Bài giảng môn Truyền động cơ khí

........................................................................... 2 1.1.1. Khâu, chi tiết máy .......................................................................................... 2 1.1.3. Các loại khớp động và lƣợc đồ khớp ............................................................. 2 1.1.4. Kích thƣớc động của khâu và lƣợc đồ khâu .................................................. 3 1.1.5. Chuỗi động và cơ cấu .................................................................................... 4 1.2. Bậc tự do của cơ cấu ............................................................................................. 5 1.2.1. Khái niệm về bậc tự do của cơ cấu ................................................................ 5 1.2.2. Cơng thức tính bậc tự do của cơ cấu ............................................................. 5 Chƣơng 2. PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHẲNG ...................................... 7 2.1. Nội dung và giả thiết của bài tốn phân tích động học .................................... 7 2.1.1. Định nghĩa ..................................................................................................... 7 2.1.2. Nguyên lí chuyển động:................................................................................. 8 2.1.3. Điều kiện quay tồn vịng của khâu dẫn (Định lý Grashof): ......................... 8 2.1.4. Các biến thể của cơ cấu 4 khâu bản lề: ......................................................... 9 Chƣơng 3. CƠ CẤU CAM ............................................................................................ 15 3.1. Khái niệm về cơ cấu cam ................................................................................... 15 3.1.1. Định nghĩa ................................................................................................... 15 3.1.2. Cơng dụng và phân loại: .............................................................................. 15 3.2. Khảo sát cơ cấu cam cần đẩy trùng tâm ............................................................. 16 3.2.1. Phân tích động học cơ cấu cam ................................................................... 16 Chƣơng 4. CƠ CẤU BÁNH RĂNG ............................................................................. 23 4.1. Khái niệm về cơ cấu bánh răng .......................................................................... 23 4.2. Truyền động của bánh răng ........................................................................... 27 Chƣơng 5. CÁC LOẠI MỐI GHÉP .............................................................................. 37 ii 5.1. Các loại đinh tán và mối ghép đinh tán .............................................................. 37 5.1.1. Đinh tán: ...................................................................................................... 37 1-Đối với kim loại màu được lấy như sau: .................................................................... 40 5.2. Mối ghép hàn ...................................................................................................... 42 5.2.1. Phân loại mối ghép hàn: .............................................................................. 42 5.2.2. Tính tốn độ bền cho mối ghép .................................................................. 45 5.3. Mối ghép ren ....................................................................................................... 49 5.4. Mối ghép bằng then và then hoa......................................................................... 56 5.4.1. Ƣu, nhƣợc điểm của mối ghép then: ........................................................... 56 5.4.2. Cấu tạo các loại then: Cĩ thể chia then làm 2 loại lớn: ............................... 56 5.4.3. Tính tốn mối ghép bằng then: .................................................................... 61 CÂU HỎI ƠN TẬP ....................................................................................................... 65 Chƣơng 6. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI .......................................................................... 67 6.1. Khái niệm chung ................................................................................................. 67 6.1.1. Giới thiệu truyền động đai ........................................................................... 67 6.1.2. Các loại đai và kết cấu bánh đai .................................................................. 67 6.1.4. Ƣu nhƣợc điểm và phạm vi ứng dụng ......................................................... 70 6.1.5. Các thơng số hình học chủ yếu của bộ truyền đai ....................................... 71 6.2. Cơ học truyền động đai ...................................................................................... 74 6.2.1. Vận tốc và tỉ số truyền ................................................................................. 74 6.2.2. Lực tác dụng trong truyền động đai ............................................................ 74 6.2.3. Ứng suất trong đai ....................................................................................... 75 6.2.4. Hiện tƣợng trƣợt trong truyền động đai ...................................................... 76 6.2.5. Khả năng kéo, đƣờng cong trƣợt và đƣờng cong hiệu suất ......................... 77 6.3. Tính tốn truyền động đai ................................................................................... 79 6.3.1. Phƣơng pháp tính tốn ................................................................................. 79 6.4. Trình tự thiết kế truyền động đai ........................................................................ 82 6.4.1. Trình tự thiết kế truyền động đai dẹt ........................................................... 82 iii 6.4.2. Trình tự thiết kế bộ truyền đai thang: .......................................................... 84 Chƣơng 7. TRUYỀN ĐỘNG VÍT-ĐAI ỐC ............................................................ 92 7.1. Khái niệm chung ................................................................................................. 92 7.1.1. Giới thiệu bộ truyền vít – đai ốc .................................................................. 92 7.1.2. Phân loại bộ truyền vít đai ốc: ..................................................................... 94 7.1.3. Các thơng số chủ yếu của bộ truyền vít đai ốc: ........................................... 97 7.2. Tính tốn truyền động vít đai ốc......................................................................... 98 7.2.1. Các dạng hỏng chủ yếu và chỉ tiêu tính tốn ............................................... 98 7.2.2. Tính bộ truyền vít đai ốc theo độ bền mịn: ................................................ 98 7.2.3. Tính bộ truyền vít đai ốc về độ bền ............................................................. 99 7.2.4. Tính bộ truyền vít đai ốc theo điều kiện ổn định....................................... 100 7.3. Trình tự thiết kế truyền động vít-đai ốc ............................................................ 101 Chƣơng 8. TRUYỀN ĐỘNG XÍCH ...................................................................... 102 8.1. khái niệm chung ............................................................................................... 102 8.1.1. Nguyên lý làm việc và cấu tạo của bộ truyền xích:................................... 102 8.1.2. Ƣu, nhƣợc điểm: ........................................................................................ 103 8.2. Bộ truyền xích .................................................................................................. 103 8.2.1. Các loại xích truyền động: ......................................................................... 103 8.3. Những thơng số chính của bộ truyền ................................................................ 106 8.3.1. Bƣớc xích : t (mm) .................................................................................... 106 8.3.2. Đƣờng kính đĩa xích : d (mm) ................................................................... 106 8.3.3. Số răng đĩa xích Z (răng): .......................................................................... 107 8.3.4. Khoảng cách trục A (mm): ........................................................................ 108 8.3.5. Số mắt xích X: ........................................................................................... 109 8.4. Tính tốn truyền động xích ......................................................................... 109 8.4.1. Các dạng hỏng: .......................................................................................... 109 8.4.2. Tính xích theo áp suất cho phép : .............................................................. 109 8.4.3. Kiểm nghiệm số lần va đập của mắt xích trong 1 giây: ............................ 112 iv 8.4.5. Cơ học truyền động xích: .......................................................................... 114 8.4.6. Tải trọng động Fđ (N): ............................................................................... 115 8.5. Trình tự thiết kế bộ truyền xích ........................................................................ 115 Chƣơng 9. TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG ........................................................ 121 9.1. Khái niệm chung ............................................................................................... 121 9.1.1. Nguyên lí làm việc: ................................................................................... 121 9.1.2. Phân loại: ................................................................................................... 121 9.1.3. Ƣu – nhƣợc điểm: ...................................................................................... 122 9.1.4. Phạm vi ứng dụng: ..................................................................................... 123 9.1.5. Độ chính xác ăn khớp: ............................................................................... 123 9.1.6. Kết cấu bánh răng: ..................................................................................... 123 9.2. Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính tốn ................................................................. 124 9.2.1. Gãy răng: ................................................................................................... 124 9.2.2. Trĩc vì mỏi bề mặt răng: ........................................................................... 125 9.2.3. Mịn mặt răng: hình 9.4b ........................................................................... 125 9.2.4. Dính răng: hình 9.4c .................................................................................. 125 9.2.5. Biến dạng dẻo bề mặt răng: ....................................................................... 125 9.2.6. Bong bề mặt răng: ..................................................................................... 126 9.3. Vật liệu bánh răng - ứng suất cho phép ............................................................ 126 9.3.1.Vật liệu: ...................................................................................................... 126 9.3.2. Ứng suất cho phép: .................................................................................... 126 9.4. Tính tốn bộ truyền bánh răng .......................................................................... 126 9.4.1. Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng: .......................................................... 126 9.4.4. Tính theo sức bền uốn: .............................................................................. 133 9.4.5. Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng: ...................................................... 136 9.4.6. Truyền động bánh răng nĩn: ..................................................................... 141 9.5. Trình tự thiết kế bộ truyền bánh răng: .............................................................. 148 Chƣơng 10. TRUYỀN ĐỘNG TRỤC VÍT .............................................................. 150 v 10.1. Khái niệm chung ............................................................................................ 150 10.1.1. Nguyên lý làm việc và cấu tạo: ............................................................... 150 10.1.2. Phân loại: ................................................................................................. 151 10.1.3. Ƣu-nhƣợc điểm và phạm vi ứng dụng: ................................................... 152 10.1.4. Các thơng số hình học chủ yếu của bộ truyền trục vít Acsimét: ............. 152 10.2. Cơ học truyền động trục vít ............................................................................ 154 10.2.1. Tỷ số truyền và vận tốc vịng: ................................................................. 154 10.2.2. Lực tác dụng Fr (N): ................................................................................. 156 10.2.3. Tải trọng tính: .......................................................................................... 157 10.3. Tính tốn truyền động trục vít ....................................................................... 157 10.3.1. Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính tốn: ....................................................... 157 10.3.2. Tính sức bền tiếp xúc: ............................................................................. 158 10.3.3. Tính sức bền uốn: .................................................................................... 159 10.3.4. Tính nhiệt bộ truyền trục vít: ................................................................... 160 10.4. Vật liệu và ứng suất cho phép ....................................................................... 161 10.4.1.Vật liệu: .................................................................................................... 161 10.4.2. Ứng suất cho thép: ................................................................................... 161 10.5.Trình tự thiết kế bộ truyền trục vít .................................................................. 161 Chƣơng 11. TRỤC................................................................................................. 162 11.1. Khái niệm chung ............................................................................................. 162 11.1.1. Giới thiệu về trục ..................................................................................... 162 11.1.2. Phân loại trục ........................................................................................... 162 11.1.3. Kết cấu và vật liệu trục ............................................................................ 163 11.2.1. Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính tốn ........................................................ 165 11.2.2. Tính tốn trục về độ bền .......................................................................... 167 11.2.3. Tính trục về độ cứng ................................................................................ 170 11.3. Trình tự thiết kế trục ....................................................................................... 171 Chƣơng 12. Ổ LĂN .................................................................................................... 176 vi 12.1. Khái niệm chung ............................................................................................. 176 12.1.1. Giới thiệu về ổ lăn ................................................................................... 176 12.1.2. Phân loại ổ lăn ......................................................................................... 176 12.1.3. Độ chính xác chế tạo ổ lăn ...................................................................... 178 12.1.4. Các loại ổ lăn thƣờng dùng ...................................................................... 178 12.2. Lực và ứng suất trong ổ lăn ............................................................................ 179 12.2.1. Sự phân bố lực trên các con lăn ............................................................... 179 12.2.2. Ứng suất tiếp xúc trong ổ lăn .................................................................. 181 12.3. Tính chọn ổ lăn ............................................................................................... 182 12.3.1. Các dạng hỏng của ổ lăn và chỉ tiêu tính tốn ......................................... 182 12.3.2. Tính ổ lăn theo khả năng tải động ........................................................... 183 12.3.3. Tính ổ lăn theo khả năng tải tỉnh ............................................................. 193 CÂU HỎI ƠN TẬP ..................................................................................................... 194 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 195 1 LỜI NĨI ĐẦU Truyền động cơ khí đƣợc biên soạn theo nội dung phân phối chƣơng trình Đại học ngành Kỹ thuật Cơ điện tử do trƣờng Đại học Phạm Văn Đồng xây dựng. Nội dung đƣợc biên soạn cơ đọng, dễ hiểu. Các kiến thức trong tồn bộ bài giảng cĩ mối liên hệ lơgic chặt chẽ. Tuy vậy bài giảng chỉ là một phần trong nội dung của chuyên ngành đào tạo cho nên ngƣời dạy, ngƣời học cần tham khảo thêm các tài liệu cĩ liên quan với ngành học để sử dụng cĩ hiệu quả hơn. Bài giảng Truyền động cơ khí đƣợc biên soạn theo chƣơng trình đào tạo của Trƣờng Đại học Phạm Văn Đồng với thời lƣợng 60 tiết bao gồm 11 chƣơng. Đây là học phần cơ sở đƣợc thiết kế trong chƣơng trình đào tạo. Nhằm trang bị cho sinh viên các kiến thức cần thiết về ứng dụng cơ học trong kỹ thuật và các chi tiết máy thơng dụng trong lĩnh vực cơ điện tử, cơ khí. Mục đích để nâng cao trình độ kỹ thuật, bảo quản các trang thiết bị, đồng thời phục vụ cho việc tiếp thu các học phần chuyên ngành. Nhĩm biên soạn tuy rất cố gắng cập nhật những kiến thức mới cĩ liên quan đến học phần và phù hợp với đối tƣợng sử dụng, cũng nhƣ sự gắn liền nội dung lý thuyết với những vấn đề thực tế trong sản xuất để bài giảng cĩ tính thực tiễn hơn. Song vẫn khơng tránh đƣợc các thiếu sĩt. Rất mong nhận đƣợc sự đĩng gĩp ý kiến của ngƣời sử dụng. Mọi đĩng gĩp xin gởi về: Bộ mơn Cơ khí, Khoa Kỹ thuật - Cơng nghệ, Trường Đại học Phạm Văn Đồng, qua email: nhlinh@pdu.edu.vn và dmtien@pdu.edu.vn. Khoa Kỹ thuật Cơng nghệ Nhĩm biên soạn 2 Chƣơng 1. CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.1. Khái niệm và định nghĩa 1.1.1. Khâu, chi tiết máy 1. Định nghĩa: là tập hợp các vật thể cĩ chuyển động theo một quy luật nhất định nhằm biến đổi hoặc sử dụng năng lƣợng để làm ra cơng cĩ ích. 1.1.2. Nối động, thành phần khớp động, khớp động 1. Định nghĩa: Là tập hợp các vật thể cĩ chuyển động tƣơng đối với nhau và theo một quy luật chuyển động nhất định, cĩ nhiệm vụ truyền chuyển động hoặc biến đổi chuyển động. 2. Phân loại: - Biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến hay ngƣợc lại. - Biến đổi chuyển động quay thành chuyển động lắc và ngƣợc lại. - Biến đổi chuyển động quay liên tục thành chuyển động gián đoạn. Những cơ cấu cĩ nhiệm vụ truyền động gọi tắt là cơ cấu truyền động. a, b, c-Cơ cấu phẳng; d-Cơ cấu Culit; e-Cơ cấu cam; f-Cơ cấu bánh răng; i-Cơ cấu bánh ma sát Hình 1.1 Các cơ cấu cơ khí thường gặp 1.1.3. Các loại khớp động và lƣợc đồ khớp 1. Khớp động: Chỗ nối động giữa các khâu gọi là khớp động. Cĩ 2 loại: Khớp loại thấp và khớp loại cao. 3 - Khớp loại thấp: gọi tắt là khớp thấp, là những khớp động mà những tiếp xúc của khớp là các mặt. Thƣờng là khớp quay và khớp tịnh tiến nhƣ hình 1.2a,b,c. - Khớp loại cao: gọi tắt là khớp cao, là những khớp động mà chỗ tiếp xúc của khớp là các đƣờng hoặc điểm. Thƣờng là những khớp trong cơ cấu cam, bánh răng, ma sát nhƣ hình 1.2d,e. 2. Lược đồ khớp: Dùng để biểu diễn khớp động, mục đích là để thuận lợi trong việc nghiên cứu, phân tích cơ cấu, máy; ngƣời ta quy ƣớc biểu diễn khớp động nhƣ hình vẽ 1.2. 1.1.4. Kích thƣớc động của khâu và lƣợc đồ khâu Trong máy và cơ cấu những bộ phận cĩ chuyển động tƣơng đối với nhau thì gọi là khâu. Khâu cũng cĩ thể là một vật thể đơn nhất khơng thể tách rời đƣợc nữa, cũng cĩ thể là tập hợp các vật thể ghép cứng với nhau nhƣ thanh truyền trong cơ cấu động cơ nổ Hình 1.2a,b:khớp quay; hình 1.2c: khớp tịnh tiến; hình 1.2d: khớp trong cơ cấu cam; hình 1.2e: khớp trong cơ cấu bánh răng Hình 1.2 Lược đồ các khớp động Hình 1.3a cấu tạo của cơ cấu thanh truyền trong động cơ nổ; hình 1.3b là lược đồ của cơ cấu thanh truyền. Hình 1.3 Cơ cấu thanh truyền 4 Khâu cũng đƣợc biểu diễn bằng lƣợc đồ (lƣợc đồ khâu) và phải thỏa mãn 2 điều kiện sau: - Chiều dài khâu biểu diễn bằng lƣợc đồ đúng bằng kích thƣớc động của khâu. - Biểu diễn đầy đủ các khớp động cĩ trên khâu. Hình 1.4 Thanh truyền 1.1.5. Chuỗi động và cơ cấu 1. Chuỗi động: Là tập hợp các khâu liên kết với nhau bằng các khớp động trong một hệ thống, chuỗi động bao gồm: - Chuỗi động phẳng: các điểm trên các khâu chuyển động trên cùng một mặt phẳng hay các mặt phẳng song song với nhau (hình 1.5a, 1.5b). - Chuỗi động khơng gian: các điểm trên các khâu chuyển động trên các mặt phẳng khơng song song với nhau (hình 1.5c). Chuỗi động phẳng hay chuỗi động khơng gian cịn cĩ thể là chuỗi động kín hay chuỗi động hở. Nếu trong chuỗi động mỗi khâu tham gia ít nhất là 2 khớp động đƣợc gọi là chuỗi động kín (chuỗi động phức tạp) (hình 1.5c); nếu trong chuỗi động cĩ khâu tham gia chỉ 1 khớp động gọi là chuỗi động hở (chuỗi động đơn giản) (hình 1.5a, 1.5b). Hình 1.5 Chuỗi động 5 2. Cơ cấu: Là một chuỗi động trong đĩ cĩ một khâu cố định, cịn những khâu khác chuyển động theo một quy luật nhất định. Khâu cố định gọi là giá. Tùy theo tính chất chuyển động của các khâu trong cơ cấu so với giá ngƣời ta phân biệt: Tay quay (cĩ chuyển động quay đƣợc tồn vịng quanh trục nối với giá), thanh truyền (cĩ chuyển động song phẳng), con trƣợt (cĩ chuyển động tịnh tiến qua lại so với giá hay một khâu khác), culít (khâu chuyển động dùng làm bộ phận dẫn hƣớng cho con trƣợt), (hình 1.6a, b). Hình 1.6 Cơ cấu 1.2. Bậc tự do của cơ cấu 1.2.1. Khái niệm về bậc tự do của cơ cấu Bậc tự do của cơ cấu phẳng là số thơng số cho trước để xác định vị trí của cơ cấu và được ký hiệu là (W). Hình 1.7 Khả năng chuyển động a-3 khả năng chuyển động W=3; b-khả năng chuyển động bị hạn chế W=1 1.2.2. Cơng thức tính bậc tự do của cơ cấu - Những khả năng chuyển động cĩ thể cĩ ta gọi là số bậc tự do. Nếu khả năng chuyển động tƣơng đối bị hạn chế ta gọi là số bậc tự do bị hạn chế. 6 - Trong cơ cấu phẳng mỗi khớp động loại thấp (khớp quay, khớp tịnh tiến) làm hạn chế hai bậc tự do của khâu. - Trong mỗi khớp động loại cao (nhƣ khớp bánh răng, khớp bánh ma sát) làm hạn chế một bậc tự do. - Số khâu cĩ trong cơ cấu là (n+1) khâu và n là số khâu động, cịn 1 là khâu cố định (cĩ W=0 nên gọi là giá) - Gọi số khớp thấp cĩ trong cơ cấu là pt thì số bậc tự do bị hạn chế là 2.pt - Gọi số khớp cao là pc thì số bậc tự do bị hạn chế là 1pc =pc. Ta cĩ cơng thức tính bậc tự do của cơ cấu phẳng: W = 3n – ( 2pt + pc ) (1-1) Ví dụ 1.1: 1. Cơ cấu hình 1.1a: cĩ n =3, pt =4 , pc=0 Nên W = 3n –( 2pt + pc )= 3 * 3 – ( 2 * 4 + 0 ) = 1 2. Cơ cấu hình 1.1b cĩ n =4, pt =5 , pc=0 W = 3n –( 2pt + pc )= 3*4 –2*5 = 2 Tƣơng tự hình 1-1c cĩ W=1; ... 3. Cơ cấu cam nhƣ hình 1-1e cĩ: n=3; pt =3 , pc=1 nên W=3 * 3 – (2 * 3 + 1 ) = 2 Cơ cấu này thực tế chỉ cĩ một bậc tự do cịn một bậc tự do thừa là chuyển động quay của con lăn 2 quanh trục của nĩ. 4. Cơ cấu hình 1.1i cĩ: n=2; pt =2 , pc=1 nên W=3 * 2 – (2 * 2 + 1 ) = 1 CÂU HỎI ƠN TẬP 1- Định nghĩa máy? máy đƣợc chia làm mấy loại và cơng dụng của chúng? 2- Định nghĩa cơ cấu? Gồm những loại cơ cấu chủ yếu nào, nêu nhiệm vụ của chúng? 3- Định nghĩa khâu, khớp động? 4- Định nghĩa bậc tự do? Nêu cơng thức và giải thích các thơng số cĩ ở cơng thức này? 7 Chƣơng 2. PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHẲNG 2.1. Nội dung và giả thiết của bài tốn phân tích động học 2.1.1. Định nghĩa Cơ cấu 4 khâu bản lề (khâu phẳng) là một cơ cấu phẳng gồm 4 khâu nối với nhau bằng 4 khớp quay. Hình 2.1 Lược đồ cấu tạo cơ cấu 4 khâu bản lề Khâu 1 là giá, khâu 2 và 4 nối với giá gọi là tay quay (nếu nĩ quay đƣợc tồn vịng) hay cần lắc (nếu nĩ khơng quay đƣợc tồn vịng). Cơ cấu này cĩ một bậc tự do. Chú ý: Cơ cấu cĩ bao nhiêu bậc tự do thì cĩ bấy nhiêu khâu dẫn.  Khâu cố định đƣợc gọi là giá.  Khâu dẫn là khâu mà quy luật chuyển động đƣợc cho trƣớc hay nĩi cách khác là: khâu cĩ chuyển động quay và quay với vận tốc gĩc khơng đổi thì đƣợc gọi là khâu dẫn (AB) những khâu cịn lại trừ khâu cố định thì gọi là khâu bị dẫn. Chú ý: Khâu dẫn khơng phải là khâu phát động, khâu phát động là khâu trên nĩ đặt lực phát động tức là lực làm cho cơ cấu chuyển động hay lực động cơ làm chạy máy. Độ dài: - Khâu AD = a gọi là giá - Khâu BC = c gọi là thanh truyền - 2 khâu cịn lại nối với giá AB =b là khâu dẫn thực hiện chuyển động quay quanh A cịn gọi là tay quay AB. - Khâu đối diện với tay quay là khâu bị dẫn CD = d dao động quanh D cịn gọi là cần lắc. Nguyên lý: Quá trình chuyển động truyền đƣợc thực hiện từ khâu dẫn quay đến khâu bị dẫn là cần lắc thơng qua thanh truyền BC, thanh truyền thực hiện chuyển động song phẳng thì ta gọi cần lắc CD thực hiện khoảng chạy kép trên cung 21CC (AB quay 8 một vịng thì CD thực hiện 1 gĩc 21DCC ). Hai vị trí C1D, C2D là 2 vị trí giới hạn (cịn gọi là vị trí biên). 2.1.2. Nguyên lí chuyển động:  Khâu cố định đƣợc gọi là giá.  Khâu dẫn là khâu mà quy luật chuyển động đƣợc cho trƣớc hay nĩi cách khác là: khâu cĩ chuyển động quay và quay với vận tốc gĩc khơng đổi thì đƣợc gọi là khâu dẫn (AB) những khâu cịn lại trừ khâu cố định thì gọi là khâu bị dẫn. Chú ý: Khâu dẫn khơng phải là khâu phát động, khâu phát động là khâu trên nĩ đặt lực phát động tức là lực làm cho cơ cấu chuyển động hay lực động cơ làm chạy máy. Độ dài: - Khâu AD = a gọi là giá - Khâu BC = c gọi là thanh truyền - 2 khâu cịn lại nối với giá AB =b là khâu dẫn thực hiện chuyển động quay quanh A cịn gọi là tay quay AB. - Khâu đối diện với tay quay là khâu bị dẫn CD = d dao động quanh D cịn gọi là cần lắc. Nguyên lý: Quá trình chuyển động truyền đƣợc thực hiện từ khâu dẫn quay đến khâu bị dẫn là cần lắc thơng qua thanh truyền BC, thanh truyền thực hiện chuyển động song phẳng thì ta gọi cần lắc CD thực hiện khoảng chạy kép trên cung 21CC (AB quay một vịng thì CD thực hiện 1 gĩc 21DCC ). Hai vị trí C1D, C2D là 2 vị trí giới hạn (cịn gọi là vị trí biên). 2.1.3. Điều kiện quay tồn vịng của khâu dẫn (Định lý Grashof): Giả thiết cơ cấu 4 khâu bản lề cĩ một tay quay (khâu AB) và cĩ cần lắc (khâu CD) ta đi xác định quan hệ kích thƣớc giữa các khâu trên lƣợc đồ cơ cấu 4 khâu phẳng nhƣ hình vẽ 2.1 trên. Muốn cho tay quay AB quay tồn vịng thì AB phải quay hai vị trí B1 và B2 tức là 2 vị trí biên của cần lắc CD (AB và BC thẳng hàng). Xét 2 vị trí của cơ cấu từ hai tam giác AC1D và AC2D: * Tam giác AC1D Ta cĩ :AC1  AD + DC1  b + c  a + d (2-1) * Tam giác AC2D 9 Ta cĩ :AD  AC2 + C2D  a  c –b + d  a + b  c + d (2-2) - Điều kiện để khâu AB quay tồn vịng quanh A là      dcba dacb (2-3) Hình 2.2 Cơ cấu cĩ khâu quay tồn vịng - Định lý Grashof: Cơ cấu 4 khâu phẳng cĩ khâu quay tồn vịng 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 cịn lại, khi đĩ: 1. Khi giá kề với khâu ngắn nhất là tay quay cịn khâu đối diện là cần lắc hình 2.2a. 2. Khi giá là khâu ngắn nhất thì cả hai khâu nối giá đều là tay quay hình 2.2b 3. Khi giá đối diện với khâu ngắn nhất thì cơ cấu cĩ 2 thanh lắc (cần lắc) và khâu ngắn nhất sẽ quay tồn vịng. 2.1.4. Các biến thể của cơ cấu 4 khâu bản lề: Dạng biến thể nhƣ hình 2-3 10 Hình 2.3 Các dạng biến thể Về mặt nguyên lý, cấu tạo thì khơng đổi: nĩ là cơ cấu phẳng khớp thấp cĩ 1 khâu cố định và 3 khâu động cĩ 4 khớp động loại thấp đƣợc biễu diễn dƣới dạng biến thể khác nhau. Dạng biến thể trên hình 2.3a cĩ khâu CD sẽ trở thành con trƣợt 4, trƣợt trong rãnh cong KL. 2.1.4.1. Cơ cấu tay quay - con trượt: 11 -Trƣờng hợp bán kính CD tiến tới vơ cùng lớn quỹ đạo cong của khớp C sẽ thành đƣờng thẳng con trƣợt 4 sẽ chuyển động tịnh tiến qua lại ta gọi là cơ cấu tay quay con trượt lệch tâm (hình 2.3b). Đây là một dạng biến thể của cơ cấu 4 khâu bản lề. -Khoảng lệch tâm e gọi là tâm sai -Khi tâm sai e = 0 thì quỹ đạo của con trƣợt sẽ quay qua tâm quay của tay quay ta gọi là cơ cấu tay quay con trượt trùng tâm (hình 2.3c). - Cơ cấu tay quay tâm sai e = 0 quay con trƣợt dùng để biến chuyển động quay thành chuyển động thẳng tịnh tiến hoặc ngƣợc lại. 2.1.4.2. Cơ cấu Culit: hình 2.3d Dùng để biến chuyển động quay tồn vịng thành chuyển động quay liên tục (quay tồn vịng, lắc qua lại). Trƣờng hợp, nếu đổi giá chọn: khâu 2 làm giá và kích thƣớc khâu 2 lớn hơn khâu 3 (AB > BC) ta sẽ cĩ cơ cấu Culit đƣợc biễu diễn nhƣ hình vẽ. 2.2. Bài tốn vị trí và quỹ đạo Phân tích động học cơ cấu bốn khâu phẳng bao gồm việc giải các bài tốn sau: - Tìm quĩ đạo của các điểm thuộc các khâu của cơ cấu; - Xác định hành trình của các điểm thuộc các khâu của cơ cấu; - Xác định vận tốc (gia tốc trong trƣờng hợp đơn giản) của điểm thuộc khâu hoặc của khâu của cơ cấu. Cĩ 2 phƣơng pháp: - Phƣơng pháp giải tích; - Phƣơng pháp vẽ đồ thị (sử dụng chủ yếu). 2.2.1. Xác định quĩ đạo các điểm của khâu trên cơ cấu: Cho trƣớc lƣợc đồ cơ cấu bốn khâu phẳng ABCD.Việc xác định quĩ đạo của điểm M trên thanh truyền BC của cơ cấu đƣợc tiến hành nhƣ sau: 1. Vẽ lược đồ cơ cấu: hình 2.4a theo tỷ lệ xích tự chọn, cơng thức biểu thị tỷ lệ xích kí...325100 2,.,... = 214.10 3 N   d Q = 280 . 5 . 16,5 . 15 = 346. 10 3 N Vậy ta chọn:  Q =   c Q = 214. 10 3 N Dùng Q =  Q đã chọn. Theo đề bài thì ta tính ứng suất kéo sinh ra tại tiết diện I-I theo cơng thức sau: =     ( ) 2 3 2. 5. . 214.10 2.100 5.16 121 ,5 . ,4 / 1 . 5 k I I I I o Q Q F b d N mm           Và k = 121,4 N/mm 2 <   k  = 160 N/mm2 (tra bảng 5.2) Vậy mối ghép thoả mãn điều kiện bền. 5.2. Mối ghép hàn Trong quá trình hàn, các chi tiết máy đƣợc đốt nĩng cục bộ cho tới nhiệt độ nĩng chảy hoặc dẻo và gắn lại với nhau nhờ lực hút giữa các phân tử kim loại. 5.2.1. Phân loại mối ghép hàn: 1. Theo vị trí tương đối giữa các chi tiết máy ghép: gồm - Mối hàn giáp mối (hình 5.3) - Mối hàn chồng (hình 5.4) - Mối hàn chữ T (hình 5.5) - Mối hàn gĩc (hình 5.6) Hình 5.3 Mối hàn giáp mối 43 Hình 5.4 Mối hàn chồng: a-ngang, b-dọc, c-hỗn hợp, d-tiết diện ngang mối hàn Hình 5.5 Mối hàn chữ T Hình 5.6 Mối hàn gĩc 2. Theo phương chiều của đường hàn so với phương chiều lực tác dụng: - Mối hàn ngang (hình 5.3a) - Mối hàn xiên (hình 5.3b) - Mối hàn dọc (hình 5.4b) - Mối hàn hỗn hợp (hình 5.4c) 3. Theo hình dạng mối hàn: - Mối hàn với đƣờng hàn liên tục (hình 5.3a) - Mối hàn điểm (hình 5.6a) - Mối hàn đƣờng (hình 5.6b) 44 Hình 5.6 Mối hàn điểm (a) và hàn đường (b) 4. Theo phương pháp cơng nghệ: - Hàn hồ quang điện, hàn hơi (nung chảy kim loại chi tiết ghép + vật liệu hàn). - Hàn tiếp xúc (nung dẻo kim loại chi tiết ghép rồi ép lại). - Hàn vẩy (chỉ nung vật liệu hàn (que hàn) đến trạng thái chảy để gắn lại với nhau). 5. Theo mức độ tự động hố: TIG, MIG, MAG - Hàn tự động - Hàn bán tự động 5.2.2. Phân loại mối hàn: dựa vào tiết diện ngang của đƣờng hàn. 1. Đối với mối hàn chữ T và hàn giáp mối: Tuỳ theo bề dày các tấm ghép mà khơng vát mép, vát mép một mặt và hai mặt (hình 5.4 và 5.7) Hình 5.7 Tiết diện mối hàn giáp mối 45 2. Đối với mối hàn chồng: hình 5.8 a-loại tiết diện bình thƣờng (dùng rộng rãi) b-tiết diện lồi (ít sử dụng) c-tiết diện lõm (sử dụng với kết cấu quan trọng tránh tập trung ứng suất lớn) d-tiết diện hình tam giác khơng đều cạnh (chỉ sử dụng trong kết cấu tải trọng thay đổi) Hình 5.8 Các loại tiết diện mối hàn chồng Chú ý: Chiều cao mối hàn k thƣờng đƣợc lấy bằng bề dày tấm ghép và k  3 mm (nhƣ hình 5.4d) 5.2.2. Tính tốn độ bền cho mối ghép Chỉ trình bày cách tính độ bền khi mối ghép chịu tải trọng theo chiều trục. 1. Mối hàn giáp mối: (hình 5.3) Tiết diện nguy hiểm của tấm ghép thƣờng là tiết diện kề bên miệng hàn vì ở đây thƣờng xảy ra hiện tƣợng gãy, đứt.Vì vậy ta tính tốn sức bền tại tiết diện này. Trƣờng hợp mối hàn chịu lực kéo (nén), tác dụng trong mặt phẳng các tấm ghép.Ta cĩ điều kiện bền:   k b P / .     (5-6) Trong đĩ:b: chiều rộng tấm ghép (mm). : bề dày của tấm ghép (mm).    : ứng suất kéo (nén) cho phép của mối ghép (N/mm2)-tra bảng 5.3 P: ngoại lực tác dụng lên mối ghép (N). 2. Mối hàn chồng: (hình 5.4) 46 Tiết diện nguy hiểm là tiết diện phân giác của mặt cắt mối hàn hay là tiết diện đi qua đƣờng phân giác của gĩc vuơng (tiết diện n-n).Tính tốn sức bền tại tiết diện này. Tiết diện của mối hàn (chiều cao tính tốn) là h: h= k. cos45o  0,7.k (hình 5.4d).Ta cĩ điều kiện sức bền:   c Lk P / ..,   70 (5-7) Trong đĩ: k: chiều cao mối hàn (mm). L: tổng chiều dài đƣờng hàn (mm).   c / : ứng suất cắt cho phép của mối ghép (N/mm2).-tra bảng 5.4 Bảng 5.4 Ứng suất cho phép    k và  c/ khi tính tốn mối hàn (N/mm2). Phƣơng pháp hàn Ứng suất cho phép của mối hàn Khi kéo  k/ Khi nén  n/ Khi cắt  c/ Hàn điện bằng tay, que hàn Φ42 0,9.  k    k  0,6.  k  Hàn điện tự động dƣới lớp thuốc hàn Hàn tiếp xúc giáp mối nĩng chảy Hàn điện thủ cơng với que hàn Φ42A và Φ50A trong mơi trƣờng khí bảo vệ   k    k  0,65.  k  Hàn tiếp xúc điểm 0,5.  k  Ghi chú:   k  -ứng suất kéo cho phép của tấm ghép 3. Mối hàn chồng khơng đối xứng: so với đƣờng tác dụng của lực P. Hình 5.9 Mối hàn chồng khơng đối xứng 47 Giả thiết lực kéo (nén) phân bố đều trên tiết diện tấm ghép. Hợp lực P đi qua trọng tâm của tiết diện, hợp lực này phân bố cho các mối hàn theo tỉ lệ nghịch với khoảng cách l1, l2. Lực tác dụng lên mối hàn 1: P1 = 21 2 ll l  .P (5-8) Lực tác dụng lên mối hàn 2: P2 = 21 1 ll l  .P (5-9) Các mối hàn 1 và 2 đƣợc tính theo tải trọng P1 và P2 tƣơng ứng, do đĩ ta cĩ hệ thức: 1 2 2 1 l l l l d d  (5-10) Điều kiện bền trong các mối hàn phải bằng nhau và đƣợc tính theo cơng thức sau:   c dd llk P / )(.,     2170 (5-11) 4. Mối hàn chữ T: (hình 5.4) gồm a/.. Mối hàn trên hình 5.4a: tƣơng tự nhƣ với mối hàn chồng.   c Lk P / ..,   70 (5-12) b/..Mối hàn nhƣ hình 5.4b,c: tƣơng tự nhƣ mối hàn giáp mối.   k L P / .     (5-13) 5. Mối hàn điểm: hình 5.6a   c id Z P     4 2 .. . (5-14) Trong đĩ: Z: số điểm hàn i: số tiết diện chịu cắt d: đƣờng kính điểm hàn (mm) 6. Mối hàn đƣờng: hình 5.6b  c nla P / .   (5-15) Trong đĩ: a: chiều rộng mối hàn (mm) 48 ln : chiều dài mối hàn (mm) Ví dụ 5.2: Dàn thép gồm thanh thép L khơng đều cạnh, liên kết với nhau qua tấm thép nhƣ hình vẽ sau.Vật liệu tấm thép và thép L bằng CT3, cĩ   k  = 160 N/mm2. Hàn bằng tay, que hàn cĩ chiều dày lớp thuốc ký hiệu là Φ42A.Hãy xác định chiều dài mối hàn sao cho tải trọng phân bố đều trên các đƣờng hàn. Giải: Tra bảng vật liệu với thép gĩc L70x 45x 5 cĩ diện tích F= 5,59 cm2 = 559 mm2 Tra bảng   k  = 160 N/mm2. Áp dụng CT:   k F P  .Ta cĩ tải trọng kéo cho phép trên thanh L là:     k FP . = 559. 160 = 89,5 kN Ta lấy chiều cao mối hàn k bằng bề dày của thép L nghĩa là k= 5 mm. Tra bảng 6-1 ta đƣợc ứng suất cắt cho phép:  c/ =  k.,650 = 0,65 . 160 = 104 N/mm2 Áp dụng CT:   c Lk P / ..,  70 ta cĩ: Lực tác dụng cho phép đối với mối hàn ngang ở đầu thanh L:    cnn lkP /..., 70 = 0,7 . 5. 70 . 104 = 25,5 kN Lực tác dụng cho phép đối với 2 mối hàn dọc hai bên thanh L:       nd PPP  =89,5 – 25,5 = 64 kN 49 Hợp lực P phân bố hai bên thanh L, tỉ lệ nghịch với khoảng cách từ đƣờng tâm tác dụng đến hai mối hàn dọc hai bên. Áp dụng CT (5-3), (5-4) ta cĩ: P1 = dP l l . 2 = kN554 70 559 64 , , .  P2 = dP l l . 1 = kN69 70 510 64 , , .  Tính chiều dài cần thiết của các mối hàn dọc: Áp dụng CT   c Lk P / ..,  70 ta cĩ;   c d k P l / .., 70 1 1  = 104570 10454 3 .., ., = 149,5 mm Áp dụng CT (5-5) suy ra: 2 11 2 l ll l d d .  = 559 5149510 , ,., = 26,4 mm Vậy chiều dài của mối hàn: L= ld1 + ld2 + ln = 149,5 + 26,4 + 70 = 245,9 mm 5.3. Mối ghép ren Mối ghép bằng ren là loại mối ghép cĩ thể tháo đƣợc, các chi tiết máy đƣợc ghép lại với nhau nhờ mối ghép ren nhƣ: bu lơng và đai ốc , vít .... a- bu lơng; b- vít cấy; c- vít Hình 5.10. Các chi tiết cơ bản của mối ghép bằng ren để kẹp chặt 50 Chú ý: Trong Vẽ kỹ thuật khi biểu diễn hình cắt thì đệm- bu lơng- đai ốc khơng cắt (được thể hiện như hình vẽ trên). 1. Ưu điểm: - Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, dễ tháo lắp. - Giá thành tƣơng đối hạ. - Cĩ thể cố định các chi tiết máy ở bất kỳ vị trí nào nhờ khả năng tự hãm của ren. 2. Nhược điểm: - Cĩ tập trung ứng suất tại chân ren do đĩ làm giảm sức bền mỏi của mối ghép nên hay bị nứt, đứt, gãy chân ren. 3. Phạm vi ứng dụng: Đƣợc sử dụng nhiều trong các ngành cơng nghiệp, máy xây dựng, máy nâng chuyển, .... 5.3.1. Ren và các thơng số hình học của ren: 1. Ren: Ren đƣợc tạo thành trên cơ sở đƣờng xoắn ốc trụ (hoặc cơn). Hình 5.11. Các thơng số hình học của ren hình trụ a) Phân loại theo cơng dụng: - Ren dùng để kẹp chặt (ren trụ và ren cơn) +Ren trụ là ren trên hình trụ cĩ đƣờng xoắn ốc nằm trên mặt trụ. 51 +Ren cơn là ren trên hình cơn cĩ đƣờng xoắn ốc nằm trên mặt cơn. - Ren dùng để truyền động và để chịu tải. b) Theo chiều của đƣờng xoắn ốc: ren trái, ren phải c) Theo số đầu mối: ren một đầu mối (thƣờng dùng), ren hai đầu mối, ren ba đầu mối, ... 2. Các thơng số hình học chủ yếu của ren hình trụ: như hình 5.11 1- d: đƣờng kính ngồi của ren, là đƣờng kính hình trụ bao đỉnh ren ngồi(bulơng, vít) , đây là đƣờng kính danh nghĩa của ren. 2- d1: đƣờng kính trong của ren, là đƣờng kính hình trụ bao đỉnh ren trong. 3- d2: đƣờng kính trung bình, là đƣờng kính hình trụ phân đơi tiết diện ren với chiều rộng ren bằng chiều rộng rãnh (khơng áp dụng cho ren vuơng). Đối với ren vuơng thì: 2 1 2 dd d   (5-16) 4- h: chiều cao tiết diện làm việc của ren. 5- S: bƣớc ren, là khoảng cách giữa hai mặt song song của hai ren kề nhau. 6- So: bƣớc xoắn ốc, bằng khoảng di chuyển chiều trục khi xoay bulơng hoặc đai ốc một vịng. +Đối với ren một đầu mối : So = S (5-17) +Đối với ren nhiều đầu mối: So = z. S (với z: số mối ren) (5-18) 7- α: gĩc tiết diện ren 8-λ: gĩc nâng của ren, là gĩc làm bởi tiếp tuyến của đƣờng xoắn ốc (trên hình trụ trung bình) với mặt phẳng vuơng gĩc với trục của ren: 2 0 d S tg .   (5-19) 3. Ren tiêu chuẩn cơng dụng chung: a. Ren kẹp chặt: dùng để ghép chặt các chi tiết máy lại với nhau. Ren ghép chặt gồm: ren hệ mét, ren hệ anh, ren ống, ren trịn, ren vít gỗ. a-Ren hệ mét: ren cĩ tiết diện hình tam giác đều, gĩc ở đỉnh α= 600, các kích thƣớc của ren đƣợc đo bằng mm. Chia làm 2 loại: ren hệ mét bƣớc lớn và ren hệ mét bƣớc nhỏ. 52 Đối với ren bước nhỏ vì giảm bướcren nên cĩ chiều sâu rãnh ren và gĩc nâng của ren nhỏ hơn so với ren bước lớn.Với cùng đường kính ngồi thì đường kính trong của ren bước nhỏ lớn hơn ren bước lớn do đĩ sức bền của thân bulơng (vít) cũng tăng lên. Gĩc nâng  giảm xuốâng sẽ làm tăng khả năng tự hãm của ren hay nĩi cách khác là ren bước nhỏ ít khả năng tự lỏng hơn so với ren bước lớn. Nhờ các ưu điểm trên mà bước ren nhỏ được dùng nhiều trong các chi tiết máy chịu tải trọng va đập, các tiết máy nhỏ hoặc cĩ vỏ mỏng. Ký hiệu của ren hệ mét bƣớc lớn là M, tiếp theo là trị số đƣờng kính (vd: M 14), với ren bƣớc nhỏ thì ghi thêm trị số của bƣớc ren nhỏ (vd: M 14x 0,75). b-Ren hệ Anh: cĩ tiết diện hình tam giác cân, gĩc ở đỉnh α= 550, các kích thƣớc đƣợc đo bằng tấc Anh. (1 inch = 25,4 mm) Chỉ dùng cho các chi tiết máy nhập từ các nƣớc phƣơng Tây. c-Ren ống: dùng để ghép kín các ống, ren khơng cĩ khe hở ở đỉnh ren và chân ren, thành ống mỏng nên cần bƣớc ren nhỏ.Khi lắp khơng cĩ khe hở. Cĩ tiết diện là tam giác cân và gĩc ở đỉnh α= 550 (đỉnh ren và chân răng làm lƣợn trịn). d-Ren trịn: cĩ tiết diện hình trịn, đƣợc dùng chủ yếu trong các bulơng, vít chịu tải trọng va đập lớn, dùng trong đuơi đèn,chuơi bĩng đèn, đuơi đèn pin, ... 2.Ren truyền động và chịu tải: Gồm ren hình thang, ren hình răng cƣa, ren vuơng (ren này khơng đƣợc tiêu chuẩn hố). a- Ren vuơng: cĩ tiết diện hình vuơng, α= 00 , nên hiệu suất cao. Loại ren này đƣợc dùng nhiều trong cơ cấu vít nhƣng hiện nay ít dùng. b- Ren hình thang: cĩ tiết diện hình thang cân, cĩ gĩc ở đỉnh α= 300, dùng trong truyền động chịu tải 2 chiều. c- Ren hình răng cƣa: cĩ tiết diện hình thang lệch, dùng trong truyền động chịu tải 1 chiều (nhƣ máy ép, kích vít, ..) 5.3.2. Tính tốn mối ghép bằng ren Tải trọng tác dụng cĩ 2 dạng: tải trọng tĩnh và tải trọng thay đổi.Ở đây ta chỉ xét đến trƣờng hợp tải trọng tĩnh. Tính tốn độ bền cho mối ghép bằng ren chịu tải trọng tĩnh: 53 1. Bulơng lắp khơng cĩ khe hở: Lực tác dụng thẳng gĩc với đƣờng tâm của bulơng nhƣ hình vẽ tạo nên ứng suất cắt và dập. Đƣờng kính thân bulơng tính theo điều kiện độ bền cắt.   c b i Q d  .. .4  (5-16) Trong đĩ: -  c  : ứng suất cắt cho phép của vật liệu làm bulơng   c  =   ch 3020 ,,  (5-17) Với δch: ứng suất chảy (N/mm 2 ) -Q: lực tác dụng lên mối ghép (N) -i: số mặt chịu cắt -db: đƣờng kính thân bulơng (mm). Hình 5.13. Bulơng lắp trong lỗ khơng cĩ khe hở a- thân hình trụ; b- thân hình cơn * Đường kính thân bulơng tính theo độ bền dập:   d b Q d  . min  (5-18) Trong đĩ: min- bề dày của tấm mỏng nhất trong các tấm ghép chịu dập cùng thân bulơng (mm).   d  - ứng suất dập cho phép của vật liệu làm bulơng (N/mm2) 54 Với thép cácbon lấy:     chd  0180 ,,  Với thép hợp kim lấy:     chd  8060 ,,  Với gang lấy:     bkd  8060 ,,  (ứng suất bền kéo). ch và bk chọn theo bảng vật liệu. 2. Bulơng lắp cĩ khe hở: a. Tải trọng thẳng gĩc với đường tâm: Để chống trƣợt giữa các mặt tiếp xúc làm cong bulơng cần cĩ thêm chốt, ống lồng hoặc xiết bulơng thật chặt để tạo nên lực căng V và V đƣợc tính nhƣ sau: fi Q V . .,21  (5-19) -Q: tải trọng ngang hay lực trƣợt (N) -f: hệ số ma sát (với các tấm ghép là gang hay thép thì f= 0,1 –0,15 khi mặt trƣợt khĩ, f= 0,06 khi mặt trƣợt cĩ dầu). -i: hệ số mặt trƣợt. 1,2- là hệ số an tồn. * Tính đƣờng kính bulơng: Áp dụng cơng thức sau:   tt F V  1 31 ., (5-20)  V: lực xiết đai ốc  1,3: hệ số xét đến ảnh hƣởng của mơmen xoắn do xiết đai ốc sinh ra.  F1: là diện tích tiết diện bulơng tại đƣờng kính chân ren d1 với F1= 4 2 1d. (cĩ ở bảng chọn bulơng tiêu chuẩn)    tt  là ứng suất tính tốn    n ch tt    (N/mm2). (5-21) ch là ứng suất chảy của vật liệu làm bằng bulơng (N/mm 2), tra trong sổ tay.   n là hệ số an tồn cho phép, đƣợc chọn nhƣ sau: -Khi V điều khiển đƣợc, lấy  n = 1,6 với thép cácbon 55 -Khi V khơng thể điều khiển đƣợc thì  n đƣợc chọn theo đƣờng kính ren d nhƣ bảng sau: Bảng 5.5 Vật liệu làm bulông Giá trị  n khi đường kính chân ren d(mm) là: 6 - 16 >16 - 30 > 30-60 Thép cácbon 5-4 4-2,5 2,5 –1,7 Thép hợp kim 6,5 -5 5 – 3,3 3,3 - 3 Hình 5.14 Bulơng lắp cĩ khe hở, chịu tải trọng ngang (thẳng gĩc với đường tâm) a-các tấm ghép bị trượt; b-tạo nên lực căng V nhờ xiết chặt bulơng để chống trượt; c- thêm chốt để chống trượt; d- ống lồng để chống trượt. b.Tải trọng dọc theo trục bulơng: Đƣờng kính chân ren d1 đƣợc tính theo cơng thức sau:   k Q d  . .4 1  (mm) (5-22) 56 Hình 5.15 Mĩc treo  Q: tải trọng dọc trục (N)    k  là ứng suất kéo cho phép của vật liệu làm bulơng (N/mm2)-tra bảng chọn vật liệu. 5.4. Mối ghép bằng then và then hoa Trong mối ghép then đƣợc dùng để truyền mơmen xoắn giữa trục và moayơ. Vật liệu then phần lớn là thép kéo cĩ giới hạn bền trên 500-600N/mm2 nhƣ: CT5, CT6, thép40, thép 45, ... 5.4.1. Ƣu, nhƣợc điểm của mối ghép then: 1-Ƣu điểm: Cấu tạo đơn giản, chắc chắn, dễ tháo lắp và chế tạo, giá thành rẻ. 2-Nhƣợc điểm: Phải làm rãnh then trên trục, do đĩ làm yếu trục đi và gây tập trung ứng suất cho rãnh. Khĩ đảm bảo chi tiết máy lắp ghép đƣợc chính xác. 5.4.2. Cấu tạo các loại then: Cĩ thể chia then làm 2 loại lớn: - Then ghép lỏng: tạo thành mối ghép lỏng cĩ khe hở giữa then và moayơ gồm: then bằng, then dẫn hƣớng, then bán nguyệt. - Then ghép căng: tạo thành mối ghép căng cĩ độ dơi giữa then với moayơ và trục gồm: then ma sát, then vát, then tiếp tuyến. 57 1. Then bằng: - Cĩ tiết diện là hình chữ nhật, kích thƣớc chiều rộng b và chiều cao h đƣợc tiêu chuẩn hố. Với tỉ số chiều cao trên chiều rộng b: h thay đổi từ 1:1 (ứng với trục cĩ đƣờng kính nhỏ) đến 2:1 (ứng với trục cĩ đƣờng kính lớn). - Hai mút của then đƣợc gọt bằng hoặc gọt trịn, then chế tạo bằng thép kéo. - Mặt làm việc của then là hai mặt bên nên đƣợc chế tạo chính xác hơn hai mặt cịn lại. - Trong mối ghép then bằng: giữa mặt trên của then và mặt rãnh moayơ đều cĩ khe hở hƣớng tâm.  Ƣu điểm: Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo.  Nhƣợc điểm: -Khĩ đảm bảo tính lắp lẫn (phải sửa chữa hoặc chọn then), làm mất thời gian. -Khơng thể truyền lực theo dọc trục. a-các kích thước cơ bản; b-then đầu trịn; c-then đầu thẳng Hình 5.16 Mối ghép lỏng với then bằng 58 2. Then dẫn hướng: 5.17 a-các kích thước cơ bản; b-then đầu trịn; c-then đầu thẳng. Hình 5.17 Mối ghép lỏng với then bằng dẫn hướng Cĩ hình dạng nhƣ then bằng, nhƣng dùng trong mối ghép mà moayơ cần di trƣợt dọc theo trục.  Ƣu điểm: Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo.  Nhƣợc điểm: cố định then trên trục bằng cách bắt vít, khả năng tải kém hơn then hoa nên ít đƣợc dùng. 3. Then bán nguyệt: Giống nhƣ then bằng cĩ mặt làm việc là hai mặt bên dùng trong trƣờng hợp đƣờng kính trục d  44 mm. Hình 5.18 Mối ghép lỏng với then bán nguyệt 59  Ƣu điểm: dễ tự động thích ứng với độ nghiêng của rãnh moayơ, cách chế tạo then và rãnh then cũng đơn giản.  Nhƣợc điểm: phải phay rãnh sâu trên trục làm trục bị yếu nhiều, dùng trong mối ghép chịu tải trọng nhỏ.Khi moayơ ngắn dùng một then, khi moayơ dài dùng hai then. 4. Then ma sát: hình 5.19 Mặt dƣới của then là mặt trụ cĩ cùng bán kính cong với trục . Khi đĩng then áp chặt vào bề mặt trục tạo thành lực căng gây ma sát, do đĩ truyền đƣợc tải trọng.  Ƣu điểm: - Khơng cần rãnh trên trục nên khơng làm yếu trục. - Cĩ thể lắp bất kỳ chổ nào trên trục, đảm bảo an tồn khi quá tải (trục sẽ trƣợt so với then).  Nhƣợc điểm: - Do then ghép căng gây lệch tâm nhiều, làm tăng rung động các chi tiết máy đƣợc ghép. - Làm cho moayơ bị nghiêng Hình 5.19 Mối ghép căng với then ma sát a. các kích thước cơ bản; b.then cĩ đầu; c.then khơng đầu - Loại then này đƣợc vát một mặt để cĩ độ dốc 1:100 và tạo độ căng khi lắp. - Cĩ 2 kiểu: cĩ đầu (hình 8.4b) và khơng đầu (hình 5.19c). - Khác với then ghép lỏng, then ghép căng làm việc ở các mặt trên và dƣới, cịn ở mặt bên thì cĩ khe hở. 60 - Vì tạo thành mối ghép căng nên khơng những truyền đƣợc mơmen xoắn mà cịn truyền đƣợc lực dọc trục. 5. Then vát: hình 5.20 a. then cĩ đầu; b. then khơng cĩ đầu Hình 5.20 Mối ghép căng với then ma sát - Cĩ tiết diện hình chữ nhật, mặt làm việc cũng là hai mặt trên và dƣới - So với then ma sát, then vát cĩ trục và moayơ đều phải làm rãnh nên trục bị yếu nhiều nhƣng moayơ lại ít yếu hơn (do rãnh trên moayơ cạn hơn). 6. Then tiếp tuyến: hình 5.21 - Một then tiếp tuyến đƣợc tạo thành bằng một cặp then vát hình nêm đặt ngƣợc chiều nhau. Hình 5.21 Mối ghép căng với then tiếp tuyến - Mặt làm việc là mặt hẹp, hai mặt làm việc song song với nhau . 61 - Then tiếp tuyến khác với mối ghép then vát khác là cĩ độ dơi theo phƣơng tiếp tuyến (khơng theo hƣớng tâm), độ dơi này tạo nên do đĩng hai then vào rãnh. - Một mối ghép then tiếp tuyến (một cặp then vát) chỉ truyền đƣợc mơmen xoắn theo một chiều. - Khi truyền mơmen xoắn hai chiều phải dùng 2 then tiếp tuyến đặt cách nhau một gĩc 120  135o . Ngồi ra ta cịn gặp then trụ, dùng trong mối ghép moayơ với đầu trục nhƣ đầu trục bơm, quạt , ....Then trụ gồm: then trụ trịn (ghép lỏng), then trụ cơn (ghép căng nhẹ). 5.4.3. Tính tốn mối ghép bằng then: 5.4.3.1-Tính tốn then bằng: Hình 5.22 Mối ghép then bằng 1. Tính tốn theo điều kiện chịu dập:     d t d thdzl M     ... .2 (8-1) Trong đĩ: z: số then d: ứng suất dập tác dụng lên then M: mơmen xoắn trên trục (N.mm) lt: chiều dài làm việc thực tế của then lt =l với then đầu thẳng (l- chiều dài) lt =l- b: đối với then đầu trịn (b- chiều rộng) []d: ứng suất dập cho phép (N/mm 2 )-Tra bảng 5.6 62 Bảng 5.6 Kiểu ghép Vật liệu Đặc tính tải trọng Tĩnh Va đập nhẹ Va đập mạnh (N/mm 2 ) Cố định Thép 150 100 50 Gang 80 53 27 Di động Thép 50 40 30 2-Tính theo điều kiện cắt:   c t c ldbz M   ... .2 (5-23) Trong đĩ: c: ứng suất cắt tác dụng lên then. []c: ứng suất cắt cho phép. Trị số ứng suất cắt cho phép []c đối với loại vật liệu trong Bảng 8.1 cĩ thể lấy nhƣ sau: -Khi chịu tải trọng tĩnh: []c = 120 N/mm 2 -Khi chịu tải trọng va đập nhẹ: []c = 87 N/mm 2 -Khi chịu tải trọng va đập mạnh: []c = 54 N/mm 2 . 8.1.3.2.Tính tốn then bán nguyệt: 1.Tính theo điều kiện dập:     dd thdzl M     ... .2 (5-24) 2. Tính theo điều kiện cắt:   cc ldbz M   ... .2 (5-25) 5.4.2. Mối ghép then hoa 1. Ƣu, nhƣợc điểm: Ghép bằng then hoa là ghép moayơ vào trục nhờ các răng của trục lồng vào các rãnh đã đƣợc chế tạo sẵn trên moayơ.  Ƣu điểm: - Moayơ đảm bảo mối ghép đồng tâm và dễ di động trên trục. 63 - Khả năng chịu tải lớn hơn do cĩ nhiều răng cùng làm việc và tải trọng phân bố đều hơn trên bề mặt răng. - Sức bền mỏi cao hơn, chịu va đập và tải trọng động tốt hơn.  Nhƣợc điểm: - Tải trọng phân bố giữa các răng khơng đều nhau. - Cần cĩ những dụng cụ và thiết bị chuyên mơn để chế tạo và kiểm tra. 2. Phân loại mối ghép: đƣợc chia làm 2 loại sau: 1- Mối ghép cố định: là mối ghép trong đĩ moayơ đƣợc cố định trên trục. Then hoa cĩ thể chế tạo hình trụ hoặc hình cơn. 2- Mối ghép di động: là mối ghép trong đĩ moayơ cĩ thể trƣợt dọc trục. Then hoa chỉ dùng dạng hình trụ. 3. Các dạng răng của then hoa: Then hoa hình trụ thƣờng gồm 3 dạng răng sau: 1- Răng chữ nhật: hình 5.23 2- Răng thân khai: hình 5.25 3- Răng tam giác: hình 5.26 Hình 5.23. Then hoa với răng chữ nhật Hình 5.24. Các dạng răng trên trục then hoa chữ nhật: a. dạng A; b. dạng B 64 Hình 5.25 Then hoa thân khai a. định tâm theo cạnh bên S; b. định tâm theo đường kính ngồi D 4. Các phƣơng pháp định tâm mối ghép then hoa: Cĩ 3 phƣơng pháp sau: - Định tâm theo cạnh bên S: dùng cho ghép chịu mơmen xoắn lớn nhƣng khơng yêu cầu cao về độ đồng tâm. - Định tâm theo đƣờng kính ngồi D: yêu cầu độ đồng tâm cao. - Định tâm theo đƣịng kính trong d: để đạt độ đồng tâm cao hơn khi định tâm theo đƣờng kính ngồi D khơng dùng đƣợc. Hình 5.26 Then hoa tam giác định tâm theo cạnh bên S 5. Tính tốn mối ghép then hoa: Tính theo điều kiện dập và điều kiện mịn (mối ghép hỏng nhiều do dập bề mặt làm việc của răng và mịn). a-Tính theo điều kiện dập:   d tbt d dhlz M     .... .2 (5-26) Trong đĩ: d: ứng suất dập tác dụng lên then M: mơmen xoắn lớn nhất tác dụng lên mối ghép (N.mm)  = 0,7-0,8 là hệ số xét đến sự phân bố tải trọng khơng đều len các răng. 65 z: số răng lt: chiều dài làm việc của một răng đo trên moayơ (mm). h: chiều cao bề mặt tiếp xúc của răng (mm). []d: ứng suất dập cho phép (N/mm 2 )- tra Sổ tay dtb: đƣờng kính trung bình (mm).  Đối với răng chữ nhật: lấy: f dD h    2 và 2 dD d tb   (5-27)  Đối với răng thân khai: +Khi định tâm theo cạnh bên S: lấy: 2 Ab dD h   và d dD d Ab tb    2 (5-28) +Khi định tâm theo đƣờng kính ngồi D: hình 8-10b lấy: f dD h A    2 và f dD d A tb    2 b-Tính theo điều kiện mịn:   m tbt m dhlz M   ... .2 (5-29) Trong đĩ: m: ứng suất mài mịn sinh ra trong mối ghép (N/mm 2 ) []m: ứng suất bền mịn cho phép của vật liệu làm then hoa (N/mm 2 ). Các thơng số khác tƣơng tự nhƣ trên. CÂU HỎI ƠN TẬP 1- Phân loại các mối ghép đinh tán? Tại sao trong các thiết bị nhƣ nồi hơi, thùng áp lực, ngƣời ta hay dùng mĩi ghép đinh tán? 2- Khi mối ghép thỉnh thoảng phải tháo dời thì cĩ nên dùng đinh tán khơng? Tại sao? 3- Giải thích tại sao chi tiết ghép và đinh tán nên đƣợc làm cùng một loại vật liệu? 4- Mối ghép bằng hàn khác mối ghép bằng đinh tán về mặt cơng nghệ chế tạo ở điểm nào ? 5- Phân biệt các loại mối hàn? 66 6- Phân biệt cách ghi trên bản vẽ đối với ren hệ mét bƣớc lớn và bƣớc nhỏ? So sánh ƣu nhựơc điểm của 2 loại ren này? 7- Giải thích tại sao trong các mối ghép chịu rung động ngƣời ta dùng ren bƣớc nhỏ, trong các mối ghép cần đảm bảo độ kín khít dùng ren ống? 8- Trình bày ƣu- nhƣợc điểm và phạm vi sử dụng của mối ghép bằng then? Liệt kê các loại then dùng trong mối ghép lỏng và các loại then dùng trong mối ghép căng? Đặc điểm của 2 loại mối ghép này? 9- Trình bày ƣu nhƣợc điểm của từng loại then dùng trong mối ghép then (lỏng và căng)? Đặc điểm của mối ghép bằng then hoa? 10- Then và then hoa đƣợc tính tốn theo những điều kiện gì? 11- So sánh giữa mối ghép bằng then và then hoa? 67 Chƣơng 6. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 6.1. Khái niệm chung 6.1.1. Giới thiệu truyền động đai 1. Khái niệm Truyền động đai là truyền động ma sát gián tiếp, truyền chuyển động và cơng suất nhờ ma sát giữa đai với các bánh đai. Hình 6.1 Bộ truyền đai 2. Nguyên lý làm việc: Bộ truyền đai thƣờng cĩ hai bánh đai (như hình 6.1) gồm: bánh dẫn 1, bánh bị dẫn 2 và một đai 3 mắc căng trên hai bánh đai nhờ bộ phận căng đai. Nhờ cĩ ma sát giữa đai và bánh đai, bánh dẫn quay sẽ truyền chuyển động và cơ năng sang bánh bị dẫn. 6.1.2. Các loại đai và kết cấu bánh đai 6.1.2.1. Các loại đai 1. Theo hình dạng tiết diện đai - Đai dẹt (hình 6.2a): đai cĩ tiết diện hình chữ nhật. - Đai hình thang (hình 6.2b): đai cĩ tiết diện hình thang. - Đai trịn (hình 6.2c): đai cĩ tiết diện trịn. - Đai hình lƣợc (hình 6.2d): gồm nhiều gân dọc cĩ tiết diện hình thang. - Đai răng (hình 6.2f): gồm nhiều gân ngang hình thang. 68 Trong đĩ: đai dẹt và đai hình thang đƣợc dùng nhiều hơn cả, cịn đai trịn chỉ dùng cho những máy cơng suất nhỏ nhƣ: máy khâu, máy trong ngành thực phẩm, trong các khí cụ,.. v.v. Hình 6.2 Tiết diện các loại đai a- Đai dẹt; b- Đai hình thang; c- Đai trịn; d- Đai hình lược; f-Đai răng 2. Theo kiểu truyền động đai c) d) a- 2 trục song song; b- 2 trục song song bắt chéo đai; c- 2 trục cắt nhau dùng bánh đai rung gian d- 2 trục chéo nhau bắt nửa chéo đai Hình 6.3 Kiểu truyền động đai 6.1.2.2. Kết cấu bánh đai - Kết cấu bánh đai phụ thuộc vào loại đai, khả năng cơng nghệ và quy mơ sản xuất: + Đƣờng kính ≤100mm: chế tạo bằng dập, đúc, khơng khoét lõm. + Đƣờng kính lớn: dùng bánh đai khoét lõm, cĩ lổ hoặc nan hoa để giảm khối lƣợng. - Kết cấu vành đai thang cĩ kích thƣớc tƣơng ứng với tiết diện đai. 69 - Kết cấu bánh đai dẹt: trụ, tang trống, cơn. Thơng thƣờng, bánh đai dẫn mặt trụ và đai bị dẫn tang trống. Nếu vận tốc lớn (> 40m/s) thì khoét rãnh để thốt khơng khí. - Bánh đai trịn đƣợc khoét rãnh nữa đƣờng trịn cĩ bán kính bằng bán kính dây đai. Hình 6.4 Bánh đai dẹt Hình 6.5 Bánh đai thang 6.1.3. Các phƣơng pháp điều chỉnh sức căng đai: Trong suốt quá trình làm việc đai sẽ dần dần dãn ra, sức căng giảm xuống. Do đĩ ta cần phải điều chỉnh sức căng của đai. Cĩ hai phƣơng pháp điều chỉnh sức căng của đai: 1. Điều chỉnh sức căng mà khơng thay đổi khoảng cách trục: Hình 6.6 Điều chỉnh sức căng dùng bánh căng đai Nối lại đai (đối với đai dẹt) sau khi đã dãn hoặc dùng bánh căng đai. 70 Thơng thƣờng dùng cách lắp thêm bánh đai (hình 6.6): lắp bánh căng đai gần bánh đai nhỏ (khơng nên quá gần), để tăng gĩc ơm trên bánh nhỏ và giảm nhẹ thiết bị căng. 2. Điều chỉnh sức căng cĩ thay đổi khoảng cách trục: di động một trong hai trục để điều chỉnh sức căng: - Nhờ vít đẩy động cơ điện trƣợt trên rãnh: hình 6.7. - Nhờ trọng lƣợng bản thân động cơ điện và vít (3): hình 6.8 Hình 6.7 Nhờ vít đẩy động cơ điện Hình 6.8 Nhờ trọng lượng động cơ điện 6.1.4. Ƣu nhƣợc điểm và phạm vi ứng dụng 1. Ƣu điểm: - Cĩ khả năng truyền chuyển động và cơ năng giữa các trục ở khá xa nhau. - Làm việc êm, khơng ồn do vật liệu đai cĩ tính đàn hồi. - Giữ đƣợc an tồn cho các tiết máy khác khi bị quá tải, vì lúc này đai sẽ trƣợt trơn tồn phần trên bánh. - Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ. 2. Nhƣợc điểm: - Khuơn khổ kích thƣớc khá lớn (khi cùng một điều kiện làm việc, thƣờng riêng đƣờng kính bánh đai đã lớn hơn đƣờng kính bánh răng khoảng 5 lần). - Tỷ số truyền khơng ổn định vì cĩ trƣợt đàn hồi trên bánh. - Lực tác dụng trên trục và ổ lớn do phải căng đai (lực tác dụng trên trục và ổ tăng thêm 2  3 lần so với trong truyền động bánh răng). - Tuổi thọ thấp khi làm việc với vận tốc cao. - Khi dùng bánh căng đai làm tăng số chu kỳ bị uốn của đai, sẽ làm giảm tuổi thọ của đai. 71 3. Phạm vi ứng dụng: - Bộ truyền đai thƣờng truyền cơng suất N  (40  50) kW, v = 530 m/s. - Đối với truyền động đai dẹt: i  5, truyền động đai hình thang: i  10. - Khoảng cách lớn nhất giữa hai trục cĩ thể tới 15 m và 40 m (trong trƣờng hợp đặc biệt). - Bộ truyền đai thƣờng đƣợc bố trí ở cấp độ nhanh, bánh dẫn lắp vào trục động cơ. 6.1.5. Các thơng số hình học chủ yếu của bộ truyền đai Hình 6.8 Các thơng số hình học chính truyền động đai Xét trƣờng hợp bộ truyền đai mắc bình thƣờng nhƣ sơ đồ hình 6.8: Trong tính tốn về hình học thƣờng biết trƣớc d1 , d2 và A, cần xác định chiều dài tính của đai L và gĩc ơm 1. 6.1.5.1. Đường kính bánh đai: 1. Đƣờng kính bánh đai nhỏ: d1 (mm) a. Đối với bộ truyền đai dẹt: cĩ thể xác định theo cơng thức thực nghiệm của Xaverin: d1 = (1100  1300) 3 11 / nN mm hoặc d1 = (5,2  6,4) 3 1T mm (6-1) Trong đĩ: N1: cơng suất trên trục dẫn (kW) n1: số vịng quay của trục dẫn (vịng/ph) T1: mơ men xoắn trên trục dẫn (N.m) 72 b. Đối với đai hình thang: d1  1,2 d1 min (6- 2) d1 min : đƣờng kính tối thiểu, tra bảng 6.2 sau: Bảng 6.1 Kích thước đai hình thang (Liên Xơ) Loại đai Loại tiết diện Kích thƣớc tiết diện, mm A1, mm 2 l0, mm Chiều dài giới hạn, mm Khối lƣợng 1m đai, kg/m b0 b h y0 Đai hình thang O 8,5 10 6 2,1 47 1320 400-2500 0,06 A 11 13 8 2,8 81 1700 560-4000 0,10 Б 14 17 10,5 4,0 138 2240 800-6300 0,18 B 19 22 13,5 4,8 230 3750 1800-10600 0,3 Γ 27 32 19 6,9 476 6000 3150-15000 0,62 Д 32 38 23,5 8,3 692 7100 4500-18000 0,9 Đai hình thang hẹp Y...ên: σ1 = S F1 = S F0 + S tF 2 = σ0 + σt/2 (6-17) Trong đĩ: σt = S tF gọi là ứng suất cĩ ích (6-18) * Ứng suất trên nhánh bị dẫn: σ2 Do F2 gây nên: σ2 = S F2 = σ0 - σt/2 (6-19) 3. Ứng suất uốn: hình 6.10a Theo định luật Hook: σu = E. Trong đĩ: E: mơđun đàn hồi của vật liệu đai; : độ dãn dài tƣơng đối của thớ đai ngồi cùng. Ta cĩ: σu = E. d  (6-20) Với: - bề dày dây đai d- đƣờng kính dây đai 4. Biểu đồ ứng suất: hình 6.10b Hình 6.10a Ứng suất uốn Hình 6.10b Biểu đồ ứng suất 6.2.4. Hiện tƣợng trƣợt trong truyền động đai Jukơvski đã nguyên cứu ra hai loại dạng trƣợt trên bánh đai: 77 + Trƣợt đàn hồi: xảy ra khi đai chịu tải. + Trƣợt trơn: chỉ xảy ra khi bộ truyền bị quá tải. 1. Trượt đàn hồi: Khi bộ truyền đai làm việc, các nhánh đai chịu lực tác dụng khác nhau (sơ đồ trên hình 6.11). Hình 6.11 Sự trượt của đai Các phân tố đai chạy trên nhánh dẫn chịu lực là F1 ,vịng qua bánh đai dẫn sang nhánh bị dẫn chịu lực F2  F1. Do đĩ độ dãn dài tƣơng đối của đai cũng giảm xuống, và xuất hiện sự trƣợt đàn hồi của đai trên bánh đai, nghĩa là đai chạy chậm hơn bánh dẫn. Khi phân tố đai chạy vịng qua bánh bị dẫn, độ dãn dài tƣơng đối của đai tăng lên (do lực tăng từ F2 lên F1) và xảy ra trƣợt đàn hồi, đai chạy nhanh hơn bánh bị dẫn.Vậy sự trƣợt đàn hồi gây nên sự trƣợt tƣơng đối giữa đai và bánh đai. Sự trƣợt đàn hồi khơng xảy ra trên tồn bộ cung ơm 1 và 2, chỉ xảy ra trên một phần của các cung 1t và 2t . 2. Trượt trơn: Nếu tăng tải trọng đến mức cung trƣợt chốn tồn bộ cung ơm, sẽ xảy ra trƣợt hồn tồn, cịn gọi là hiện tƣợng trƣợt trơn. Vậy trƣợt trơn là hiện tƣợng xảy ra khi bộ truyền bị quá tải, bánh bị dẫn dừng lại và hiệu suất của bộ truyền bằng khơng. 6.2.5. Khả năng kéo, đƣờng cong trƣợt và đƣờng cong hiệu suất 1. Đồ thị: (hình 6.12) 78 Để xác định điều kiện làm việc hợp lý của truyền động đai ngƣời ta tiến hành làm thí nghiệm để thiết lập đồ thị đƣờng cong trƣợt và đƣờng cong hiệu suất. Đặt :  = oF Ft 2 = σt/ 2σ0 : hệ số kéo (trên trục hồnh) (*)  = 1 21 v vv  (%) : hệ số trƣợt (trên trục tung) (v1:vận tốc vịng của bánh dẫn, v2:vận tốc vịng của bánh bị dẫn)  = 1 2 N N (%) : hiệu suất (trên trục tung) Ta cĩ đồ thị đường cong trượt  () và đồ thị đường cong hiệu suất  (). (Đồ thị được lập theo kết quả thí nghiệm các loại đai và vật liệu đai). Hình 6.12 Đồ thị đường cong trượt  () và đường cong hiệu suất  () 2. Nhận xét đồ thị: Qua đồ thị ta cĩ nhận thấy sau: - Khi 0    0 (0 : hệ số kéo tới hạn) : ta thấy đoạn đầu của đƣờng cong gần nhƣ đoạn thẳng, chứng tỏ ở giai đoạn này với cùng một trị số F0. Nếu tăng dần tải trọng cĩ ích Ft thì hệ số trƣợt cũng tăng theo tỷ lệ bậc nhất, nghĩa là lúc này bộ truyền chỉ xảy ra hiện tượng trượt đàn hồi. Khi  = 0 thì = max : đĩ là giới hạn của hiện tƣợng trƣợt đàn hồi. 79 - Khi 0    max:xảy ra hiện tƣợng trượt trơn từng phần ( đai vừa trƣợt đàn hồi vừa trƣợt trơn), khi hệ số kéo  tăng thì hiệu suất  giảm nhanh (hệ số trƣợt tăng nhanh). - Khi   max : sẽ xảy ra hiện tƣợng trượt trơn hồn tồn (tồn phần). Tỉ số:  max =1,15 1,5: hệ số chỉ khả năng chịu quá tải tức thời của bộ truyền. Kết quả nghiên cứu cho thấy truyền động đai làm việc tốt nhất khi  = 0 , tại đây = max .Đối với đai dẹt = 0,97  0,98, đối với đai hình thang  = 0,92  0,97. Chú ý: Khi  < 0 :bộ truyền làm việc non tải, khả năng khơng được dùng hết.Khi  > 0 :bộ truyền làm việc với tải trọng quá lớn, đai sẽ bị mịn nhanh, hiệu suất giảm và tăng mất mát vận tốc.  Qua các số liệu thí nghiệm, cĩ thể lấy 0 nhƣ sau:  0 = 0,4  0,5 : đối với đai dẹt bằng vật liệu tổng hợp.  0 = 0,6 : đối với đai dẹt vải cao su.  0 = 0,6  0,7 : đối với đai hình thang. 6.3. Tính tốn truyền động đai 6.3.1. Phƣơng pháp tính tốn Mục đích của việc tính truyền động đai là xác định các kích thƣớc chủ yếu của bộ truyền theo điều kiện làm việc đã cho trƣớc. Cĩ 2 phƣơng pháp tính tốn truyền động đai: - Tính đai theo khả năng kéo - Tính đai theo độ bền lâu 1. Tính đai theo khả năng kéo: Điều kiện về hệ số kéo để đai khơng bị trƣợt trơn là: Từ hệ thức (*), ta cĩ điều kiện:  = σt/ 2σ0  0 σt  2 0 σ0 (6- 21) Qua các số liệu thực nghiệm cĩ thể xác định đƣợc trị số ứng suất cĩ ích cho phép [t] .Do điều kiện làm việc của bộ truyền thiết kế khác với bộ truyền thí nghiệm nên ứng suất cĩ ích cho phép thực tế [t]= C. [t]0 Nhƣ vậy đai đƣợc tính tốn theo điều kiện sau: 80 σt = S KtF đ  [t] = C. [t]0 (6- 22) Trong đĩ: S: diện tích tiết diện đai Đối với đai hình thang: S= x.S1 (x: số đai, S1:diện tích tiết diện 1 đai hình thang). Kđ: hệ số tải trọng động Xét đến hệ số tải trọng động Kđ và chế độ làm việc của bộ truyền nhƣ bảng 6.2. Bảng 6.2b Hệ số tải trọng động Đặc tính tải trọng Loại máy Kđ Tải trọng tĩnh, tải trọng mở máy đến 120% so với tải trọng danh nghĩa Máy phát điện, quạt máy, máy nén và máy bơm ly tâm, máy cắt gọt liên tục, băng tải. 1.0 Tải trọng làm việc cĩ dao động nhỏ Tải trọng mở máy đến 150% so với tải trọng danh nghĩa Máy bơm, máy nén khí kiểu pittơng cĩ ba xylanh trở lên, xích tải, máy phay, máy tiện Rơvonve. 1.1 Tải trọng làm việc cĩ dao động lớn Tải trọng mở máy đến 220% so với tải trọng danh nghĩa Thiết bị dẫn động quay hai chiều, máy bơm và máy nén khí kiểu một hoặc hai pitơng, máy bào, máy xọc, vít vận chuyển và màng cào máy ép vít và máy ép lệch tâm cĩ vơ lăng nặng. 1.25 Tải trọng va đập và đổi chiều Tải trọng mở máy đến 300% so với tải trọng danh nghĩa Máy cắt tấm, búa máy, máy nghiền, thang máy, máy xúc, máy ép máy ép vít và máy ép lệch tâm cĩ vơ lăng nhẹ. 1.5-1.6 Chú thích: 1. Đối với động cơ cĩ moment mở máy lớn dịng, mở nhiều lần các trị số trong bảng đƣợc tăng thêm 0.15 2. Các trị số trong bảng dùng cho chế độ làm việc 1 ca, nếu làm việc 2 ca cần tăng thêm 0.15, nếu làm việc 3 ca tăng 0.35 - Đối với đai dẹt: C = Ct. Cv. Cb. C (6-23) Ct : hệ số xét đến ảnh hƣởng của chế độ tải trọng. Cv : hệ số xét đến ảnh hƣởng của vận tốc. Cb : hệ số xét đến ảnh hƣởng của sự bố trí bộ truyền. C : hệ số xét đến ảnh hƣởng của gĩc ơm 1 . Tiết diện của đai; S = b. h 81 Thƣờng chiều dày h chọn trƣớc theo đƣờng kính d1 để h d1 khơng lớn quá. Do đĩ, ta cĩ điều kiện về chiều rộng của đai nhƣ sau: b    0 ..... tbvt t CCCCh KF  đ \ (6-24) - Đối với đai thang: C = Ct. Cv. C Diện tích làm việc tổng cộng: St = S. Z (với : Z-số dây đai , S- tiết diện một đai) Từ đĩ suy ra điều kiện về số dây đai: Z    0 ..... ..1000 tvt CCCSv KN  đ (với Ft = v N1000 ) (6-25)  Chú ý: khơng nên chọn Z quá lớn (Z  8). 2. Tính theo độ bền lâu: Do ứng suất trong đai thay đổi khi làm việc, sau một số chu kỳ thay đổi ứng suất đai cĩ thể bị hỏng do mỏi. Để đảm bảo cho đai cĩ thể làm việc đƣợc trong khoảng thời gian đủ dài, cần hạn chế số vịng quay của dây đai trong 1 giây theo điều kiện: u = L v  umax = 10 (6-26) Trong đĩ: u: số vịng quay của đai trong 1 giây v: vận tốc dây đai L: chiều dài dây đai Vậy điều kiện về chiều dài dây đai là: L  Lmin = maxu v (6-27) - Đối với đai dẹt: C = Ct. Cv. Cb. C (6-28) Ct : hệ số xét đến ảnh hƣởng của chế độ tải trọng. Cv : hệ số xét đến ảnh hƣởng của vận tốc. Cb : hệ số xét đến ảnh hƣởng của sự bố trí bộ truyền. C : hệ số xét đến ảnh hƣởng của gĩc ơm 1 . Để đảm bảo đai khơng bị trƣợt trơn, diện tích S phải thoả mãn điều kiện sau: 82   0t đt C KF hbS . . .  (6-29) (b, h: lần lƣợt là chiều rộng đai và chiều dày đai; đƣợc tiêu chuẩn hĩa và qui trịn nhƣ sau: Giá trị chiều dày h thường dùng là 3; 4,5; 6; 7,5 mm. Giá trị chiều rộng b thường dùng 20; 25; 32; 40; 50; 63; 71; 80; 90; 100; ...mm) Thƣờng chiều dày h chọn trƣớc theo đƣờng kính d1 để h d1 khơng lớn quá. Do đĩ, ta cĩ điều kiện về chiều rộng của đai nhƣ cơng thức (6-24). 6.4. Trình tự thiết kế truyền động đai 6.4.1. Trình tự thiết kế truyền động đai dẹt 1. Chọn loại đai: theo điều kiện làm việc. a- Đai da: cĩ 2 loại: loại một lớp và loại hai lớp dán lại với nhau. b- Đai vải cao su: làm bằng nhiều lớp vải và cao su sunfua hố. Cĩ 3 loại: loại xếp từng lớp, loại cuộn từng vịng kín , loại cuộn xoắn ốc. c- Đai vải: cĩ 2 loại: đai vải dệt dày và đai vải khâu nhiều lớp. d- Đai len: chế tạo bằng len dệt, tẩm hỗn hợp ơxít chì và dầu gai. 2. Định đường kính bánh đai nhỏ d1: - Theo cơng thức (6-1). - Kiểm nghiệm vận tốc đai. - Nếu vận tốc quá lớn phải giảm đƣờng kính bánh đai. Chọn d1 theo dãy tiêu chuẩn sau: 40, 45, 50, 56, 63, 71, 80, 90, 100, 110, 125, 140, 160, 180, 200, 225, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000. 3. Tính đường kính bánh đai lớn d2: - Theo cơng thức (6-3) và cĩ thể lấy gần đúng theo cơng thức (6-4) Chú ý: khi tính tốn làm trịn d1 nên lấy tăng lên, cịn d2 lấy giảm xuống để bù vào hệ số trượt đai. - Các trị số d1 và d2 nên lấy theo tiêu chuẩn. - Kiểm nghiệm lại số vịng quay thực n’2 của bánh đai lớn: n’2 = (1 - ) n1. 2 1 d d (6-30) 83 Nếu n’2 chênh lệch nhiều so với n2 (> 5%) cần chọn lại d1 và d2. 4. Xác định khoảng cách trục A và chiều dài đai L: - Chọn A theo chiều dài tối thiểu của đai: + Đai hở: Lmin = v/(3  5) (6-31) + Cĩ bánh căng đai: Lmin = v/(8  10) - Tính A theo L min theo cơng thức: A = 4 1 Lmin - 2 )( 12 dd  + 212 2 12 )(2 2 )( min dd dd L          (6-32) - Kiểm nghiệm điều kiện: + Đai hở: A  2(d1 + d2) (6-33) + Cĩ bánh căng đai: A  d1 + d2 - Nếu khơng thỏa mãn điều kiện này, thì lấy: A = 2(d1 + d2) (6-34) và tính lại L theo cơng thức (6-8) - Để nối đai, sau khi tính xong cần tăng chiều dài thêm 100400 mm 5. Tính gĩc ơm 1 : - Theo cơng thức (6-5) - Kiểm nghiệm điều kiện: 1 ≥ 150 o 6. Xác định chiều dày h và chiều rộng đai b: - Chọn trƣớc chiều dày h theo tiêu chuẩn. - Áp dụng S = b. H    t đ  KFt . Tính b theo cơng thức: b     CCCCh KF vtbt dt .... 0 và lấy theo tiêu chuẩn. Trong đĩ: Ct = 1.0 hoặc tra bảng Cb , C , CL: tra bảng hoặc tính tốn Kđ: tra bảng (6-2) 7. Tính chiều rộng B của bánh đai: - Khi mắc bình thƣờng: B = 1,1b + (10 + 15) (mm) (6-35) Và lấy theo tiêu chuẩn. Trị số B nên lấy trịn theo tiêu chuẩn: 40, 50, 63, 71, 80, 100, 125, 140, 160, 200, 224, 250, 315, 355, 400, 450. 84 8. Tính lực tác dụng lên trục bánh đai: Theo cơng thức: Fr = 2F0 sin (α1/2) (6-36) 6.4.2. Trình tự thiết kế bộ truyền đai thang: 1. Chọn loại đai (tiết diện dây đai): Theo mơmen xoắn trên trục quay nhanh: T1 = 9550. 1 1 n N (Nm) (6-37) - Tra bảng để chọn loại đai thang. Cĩ hai loại: đai hình thang và đai hình thang hẹp. a- Đai hình thang: đƣợc sử dụng rộng rãi trong truyền động cơ khí gồm 7 loại sau: Bảng 6.3 Ký hiệu đai hình thang TCVN A B C D E G H Liên Xơ O A Б B Г Д E Mặt cắt ngang đai hình thang loại A nhƣ hình sau: Hình 6.13 Mặt cắt ngang đai hình thang loại A + Lớp 1: là lớp chịu lực cơ bản gồm các lớp sợi và cao su. + Lớp 2: là lớp chịu kéo gồm cĩ các lớp vải tẩm. + Lớp 3: là lớp chịu nén bằng cao su. + Lớp 4: là lớp định hình bao quanh mặt cắt dây đai bằng vải tẩm cao su. Hình 6.14 a) Đai loại A b) Đai loại B c) Đai loại Б (Xếp theo từng lớp) (Xếp cuộn xoắn ốc) (Xếp cuộn từng vịng kín) 85 b- Đai hình thang hẹp: đƣợc dùng riêng cho quạt, động cơ ơtơ, máy nơng nghiệp. Gồm: YO, YA, YB, YБ , ..nên tính vài ba phƣơng án để so sánh và chọn. 2.- Định đường kính bánh đai: - Đƣờng kính bánh đai nhỏ d1; d1 min tra bảng - Tính đƣờng kính bánh đai lớn d2. - Các trị số d1 và d2 nên lấy theo tiêu chuẩn. - Kiểm nghiệm lại số vịng quay thực n’2 của bánh đai lớn Nếu n’2 chênh lệch nhiều so với n2 (> 5%) cần chọn lại d1 và d2. - Tính vận tốc của đai v (m/s) 3. Xác định khoảng cách trục A: - Chọn theo bảng (6.4) Bảng 6.4 i 1 2 3 4 5  6 A/d1 1,5 2,4 3 3,8 4,5 5 - A thỏa mãn điều kiện: 2 (d1 + d2)  A  0,55 (d1 + d2) + h (6-38) 4. Tính chiều dài L: - Theo cơng thức (6-8) - Qui trịn L theo tiêu chuẩn 5. Xác định chính xác khoảng cách trục A: - Xác định A theo L tiêu chuẩn theo cơng thức (6-9) 6. Tính gĩc ơm 1 : - Theo cơng thức (6-5) - Kiểm nghiệm điều kiện: 1 ≥ 120 o 7. Xác định số dây đai cần thiết Z: - Theo cơng thức: Z   N KN d. (6-39) Trong đĩ: N: cơng suất cần truyền  N : cơng suất cho phép của 1 đai, đƣợc tính:  N = (N0.C .CL + 9550 1nT ) (6-40) N0 : tra hình (6.15 ) 86 Cα: tra bảng (6.5) CL= 0L Ltt : tra bảng (6.6) 1T : tra bảng (6.7) Kđ: tra bảng (6.2) Bảng 6.5 Hệ số Cα (đai hình thang) α1 0 70 80 90 100 120 140 160 180 Cα 0,56 0,62 0,68 0,74 0,83 0,89 0,95 1,0 a- Đai Z và A; b- Đai B và C; c- Đai SPZ và SPA Hình 6.15 Cơng suất cĩ ích cho phép phụ thuộc vào các loại đai 87 Bảng 6.6 Hệ số CL L/L0 Đai hình thang Đai hình thang hẹp và đai hình lƣợc L/L0 Đai hình thang Đai hình thang hẹp và đai hình lƣợc 0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 1 0,79 0,82 0,86 0,89 0,95 1 0,80 0,85 0,89 0,91 0,96 1 1,2 1,4 1,6 2,0 2,4 1,04 1,07 1,10 1,15 1,20 1,03 1,06 1,08 1,12 1,15 Bảng 6.7 Số gia mơmen xoắn ∆T1(N.m) Tỷ số truyền i Đai hình thang Đai hình thang hẹp O A Б B YO YA 1,03-1,07 1,08-1,13 1,14-1,20 1,21-1,30 1,31-1,40 1,41-1,60 1,61-2,39 2,40 và lớn hơn 0,08 0,15 0,23 0,30 0,35 0,38 0,40 0,50 0,20 0,40 0,60 0,80 0,90 1 1,1 1,2 0,5 1,1 1,6 2,1 2,3 2,6 2,9 3,1 1,5 2,9 4,4 5,8 6,6 7,3 8,0 9,0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,4 1,5 1,7 1,8 0,7 1,4 2,1 2,8 3,1 3,5 3,8 4,2 8. Tính chiều rộng bánh đai B: - Theo cơng thức: B = (Z – 1)t + 2.s (6-41) t, s : tra bảng (6-8) Bảng 6.8 Các thơng số bánh đai Loại tiết diện đai c e t s O A Б B YO YA 2,5 3,5 4,2 5,7 2,5 3,3 7,5 9 11 14,5 10 13 12 15 19 25,5 12 15 8 10 12,5 17 8 10 9. Tính lực tác dụng trục: Fr = 2F0 Z sin (α1/2) (6-42) Trong đĩ: Fo: lực căng ban đầu của 1 đai, Fo = 0 . S1 (N) (6-43) 0 = 1,2 MPa = 1,2 . 10 6 Pa= 1,2 .10 6 N/m 2 = 1,2 N/mm 2 88 Z: số đai cần thiết (đai) S1: diện tích tiết diện 1 đai (mm 2 ) 6.4.3. Ví dụ: Thiết kế bộ truyền đai thang truyền dẫn từ động cơ điện đến hộp giảm tốc theo các số liệu sau (với trường hợp cĩ căng đai): - Cơng suất: N1 = 5,5 kW. - Số vịng quay của trục dẫn: n1 = 1.440 vịng/phút - Số vịng quay của trục bị dẫn: n2 = 550 vịng/phút. - Sai số cho phép: 5 %. - Tải trọng làm việc: ổn định. - Bộ truyền làm việc: 1 ca. Giải: 1. Chọn loại đai (tiết diện dây đai): Tính mơmen xoắn trên trục dẫn: T1 = 9550. 1440 5,5 = 36,476 N.m Tra bảng (6-2a) ta chọn 2 phƣơng án: đai thang A(1) hoặc đai thang hẹp YO(2). Ở bài tốn này ta chỉ tính cho phương án 1. 2. Định đƣờng kính bánh đai : - Đƣờng kính bánh đai nhỏ d1: d1  1,2 d1 min d1 min tra bảng (6-2a) ta đƣợc d1 min = 90 mm , d1  1,2 . 90 = 108 mm. Lấy d1 = 110 mm. - Đƣờng kính bánh đai lớn d2: d2 = d1. i(1- )= 110. 550 1440 = 288. Lấy d2 = 280 mm - Kiểm nghiệm lại số vịng quay thực n’2 của bánh đai lớn: n’2 = (1 - ) n1. 2 1 d d = 1440. 280 110 = 566 vg/phút Sai số vịng quay: 550 550566 % = 2,9 % (< 5%) - Vận tốc của đai: v = 1000.60 11nd (m/s) = 1000.60 1440.110.14,3 = 8,3 m/s 3. Xác định sơ bộ khoảng cách trục A: 89 - Chọn theo bảng (6-4), theo tỉ số truyền i = 2,6 thì A/d1 = 2,8; nên: A = 2,8 d1 = 2,8 x 110 = 308 mm - A thỏa mãn điều kiện: 2 (d1 + d2)  A  0,55 (d1 + d2) + h (h tra bảng 6-1) 2(110 + 280)  A  0,55 (110 + 280) + 8 780  A  222,5 4. Tính chiều dài L: - Theo cơng thức: L  2A +   A dddd 42 )( 2 1212   L = 2.308 + 2 )110280(14,3  + 308.4 )110280( 2 = 1251,8 mm Chọn L = 1250 mm (theo tiêu chuẩn) 5. Xác định chính xác khoảng cách trục A: - Xác định A theo L tiêu chuẩn theo cơng thức: A = 4 1 L - 2 )( 12 dd  + 212 2 12 )(2 2 )( dd dd L          = 4 1 = 307 mm 6. Tính gĩc ơm 1 : - Theo cơng thức: 1  180 o - o A dd 57.12  = 180 0 - 307 110280 .57 0 = 148 0 Vậy thoả mãn điều kiện: 1 > 120 0 7. Xác định số dây đai cần thiết Z: Z   N KN d. và  N = (N0.C .CL + 9550 1nT ) = (1,7.0,914.1 + ) 9550 1440.2,1 = 1,77 N0: tra hình (6-15) ta cĩ: N0 = 1,7 C = 0,914 (tra bảng 6-5) CL = 1 : (tra bảng 6-6) 1T = 1,2 (tra bảng 6-7)- số gia mơmen xoắn Kđ = 1 (tra bảng 6-2)                   2 2 )110280(2 2 )110280(14,3 1250 2 )110280(14,3 1250 90 Z   77,1 1.5,5 = 3,1. Vậy lấy Z = 4 8. Tính chiều rộng bánh đai B: - Theo cơng thức: B = (Z – 1)t + 2s Tra bảng (6-8), t = 15 mm, s = 10, B = (4 – 1).15 + 2.10 = 65 mm 9. Tính lực tác dụng trục: Fr = 2F0 Z sin (α1/2) Trong đĩ: Fo = 0 . S1 = 1,2.81 = 97,2 N 0 = 1,2 MPa = 1,2x10 6 N/m 2 = 1,2 N/mm 2 Z = 4; A1=S1 = 81 mm 2 (tra bảng 6.1 theo A1 hoặc tính tốn) Fr = 2F0 Z sin (α1/2) = 2 x 97,2 x 4 x sin 75 0 = 747 N Ta cĩ bảng kết quả: TT THƠNG SỐ Kí hiệu Đai A Đai YO 1 d1  1,2 d1 min d1 (mm) 110 80 2 d2 = d1. i(1- ) d2 (mm) 280 200 3 n’2 = (1 - ) n1. 2 1 d d n’2 (vg/ph) 566 576 4 v = 1000.60 11nd v (m/s) 8,3 6 5 Asb=2,8.d1 Asb (mm) 308 224 6 L  2A +   A dddd 42 )( 2 1212   L (mm) 1250 900 7 Acx = 4 1 L - 2 )( 12 dd  + 2 12 2 12 )(2 2 )( dd dd L          Acx (mm) 307 222 8 Z   N KN d. Z (đai) 4 4 9 B = (Z – 1)t + 2.s B (mm) 65 52 10 Fr = 2F0 Z sin (α1/2) Fr (N) 747 520 Kết luận: So sánh 2 phƣơng án ta thấy phƣơng án 2 (đai YO) cĩ cùng số dây đai nhƣng kích thƣớc nhỏ gọn và lực tác dụng lên trục bánh đai nhỏ hơn so với phƣơng án 1 (đai A). 91 CÂU HỎI ƠN TẬP 1. Định nghĩa truyền động đai? Trình bày nguyên lý làm việc (cấu tạo)- vẽ hình- phân loại và các phƣơng pháp điều chỉnh sức căng đai? 2. Trình bày các thơng số hình học chính của bộ truyền đai? 3. Tính tốn lực tác dụng và ứng suất trong bộ truyền đai? 4. Trình bày sự trƣợt của đai? 5. Các phƣơng pháp tính tốn truyền động đai? 6. Phân tích lực tác dụng lên trục bánh đai? Nêu ra các loại ứng suất trong đai? 7. Vẽ đồ thị đƣờng cong trƣợt và đƣờng cong hiệu suất trong truyền động đai? Qua đồ thị đĩ cĩ nhận xét gì (nêu ngắn gọn)? 8. Nêu ƣu-nhƣợc điểm và phạm vi ứng dụng của bộ truyền đai? 92 Chƣơng 7. TRUYỀN ĐỘNG VÍT-ĐAI ỐC 7.1. Khái niệm chung 7.1.1. Giới thiệu bộ truyền vít – đai ốc Bộ truyền vít – đai ốc dùng để biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến nhờ sự tiếp xúc và đẩy nhau của ren vít và ren đai ốc. Bao gồm hai bộ phận chính: vít (1) cĩ ren ngồi, đai ốc (2) cĩ ren trong (hình 7.1). Tùy theo yêu cầu về bố trí kết cấu và sử dụng cĩ thể cĩ các phƣơng án phối hợp chuyển động của vít và đai ốc nhƣ sau: Hình 7.2 Cơ cấu chạy dao trên máy tiện + Vít quay, đai ốc tịnh tiến 93 Ví dụ 1: Vít chạy dao trong máy tiện trên hình máy tiện trên hình 7.2: hai đầu vít 1 đƣợc đặt trên hai gối đỡ, đai ốc gắn cứng với bàn chạy dao, bàn chạy dao nối với thân máy bằng khớp trƣợt (dùng ống trƣợt hay rãnh trƣợt); khi quay vít 1, đai ốc gắn với bàn chạy dao sẽ chuyển động tịnh tiến so với thân máy. + Vít vừa quay vừa tịnh tiến, đai ốc cố định. Ví dụ 2: Cơ cấu máy ép, cơ cấu kích vít (hình 7.3a). + Đai ốc quay, vít tịnh tiến. Ví dụ 3: Cơ cấu kích vít trên hình 7.3b và hình 7.3c. Trên hình 7.3b bánh răng nĩn 3 gắn cố định với đai ốc 2 và nối với thân máy bằng khớp quay, do đĩ khi quay bánh răng 3, đai ốc sẽ quay , cịn vít sẽ tịnh tiến. Trên hình 7.3c thay vì dùng bộ bánh răng nĩn, dùng bộ truyền trục vít. a) b) c) Hình 7.3 Cơ cấu kích vít  Ƣu điểm + Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, gọn. + Khả năng tải cao, làm việc tin cậy. + Làm việc êm, khơng ồn. + Tạo đƣợc lực dọc trục rất lớn (gấp hàng trăm lần lực vịng làm quay vít). 94 + Cĩ thể thực hiện các di chuyển chậm và chính xác.  Nhƣợc điểm + Hiệu suất thấp do ma sát trên ren. + Ren bị mịn nhanh do ma sát lớn.  Phạm vi sử dụng Sử dụng rộng rãi trong các thiết bị nhằm tạo lực lớn nhƣ kích vít, vít ép; trong các cơ cấu yêu cầu chuyển vị chính xác (cơ cấu chạy dao trong máy cắt, các dụng cụ đo, các thiết bị định vị và điều chỉnh) 7.1.2. Phân loại bộ truyền vít đai ốc: Tùy theo hình dạng ren trong tiết diện dọc trục đƣợc sử dụng, bộ truyền vít đai ốc đƣợc chia thành các loại: - Bộ truyền vít đai ốc dùng ren hình thang (hình 7.4a): cĩ độ bền khá cao, dễ gia cơng, tiếp nhận đƣợc tải trọng dọc trục lớn, thƣờng dùng trong các cơ cấu truyền lực hai chiều. Trong các vít tải, để tạo lực dọc trục lớn, thƣờng dùng ren hình thang bƣớc lớn. Trong vít me của cơ cấu chạy dao tiện, để giảm ma sát, tăng hiệu suất truyền động, thƣờng dùng ren nhiều đầu mối. Để khử khe hở do mịn, đai ốc của vít me thƣờng gồm hai nửa (đai ốc hai nửa, đai ốc ghép – hình 7.5a). - Bộ truyền vít đai ốc dùng ren hình răng cƣa (hình 7.4b): hiệu suất truyền động tƣơng đối cao, dùng trong các bộ truyền chịu lực theo một chiều nhất định (vít của máy ép, vít của cơ cấu kích vít,). Đối với cơ cấu kích vít, để dễ tự hãm, thƣờng dùng ren một đầu mối (cĩ gĩc vít  bé). - Bộ truyền vít đai ốc dùng ren hình vuơng (hình 7.4c): hiệu suất truyền động rất cao nhƣng ren vuơng khĩ chế tạo, khi mịn tạo thành khe hở dọc trục khĩ khắc phục, do đĩ hiện nay ít dùng. - Bộ truyền vít đai ốc dùng ren tam giác (hình 7.4d): để thực hiện các dịch chuyển chính xác, khơng quan tâm đến hiệu suất truyền động. 95 Để thực hiện dịch chuyển chính xác, dùng ren bƣớc nhỏ. Để đảm bảo cho bộ truyền khơng cĩ khe hở, dùng đai ốc kép (hình 7.5b). Hình 7.4b Ren răng cưa Hình 7.4a Ren hình thang Hình 7.4c Ren hình vuơng Hình 7.4d Ren tam giác Hình 7.5a Đai ốc hai nửa Hình 7.5b Đai ốc kép + Ngồi ra, để giảm ma sát, do đĩ giảm đƣợc độ mịn của vít và tăng hiệu suất truyền động, đồng thời cĩ thể nâng cao độ chính xác của chuyển động, gần đây sử dụng rộng rãi bộ truyền vít đai ốc bi. Kết cấu bộ truyền vít đai ốc bi nhƣ trên hình 7.6a và 7.6b. Giữa các rãnh của đai ốc (1) và vít (2) cĩ đặt viên bi (3), nhờ đĩ ma sát trƣợt giữa ren vít và ren đai ốc biến 96 thành ma sát lăn giữa các viên bi với ren vít và ren đai ốc. Để đảm bảo ma sát lăn hồn tồn, bi cần phải chuyển động liên tục nhờ máng (4) để dẫn bi từ rãnh cuối của đai ốc về rãnh đầu (cịn gọi là rãnh hồi bi). Để khử khe hở giữa vít và đai ốc hình thành trong quá trình truyền lực, ngƣời ta dùng đai ốc kép (hình 7.6c) bao gồm hai đai ốc (1) và (2), ở giữa đặt vịng căng (3) cĩ bề mặt đƣợc đánh bĩng với chiều dày nhất định để tạo nên lực căng sơ bộ khử khe hở giữa đai ốc và bi. Nhờ vịng căng, các rãnh của hai đai ốc tỳ sát vào bề mặt viên bi và do đĩ khe hở bị triệt tiêu (hình 7.6c và 7.6d). Hình 7.6a,b Vít me – đai ốc bi Hình 7.6c,d Điều chỉnh khe hở trong cơ cấu vít –đai ốc bi So với cơ cấu vít – đai ốc thƣờng, cơ cấu vít – đai ốc bi cĩ hiệu suất cao hơn (do giảm đƣợc ma sát giữa các bề mặt tiếp xúc, hiệu suất cĩ thể đạt 0,9 0,95) và cĩ thể 97 đảm bảo chuyển động ổn định ở vận tốc nhỏ; ít bị nung nĩng; độ chính xác cao hơn. Nhƣợc điểm là độ cứng vững thấp hơn, hành trình ngắn hơn và bơi trơn thƣờng khĩ thực hiện. 7.1.3. Các thơng số chủ yếu của bộ truyền vít đai ốc: 1. Các thơng số của ren + Đƣờng kính ngồi (đƣờng kính danh nghĩa) của ren vít d, của ren đai ốc D. + Đƣờng kính trong của ren vít d1, của ren đai ốc D1. Đƣờng kính trung bình của ren vít: 1 2 2 d d d   , của ren đai ốc: 12 2 D D D   + Bƣớc ren: p Bƣớc ren cĩ hai loại: bƣớc nhỏ và bƣớc lớn. + Bƣớc xoắn vít px (bƣớc của đƣờng xoắn ốc). + Số mối ren của vít: n Với ren một đầu mối: px = p; Với ren n đầu mối: px= np Hình 7.7 Các thơng số của ren + Gĩc vít  (gĩc nâng của đƣờng xoắn ốc trên mặt trụ trung bình). Ta cĩ: 2 2 xp nptg d d      (7.1) + Gĩc prơfin ren (gĩc tiết diện ren): + Chiều cao làm việc của ren: h 98 2. Các thơng số khác + Chiều cao của đai ốc H + Số vịng ren của đai ốc x + Khoảng dịch chuyển cần thiết l0 của vít hay của đai ốc ( chiều cao nâng trong kích vít, hành trình bàn chạy dao trong cơ cấu chạy dao) + Chiều dài lr của phần gia cơng ren trên vít, lr phụ thuộc vào khoảng dịch chuyển cần thiết l0 của vít hay đai ốc. Với kích vít thƣờng lấy: lr=(810)d. + Khoảng cách giữa hai gối đỡ vít: l + đƣờng kính ngồi cùng của đai ốc De thƣờng chọn bằng: De=((33,5)d. + Tỷ số 2 2 xpds np d     cho biết chuyển vị của một trong hai chi tiết so với gĩc quay của chi tiết kia 7.2. Tính tốn truyền động vít đai ốc 7.2.1. Các dạng hỏng chủ yếu và chỉ tiêu tính tốn Dạng hỏng chủ yếu là mịn mặt ren, cần tính tốn tồn bộ truyền theo độ bền mịn theo điều kiện: p0 ≤ [p0] trong đĩ: p0: áp suất trên mặt ren, [p0]: áp suất cho phép. Muốn giảm mịn cần chọn vật liệu thích hợp và bơi trơn tốt. Ngồi ra, các vít chịu lực lớn cĩ thể gãy hỏng do khơng đủ độ bền, cần kiểm nghiệm vít về độ bền. Với các vít dài và chịu nén, cĩ thể bị uốn dọc và khơng ổn định do đĩ cần kiểm nghiệm vít về ổn định (tính về uốn dọc). 7.2.2. Tính bộ truyền vít đai ốc theo độ bền mịn: Áp suất sinh ra trên bề mặt tiếp xúc giữa ren vít và đai ốc phải thỏa mãn điều kiện:  0 0 2 aFp p d hx   Fa: lực dọc trục (N), d2: đƣờng kính trung bình của vít (mm), h: chiều cao làm việc của ren (mm), x: số vịng ren trên đai ốc. Ta cĩ: h= ψh.p với p là bƣớc ren Với ren thang, hệ số ψh=0,5; ren răng cƣa ψh=0,75; ren tam giác ψh=0,54; 99 Và H x p  với H: chiều cao đai ốc. Suy ra:  0 0 2 a h F p p d H    Đặt H = ψh.d2 Hệ số ψh=1,2 2,5 đối với đai ốc nguyên và ψh = 2,5 3,5 đối với đai ốc ghép. Suy ra :  2 0 a h H F d p   (7.2) Lấy d2 theo giá trị tiêu chuẩn. Tra tiêu chuẩn cho các thơng số khác của vít nhƣ d, d1, p. Áp suất cho phép:  0 11 13p MPa  đối với vít bằng thép tơi – đai ốc bằng đồng thanh;  0 8 10p MPa  đối với thép khơng tơi – đồng thanh;  0 4 6p MPa  đối với thép khơng tơi – gang. 7.2.3. Tính bộ truyền vít đai ốc về độ bền Khi làm việc, vít vừa chịu kéo (hoặc nén) vừa chịu xoắn, ta cĩ điều kiện bền:  2 23td      (7.3) (theo lý thuyết bền thế năng biến đổi hình dáng – lý thuyết bền thứ 4) Trong đĩ: σ: là ứng suất kéo đo lực dọc trục Fa: 2 1 4 aF d    τ: là ứng suất xoắn đo momen xoắn T (momen làm quay vít hay đai ốc): 3 0 1 16 W T T d     d1: đƣờng kính trong của ren vít W0: momen chống xoắn của vít [σ]: ứng suất cho phép:   ch s    Σch: giới hạn chảy của vật liệu; s: hệ số an tồn, cĩ thể lấy :s = 3. 100 7.2.4. Tính bộ truyền vít đai ốc theo điều kiện ổn định Để vít khơng bị hỏng do uốn dọc, lực nén phải thỏa mãn điều kiện ổn định Euler: th a F F s  (7.4) Với Fa lực dọc trục; Fth: tải trong tới hạn; s: hệ số an tồn về ổn định s=2,5 4. Tải trọng tới hạn Fth đƣợc xác định dựa trên độ mềm λ của vít: l i    Trong đĩ: + μ: hệ số phụ thuộc vào phƣơng pháp cố định hai đầu vít. + l: chiều dài tính tốn của vít. μ = 1: Khi hai đầu vít đặt trên ổ trục cĩ chều dài ổ B≤2d0 với d0: đƣờng kính ổ μ = 2: Khi một đầu bị ngàm, một đầu tự do. μ = 0,7: Khi một đầu bị ngàm, một đầu đặt trên ổ trục cĩ chiều dài ổ B≤2d0 μ = 0,5: Khi cả hai đầu bị ngàm. Lƣu ý nếu dùng đai ốc làm gối đỡ thứ hai, coi nhƣ vít bị ngàm một đầu. Với vít hai gối đỡ thì chiều dài tính tốn l là khoảng cách giữa hai gối đỡ. Với vít một gối đỡ thì chiều dài tính tốn l là khoảng cách từ giữa chiều cao đai ốc đến gối đỡ.  Khi λ≥100:   2 2 EJ thF l    (cơng thức Euler). 4 1 64 d J   : momen quán tính của tiết diện vít; E:moddun đàn hồi của vít.  Khi 60<λ<100: Fth đƣợc tính theo cơng thức thực nghiệm: Fth=0,25πd1 2 (a- bλ) a và b hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào vật liệu vít: Với thép 45: a=450; b=1,67 Với thép: a=473; b=1,87 101  Khi λ≤60: khơng cần kiểm nghiệm về ổn định. 7.3. Trình tự thiết kế truyền động vít-đai ốc - Số liệu cho trƣớc Trị số của tải trọng dọc trục Fa của vít, khoảng dịch chuyển cần thiết l0 của vít hay đai ốc, cơng dụng và điều kiện làm việc của bộ truyền. - Trình tự thiết kế 1. Chọn vật liệu vít và đai ốc (dựa trên cơng dụng của bộ truyền) 2. Xác định áp suất cho phép [p0], ứng suất cho phép [σ] (nếu cần kiểm nghiệm về độ bền) 3. Chọn prơfin ren (dựa trên trị số và chiều của lực dọc trục Fa). Xác định ψh. Chọn kết cấu đai ốc dựa trên cơng dụng của bộ truyền (đai ốc nguyên, đai ốc hai nửa, đai ốc kép), xác định ψh. 4. Xác định đƣờng kính trung bình d2 của vít treo điều kiện bền mịn (7.2). Chọn d2 theo tiêu chuẩn. Dựa trên d2, tra tiêu chuẩn, xác định các thơng số khác của vít nhƣ d, d1. Dựa vào cơng dụng bộ truyền, yêu cầu tự hãm hay khơng để chọn số mối ren n, bƣớc ren p, xác định gĩc vít γ theo biểu thức (7.1) và chiều dài phần gia cơng ren lr của vít. 5. Xác định chiều cao H và số vịng ren x của đai ốc: H =ψhd2, H x p  . 6. Kiểm nghiệm bộ bền của vít theo điều kiện (7.3) (với các vít chịu tải lớn). 7. Kiểm nghiệm vít để điều kiện ổn định theo điều kiện (7.4) (với các vít dài và chịu nén). CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Trình bày cơng dụng, ƣu nhƣợc điểm và phạm vi ứng dụng của bộ truyền vít – đai ốc. 2. Những loại ren nào thƣờng dùng trong bộ truyền vít – đai ốc? Ƣu nhƣợc điểm của mỗi loại?