đường kính hình trụ có đường tâm trùng với đường tâm ren và bao đỉnh ren trong và đáy ren ngoài. -94- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 d2- Đường kính trung bình, là đường kính hình trụ phân đôi tiết diện ren với chiều rộng ren bằng chiều rộng rãnh (không áp dụng cho ren vuông). d  d Đối với ren vuông thì: d  1 (15-1) 2 2 h- Chiều cao tiết diện làm việc của ren. S- Bước ren, là khoảng cách giữa hai mặt song song của hai ren kề nhau, đo theo phương của trục ren. So- Bước xoắn ốc, bằng khoảng di chuyển chiều trục khi xoay bulông hoặc đai ốc một vòng. + Đối với ren một đầu mối : So = S (15-2) + Đối với ren nhiều đầu mối: So = z. S (với z: số mối ren) (15-3) α- góc tiết diện ren λ- góc nâng của ren, là góc làm bởi tiếp tuyến của đường xoắn ốc (trên hình trụ trung bình) với mặt phẳng vuông góc với trục của ren: S tg  0 (15-4) .d2 15.1.4. Các kí hiệu lắp ghép a) Ren kẹp chặt: dùng để ghép chặt các chi tiết máy lại với nhau. Ren ghép chặt gồm: ren hệ mét, ren hệ Anh, ren ống, ren tròn, ren vít gỗ. - Ren hệ mét: ren có tiết diện hình tam giác đều, góc ở đỉnh α= 600, các kích thước của ren được đo bằng mm. Chia làm 2 loại: ren hệ mét bước lớn và ren hệ mét bước nhỏ. Đối với ren bước nhỏ vì giảm bước ren nên có chiều sâu rãnh ren và góc nâng của ren nhỏ hơn so với ren bước lớn.Với cùng đường kính ngoài thì đường kính trong của ren bước nhỏ lớn hơn ren bước lớn do đó sức bền của thân bulông (vít) cũng tăng lên. Góc nâng  giảm xuống sẽ làm tăng khả năng tự hãm của ren hay nói cách khác là ren bước nhỏ ít khả năng tự lỏng hơn so với ren bước lớn. Nhờ các ưu điểm trên mà bước ren nhỏ được dùng nhiều trong các chi tiết máy chịu tải trọng va đập, các tiết máy nhỏ hoặc có vỏ mỏng. -95- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 Ký hiệu của ren hệ mét bước lớn là M, tiếp theo là trị số đường kính (vd: M 14), với ren bước nhỏ thì ghi thêm trị số của bước ren nhỏ (vd: M 14x 0,75). - Ren hệ Anh: có tiết diện hình tam giác cân, góc ở đỉnh α= 550, các kích thước được đo bằng tấc Anh. (1 inch = 25,4 mm) Chỉ dùng cho các chi tiết máy nhập từ các nước phương Tây. - Ren ống: dùng để ghép kín các ống, ren không có khe hở ở đỉnh ren và chân ren, thành ống mỏng nên cần bước ren nhỏ.Khi lắp không có khe hở. Có tiết diện là tam giác cân và góc ở đỉnh α= 550 (đỉnh ren và chân răng làm lượn tròn). - Ren tròn: có tiết diện hình tròn, được dùng chủ yếu trong các bulông, vít chịu tải trọng va đập lớn, dùng trong đuôi đèn,chuôi bóng đèn, đuôi đèn pin, ... b) Ren truyền động và chịu tải: Gồm ren hình thang, ren hình răng cưa, ren vuông (ren này không được tiêu chuẩn hoá). - Ren vuông: có tiết diện hình vuông, α= 00 , nên hiệu suất cao. Loại ren này được dùng nhiều trong cơ cấu vít nhưng hiện nay ít dùng. - Ren hình thang: có tiết diện hình thang cân, có góc ở đỉnh α= 300, dùng trong truyền động chịu tải 2 chiều. - Ren hình răng cưa: có tiết diện hình thang lệch, dùng trong truyền động chịu tải 1 chiều (như máy ép, kích vít, ..) 15.1.5. Sự nới lỏng và các phương pháp phòng lỏng Bộ phận hãm giữ vai trò rất quan trọng trong mối ghép ren chịu tải trọng động. Mặc dù các loại ren dùng trong lắp ghép đều đảm bảo khi chịu tải trong tĩnh (nếu f’=0,1’=arctgf’=60, nếu f=0,3’=arctgf’=160 luôn luôn lớn hơn góc nâng ren  = 1,40 .. 3,300) nhưng do va đập vào rung động trong qua trình máy làm việc nên ma sát giữa ren bu lông và đai ốc giảm bớt nên xảy ra hiện tượng đai ốc bị tháo lỏng. Ngoài ra một số đai ốc điều chỉnh như: đai ốc chỉnh lực ép trên ổ bi đũa côn, trên tiết điều chỉnh mộng đuôi én, đai ốc chỉnh ổ cũng phải cần hãm lại. Có nhiều biện pháp để hãm dựa theo các nguyên tắc sau: a) Sử dụng hai đai ốc: -96- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 Hình 15.4 Các phương pháp phòng lỏng đai ốc - Sau khi vặn đai ốc thứ hai, giữa hai đai ốc xuất hiện lực căng phụ, chính lực căng phụ này tạo nên lực ma sát phụ giữ cho đai ốc không bị nới lỏng khi bu lông chịu lực dọc trục (hình 15.4.a) - Phương pháp sử dụng hai đai ốc làm tăng thêm khối lượng, khi bị rung động mạnh vẫn khôn đảm bảo chặt cho nên hiện nay ít dùng b) Sử dụng đai ốc tự hãm: bằng cách ép dẻo đầu đai ốc thành hình elip sau khi cắt ren, tạo thành độ dôi hướng tâm của ren (hình 15.4b) hoặc tạo các rãnh hướng tâm trên đầu đai ốc. Một phương pháp khác là cán lăn hoặc cuộn vòng hãm bằng poliamid vào rãnh đai ốc. Khi xiết sẽ tạo thành lực ma sát lớn chống tháo lỏng đai ốc.(hình 15.4.e) c) Dùng vòng đêm vênh: đây là phương pháp phổ biến nhất. Ma sát phụ sinh ra do lực đàn hồi của vòng đệm vênh tác dụng lên đai ốc. Ngoài ra,mệng vòng đệm vênh luôn tỳ vào đai ốc chống cho đai ốc thào lỏng ra. Nhược điểm chủ yếu là tạo ra lực lệch tâm. Để khắc phục người ta dùng vòng đệm lò xo. -97- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 Ngoài các phương pháp nêu trên, người ta còn hãm đai ốc bằng các phương pháp như vòng đệm gập, đệm hãm có ngạnh, chốt chẽ, dây buộcGây biến dạng cục bộ như tán phần cuối bulông hoặc hàn chỉnh, những phương pháp này rất chắc chắn nên chỉ dùng trong mối ghép không tháo. Hình 15.5 Các phương pháp phòng lỏng đai ốc đặc biệt 15.2. Tính mối ghép ren 15.2.1. Các dạng hỏng của mối ghép ren và chỉ tiêu tính toán Khi xiết chặt bu lông và đai ốc, các vòng ren của bu lông và đai ốc tiếp xúc với nhau. Các vòng ren của đai ốc chịu lực xiết V. Các vòng ren trên bu lông chịu phản lực Ft (Hình 15.6). Hình 15.6 Lực tác dụng lên bu lông và ren Trên mối ghép ren có thể xuất hiện các dạng hỏng sau: + Thân bu lông bị kéo dứt tại phần có ren, hoặc tại tiết diện sát mũ bu lông. Hoặc bị xoắn đứt trong quá trình xiết đai ốc. -98- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 + Các vòng ren bị hỏng do cắt đứt tại phần có ren, dập bề mặt tiếp xúc hoặc bị uốn gẫy. Nếu tháo lắp nhiều lần, các vòng ren có thể bị mòn. + Mũ bu lông bị hỏng do dập bề mặt tiếp xúc, cắt đứt hoặc bị uốn gẫy. Kích thước của mối ghép bu lông đã được tiêu chuẫn hóa, các kích thước được tính theo đường kính d vớ một tỷ lệ nhất định trrn cơ sở đảm bảo sức bền đều của các dạng hỏng. Do đó chỉ cần this toán để hạn chế một dạng hỏng là các dạng hỏng khác cũng không xảy ra. Thường người ta kiểm tra mối ghép ren theo điều kiện bền:     k Trong đó là ứng suất sinh ra trên tiết diện chân ren của bu lông, có đường kính d .  là ứng suất kéo cho phép của bu lông hoặc vít. 1  k Điều kiện bền được dùng để tính toán kiểm tra bền và thiết kế mối ghép ren. Nó được goi là chỉ tiêu tính toán của mối ghepsren ghép có khe hở. Chương này chủ yếu trình bày việ tính toán mối ghép bu lông có khe hở. Đối với các mối ghép dùng bu lông tinh, ghép không có khe hở, dạng hỏng chủ yếu của mối ghép là dập và cắt đứt thân bu lông. Chỉ tiêu tính toán và phương pháp tính mối ghép tương tự như mối ghép đinh tán. 15.2.2. Tính bu lông ghép lỏng chịu lực dọc trục Hình 15.7 Bu lông ghép lỏng chịu lực dọc trục F -99- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 Gọi F là ngoại lực tác dụng dọc trục bu lông, ta có: 4.F  ≤  2 k .d1 Công thức xác định đường kính trong của bu lông d1 4.F ≥ - Với là ứng suất kéo của bu lông . k 15.2.3. Tính bu lông được xiết chặt, không có ngoại lực tác dụng Hình 15.8 Mối ghép bu lông chịu lực xiết V 4.V Ứng suất kéo do V gây nên :  2 .d1 Ta tính theo độ bền kéo với lực kéo tính toán tương đương = 1,3.V Ftd 1,3.4.V Do đó , từ điều kiện bền :  3.   ≤ td 2 .d1 1,3.4.V Suy ra công thức xác định đường kính ≥ . k 15.2.4. Tính bu lông được xiết chặt, chịu ngoại lực tác dụng ngang a) Bu lông lắp có khe hở Gọi F là lực tác dụng lên mối ghép hoặc phần mối ghép có một bu lông, để các tấm ghép không bị trượt thì lực xiết V phải thõa mãn điều kiện: kF. F i.. f V F hoặc V = ms if. 4.1,3.V  ≤ td 2 .d1 -100- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 Thay trị số V vào biểu thức trên, rút ra công thức xác định được đường kính 1,3.4.kF . d của bu lông: ≥ 1 ...if  k Hình 15.9 Bu lông lắp có khe hở b) Bu lông lắp không có khe hở Hình 15.10 Bu lông lắp không có khe hở Điều kiện bền cắt ngang thân bu lông 4.F 4F     do ..di2 ..  i F Điều kiện bền dập :     dd .d0 Lực xiết bu lông được xác định bởi công thức: kF. V = = 10.F if. 15.3. Tính mối ghép nhóm bu lông Thông thường đường kính các bu lông trong mối ghép được chọn bằng nhau, mặc dù về phương diện tính toán,cách giải quyết này chỉ đúng trong trường hợp tải -101- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 trọng phân bố đều giữa các bu lông. Sỡ dĩ như vậy là vì trong sản xuất, ta sử dụng nhóm bu lông có đường kính bằng nhau làm đơn giản công nghệ chế tạo, giảm bớt bu lông cần chế tạo, tháo lắp và thay thế dễ dàng. Khi tính ta giả thiết rằng: - Các chi tiết máy được ghép khá cứng,do đó bề mặt tiếp xúc giữa các tấm ghép (bề mặt ghép) vẫn phẳng. - Các bu lông trong mối ghép có kích thước như nhau và chịu lực xiết bằng nhau. Trong mục này trình bày vấn đề xác định tải trọng tác dụng lên bu lông chịu tải lớn nhất trong mối ghép nhóm bu lông. Khi xác định được tải trọng lớn nhất, sau đó xác định lực kéo tính toán tương đương (ghép có khe hở) hoặc lực cắt (ghép không có khe hở) theo các công thức có trong mục trước để tính kích thước của bu lông. Ta xác định trọng tâm nhóm bu lông theo các công thức (với Ai , xi , yi tương ứng là diện tích,hoành độ và tung độ thứ i như hình 15.11) Hình 15.11 Phương pháp xác định tọa độ trọng tâm A1 x 1 A 2 x 2 ...  Ann x A1 y 1 A 2 y 2 ...  Ann y x  y  AAA12 ...  n AAA12 ...  n Nếu tải trọng F tác dụng nằm trong mặt phăng ghép thì ta đưa ngoại lực F về trọng tâm nhóm bu lông. Lúc đó mối ghép nhóm bu lông sẽ chịu tác dụng đồng thời ngoại lực F đi qua trọng tâm mối ghép và mô men M=Fl. Do đó ta khảo sát độc lập -102- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 hai trường hợp: mối ghép chịu lực ngang F đi qua trọng tâm nhóm bu lông và mối ghép chịu tác dụng mô men M nằm trong bề mặt ghép. a) Mối ghép chịu lực ngang F, đi qua trọng tâm của nhóm bu lông.(H 15.12) Khi đó ngoại lực F phân bố đều cho tất cả z bu lông trong mối ghép. Ngoại lực F tác dụng lên một bu lông có giá trị bằng nhau và xác định theo công thức: Fi F FF  i z a) b) Hình 15.12: Tải trọng nằm trong bề mặt ghép và qua trọng tâm b) Mối ghép chịu tác dụng mô men M Thông thường người ta dùng cách tính gần đúng ,xem hợp lức ma sát do mỗi bu lông được xiết chặt gây nên , đi qua tâm của mỗi bu lông, Để chống xoay mối ghép thì mô men các lực ma sát đối với trọng tâm nhóm bu lông phải lớn hơn mô men ngoại lực M. Ta xác định lực xiết theo hai phương pháp sau: - Phương pháp 1: Trong trường hợp mối ghép có khe hở và lực xiết bu lông V có thể xác định theo điều kiện bề mặt ghép không bị xoay theo công thức: hoặc Tms fV r i M fV ri  kM kM Từ đây suy ra: V  fr i -103- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 kM Nếu các khoảng cách ri như nhau thì: V  fzr Sau đó xác định đường kính bu lông theo công thức trên. - Phương pháp 2: Đầu tiên ta phải xác định tải trọng lớn nhất tác dụng lên bu lông. Đối với mối ghép có các bu lông nằm cách đều trọng tâm nhóm bu lông: 2MM kM F  suy ra V  Mi zD zr fzr Trong đó: D - đường kính vòng tròn qua các tâm bu lông z - số bu lông trong mối ghép. Khi mối ghép có các bu lông sắp xếp tùy ý, tải trọng tác dụng lên mỗi bu lông tỉ lệ thuận với khoảng cách từ tâm bu lông đến trọng tâm nhóm bu lông. Trong trường hợp tổng quát , để xác lực tác dụng lên mối ghép chịu tác dụng của mô men M , gọi FM1 là tải trọng tác dụng lên bu lông có khoảng cách r1 ở xa trọng tâm nhất , FM 2 là tải trọng lên bu ông có khoảng cách r2 , FM 3 ứng với r3 ,,ta có: FF F MM12 ...  Mi =const r12 r ri Do đó: Fr F  M 12 M 2 r  i  FrM 13 FM 3   r 1  ...   Fr F  Mi1 Mi  r1  Từ điều kiện: FM1 r 1 F M 2 r 2 ...  F Mi r i  ...  M Và chú ý đến các hệ thức liên hệ giữa FMi ở trên ,ta thu được tải trọng FM1 tác dụng lên bu lông chịu lực lớn nhất (bu lông ở xa trọng tâm nhất): Mr1 Mr 1 Mr 1 FM1 2 2  2  2 r12 r...  ri z j r j -104- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 Trong đó z j là số bu lông có khoảng cách rj đến trọng tâm nhóm bu lông bằng nhau. Từ đây ta suy ra: Mr1 Mri FMi 22 ri z j r j Chọn gía trị FMi lớn nhất và lực xiết V được xác định theo công thức: kFMi kMr i V 2 fr i Sau đó,đối với mối ghép có khe hở ta xác định d1 , đối với mối ghép không có khe hở xác định đường kính d0 và chọn bu lông. Hình 15.13. Mối ghép chịu mô men xoắn M c) Mối ghép chịu lực ngang F không đi qua trọng tâm của nhóm bu lông Dời song song lực F về trọng tâm nhóm bu lông và thêm vào đó mô men M. Khi đó mối ghép xem như là chịu tác dụng đồng thời tải trọng F đi qua trọng tâm và mô men M. Dưới tác dụng các lực này bề mặt ghép có thể bị xoay hoặc trượt lên nhau. Theo các công thức trên ta xác định giá trị FFi và FMi tác dụng lên từng bu lông thứ I và theo sơ đồ lực ta xác định tải trọng lớn nhất Fmax tác dụng lên một bu lông trên nhóm và tính toán tải trọng lớn nhất theo công thức. Như trên hình 15.14 tải trọng tác dụng lên bu lông 1 hoặc 2 là lớn nhất: FFF2FM 2 2 -105- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 22 và FFFFF1FMFM 1  1  2 1 1 cos( - ) 22 FFFFFMFM1  1  2 1 1 cos trong đó  là góc hợp bởi lực FF1 và FM1 . Hình 15.14 Mối ghép chịu lực ngang F không đi qua trọng tâm Sau khi tính toán, so sánh và xác định các giá trị tải trọng lớn nhất lên bu lông, tùy vào mối ghép có khe hở hoặc không có khe hở ta xác định lực xiết và đường kính bu lông hoặc kiểm nghiệm bu lông theo các chỉ tiêu bền: - Mối ghép không có khe hở: tải trọng lớn nhất tác dụng trực tiếp lên thân bu lông. Độ bền bu lông và bề mặt ghép và tính theo ứng suất cắt và dập. - Mối ghép có khe hở: tải trọng ngoài tiếp nhận bởi lực ma sát trên bề mặt ghép,để tạo lực ma sát này ta cần phải xiết bu lông. Giả sử gần đúng rằng lực ma sát đặt tại tâm lỗ lắp bu lông. Mối ghép đủ bền (bề mặt ghép không bị trượt) nếu như lực ma sát trên mỗi bu lông lớn hơn giá trị tải trọng ngoài tác dụng bu lông Fi .Vì tất cả bu lông đều xiết bởi một lực xiết như nhau ,cho nên lực xiết bu lông xác định theo tải trọng lớn nhất tác dụng lên bu lông: kF V  max f Sau đó sử dụng công thức cho mối ghép có khe hở để tính đường kính bu lông. -106- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 15.4. Xác định ứng suất cho phép Ứng suất cho phép  [ của bu lông, vít, vít cấy có thể lấy như sau:  k - Các bu lông không xiết chịu lực dọc trục, lấy  0.6  .  , là giới  k ch ch hạn chảy của vật liệu chế tạo bu lông. - Các bu lông xiết chặt chịu tải trọng không đổi  Có kiểm tra lực xiết, lấy  ch k 1.2 1.5  Không kiểm tra lực xiết, lấy ch k 34 - Các bu lông xiết chặt chịu tải trọng thay đổi  Có kiểm tra lực xiết  ch k 1.5 2.5 Không kiểm tra lực xiết, lấy CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Phân loại mối ghép ren? Phạm vi ứng dụng? 2. Nêu các phương pháp phòng lỏng đai ốc? 3. Chứng minh rằng khi xiết bu lông ren hệ mét thì tải trọng tính toán lấy bằng 1,3 lần lực xiết bu lông? -107- Khoa Kỹ thuật Công nghệ BG: THIẾT KẾ MÁY 2 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Trịnh Chất, Cơ sở thiết kế máy và chi tiết máy, Nxb khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 1998. [2]. Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, Tập 1&2, NXB Giáo dục, 1993 [3]. Nguyễn Văn Lẫm, Nguyễn Trọng Hiệp, Thiết kế chi tiết máy, NXB giáo dục, 1993. [4]. TS. Nguyễn Hữu Lộc, Giáo trình cơ sở thiết kế máy, NXB Đại học Quốc gia Tp HCM, 2016 [5]. TS. Nguyễn Hữu Lộc, Bài tập chi tiết máy, NXB Đại học Quốc gia Tp HCM, 2016 [6]. Nguyễn Hoàng Lĩnh, Đỗ Minh Tiến, Bài giảng Nguyên lý-Chi tiết máy, Trường ĐH Phạm Văn Đồng, Lưu hành nội bộ, 2013. [7]. Nguyễn Văn Yến, Giáo trình Chi tiết máy; NXB Giao thông vận tải, Hà Nội, 2005. -108-