Bài giảng Chi tiết máy - Chương 8: Vít truyền động

có thể chia bộ truyền làm hai loại: ma sát trượt và ma sát lăn. b) Theo công dụng bộ truyền vít me được phân loại: - Vít tải: Sử dụng tạo lực dọc trục lớn. Khi tải trọng thay đổi sử dụng ren hình thang, khi tải trọng tác dụng theo một chiều có giá trị lớn sử dụng ren hình răng cưa. Đai ốc vít tải liền khối, để đảm bảo tính tự hãm ta sử dụng ren một mối với góc nâng ren vít γ nhỏ. - Vít dẫn: Sử dụng để truyền chuyển động trong cơ cấu chạy dao. Để giảm ma sát sử dụng ren nhiều mối. Để khử khe hở do mòn ren đai ốc vít dẫn ta sử dụng đai ốc rời có miếng kim loại mỏng để điều chỉnh. - Vít điều chỉnh: Sử dụng để truyền chuyển động chính xác và điều chỉnh. Sử dụng ren hệ mét. Để đảm bảo bộ truyền không có độ rơ người ta sử dụng đai ốc hai nửa c) Theo số mối ren ta phân ra: ren một mối, hai mối, ba mối..., số mối ren càng lớn thì hiệu suất càng cao. Chương 8. Vít truyền động 8.1 Khái niệm chung 3. Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, nhỏ gọn và dễ chế tạo; Khả năng tải lớn; Độ tin cậy cao; Làm việc êm và không ồn; Lợi nhiều về lực; Có thể chuyển động chậm với độ chính xác cao. Nhược điểm: Do ma sát lớn nên ren mòn nhanh; Hiệu suất thấp. Phạm vi sử dụng: Bộ truyền có tỷ số truyền cao và có thể tự hãm, do đó bộ truyền sử dụng để truyền tải trọng. Trong một vài trường hợp, người ta sử dụng bộ truyền để biến đổi chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay (khoan tay, vít...) nếu như góc nâng ren vít lớn hơn góc ma sát. hiện tượng tự hãm trong trường hợp này không xảy ra. Chương 8. Vít truyền động 8.2 Các thơng số hình học Các thông số hình học chủ yếu: đường kính ngoài d, đường kính trong d1, đường kính trung bình d1, chiều cao biên dạng h và bước ren ps. Đối với ren vuông: h = 0,1.d2; d = d2 + h; d1 = d2 – h; ps = 2h Góc nâng ren vít γ xác định theo công thức: tgγ= Z1.ps /(πd2) với pZ1 = Z1.ps là bước xoắn ốc vít, Z1 là số mối ren vít. Nếu theo yêu cầu chọn bộ truyền tự hãm thì ta chọn ren một mối. 8.3 Động học và lực tác dụng Vận tốc góc ω (rad/s) và số vòng quay n (vg/ph) của khâu quay liên quan đến vận tốc v (mm/s) của khâu chuyển động tịnh tiến như sau: ω = 2π.v / (ps.Z1); n = 60.v / (ps.Z1) trong đó: ps - bước ren, mm; Z1 - số mối ren vít. Tỷ số truyền quy ước u bộ truyền vít me - đai ốc bằng tỷ số giữa vận tốc dài một vòng vôlăng (hoặc bánh răng) SV truyền chuyển động cho vít với khoảng dịch chuyển của đai ốc Sd: u = SV /Sd = π.dV / (ps.Z1) trong đó dV - đường kính vôlăng. Chương 8. Vít truyền động 8.3 Động học và lực tác dụng Trong trường hợp biến đổi chuyển động quay thành tịnh tiến thì mômen xoắn T (N.mm) trên khâu dẫn xác định theo công thức: T = Fa.d2.tg(γ + ρ’) / 2 trong đó: Fa - lực dọc trục; d2 - đường kính trung bình của ren γ - góc nâng ren vít, xác định theo công thức tgγ= Z1.ps /(πd2) ρ’ - góc ma sát tương đương cặp ren vít xác định theo công thức ρ’ = arctg(f’): Đối với ren vuông: f = f’; Đối với ren tam giác hoặc thang: f’ = f / cos(α/2) = f / cosβ với α là góc ở đỉnh. Đối với ren hệ mét α=60o, do đó f ’ = 1,15.f với f tra theo bảng. Trong trường hợp biến đổi chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay thì lực dọc trục Fa có thể xác định theo mômen xoắn T như sau: Fa = 2.T / (d2.tg(γ - ρ’) Hiệu suất bộ truyền vít - đai ốc xác định theo công thức sau: - Trường hợp biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến: ηqt = K.tgγ / tg(γ + ρ’) trong đó K là hệ số tính đến sự mất mát công suất do ma sát trong ổ và do bộ truyền do cắt ren không chính xác (K = 0,8÷0,95). - Trường hợp biến đổi chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay: ηtq = K.tg(γ – ρ’) / tg γ Do đó, để biến đổi chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay thì γ > ρ’, thông thường người ta chọn γ ≥ 2ρ’. Bộ truyền vít đai ốc với ma sát lăn thì hiệu suất η = 0,8÷0,95. Chương 8. Vít truyền động 8.4 Truyền động vít - đai ốc 1. Dạng hỏng và chỉ tiêu tính: Dạng hỏng chủ yếu của vít và đai ốc là mòn ren. Do đó để xác định kích thước bộ truyền ta tính độ bền mòn ren theo áp suất cho phép [p] và kiểm nghiệm vít theo độ bền. Ngoài ra một trong những dạng hỏng của vít có chiều dài lớn là mất ổn định vít. 2. Vật liệu vít và đai ốc: Để giảm mất mát công suất do ma sát trong cặp ren vít thì vít được chế tạo từ thép C45, C50 hoặc A45 và A50 (thường hóa hoặc tôi cải thiện)a và thép carbon 10, thép hợp kim 65Mn, 40Cr, 40CrMn (tôi thể tích hoặc bề mặt), thép 38Cr2MoAl, 18CrMnTi và 40CrV (thấm nitơ). Đai ốc chế tạo từ đồng thau La Zn23Al6FeMn2, La Zn38Mn2, đồng thanh Br Al9Fe3, Br Al10Fe3Mn2, Br Al10Fe3Mn2 hoặc từ gang chống mòn. Góc ma sát và hệ số ma sát cho trong bảng. Ứng suất kéo (nén) cho phép đối với vít bằng thép: [σk] = [σn] = σch / 3 với σch là giới hạn chảy vật liệu. Ứng suất cho phép đối với vật liệu đai ốc: - Ứng suất dập cặp vật liệu thép - đồng thanh hoặc thép - gang: [σd] = 42÷55MPa - Ứng suất kéo: đồng thanh [σk] = 34÷44MPa, gang [σk] = 20÷24MPa. Chương 8. Vít truyền động 8.4 Truyền động vít - đai ốc 3. Tính toán bộ truyền: Tiêu chuẩn khả năng làm việc chủ yếu của các ren này là độ bền mòn. Kích thước chủ yếu của bộ truyền - đường kính trung bình ren (d2, mm), xác định theo điều kiện bền mòn. Áp suất trung bình giữa các bề mặt làm việc ren vít và đai ốc: p = Fa / (p.d2.h.Z) ≤ [p] trong đó: πd2.h - diện tích bề mặt tiếp xúc một vòng ren; h - chiều cao làm việc biên dạng ren; Z - số vòng ren, Z = H / ps, với H - chiều cao đai ốc; ps - bước ren; [p] - áp suất cho phép tra theo bảng. Thay thếù ψH = H / d2 gọi là hệ số chiều cao đai ốc và ψh = h/ps hệ số chiều cao ren vào công thức trên ta thu được: d2 =  Fa /(π.ψH.[p].ψh ; Giá trị ψH và ψh tra theo bảng. Theo giá trị d2 tính toán, người ta chọn giá trị gần nhất theo tiêu chuẩn và theo giá trị này ta chọn các giá trị còn lại: đường kính ngoài d1, đường kính trong d2, chiều cao làm việc biên dạng ren h và bước ren ps. Chiều dài ren chọn theo chiều dài làm việc l0, đối với con đội l0 = (8÷10)d. Chiều cao đai ốc cho phép có giá trị lớn hơn chiều cao đai ốc của mối ghép bulông. Nếu vít chịu tác dụng tải trọng lớn, ta tính toán kiểm nghiệm vít theo độ bền với tác dụng đồng thời ứng suất xoắn và kéo (hoặc nén), trong một số trường hợp có cả ứng suất uốn. Vít làm việc đồng thời ứng suất xoắn và kéo (nén) được kiểm bền theo thuyết bền 4: 2 2 3 2 σtd =  (4Fa / π d1 ) + 3(16.T/ π d1 ) ≤ [σk] trong đó: σtd - ứng suất tương đương; [σk] - ứng suất kéo cho phép có giá trị bằng ứng suất nén cho phép [σn], xác định theo công thức. Chương 8. Vít truyền động 8.4 Truyền động vít - đai ốc 3. Tính toán bộ truyền (t): Sau khi tính toán ren, nếu vít làm việc chịu nén (như vít của con đội) ta kiểm tra theo độ bền và độ ổn định. Thân ren được kiểm tra theo độ bền phụ thuộc vào dạng tải trọng. Vít chịu nén được kiểm tra theo độ ổn định, so sánh hệ số an toàn ổn định tính toán với giá trị cho phép [s0] ≥ 4: s0 = Fath /Fa ≥ [s0] Nếu độ mềm vít lớn hơn giá trị tới hạn (δ>δth) thì giá trị tải trọng tới hạn Fath (N) được xác 2 2 định theo công thức Ơle: Fath = π .E.I / (μ.l) trong đó: E - môđun đàn hồi vật liệu vít, MPa 4 4 I = π.d1 / 64 - mômen quán tính mặt cắt ngang của vít, mm μ - hệ số chiều dài, giá trị cho trong bảng; l - chiều dài vít, mm. - Nếu δ0 ≤ δ≤δth thì giá trị tải trọng tới hạn (N) được xác định theo công thức: 2 Fath = πd1 (a –b.δ) / 4 ; δ = μ.l / I trong đó i là bán kính quán tính mặt cắt vít, mm; i = d1 /4. Các giá trị a, b, δ0 và δth cho trong bảng. Thân đai ốc được tính theo ứng suất kéo (hoặc nén) (MPa) tính đến ứng suất xoắn: 2 2 δk = 4.1,3.Fa /(π.(D1 –d ) < [δk] trong đó D1 là đường kính ngoài của đai ốc. Chương 8. Vít truyền động 8.4 Truyền động vít - đai ốc 5. Trình tự tính toán bộ truyền vít-đai ốc với ma sát trượt : Số liệu cho trước: Tải trọng Fa, chiều dài làm việc l0, công dụng bộ truyền và điều kiện làm việc. Trình tự tính toán: 1- Chọn sơ đồ động và vật liệu bộ truyền. Xác định các giá trị áp suất và ứng suất cho phép. 2- Tùy vào giá trị và hướng của tải trọng tác dụng chọn biên dạng ren và hệ số ψh. 3- Theo công dụng bộ truyền chọn kết cấu đai ốc: nguyên, rời, hai nửa, chọn hệ số ψH. 4- Xác định đường kính trung bình ren từ điều kiện bền mòn cặp ren vít theo công thức: d2 =  Fa /(π.ψH.[p].ψh Chọn các thông số ren theo tiêu chuẩn. 5- Kiểm tra điều kiện tự hãm (γ<ρ’). Xác định số mối ren Z1. 6- Chọn số vòng ren đai ốc Z từ công thức: p = Fa / (p.d2.h.Z) ≤ [p] và chọn các thông số cuối cùng cho ren. 7- Xác định hiệu suất bộ truyền, công suất yêu cầu, chọn động cơ và tỷ số truyền. Xác định mômen xoắn và lực dọc trục trên chi tiết dẫn động. 8- Vẽ kết cấu sơ bộ. 9- Tính toán độ bền các chi tiết bộ truyền. 10- Kiểm tra vít theo độ ổn định. 11- Tính kích thước đai ốc. Chương 8. Vít truyền động 8.5 Truyền động vít bi 2. Trình tự tính toán bộ truyền vít-đai ốc với ma sát lăn: Số liệu cho trước: Tải trọng Fa; chiều dài làm việc l0; công dụng bộ truyền và điều kiện làm việc. Trình tự tính toán: 1- Chọn sơ đồ động và vật liệu bộ truyền. Xác định các giá trị áp suất và ứng suất cho phép. 2- Tính toán đường kính trong của vít theo lực dọc trục Fa (tương tự tính bulông), chiều dài vít kiểm tra theo độ ổn định. 3- Chọn đường kính con lăn dcl = (0,08÷0,15)d1. Giá trị dcl làm tròn đến giá trị tiêu chuẩn gần nhất (tương tự đường kính con lăn của ổ lăn). 4- Xác định bước ren theo công thức ps = dcl + (1÷5)mm. Giá trị ps làm tròn đến số nguyên gần nhất. 5- Xác định đường kính trung bình dm = d1 + dcl và làm tròn đến số nguyên gần nhất. Sau đó tính toán lại d1 = dm – dcl. 6- Xác định góc nâng ren theo đường kính trung bình: γ = arctg(ps / π.dm) 7- Tính toán động học và lực tác dụng lên bộ truyền. 8- Vẽ kết cấu và xác định số con lăn trên vùng làm việc và rãnh thu hồi. 9- Kiểm nghiệm khả năng tải cặt vít me - đai ốc bi theo điều kiện: σmax ≤[σmax] và Fa ≤ [Fa] HẾT CHƯƠNG 8 Chương 8. Vít truyền động Câu 1: Bộ truyền vít đai ốc chịu Fa=80000 N; áp suất cho phép của trên bề mặt của ren vít [p]=6 MPa; sử dụng ren hình thang (h=0,5); hệ số chiều cao của đai ốc H=1,8. Xác định đường kính trung bình của vít ? a. 68,671 b. 65,671 c. 70,671 d. 72,671 Câu 2: Bộ truyền vít đai ốc cĩ chiều dài giữa 2 gối đỡ l = 200 mm, hệ số  = 1. Trục vít 5 cĩ đường kính chân ren d1 = 22 mm làm bằng thép cĩ E = 2,1.10 MPa. Xác định lực dọc trục (N) lớn nhất cho phép tác dụng lên trục vít mà vẫn đảm bảo độ ổn định? Biết hệ số an tồn s = 3. a.410,35N b.405,35N c.415,35N d.420,35N