Giáo trình Nguyên lý – chi tiết máy

huật... b. Mục tiêu của môn học: Kiến thức chuyên môn - Môn học này cung cấp những kiến thức cơ bản nhất để sinh viên bước đầu đi sâu tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại cơ cấu, cụm cơ cấu cơ bản trong cơ khí. - Vận dụng các kiến thức để giải một số bài tập đơn giản. - Củng cố kiến thức phần lý thuyết chuyên môn, vận dụng vào thực tế sản xuất. Kỹ năng nghề - Kỹ năng lắng nghe; kỹ năng làm việc nhóm; kỹ năng lập kế hoạch và tổ chức công việc; - Kỹ năng tìm kiếm, tổng hợp, phân tích và đánh giá thông tin; - Kỹ năng sử dụng công nghệ thông tin. Thái độ lao động - Rèn luyện cho học sinh thái độ nghiêm túc, tỉ mỉ, chính xác trong thực hiện công việc. - Thái độ biết lắng nghe, ham học hỏi, hứng thú với công nghệ. - Thái độ cầu tiến, biết tuân thủ nội quy, quy chế của trường, lớp Các kỹ năng cần thiết khác Bình tĩnh, tự tin biết kết hợp và làm việc theo nhóm. Nội dung môn học. Chương 1: Cấu tạo cơ cấu Chương 2: Cơ cấu bốn khâu bản lề Chương 3: Cơ cấu cam Chương 4: Cơ cấu bánh răng Chương 5: Các cơ cấu đặc biệt. Cơ sở bố trí truyền động các cơ cấu Chương 6: Mối ghép 3 Chương 7: Truyền động đai Chương 8: Truyền động bánh răng Chương 9: Truyền động trục vít Chương 10: Truyền động xích 4 LỜI NÓI ĐẦU Trong vòng 20 năm trở lại đây, ngành công nghiệp ô tô đang phát triển rất mạnh mẽ. Sự gia tăng nhanh chóng số lượng ô tô sử dụng trong xã hội ngày càng nhiều, đặc biệt là ô tô đời mới nên nhu cầu đào tạo nguồn nhân lực, kỹ thuật viên để phục vụ ngành công nghệ ô tô là rất lớn. Để giúp cho cán bộ hướng dẫn, người học và thợ sửa chữa ô tô những kiến thức về ô tô, kiến thức trong giáo trình được sắp xếp lôgic các chi tiết máy và cụm chi tiết máy. Dựa vào đó, nhóm tác giả đã tiến hành biên soạn giáo trình. Trong quá trình biên soạn giáo trình này, nhóm tác giả đã kết hợp kinh nghiệm giảng dạy và nguồn tài liệu của hãng TOYOTA Việt Nam. Do thời gian có hạn nên không thể trình bày được các thông số hay quy trình kiểm tra của nhiều hãng xe vào giáo trình này, cho nên người dạy và người học có thể tham khảo thêm các tài liệu của các dòng xe khác để việc sử dụng giáo trình có hiệu quả hơn. Khi biên soạn giáo trình, chúng tôi đã cố gắng cập nhật những kiến thức thực tiễn có liên quan đến môn học và phù hợp với đối tượng sử dụng để giáo trình có tính thực tiễn. Nội dung của giáo trình: “Nguyên Lý – Chi Tiết Máy” được biên soạn với dung lượng là 90 giờ lý thuyết, bao gồm các chương sau: Chương 1: Cấu tạo cơ cấu Chương 2: Cơ cấu bốn khâu bản lề Chương 3: Cơ cấu cam Chương 4: Cơ cấu bánh răng Chương 5: Các cơ cấu đặc biệt. Cơ sở bố trí truyền động các cơ cấu Chương 6: Mối ghép Chương 7: Truyền động đai Chương 8: Truyền động bánh răng Chương 9: Truyền động trục vít Chương 10: Truyền động xích Mục tiêu cần đạt được về kiến thức và kỹ năng sau khi học: - Về kiến thức: Được đánh giá qua bài kiểm tra viết, tự luận, trắc nghiệm đạt các yêu cầu sau: 5 + Trình bày được cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại cơ cấu, cụm cơ cấu cơ bản trong cơ khí. + Vận dụng các kiến thức để giải một số bài tập đơn giản. - Về kỹ năng: Đánh giá được kỹ năng của sinh viên trong bài kiểm tra đạt các yêu cầu sau: + Kỹ năng lắng nghe; kỹ năng làm việc nhóm; kỹ năng lập kế hoạch và tổ chức công việc; + Kỹ năng tìm kiếm, tổng hợp, phân tích và đánh giá thông tin; + Kỹ năng sử dụng công nghệ thông tin. - Về thái độ: Cẩn thận, nghiêm túc, tỉ mỉ, chính xác trong thực hiện công việc. Giáo trình được biên soạn cho đối tượng là sinh viên Cao đẳng ngành Công nghệ Ô tô và cũng là tài liệu tham khảo bổ ích cho học sinh TCCN, CĐN cũng như kỹ thuật viên đang làm việc ở các hãng sửa chữa và garage ô tô. Nhóm tác giả xin chân thành cám ơn tập thể cán bộ giảng dạy tại Khoa Kỹ Thuật Ô tô Trường Cao Đẳng Giao Thông Vận Tải TpHCM đã đóng góp ý kiến và kinh nghiệm để hoàn thiện giáo trình này. Mặc dù đã cố gắng nhưng chắc không tránh khỏi khiếm khuyết. Nhóm tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp của người sử dụng để lần tái bản sau giáo trình được hoàn chỉnh hơn. Mọi ý kiến đóng góp xin gởi về Khoa Kỹ Thuật Ô tô Trường Cao Đẳng Giao Thông Vận Tải TpHCM – Số 8 – Nguyễn Ảnh Thủ - P. Trung Mỹ Tây – Q12 – TpHCM. Nhóm tác giả 6 PHẦN I : NGUYÊN LÝ MÁY CHƯƠNG 1: CẤU TẠO CƠ CẤU ❖ MỤC TIÊU: Sau bài học này, sinh viên có khả năng – Định nghĩa và phân tích cấu tạo dựa trên lượt đồ cơ cấu – Ứng dụng hợp lý các cơ cấu trong truyền động cơ khí – Áp dụng được công thức tính bậc tự do của cơ cấu phẳng để giải một số bài tập cụ thể ❖ NỘI DUNG BÀI HỌC: 1.1. KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA 1.1.1 Máy: Trong nền sản xuất cơ khí, ta có thể hiểu định nghĩa về máy như sau: “Máy là tập hợp nhân tạo các vật thể có chuyển động theo một qui luật nhất định nhằm biến đổi hoặc sử dụng năng lượng để tạo ra công có ích”. Căn cứ vào chức năng, ta có thể chia ra làm 3 loại như sau: – Máy năng lượng: Dùng để truyền hay biến đổi năng lượng, gồm 2 giai đoạn: – Máy công tác: có nhiệm vụ biến đổi về hình dạng, kích thước hay trạng thái của vật thể (gọi là máy công nghệ) hoặc thay đổi vị trí của vật thể (gọi là máy vận chuyển) – Máy tổ hợp: do nhu cầu thực tế đời sống và sản xuất kết hợp với sự phát triển của công nghệ kỹ thuật nên các máy công tác ngày càng hoàn thiện, có động cơ riêng nên máy công tác thường ở dạng tổ hợp ta gọi là máy tổ hợp. Ngày nay, máy tổ hợp đã phát triển ở dạng hoàn chỉnh hơn nhằm nâng cao năng suất và giảm sức lao động của con người. Các máy tổ hợp được cải tiến bằng cách trang bị thêm các thiết bị điều khiển, theo dõi, kiễm tra... để tự động hóa quá trình chế tạo sản phẩm, máy tổ hợp trở thành máy tự động. 1.1.2 Cơ cấu: là tập hợp nhân tạo các vật thể có chuyển động theo một quy luật xác định nhằm truyền hay biến đổi chuyển động Xét động cơ đốt trong kiểu pittông - tay quay được dùng để biến đổi năng lượng của khí cháy bên trong xilanh (nhiệt năng, hóa năng) thành cơ năng bên trong trục khuỷu (máy năng lượng – hình1.1). 7 Hình1.1 Cơ cấu tay quay - con trượt Động cơ đốt trong bao gồm nhiều cơ cấu. Cơ cấu chính trong máy là cơ cấu tay quay – con trượt OAB, làm nhiệm vụ biến chuyển động tịnh tiến của pittông thành chuyển động quay của trục khuỷu 1 1.1.3 Khâu và khớp động: a) Khâu: là những vật thể có chuyển động tương đối với nhau trong cơ cấu hay máy. Mỗi bộ phận có chuyển động riêng biệt này của máy được gọi là một khâu. Khâu có thể là một vật rắn không biến dạng, vật rắn biến dạng hoặc dạng dây dẻo. Khâu có thể là một chi tiết máy độc lập hay do một số chi tiết máy ghép cứng lại với nhau. Mỗi chi tiết máy là một bộ phận hoàn chỉnh không thể tháo rời được nữa của máy. Thí dụ: Cơ cấu tay quay con trượt OAB (hình 1.1) có 4 khâu: trục khuỷu (1), thanh truyền (2), pittông (3), xilanh (4) gắn liền với vỏ máy. Trong hệ quy chiếu gắn liền với khâu 4 (Vỏ máy, xilanh), mỗi khâu có chuyển động riêng biệt: Khâu (1) quay xung quanh tâm O, khâu (2) chuyển động song phẳng, khâu (3) chuyển động tịnh tiến, khâu (4) cố định. Trục khuỷu thông thường là một chi tiết máy độc lập. Thanh truyền gồm nhiều chi tiết máy như thân, bạc lót, nắp đầu to, bulông, đai ốc ghép cứng lại với nhau. b) Khớp động: Khớp động là chỗ nối động giữa các khâu. Phân loại khớp động theo 2 cách: – Căn cứ vào số bật tự do bị hạn chế đi khi nối động, ta có khớp loại 1, loại 2, loại 3, loại 4, loại 5 lần lượt hạn chế 1, 2, 3, 4, 5 bật tự do tương đối. 8 Chú ý: Không có khớp loại 6 vì loại này hạn chế 6 bậc tự do tương đối giữa hai khâu, khi đó là hai khâu ghép cứng với nhau. Không có khớp loại 0 vì khi đó hai khâu để rời hoàn toàn trong không gian. Ví dụ: khớp loại 2 vì hạn chế 2 bậc tự do Hình 1.2 Khớp quay – Căn cứ vào đặc điểm tiếp xúc giữa hai khâu khi nối động, ta phân làm 2 loại. Khớp thấp: nếu thành phần khớp động là các mặt, khớp cao: nếu thành phần khớp động là điểm hoặc đường. c) Lượt đồ khâu và khớp động: Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, ta biểu diễn cơ cấu dưới dạng lượt đồ Bảng 1.1: Lược đồ một số khớp thông dụng Khớp cầu (khớp thấp, loại 3) Khớp cầu có chốt (khớp thấp, loại 4) Khớp tịnh tiến (khớp thấp, loại 5) Khớp bản lề (khớp thấp, loại 5) Khớp vít (khớp thấp, loại 5) Khớp cao phẳng ( khớp bánh răng phẳng, khớp cam phẳng ) (khớp cao, loại 4) 9 – Lượt đồ khâu: Để đơn giản cho việc nguyên cứu, người ta biểu diễn các khâu và khớp thông qua lượt đồ Hình 1.3 Lược đồ biểu diễn các khâu và khớp 1.2 BẬC TỰ DO CỦA CƠ CẤU PHẲNG. Bậc tự do là thông số vị trí độc lập cần cho trước để xác định vị trí của toàn bộ cơ cấu. Số bậc tự do của cơ cấu cũng chính bằng số quy luật chuyển động của cơ cấu Gọi số khâu có trong cơ cấu là (n+1) khâu, n là số khâu động còn 1 là khâu cố định (khâu cố định có bậc tự do bằng không, thường gọi là giá). Gọi số khớp thấp có trong cơ cấu là pt thì số bậc tự do của cơ cấu bị hạn chế bởi những khớp loại này là 2pt. Gọi số khớp thấp có trong cơ cấu là pc thì số bậc tự do của cơ cấu bị hạn chế bởi những khớp loại này là pc. Ta có công thức tính bậc tự do của cơ cấu phẳng như sau: )2(3 ct ppnW +−= (1-1) Ví dụ: Tính bậc tự do các cơ cấu sau: 10 Hình 1.4: Lược đồ cơ cấu phối hơi đầu máy xe lửa Cơ cấu hình có: pt = 15, pc= 0, n = 11 Nên: W=3.11 – (2.15 + 0) = 1 Chú ý: Với những cơ cấu có thêm những khâu phụ (những khâu thêm hay bớt không ảnh hưởng đến tính chất chuyển động, thí dụ con lăn trong cơ cấu cam hình thì cách tính bậc tự do của cơ cấu không sử dụng thuần túy công thức (1) mà phải thêm một số điều kiện khác. ------------------------------------------------ CÂU HỎI ÔN TẬP 1.1 Cho lượt đồ cơ cấu phối hơi đầu máy xe lửa được biểu diễn trên hình 1.5. Xác định số khâu, số khớp và bậc tự do của cơ cấu? Hình 1.5: Lược đồ cơ cấu phối hơi đầu máy xe lửa 1.2 Cho lượt đồ cơ cấu động cơ Diesel được biểu diễn trên hình 1.6. Xác định số khâu, số khớp và bậc tự do của cơ cấu? 11 Hình 1.6: Lược đồ cơ cấu động cơ Diesel 1.3 Cho lượt đồ cơ cấu máy nghiền được biểu diễn trên hình 1.7. Xác định số khâu, số khớp và bậc tự do của cơ cấu? Hình 1.7: Lược đồ cơ cấu máy nghiền 1.4 Cho lượt đồ cơ cấu phanh má được biểu diễn trên hình 1.8. Xác định số khâu, số khớp và bậc tự do của cơ cấu? Hình 1.8: Lược đồ cơ cấu phanh má 12 CHƯƠNG 2: CƠ CẤU BỐN KHÂU BẢN LỀ ❖ MỤC TIÊU: Sau bài học này, sinh viên có khả năng – Mô tả cấu tạo và chuyển đông của cơ cấu bốn khâu bản lề – Khảo sát và phân tích động học của cơ cấu bốn khâu bản lề – Ứng dụng hợp lý cơ cấu cam trong truyền động cơ khí ❖ NỘI DUNG BÀI HỌC: 2.1 NGUYÊN LÝ CẤU TẠO VÀ CHUYỂN ĐỘNG CỦA CƠ CẤU BỐN KHÂU BẢN LỀ. 2.1.1 Nguyên lý, cấu tạo và chuyển động Cơ cấu bốn khâu bản lề là dạng cơ bản của cơ cấu phẳng dùng khớp thấp. Trong cấu tạo luôn có một khâu cố định gọi là giá, một khâu có chuyển động quay với vận tốc góc không đổi gọi là khâu dẫn, còn lại là khâu bị dẫn Hình 2.1: Quá trình làm việc và chạy không của cơ cấu tay quay - cần lắc Quan sát hình 2.1: Trong cơ cấu này, khâu AB gọi là khâu dẫn, khâu BC gọi là thanh truyền, khâu CD gọi là cần lắc, khâu AD gọi là giá. Như vậy, quá trình chuyển động truyền từ khâu dẫn AB đến khâu bị dẫn CD phải thông qua thanh truyền BC. Khi đó thanh truyền thực hiện chuyển động song phẳng. Xét chu kỳ chuyển động của khâu AB quay 1 vòng thì cần lắc CD thực hiện dao động 1 góc 21 ˆ CDC , ta bảo cần lắc CD thực hiện khoảng chạy kép trên cung 21CC . Hai 13 vị trí C1D và C2D được gọi là vị trí biên hay vị trí giới hạn. Ứng với hai vị trí biên tay quay AB và thanh truyền BC đều ở vị trí thẳng hàng. – Vị trí tay quay AB1 và thanh truyền B1C1 duỗi thẳng – Vị trí trập giữa tay quay và thanh truyền là AB2 và B2C2 2.1.2. Điều kiện quay toàn vòng của khâu dẫn. Để thiết kế cơ cấu bốn khâu bản lề gồm 1 tay quay và 1 cần lắc thì cần phải xác định điều kiện về quan hệ kích thước giữa các khâu (hình 2.2) Hình 2.2: Xác định vị trí của cơ cấu tay quay - cần lắc ứng với 2 vị trí biên C1D và C2D của cần lắc Cho biết kích thước các khâu: AB=b , BC=c , CD=d , DA=a Mối quan hệ được thiết lập như sau : Ta thấy: muốn cho tay quay AB quay toàn vòng và BC là cần lắc thì AB phải qua hai vị trí là AB1 và AB2 Xét về mặt hình học, ứng với hai vị trí biên thì cơ cấu sẽ tạo thành hai tam giác ∆AC1D và ∆AC2D. Xét AC1D có: 1 1 AC AD DC + Hay b c a d+  + Xét AC2D có : 2 2 AD AC C D + Trong đó: AC2 = B2C2 – B2A = c - b Hay: a c b d − + Ta có thể viết: a b c d+  + Điều kiện được thiết lập như sau: b c a d+  + (2-1) a b c d+  + 14 Chú ý: tùy thuộc vào sự chọn lựa khâu làm giá mà chuyển động cụ thể giữa các cơ cấu sẽ khác nhau, được thể hiện bằng đinh lý Crashop. Định lý Crashop (F.Grashop): Cơ cấu bốn khâu bản lề có khâu quay toàn vòng khi và chỉ khi nào tổng chiều dài của khâu ngắn nhất và khâu dài nhất nhỏ hơn hoặc bằng tổng chiều dài của hai khâu còn lại. Và khi đó : a) Khi chọn khâu kề với khâu ngắn nhất làm giá thì khâu ngắn nhất là tay quay và khâu đối diện với nó là cần lắc (hình 2.3a). b) Khi chọn khâu ngắn nhất làm giá thì cả hai khâu nối giá đều là tay quay (hình 2.3b). c) Khi chọn khâu đối diện với khâu ngắn nhất làm giá thì cả hai khâu nối giá đều là cần lắc và khâu ngắn nhất sẽ quay toàn vòng. (a) b) Hình 2.3 A B C D 1 C 2C1B2B 1 2 3 4 15 Thí dụ: Cho cơ tay quay cần lắc có lược đồ biểu diễn theo tỷ lệ xích đã chọn (hình 2.4) Hình 2.4: Lược đồ cơ cấu tay quay - cần lắc Kích thước của các khâu là: a=260mm; b=200mm; c= 300mm; d=80mm. Vậy trong cơ cấu đã cho khâu nào là tay quay, khâu nào là cần lắc? Bài giải Xét cơ cấu ABCD (với AB=b, BC=c, CD =d, AD=a) Áp dụng công thức (2-1) với khâu b là tay quay ta có : b c a d+  + Và a b c d+  + Thay số vào ta được : 200 + 300 > 260 + 80 340500  (Sai) Vậy: khâu b không phải là tay quay. Xét khâu d là tay quay và quay toàn vòng ta có: d c a b+  + Và a d c b+  + (đổi vị trí b và d ). Thay số được: 80 + 300 < 260 + 200 460380 (Đúng) 260 + 80 < 300 + 200 500340 (Đúng) Như vậy: khâu d là tay quay, khâu b là cần lắc. 2.1.3. Biến thể của cơ cấu bốn khâu bản lề. Hiện nay, cơ cấu bốn khâu bản lề đã được ứng dụng nhiều trong thực tế dưới những dạng biến thể khác nhau. Xét cơ cấu bốn khâu bản lề, cho khớp D→ theo phương AD⊥ , cơ cấu sẽ trở thành cơ cấu tay quay con trượt 16 Hình 2.5: Biến thể của cơ cấu tay quay - cần lắc 2.2 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU BỐN KHÂU BẢN LỀ Phân tích động học của cơ cấu bao gồm việc giải 3 bài toán: 1) Tìm quĩ đạo chuyển động các điểm thuộc các khâu của cơ cấu. 2) Xác định hành trình các điểm thuộc các khâu của cơ cấu. 3) Xác định vận tốc (đôi khi cả gia tốc trong trường hợp đơn giản) các điểm thuộc khâu của cơ cấu Có 2 phương pháp để tiến hành nghiên cứu: – Phương pháp giải tích – Phương pháp đồ thị Nhưng ta sử dụng phương pháp đồ thị là chủ yếu để phân tích động học các cơ cấu. 2.2.1 Xác định quỹ đạo các điểm của khâu trên cơ cấu Giả sử cho trước lược đồ cơ cấu tay quay - con trượt ở vị trí bất kỳ như hình vẽ. Xác định quỹ đạo của điểm M trên thanh trền BC Trình tự để xác định quỹ đạo của điểm M trên thanh trền BC được tiến hành như sau: – Vẽ lược đồ cơ cấu theo tỉ lệ xích tự chọn, công thức biểu thị tỉ lệ xích kích thước cơ cấu là: 17 1 ABl m AB mm    = =     Hình 2.6: Xác định quỹ đạo điểm M thuộc thanh truyền BC của cơ cấu Sau khi vẽ ta định được đoạn BM tương ứng trên thanh BC (dĩ nhiên cho trước lBM hoặc lMC) – Việc xác định quỹ đạo của điểm M chẳng qua là việc tìm nhiều vị trí của thanh truyền BC, có nghĩa là xác định các vị trí của cơ cấu. Muốn vậy ta chia vòng tròn tay quay AB ra n phần bằng nhau (n càng lớn thì quỹ đạo điểm M càng chính xác). Ở đây ta chia n=8 phần. Tức là xác định 8 vị trí tay quay là AB1, AB2, ,AB8. – Ứng với các vị trí tay quay ta xác định dễ dàng vị trí các khâu của cơ cấu bằng cách lấy B1, B2, làm tâm mở khẩu độ compa quay các cung bán kính r=BC các cung nàu cắt quỹ đạo con trượt C tại các điểm C1, C2, ,C8. Nối 8 vị tri B1C1, B2C2, ta được 8 vị trí của thanh truyền và tất nhiên là được 8 vị trí của điểm M là M1, M2,,M8 – Nối các điểm M1, M2,,M8 bằng một đường cong thì ta được quỹ đạo của điểm M cần tìm 2.2.2 Phân tích động học cơ cấu tay quay con trượt Cơ cấu tay quay - con trượt cho như hình 2.7 là loại cơ cấu tay quay - con trượt trùng tâm. Khoảng chạy con trượt C bằng chiều dài đường kính vòng tròn tay quay. Ta hãy xác định khoảng chạy, vận tốc của con trượt C ở các thời điểm (vị trí) bất kỳ. Dùng phương pháp đồ thị để tiến hành phân tích động học cơ cấu Giả sử cho các điều kiện ban đầu là: chiều dài các khâu là lAB = 0,1m , lBC = 0,4m tay quay quay đều với vận tốc n = 120 vòng/phút. 18 Hình 2.7: Lược đồ cơ cấu tay quay - con trượt Quá trình phân tích động học con trượt C được tiến hành theo trình tự sau : Hình 2.8: Phân tích động học cơ cấu tay quay – con trượt C 19 a. Vẽ lược đồ cơ cấu - chọn tỷ lệ xích: AB 1 l 0,1 m 0,005 AB 20 mm    = = =     Từ đó ta vẽ được lượt đồ cơ cấu như hình 2.8a b. Đồ thị biến thiên hành trình của con trượt. Chia vòng tròn tay quay n = 8 phần bằng nhau (hình 2.8a), tương ứng với các vị trí của tay quay là AB0, AB1, ..., AB8 (AB0). Tương tự ta xác định các vị trí tương ứng của con trượt C: lấy các điểm B0, B1,... làm tâm, mở khẩu độ compa có bán kính r = BC = BC 1 l 0,4 80mm 0,005 = =  quay các cung, các cung này cắt quĩ đạo Ax của con trượt tại các điểm C0, C1,... Các đoạn C0C1, C0C2, biểu thị khoảng chạy tương ứng của con trượt C ứng với mỗi góc quay của tay quay theo một tỷ lệ xích đã chọn. Khoảng chạy được tính như sau: 1101 = CCs = chiều dài đo được trên quĩ đạo C* 1 . Như vậy, ta hoàn toàn xác định được các khoảng chạy thực của con trượt: s1, s2, ..., s8. Trên cơ sở đó, vẽ đồ thị biến thiên hành trình (hình 2.8b). Lập hệ trục tọa độ xOy, trục hoành Ox biểu thị thời gian của tay quay quay một vòng (đồ thị hành trình lập cho chu kỳ là 1 vòng quay của tay quay theo tỷ lệ xích nhất định). Chọn: 60 1 120 120 240 t s mm    = =     Trong đó: 60 t 120 = là thời gian tay quay quay một vòng . Trên trục hoành Ox chia 8 phần bằng nhau 0-1, 1-2, 2-3,... Trục tung Oy biểu thị khoảng chạy của con trượt theo tỷ lệ xích: max 0 4 1 ax ax 2 AB s max m m s C C l y y y    = = = Để thuận tiện, ta chọn: s 1 =  do đó ymax = C0C4 Tức là : y1 = C0C1 , y2 = C0C2 ... 20 Trên các đường gióng kẻ từ các điểm 1, 2, 3, ...song song với tung độ Oy đặt các đoạn 1–s1 = C0C1, 2–s2 = C0C2, ... ta được các điểm s1, s2 ... s8 xác định. Nối các điểm này lại bằng một đường cong ta được đồ thị biến thiên hành trình của con trượt. c. Đồ thị biến thiên vận tốc của con trượt. Đồ thị biến thiên vận tốc của con trượt được thiết lập với các giá trị vận tốc trung bình: tb s V t  =  Ứng với mỗi khoảng chạy của con trượt, ta tính được trị số vận tốc trung bình của nó là: 2 1s s s ... = −  stt 24 1 12120 60 12 =  == Vậy: 2 1 1 2 11tb s s a s m v t t s −    = =      3 2 2 3 12tb s s a s m v t t s −    = =      ... Các đoạn ..., 3221 ss  được chú thích trên hình 2.8b. Từ đó, ta tính được giá trị tbv ở 8 vị trí. Để vẽ đồ thị biến thiên vận tốc ta dựng hệ tọa độ x1O1y1. Trục hoành O1x1 biểu thị thời gian t cùng tỷ lệ xích với đồ thị hành trình. Trục tung O1y1 biểu thị vận tốc trung bình của con trượt theo tỷ lệ xích: Dựng các tung độ biểu thị các trị số vận tốc là các đoạn 11–v1, 21–v2... rồi nối các điểm v1, v2 ... bằng một đường cong ta được đồ thị biến thiên vận tốc (hình 2.8c). Chú ý: thông thường các tung độ 11–v1, 21–v2 ... thường được dựng ở vị trí là các đường gióng ở giữa những phần chia của hoành độ. Nhận xét: tại hai vị trí giới hạn con trượt C có v = 0 và đổi chiều. Sau khi có đồ thị biến thiên hành trình và vận tốc, ta dễ dàng tính được khoảng chạy và vận tốc của con trượt tại vị trí bất kỳ của tay quay. Thí dụ: tại vị trí tay quay quay 1 góc có hoành độ biểu diễn là đoạn ob và vận tốc của con trượt như sau: qua b kẻ đoạn song song với tung độ được các đoạn: bs’ và cv’. Do đó: Khoảng chạy thực của con trượt là:  ' ss b s m= −  21 Và vận tốc là : ' v m v c v s    = −      2.2.3. Phân tích động học cơ cấu Cu-lit Cơ cấu Cu-Lít là một dạng biến thể của cơ cấu bốn khâu bản lề, có nhiệm vụ biến chuyển động quay của khâu dẫn thành chuyển động quay của khâu bị dẫn (quay liên tục toàn vòng hoặc lắc qua lại một góc) Hình 2.9 biểu diễn lược đồ của cơ cấu Cu-lit dùng trong máy bào ngang (phát triển dưới dạng cơ cấu 6 khâu) Nguyên tắc truyền động: khâu dẫn là tay quay OA quay đều với vận tốc góc không đổi quanh O. Đầu A lắp con trượt truyền chuyển động làm cho cần lắc CB lắc qua lại quanh C một góc, cung KK biểu thị quỹ đạo đầu B của cần lắc. Đầu B có lắp thêm con trượt (trượt tương đối trong rãnh trượt D) có nhiệm vụ truyền chuyển động làm cho đầu bào MN chuyển động tịnh tiến qua lại (gọi là hành trình kép) Đặc điểm truyền động của cơ cấu: biến chuyển động quay đều của khâu dẫn thành chuyển động lắc của khâu bi dẫn. Hình 2.9 : Lược đồ của cơ cấu Cu-lit dùng trong máy bào ngang Xét chu kỳ trong một vòng tay quay ta thấy: tay quay OA quay 1 vòng thì cần lắc CB lắc qua một góc '00 ˆBCB (hình 2.9b) làm cho đầu máy MN thực hiện một hành trình kép với khoảng chạy H. Đặc điểm cần chú ý đối với cơ cấu Cu-Lít dùng trong máy bào ngang là khi tay quay OA quay góc  (thời gian để quay góc đó gọi là t ) thì cần lắc 22 CB lắc một góc 0 ' 0 ˆBCB và đầu máy thực hiện khoảng chạy H, ứng với khoảng chạy này đầu máy làm việc (gọi là quá trình cắt). Tay quay quay tiếp góc  (thời gian tương ứng là t ) cần lắc đảo chiều và lắc một góc ' 00 ˆBCB lúc này đầu máy cũng đảo chiều và thực hiện một khoảng chạy H (quá trình chạy không). Ta biết t > t , như vậy quá trình làm việc chuyển động chậm hơn quá trình chạy không. Trong thực tế sản xuất đối với máy bào ngang thì đây là một yêu cầu vì trong suốt quá trình làm việc dao bào thực hiện việc cắt gọt nên đòi hỏi phải có vận tốc nhất định để thỏa mãn yêu cầu bề mặt gia công của sản phẩm, quá trình chạy không dao bào không cắt gọt nên cần có vận tốc nhanh để giảm thời gian phụ. Hình 2.9b biểu thị quan hệ động học và hình học của cơ cấu Cu-lít trong máy bào ngang. Hai vị trí B0C và 0B C là hai vị trí biên của cần lắc, đoạn 0 0B B biểu thị khoảng chạy H của đầu máy. Xét hai tam giác đồng dạng 0CEBvà 0CA O ta có: ' ' 0 0 ' 0 B E B C H l hay . OA OC 2 r a = = l Từ đó, ta rút được công thức thiết lập quan hệ giữa khoảng chạy H và chiều dài khâu dẫn OA 2 r H a = l. . (2-2) Tính các góc  và  : 0 0 0 360 = − (2-3a) Xét CA0O có: 0cos 2 OA r OC a  = = (2-3b) Trong công thức (2-2) với a và l là các hằng số, r là chiều dài tay quay (có thể thay đổi tùy theo yêu cầu về khoảng chạy H của đầu máy). Tương tự như cơ cấu tay quay con trượt, ta đi thiết lập đồ thị biến thiên hành trình và vận tốc của đầu máy (để đơn giản gọi tắt là thanh trượt C) ứng dụng với các số liệu như sau: Khâu dẫn là tay quay quay đều với vận tốc n = 30 vòng/phút và các kích thước lOA = r = 0,12m , a = 0,54m , lBC = l =0,9m. Tính khoảng chạy H theo công thức (2-2): 23 2 r 2 0 12 0 9 H 0 4m a 0 54 = =  l. . . , . , , , Thời gian để tay quay quay một vòng là: 60 t 2 s 30  = =   Thời gian để tay quay quay một góc (ứng với thời gian làm việc) t t t = − Thời gian để tay quay quay một góc  (thời gian chạy không): r 0 12 0 222 2 a 0 54  = =  , cos , , Suy ra: góc 0 077 10 hay 154 20 2  =  =/ / và góc 0 0 0 0360 360 154 20 205 40 = − = − =/ / 0 0 154 20 t 2 0 83 s 360   =    / . , Do đó: t 2 0 83 1 17 s  = − =  , , a. Vẽ lược đồ cơ cấu như hình 2.10 theo tỷ lệ xích: 1 0 4 m 0 0058 68 mm    = =     , , b. Đồ thị biến thiên hành trình và vận tốc của thanh trượt C. Chia vòng tròn bán kính tay quay ra n phần. Ở đây chia n=8 (ứng với  có 5 phần tử A0A5, ứng với góc quay  có 3 phần tử A5A8 . Với các vị trí A0A8 xác định được các vị trí của cần lắc BC là C–0, C–1, C–2, ... (các điểm 0,1,2... nằm trên cung KK). Từ các điểm này kẻ các đường thẳng đứng sẽ cắt quĩ đạo của thanh trượt C tại các điểm 0, 1, 2, ... các đoạn 0–1, 0–2, ...biểu thị các khoảng chạy s1, s2,... của thanh trượt C theo tỷ lệ xích 1 . 24 Hình 2.10: Biểu diễn lược đồ và phân tích chuyển động của cơ cấu Cu-lít trong máy bào ngang Lập hệ trục tọa độ Ost (hình 2.11-a) có trục Os biểu thị khoảng chạy theo tỷ lệ xích 1 , trục hoành Ot biểu thị thời gian t theo tỷ lệ xích: t t s Ox mm    =     Trên trục hoành chia đoạn Ox ra 8 phần ứng với t và t , gióng song song với tung độ rồi đo các đoạn s1, s2,... ta được đồ thị biến thiên hành trình của thanh trượt Hình 2.11: Biểu diễn đồ thị hành trình và đồ thị vận tốc của thanh trược C trong cơ cấu Cu-lít của máy bào ngang 25 Để vẽ đồ thị biến thiên vận tốc của thanh trượt C ta tính các trị số vận tốc trung bình: i tb s v t  =  Nhưng ở đây cần chú ý đến vận tốc lúc làm việc tbv  và vận tốc lúc chạy không tbv  . Như vậy, ta có :   1,17 0,23 5 5 t t s = = =   0,83 0,27 3 3 t t s = = = Chú ý: 5 và 3 là số phần chia trên hoành độ biểu thị khoảng thời gian trong mỗi góc quay của tay quay. Ta tính được các giá trị tbv  và tbv  . Lập hệ trục tọa độ tO1v (hình 2.11-b) trục tung biểu thị vận tốc của thanh trượt C theo tỷ lệ xích : . tb v v m y s mm    =     Trục hoành cũng với tỷ lệ xích như hình (2.11-a) ta vẽ được đồ thị biến thiên vận tốc của thanh trượt C. 2.3 ỨNG DỤNG CỦA CƠ CẤU BỐN KHÂU BẢN LỀ. Cơ cấu bốn khâu bản lề nói riêng và cơ cấu các thanh nói chung (từ cơ sở là cơ cấu bốn khâu phát triển thành nhiều khâu) có những ưu điểm nổi bật sau: − Truyền động với khả năng chịu tải lớn. − Cấu tạo và chế tạo các khâu, khớp đơn giản − Thay đổi kích thước động học trên các khâu có thể tiến hành dễ dàng − Tuy nhiên cũng tồn tại những nhược điểm : + Cơ cấu khó thực hiện một cách chính xác các qui luật chuyển động cho trước trong trường hợp cơ cấu có nhiều khâu dễ gây ra tổn thất công và có hiện tượng tự hãm. + Có những trường hợp không thực hiện được qui luật chuyển động khi bố trí cơ cấu bốn khâu hoặc nhiều khâu. Hiện nay, cơ cấu bốn khâu bản lề được ứng dụng nhiều trong kỹ thuật. + Cơ cấu bốn khâu bản lề nhằm truyền động và biến đổi chuyển động. 26 Cơ cấu tay quay - con trượt được dùng ở động cơ đốt trong, máy hơi nước nhằm để biến chuyển động tịnh tiến của pittong thành chuyển động quay đều của trục độngcơ (còn gọi là trục khuỷu). Cơ cấu thanh truyền bình hành dùng trong đầu máy xe lửa nhằm để truyền chuyển động quay toàn vòng giữa các bánh xe. Cơ cấu bốn khâu dạng tay quay cần lắc được dùng trong máy dệt (gọi là cơ cấu ba tăng) và máy nghiền đá v.v... cơ cấu loại này dùng trong các trường hợp chịu tải va đập. Cơ cấu Cu-Lít dùng trong máy bào (phát triển dưới dạng cơ cấu 6 khâu) + Cơ cấu bốn khâu bản lề nhằm vạch một quĩ đạo nào đó. Cơ cấu bốn khâu bản lề dùng trong các cần trục để dịch chuyển các tải trọng, hoặc trong máy trộn bê tông, máy cào cỏ v.v... Cơ cấu loại này còn được dùng trong các thiết bị khác như cơ cấu vẽ elip và các cơ cấu giải các bài toán...Cơ cấu bốn khâu còn được ứng dụng trong các thiết bị dụng cụ đo, kiểm tra và điều khiển.. ------------------------------------------------ CÂU HỎI ÔN TẬP 2.1 Thiết lập điều kiện về quan hệ kích thước giữa các khâu trong cơ cấu bốn khâu bản lề gồm 1 tay quay và 1 cần lắc 2.2 Cho cơ cấu bốn khâu bản lề có lược đồ như (hình 2.12) Hình 2.12 Kích thước của các khâu là: AB=40mm; BC=200mm; CD= 80mm; AD=250mm. Vậy trong cơ cấu đã cho khâu nào là tay quay, khâu nào là cần lắc?. 27 2.3 Cho cơ cấu bốn khâu bản lề có lược đồ biểu diễn trên hình 2.13. Hãy xác định khâu BC và DA là tay quay hay cần lắc, khi biết kích thước các khâu: AB=60mm ; BC= 180mm ; CD= 130mm; DA=300mm Hình 2.13 Hình 2.14 2.4 Phân tích động học cơ cấu tay quay con trượt lệch tâm bằng phương pháp đồ thị có lược đồ biểu diễn trên hình 2.14 với chiều dài các khâu là: lAB = 0,1m , lBC = 0,4m , độ lệch tâm e. Tay quay AB quay đều với vận tốc n = 2200 vòng/phút 28 CHƯƠNG 3: CƠ CẤU CAM ❖ MỤC TIÊU: Sau bài học này, sinh viên có khả năng – Phân loại và hiểu được công dụng của cơ cấu cam trong truyền động cơ khí – Khảo sát và phân tích động học của cơ cấu cam cần đẩy trùng tâm – Ứng dụng hợp lý cơ cấu cam trong truyền động cơ khí ❖ NỘI DUNG BÀI HỌC: 3.1 CÔNG DỤNG VÀ PHÂN LOẠI CƠ CẤU CAM. 3.1.1 Định nghĩa: Cơ cấu cam là loại cơ cấu dùng khớp cao để nối động giữa khâu dẫn và khâu bị dẫn. Trong cơ cấu cam: khâu dẫn gọi là cam thường có chuyển động quay đều, truyền chuyển động cho khâu bị dẫn gọi là cần có chuyển động qua lại theo quy luật nhất định Nếu cần chuyển động tịnh tiến thì ta gọi là cần đẩy, ta có cơ cấu cam cần đẩy Hình 3.1: Cơ cấu cam Nếu cần có chuyển động lắc qua lại một góc thì gọi là cần lắc, ta có cơ cấu cam cần lắc 3.1.2 Công dụng và phân loại cơ cấu cam. Cơ cấu cam có ưu điểm là đảm bảo được cho khâu bị dẫn (cần) có qui luật chuyển động tùy ý và chính xác. Qui luật chuyển động của khâu bị dẫn được quyết định bởi 29 hình dạng đường biên của mặt cam, thường gọi là dạng cam. Cơ cấu cam có thể phân làm 2 loại chính: cơ cấu cam phẳng và cơ cấu cam không gian. a. Cơ cấu cam phẳng là loại cơ cấu cam có các khâu chuyển động trong một mặt phẳng hoặc các mặt phẳng song song nhau. − T...nhau (hình 5-4) a) Cấu tạo: Hình 5.4: Cơ cấu bánh răng – trục vít Trục vít là khâu dẫn quay truyền động cho khâu bị dẫn là bánh răng. Sự ăn khớp thông thường vẫn dùng loại dạng răng thân khai. Bánh răng có số răng Z, bước răng t. Trục vít có thể có từ 1 4 mối ren, ký hiệu là ZV, bước ren ký hiệu là tTV b) Đặc điểm: – Tỷ số truyền: 1 212 2 V n z i n z = = 59 N hận xét: số đầu mối của trục vít zv rất nhỏ, trong khi đó z2 có thể lấy lớn.Vì vậy cơ cấu này có ưu điểm cơ bản là tỷ số truyền có thể rất lớn, nhưng kích thước cơ cấu vẫn nhỏ gọn. – Góc nghiêng của bánh vít và trục vít khác nhau nhiều, nên vận tốc trượt tương đối dọc răng sẽ rất lớn, vì vậy hiệu suất của cơ cấu thấp, nhiệt độ ở vùng tiếp xúc sẽ cao. 5.1.3 Cơ cấu bánh răng cóc: Cơ cấu bánh răng cóc là cơ cấu biến chuyển lắc của khâu dẫn thành chuyển động quay 1 chiều gián đoạn của khâu bị dẫn. Cơ cấu bánh cóc sử dụng trong bộ điều chỉnh cáp tự động trên bàn đạp trong ôtô (hình 5-6) Hình 5.5: Cơ cấu bánh cóc Hình 5.6: Bộ điều chỉnh cáp tự động trên bàn đạp trong ô tô 5.1.4 Cơ cấu đĩa Mal: Cơ cấu đĩa Mal nhằm biến chuyển động quay liên tục của khâu dẫn thành chuyển động quay gián đoạn của khâu bị dẫn. Hình 5.7: Cơ cấu đĩa Mal Cơ cấu Mal được dùng nhiều trong các máy cắt kim loại tự động, máy đóng đồ hộp, máy chiếu phim ... 60 5.1.5 Cơ cấu khớp Cac-đăng: Hình 5.8: Khớp Cac-đăng a) Cấu tạo: Lượt đồ cấu tạo của cơ cấu các đăng cho trên hình 5.9-a. Hai trục (1) và (2) giao nhau tại O và hợp nhau một góc  . Mỗi một đầu trục mang một chạc (a) và (b). Hai chạc này được nối với nhau thông qua khâu (3) hình chữ thập bằng các khớp quay A, A’ và B, B’. AA’ vuông góc với trục (1). BB’vuông góc với trục (2) Khâu (1) quay tròn thì khâu (2) cũng quay tròn, còn khâu chữ thập (3) chuyển động phức tạp quanh O a) b) Hình 5.9: Cơ cấu Cac-đăng 61 Cơ cấu khớp Các–Đăng dùng để truyền chuyển động quay giữa hai trục giao nhau một góc , với đặc điểm này góc  có thể thay đổi trong quá trình trục chuyển động (nhưng không lớn lắm). b) Tỷ số truyền: − Trong quá trình chuyển động, quỹ đạo của A-A’ là vòng tròn tâm O, bán kính R, nằm trong mặt phẳng vuông góc với x-x và đi qua tâm O. Tương tự, quỹ đạo của B- B’ là vòng tròn tâm O, bán kính R, nằm trong mặt phẳng vuông góc với y-y và đi qua tâm O − Trong quá trình chuyển động, vị trí của A-A’ thay đổi, đặc trưng bằng thông số  là góc giữa A-A’ và M-M là giao tuyến của mặt phẳng chứa các đường tâm quay x- x, y-y và mặt phẳng chứa quỹ tích của A-A’ (hình 5.9-b) − Tỷ số truyền được tính theo công thức sau: 2 2 1 12 2 2 1 sin cos cos n i n    − = = Để đảm bảo cho khâu bị dẫn II cũng quay với tốc độ góc n2 không đổi và n1=n2 hay 1 2 1 12 == n n i . Ta thường dùng loại cơ cấu Các-Đăng có bố trí liên tiếp hai khớp Các- Đăng thông qua một trục trung gian và được gọi là cơ cấu khớp Các-Đăng kép. Hình 5.10: Khớp Cac-đăng kép Hình 5.10 giới thiệu lược đồ cơ cấu khớp Các-Đăng kép. Cơ cấu kiểu này đảm bảo truyền động giữa trục 1 và 2 thông qua khớp trung gian 3 thỏa mãn yêu cầu n2 = const. Và chú ý rằng để đảm bảo i12 =1, ta cần giữ hai điều kiện : 21  = và Chạc (1) và (2) cùng mặt phẳng. Cơ cấu khớp Các-Đăng được sử dụng để truyền động từ hộp số đến các cầu của ôtô v.v... 5.2 BỐ TRÍ TRUYỀN ĐỘNG CÁC CƠ CẤU CƠ KHÍ. Nhằm biến đổi từ chuyển động quay của khâu dẫn thành chuyển động tịnh tiến, chuyển động lắc... của khâu bị dẫn, ta có thể bố trí tóm tắt bằng sơ đồ sau đây: 62 Hình 5.11: Sơ đồ bố trí truyền động các cơ cấu cơ khí ------------------------------------------------ CÂU HỎI ÔN TẬP 5.1 Mô tả cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các cơ cấu mà bạn đã học? 5.2 Trình bày một số ứng dụng thực tế của các cơ cấu mà bạn đã học trong ôtô? 5.3 Trình bày phương pháp bố trí truyền động các cơ cấu trong cơ khí? 63 CHƯƠNG 6: TÍNH LỰC TRONG CƠ CẤU ❖ MỤC TIÊU: Sau bài học này, sinh viên có khả năng – Hiểu tác dụng và biểu diễn được họa đồ lực của các loại lực tác dụng lên cơ cấu – Hiểu tác dụng của ma sát trong máy khi máy làm việc – Hiểu tác dụng của ma sát trong máy khi máy làm việc – Áp dụng công thức tính toán hiệu suất của máy nhằm kiểm tra, đảm bảo hiệu quả làm việc của máy ❖ NỘI DUNG BÀI HỌC: Lực tác dụng lên cơ cấu hoặc máy có thể phân làm 3 loại sau: ngoại lực, lực quán tính, nội lực. − Ngoại lực: lực cản kỹ thuật, trọng lực các khâu, lực phát động – Lực quán tính: xuất hiện khi khâu, cơ cấu hoặc máy chuyển động có gia tốc. Lực quán tính gây ra những ảnh hưởng không tốt như chấn động làm giảm độ bền, độ chính xác của máy Điều này làm ảnh hưởng chất lượng sản phẩm gia công trên máy... (chú ý: ở đây không nói đến một số trường hợp sử dụng những lợi ích từ lực quán tính). – Nội lực: là những lực tác dụng lẫn nhau giữa các khâu của cơ cấu hoặc máy (phản lực liên kết) 6.1 LỰC QUÁN TÍNH 6.1.1 Lực quán tính của khâu chuyển động tịnh tiến. Giả sử khâu A có khối lượng m chuyển động tịnh tiến với gia tốc as (hình 6.1). Như đã biết, vật rắn chuyển động tịnh tiến tại một thời điểm thì mọi điểm của vật có cùng vận tốc và gia tốc. Nên có thể coi chuyển động tịnh tiến của vật chính là chuyển động của trọng tâm C của vật với khối lượng và các lực tác dụng tập trung tại điểm trọng tâm đó. 64 Hình 6.1: Lực quán tính của khâu chuyển động tịnh tiến Như vậy, lực quán tính trong trường hợp này : Sqt amF −= (6-1) 6.1.2 Lực quán tính của khâu chuyển động quay. a) Trường hợp vật quay quanh trục cố định trùng với trọng tâm. Giả sử có khối trụ tròn quay quanh trục cố định C đi qua trọng tâm, vật quay với gia tốc góc  (hình 6.2a). Trường hợp này các chất điểm thuộc vật quay đều xuất hiện lực quán tính và thành phần tiếp tuyến của chúng gây ra mômen của các lực quán tính đối với trục quay là : −= Cqt JM (6-2) Trong đó: Jc là mômen quán tính của vật đối với trục quay. b) Trường hợp vật quay quanh trục cố định không trùng với trọng tâm (vật quay lệch tâm) Hình 6.2: Lực quán tính của khâu chuyển động quay 65 Giả sử có vật được biểu diễn dưới dạng lược đồ, khâu AB quay quanh trục cố định A cách trọng tâm C của vật một khoảng lAC biểu diễn như hình 6.2b. Vật quay với gia tốc góc  , trọng tâm C có gia tốc ac. Lực quán tính xuất hiện trong trường hợp này gồm hai đại lượng : – Tại trọng tâm C ứng với gia tốc ac có lực quán tính Fqt. – Ứng với gia tốc  , ta có mômen quán tính: −= Cqt JM Trong đó: Jc là mômen quán tính của khâu đối với trục đi qua trọng tâm C. Vấn đề là thu gọn hai đại lượng trên về một lực quán tính tổng hợp (tương tự như thu gọn một lực và một ngẫu lực về một lực duy nhất – Định lý đảo dời song song đã học trong phần tĩnh hoc). Có thể coi Mqt là mômen của một ngẫu lực quán tính, có trị số chọn bằng trị số của lực quán tính gây ra do C : Cqt mF = Như vậy, lực quán tính tổng hợp sẽ đặt ở điểm K có trị số: C K qt amF = (6-3) Xác định vị trí điểm đặt K : brlll CKACAK +=+= Xét hình 6-2b ta thấy : sin h b = ; h là cánh tay đòn. Và: K qt C C K qt F J hJhF    == Thay vào biểu thức tính sin h b = được :   sin  = K qt C F J b Mà:  qt K qt FF = sin Nên: rm J rm J F J b CC qt C  =   =  =    Do đó: rm Jrm rm J r rm J ll CCCACAK  + =  +=  += 2 Trong đó: AC JJrm =+ 2 là mômen quán tính của khâu đối với trục quay A (công thức tính mômen quán tính đối với trục song song). Cuối cùng ta được : AC A AK lm J l  = (6-4) Trong đó : m là khối lượng của khâu . lAC là khoảng cách từ trục quay đến trọng tâm. Điểm K được gọi là tâm va đập. 66 6.2 MA SÁT TRONG MÁY Ma sát là một hiện tượng phổ biến trong tự nhiên và kỹ thuật. Các mặt lợi và hại của ma sát: – Lợi: xe chạy được trên đường, một số cơ cấu làm việc nhờ tác dụng của lực ma sát như: bộ truyền đai, bộ truyền bánh ma sát, cơ cấu phanh – Hại: làm tổn hao công suất, sinh nhiệt gây nóng máy và mòn một số chi tiết 6.2.1 Ma sát trên mặt phẳng nghiêng. Xét vật có trọng lượng Q đặt trên mặt phẳng nghiêng có góc nghiêng  . Xác định lực tác dụng P để vật ở trạng thái cân bằng và có khuynh hướng đi lên (hình 6.3a), Trường hợp này lực có giá trị Pmax. Hoặc lực tác dụng P để vật cân bằng và có khuynh hướng đi xuống (hình 6.3b), trường hợp này lực có giá trị Pmin – Xét trường hợp Pmax : Vật chịu tác dụng của hệ lực: 0=++ RQP  Trong đó : msFNR  += (N là phản lực pháp tuyến, Fms là lực ma sát, và  là góc ma sát tg f = . Ta có : ( ).P Qtg  = + Hình 6.3: Ma sát trên mặt phẳng nghiêng – Xét trường hợp Pmin : Vật chịu tác dụng của hệ lực: 0=++ RQP  Ta có: ( ) −= tgQP  Trong trường hợp tổng quát ta có giá trị của lực P được xác định trong giới hạn: ( ) ( ) +− tgQPtgQ Và biểu diễn bằng công thức : 67 ( ) = tgQP (6-4) Ghi chú : Dấu (+) trong trường hợp cân bằng hoặc đi lên với tốc độ đều. Dấu (-) trong trường hợp ngược lại. 6.2.2 Ma sát trong khớp vít ren vuông. Đai ốc chuyển động trong khớp vít ren vuông hoàn toàn giống như vật trượt trên mặt phẳng nghiêng. Hình 6.4 : Ma sát trong khớp vít ren vuông Ta có thể coi đai ốc (đặc trưng bằng khối A chịu tải trọng Q) chuyển động trượt trên mặt phẳng nghiêng chính là đường ren ốc trải theo chu vi ( )d với góc nghiêng  (hình 6.4). Lực tác dụng vào đai ốc là P1 . Như vậy, muốn vặn cho đai ốc lên đều cần tác dụng lực theo công thức (6-4) : ( ) += tgQP1 Trong thực tế, đai ốc thường được vặn bằng cờ-lê có chiều dài tay quay là l và tác dụng lực tay vặn P để tạo mômen quay. 2 1 d PlPM q == Trong đó: d là đường kính trung bình của vít. Hay: ( ) 2 d tgQlP +=  Suy ra công thức tính lực tác dụng vào đầu tay quay l=1 là: ( ) 2 d tgQP +=  (6-5) Cũng tương tự, công thức sẽ lấy dấu trừ trong trường hợp ngược lại. Thí dụ 6-1. Sơ đồ cơ cấu kích vít cho trên hình 6.5. Vít ren vuông có góc nghiêng '0304= đường kính trung bình d = 51mm; hệ số ma sát giữa vít và đai là f = 0,1. Hãy 68 xác định lực tác dụng và đầu tay quay có chiều dài l = 50mm để nâng vật nặng có trọng lượng Q = 8000N. Hình 6.5: Sơ đồ cơ cấu kích vít Áp dụng công thức (6-5) ta có lực tác dụng vuông góc với tay quay là : ( ) += tgQ l d P 2 Trong đó: '04551,0 ===  ftg (góc   như vậy có hiện tượng tự hãm ). Thay số vào ta được : ( ) ( )NtgP 744553048000 502 51 '0'0 =+  = 6.2.3 Ma sát trong khớp quay có độ hở. Trong các khớp quay, nếu tính theo đường kính danh nghĩa và với các khớp mới chế tạo đảm bảo đường kính lỗ và trục bằng nhau, ta có khớp quay không có độ hở. Thực tế, trong quá trình làm việc có sự mòn không đều giữa trục và lỗ (thường lỗ mòn nhiều hơn so với trục, do lỗ có lắp bạc lót làm bằng vật liệu mòn nhanh hơn vật liệu trục) nên giữa trục và lỗ sẽ có độ hở Hình 6.6: Ma sát trong khớp quay có độ hở 69 Hình 6.6 là một thí dụ về loại khớp quay có độ hở. Trục có bán kính r chịu tải trọng Q. Khi quay vị trí tiếp xúc giữa trục và gối trục tại điểm A. Phản lực tại A gồm 2 thành phần: phản lực pháp tuyến N và lực ma sát Fms . Trong trường hợp trục quay đều có: msFQ MM = . Tức là : rFkQ ms = Mà : cos N RQ == ( là góc ma sát ). Ta có thể viết: k N rFms = cos Mặt khác: fNFms = hay tgNFms = . Thay vào, ta được: k N rtgN =   cos  sin= rk (6-6) k : là bán kính của vòng tròn tâm O2 gọi là vòng tròn ma sát. 6.3 . HIỆU SUẤT TRONG MÁY 6.3.1 Khái niệm về hiệu suất. Quá trình truyền động của máy có thể chia làm ba giai đoạn: – Giai đoạn mở máy : thường có công động cung cấp lớn hơn các công cản : cđ AA  – Giai đoạn truyền động ổn định: tức là giai đoạn truyền động của máy thực hiện qui trình công nghệ. Giai đoạn này, công động cung cấp bằng công cản hay tổng công các lực bằng 0. cđcđ AAAA −==+ 0 – Giai đoạn tắt máy: thường công cản lớn hơn công động. Máy chuyển động chậm dần và dừng lại : đc AA  Xét đối với giai đoạn chuyển động ổn định, công cản (Ac) thường gồm 2 thành phần: + Công cản gây ra do các lực cản kỹ thuật, công này gọi là công cản có ích (Aci). + Công cản gây ra do lực ma sát trong các khớp động, công cản này hoàn toàn có hại (Ams). Nhưng hiện tượng ma sát là tất yếu, nên phải tốn một lượng công cung cấp 70 để khắc phục công do ma sát gây ra. Như vậy, công động cung cấp phải bằng công cản có ích và công cản do ma sát. ( )mscicđ AAAA +−=−= Như trên đã nói, một phần của công động cung cấp phải dùng để thắng công cản do ma sát, nếu ma sát càng lớn thì lượng công cung cấp tiêu hao càng lớn và phần còn lại để thực hiện quá trình công nghệ sẽ giảm đi, chất lượng máy không tốt. Một chỉ tiêu để đánh giá chất lượng làm việc của máy là tỷ lệ giữa công có ích và tổng công mà máy tiêu thụ (công tiêu thụ bằng công động), tỷ lệ này lớn là chất lượng máy tốt và ngược lại. Tỷ lệ đó được gọi là hiệu suất, ký hiệu . Ta viết : đ ci A A = (6-7) Các chỉ tiêu động lực trong máy thường ghi công suất theo tỷ lệ trên có thể thay bằng tỷ lệ giữa công suất có ích (Nci) và công suất cung cấp (Ncc). cc ci N N = (6-8) Ta biết Aci < Ađ nên trị số hiệu suất luôn luôn trong khoảng: 10  Nói xác định hiệu suất của máy chính là xác định hiệu xuất của các cơ cấu trong máy (trong đó hiệu suất của các khớp động coi như đã được cho trước ). Tùy theo cách bố trí truyền động các cơ cấu, ta có 2 cách tính hiệu suất : – Hiệu suất trong trường hợp hệ thống cơ cấu mắc nối tiếp. – Hiệu suất trong trường hợp các cơ cấu mắc song song. 6.3.2 Hiệu suất trong trường hợp mắc nối tiếp. Hệ thống các cơ cấu hoặc các máy mắc nối tiếp được biểu diễn trên sơ đồ hình 6.7 Gọi Ađ là công cung cấp đưa vào đầu tiên, qua khớp 1 hay cơ cấu hoặc máy 1 có hiệu suất 1 , như vậy công còn lại sẽ là A1 < Ađ , A1 này chính là công cung cấp đối với máy 2 (khâu 2 hoặc cơ cấu 2) có hiệu suất 2 và công còn lại sẽ là A2 < A1, A2 lại là công cung cấp đối với máy 3 ... Hình 6.7: Sơ đồ hệ thống các cơ cấu hoặc các máy mắc nối tiếp 71 Vận dụng công thức (6-7) ta có thể viết : ...... 323 212 11    = = = AA AA AA đ Hiệu suất toàn bộ các khớp trong cơ cấu hoặc máy là: đ n A A = Trong đó An là công nhận được ở khâu cuối cùng, công này để thắng công cản có ích (công cản kỹ thuật). Có thể viết : n = ...321 (6-8) Kết luận: hiệu suất của cơ cấu hay máy mắc nối tiếp bằng tích số hiệu suất của các khớp động của cơ cấu hay của các cơ cấu trong máy. 6.3.3 Hiệu suất trong trường hợp mắc song song. Cơ cấu hoặc hệ thống các cơ cấu trong máy mắc song song được biểu diễn như hình 6.8. Trong đó, công dụng Ađ cung cấp từ nguồn được phân ra và truyền tới các cơ cấu (hoặc các máy 1, 2, 3...n) và A1, A2,...An là các bộ phận do công cung cấp phân ra. Các công này chính là công cung cấp đối với các cơ cấu, bộ phận máy (hoặc máy) 1, 2, 3... A1’, A2’, ...A’n là các công nhận được cuối cùng (các công này để thắng công cản có ích). Hình 6.8: Sơ đồ hệ thống các cơ cấu hoặc các máy mắc song song Ta có: 22 ' 2 11 ' 1   = = AA AA .. Tổng các công có ích : ( ) ( ) ( )nnnci AAAAAAA +++=+++=  ...... 2211 '' 2 ' 1 72 Vậy hiệu suất của máy khi mắc song song là : ( ) ( ) ( ) n nn đ ci AAA AAA A A +++ +++ == ... ... 21 2211  (6-9) Thí dụ 6-2. Hệ thống cơ cấu mắc song song như hình 6.9 gồm 4 trục công tắc (a, b, c và d). Công cung cấp phân đều ra 4 nhánh A1=A2=A3=A4. Hiệu suất của các cơ cấu a, b, c, d là 1 2 3 0,98  = = = và 4 0,4 = . Hãy tính hiệu suất của hệ thống? (có thể so sánh hệ thống cơ cấu ấy trong trường hợp mắc nối tiếp) Hình 6.9 Giải Áp dụng công thức trong trường hợp mắc song song ta có : ( ) ( ) ( ) n nn đ ci AAA AAA A A +++ +++ == ... ... 21 2211  Vì A1 = A2 = A3 = A4 nên : ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 84,04,098,098,098,0 4 1 4... ... 4321 1 1 21 2211 =+++= +++= +++ +++ ==     A A AAA AAA A A n nn đ ci . Nếu hệ thống cơ cấu trên mắc nối tiếp, ta có hiệu suất: 38.04,098,0 34321 ===  . So sánh:  nối tiếp <  song song. 73 CÂU HỎI ÔN TẬP 6.1 Hãy tính môment quán tính Mqt của bánh đà trong thời gian mở máy, biết lúc bắt đầu mở máy vận tốc góc bằng 0 và sau 3s vận tốc tăng tỷ lệ với thời gian thì máy chuyển động bình ổn, với vận tốc góc trung bình 21 rad s    =     ; mômen quán tính của bánh đà là J = 2kg.m2, trọng tâm của bánh đà ở ngay trên trục quay (hình 6.10) Hình 6.10 Hình 6.11 6.2 Một con trượt chuyển động nhanh dần với gia tốc 2 10 m a s   =     . Không kể tới ma sát trên mặt trượt, tính công suất của ngoại lực P đẩy vật chuyển động khi vật có vận tốc 5m/s. Biết khối lượng của con trượt là m = 2 kg (hình 6.11) 6.3 Hình 6.12 là hệ thống bánh răng trong hộp giảm tốc, biết hiệu suất của các khớp quay dùng ổ lăn là 98,0=ô và hiệu suất của cặp bánh răng là 95,0=br . Xác định hiệu suất của cơ cấu. Hình 6-12 74 PHẦN II : CHI TIẾT MÁY CHƯƠNG 7 : GHÉP BẰNG ĐINH TÁN ❖ MỤC TIÊU: Sau bài học này, sinh viên có khả năng – Phân biệt được các loại mối ghép bằng đinh tán – Liệt kê các thông số hình học của mối ghép bằng đinh tán – Áp dụng công thức tính toán để kiểm tra độ bền của mối ghép bằng đinh tán khi chịu lực tác dụng ❖ NỘI DUNG BÀI HỌC: 7.1 KHÁI NIỆM CHUNG: − Đinh tán là một thanh hình trụ tròn có mũ ở hai đầu (một mũ được chế tạo sẵn, mũ còn lại được tạo nên dưới tác dụng của ngoại lực) − Đinh tán thường làm bằng kim loại dễ biến dạng, thép ít cacbon như CT34, CT38, C10, C15 hoặc bằng hợp kim màu. Thân đinh tán thường là hình trụ tròn có đường kính d (d được tiêu chuẩn hóa), các kích thước khác của đinh tán được tính theo d, xuất phát từ điều kiện sức bền đều Hình 7.1: Các dạng mũ của đinh tán ( ) ( ) ( ) ( )1 2 0,6 0,65 0,8 1 1,5 1,7 h d R d l S S d =  =  = + +  75 − Ngoài mũ đinh tán dạng chỏm cầu còn có nhiều dạng mũ đinh khác như trên hình 7.1: − Để tạo mối ghép đinh tán, người ta gia công lỗ trên các tấm ghép, lồng đinh tán vào lỗ các tấm ghép, sau đó tán đầu đinh. Các tấm ghép không được dầy quá 25mm, lỗ trên các tấm ghép có thể được gia công bằng các phương pháp khoan, đột hay dập. Lỗ trên tấm ghép có đường kính bằng hoặc lớn hơn đường kính thân đinh tán d. − Nguyên tắc liên kết của mối ghép đinh tán: Thân đinh tán tiếp xúc với lỗ của các tấm ghép và các tấm đệm, đinh tán có tác dụng như một cái chốt cản trở sự trượt tương đối giữa các tấm ghép với nhau. Hình 7.2: Tạo mối ghép đinh tán − Tán nguội: quá trình tán đinh có thể tiến hành ở nhiệt độ môi trường. Tán nguội dễ dàng thưc hiện, giá rẻ; nhưng cần lực lớn, dễ làm nứt đầu đinh. Tán nguội chỉ dùng với đinh tán kim loại màu và đinh tán thép có đường kính nhỏ hơn 10mm. − Tán nóng: đốt nóng đầu đinh lên nhiệt độ khoảng (1000 1100)0C rồi tiến hành tán đầu đinh. Tán nóng không làm nứt đầu đinh nhưng cần thiết bị đốt nóng, các tấm ghép biến dạng nhiệt, dễ cong vênh. − Mối ghép đinh tán được biểu diễn trên hình 7.3, các tấm ghép 1 và 2 được liên kết trực tiếp với nhau bằng các đinh tán số 3 hoặc một số trường hợp có thể sử dụng thêm tấm đệm số 4 Hình 7.3: Kết cấu của mối ghép đinh tán 76 Tùy theo công dụng và kết cấu, mối ghép đinh tán được chia ra: + Mối ghép chắc: mối ghép chỉ dùng để chịu lực không cần đảm bảo độ kín khít. + Mối ghép chắc kín: vừa dùng để chịu lực vừa đảm bảo độ kín khít. + Mối ghép chồng: hai tấm ghép có phần chồng lên nhau. + Mối ghép giáp mối: hai tấm ghép đối đầu. + Mối ghép một hàng đinh: trên mỗi tấm ghép chỉ có một hàng đinh. + Mối ghép nhiều hàng đinh: trên mỗi tấm ghép có nhiều hơn một hàng đinh. 7.2. ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CỦA MỐI GHÉP BẰNG ĐINH TÁN: ❖ Trường hợp tán nóng Lúc nguội thân đinh co lại theo chiều dọc và chiều ngang. Đinh co theo chiều dọc gây nên lực dọc xiết chặt các tấm ghép lại với nhau, nhờ đó giữa các tấm ghép sẽ sinh ra lực ma sát. Đinh co theo chiều ngang tạo ra khe hở giữa lỗ và thân đinh. Thông thường mối ghép đinh tán chịu tải trọng ngang, có xu hướng kéo các tấm ghép trượt tương đối với nhau. Khi tải trọng nhỏ, chưa vượt quá lực ma sát cực đại trên bề mặt tiếp xúc giữa các tấm ghép, tải trọng được truyền từ tấm nọ sang tấm kia nhờ lực ma sát. Nếu tải trọng tiếp tục tăng lên cho đến khi lớn hơn lực ma sát, các tấm ghép sẽ trượt tương đối với nhau một khoảng bằng khe hở giữa lỗ và thân đinh. Từ lúc này, tải trọng tác dụng trực tiếp lên thân đinh, làm thân đinh bị cắt, dập và uốn. ❖ Trường hợp tán nguội: Giữa thân đinh và lỗ không có khe hở, cho nên ngay từ lúc tải trọng bắt đầu tác dụng, thân đinh đã làm việc: truyền tải trọng từ tấm nọ sang tấm kia. 7.3. TÍNH TOÁN MỐI GHÉP ĐINH TÁN (MỐI GHÉP CHẮC): 7.3.1 Các kích thước chủ yếu của mối ghép bằng đinh tán Xuất phát từ yêu cầu về độ bền (xác suất xuất hiện các dạng hỏng trên mỗi đinh là như nhau), kích thước của mối ghép đinh tán ghép chắc được biểu diễn trên hình 7.4: 77 Hình 7.4: Kích thước chủ yếu của mối ghép đinh tán − Đối với mối ghép chồng 1 hàng đinh min2d S= ; 3dp d= ; 1,5e d= ; ( )1 0,8 1d dp p=  ; 1 10,5 de p= − Đối với mối ghép chồng n hàng đinh min2d S= ; ( )1,6 1dp n d= + ; 1,5e d= ; ( )1 0,8 1d dp p=  ; 1 10,5 de p= − Đối với mối ghép giáp mối 2 tấm đệm 1 hàng đinh 1,5d S= ; 3,5dp d= ; 2e d= ; ( )1 0,8 1d dp p=  ; 1 10,5 de p= − Đối với mối ghép giáp mối 2 tấm đệm n hàng đinh 1,5d S= ; ( )2,4 1dp n d= + ; 2e d= ; ( )1 0,8 1d dp p=  ; 1 10,5 de p= 7.3.2 Các dạng hỏng của mối ghép và chỉ tiêu tính toán: 78 Hình 7.5: Các dạng hỏng của mối ghép Khi mối ghép đinh tán chịu tải trọng ngang như trên Hình 7.5, trên mối ghép có thể xuất hiện những dạng hỏng sau đây: − Thân đinh bị đứt. − Tấm ghép bị kéo đứt tại tiết diện I-I qua tâm các đinh. − Biên của tấm ghép bị cắt đứt theo các tiết diện ab và cd. − Bề mặt tiếp xúc giữa lỗ trên tấm ghép và thân đinh bị dập. Chỉ tiêu tính toán của mối ghép chắc: kết cấu của mối ghép đã được xây dựng trên cơ sở sức bền đều, do đó người ta chỉ kiểm tra điều kiện bền  đđ   để tránh dạng hỏng cắt đứt thân đinh là đủ. Trong đó: đ : ứng suất cắt sinh ra trên tiết diện thân đinh.  đ : ứng suất cắt cho phép của đinh (tra bảng, phụ thuộc vào cách tạo mối ghép hoặc vật liệu đinh tán). 7.3 TÍNH MỐI GHÉP CHẮC 7.3.1 Xét mối ghép chắc chịu lực ngang F: Kiểm tra độ bền của mối ghép chắc chịu lực ngang (hình 7.5), được thực hiện theo trình tự sau: − Tính lực tác dụng lên 1 đinh tán: Khi mối ghép chịu tác dụng lực ngang F, thực tế thì lực ngang F phân bố không đều trên các đinh do có sai lệch trong quá trình chế tạo mối ghép và do biến dạng không đều của các tấm ghép. Lực tác dụng lên một đinh Fđ được tính gần đúng bằng: z F z kF Fđ = Trong đó: z : số đinh lắp ghép (tính trên một tấm ghép). k : hệ số tải trọng (k=0,9 1) 79 − Tính ứng suất cắt trên thân đinh : 22 44 dzi F di Fđ đ   == Trong đó: i : là số tiết diện chịu cắt của mỗi đinh. Ví dụ: mối ghép giáp mối 1 tấm đệm i=1, mối ghép giáp mối 2 tấm đệm i=2. So sánh:  d d  : mối ghép đủ bền  d d  : mối ghép không đủ bền 7.3.2 Xét mối ghép chắc chịu mômen uốn M: Kiểm tra độ bền của mối ghép chắc chịu mômen uốn (hình 7.6), được thực hiện theo trình tự sau: Hình 7.6: Mối ghép chịu mômen – Xác định lực tác dụng lên đinh tán chịu tải trọng lớn nhất Fđmax : Dưới tác dụng của mômen uốn M, mối ghép có xu hướng quay quanh trọng tâm O của mối ghép. Đinh tán càng xa tâm chuyển vị khả dĩ của nó thì tải tác dụng càng lớn – Tính ứng suất cắt tren thân đinh tán chịu cắt lớn nhất: max 2 4 d d F i d   = Trong đó: i : là số tiết diện chịu cắt của mỗi đinh. So sánh:  d d  : mối ghép đủ bền  d d  : mối ghép không đủ bền ------------------------------------------------ 80 CÂU HỎI ÔN TẬP 7.1 Trình bày các dạng hỏng có thể xảy ra trong quá trình làm việc của mối ghép đinh tán? 7.2 Cho biết những ứng dụng thực tế của mối ghép đinh tán trong công nghệ chế tạo, lắp ráp ôtô 7.3 Cho mối ghép đinh tán được biểu diễn trên hình 7.7, biết: M= 2500Nm; a=400mm; b=500mm, S1=20mm; S2=22mm,  110d MPa = ,  90c MPa = . Kiểm tra độ bền của mối ghép đinh tán? Hình 7.7 7.2 Cho mối ghép đinh tán được biểu diễn trên hình 7.8, biết: d=12mm, a=320mm; b=0,5a, S1=S2=10mm,    105d MPa = ,    85c MPa = . Xác định tải trọng F để mối ghép đinh tán đảm bảo điều kiện bền? Hình 7.8 81 CHƯƠNG 8 : GHÉP BẰNG HÀN ❖ MỤC TIÊU: Sau bài học này, sinh viên có khả năng – Phân biệt được các loại mối ghép bằng hàn – Liệt kê các thông số hình học của mối ghép bằng hàn – Áp dụng công thức tính toán để kiểm tra độ bền của mối ghép bằng hàn khi chịu lực tác dụng ❖ NỘI DUNG BÀI HỌC: 8.1 KHÁI NIỆM CHUNG: 8.1.1 Khái niệm: Hai tấm ghép kim loại được ghép với nhau bằng cách nung phần tiếp giáp của chúng đến trạng thái chảy (hoặc nung phần tiếp xúc của chúng đến trạng thái dẻo và ép lại với nhau), sau khi nguội lực liên kết phân tử ở chỗ tiếp xúc sẽ không cho chúng tách rời nhau. Mối ghép như vậy gọi là mối hàn. Hình 8.1: Phương pháp hàn hồ quang điện Có nhiều phương pháp tạo mối hàn: hàn hơi (hàn gió đá), hàn hồ quang điện (hàn điện hay hàn que), hàn hồ quang dưới khí bảo vệ T.I.G, hàn hồ quang dưới khí bảo vệ M.I.G, hàn Plasma 8.1.2 Phân loại: Tùy theo công dụng, vị trí tương đối của các tấm ghép, hình dạng của mối hàn, người ta phân chia mối hàn thành các loại sau: − Mối hàn chắc: chỉ dùng để chịu tải trọng. 82 − Mối hàn chắc kín: dùng để chịu tải trọng và đảm bảo kín khít. − Mối hàn giáp mối: đầu hai tấm ghép tiếp giáp nhau, hàn thấu hết chiều dày của tấm ghép (Hình 8.2). − Mối hàn chồng: hai tấm ghép có phần chồng lên nhau (Hình 8.3). Hình 8.2: Mối hàn giáp mối Hình 8.3: Mối hàn chồng Hình 8.4: Mối hàn góc Hình 8.5: Mối hàn điểm, mối hàn đường − Mối hàn góc: biểu diễn trên hình 8.4 − Mối hàn dọc: phương của mối hàn song song với phương của lực tác dụng. − Mối hàn ngang: phương của mối hàn vuông góc với phương của lực tác dụng. − Mối hàn xiên: phương của mối hàn không song song và không vuông góc với phương của lực tác dụng. 83 − Mối hàn điểm: Là mối hàn tiếp xúc dùng để hàn các tấm ghép mỏng, các điểm hàn thường có dạng hình tròn (Hình 8.5a). − Mối hàn đường: Là mối hàn tiếp xúc, dùng để hàn các tấm ghép mỏng, mối hàn là một đường liên tục (Hình 8.5b). 8.2 TÍNH TOÁN MỐI HÀN: 8.2.1 Các kích thước chủ yếu của mối hàn: − Chiều dày tấm ghép S1, S2 , mm. − Chiều rộng tấm ghép b1, b2 , mm. − Chiều dài mối hàn l , mm. − Chiều rộng mối hàn chồng k , mm. Thông thường lấy k = Smin. − Chiều dài phần chồng lên nhau của mối hàn chồng C, mm. Thông thường lấy: min4SC  . 8.2.2 Tính toán mối hàn a) Tính toán mối hàn giáp mối Mối ghép hàn giáp mối khi chịu ngoại lực có thể bị phá hỏng tại tiết diện chỗ miệng hàn hoặc tại tiết diện kề bên miệng hàn Hai tấm ghép được ghép với nhau bằng mối hàn giáp mối, sau khi hàn xong có thể coi như một tấm nguyên. Các dạng hỏng của mối hàn giáp mối giống như các dạng hỏng của mooitj tấm nguyên. Khi chịu uốn sẽ bị gãy, khi chịu xoắn thì sẽ bị đứt Mối hàn được tính toán theo các điều kiện bền.   '   hoặc   '   Trong đó:  và  : là ứng suất sinh ra trong mối hàn, được xác định theo công thức của sức bền vật liệu như những tấm nguyên chịu tải   '  và   '  : ứng suất cho phép của mối hàn     '   = và     '   =   và   : là ứng suất cho phép của tấm nguyên (tra bảng)  : hệ số giảm độ bền của mối hàn, giá trị của  lấy trong khoảng 0,9 1 84 Hình 8.8: Mối hàn giáp mối chịu lực ngang + So sánh  và   rồi rút ra kết luận: Nếu   '     '   : mối ghép không đủ bền, sẽ hỏng trong quá trình làm việc Nếu ,  quá nhỏ hơn     ' ' ,  : mối ghép dư bền, có tính kinh tế không cao Nếu     ' ' ,     : độ lệch không nhiều lắm, mối ghép đủ bền và có tính kinh tế cao b) Tính toán mối hàn chồng: ❖ Sự phá hỏng của mối hàn chồng và chỉ tiêu tính toán: – Mối hàn chồng có ba loại tiết diện ngang khác nhau (Hình 8.9), ứng với đường 1 là mối hàn bình thường, đường 2 là mối hàn lõm, đường 3 là mối hàn lồi. Mối hàn bình thường được dùng rộng rãi nhất. Mối hàn lồi gây tập trung ứng suất. Mối hàn lõm giảm tập trung ứng suất nhưng phải qua gia công cơ mới tạo được. Hình 8.9: Tiết diện ngang của mối hàn chồng – Khi chịu bất cứ loại tải trọng nào, mối hàn chồng cũng bị cắt đứt theo tiết diện pháp tuyến n-n, ứng suất trên tiết diện nguy hiểm là ứng suất cắt  . Do đó điều kiện bền của mối hàn có thể viết:   '   (8-1) Trong đó:  : ứng suất cắt sinh ra trên mối hàn. 85   '  : ứng suất cắt cho phép của mối hàn (tra bảng) Bất đẳng thức (8-1) cũng chính là chỉ tiêu dùng để tính toán kiểm tra bền của mối hàn. ❖ Tính mối hàn chồng chịu lực: – Xét mối hàn chồng chịu lực kéo F theo phương ngang (Hình 8.10) Hình 8.10: Mối hàn chồng chịu lực ngang Nhận xét: + Dưới tác dụng của lực F, ứng suất sinh ra trên mối hàn ngang thường lớn hơn mối hàn dọc, trên mối hàn dọc ứng suất phân bố không đều dọc theo mối hàn. + Để đơn giản cho việc tính toán, trong trường hợp kld 50 người ta coi ứng suất phân bố đều trên mối hàn dọc và ứng suất d trên mối hàn dọc được coi như bằng ứng suất n trên mối hàn. Sai số do giả thiết trên được bù lại bằng cách chọn hợp lý giá trị ứng suất cho phép của mối hàn. + Công thức tính ứng suất  sinh ra trên mối hàn chồng: ( )1 2 1 20,7 d d n n F k l l l l  = + + + (8-2) + So sánh  và   '  rồi rút ra kết luận: Nếu   '   : mối ghép không đủ bền, sẽ hỏng trong q...ể đến sự khác biệt giữa mặt thân khai và mặt trụ, người ta đưa vào hệ số điều chỉnh ZH Thay n P F cos = cùng các thông số khác vào công thức Hec, ta có công thức tính ứng suất cho phép: ( )1 1 2 1Hv HM H H M K K iZ Z Z d Bi  + = (13-4) 14.4.3 Tính toán bộ truyền theo ứng suất bền uốn Ứng suất uốn được xác định theo công thức: 1 1 2 Fv F F F M K K Y d Bm  = 1 1 1 1 2 2 1 1 2 Fv F F F F F F F M K K Y d Bm Y Y     =     =  (13-5) Trong đó: YF gọi là hệ số dạng răng 146 FvK : hệ số kể đến tải trọng động, tính cho sức bền uốn FK  : hệ số kể đến phân bố tải không đều trên chiều dài răng 14.5 TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG Phương pháp tính bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng tương tự như tính bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng. Công thức tính bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng được thiết lập bằng cách: phân tích những đặc điểm về sức bền của bánh răng trụ răng nghiêng so với bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng, đưa vào công thức tính toán bánh răng trụ răng thẳng với các hệ số hiệu chỉnh, kể đến sự khác biệt về sức bền giữa bánh răng nghiêng và bánh răng thẳng 14.5.1 Đặc điểm về sức bền của bánh răng nghiêng so với bánh răng thẳng – Bộ truyền bánh răng nghiêng ăn khớp êm hơn so với bộ truyền bánh răng thẳng, do đó tải trọng động nhỏ hơn, giá trị KHv , KFv nhỏ hơn so với bánh răng thẳng – Khi tính toán chiều dài tiếp xúc lH trong bộ truyền bánh răng nghiêng, ta kể đến tất cả các đôi trong vùng ăn khớp, nên cường độ tiếp xúc qn nhỏ hơn bánh răng thẳng. Kể đến sự khác biệt này, người ta dùng hệ số Z , đồng thời phải đưa hệ số kể đến sự phân bố tải không đều cho các đôi răng HK  vào công thức tính toán – Đường tiếp xúc của một đôi răng trong bánh răng nghiêng nằm chếch trên mặt răng (hình 14.9). Như vậy ứng suất F trong bánh răng nghiêng nhỏ hơn bánh răng thẳng Hình 14.9: Đường tiếp xúc nằm chếch trên mặt răng của bánh răng nghiêng 147 14.5.2 Lực tác dụng lên trục và ổ mang bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng: Hình 14.10: Lực trong bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng Các thành phần lực tác dụng, bao gồm: n a rF P F F= + + r r r r Lực vòng: 1P r tác dụng lên trục dẫn I, lực vòng 2P r tác dụng lên trục bị dẫn II. Phương của 1P r và 2P r trùng với đường tiếp tuyến chung của hai vòng lăn. Chiều của 1P r ngược với chiều quay n1, chiều của 2P r cùng với chiều quay n2 Lực hướng tâm: 1rF r tác dụng lên trục dẫn I, vuông góc với trục I và hướng về phía trục I; 2rF r tác dụng lên trục dẫn II, vuông góc với trục II và hướng về phía trục II Lực dọc trục: 1aF r tác dụng lên trục dẫn I, song song với trục I; 2aF r tác dụng lên trục dẫn II, vuông góc với trục II. Chiều của lực 1aF r và 2aF r phụ thuộc vào chiều quay và đường nghiêng của răng. Về độ lớn: 1 1 1 1 1 1 1 1 2 t a r t n n M P d F Ptg F Ptg P F cos cos     = = = =  148 14.5.3 Tính toán bộ truyền theo ứng suất bền tiếp xúc: Xuất phát từ công thức Héc, có kể đến những đặc điểm về sức bền của bánh răng nghiêng, ta có công thức tín ứng suất tiếp xúc của bánh răng trụ răng nghiêng: ( )1 1 2 1Hv H HM H H t M K K K iZ Z Z d Bi   + = (14-6) 14.5.4 Tính toán bộ truyền theo theo ứng suất bền uốn Thực hiện tính toán tương tự như với bánh răng trụ răng thẳng, có kể đến những đặc điểm về sức bền, ta có công thức tính ứng suất uốn tại tiết diện chân răng của các bánh răng như sau 1 1 1 1 2 2 2 1 2 Fv F F F F t n F F F F M K K K Y Y Y d Bm Y Y       = = (14-7) 14.6 TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG CÔN (RĂNG THẲNG) 14.6.1 Lực tác dụng lên trục và ổ mang bộ truyền bánh răng côn răng thẳng: Hình 14.9 Lực trong bộ truyền bánh răng côn Các thành phần lực tác dụng, bao gồm: n a rF P F F= + + r r r r Lực vòng: 1P r tác dụng lên trục dẫn I, lực vòng 2P r tác dụng lên trục bị dẫn II. Phương của 1P r và 2P r trùng với đường tiếp tuyến chung của hai vòng lăn. Chiều của 1P r ngược với chiều quay n1, chiều của 2P r cùng với chiều quay n2 149 Lực hướng tâm: 1rF r tác dụng lên trục dẫn I, vuông góc với trục I và hướng về phía trục I; 2rF r tác dụng lên trục dẫn II, vuông góc với trục II và hướng về phía trục II Lực dọc trục: 1aF r tác dụng lên trục dẫn I, song song với trục I; 2aF r tác dụng lên trục dẫn II, vuông góc với trục II. Chiều của lực 1aF r hướng về đáy lớn của bánh dẫn và chiều của 2aF r hướng về đáy lớn của bánh bị dẫn Về độ lớn: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 sin cos tb a r n M P d F Ptg F Ptg P F cos      = = = = 14.6.2 Tính toán bộ truyền theo ứng suất bền tiếp xúc: Xuất phát từ công thức Hec, có kể đến những đặc điểm về sức bền của bánh răng nón, ta có công thức tính ứng suất tiếp xúc của bộ truyền bánh răng nón: 2 1 1 2 1 0,85 Hv HM H H tb M K K iZ Z Z d Bi  + = (14-8) 14.6.3 Tính toán bộ truyền theo ứng suất bền uốn: Công thức tính ứng suất tiếp xúc của bộ truyền bánh răng nón như sau: 1 1 1 1 2 2 2 1 2 0,85 Fv F F F tb tb F F F F M K K Y d Bm Y Y    = = (14-9) 14.7 KẾT CẤU BÁNH RĂNG Bánh răng chủ yếu được chế tạo bằng thép, ngoài ra có thể dùng gang hoặc phi kim. Tùy theo cách nhiệt luyên và độ rắn bề mặt, có thể chia bánh răng thép thành 2 nhóm chính 150 - Nhóm bánh răng có độ rắn bề mặt 350BH  : trước khi cắt răng, người ta nhiệt luyện phôi bằng tôi cải thiện hoặc thường hóa. Sauk hi cắt răng không phải tôi và sửa răng. Chi phí cắt gọt tương đối thấp Để hạn chế dính xước răng và đảm bảo sức bền cho hai bánh răng vì số chu kỳ ứng suất của bánh 1 lớn hơn bánh 2 nên chọ vật liệu bánh răng nhỏ khác bánh răng lớn. Thường chọn bánh dẫn có ( )1 2 30 50BH BH= +  với 2BH là độ rắn mặt răng bánh bị dẫn - Nhóm bánh răng có độ rắn bề mặt 350BH  : Các bánh răng thuộc nhóm này được gia công phức tạp hơn. Phôi liệu được ủ cho ổn định, sau đó đem cắt răng. Thực hiện tôi bề mặt, sau khi tôi phải gia công sửa răng bằng nguyên công mài hoặc nghiền Nên chọn hai bánh răng cùng một loại vật liệu, nhiệt luyện đạt độ rắn bề mặt như nhau Hình 14-20: Kết cấu bánh răng ------------------------------------------------ CÂU HỎI ÔN TẬP 14.1 Trình bày phân loại và công dụng của bộ truyền bánh răng? 14.2 Trình bày ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng của bộ truyền bánh răng ? 14.3 Trình bày các dạng hỏng có thể xảy ra trong quá trình bộ truyền bánh răng làm việc ? 151 14.4 Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng ăn khớp ngoài có môđun m=3mm, số răng trên bánh dẫn và bánh bị dẫn là Z1=20, Z2=80, truyền công suất N1=3,5kW, tốc độ trục dẫn n1=1000vòng/phút. Tính: a) Tỉ số truyền i và khoảng cách trục A? b) Các lực tác dụng lên bộ truyền? 14.5 Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng ăn khớp ngoài có bước răng t=4 mm, số răng trên bánh dẫn là Z1=20, tỉ số truyền i=3, truyền công suất N1=3,5kW, tốc độ trục dẫn n1=1200vòng/phút. Tính: a) Khoảng cách trục A ? b) Các lực tác dụng lên bộ truyền? 14.6 Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng ăn khớp ngoài có môđun m=4mm, số răng trên bánh dẫn và bánh bị dẫn là Z1=28, Z2=80, truyền mômen M1=28Nm, tốc độ trục dẫn n1=1500vòng/phút. Tính: a) Khoảng cách trục A và công suất trục dẫn N1 ? b) Các lực tác dụng lên bộ truyền ? 14.7 Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng ăn khớp ngoài làm việc với hiệu suất 0 085= , công suất truyền động và tốc độ vòng quay của trục dẫn là N1=4,5KW, n1=1360vòng/phút, số răng trên bánh dẫn và bánh bị dẫn là Z1=28, Z2=60, môđun m=4mm. Tính: a) Mômen M2 tác dụng lên trục bị dẫn ? b) Các lực tác dụng lên bộ truyền ? 14.8 Cần lắp đặt bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng ăn khớp ngoài có số răng trên bánh dẫn và bánh bị dẫn là Z1=24, Z2=64, môđun m=3mm làm việc đạt hiệu suất 0092= , công suất và tốc độ vòng quay của trục bị dẫn là N2=4KW, n2=650vòng/phút. Tính: a) Tốc độ vòng quay n1 và mômen M1 tác dụng lên trục dẫn ? b) Các lực tác dụng lên bộ truyền ? 152 CHƯƠNG 15 : TRUYỀN ĐỘNG TRỤC VÍT ❖ MỤC TIÊU: Sau bài học này, sinh viên có khả năng – Phân biệt được các loại bộ truyền trục vít – Trình bày được các ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng của bộ truyền trục vít – Liệt kê các thông số hình học và động học của bộ truyền trục vít – Áp dụng công thức tính toán để kiểm tra độ bền của bộ truyền trục vít ❖ NỘI DUNG BÀI HỌC: 15.1 KHÁI NIỆM CHUNG: 15.1.1 Khái niệm: Bộ truyền trục vít - bánh vít thường dùng để truyền chuyển động giữa hai trục chéo nhau (hình 15.1) Hình 15.1: Bộ truyền trục vít – bánh vít Bộ truyền trục vít thông thường gồm 2 bộ phận chính: – Bánh răng dẫn 1: có đường kính d1 được lắp trên trục dẫn I, quay với số vòng quay n1, công suất truyền động N1, mô men xoắn trên trục M1. – Bánh răng bị dẫn 2: có đường kính d2 được lắp trên trục dẫn II, quay với số vòng quay n2, công suất truyền động N2, mô men xoắn trên trục M2. 153 Trên trục vít có những đường ren (cũng có thể gọi là răng của trục vít), trên bánh vít có răng tương tự như răng bánh răng. Khi truyền động ren trục vít ăn khớp với răng bánh vít, tương tự như bộ truyền bánh răng. Nguyên tắc làm việc của bộ truyền trục vít có thể tóm tắt như sau: trục I quay với số vòng n1, ren trục vít ăn khớp với răng bánh vít, đẩy bánh vít chuyển động, làm bánh vít quay, II quay với số vòng n2 Tuy truyền chuyển động bằng ăn khớp, nhưng do vận tốc của hai điểm tiếp xúc có phương góc với nhau, nên trong bộ truyền trục vít có vận tốc trượt rất lớn (hình 14.2), hiệu suất truyền động của bộ truyền thấp. Hình 15.2: Vận tốc trượt trong bộ truyền trục vít 15.1.2 Phân loại Tùy theo hình dạng trục vít, biên dạng ren của trục vít, người ta chia bộ truyền thành các dạng sau: – Bộ truyền trục vít trụ: trục vít có dạng hình trụ xoay tròn, đường sinh thẳng. Trong thực tế, chủ yếu dùng bộ truyền trục vít trụ (hình 15.3a) – Bộ truyền trục vít Glôbôit: trục vít hình trụ xoay tròn, đường sinh là một cung tròn. Loại này được gọi là bộ truyền trục vít lõm (hình 15.3b) – Bộ truyền trục vít Acsimet: trong mặt phẳng chứa đường tâm của trục vít biên dạng ren là một đoạn thẳng. Trong mặt phẳng vuông góc với đường tâm trục vít biên dạng ren là đường xoắn Acsimet (hình 15.3c) 154 a) b) c) Hình 15.3: Trục vít trụ (a), trục vít lõm (b), trục vít Acsimet (c) – Bộ truyền trục vít thân khai: trong mặt phẳng tiếp tuyến với mặt trụ cơ sở biên dạng ren là một đoạn thẳng. Trong mặt phẳng vuông góc với đường tâm trục vít, biên dạng ren là một phần của đường thân khai vòng tròn, tương tự như bánh răng thân khai. – Bộ truyền trục vít Cônvôlút: trong mặt phẳng vuông góc với phương của ren, biên dạng ren là một đoạn thẳng. Loại trục vít Cônvôlút hiện nay ít được dùng. Trong chương này, chủ yếu trình bày bộ truyền trục vít trụ có dạng ren Acsimet. Các loại khác được trình bày trong giáo trình riêng về bộ truyền trục vit. 15.1.3 Ưu – nhược điểm – phạm vi sử dụng a) Ưu điểm: – Tỉ số truyền lớn – Làm việc êm, không ồn – Có khả năng tự hãm cao b) Nhược điểm: – Hiệu suất truyền động thấp, nhiệt sinh nhiều nên thường phải dùng các biện pháp làm nguội – Cần phải dùng loại vật liệu giảm ma sát tương đối thấp để chế tạo bánh vít  Vì có hiệu suất thấp nên truyền động trục vít thường chỉ dùng trong trường hợp công suất nhỏ hoặc trung bình (không quá 50 60KW ). Tỉ số truyền i trong khoảng 20 60 , đôi khi có thể lên đến 100. Truyền động trục vít thường dùng trong máy nâng chuyển, máy cắt kim loại, ôtô 155 15.2 THÔNG SỐ HÌNH HỌC VÀ ĐỘNG HỌC 15.2.1 Thông số hình học : Hình dạng và kích thước của bộ truyền trục vít – bánh vít được xác định qua các thông số hình học chủ yếu dưới đây (hình15.2). Các thông số thuộc bánh vít được xác định trong mặt phẳng chính của bánh vít. a) b) Hình 15.2: Kích thước bộ truyền trục vít – Môđun của răng bánh vít, ký hiệu: m, đơn vị đo mm. Tương tự như bánh răng nghiêng, bánh vít có môđun xác định trên mặt phẳng mút mt và trên mặt phẳng pháp là mn. Giá trị của môđun mt được lấy theo dãy số tiêu chuẩn. Môđun pháp n tm m cos= Ví dụ: mt = 1 ; 1,25 ; (1,5) ; 1,6 ; 2 ; 2,5 ; (3) ; (3,5) ; 4 ; 5 ; (6) ; 6,3 ; (7) ; 8 ; 10 ; 12,5 ; 16 ; (18) ; 20 ; 25. – Hệ số đường kính của trục vít, ký hiệu q. Giá trị q cũng được tiêu chuẩn hóa. Ứng với mỗi giá trị m có vài giá trị q, với mục đích giảm số lượng dao sử dụng gia công bánh vít. Ví dụ: q = 6,3 ; (7,1) ; 8 ; (9) ; 10 ; (11,2) ; (12,5) ; 14 ; 16 ; (18) ; 20 ; (22,4) ; 25. – Số mối ren (cũng có thể gọi là số răng) của trục vít z1. Số răng bánh vít z2 . Giá trị z1 được tiêu chuẩn hóa, thường dùng các giá trị 1 1;2;4z = . Số răng bánh vít nên lấy 2 28z  – Góc áp lực trên vòng tròn lăn (hay góc ăn khớp):  , thông thường 020= 156 – Đường kính vòng tròn lăn: d , mm. Có quan hệ 1 2 2 d mq d mz =  = – Đường kính vòng tròn chân ren di và vòng tròn đỉnh ren de – Đường kính vòng tròn lớn nhất của bánh vít: demax – Chiều cao răng: h – Khoảng cách trục: ( )21 2 2 2 m q zd d a ++ = = – Bước răng trên vòng tròn lăn của bánh vít là: t . Bước ren của trục vít tr. Trong bộ truyền trục vít: rt t= – Bước của đường xoắn vít :  , ta có: 1z t = – Góc nâng của ren trục vít  , 1 z tg q  = , thường dùng trong khoảng 00 205  – Góc nghiêng của răng bánh vít  . Thường dùng  = – Chiều dài phần cắt ren của trục vít B1, chiều rộng vành răng của bánh vít B2, mm – Góc ôm của bánh vít trên trục vít 2 , thường lấy 2 1 2 2 0,5e B d m  = − . Giá trị 2 thường dùng trong khoảng ( 00 12090  ) 15.2.2 Thông số động học – Tỉ số truyền: 1 2 2 1 n z i n z = = – Vận tốc dài: Đối với trục vít: ( )sm nd v / 100060 11 1  =  ; Đối với bánh vít: ( )sm nd v / 100060 22 2  =  – Vận tốc trượt: 1tr v v cos = – Hiệu suất: 2 1 N N  = . Có thể tính hiệu suất truyền động theo công thức: ( )   + = tg tg 95,0 157 Với :  là góc ma sát trên mặt tiếp xúc giữa ren và răng→tra bảng Nếu kể đến tổn hao công suất do khấy dầu thì tính theo công thức: ( ) tg tg     = + 15.3 TÍNH BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT 15.3.1 Lực tác dụng: Hình 15.3: Lực tác dụng lên trục và ổ của bộ truyền trục vít Xem bánh vít như bánh răng nghiêng với ( ) = . Từ đó, có thể phân tích và tính lực Fn tác dụng trong bộ truyền trục vít như sau: 2n P F cos cos  =  (15-1) 15.3.2 Tính bộ truyền trục vít a) Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính toán Trong quá trình làm việc, bộ truyền trục vít – bánh vít có thể xuất hiện các dạng hỏng sau: – Dính xướt bề mặt – Mòn răng bánh vít và ren trục vít – Biến dạng mặt răng – Gãy răng bánh vít – Tróc rỗ bề mặt răng – Nhiệt độ làm việc quá cao – Trục vít bị uốn cong do mất ổn định Để tránh các dạng hỏng nêu trên, người ta tính toán bộ truyền trục vít theo các chỉ tiêu: 158  2H H  (15-2)  2F F  (15-3)  lv  (15-4)  1a aF F (15-5) Trong đó: H là ứng suất tiếp xúc tại điểm nguy hiểm trên mặt răng  H là ứng suất tiếp xúc cho phép tại điểm nguy hiểm trên mặt răng bánh vít F là ứng suất uốn tại điểm nguy hiểm trên tiết diện chân răng bánh vít  F là ứng suất uốn cho phép tại điểm nguy hiểm trên tiết diện chân răng bánh vít lv là nhiệt độ làm việc của bộ truyền trục vít  lv là nhiệt độ làm việc cho phép của bộ truyền trục vít  aF là lực dọc trục cho phép của bộ truyền trục vít b) Tính độ bền theo ứng suất tiếp xúc Ứng suất tiếp xúc sinh ra trên mặt răng được xác định theo công thức Hec: 0,418 nH q E   = Trong đó: E là mô đun đàn hồi tương đương của vật liệu trục vít và bánh vít: 1 2 1 2 2E E E E E = E1, E2 là môđun đàn hồi của vật liệu trục vít và bánh vít qn : là cường độ tải trọng trên đường tiếp xúc của răng, đơn vị N mm       , được xác định theo công thức: nn Hv H H F q K K l = HvK : hệ số kể đến tải trọng động, dùng để tính cho ứng suất tiếp xúc 159 HK  : hệ số kể đến phân bố tải không đều trên chiều dài răng, khi tính cho ứng suất tiếp xúc lH : là chiều dài tiếp xúc của các đôi răng.  : là bán kính cong tương đương của hai bề mặt tại điểm tiếp xúc, được xác định theo công thức: 1 2 1 2      = + 1 : là bán kính cong của điểm giữa răng bánh dẫn, 1 1 2 d  = 2 : là bán kính cong của điểm giữa răng bánh bị dẫn, 2 2 2 d  = Thay 2n P F cos cos  =  cùng các thông số khác vào công thức Hec, ta có công thức tính ứng suất cho phép: 1 2 1 2480 Hv H H M K K d d  = (15-6) c) Tính độ bền theo ứng suất uốn Ứng suất 2F được tính theo công thức của bánh răng nghiêng. Với góc  thường dùng gần bằng 100, ta có công thức: 2 22 2 4,1 F n FFv F Y mBd KKM   =   (15-7) d) Tính độ bền theo điều kiện làm việc chịu nhiệt Nhiệt độ làm việc của bộ truyền được tính theo công thức: ( ) 1 2 0 860 1 lv t t P A K    − − = + (15-8) 2 là nhiệt lượng tải ra bên ngoài qua thiết bị làm mát. Giá trị này được ghi trên thiết bị làm mát. At là diện tích bề mặt thoát nhiệt ra môi trường xung quanh Kt là hệ số tỏa nhiệt 0 là nhiệt độ môi trường xung quanh 160 Nếu điều kiện trên không thõa phải làm nguội nhân tạo: dùng quạt gió, dùng ống dẫn nước làm nguội, e) Tính độ bền trục vít theo điều kiện ổn định:  1a aF F ------------------------------------------------ CÂU HỎI ÔN TẬP 15.1 Trình bày phân loại và công dụng của bộ truyền trục vít? 15.2 Trình bày ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng của bộ truyền trục vít? 15.4 Trình bày các dạng hỏng có thể xảy ra trong quá trình bộ truyền trục vít làm việc ? 15.5 Cho biết một số ứng dụng thực tế của truyền động trục vít trong ôtô? 15.6 Bộ truyền trục vít (hình vẽ 15.4) có tỉ số truyền u=20, số vòng quay trục vít n1=,1480v/ph, công suất trên trục vít P1 = 7,5kW. Bánh vít chế tạo từ đồng thanh với ứng suất tiếp xúc cho phép  H =160 MPa, hệ số tải trọng tính KH=1,15. a) Chọn sơ bộ hiệu suất. Tính mômen xoắn trên bánh vít M2. b) Chọn z1 , z2 và q. Tính a và chọn mođun m. c) Xác định chiều quay bánh vít 2 và lực dọc trục tác dụng lên trục vít 1. Khi thay đổi vị trí trục vít như hình b thì chiều quay bánh vít 2 và lực dọc trục tác dụng lên trục vít 1 thay đổi như thế nào? Hình 15.4 161 CHƯƠNG 16 : TRUYỀN ĐỘNG XÍCH ❖ MỤC TIÊU: Sau bài học này, sinh viên có khả năng – Phân biệt được các loại bộ truyền xích – Trình bày được các ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng của bộ truyền xích – Liệt kê các thông số hình học và động học của bộ truyền xích – Giải thích được nguyên nhân của sự tuột xích – Áp dụng công thức tính toán để kiểm tra độ bền của bộ truyền xích – Vận dụng phương pháp bôi trơn bộ truyền xích hợp lý ❖ NỘI DUNG BÀI HỌC: 16.1 KHÁI NIỆM CHUNG: 16.1.1 Khái niệm: Bộ truyền xích thường dùng để truyền chuyển động giữa hai trục song song và cách xa nhau (hình 16.1), hoặc có thể truyền chuyển động từ một trục dẫn đến nhiều trục bị dẫn Hình 16.1: Bộ truyền xích Bộ truyền xích thông thường gồm 3 bộ phận chính: – Đĩa xích dẫn 1: có đường kính d1 được lắp trên trục dẫn I, quay với số vòng quay n1, công suất truyền động N1, mômen xoắn trên trục M1. 162 – Đĩa xích bị dẫn 2: có đường kính d2 được lắp trên trục dẫn II, quay với số vòng quay n2, công suất truyền động N2, mômen xoắn trên trục M2. – Dây xích 3: Là khâu trung gian, mắc vòng qua hai đĩa xích. Dây xích là một chuỗi các mắc xích nối với nhau bằng bản lề, các mắt xích xoay quanh khớp bản lề khi vào ăn khớp với răng đĩa xích. Nguyên lý làm việc của bộ truyền xích: dây xích ăn khớp với răng đĩa xích gần giống như thanh răng ăn khớp với bánh răng. Đĩa xích dẫn quay, răng của đĩa xích đẩy các mắc xích chuyển động theo. Dây xích chuyển động đẩy răng của đĩa xích bị dẫn chuyển động, đĩa xích 2 quay. Như vậy chuyển động đã được truyền từ bánh dẫn sang bánh bị dẫn nhờ sự ăn khớp của răng đĩa xích với các mắc xích. Truyền động bằng ăn khớp, nên trong bộ truyền xích hầu như không có hiện tượng trượt. Vận tốc trung bình của bánh bị dẫn và tỉ số truyền trung bình của bộ truyền xích không thay đổi. 16.1.2 Phân loại: Hình 16.2: Dây xích ống con lăn Hình 16.3: Dây xích răng Tùy theo cấu tạo của dây xích, bộ truyền xích được chia ra thành các loại: – Xích ống con lăn (hình 16.2). – Xích ống: Tương tự như xích ống con lăn nhưng không có con lăn. Xích này được chế tạo với độ chính xác tương đối thấp, giá tương đối rẻ. – Xích răng (hình 16.3), khớp bản lề được chế tạo thành do hai nữa chốt hình trụ tiếp xúc nhau. Mỗi mắc xích có nhiều má xích lắp ghép trên chốt. Khả năng tải của xich răng lớn hơn nhiều so với xích ống con lăn có cùng kích thước. Giá thành của 163 xich răng cao hơn nhiều so với xích ống con lăn. Xích răng được tiêu chuẩn hóa rất cao. Trong các loại xích trên, xích ống con lăn được dùng nhiều hơn cả và trong chương này chủ yếu trình bày xích ống con lăn 16.1.3 Ưu – Nhược điểm – phạm vi sử dụng a) Ưu điểm: – Không có hiện tượng trượt nên tỉ số truyền ổn định – Kết cấu nhỏ gọn hơn – Khả năng tải lớn, lực tác động lên trục bé do không cần căng xích. b) Nhược điểm: – Tỉ số truyền tức thời không ổn định – Chăm sóc và bảo dưỡng phức tạp, giá thành cao  Truyền động xích được dùng khá phổ biến trong các phương tiện vận tải, máy nông nghiệp Nếu so sánh giữa bộ truyền xích và đai thì ta thấy: bộ truyền đai thích hợp làm việc ở vận tốc lớn (tải trọng bé), còn xích thích hợp làm việc ở vận tốc bé (tải trọng lớn) 16.2 XÍCH TRUYỀN ĐỘNG CON LĂN Xích ống con lăn (hình 16.2): Các má xích được dập từ thép tấm, má xích 1 ghép với ống lót 4 tạo thành mắt xích trong. Các má xích 2 được ghép với chốt 3 tạo thành mắt xích ngoài. Chốt và ống lót tạo thành khớp bản lề, để xích có thể quay gập. Con lăn 5 lắp lỏng với ống lót, để giảm mòn cho răng đĩa xích và ống lót. Số 6 biểu diễn tiết diện ngang của răng đĩa xích. 16.3 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA BỘ TRUYỀN ĐỘNG XÍCH 16.3.1 Thông số hình học Hình 16.3: Đĩa xích ống con lăn Hình 16.4: Kết cấu đĩa xích ống con lăn 164 – Bước xích t : là khoảng cách giữa hai chốt xích, được tiêu chuẩn hóa theo dãy số: t = 12,7 ; 15,875 ; 19,05 ; 25,4 ; 31,75 ; 38,1 ; 44,45 ; 50,8 Các kích thước khác được xác định dựa trên bước xích – Số răng của đĩa xích dẫn: z1, của đĩa xích bị dẫn z2 – Đường kính tính toán của đĩa xích dẫn d1, của đĩa xích bị dẫn d2; cũng chính là đường kính vòng tròn lăn của đĩa xích, mm; là đường kính vòng tròn đi qua tâm các chốt: sin t d z  = ─ Đường kính vòng tròn đỉnh răng của đĩa xích: de ─ Đường kính vòng tròn chân răng của đĩa xích: di – Số dãy xích X. Thông thường dùng 01 dãy xích. Trong trường hợp tải trọng lớn, nếu dùng xích 1 dãy, bước xích quá lớn gây va đập. Khắc phục bằng cách dùng xích 2 dãy, 3 dãy hoặc dùng nhiều dây xích – Chiều rộng của dây xích: b, mm; Trong xích nhiều dãy, chiều rộng b tăng lên. – Đường kính của chốt: dc – Chiều dài ống lót: lo – Chiều rộng đĩa xích dẫn: B1 và đĩa xích bị dẫn: B2. Thông thường: B1=B2 – Đường kính của đoạn trục lắp đĩa xích: dtr – Chiều dài mayơ đĩa xích l2, mm. Chiều dài l2 phải lấy đủ lớn để định vị đĩa xích trên trục, ( )2 1 1,5 trl d=  – Khoảng cách trục: a , là khoảng cách giữa tâm đĩa xích dẫn và đĩa xích bị dẫn – Góc giữa hai nhánh xích: a dd 12057 − = , độ – Góc ôm của dây xích trên đĩa xích dẫn và đĩa xích bị dẫn: –  −= 01 180 ;  += 0 2 180 – Chiều dài dây xích L (được đo theo vòng đi qua tâm các chốt) 165 ( ) ( ) 2 2 1 2 1 2 2 4 d d d d L a a  + − = + +  Khoảng cách trục: ( ) ( ) ( ) 2 21 2 1 2 2 1 1 2 4 2 2 d d d d a L L d d   + +   = − + − − −       – Số mắc xích của dây xích Nx. Số mắc xích nên lấy là số chẵn, để dễ dàng nối với nhau. Nếu số mắc xích là số lẻ, phải dùng má xích chuyển tiếp để nối. Má chuyển tiếp rất dễ bị gãy. Số mắc xích: t L N x = 16.3.2 Thông số động học: – Tỉ số truyền: 1 2 2 1 n z i n z = = – Vận tốc: Đối với trục xích dẫn: ( )sm nd v / 100060 11 1  =  ; Đối với trục xích bị dẫn: ( )sm nd v / 100060 22 2  =  . Vận tốc của xích: vx . Giá trị này gọi là vận tốc trung bình: v1=v2=vx – Vận tốc tức thời: v1t ; v2t ; v3t là vận tốc tại mỗi thời điểm. Trục dẫn coi như chuyển động đều, v1t là hằng số Do dây xích ôm đĩa xích theo hình đa giác (hình 16.5), ngoài chuyển động theo phương ngang, dây xích còn chuyển động lên xuống với vxd. Vận tốc tức thời vxd không phải là hằng số, vxt < v1t , xích chuyển động có gia tốc. Số răng đĩa xích càng ít, giá trị góc  càng lớn thì vxt dao động càng nhiều, gia tốc càng lớn. Hình 16.5: Vận tốc tức thời của dây xích 166 Tương tự như thế, dây xích ôm trên đĩa xích bị dẫn theo đa giác, nên v2t cũng dao động v2t >vxt – Hiệu suất truyền động: 2 1 N N  = – Thời gian làm việc của bộ truyền, hay tuổi bền của bộ truyền: tb , đơn vị: h – Yêu cầu về môi trường làm việc – Chế độ làm việc 16.4 CÁC DẠNG HỎNG CỦA TRUYỀN ĐỘNG XÍCH VÀ CHỈ TIÊU TÍNH TOÁN 16.4.1 Các dạng hỏng: Trong khi làm việc, bộ truyền xích có khả năng xảy ra những dạng hỏng sau: – Đứt xích, dây xích bị tách rời ra không làm việc được nữa, có thể gây nguy hiểm cho người và thiết bị xung quanh. Xích có thể bị đứt do mỏi, do quá tải đột ngột hoặc do các mối ghép giữa má xích và chốt bị hỏng – Mòn bản lề xích. Trên mặt tiếp xúc của bản lề có áp suất lớn, và bị trượt tương đối khi vào ăn khớp với răng dĩa xích, nên tốc độ mòn khá nhanh. Ống lót và chốt chỉ mòn 1 phía, làm bước xích tăng thêm một lượng t (hình 16.6). Khi bước xích tăng thêm, toàn bộ dây xích bị đẩy ra phía đỉnh răng đĩa xích, tâm các chốt nằm trên đường tròn có đường kính d d+ . Xích dễ bị tuột ra khỏi đĩa xích (hình 16.7) Hình 16.6: Xích bị mòn và làm tăng bước xích Hình 16.7: Hiện tượng tuột xích – Mòn làm giảm đáng kể tiết diện ngang của chốt, có thể dẫn đến gãy chốt. – Các phần tử của dây xích bị mỏi: rổ bề mặt con lăn, ống lót, gãy chốt, vỡ con lăn. 167 – Mòn răng đĩa xích, làm nhọn răng, răng đĩa xích bị gãy. Để hạn chế các dạng hỏng kể trên, bộ truyền xích cần được kiểm tra theo chỉ tiêu:  pp  Trong đó: p : là áp suất trên bề mặt tiếp xúc của chốt và ống lót  p : là áp suất cho phép của khớp bản lề 16.5 TÍNH BỘ TRUYỀN XÍCH 16.5.1 Lực tác dụng: Hình 16.8: Lực trong bộ truyền xích – Khi chưa làm việc, do trọng lượng của bản thân, dây xích bị kéo căng bởi lực F0, lực F0 có thể được tính gần đúng theo công thức: 0 x yF m k= Trong đó: mx : khối lượng một nhánh xích ky : là hệ số kể đến vị trí của bộ truyền, lấy ky= 6 khi bộ truyền nằm ngang, ky = 10 khi bộ truyền thẳng đứng Khi đặt tải trọng M1 trên trục I và M2 trên trục II xuất hiện lực vòng P Lúc này trên nhánh xích căng 0cF F P= + Lúc này trên nhánh xích không căng 0kcF F= Khi các đĩa xích quay, dây xích bị ly tâm tách xa khỏi đĩa xích. Trên các nhánh xích chịu thêm lực căng 1 2 v mF q v= với qm là khối lượng của 1m xích Lúc này trên nhánh xích căng 0c vF F P F= + + Lúc này trên nhánh xích không căng 0kc vF F F= + 168 Ngoài ra do chuyển động có gia tốc, dây xích còn chịu một lực quán tính qtF ma= gây va đập trên cả hai nhánh xích Lực tác dụng lên trục và ổ mang bộ truyền xích chính là lực hướng tâm, có phương vuông góc với đường trục đĩa xích, chiều kéo hai đĩa xích lại gần nhau. Giá trị được tính như sau: PkF tr = Trong đó: kt là hệ số kể đến trọng lượng của dây xích, lấy kt=1,15 khi bộ truyền nằm ngang và kt=1,05 khi bộ truyền thẳng đứng 16.5.2 Tính toán bộ truyền xích Tính toán bộ truyền xích theo áp suất cho phép (tính mòn):  p Akd kM p x = 1 12 Trong đó: k : hệ số tải trọng kx : hệ số kể đến số dãy xích sử dụng A =dcl0 : diện tích tính toán của bản lề 16.6 PHƯƠNG PHÁP BÔI TRƠN CỦA BỘ TRUYỀN ĐỘNG XÍCH 16.6.1 Vật liệu: Vật liệu chế tạo má xích thường được làm từ thép cán nguội, thép Cacbon chất lượng tốt và thép hợp kim tôi đạt độ rắn 40 50HRC . Bản lề (chốt, ống, con lăn) được chế tạo bằng thép ít Cacbon sau đó thấm Cacbon và tôi đạt độ rắn 50 60HRC . Vật liệu làm đĩa xích thường là thép Cacbon hay thép hợp kim sau đó gia công và tôi đạt độ rắn 50 60HRC . 16.6.1. Phương pháp bôi trơn Tùy theo vận tốc truyền động mà ta có thể sử dụng phương pháp bôi trơn phù hợp như: bôi trơn định kỳ, bôi trơn nhỏ giọt hay bôi trơn liên tục (tức là ngâm đĩa trong dầu bôi trơn) ------------------------------------------------ 169 CÂU HỎI ÔN TẬP 16.1 Trình bày phân loại và công dụng của bộ truyền xích? 16.2 Trình bày ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng của bộ truyền xích? 16.3 Trình bày các dạng hỏng có thể xảy ra trong quá trình bộ truyền xích làm việc ? 16.4 Trình bày cấu tạo của xích con lăn? 16.5 Bộ xích ống con lăn có bước xích t = 12,7mm, khoảng cách trục a=500mm, số răng đĩa xích z1=21, số vòng quay trục dẫn n1=1000vg/ph, số vòng quay trục bị dẫn n2=500vg/ph. Xác định số mắt xích X và đường kính vòng chia đĩa xích bị dẫn. 16.6 Bộ truyền xích con lăn truyền công suất N=4,2kw. số vòng quay bánh dẫn n1=200vg/ph, số vòng quay bánh bị dẫn n2=50vg/ph, số răng đĩa xích z1=25. Tải trọng tĩnh, khoảng cách trục a=40t, bộ truyền đặt nằm ngang, bôi trơn nhỏ giọt, làm việc 1 ca. Khoảng cách trục có thể điều chỉnh được để căng xích. Xác định bước xích t và số mắt xích X. 16.7 Bộ truyền xích con lăn có thông số sau: t = 25,4mm,số răng đĩa xích dẫn z1=20, tỉ số truyền i=2,5, n1=240vg/ph. Bộ truyền đặt nằm ngang, tải trọng va đập nhẹ, khoảng cách trục a=1200mm, bôi trơn định kì, Khoảng cách trục có thể điều chỉnh, làm việc 2 ca, xích 2 dãy. Hãy xác định: a) Các đường kính vòng lăn đĩa xích, số mắt xích X. Giải thích tại sao nên chọn số mắt xích là số chẵn? b) Khả năng tải bộ truyền xích?