Giáo trình chế tạo máy - Chương 10: Khớp nối

CHƯƠNG 10 KHÔÙP NOÁI 10.1. KHÁI NIỆM CHUNG Công dụng:Dùng để truyền moment xoắn giữa các trục, đóng mở các cơ cấu, giảm tải trọng động, ngăn ngừa quá tải, điều chỉnh tốc độ.. Phân loại: [2](trang 10) 10.2. NỐI TRỤC CHẶT Dùng để nối cứng các trục có đường tâm trên cùng một đường thẳng và không di chuyển tương đối với nhau. Thường dùng nối các đoạn trục thành phần thành trục có chiều dài lớn hoặc các trục có không gian hẹp Không bù được sai số chế tạo và lắp ghép 10.2.1. Nối trục ống: Cấu tạo gồm một ống thép hay gang lồng vào đoạn cuối của hai trục. Ghép với trụ bằng chốt, then, vít hãm hoặc then hoa Đơn giản, giá rẻ, kích thước hướng kính nhỏ nhưng lắp ghép khó vàđòi hỏi độ đồng tâm cao. Đường kính ngoài ống và chiều dài ống: 10.2.2. Nối trục đĩa Cấu tạo gồm hai đĩa lắp lên đoạn cuối mỗi trục bằng then và độ dôi và dùng một số bu lông ghép hai đĩa với nhau. Các thông số kích thước: Khi lắp có khe hở thì cần xiết bu lông với lực lực V: (10.1) (10.2) K = 1,2 ..1,5 – hệ số an toàn khớp f = 0,15..0,2 – hệ số ma sát hai mặt đĩa * Kiểm tra độ bền kéo theo công thức: * Xác định đường kính bu lông theo công thức: Khi lắp không khe hở tính bu lông theo ứng suất cắt. Giá trị lực cắt: (10.3) 10.3. Nối trục bù Dùng để nối các trục có sai lệch nhỏ về vị trí do biến dạng đàn hồi trục hoặc do sai số chế tạo lắp ghép. Sai lệch bao gồm: sai lệch dọc trục, độ lệch hướng kính, độ lệch góc. 10.3.1. Nối trục răng Ưu điểm: - Khả năng tải và độ tin cậy cao vì có nhiều răng cùng làm việc - Làm việc với số còng quay cao - Có tính công nghệ do ứng dụng phương pháp gia công răng Sau khi tra kích thước theo moment xoắn, cần kiểm tra độ bền mòn răng: (10.4) D0 = mz – đường kính vòng chia của răng A = bh – diện tích tính toán của bề mặt làm việc răng b – chiều rộng răng h – chiều cao làm việc răng, thuờng h =1,8m (10.5) [p] = 12..15Mpa 10.3.2. Nối trục xích Cấu tạo gồm hai nửa nối trục dạng đĩa xích có số răng bằng nhau, lắp cố định trên trục quấn chung một dây xích. Có thể sử dụng để nối trục lệch nghiêng 10 và độ lệch hướng tâm Dr = 0,15..0,6mm Kết cấu đơn giản, dùng xích tiêu chuẩn, không cần di động trục khi tháo lắp Tuy nhiên không chịu được va đập, chỉ làm việc một chiều 10.3. LY HỢP Cho phép nối hoặc tách các trục lúc máy dừng hoặc khi làm việc. Bao gồm ly hợp ăn khớp và ly hợp ma sát. 10.3.1 Ly hợp ăn khớp Ly hợp vấu Cấu tạo như hình bên: gồm hai nửa, một nửa cố định trên trục, nửa còn lại lắp lên đầu trục còn lại bằng then dẫn hướng hoặc then hoa để nửa này có khả năng di trượt. Việc đóng mở ly hợp có khả năng thực hiện bằng tay gạt. Để giảm mòn cơ cấu điều khiển, nửa ly hợp di động nên lắp trên trục bị dẫn Tiết diện vấu có nhiều loại: Vấu hình tam giác: có góc biên dạng a = 30..450, số vấu từ 15..60 sử dụng để truyền moment và vận tốc nhỏ Vấu hình thang: góc biên dạng 3..100, số vấu 3..15. sử dụng truyền moment và vận tốc lớn. Không yêu cầu chính xác trên hai nửa ly hợp nhờ vào việc thay đổi chiều sâu cài vấu Tiết diện chữ nhật: đòi hỏi độ chính xác trên hai nửa ly hợp, va đập khi thay đổi chiều quay. Tuy nhiên không cần duy trì lực ép như vấu hình thang và tam giác Ưu điểm là kết cấu đơn giản, kích thước nhỏ gọn, không có chuyển động tương đối giữa các trục. Tuy nhiên khi đóng ly hợp gây va đập đô ikhi va đập này phá hỏng ly hợp Mòn vấu là dạng hỏng chủ yếu. Vì vậy hạn chế áp suất trên bề mặt tiếp xúc theo công thức: (10.6) trong đó: z – số vấu b,h – chiều cao tính toán của vấu D1 – đường kính trung bình của ly hợp m – hệ số phân bố tải trọng không đều giữa các vấu ; m = 0,2..0,5 [p] – áp suất cho phép Với VL 15Cr, 20Cr thấm than: [p] = 80..120 Mpa Kiểm nghiệm ứng suất uốn sinh ra tại đáy vấu: (10.7) S >= 1,5 – hệ số an toàn Ly hợp răng Kết cấu như nối trục răng, đóng mở bằng cách di động một trong hai nửa ly hợp theo dọc trục. Răng co biên dạng thân khai và vát mép để dễ đóng ly hợp Thường kết hợp ly hợp răng với ly hợp ma sát và đóng ly hợp ma sát trước để tránh va đập 10.3.2. Ly hợp ma sát Truyền được moment xoắn nhờ ma sát trên hai bề mặt ma sát tạo thành. Vì vậy có khả năng đóng mở êm ® không gây va đập và tại trọng động, đồng thời có khả năng hiệu chỉnh trị số moment giới hạn truyền qua ly hợp. Tuy nhiên không đảm bảo độ đồng tốc giữa các trục khi quá tải Phân loại : Theo hình dạng bề mặt làm việc: Ly hợp ma sát đĩa Ly hợp côn ma sát Ly hợp ma sát bánh hơi trụ Theo trạng thái Ly hợp mở Ly hợp kín Theo phương pháp điều khiển: Điều khiển bằng tay ĐK bằng cơ năng tác dụng bên ngoài ĐK bằng điện Ly hợp đĩa ma sát: Cấu tạo ly hợp đĩa ma sát như hình bên dưới: nửa trục (1) cố định lên một đầu trục, nửa ly hợp còn lại (3) di truợt trên đầu trục kia, giữa hai đĩa trục là lớp bật liệu ma sát (2). Trị số moment ma sát sinh ra do trục Fa: (10.8) Với Từ công thức suy ra lực Fa: (10.9) Ly hợp ma sát nhiều đĩa Cấu tạo như hình 9.23[2] Các đĩa bị ép vào nhau bằng lực Fa: (10.10) Với z – số cặp bề mặt ma sát * Với ly hợp được bôi trơn: D2 = (1,5..2)d; D1 = (1,5..2)D2; [z] £ 16 * Với ly hợp không được bôi trơn: D2 = (3..)d; D1 = (1,5..2,5)D2; [z] £ 6 Kiển tra độ bền ly hợp theo công thức: (10.11) Moment truyền xác định theo công thức: (10.12) K – hệ số an toàn kết dính có giá trị 1,25..1,5 f – hệ số ma sát. Tra bảng (9.2)[2] z – số cặp bề mặt tiếp xúc D1, D2 – đường kính ngoài và trong bề mặt tiếp xúc ly hợp Ly đóng ly hợp: (10.13) Số cặp ma sát xác định theo công thức: (10.14) Ly hợp côn ma sát Momenr xoắn mà ly hợp côn có thể truyền: (10.15) p – áp suất sinh trên bề mặt côn Bề rộng mặt ma sát khi chọn trước Dm: (10.16) Phương trình cân bằng lực trên nửa ly hợp bên phải: Từ đây, ta có lực Fa cần thiết để duy trì trạng thái làm việc (10.17) : hệ số ma sát quy đổi Như vậy, khi a nhỏ thì f’ lớn, do đó Fa càng nhỏ. Tuy nhiên để tránh tự hãm trên đĩa gây khó khăn trong đóng mở ly hợp thì không lấy a nhỏ hơn goá ma sát tĩnh Lực dọc trục đóng ly hợp: Lực dọc trục mở ly hợp: Ly hợp có thể tự hãm khi Ly hợp ma sát bánh hơi trụ Moment xoắn truyền được nhờ vào ma sát giữa bánh hơi và mặt trong, ngoài của hai nửa ly hợp Đóng ly hợp bằng cách bơi không khí vào ruột bánh hơi làm bánh hơi nở rộng ép vào mặ trong và ngoài của hai nửa ly hợp Ưu điểm: - Thuận tiện điều khiển - Có thể đềiu khiển moment tới hạn và vận tốc đóng ly hợp - Khử sai lệch dọc trục, hướng tâm cà sai lệch góc - Tự khử mòn - Hấp thụ tiếng ồn, giảm va đập và chấn động Nhược điểm: giá thành cao, độ nhạy giảm khi có dầu, kiềm và axit rơi vào. Ly hợp ma sát điện từ Cấu tạo như hình 9.26 [2]. Lực ép trên bề mặt làm việc thực hiện bằng nam châm điện. Phổ biến nhất là ly hợp điện từ nhiều đĩa ma sát Ưu điểm: - Thuận tiện trong điều khiển tự động và điều khiển từ xa - Tác dụng nhanh - Có thể điều khiển chính xác moment truyền - Không có lực không cân bằng 10.4. LY HỢP AN TOÀN Công dụng: tránh cho máy móc bị hỏng do quá tài vì quá tải rất thường xuyên xảy ra trong quá trình là việc. Quá tải có thể từ từ (như mòn dụng cụ cắt) hoặc đột ngột (như va đập) Phạm vi ứng dụng: - Trong thiết bị có tải trọng va đập - Trong các máy làm việc trong môi trường không đồng nhất: như máy đào đất, máy khoan địa chất … - Trong các thết bị không theo dõi liên tục sự hoạt động - Trong các hệ thống dẫn động phân nhánh của máy chỉ sử dụng một phần công suất động cơ. Phân loại: - Ly hợp an toàn có chi tiết phá hủy: ly hợp chốt an toàn - Ly hợp an toàn không có chi tiết phá hủy: ly hợp ma sát an toàn, ly hợp vấu an toàn và ly hợp bi an toàn Moment tính toán khi tính ly hợp an toàn: Tt = 1,25Tmax 10.4.1. Ly hợp chốt an toàn Cấu tạo như hình trên: moment truyền nhờ vào chốt lắp trong bạc, đó là khâu yếu nhất nên khi quá tải chốt sẽ bị cắt Không có kh3 năng bù được các sai lệch do chế tạo cũng như lắp ráp Đường kính chốt xác định theo công thức: (10.18) Kz – hệ số phân bố tải trọng không đều cho các chốt Kz = 1 khi dùng 1 chốt Kz = 1,2..1,3 khi dùng hai hoặc ba chốt [tc] – giới hạn bền cắt chốt, [tc] = 420Mpa khi dùng chốt là thép C45 tôi. Đường kính chốt xác định theo công thức: (10.19) 10.4.2. Ly hợp ma sát an toàn Cấu tạo như hình (9.28) [2] Kết cấu tương tự như ly hợp ma sát, nhưng chỉ khác là khong dùng cơ cấu điều khiển mà dùng lò xo ép. Lực ép có thể điều chỉnh được bằng cách vặn đai ốc Có thể bôi trơn hoặc không bôi trơn và tốt nhất là không bôi trơn Tính toán ly hợp ma sát an toàn tương tự như cách tính ly hợp ma sát 10.4.3. Ly hợp vấu an toàn Kết cấu tương tự ly hợp vấu, chỉ khác là không sử dụng cơ cấu điều khiển mà dùng lò xo ép. Góc vát trong ly hợp vấu an toàn a=30..450 Nhược điểm là dễ bị vỡ vấu và nhiều tiếng ồn khi quá tải Tính toán tương tư như các tính ly hợp vấu 10.4.4. Ly hợp bi an toàn Tương tự như ly hợp vấu chỉ khác là thay vấu bằng bi