Giáo trình môn học: Nguyên lý chi tiết máy

iết dựa trên các nguồn tại liệu đã trình bày trong phần tài liệu tham khảo, khơng nhằm mục đích cá nhân hay kinh tế, tơi xin cam đoan tài liệu này lấy từ nguồn nào là cĩ trích dẫn cụ thể. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. LỜI NĨI ĐẦU Mơn Nguyên lý – Chi tiết máy là mơn học cơ sở ngành đầu tiên đối với sinh viên các trường Trung học, Cao đẳng và Đại học các ngành kỹ thuật khơng chuyên về cơ khí hay xây dựng. Giáo trình Cơ kỹ thuật gồm kiến thức của hai mơn học Cơ học lý thuyết và Sức bền vật liệu như một số trường Đại học và Cao đẳng khác đang sử dụng. Giáo trình được chia làm 2 chương: chương 1: Cơ học máy trình bày những kiến thức về cơ cấu máy. Chương 2: Chi tiết máy. Trong chương này Học sinh – Sinh viên được trang bị những kiến thức cơ bản về tính tốn các kết cấu (chủ yếu là thanh) về độ bền, độ cứng cũng như những cơ cấu truyền động trong máy. Giáo trình này được dùng để giảng dạy cho sinh viên Cao đẳng và Trung cấp Nghề của trường CDN BR - VT, đồng thời cũng cĩ thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ kỹ thuật. Khi biên soạn quyển giáo trình này chúng tơi đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới về ngành cơ học. Tuy nhiên, do trình độ và thời gian cĩ hạn, chắc chắn sẽ khơng thiếu những sai sĩt. Rất mong đồng nghiệp và sinh viên gĩp ý kiến cho lần tái bản sau. Mọi ý kiến đĩng gĩp xin được gửi về theo địa chỉ: Khoa Cơ Khí, Trường Cao đẳng Nghề Bà Rịa – Vũng Tàu Tác giả Th.s :Nguyễn Hữu Tuấn MỤC LỤC CHƯƠNG 1: ĐỘNG HỌC CƠ CẤU 1 1.1.Một số khái niệm 1 1.2. Giới thiệu chung các cơ cấu thơng dụng 11 CHƯƠNG 2: CHI TIẾT MÁY 17 2.1. Mối ghép đinh tán 17 2.2.Mối ghép hàn 24 2.3. Mối ghép then 31 2.4.Mối ghép ren 37 2.5.Truyền động đai 47 2.6. Truyền động bánh răng 55 2.7.Truyền động trục vít 62 2.8. Truyền động xích 67 2.9.Trục- then 74 2.10.Ổ lăn 78 2.11.Ổ trươt 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 CHƯƠNG TRÌNH MƠN HỌC NGUYÊN LÝ - CHI TIẾT MÁY Mã số của mơn học: MH 18 Thời gian của mơn học: 80 giờ. (LT: 35giờ; BT: 45 giờ) I. VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT MƠN HỌC - Vị trí: + Mơn học Nguyên Lý-Chi Tiết Máy được bố trí sau khi sinh viên đã học xong tất cả các mơn học, mơ-đun: vẽ kỹ thuật, vật liệu cơ khí, cơ lý thuyết, sức bền vật liệu, Autocad, dung sai–đo lường kỹ thuật. + Mơn học bắt buộc trước khi sinh viên học các mơn học chuyên mơn. - Tính chất: + Là mơn học kỹ thuật cơ sở bắt buộc, vừa mang tính chất lý thuyết và thực nghiệm. + Là mơn học giúp cho sinh viên cĩ khả năng tính tốn, thiết kế, kiểm nghiệm các chi tiết máy hoặc bộ phận máy thơng dụng đơn giản. II. MỤC TIÊU MƠN HỌC: - Nêu lên được tính chất, cơng dụng một số cơ cấu và bộ truyền cơ bản trong các bộ phận máy thường gặp. - Phân biệt được cấu tạo, phạm vi sử dụng, ưu khuyết điểm của các chi tiết máy thơng dụng để lựa chọn và sử dụng hợp lý. - Phân tích động học các cơ cấu và bộ truyền cơ khí thơng dụng. - Xác định được các yếu tố gây ra các dạng hỏng đề ra phương pháp tính tốn, thiết kế hoặc thay thế, cĩ biện pháp sử lý khi lựa chọn kết cấu, vật liệu để tăng độ bền cho các chi tiết máy. - Vận dụng những kiến thức của mơn học tính tốn, thiết kế, kiểm nghiệm các chi tiết máy hoặc bộ phận máy thơng dụng đơn giản. - Cĩ ý thức trách nhiệm, chủ động học tập. III. NỘI DUNG MƠN HỌC: 1. Nội dung tổng quát và phân phối thời gian: Số TT Tên chương mục Tổng số Lý thuyết Thực hành Bài tập I Nguyên lý máy 45 16 29 1 Cấu tạo cơ cấu 2 2 0 2 Động học cơ cấu 2 2 0 3 Phân tích lực trên cơ cấu phẳng 3 2 1 4 Động lực học máy 2 1 1 5 Cơ cấu khớp loại thấp 2.5 2 0.5 6 Cơ cấu khớp loại cao 3.5 2 1.5 II Chi tiết máy 35 19 16 1 Mối ghép đinh tán 2.5 1 1.5 2 Mối ghép hàn 3 1 2 3 Mối ghép then và trục then 2.5 1 1.5 4 Mối ghép ren 3 1 2 5 Bộ truyền động đai 7.5 3 4.5 6 Truyền động bánh răng 14 6 8 7 Truyền động trục vít – bánh vít 8 3 5 8 Truyền động xích 7.5 3 4.5 9 Trục 5.5 2.5 3 10 Ổ trục 6.5 2.5 3.5 Tổng cộng 80 35 45 CHƯƠNG I ĐỘNG HỌC CƠ CẤU Ở phần này, ta tập trung nghiên cứu chuyển động của cơ cấu cũng như phân tích được đặc tính của cơ cấu. Mục tiêu: Hiểu được các cơ cấu thơng dụng. Giải được các bài tốn cơ cấu chứa các khớp loại 5. Xác định được đối tượng nghiên cứu của mơn học. Nắm được phương pháp nghiên cứu. Xác định được bậc tự do của cơ cấu. Phân tích được và xếp loại cơ cấu phẳng. 1.1.MỘT SỐ KHÁI NIỆM Khi chuyển từ việc nghiên cứu một hệ cơ chung chung, khái quát sang việc khảo sát một cơ hệ cụ thể trong kỹ thuật thì người ta đưa ra một số tên gọi, khái niệm cho phù hợp với quy trình chế tạo, lắp ráp, sử dụng. Sau đây ta làm quen với những khái niệm đĩ. 1.1.1.Chi tiết máy: Đĩ là tên gọi cho một sản phẩm, một vật thể, được chế tạo khơng cĩ cơng đoạn lắp ráp. Đĩ là các vật được chế tạo bằng các biện pháp như đúc, dập, cắt gọt chẳng hạn. Khâu: Đĩ là một vật thể, cĩ thể rắn tuyết đối, rắn biến dạng, bằng khí, chất lỏng. Khâu cĩ thể do một hoặc nhiều chi tiết ghép chặt với nhau. Biện pháp tạo khâu từ chi tiết máy rất đa dạng: dán, hàn, may, cột dây, gắn bằng đinh, gắn bằng bulơng,. Khớp nối: Đĩ là nơi tiếp xúc giữa hai vật thể. Nếu khớp nối khiến hai vật được nối khơng thể chuyển động tương đối với nhau, thì khớp nối này được gọi là khớp cứng. Khi một trong hai vật nối bởi khớp cứng được cho là cố định thị khớp cứng được gọi là ngàm. Nếu khớp nối vẫn cho phép hai vật chuyển động tương đối đối với nhau thì khớp được gọi là khớp động. Các vật thể được nối bởi khớp động được gọi là các khâu, khái niệm vừa được nêu ở trên. Cơ cấu: Là tập hợp các khâu được nối động sao cho chuyển đơng giữa chúng liên quan nhau. Khái niệm cơ cấu là khái niêm cơ bản khi ta nghiên cứu sự chuyển động của các bộ phận máy hay một thiết bị. Cơ cấu cĩ tất cả các khâu chuyển động song phẳng với cùng một mặt phẳng quy chiếu thì được gọi là cơ cấu phẳng. Máy : Là cơng cụ do con người chế tạo ra cĩ nhiệm vụ biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác, hoặc biến đổi các thơng số chuyển động, nhằm thay thế lao động chân tay, nâng cao hiệu suất lao động. Máy được tạo bởi các cơ cấu. Hình 1.2- : Cơ cấu máy Phân loại khớp động: Các khớp động được phân loại theo số bậc tự do bị hạn chế gây ra bởi khớp trong chuyển động tương đối giữa hai khâu. Khi khảo sát chuyển đơng tương đối giưa hai vật ta phải cho một vật làm vật quy chiếu. Trong trường hợp tổng quát, chuyển động của vật thể trong một hệ quy chiếu nào đĩ cĩ bậc tự do là 6 [3]. Do vậy khớp động gồm 5 loại. Nếu khớp động hạn chế một bậc tự do thì gọi là khớp động loại 1, nếu hạn chế hai bậc tự do –khớp động loại 2. Khớp động cĩ số thứ tự loại cao nhất là khớp động loại 5, nĩ hạn chế 5 bâc tự do. Hai khâu được nối với nhau bằng khớp động loại 5 chỉ cĩ thể chuyển động tương đối với nhau bằng là quay quanh trục cố định, hay tịnh tiến theo một quỹ đạo đã biết hoặc vừa quay vừa tịnh tiến được, nhưng giữa chuyển động quay và tịnh tiến bị ràng buộc nhau. Như vậy khớp loại 5 cĩ ba loại. Lược đồ khớp: Là hình vẽ quy định cách biểu thị khớp và loại khớp. Sau đây là lược đồ của một số khớp thơng dụng. Khớp loại 5: Khớp bản lề Khớp bản lề là khớp loại 5 cho phép hai khâu được nối chỉ chuyển động quay đối với nhau quanh một trục cĩ vị trí cố định đối với mỗi khâu. Lược đồ khớp bản lề như trên hình 12.1. Trên hình 12.1a,b thì khớp được biểu thị bởi vịng trịn rỗng, tức khơng tơ đậm phần giới hạn bên trong đường trịn. Trên hình 12.1a thì khớp chuyển động, cịn hình 12.1b,c thi khớp và vật 1 cố định. a b c Hình 1.3 -: Lược đồ khớp quay loại 5 1.1.8.2. Khớp tịnh tiến hay khớp trượt: Khớp động loại 5 cho phép hai khâu nối cĩ chuyển động tương đối với nhau là tịnh tiến theo một quỹ đạo cho trước thì gọi là khớp tịnh tiến loại 5, hay vắn tắt la khớp trượt. Lược đồ khớp trượt như hình 1.4. Một trong hai khâu được nối bởi khớp được biểu thị bởi hình chữ nhật. Khâu cịn lại được biểu thị bằng một đường thẳng (H.1.4,b,d) hay hai đường thẳng (H.1.4c,e). Nếu một trong hai khâu được cho là đứng yên, thì ta biểu thị khâu đĩ cĩ sọc nghiêng (H.1.4b,d,e). a b c d e Hình 1.4- Lược đồ khớp tịnh tiến Khớp ren: Được tạo thành bởi đường ren lồi trên mặt trụ ngồi của một khâu và đường ren lõm trên mặt trụ trong cua khâu cịn lại. Lược đồ của khâu cịn lại như trên hình 12.3. Khi hai đầu quay đối với nhau được một vịng thì chúng dich chuyển dọc theo trục quay đối với nhau một quảng đường cĩ độ dài xác định, gọi là bước ren Hình 1.5 Lược đồ khớp ren Khớp bản lề con lăn: Khớp nối cho phép hai khâu chuyển động tương đối với nhau là tịnh tiến theo một quỹ đạo cho trước,và quay quanh trục cĩ vị trí cố định đối với một khâu thì được gọi là khớp bản lề con lăn. Trên hình 1.5 là lược đồ khớp bản lề con lăn mà một trong hai khâu(khâu 1) được cho là cố định Hình 1.5- Lược đồ khớp khớp bản lề con lăn Khớp loại 4: hạn chế 4 bậc tự do. Khớp cầu cĩ chốt : Khi khớp nối cho phép hai khâu cĩ chuyển động đối với nhau là chuyển động quay quanh các trục giao nhau tại một điểm cố định. Cĩ chốt hạn chế quay quanh một trục nào đĩ. Lược đồ khớp cầu cho trên hình 1.6. Hình 1.6- Khớp cĩ chốt Khớp trụ : Cho phép tịnh tiến và quay quanh một trục nào đĩ. Hình 1.5- Khớp trụ Khớp cứng : Khi hai khớp nối khơng cho phép hai khâu cĩ chuyển động đối với nhau, thì khớp này gọi là khớp cứng, hay ngàm, như đã nêu ở phần định nghĩa về khớp. Trên hình 12.7 là lược đồ khớp cứng,hình 12.7a biểu thị khớp cứng khi cả hai khâu cùng với khớp chuyển động đối với vật quy chiếu, hình 12.7b là khi một trong hai khâu được cho là đứng yên, tức khớp được gọi là ngàm. Lược đồ cơ cấu : Là hình vẽ được quy ước, cho biết số lượng khâu, số lượng cũng như loại của khớp nối các khâu với nhau và trình tự nối giữa chúng. Trên hình 1.8a la lược đồ cơ cấu phẳng bốn khâu với bốn khớp thuộc loại khớp bản lề,trong đĩ khâu 4 được chọn làm hệ quy chiếu. Các khớp bản lề cĩ vị trí tại A,B,C,D. Các khâu được quy ước thể hiện bằng các đoạn thẳng. Trên hình 1.8b là lược đồ cơ cấu phẳng ba khâu, cĩ hai khớp bản lề tại O và O1. khớp giữa khâu 2 và khâu 3 là khớp tựa loại 4. Khi xét chuyển động của cơ cấu thì người ta phải chọn một trong các khâu của nĩ làm hệ quy chiếu, khâu đĩ được gọi là giá hay giá đỡ. Các khâu cịn lại gọi chung là khâu động. Cơ cấu trên hình 1.8a cĩ các khâu 1,2,3 là các khâu động. Khâu nối với giá gọi là khâu nối giá, trên hình 1.8b cĩ ba khâu, khâu 1 là giá, khâu 2 và 3 là các khâu động,đồng thời cũng là các khâu nối giá. Bậc tự do của cơ cấu là bậc tự do trong chuyển động đối với giá của tập hợp các khâu động với các khâu liên kết của cơ cấu. nguyên tắc chung để tính bậc tự do của cơ cấu là thực hiện theo cơng thức sau : BTD = T-R (1.1) Trong đĩ : T-tổng số bậc tự do của các khâu động khi để rời R-tổng số bậc tự do bị hạn chế (cịn gọi là các ràng buộc) do tất cả các khớp gây ra. Cơ cấu trên hình 1.8a cĩ ba khâu động , nếu chúng khơng liên kết với nhau, chúng cĩ thể chuyển động trong mặt phẳng nên bậc tự do của mỗi khâu động là 3 vậy : T = 3 x 3 = 9 Mỗi khớp bản lề khi nối hai khâu lại đã hạn chế trong ba bậc tự do của chuyển động song phẳng,do vậy đã gây ra hai ràng buộc,vậy với số lượng 4 khớp bản lề. Ta cĩ : R = 4 x 2 =8 Vậy bậc tự do của cơ cấu, tính theo cơng thức (1.1) bằng : BTD = 9 – 8 = 1 Trong cơ cấu trên hình 12.8b thì : T = 2 x 3 = 6 Mỗi khớp tại O và O1 gây ra hai ràng buộc.Khớp nối giữa khâu 2 và khâu 3 chỉ hạn chế một trong ba chuyển động trong chuyển động song phẳng là chuyển động theo phương pháp tuyến chung của khâu 3 và khâu 2,tức chỉ gây ra một ràng buộc. Vậy trong cơ cấu trên hình 12.8b thì : R = 2 x 2 + 1 = 5 Vậy bậc tự do của cơ cấu này bằng : BTD = 6 -5 = 1 Trong thực tế kỹ thuật thường sử dụng cơ cấu 1 bậc tự do. Tuy nhiên các máy cĩ khả năng thực hiện các chức năng phức tạp thì số bậc tự do thường cao hơn 1.ví dụ,máy phay cĩ bậc tự do tối thiểu là 3,máy tiện là 2, các tay máy cĩ bậc tự do 3,4 hoặc 5 được sử dụng phổ biến. Như ta biết, theo định nghĩa về bâc tự do của cơ hệ đưa ra trong mơn học cơ học, cơ hệ cĩ bậc tự do bao nhiêu thì cần từng ấy tọa độ suy rộng để biểu thị chuyển động của mọi điểm thuộc hệ. Hiểu điều này trong kỹ thuật là : cơ cấu cĩ bao nhiêu bậc tự do thì cĩ từng đĩ khâu 1 bậc tự do, mà chuyển động của nĩ được chủ động quy định trước. Các khâu cĩ 1 bật tự do, từ cơ học ta đã biết, chỉ cĩ thể là khâu thực hiện hoặc chuyển động quay quanh trục cố định, hoặc chuyển đơng tịnh tiến cĩ quỹ đạo đã biết. Những khâu ma chuyển động đã được quy định trước được gọi là khâu dẫn.vậy khâu dẫn trong kỹ thuật thường hoặc chuyển động quay, hoặc chuyển động tịnh tiến đối với giá,phổ biến hơn cả là khâu cĩ chuyển động quay.Các chuyển động quay cho trước thường được thực hiện bởi động cơ. Ngày nay, với kỹ thuật số người ta cĩ thể tạo ra các chuyển quy luật chuyển động quay phức tạp cho động cơ theo sự mong muốn,nĩi một cách khác là cĩ thể điều khiển chuyển động quay của động cơ.Các khâu động cĩ chuyển động khơng được quy đinh trước thì được gọi là các khâu bị dẫn.Trên hình 12.8a nếu ta chọn khâu 1 làm khâu dẫn thì các khâu 2,3 là các khâu bị dẫn.Trên hình 12.8b nếu chọn khâu 2 làm khâu dẫn thì khâu 3 là khâu bị dẫn. Ví dụ 1: Tính bậc tự do của cơ cấu Gợi ý: - Sớ khâu: 3 khâu động. - Sớ bậc tự do của mỗi khâu động: 3 => T=3x3=9 - Sớ bản lề: 4. - Mỡi bản lề hạn chế: 2 => R=4x2=8 Kết luận: bậc tự do của cơ cấu BTD=T-R=9-8=1 GIỚI THIỆU CHUNG CÁC CƠ CẤU THƠNG DỤNG Nhờ các cơ cấu mà chuyển động từ khâu dẫn được truyền sang các khâu bị dẫn, tức đến các bộ phận máy mong muốn. Tùy theo cách liên kết, tức loại khớp sử dụng, mà các khâu bị dẫn cĩ chuyển động cĩ thể cùng dạng hay khac dạng với chuyển động của khâu dẫn. Ví dụ trên hình 1.8a, nếu chọn khâu 1 làm khâu dẫn, thì khâu bị dẫn 3 cĩ dạng chuyển động giống dạng chuyển động khâu dẫn 1, cịn khâu 2 chuyển động song phẳng, khác dạng với dạng chuyển động của khaau1. Một số dạng cơ cấu thực hiện được dùng rất phổ biến trong kỹ thuật đĩ là : cơ cấu chỉ chứa các khớp loại 5, cơ cấu cam,cơ cấu ma sát,cơ cấu ma sát,cơ cấu bánh răng, bộ truyền đai, bộ truyền xích,cơ cấu mal-tơ, cơ cấu bánh cĩc. Cơ cấu được dùng phổ biến nhất là cơ cấu cĩ một bâc tự do, vì vậy trong tài liệu này chúng ta chủ yếu chỉ đề cập đến cơ cấu 1 bậc tự do. Về mặt chế tạo thì cơ cấu đơn giản nhất là cơ cấu mà các khớp của nĩ hồn tồn thuộc loại 5.Cơ cấu chứa hồn tồn khớp loại 5, cĩ 1 bậc tự do, cĩ số khâu ít nhất là cơ cấu cĩ 4 khâu,ví dụ cơ cấu cĩ lược đồ trên hình 1.8a. Cơ cấu 1 bậc tự do cĩ số khâu là 3, tức chỉ cĩ 2 khâu động khơng thể chứa cả ba khớp loại 5 mà phải cĩ một khớp thuộc loại 4. Chuyển từ cơ cấu bốn khâu sang cơ cấu ba khâu đã giảm bớt một khâu, tuy nhiên về mặt chế tạo thì khớp loại 4 yêu cầu chế tạo phức tạp hơn rất nhiều. Đặc biệt trong khớp loại 4, lực truyền từ khâu này sang khâu khác tiếp xúc với nĩ chỉ tại mot điểm hay một đường cho nên vật liệu dẽ bị mịn, vì vậy cơ cấu ba khâu chứa khớp loại 4 thường được chế tạo từ loại vật liệu tốt,chịu lực cao,điều này ngược lại khiến cho qua trình gia cơng khĩ khăn,chi phí cao. Bù lại nhược điểm này thì cơ cấu ba khâu cĩ ưu điểm hơn hẳn cơ cấu chứa chỉ khớp loại 5 la đảm bảo được yêu cầu mong muốn về quy luật chuyển động của khâu bị dẫn. Các cơ cấu loại ba khâu khác nhau mà ta sẽ quan sát thỏa được các yêu cầu đặc biệt về mặt động học như: cơ cấu cam cho phép tạo quy luật chuyển động khâu bị dẫn hồn tồn theo mong muốn ,cơ cấu ma sát,cơ cấu bánh răng-tỷ số vận tốc giữa khâu dẫn và khâu bị dẫn khơng đổi, cơ cấu mal-tơ và cơ cấu bánh cĩc-tạo chuyển động ngắt quảng theo yêu cầu. Khi truyền chuyển động quay giữa các trục xa nhau thì bộ truyền xích cĩ ưu thế so với cơ cấu bánh răng.Cơ sở lý thuyết để tính tốn động học cũng như là động lực học cơ cấu đã đề cập trong mơn cơ học. Trong tài liệu này tập trung phân tích các đặc trưng động học của cơ cấu trên quang điểm kỹ thuật để làm rõ hơn các ưu điểm của từng loại cơ cấu giúp chúng ta cĩ cơ sở chọn lựa loại cơ cấu với mục đích thỏa mãn các nhiệm vụ cụ thể cho trước về truyền chuyển động.Chúng ta sẽ tìm hiểu các đặc điểm động học của chúng lần lượt trong các mục III đến VIII. 1.2.1.Cơ cấu chứa các khớp loại 5 Cơ cấu bốn khâu bản lề Hình 1.9 Lược đồ cơ cấu bốn khâu bản lề Cơ cấu điển hình của loại cơ cấu 1 bậc tự do chỉ chứa các khớp loại 5, là cơ cấu phẳng bốn khâu chỉ chứa các khớp bản lề (H.1.9), nên cĩ tên gọi là cơ cấu bốn khâu bản lề. Khi cho khâu 1 quay thì khâu 3 sẽ thực hiện được chuyển động quay, khâu 2 cĩ chuyển động song phẳng. Nhờ khâu 2 mà chuyển động của khâu 1 đã gây ra chuyển động của khâu 3, nên khâu 2 được gọi là thanh truyền. Cơng dụng chủ yếu của cơ cấu là để truyền chuyển động quay từ vật thể này sang vật thể khác. Do cĩ sự liên kết giữa các khâu mà khâu 1 và khâu 3 tuy nối với giá bằng khớp bản lề song cĩ thể khơng quay được quanh trục 3600 (trong kỹ thuật gọi là quay tồn vịng), tức lam được nhiệm vụ tay quay. Điều kiện này gọi là điều kiện quay tồn vịng. Cĩ 3 đặc điểm động học sau đây được quan tâm trong kỹ thuật: -Điều kiện quay tồn vịng Ký hiệu chiều dài khoảng cách O1A = l1, AB = l2, BO2 = l3, O1O2 = l4 . Khâu 1 sẽ quay tồn vịng nếu thỏa mãn bất đẳng thức sau: (1.2) Nếu kèm với (1.2) mà l1 là ngắn nhất thì chỉ cĩ khâu 1 quay được tồn vịng, cịn khâu 3 khơng quay được tồn vịng. Khi này ta gọi cơ cấu là cơ cấu tay quay thanh lắc. Nếu kèm với bất kỳ đẳng thức (1.2) mà l4 là ngắn nhất thì cả hai khâu nối giá (khâu 1,3) đều là tay quay. -Tỷ số truyền Ký hiệu vận tốc gĩc của khâu 1 là w1, của khâu 3 là w3. Tỷ số truyền giữa chúng ký hiệu là i13, hay vắn tắt là i, là tỷ số sau: i=w1w3 Giả sử khâu 1 là khâu dẫn, quy luật chuyển động quay đã được cho trước, tức cho biết hàm Ψ1(t). Với các kích thước li (i=1÷4) cho trước thì tại bất kỳ vị trí nào của cơ cấu ta cũng xác định được tỷ số truyền bằng phương pháp giải tích đã trình bày trong mơn cơ học. mơt phương phap đồ thị được sử dụng trong kỹ thuật như sau: Để ý 2 khâu khơng kề nhau (khâu 2 và khâu 4, hoặc khâu 1 và khâu 3) cĩ chuyển đơng tương đối đối với nhau là chuyển động song phẳng, ta tiến hành tim vận tốc tức thời trong chuyển động tương đối giữa khâu 1 và khâu 3 (H.1.10), tức hai khâu nối giá, ký hiệu P13. Rõ ràng P13 là giao của đường AB và đường O1O2 kéo dài. Hình 1.10 Xác định tâm vận tốc tức thời giữa hai khâu nối giá Tại P13 thì điểm thuộc khâu 1 cĩ vận tốc bằng điểm thuộc khâu 3, tức: W1P13O1 = w3P13O2 , hay w1w3 = i13 = P13O2P13O1 Trong đĩ : P13O1 -khoảng cách từ điểm P13 đến O1 P13O2 -khoảng cách từ điểm P13 đến O2 Để ý rằng vị trí điểm P13 thay đổi trên đường O1O2 tùy thuộc giá trị gĩc Ψ1 cho nên từ (1.4) ta thấy tỷ số truyền i13 là hàm của gĩc Ψ1, tức của vị trí cơ cấu : i13=i13(Ψ1) Điều này cĩ ý nghĩa, nếu dù khâu 1 chuyển động quay đều thì khâu 3 vẫn chuyển động quay với vận tốc khơng đều. Trong kỹ thuật thường hay yêu cầu chuyển động quay cĩ được phải cĩ vận tốc khơng đổi. chính đặc điểm tỷ số truyền biến thiên là nhược điểm chung của cơ cấu cĩ các khớp tất cả thuộc loai 5. Hình 1.11 Cơ cấu hình bình hành Dạng đặc biệt của cơ cấu 4 khâu bản lề,cĩ tên là cơ cấu hình bình hành (H.1.11) là trường hợp khi : l1 = l3 ,l2 = l4 Trong cơ cấu này gĩc quay của khâu 1 và khâu 3 luơn bằng nhau, vậy tỷ số truyền của cơ cấu luơn bằng 1. Đường AB chuyển động luơn song song với đường O1O2, cĩ nghĩa cĩ phương khơng thay đổi, vậy khâu 2 thực hiện chuyển động tịnh tiến.cơng dụng chủ yếu của cơ cấu hinh bình hành là tạo ra chuyển động tịnh tiến. Câu hỏi ơn tập: Câu 1: Hãy nêu được các cơ cấu thơng dụng? Câu 2:Tính tỉ số truyền trong cơ cấu chứa các khớp loại 5? CHƯƠNG 2 CHI TIẾT MÁY Ở chương này, chúng ta tiến hành tìm hiểu về các mối ghép ứng dụng trong thực tế, cũng như tính tốn các mối ghép. Mục tiêu: + Trình bày được ưu khuyết điểm, cấu tạo, phạm vi sử dụng của mối ghép đinh tán. + Phân tích được điều kiện làm việc, phương pháp lựa chọn sử dụng hợp lý mối ghép chắc. + Xây dựng được các cơng thức tính tốn, kiểm tra hoặc thiết kế mối ghép. + Vận dụng được để tính tốn các bài tập. 2.1.MỐI GHÉP ĐINH TÁN 2.1.1.Định nghĩa, cấu tạo. Mối ghép bằng đinh tán là loại mối ghép cố định và khơng thể tháo được. Các chi tiết được ghép chặt với nhau nhờ đinh tán (rivê), (Hình 2.1) Đinh tán là một thanh hình trụ trịn cĩ mũ; một mũ được chế tạo sẵn gọi là mũ sẵn, một mũ được tạo nên khi tán đinh vào mối ghép gọi là mũ tán. Hình 2.1-: Mối ghép bằng đinh tán 2.1.2. Phân loại - Theo phương pháp gia cơng lỗ tán đinh: Lỗ trên tấm ghép cĩ thể được gia cơng bằng khoan hay đột, dập. Lỗ trên tấm ghép cĩ đường kính bằng hoặc lớn hơn đường kính thân đinh tán d. - Theo phương pháp tán: + Tán nguội, quá trình tán đinh cĩ thể tiến hành ở nhiệt độ mơi trường. Tán nguội dễ dàng thực hiện, giá rẻ; nhưng cần lực lớn, dễ làm nứt đầu đinh. Tán nguội chỉ dùng với đinh tán kim loại màu và đinh tán thép cĩ đường kính d nhỏ hơn 10 mm. + Tán nĩng, đốt nĩng đầu đinh lên nhiệt độ khoảng (1000÷1100)0C rồi tiến hành tán. Tán nĩng khơng làm nứt đầu đinh; nhưng cần thiết bị đốt nĩng, các tấm ghép biến dạng nhiệt, dễ bị cong vênh. - Theo hình dáng mũ đinh: Hình 2.2: Các dạng mũ của đinh tán Mũ cầu, mũ trịn, mũ cơn, mũ chìm, mũ nửa chìm, . . . - Theo kết cấu mối ghép: Tùy theo cơng dụng và kết cấu của mối ghép, mối ghép đinh tán được chia ra: + Mối ghép chắc: Mối ghép chỉ dùng để chịu lực khơng cần đảm bảo kín khít. + Mối ghép chắc kín: Vừa dùng để chịu lực vừa đảm bảo kín khít. + Mối ghép chồng: Hai tấm ghép cĩ phần chồng lên nhau. + Mối ghép giáp mối: Hai tấm ghép đối đầu, đầu của 2 tấm ghép giáp nhau. + Mối ghép một hàng đinh: Trên mỗi tấm ghép chỉ cĩ một hàng đinh. + Mối ghép nhiều hàng đinh: Trên mỗi tấm ghép cĩ nhiều hơn một hàng đinh. 2.1.3.Vật liệu làm đinh tán Đinh tán thường làm bằng kim loại dễ biến dạng, bằng thép ít các bon như CT34, CT38, C10, C15 hoặc bằng hợp kim màu. Thân đinh tán thường là hình trụ trịn cĩ đường kính d, giá trị của d nên lấy theo dãy số tiêu chuẩn. Các kích thước khác của đinh tán được lấy theo d, xuất phát từ điều kiện sức bền đều. h = (0,6 ÷ 0,65).d R = (0,8 ÷ 1).d l = (S1 + S2) + (1,5 ÷ 1,7).d. 2.1.4. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng a) Ưu điểm: So với mối ghép hàn, mối ghép đinh tán cĩ ưu điểm: - Ổn định. - Chắc chắn, chịu được tải trọng rung động. - Dễ kiểm tra. - Ít gây hư hỏng mối ghép khi phải tháo lắp. b) Nhược điểm: - Hao tốn nhiều kim loại. - Giá thành cao. - Hình dáng, kết cấu cồng kềnh. c) Phạm vi sử dụng: Do sự phát triển cơng nghệ hàn, phạm vi sử dụng đinh tán đang dần dần bị thu hẹp lại. Tuy nhiên, mối ghép đinh tán vẫn cịn được sử dụng trong: - Các mối ghép chịu lực lớn, địi hỏi độ chắc chắn trong các kết cấu, các cơng trình xây dựng. - Các mối ghép chắc, kín trong nồi hơi, bình chứa chịu áp lực. - Các mối ghép đặc biệt quan trọng như cầu, cầu trục và những mối ghép trực tiếp chịu tải trọng chấn động hoặc va đập. - Các mối ghép khơng thể nung nĩng được. - Các mối ghép bằng các kim loại khơng thể hàn được. 2.1.2. THIẾT KẾ MỐI GHÉP ĐINH TÁN 2.1.2. 1. Các dạng hỏng của mối ghép và chỉ tiêu tính tốn Khi mối ghép đinh tán chịu tải trọng (Hình 7-3), trên mối ghép cĩ thể xuất hiện các dạng hỏng sau đây: - Thân đinh bị cắt đứt, - Tấm ghép bị kéo đứt tại tiết diện qua tâm các đinh, - Bề mặt tiếp xúc giữa lỗ trên tấm ghép và thân đinh bị dập, - Biên của tấm ghép bị cắt đứt theo các tiết diện cĩ kích thước e, Các tấm ghép bị trượt tương đối với nhau, khơng đảm bảo kín khít. * Chỉ tiêu tính tốn của mối ghép chắc: kết cấu của mối ghép đã được xây dựng trên cơ sở sức bền đều, do đĩ người ta chỉ kiểm tra điều kiện bền τc ≤ [τc], để tránh dạng hỏng cắt đứt thân đinh là đủ. Hình 2.3: Thiết kế mối ghép đinh tán Điều kiện bền τc ≤ [τc] được dùng làm chỉ tiêu tính tốn kiểm tra bền và thiết kế mối ghép đinh tán ghép chắc. Trong đĩ: τc là ứng suất cắt sinh ra trên tiết diện thân đinh. [τc] là ứng suất cắt cho phép của đinh. Q Q * Chỉ tiêu tính tốn của mối ghép chắc kín: tương tự như trên, người ta dùng bất đẳng thức ξ ≤ [ξ] làm chỉ tiêu tính tốn mối ghép chắc kín. Trong đĩ: ξ là hệ số cản trượt của mối ghép, [ξ] là hệ số cản trượt cho phép của mối ghép. 2.1.2. 2. Các cơng thức thiết kế: (Trong các cơng thức này, kích thước d là đường kính đinh tán sau khi đã tán xong, đĩ chính là đường kính lỗ tấm ghép khi khoan). - Kích thước của mối ghép đinh tán ghép chắc được xác định như sau: + Đối với mối ghép chồng một hàng đinh: d = 2.Smin; pđ = 3.d; e = 1,5.d + Đối với mối ghép chồng n hàng đinh: d = 2.Smin; pđ = (1,6.n +1).d; e = 1,5.d + Đối với mối ghép giáp mối hai tấm đệm một hàng đinh: d = 1,5.S; pđ = 3,5.d; e = 2.d + Đối với tấm ghép giáp mối hai tấm đệm n hàng đinh: d = 1,5.S; pđ = (2,4.n + 1).d; e = 2.d - Kích thước của mối ghép đinh tán ghép chắc kín được xác định như sau: + Đối với mối ghép chồng một hàng đinh: d = Smin+ 8 mm; pđ = 2.d + 8 mm; e = 1,5.d + Đối với mối ghép chồng 2 hàng đinh: d = Smin+ 8 mm; pđ = 2,6.d + 15 mm; e = 1,5.d + Đối với mối ghép chồng 3 hàng đinh: d = Smin+ 6 mm; pđ = 3.d + 22 mm; e = 1,5.d + Đối với mối ghép giáp mối hai tấm đệm 2 hàng đinh: d = S + 6 mm; pđ = 3,5.d + 15 mm; e = 2.d + Đối với tấm ghép giáp mối hai tấm đệm 3 hàng đinh: d = S + 5 mm; pđ = 6d + 20 mm; e = 2.d + Chiều dày tấm đệm khi ghép giáp mối: Sđ = 0,75S. Các kích thước pđ, pđ1, e, e1 biểu thị trên hình 7.3, kích thước pđ1 và e1 lấy theo bước đinh pđ: pđ1 = (0,8 ÷ 1).pđ e1 = 0,5.pđ Sau khi đã xác định các thơng số hình học, ta kiểm tra độ bền cắt và độ bền dập: (7.1) (7.2) Trong đĩ: i : số mặt cắt đính tán; z : số lượng đinh tán cùng chịu lực Q; d : đường kính lỗ đinh tán (đường kính đinh tán sau khi đã tán xong). 2.1.3. TÍNH TỐN MỐI GHÉP NHĨM ĐINH TÁN 2.1.3.1. Các cơng thức tính tốn: Trường hợp tải trọng vuơng gĩc với đường tâm đinh tán và phân bố đều trên tồn bộ đinh tán thì: - Đường kính lỗ khoan trên tấm ghép: + Tính theo sức bền cắt: (2.3) + Tính theo sức bền dập: (2.4) Lấy đường kính lỗ khoan: d = max(dc, dd) Đường kính thân đinh tán thường nhỏ hơn đường kính lỗ khoan 0,5mm. - Số lượng đinh tán: (2.5) z phải là một số nguyên. Câu hỏi ơn tập 1- Trình bày các cơng thức tính tốn mối ghép đinh tán? 2- Ưu nhược điểm của mối ghép đinh tán? 3- Vật liệu làm đinh tán? 2.2.MỐI GHÉP HÀN 2.2.1. Khái niệm và phân loại: 2.2.1.1. Khái niệm: Hàn là một quá trình cơng nghệ ghép các chi tiết máy lại với nhau bằng cách nung phần tiếp giáp của chúng đến trạng thái chảy (hàn nĩng chảy), hoặc nung phần tiếp xúc của chúng đến trạng thái dẻo và ép lại với nhau (hàn áp lực), sau khi nguội lực liên kết phân tử ở chỗ tiếp xúc sẽ khơng cho chúng tách rời nhau. Mối ghép như vậy gọi là mối hàn. 2.2.1.2.Phân loại: Tùy theo cơng dụng, vị trí tương đối của các tấm ghép, hình dạng của mối hàn, người ta phân chia mối hàn thành các loại sau: Hình 2.4: Mối hàn giáp mối - Mối hàn chắc: chỉ dùng để chịu tải trọng, - Mối hàn chắc kín: dùng để chịu tải trọng và đảm bảo kín khít, - Mối hàn giáp mối: đầu hai tấm ghép tiếp giáp nhau, hàn thấu hết chiều dày của tấm ghép (Hình 2-4). - Mối hàn chồng: hai tấm ghép cĩ một phần chồng lên nhau (Hình 8-2), Hình 2.5: Mối hàn chồng Hình 2.5: Mối hàn gĩc - Mối hàn gĩc: hai tấm ghép khơng nằm song song với nhau, thường cĩ bề mặt vuơng gĩc với nhau. Mối hàn gĩc cĩ hai loại: mối hàn gĩc theo kiểu hàn giáp mối (Hình 2-5, a), và mối hàn gĩc theo kiểu hàn chồng (Hình 2-5, b). - Mối hàn điểm: là mối hàn tiếp xúc, dùng để hàn các tầm ghép mỏng, các điểm hàn thường cĩ dạng hình trịn (Hình 2-6, a). - Mối hàn đường: là mối hàn tiếp xúc, dùng để hàn các tấm ghép rất mỏng, mối hàn là một đường liên tục (Hình 2-6, b). Theo vị trí của mối hàn so với phương lực tác dụng, ta cĩ: Hình 2.4: Mối hàn điểm (a), đường (b) - Mối hàn dọc: phương của mối hàn song song với phương của lực tác dụng, - Mối hàn ngang: phương của mối hàn vuơng gĩc với phương của lực tác dụng, - Mối hàn xiên: phương của mối hàn khơng song song và khơng vuơng gĩc với phương của lực tác dụng. 2.2.1.3. Kí hiệu mối hàn - Vật liệu hàn: a) Ký hiệu mối hàn: Hình 2.5: Ký hiệu mối hàn trên bản vẽ (b: bề rộng; k: cạnh mối hàn) b) Vật liệu hàn: Hàn cĩ kết quả tốt nhất là hàn các loại thép ít cacbon. Thép cĩ nhiều cac bon khĩ hàn vì kim loại ở vùng hàn cĩ xu hướng bị tơi cứng nên giịn và dễ gãy. Khi tính tốn mối hàn thì ứng suất cho phép của mối hàn được lấy theo bảng 8.1. Bảng 8.1: Tính tốn ứng suất cho phép của mối hàn Phương pháp hàn Ứng suất cho phép của mối hàn Khi kéo [s' ]k Khi nén [ s' ]n Khi cắt [ t' ]c - Hàn điện bằng tay, que hàn ' 42 0,9[s]k [s]k 0,6[s]k - Hàn điện tự động dưới lớp thuốc hàn; - Hàn tiếp xúc giáp mối nóng chảy; Hàn điện thủ công với que hàn ' 42A và ' 50A trong môi trường khí bảo vệ; [s]k [s]k 0,65[s]k Hàn tiếp xúc điểm 0,5[s]k Ghi chú: [s]k : Ứng suất kéo cho phép của tấm ghép Giá trị [s]k » (0,5 ¸ 0,6)sch. 2.2.1. 4. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng a) Ưu điểm: - Tiết kiệm kim loại, khối lượng mối ghép nhỏ hơn so với các phương pháp ghép khác. - Năng suất cao, giá thành thấp do thiết bị đơn giản. - Đảm bảo mối ghép kín. - Cĩ thể tự động hĩa. b) Nhược điểm: - Tồn tại ứng suất dư sau khi hàn. - Chất lượng mối hàn phụ thuộc nhiều vào tay nghề thợ hàn (khi hàn hồ quang tay, hàn bán tự động). - Chi tiết bị biến dạng sau khi hàn. - Chịu tải trọng động và tải trọng va đập kém. - Yêu cầu phải cĩ thiết bị chuyên dùng để kiểm tra mối hàn. c) Phạm vi sử dụng: Mối ghép hàn được dùng phổ biến trong ngành chế tạo máy như hàn nồi hơi, hàn tàu, hàn bể chứa, . . . . Ngồi ra cịn được sử dụng trong xây dựng nhà, cầu cống, sửa chữa, đĩng mới ơ tơ, . . . 2.2.2.. TÍNH TỐN MỐI GHÉP HÀN 2.2.2. 1. Tính mối ghép hàn giáp mối Hình 2.6: Tính mối hàn giáp mối δ δ M M a) b) a) Trường hợp mối hàn chịu lực kéo F (hình 2.6 a): Độ bền kéo: Tr