Chuong 1 Co so chi tiet may
CHƯƠNG I: CƠ SỞ CHI TIẾT MÁY
§ 1.1. KHÁI NIỆM CHUNG
I. ĐỊNH NGHĨA:
Chi tiết máy là đơn vị nhỏ và hoàn chỉnh của máy. Một số chi tiết máy được ghép lại với nhau theo một sơ đồ nguyên lý nhất định sẽ tạo thành một bộ phận máy để thực hiện một chức năng cụ thể nào đó. Một cỗ máy có thể có nhiều bộ phận và mỗi bộ phận lại có nhiều chi tiết máy.
II. PHÂN LOẠI CHI TIẾT MÁY:
Các chi tiết máy được phân loại theo hai dấu hiệu đó là theo công dụng và theo phương thức chế tạo.
1. Theo công dụng: Các chi tiết máy được chia thành hai nhóm:
a. Chi tiết máy có công dụng chung:
Là những chi tiết máy được dùng phổ biến trong nhiều loại máy khác nhau. Công dụng của chúng không phụ thuộc vào công dụng của máy. Những chi tiết máy thuộc nhóm này có hai loại chính: Các chi tiết dùng để ghép nối (bu lông, đai ốc…) và các chi tiết dùng để truyền động (ổ bi, bánh răng…).
b. Chi tiết máy có công dụng riêng: Là những chi tiết máy được chế tạo để dùng trong một loại máy hoặc một nhóm máy nhất định như trục cơ, trục cam, cánh bơm…
2. Theo phương thức chế tạo: Các chi tiết máy được chia thành hai nhóm:
a. Các chi tiết được tiêu chuẩn hoá: và được chế tạo hàng loạt như bu lông, ê cu, vòng bi…
b. Các chi tiết được chê tạo đơn lẻ: hay nói cách khác là những chi tiết này không được tiêu chuẩn hoá chỉ được thiết kế và chế tạo để phục vụ cho một máy nhất định nào đó.
Ngày nay, các nhà chế tạo máy luôn hướng tới việc tiêu chuẩn hoá những chi tiết máy để có thể lắp lẫn và nâng cao năng suất chế tạo máy cũng như khi sửa chữa. Tuy nhiên, rất nhiều những chi tiết phải sản xuất đơn lẻ và điều đó gây rất nhiều khó khăn cho người sử dụng khi sửa chữa và thay thế.
III. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY:
Khi tính toán thiết kế chi tiết máy, phảI căn cứ vào điều kiện làm việc cụ thể của chi tiết máy đó như tảI trọng và những yêu cầu về khả năng làm việc để chọn vật liệu chế tạo, hình dáng và kích thước sao cho hợp lý nhất ngoài ra còn phảI tính đến tính phù hợp trong công nghệ chế tạo.
1. Tính công nghệ: Chi tiết máy được gọi là có tính công nghệ cao khi đáp ứng được những yêu cầu sau:
- Dễ gia công chế tạo: Quy trình công nghệ chế tạo phảI đơn giản
- Giá thành rẻ: để đạt được điều này phải: tốn ít nguyên nhiên liệu, phảI tiêu chuẩn hoá để sản xuất hàng loạt như đã nói ở trên.
2. Khả năng làm việc: Khả năng làm việc được đánh giá băng các thông số sau:
- Độ bền
- Độ bền mỏi
- Độ bền mòn
- Độ cứng
- Tính chịu nhiệt
a. Độ bền: Là khả năng của chi tiết máy thực hiện những chức năng cụ thể của mình dưới tác động của tảI trọng và những điều kiện bất lợi khác khi làm việc.
Độ bền là chỉ tiêu quan trọng nhất đối với chi tiết máy. Điều kiện để đảm bảo độ bền của chi tiết máy là ứng suất pháp s (hoặc ứng suất tiếp t) sinh ra dưới tác dụng của tảI trọng không được vượt qua ứng suất cho phép:
s £ [s] =
Hoặc:
ụ ≤ [ụ] ≤
Trong đó:
[s] và [ụ] - ứng suất phỏp và ứng suất tiếp cho phộp;
úgh và ụgh - ứng suất phỏp và ứng suất tiếp giới hạn cụ thể với từng loại vật liệu và ứng suất như sau:
úgh và ụgh = giới hạn chảy của ứng suất phỏp và ứng suất tiếp - đối với vật liệu rễ chảy;
úgh và ụgh = giới hạn bền của ứng suất pháp và ứng suất tiếp - đối với vật liệu giũn;
úgh và ụgh = giới hạn mỏi của ứng suất pháp và ứng suất tiếp - đối các chi tiết làm việc với ứng suất thay đổi liên tục.
n – là hệ số an toàn
b. Độ cứng:
- Là khả năng của chi tiết máy chống lại sự biến dạng trong khi làm việc
- Độ cứng được chia làm hai loại: Độ cứng thể tích - chống lại sự biến dạng về thể tích và độ cứng tiếp xúc - chống lại sự biến dạng bề mặt tiếp xúc.
c. Độ bền mòn: Là khả năng của chi tiết máy chống lại sự giảm kích thước trong khi làm việc do ma sát hay do han gỉ.
d. Tính dao động: Là khả năng của chi tiết máy làm việc trong phạm vi tốc độ nào đó mà không bi dao động do tải trọng động gây nên.
e. Tính chịu nhiệt: Là khả năng làm việc của chi tiết máy mà không chịu ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ do ma sát sinh ra trong quá trình làm việc.
3. Tính toán thiết kế chi tiết máy:
a. Tính kết cấu: Dựa vào tải trọng mà chi tiết máy sẽ làm việc để xác định ứng suất cho phép và hệ số an toàn cho từng loại công việc cụ thể để xác định các thông số hình học như hình dáng, kích thước… và vật liệu chế tạo chi tiết máy.
b. Tính kiểm tra: Theo phương pháp này ta dựa trên các thông số hình học như hình dáng, kích thước… và vật liệu chế tạo chi tiết máy đó để kiểm tra khả năng làm việc.
Nếu khả năng làm việc không đạt yêu cầu thì làm thí nghiệm thay đổi kích thước kể cả vật liệu để tìm ra phương án tối ưu và thích hợp.
§ 1.2. MỐI GHÉP CƠ KHÍ
Mối ghép cơ khí có nhiệm vụ liên kết các chi tiết máy thành một bộ phận máy và liên kết các bộ phận máy với nhau theo một sơ đồ nguyên lý nào đó để tạo thành một cỗ máy.
Các mối ghép cơ khí được phân loại như sau:
* Nhóm các mối ghép cố định:
+ Không tháo được
- Ghép bằng phương pháp hàn
- Ghép bằng đinh tán
- Ghép bằng độ dôi
+ Tháo được
- Ghép bằng then và then hoa
- Ghép bằng ren
* Nhóm các mối ghép động: Mối ghép trục - ổ trục.
I. MỐI GHÉP BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÀN
1. Khái niệm: Hàn là mối ghép cơ khí không tháo được nhờ lực liên kết giữa các phân tử kim loại để gắn chặt các chi tiết lại với nhau bằng cách nung nóng cục bộ các chi tiết cần hàn tới trạng thái nóng chảy hoặc dẻo.
Trong nghành xây dựng thường dùng phương pháp hàn hồ quang điện cầm tay loại bán tự động và tự động.
Que hàn có cấu tạo gồm hai phần: Phần lõi là thép hàn được đốt cháy tới trạng thái nóng chảy cùng các chi tiết cần hàn và lấp kín tạo mạch hàn, phần vỏ bọc ngoài được gọi là thuốc hàn, lớp thuốc này bị đốt cháy khi hàn tạo ra lớp khí trơ, ngăn không cho không khí tiếp xúc với kim loại khi đang nóng chảy để tránh bị ô xy hóa (tạo sỉ hàn).
Que hàn được ký hiệu theo TCVN: E43, E51… trong đó E - electrode là que hàn điện, hai số đi sau giới hạn bền của thép lõi que hàn đơn vị là kN/cm2
Ngoài ra còn có N42, N50 dùng để hàn thép hợp kim thấp.
2. Phân loại: Các mối ghép bằng phương pháp hàn được phân loại theo các dấu hiệu sau:
+ Theo công nghệ hàn
+ Theo kiểu mối hàn
+ Theo mặt cắt tiết diện của mối hàn
a. Theo công nghệ hàn: Có hai cách hàn:
- Hàn chảy: Nung núng cục bộ các chi tiết cần hàn tới trạng thái nóng chảy, các chi tiết cần hàn tự gắn lại với nhau khi chất lỏng nguội đi và đông kết lại: Hàn hồ quang điện, hàn hơi…
- Hàn ép: Nung núng cục bộ các chi tiết cần hàn tới trạng thái dẻo rồi dùng lực ép các chi tiết lại.
b. Theo kiểu mối hàn: Có ba kiểu mối hàn:
- Hàn giáp mối: Có dạng tiết diện hình chữ “I” khi các chi tiết hàn là các tấm mỏng, có dạng tiết diện hình chữ “V, X, Y” khi các chi tiết hàn là các tấm dày (hình 1.1).
Hình 1.1.
- Hàn chồng: Mạch hàn có thể ngang, dọc, xiên hoặc hỗn hợp
- Hàn góc: Dùng để ghép cố định các chi tiết có bề mặt vuông góc với nhau hoặc nghiêng với nhau một góc α nào đó. Hàn góc cũng được chia thành hai nhóm là hàn chắc và hàn kín.
Hình 1.2.
c. Theo mặt cắt tiết diện của mối hàn: Trên thực tế có ba dạng tiết diện mối hàn sau:
- Tiết diện phẳng : Được sử dụng rộng rãi hơn cả vì đơn giản và rễ thi công (hình 1.3.a).
- Tiết diện lõm: Là tiết diện lý tưởng vì không gây ứng suất tập trung tại mạch hàn, tuy nhiên phải gia công cơ khí sau hàn hoặc thợ hàn phải có trình độ rất cao mới thực hiện được, vì vậy chỉ được sử dụng trong các kết cấu quan trọng (hình 1.3.c).
Hình 1.3.
- Tiết diện lồi: Kiểu tiết diện này đảm bảo độ kín cho mối hàn nhưng gây ứng suất tập trung tại mạch hàn do tiết diện thay đổi đột ngột (hình 1.3.b).
3. Tính toán mối hàn:
Việc tính toán mối hàn được thực hiện như tấm kim loại liền với mặt cắt nguy hiểm chính là mạch hàn, chỉ cần lấy trị số ứng suất cho phép của mối hàn bằng 90% trị số ứng suất cho phép của thép lõi que hàn:
φ = [σ],/ [σ] = [τ],/ [τ] = 0,9 ÷1,0
Trong đó: φ– là hệ số sức bền của mối hàn.
[σ] và [τ] – là ứng suất pháp và ứng suất tiếp cho phép của lõi thép que hàn.
[σ], và [τ], - là ứng suất pháp và ứng suất tiếp cho phép của mối hàn.
4. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng:
a. Ưu điểm:
- Kết cấu gọn, tiết kiệm kim loại;
- Độ bền mối ghép tương đối đồng đều;
- Dễ dang thi công, có thể tự động hoá giảm giá thành
- Có thể phục hồi các chi tiết bị mòn, gãy, vỡ…
- Có thể hàn ở những vị trí chật hẹp
b. Nhược điểm:
- Cần nguồn điện, nhiệt cao;
- Chất lượng mối hàn phụ thuộc đáng kể vào trình độ của thợ hàn
- Thiết bị kiểm tra chất lượng đắt tiền (máy siêu âm).
c. Phạm vi sử dụng:
Mối ghép bằng phương pháp hàn được sử dụng rộng rãi trong các nghành cơ khí, chế tạo các kết cấu kim loại trong xây dựng, trong đóng tàu…vv.
II. GHÉP BẰNG ĐINH TÁN
1. Cấu tạo mối ghép: Mối ghép bằng đinh tán có cấu tạo như hình 1.4.
Các thông số hình học:
D = (1,6 ÷1,75)d
R = (0,85 ÷1,0)d
h = (0,6 ÷0,65)d
l = (1,5 ÷1,7)d + ΣSi
d0 = d + (0,5 ÷1,0) mm
Hình 1.4.
Lỗ đinh được chế tạo bằng cách đột, khoan hoặc đột trước rồi khoan sau. Đột lỗ là phương pháp có năng suất cao, song chỉ áp dụng được với những tấm tương đối mỏng, hơn nữa lại tạo ra những vết nứt nhỏ quanh lỗ, do đó đối với mối ghép quan trọng người ta dùng phương pháp đột lỗ nhỏ hơn kích thước cần thiết, sau đó khoan cho vừa.
Đinh tán được chế tạo bằng thép tròn, một đầu có mũ sẵn, mũ còn lại được tạo ra khi ghép (hình 1.5).
Mũ đinh có nhiều kiểu khác nhau: Mũ tròn (phổ biến nhất), mũ phẳng, mũ côn…
Hình 1.5.
Các phương pháp tán đinh:
- Tán nguội: Áp dụng với đinh tán có đường kính d ≤ 10 mm và đinh tán được chế tạo từ vật liệu mềm (kim loại màu).
- Tán nóng: Áp dụng với đinh tán có đường kính d > 10 mm bằng cách nung nóng đầu cần tán tới trạng thái dẻo rồi tiến hành tán.
Ngoài các loại đinh tán kể trên, còn có các loại đinh tán đặc biệt như: Đinh tán rỗng (để tán vào da, vải), đinh tán có mũ nổ vv…
2. Phân loại mối ghép bằng đinh tán:
a. Theo công dụng: mối ghép bằng đinh tán được chia thanh hai nhóm:
+ Mối ghép chắc: Dùng cho các kết cấu như cầu, dàn cần trục…
+ Mối ghép chắc kín: Dùng trong các nồi hơi, bình chứa khí nén hoặc chất lỏng có áp suất cao.
b. Theo kết cấu mối ghép: mối ghép bằng đinh tán được chia thanh hai nhóm:
+ Ghép chồng (hình 1.6.a)
+ Ghép giỏp mối (hình 1.6.b, c).
3. Tính toán mối ghép bằng đinh tán: Các mối ghép bằng đinh tán thường chịu lực kéo các tấm ghép gây ứng suất tiếp (ứng suất cắt) cho các đinh tán tại lỗ tán
Hình 1.6.
Điều kiện để đảm bảo độ bền của mối ghép đinh tán như sau:
Pz = P/z < πd2[τ]/4
Trong đó: Pz - lực tác dụng lên một đinh tán, N;
P - lực kéo tấm ghép, N;
Z - số đinh tán có trong mối ghép;
d - đường kính của đinh tán, mm
[τ] - ứng suất cắt cho phép của vật liệu đinh tán, N/mm2.
4. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng
a. Ưu điểm: Mối ghép chắc chắn và rễ kiểm tra chất lượng mối ghép
b. Nhược điểm:
+ Mối ghép nặng do tốn kim loại
+ Thời gian thi công lâu dẫn tới giá thành cao
+ Gây ứng suất tập trung tại lỗ đinh tán.
c. phạm vi sử dụng:
Mối ghép bằng đinh tán ngày càng thu hẹp phạm vi sử dụng, tuy nhiên mối ghép này vẫn được sử dụng trong những trường hợp sau:
+ Những mối ghép chịu tải trọng động và đặc biệt quan trọng như cầu kim loại.
+ Những tấm ghép không chịu được nhiệt nếu đốt nóng sẽ bị cong vênh hoặc bị cháy…
+ Những tấm ghép không có tính hàn hoặc nếu dùng phương pháp ghép bằng hàn thì giá thành quá cao.
III. GHÉP BẰNG BỘ DÔI:
Ghép bằng độ dôi là phương pháp ghép căng hai chi tiết máy khi kích thước chi tiết bị bao lớn hơn kích thước lỗ của chi tiết bao. Phương pháp này chủ yếu dùng để ghép các chi tiết máy có bề mặt tiếp xúc nhau là mặt trụ tròn.
1. Cấu tạo mối ghép: (hình 1.7) nhờ biến dạng đàn hồi và dẻo của kim loại, sau khi ghép kích thước chung của trục và lỗ tại chỗ ghép là D (D1 < D < D2).
Trên bề mặt tiếp xúc xuất hiện áp suất P (N/mm2) làm ép chặt hai chi tiết lại với nhau. Lực ma sát sinh ra dưới áp suất P làm cho hai chi tiết ghép không chuyển động tương đối được với nhau và có thể truyền được mômen xoắn, uốn và lực dọc trục khi các lực này bé hơn lực ma sát sinh ra giữa hai chi tiết.
Hình 1.7.
2. Các phương pháp lắp mối ghép bằng bộ dôi:
* Lắp bằng lực ép (khi l £ 1,5d):
F = (10 ¸ 20). dmax. l
Trong đó: dmax tính bằng mm (10-6m), l - mm và F - N;
* Lắp bằng cách nung nóng chi tiết bao:
* Lắp bằng cách làm lạnh chi tiết bao.
3. Tính mối ghép bằng độ dôi: Nếu mối ghép đồng thời chịu tác dụng của lực dọc trục F (N) và mômen xoắn Mx (N.m) thì điều kiện đảm bảo độ bền mối ghép:
£ [P],
Trong đó:
f: - hệ số ma sát trên bề mặt tiếp xúc giữa hai chi tiết (đối với các chi tiết bằng gang và thép: f = 0,08 khi lắp bằng phương pháp ép; f = 0,1 khi lắp bằng cách nung nóng hoặc làm lạnh);
[P] - áp suất cho phép trên bề mặt tiếp xúc giữa hai chi tiết, (N/mm2).
4. Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng:
a) Ưu điểm:
- Chịu được tải trọng lớn, kể cả tải trọng va đập;
- Đảm bảo độ đồng tâm của các chi tiết;
- Tháo lắp được mà không hỏng đến các chi tiết ghép.
b) Nhược điểm:
- Lắp và tháo phức tạp, nếu không cẩn thận có thể làm hỏng bề mặt các chi tiết khi lắp và tháo;
- Khó xác định chính xác khả năng chuyền lực của mối ghép vì các thông số d, f thay đổi trong phạm vi khá rộng.
c) Phạm vi sử dụng: Mối ghép bằng độ dôi thường dùng để ghép các bánh răng, ổ lăn, đĩa trục tuarbin v.v... vào các trục cao tốc (nhờ ưu điểm thứ ba).
IV. GHÉP BẰNG THEN VÀ THEN HOA:
a) Phân loại then: Các loại then được phân loại theo sơ đồ dưới đây:
b) Cấu tạocác loại then:
- Then bằng: (hình 1.8) then bằng có tiết diện hình chữ nhật, hai đầu được vát tròn hoặc bằng. Mặt làm việc là hai mặt bên (diện tích bé hơn).
Thông thường người ta chỉ dùng một then, khi kết cấu chịu mômen xoắn lớn người ta mới dùng hai hoặc ba then (nằm cách đều trên vòng tròn trục). Chi tiết ghép nào có độ bền kém hơn thì rãnh trên chi tiết đó phải sâu hơn.
Hình 1.8.
Ưu điểm: đơn giản, dễ chế tạo và tháo lắp dễ dàng.
Nhược điểm: Không truyền được lực dọc trục.
- Then dẫn hướng: Cấu tạo như then bằng, chỉ có điểm khác là then được bắt vít cố định vào trục, còn rãnh trên trục bao (may ơ) dài hơn then để may-ơ có thể chuyển động dọc trục. Nếu khoảng di chuyển quá dài thì then được bắt vít vào may-ơ và rãnh trên trục phải dài.
Then dẫn hướng được dùng trong những trường hợp cần di chuyển may-ơ dọc trục (trong hộp số ôtô, máy kéo...).
- Then bán nguyệt: Cấu tạo tương tự như then bằng, nhưng tiết diện hình chữ nhật thay đổi theo chiều dọc trục (hình 1.9).
Nếu may-ơ ngắn thường dùng một then, còn khi may-ơ dài thì dùng hai then.
Ưu điểm: đơn giảm, dễ chế tạo và tháo lắp, có khả năng tự thích ứng với độ nghiêng của rãnh may-ơ.
Hình 1.9.
Nhược điểm: chỉ truyền được mômen xoắn không lớn lắm vì trục bị yếu do có rãnh sâu trên trục
- Then ma sát: Có hai mặt làm việc là mặt trên (với độ vát 1:100) và mặt dưới (mặt trụ cùng với đường kính trục), hai mặt còn lại có thể có khe hử. Then có thể có đầu hoặc không có đầu. Khi đóng then thì mặt trên của then áp chặt vào rãnh may-ơ cùng độ dốc, mặt dưới của then áp chặt vào mặt trục. Tải truyền từ trục sang may-ơ và ngược lại nhờ lực ma sát (h1.10).
Hình 1.10.
Ưu điểm: Không cần rãnh trên trục nên không bị yếu; có thể lắp ở bất kỳ chỗ nào trên trục; khi quá tải, then có tác dụng đảm bảo an toàn (tự trượt).
Nhược điểm: Không truyền được lực dọc trục; gây lệch tâm, tăng dung động của các chi tiết ghép.
- Then vát: Có cấu tạo và nguyên lý làm việc như then ma sát (hình 1.11). Chỉ có hai điểm khác là mặt dưới của then không phải là mặt trụ, mà là mặt phẳng và trên trục có rãnh để ghép then vào.
Ưu điểm: Chịu được va đập, truyền được mômen xoắn và lực dọc trục.
Nhược điểm: Gây quay lệch tâm như then ma sát; trục bị yếu đi so với dùng then ma sát; khi quá tải, then không có tác dụng đảm bảo an toàn.
- Then tiếp tuyến:
Do hai then vát tạo thành, nhưng khác với then ở phần trên là mặt vát của hai then được áp chặt vào nhau để đóng các then vào rãnh từ hai phía (hình 1.12). Hai mặt làm việc là hai mặt bên (mỗi mặt của một then). ở đây độ dôi theo phương tiếp tuyến chứ không theo phương hướng tâm như ở then ma sát và then vát. Then tiếp tuyến dùng để ghép các chi tiết truyền mômen xoắn lớn. Khi truyền mômen xoắn Mx một chiều người ta dùng một cặp then, nếu truyền cả hai chiều thì dùng hai cặp then đặt cách nhau một góc= 1200¸1350
Hình 1.11.
c. Tính toán then:
Công dụng chính của then là để ghép các chi tiết chỉ để truyền mômen xoắn Mx, rất ít khi phải truyền cả lực dọc trục. Vì vậy ở đây chỉ xét đến mômen xoắn. Để đảm bảo độ bền của mối ghép then thì cần đạt yêu cầu sau:
Mx
Trong đó: l - độ dài của then; b và d xem trên hình vẽ;
- ứng suất cắt cho phép của vật liệu làm then.
Hình 1.12.
2. Ghép bằng then hoa: Ghép bằng then hoa là cách ghép may-ơ vào trục, nhờ các răng của trục được lồng vào các rãnh có sẵn của may-ơ.
a. Phân loại: Có hai cách ghép then hoa như sau:
- Ghép cố định: May-ơ cố định trên trục (trục hình trụ, hình nón);
- Ghép di động: May ơ có thể trượt dọc trục (trục hình trụ).
b. Cấu tạo: Trên trục (tại chỗ cần ghép với may-ơ), người ta chế tạo các răng dài dọc trục, chiều dài răng thường lớn hơn chiều rộng may-ơ một chút (hình 1.13). Răng then hoa có các dạng: răng chữ nhật (a); răng thân khai (b) và răng hình tam giác (c), trong đó răng hình chữ nhật được dùng phổ biến hơn cả vì dễ gia công chế tạo.
Hình 1.13.
c. Tính toán then hoa: Mối ghép then hoa bị hỏng chủ yếu do độ bền dập khi làm việc của răng. Để đảm bảo độ bền mối ghép cần thoả mãn điều kiện sau:
,
Trong đó: Mx-mômen xoắn truyền từ trục may-ơ qua then hoa;
Rtb- bán kính trung bình của trục then hoa;
F- diện tích tính toán bề mặt làm việc của một răng;
z- số răng then hoa;
- hệ số phân bổ tải trọng giữa các răng, = 0,75;
- ứng suất dập cho phép (tra theo bảng dựa vào chế độ làm việc của bộ ghép).
d. Ưu và nhược điểm:
Ưu điểm:
- Đảm bảo độ đồng tâm của hệ, dễ di chuyển may-ơ dọc trục;
- Khả năng chịu tải lớn hơn so với mối ghép then cùng kích thước;
- Chịu được va đập và tải trọng động.
Nhược điểm: Khó chế tạo, giá thành cao hơn so với mối ghép then.
V. GHÉP BẰNG REN:
Ghép bằng ren là phương pháp ghép cố định (có thể tháo lắp được) hoặc dùng để truyền động. Các chi tiết được ghép với nhau nhờ sự ăn khớp của ren trên các chi tiết đó.
1. Nguyên lý cấu tạo ren: Nếu dùng một tam giác vuông ABC quay xung quanh một khối trụ sao cho cạnh đáy AB luôn song song với chu vi đáy khối trụ thì cạnh huyền AC sẽ vẽ trên mặt trụ một đường xoắn ốc (hình 1.14).
Nếu thay thế tam giác ABC thành một hình phẳng nào đó (tam giác, hình vuông, hình thang vv...) trượt theo hình xoắn ốc nói trên ta sẽ có ren tam giác, ren vuông...(hình 1.15)
Hình 1.14.
Hình 1.15.
2. Các thông số hình học của ren: (hình 1.16).
- Đường kính ngoài d: là đường kính hình trụ bao quanh đỉnh ren. Nó chính là đường kính danh nghĩa của ren tính bằng mm. Ví dụ bulông M16 thì d=16mm.
- Đường kính trong d1: là đường kính hình trụ bao đỉnh ren trong;
Hình 1.16.
- Đường kính trung bình d2: d2 = (d1+d)/2 là đường kính hình trụ phân đôi tiết diện ren;
- Chiều cao tiết diện làm việc của ren h0: h0=(d-d1)/2.
- Bước ren t: là khoảng cách giữa hai mặt song song của hai ren liền kề nhau (đo theo phương của trục);
- Bước xoắn ốc S0: (h1.14) là khoảng di chuyển theo chiều dọc trục khi xoay tương đối giữa bu lông và đai ốc một vòng: S0=z.t. ở đây z là số mối ren;
- Góc tiết diện : =600 với ren hệ mét,=550- ren hệ Anh;
- Góc nâng ren: (hình 1.14) là góc tạo bởi tiếp tuyến của đường xoắn ốc (trên hình trụ trung bình) với mặt phẳng vuông góc với trục ren.
,
3. Phân loại ren: Ren được phân loại như sau:
a. Theo chiều xoắn ốc: được chia thành hai nhóm:
- Ren phải: tịnh tiến lên phía trước khi quay đai ốc hoặc bu lông theo chiều kim đồng hồ.
- Ren trái: tịnh tiến lên phía trước khi quay đai ốc hoặc bu lông ngược chiều kim đồng hồ.
b. Theo số mối ren: Có ren một mối, ren hai mối và ba mối, trong đó ren một mối được dùng phổ biến hơn cả. Tất cả các ren dùng để lắp ghép đều dùng ren một mối. Ren hai và ba mối dùng để truyền động (truyền động trục vít – bánh vít...).
c. Theo công dụng: có hai loại chính:
- Ren ghép chặt: dùng để ghép chặt các chi tiết máy lại với nhau. Ren ghép chặt thường là ren hệ mét và ren hệ Anh, kích thước tính bằng inch (1 inch = 25,4mm) và ren ống.
- Ren truyền động: dùng để truyền động cơ cấu vít hoặc điều chỉnh. Ren truyền động thường là ren vuông (h1.15), ren hình thang cân (h1.15.c) hoặc là ren hình răng cưa (h1.15.d).
4. Cấu tạo mối ghép ren: Mối ghép ren dùng để ghép các chi tiết máy:
- Các chi tiết có chiều dày không lớn lắm;
- Thường phải tháo lắp luôn;
- Thường làm bằng vật liệu có độ bền tương đối thấp.
Các chi tiết của mối ghép ren (bulông, đai ốc, vòng đệm) rất đa dạng, nhưng nhìn chung có cấu tạo tương tự như hình 1.17. Các chi tiết có rất nhiều kích cỡ khác nhau, nhưng tất cả các thông số hình học và vật liệu của chúng đã được tiêu chuẩn hoá để sản xuất hàng loạt với giá thành đơn vị sản phẩm thấp để tiện thay thế lắp ráp. Do đó khi thiết kế máy móc người ta không thiết kế bulông, đai ốc và vòng đệm mà chỉ chọn kiểu thích hợp nhất sau khi tính toán độ bền, số lượng và đường kính danh nghĩa cần thiết của các chi tiết ghép.
Hình 1.17.
Vật liệu để chế tạo các chi tiết máy có ren:
- Thép thường, thép ít và vừa cacbon như Ct3, Ct5, Ct35... Các loại thép này biến dạng tốt, dễ dập, cán nguội và lăn ren nên được dùng phổ biến để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng nhỏ và trung bình;
- Thép hợp kim như 40X, 30XH, 40XH vv... dùng để là các chi tiết chịu tải trọng lớn, tải trọng va đập hoặc làm việc ở nhiệt độ cao.
- Trong một số trường hợp đặc biệt cần giảm lượng máy (máy bay, tàu vũ trụ...) người ta sử dụng bu lông, đai ốc và vòng đệm được làm từ hợp kim có ti-tan (Ti) cho phép giảm được 50¸60% trọng lượng mối ghép so với thép nếu xét cùng khả năng chịu tải.
5. Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng:
a. Ưu điểm:
- Cấu tạo đơn giản;
- Có thể cố định các chi tiết ở bất kỳ vị trí nào;
- Dễ tháo lắp mà không làm hư hại các chi tiết ghép;
- Giá thành thấp (do được tiêu chuẩn hoá nên có thể chế tạo hàng loạt những phương pháp có năng suất cao).
b. Nhược điểm: Có sự tập trung ứng suất ở chân răng làm giảm sức bền mỏi của mối ghép, do đó mối ghép kém bền khi tải trọng thay đổi thường xuyên; khi có dung động liên tục bu lông hay đai ốc dễ tự dời nhau nên không an toàn mối ghép.
c. Phạm vi sử dụng: Ghép bằng ren được sử dụng rất rộng rãi trong tất cả các ngành cơ khí nói riêng và kinh tế nói chung. Các chi tiết máy có ren chiếm trên 60% tổng số các chi tiết có trong các máy móc hiện đại.
VI. Ghép "trục - ổ trục":
Mối ghép "trục - ổ trục" thuộc loại mối ghép động, tức là trong quá trình làm việc trục có thể quay trong lòng ổ trục. Cấu tạo mối ghép "trục - ổ trục" được chỉ trên hình 1.18
A. TRỤC: Trục là chi tiết máy dùng để đỡ các chi tiết quay quanh nó hoặc để truyền mômen xoắn, hay đồng thời làm cả hai nhiệm vụ trên.
1. Phân loại trục: (hình 1.19) trục được phân loại như sau:
- Trục tâm: Chỉ đỡ các chi tiết máy quay xung quanh nó (chỉ chịu mômen uốn).
- Trục truyến: Vừa đỡ các chi tiết quay quanh nó, vừa truyền mômen xoắn (chịu cả hai mô-men uốn và xoắn).
3. Theo dạng đường tâm. Có hai loại:
- Trục thẳng: gồm thẳng trơn (hình 1.19.a,c) và thẳng bậc thang (h1.19.b);
- Trục khuỷu: dùng trong các loại động cơ đốt trong (h1.19.d).
Hình 1.18.
Hình 1.19.
4. Theo tiết diện: Có trục đặc và trục ống rỗng.
5. Theo đặc tính cơ học: Có trục cứng và trục mềm ( trục mềm - h1.19.e)
6. Kết cấu trục:
Trục thường được chế tạo có hình trụ tròn có đường kính khác nhau để dễ chế tạo và lắp ráp. Ít khi dùng trục có đường kính không đổi (kiểu trục trơn) và thường được chế tạo với đường tâm không đổi.
Để cố định các chi tiết máy người ta thường dùng vai trục, bạc, vòng chặn... Vai trục thường được lượn trọn cung Ri(1,2,3) để giảm tập trung ứng suất do tiết diện thay đổi (hình 1.20). Riêng trục mềm là một loại đặc biệt, ít khi gặp hơn, nó bao gồm vỏ nhựa bọc ngoài, bên trong là một lớp lò xo hoặc nhiều lớp lò xo cuốn ngược chiều nhau để
Hình 1.20.
dẫn hướng lõi mềm bằng kim loại mà nó bao quanh.Lõi thường được cuốn từ nhiều sợi dây thép hoặc dây đồng nhỏ và có thể chuyển động tịnh tiến so với vỏ (dây phanh xe mô tô, xe đạp...) hoặc quay trong lòng vỏ (dây truyền động đầm dùi để đầm bê tông...). Đặc điểm chủ yếu của trục mềm là chúng có độ cứng vững uốn thấp nhưng có độ cứng vững xoắn cao.
Phần trục tiếp xúc với ổ trục gọi là ngõng trục. Phần trục để lắp các chi tiết máy gọi là thân trục. Để cố định các chi tiết máy trên trục theo chiều trục thường dùng vai trục, gờ, mặt hình nón, bạc, vòng chặn, đai ốc, lắp có độ dôi v.v... Vai trục thường được lượn tròn để giảm tập trung ứng suất do tiết diện thay đổi.
Vật liệu chế tạo trục thường được dùng thép các-bon và thép hợp kim. Đối với những trục chịu ứng suất không lớn lắm (tải trọng nhỏ và trung bình), dùng thép Ct5 không nhiệt luyện. Nếu trục chịu tải tương đối cao thì dùng thép CT45, 40X. Trường hợp chịu ứng suất lớn, làm việc trong các máy quan trọng, trục được chế tạo bằng thép 40XH, 40XH2MA, 3XTCA v.v... Đối với trục quay nhanh, làm việc với ổ trượt ngõng trục cần có độ cứng rất cao thì dùng thép 20,20X thấm than và tôi; nếu trục làm việc với tốc độ rất cao và ứng suất rất lớn dùng thép 12XH3A, 18XDTT v.v...thấm than và tôi.
7. Tính toán trục: Khi tính toán sức bền của trục thẳng ta coi như dầm đặt trên các gối đỡ là ổ trượt hoặc ổ lăn. Thông thường trục được tính theo điều kiện bền, ngoài ra tuỳ trường hợp cụ thể còn phải xét đến độ cứng và dao động của trục.
Khi tính gần đúng trục, ta xét đến tác dụng của cả mômen uốn và mômen xoắn. Đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm nhất phải đạt điều kiện sau:
d
trong đó Mtd- mômen tương đương;
Mu mômen uốn;
Mx- mômen xoắn;
- ứng suất cho phép;
d- đường kính đoạn nguy hiểm nhất trên trục.
Sau khi có đầy đủ kích thước của trục qua các bước tính gần đúng, cần kiểm nghiệm sức bền mỏi theo phương pháp tính chính xác: kiểm nghiệm hệ số an toàn của trục. Ngoài ra, trường hợp trục chịu quá tải đột ngột cũng cần kiểm nghiệm sức bền khi quá tải.
B. Ổ TRỤC: Là chi tiết dùng để dỡ các trục quay. Nó chịu tác dụng của các lực đặt trên trục và truyền các lực này vào thân hoặc bệ máy. Nhờ có ổ trục và trục có vị trí nhất định và quay tự do quanh một đường tâm đã định.
1. Phân loại ổ trục: ổ trục được phân loại như sau:
a. Theo dạng ma sát trong ổ: người ta chia ra ổ ma sát trượt, gọi là ổ trượt và ổ ma sát lăn, gọi là ổ lăn.
b. Theo công dụng: ổ được chia thành 3 loại:
- Ổ dỡ: chịu lực hướng tâm;
- Ổ chặn: chịu lực dọc trục;
- Ổ dỡ chặn: Chịu cả lực hướng tâm và lực dọc trục.
2. Ổ trượt: có ba kiển là ổ nguyên, ổ ghép và ổ tự lựa.
a. Ổ nguyên: (hình 1.21). Được cấu tạo từ hai chi tiết là thân ổ, lót ổ (bạc). Trên ổ có lỗ để tra dầu bôi trơn, trong bạc có rãnh khoét để dầu bôi trơn có thể bôi được phần tiếp xúc giữa trục và ổ trục. Thân ổ có thể làm liền với thân (khung) máy trong trường hợp cần thiết. Lót ổ làm bằng vật liệu có hệ số ma sát thấp (gang giảm ma sát, babit, đồng...). Phần lớn các ổ trượt có l/d=0,5¸0,9.
Hình 1.21.
b. Ổ ghép: Có cấu tạo hoàn toàn tương tự như ổ nguyên, chỉ có điểm khác là được chế tạo thành hai nửa bằng nhau để dễ lắp vào trục và dễ điều chỉnh khe hở giữa lót ổ và trục khi lót ổ bị mòn. Hai nửa ổ được ghép với nhau bằng vít cấy, hay bu lông.
c. Ổ trượt tự lựa: Về nguyên lý cấu tạo tương tự như ổ nguyên và ổ ghép, tức là cũng có hai chi tiết: thân ổ và bạc (hình 1.22). Được chế tạo thành hai nửa như ổ ghép để có thể lồng lót vào thân ổ vì mặt ngoài của lót ổ có gờ hình cầu áp chặt vào rãnh vòng hình máng trên thân ổ. Nhờ bề mặt tiếp xúc giữa thân ổ và lót ổ là mặt cầu nên trong quá trình làm việc lót ổ và trục có thể nghiêng đi một góc =0,5¸10 mà không làm hỏng mép thân ổ.
d. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng:
· Ưu điểm:
- Làm việc êm, không ồn, không xóc;
- Khả năng chịu tải lớn, kể cả tải trọng động và va đập (nhờ tác động giảm chấn của lớp dầu bôi trơn);
- Dễ chế tạo và tháo lắp.
· Nhược điểm: nhược điểm chung của ổ trượt là ma sát lớn nên liên tục phải bôi trơn.
Hình 1.22.
· Phạm vi sử dụng: hiện nay ngành chế tạo máy ổ trượt dùng ít hơn ổ lăn vì hệ số ma sát lớn (lớn hơn 5¸10 lần). Tuy nhiên trong một số trường hợp dùng ổ trượt có nhiều ưu việt hơn ổ lăn:
- Khi trục quay với tốc độ rất cao, nếu dùng ổ lăn sẽ chóng phải thay ổ;
- Khi yêu cầu phương của trục phải chính xác, do ổ trượt có ít chi tiết nên dễ chế tạo chính xác;
- Trục quay với tốc độ thấp và tải trọng lớn;
- Trục có đường kính khá lớn (d1m): đây là những trường hợp ít gặp nên ngành chế tạo máy không sản xuất hàng loạt những ổ lăn cỡ lớn, mặt khác khi sản xuất đơn lẻ thì giá thành đơn vị sản phẩm cho một ổ trượt thấp hơn nhiều so với chế tạo ổ lăn cùng cỡ;
- Khi ổ phải làm việc trong những môi trường đặc biệt (như trong nước, môi trường ăn mòn...), có thể chế tạo ổ trượt bằng các vật liệu thích hợp với môi trường đó;
- Trong các cơ cấu không quan trọng, rẻ tiền.
3. Ổ lăn: Thường có bốn chi tiết là vòng trong, vòng ngoài, các con lăn và vòng cách (bọc lấy con lăn để giữ cho các con lăn không tiếp xúc với nhau trong quá trình làm việc).
Hình 1.23.
Con lăn có thể là bi đũa, côn hay bi cầu (h1.23). Đũa có nhiều loại: đũa trụ ngắn (a), đũa trụ dài (b), đũa côn (c), đũa trống (d), đũa kim (e).
Theo hình dạng con lăn, có thể chia ổ lăn thành hai loại: ổ bi và ổ đũa.
Theo khả năng chịu lực, có thể chia ổ lăn làm ba loại: ổ đỡ, ổ chặn và ổ đỡ chặn. Theo khả năng tự lựa vị trí, có thế chia ổ lăn thành hai loại: ổ lăn tự lựa và ổ lăn không tự lựa.
a. Ổ đỡ: (hinh 1.24) loại này chủ yếu dùng để chịu lực hướng tâm R, nhưng cũng có thế chịu lực dọc trục F bằng 70% chịu lực dọc hướng tâm, tức là F= 0,7.(), trong đó là lực hướng tâm lớn nhất mà ổ đỡ có thể chịu được. ổ đỡ thường có một dã bi hoặc đũa trụ. Khi phải chịu tải lớn người ta dùng ổ đỡ có hai dãy bi hoặc hai dãy đũa trụ ngắn hoặc một dãy đũa trụ dài.
Hình 1.24.
Ổ đỡ một dãy bi hoặc đũa có thể làm việc bình thường khi đường tâm của vòng trong nghiêng một góc nhỏ so với đường tâm của trục.
Thường thì vòng trong được lắp vào trục bằng độ dôi và quay cùng với trục còn vòng ngoài ghép chặt với thân máy và đứng yên, nhưng đôi khi thì ngược lại (chẳng hạn các ổ đỡ trong bộ phận bánh xe của các loại xe).
b. Ổ chặn: Ổ lăn chặn chỉ có kiểu ổ bi, không có kiểu ổ đũa. ổ bi chặn chỉ chịu được lực dọc trục F, hoàn toàn không chịu được lực hướng tâm.
Ổ chặn có hai kiểu: kiểu một lớp và kiểu hai lớp: Kiểu 1 lớp được chỉ trên h1.25. Vòng trong được lắp chặt vào trục và quay cùng với trục, còn vòng ngoài đứng yên vì đường kính trong của vòng ngoài lớn hơn đường kính trục (tức là giữa trục và vòng ngoài có khe hở). Mặt ngoài của vòng ngoài được vát chéo phần gờ để tì vào chi tiết chịu lực. ổ bị chặn hai lớp chịu được lực dọc trục cả hai chiểu nhờ hai vòng ngoài được chế tạo giống hệt nhau nằm cả hai phía của vòng trong.
Hình 1.25.
Ổ chặn dùng trong giá đỡ móc cần trục, ly hợp, trục vít...
c. Ổ đỡ-chặn: Ổ đỡ - chặn có hai kiểu là ổ bi đỡ - chặn (hình 1.26.a) và ổ đũa côn đỡ - chặn (hình 1.26.b).
Ổ bi đỡ - chặn có cấu tạo tương tự như ổ bi đỡ, chỉ có điểm khác là mặt trong của vòng ngoài được vát về phía lực tác dụng dọc trục F. ổ bi đỡ - chặn có một dãy bi, khi lực F rất lớn thì phải dùng hai ổ bi đỡ - chặn hoặc một ổ bi đũa côn. Đầu to của đũa hướng về phía lực tác dụng vào lực dọc trục F.
Hình 1.26.
Hình 1.27.
Ổ đỡ - chặn cho phép giảm kích thước phần gối đỡ trục vì nó có thể thay thế một ổ đỡ và một ổ chặn đặt sát nhau.
Ổ đỡ - chặn thường dùng trong trục bánh răng côn, bánh răng nghiêng, trong các hộp giảm tốc có công suất lớn v.v...
d. Ổ tự lựa: Ổ tự lựa là loại ổ có khả năng tự điều chỉnh, có nghĩa là nó làm việc bình thường khi trục nghiêng tới góc nhờ mặt trong của vong ngoài là mặt cầu (hình 1.27). Loại ổ này được dùng trong những trường hợp khó đảm bảo độ đồng tâm khi lắp các ổ trục.
Ổ tự lựa có hai kiểu là ổ bi và ổ đũa trống. Loại này có hai dãy bi (đũa) cho phép ổ chịu được lực hướng tâm R và lực dọc trục F bằng 20% khả năng chịu lực hướng tâm không dùng tới. Kiểu hai dãy đũa trống có khả năng chịu lực hướng tâm lớn gấp hai lần so với kiểu hai dãy bi cùng cỡ. Tâm của mặt cầu phải nằm trên đường tâm của trục.
Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng ổ lăn: ổ lăn được sử dụng hết sức rộng rãi. Nó có trong hầu hết các loại máy móc, thiết bị có các chi tiết quay nhờ những ưu điểm chính sau:
- Hệ số ma sát trong ổ lăn nhỏ (nhỏ hơn 5 đến 10 lần) so với ổ trượt, và hầu như không phụ thuộc vào vận tốc quay của trục;
- Kết cấu máy đơn giản gọn nhẹ hơn khi dùng ổ lăn, vì với cùng đường kính trục thì chiều rộng của ổ lăn nhỏ hơn so với ổ trượt, hơn nữa một số loại ổ lăn có thể chịu đồng thời cả lực hướng tâm lẫn lực dọc trục;
- Chăm sóc và bôi trơn đơn giản, ít tốn dầu mỡ bôi trơn;
- Giá thành sản xuất hàng loạt rẻ hơn so với ổ trượt. Mức độ tiêu chuẩn hoá và tính lắp lẫn cao. Không cần kim loại màu, không yêu cầu cao về vật liệu kim loại trục, đôi khi không cần nhiệt luyện trục.
Tuy nhiên ổ lăn cũng có một số nhược điểm sau:
- ứng suất tiếp xúc lớn, do đó tuổi thọ không cao.
- Kích thước lớn về đường kính;
- Khả năng chịu va đập kém hơn so với ổ trượt;
- Lắp ghép khó và đòi hỏi chính xác cao;
- Giá thành chế tạo tương đối cao nếu sản xuất với số lượng không lớn.
Ký hiệu ổ lăn: ổ lăn được tiêu chuẩn hoá toàn cầu, nó được ký hiệu bằng chữ và số. Hai số đầu tính từ bên phải sang trái biểu thị đường kính trong của ổ. Đối với những ổ có đường kính trong từ 20mm đến 495mm các số này bằng 1/5 đường kính trong, có nghĩa là nếu nhân hai số này với 5 tá được trị số đường kính trong của ổ. Đối với những ổ có đường kính trong dưới 20mm, ký hiệu như sau:
Đường kính trong của ổ
10
12
15
17
Ký hiệu
00
01
02
03
Số thứ 3 từ phải sang biểu thị ổ cỡ (cỡ kích thước đường kính ngoài): 1- rất nhẹ; 2- nhẹ; 3- trung bình; 4- nặng; 5- nhẹ; 6- trung bình rộng.
Số thứ 4 từ phải sang trái biểu thị loại ổ: 0- ổ bi đỡ lòng cầu 2 dãy; 2- ổ đũa trụ ngắn đỡ; 3- ổ đũa đỡ lòng cầu 2 dãy; 4- ổ kim hoặc ổ đũa trụ dài; 5- ổ đũa trụ xoắn đỡ; 6- ổ bi đỡ chặn; 7- ổ đũa côn; 8- ổ bi chặn; 9- ổ đũa chặn.
Số thứ 5 và thứ 6 từ phải sang biểu thị những đặc điểm về cấu tạo của ổ (như góc tiếp xúc của bi trong ổ đỡ chặn...)số thứ 7 biểu thị cỡ ổ về chiều rộng. Tất cả 3 số này không nhất thiết các kiểu ổ đều có hạng này, nếu không có đặc điểm về cấu tạo...
Chữ viết đầu dãy số biểu thị cấp chính xác của ổ lăn.
Ví dụ ổ đũa côn (7), đường kính trong 60mm (12=60:5) được ký hiệu là 7312; ổ bi đỡ chặn (6), cỡ nhẹ (2), góc=120(3), đường kính trong 25 (05=25:5) được ký hiệu là 36205.
§ 1.3. TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ
I. KHÁI NIỆM CHUNG:
1. Định nghĩa: Truyền động cơ khí là phương pháp dùng bộ truyền cấu tạo từ chi tiết máy để truyền năng lượng cơ học từ trục này sang trục khác, thông thường có thay đổi vận tốc quay và mômen, đôi khi thay đổi cả quy luật luật chuyển động.
Trục truyền năng lượng đi gọi là trục chủ động, trục nhận năng lượng gọi là trục bị động.
2. Phân loại: Theo nguyên lý làm việc, truyền động cơ khí được phân ra làm hai loại:
- Truyền động ma sát, trực tiếp giữa các bánh ma sát hoặc gián tiếp nhờ đai truyền.
- Truyền động ăn khớp trực tiếp (bánh răng, bánh vít) hoặc gián tiếp (xích).
3. Các thông số chủ yếu của bộ truyền:
a. Tỷ số truyền:
(1.11)
Trong đó: n1,n2- số vòng quay của trục chủ động và bị động trong một đơn vị thời gian, v/ph;
- vận tốc góc của hai trục nêu trên, rad/s.
b. Hiệu suất truyền động:
(1.12)
Trong đó N1,N2- công suất trục dẫn và trục bị dẫn, Kw (CV)
c. Tương quan mômen xoắn. Gọi N là công suất tính bằng Kw, M là mômen xoắn tính bằng N.m và n là số vòng quay trong một phút, vg/ph ta có:
M=9500 (1.13)
trong đó N tính bằng Kw, n - vòng/phút.
Kết hợp với các công thức (1.11), (1.12) và (1.13) ta có:
M2=M1.i. (1.14)
II. TRUYỀN ĐỘNG MA SÁT: Là phương pháp truyền năng lượng cơ học trực tiếo giữa các bánh ma sát từ trục bánh ma sát này sang trục bánh ma sát kia nhờ lực ma sát trượt tại điểm tiếp xúc giữa hai bánh ma sát.
1. Nguyên lý truyền động: (hình 1.28) nhờ lực ép giữa hai trục, khi bánh ma sát này chuyển động tương đối so với bánh kia tại điểm tiếp xúc của hai bánh sinh ra ma sát trược F. Để bộ truyền có thể làm việc được cần đảm bảo điều kiện sau:
f.P' (1.15)
trong đó: F- lực ma sát tại bề mặt tiếp xúc;
f- hệ số ma sát giữa hai bánh, tra theo bảng của hai vật liệu tiếp xúc;
P'- lực pháp tuyến sinh ra giữa hai bánh ma sát do lực ép P;
Q- lực vòng cần truyền;
= 1,25hệ số an toàn.
Bộ truyền này thường được truyền chuyển động giữa hai trục song song (hình 1.28.a) lúc đó P'=P. Và giữa
Hình 1.28.
a) Giữa hai trục song song b) giữa hai trục vuông góc
hai trục vuông góc với nhau (hình 1.29b), lúc đó P'=P1/sin.
Tỷ số truyền được tính theo công thưc:
i=
hoặc:
i=
trong đó: - là hệ số trượt, đối với bộ truyền khô=0,01¸0,03 và đến 0,05 khi làm việc trong dầu và chỉ số truyền lớn;
n1,n2,-xem trên hình 1.28; D1,D2- đường kính bánh ma sát 1 và 2
2. Phân loại truyền động bánh ma sát: Có hai loại chính:
- Loại có tỷ số truyền i tương đối ổn định (iconstan), đã được xét ở trên;
- Loại có tỷ số truyền i thay đổi (i=var). Loại này được gọi là bộ biến tốc, nó có sơ đồ như trên hình 1.29. Với các kích thước trên hình thì tỷ số truyền i được tính: i=n1/n2=x/R1=var; trong đó các đại lượng được chỉ trên h1.29.
Hình 1.29.
3. Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng:
a. Ưu điểm:
- Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo;
- Làm việc êm không ồn.
- Có thể điều chỉnh vô cấp tỷ số truyền.
b. Nhược điểm:
- Lực tác dụng lên ổ và trục khá lớn, P = (5¸10)Q;
- Tỷ số truyền không được ổn định do có sự trượt giữa hai bánh ma sát;
- Tuổi tho bộ truyền thấp do ma sát, nên chống mòn.
c. Phạm vi sử dụng: Chỉ dùng để truyền công suất nhỏ (N), vận tốc tiếp tuyến vt20m/s và khi không yêu cầu chặt chẽ về tỷ số truyền.
Các thông số chính khi dùng bộ truyền ma sát: i
Vật liệu bánh ma sát: thép, gang hoặc gỗ bọc da, vải cao su...
III. TRUYỀN ĐỘNG ĐAI:
Là phương pháp truyền năng lượng cơ học gián tiếp giữa hai trục nhờ lực ma sát tại bề mặt tiếp xúc giữa đai truyền và các bánh đai.
1. Nguyên lý truyền động: Bộ truyền động đai bao gồm bánh đai chủ động, bánh đai bị động và đai truyền (hình 1.30). Cũng như truyền động bánh ma sát, trong truyền động đai có hiện tượng trượt, do vậy v2<v1. Hệ số trượt được tính theo công thức sau:
Tỷ số truyền được tính theo công thức sau:
Trong đó: các ký hiệu được ghi trên hình 1.30.
1. Cấu tạo đai và bánh đai:
a. Đai: (hình 1.30) thường có các loại sau: đai dẹt (a), đai hình thang (b), đai tròn (c) và đai côn nhiều bậc (d)
Các đai thường có ba lớp bảo vệ: lớp ngoài là lớp cao su, ở giữa là lớp chịu lực (vải tẩm cao su), trong cùng là lớp ma sát (da).
Hình 1.30.
b. Bánh đai: Bánh đai được đúc bằng hợp kim hay gang xám. Bánh đai dùng cho đai dẹt có bề mặt trơn, nếu đai rộng thì mặt bánh đai hơi lồi để đai không tuột ra ngoài.
Các loại bánh đai dùng đai hình thang và hình tròn thì có rãnh hình tương ứng (hình 1.31)
Hình 1.31.
Các dạng truyền động đai:
Theo vị trí tương đối giữa các trục người ta phân biệt các dạng truyền động đai như: truyền thẳng (hình 1.32.a) truyền nửa chéo (h.1.32.b) và truyền gãy góc (hình 1.32c,d).
Hình 1.32.
4. Tính toán và lựa trọn đai:
Khoảng cách tốt nhất giữa các trục bánh đai:
- Đối với đai không phẳng:
- Đối với đai không phẳng:
trong đó: D1 và D2 là đường kính bánh đai; h- chiều dày đai.
- Tỷ số truyền của đai: i10
- Tiết diện F của đai phẳng: được tính theo công thức sau:
F=
Trong đó0- ứng suất có ích cho phép; P- lực căng đai;
Công ty,Ca,Cv,Cb - hệ số kể đến chế độ tải trọng, góc ôm, tốc độ và sự bố trí bộ truyền.
Khi tính toán cụ thể, các hệ số này được tra trong sổ tay chi tiết máy, đối với đai thang vì tiết diện đã được chọn trước (được tiêu chuẩn hoá) theo công suất truyền nên ở đây chúng ta chỉ cần tính số dây đai cần thiết Z theo công suất định mức cho một đai chuẩn No.
Z =
Để bộ truyền đai làm việc có hiệu quả thì góc ôm a £ 120o, nếu không đảm bảo điều kiện này thì đai sẽ bị trượt đến trượt toàn phần.
5. Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng:
a) Ưu điểm:
- Truyền động được khoảng cách khá lớn (A tới 15mm)
- Hiệu suất truyền động cao (h = 0,92 ¸ 0,97)
- Làm việc êm, không ồn do vật liệu làm đai có tính đàn hồi;
- An toàn khi quá tải (đai sẽ trượt trơn toàn phần);
- Kết cấu đơn giản, dễ lắp đặt và bảo quản, giá thành rẻ.
b) Nhược điểm:
- Khuôn khổ kích thước quá lớn;
- Tỷ số truyền không ổn định vì có hiện tượng trượt;
- Lực tác dụng lên trục lớn do phải căng đai;
- Tuổi thọ thấp khi phải làm việc với tốc độ cao.
c) Phạm vi sử dụng: truyền động đai được dùng khi khoảng cách giữa các trục tương đối lớn và không yêu cầu chặt chẽ về tỷ số truyền. Truyền động đai chủ yếu dùng để truyền công suất không lớn lắm (£ 50Kw) và vận tốc v £ 30m/s. Khi sử dụng bộ truyền động đại cần tránh dầu mỡ bám vào dây đai và bánh đai vì sẽ gây trượt, dẫn đến giảm lực kéo một cách đáng kể.
IV. TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG
Là phương pháp truyền năng lượng cơ học trực tiếp từ trục này sang trục khác nhờ sự ăn khớp của các răng trên các bánh răng (hoặc thanh răng).
1. Các thông số hình học cơ bản:
Dạng răng chủ yếu dùng trong truyền động bánh răng là dạng răng thân khai (hình 1.33). Sở dĩ răng thân khai dùng nhiều vì dễ chế tạo hơn, sức bền và tuổi thọ cao, hiệu suất lớn. Nếu gọ Z1 và Z2 là số răng của bánh răng chủ động và bánh răng bị động; n1 và n2 là vận tốc quay tương ứng (v/ph); pt bước răng trên vòng tròn chia (mm); m1 và m2 là môđun tương ứng (mm); a là góc ôm; d1 và d2 là đường kính vòng tròn lăn (mm); dc1 và dc2 là đường kính vòng tròn chia tương ứng của cặp (mm); h là chiều cao răng (mm) ta có:
Hình 1.33.
- Tỷ số truyền: i =n1: n2 = Z2 : Z1.
- Góc ăn khớp a thường bằng 20o;
- Để các bánh răng ăn khớp được với nhau thì chúng phải cùng môđun, có nghĩa là: m1 = m2 = m = pt : p. Trong đó pt là bước răng trên vòng tròn chia. Trị só của m từ 0,05 đến 100mm;
- Chiều cao răng h = 2,25m;
- Đối với cặp bánh răng không dịch chỉnh (cặp bánh răng tiêu chuẩn) hoặc dịch chỉnh đều, đường kính vòng tròn lăn và vòng tròn chia trùng nhau:
d1 = dct = m.Z1; d2 = dc2 = m.Z2.
Ngoài dạng răng thân khai còn có dạng răng cung tròn do Nô-vi-côv phát minh năm 1954. Khả năng tải của bánh răng Nô-vi-côv cao hơn bánh răng thân khai, nhưng để gia công nó rất phức tạp.
2. Phân loại truyền động bánh răng
a) Theo vị trí tương đối giữa các trục: có các loại truyền động bánh răng sau:
- Trường hợp hai trục song song: dùng chuyển động bánh răng trụ răng thẳng, răng nghiêng, răng V hoặc răng cong (hình 1.34):
Hình 1.34.
- Trường hợp hai trục cắt nhau: dùng chuyển động bánh răng nón (thường có răng thẳng hoặc răng cong);
- Trường hợp hai trục chéo nhau: dùng truyền động bánh răng trụ chéo;
- Truyền động bánh răng - thanh răng: dùng để biến đổi truyền động quay tịnh tiến hoặc ngược lại;
b) Theo kiểu ăn khớp: có hai loại là truyền động ăn khớp trong và truyền động ăn khớp ngoài.
3. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng:
a) Ưu điểm:
- Kích thước nhỏ gọn, khả năng chịu tải lớn;
- Hiệu suất truyền động cao, tỷ số truyền ổn định (h = 0,95 ¸ 0,99; i = constan);
- Tuổi thọ cao làm việc tin cậy.
- Truyền động tốt trong phạm vi công suất, tốc độ và tỷ số truyền khá rộng.
b) Nhược điểm:
- Đòi hỏi chế tạo và lắp ráp với độ chính xác cao;
- Có nhiều tiếng ồn khi tốc độ quay lớn, phải bôi trơn thường xuyên;
- Chỉ truyền động được ở khoảng cách tương đối nhỏ;
- Chịu va đập kém, các răng dễ hỏng khi quá tải;
c) Phạm vi sử dụng: rất rộng, từ những bánh răng rất bé (trong đồng hồ đeo tay) đến những cặp bánh răng có đường kính tới vài mét, nặng vài tấn và truyền được công suất vài vạn Kw. Truyền động bánh răng được sử dụng trong hầu hết các loại máy móc, thiết bị và dụng cụ đo lường cơ khí.
V. TRUYỀN ĐỘNG TRỤC VÍT
Là phương pháp truyền năng lượng cơ học từ trục này sang trục khác nhờ sự ăn khớp trực tiếp của các răng của bánh răng (bánh vít) với ren trên trục vít. Các trục cắt chéo nhau trong không gian (thường là 90o).
1. Nguyên lý truyền động: Bộ truyền bao gồm có trục vít và bánh vít (hình 1.35). Thông thường trục vít là trục chủ động, còn bánh vít là bánh răng bị động. Khi trục vít quay một vòng thì bánh vít quay được Z1 răng (Z1 = 1 ¸ 4) là số mối ren trục vít).
Các thông số hình học cơ bản của bộ truyền:
Hình 1.35.
- Tỷ số truyền: i = n1: n2 = Z2 : Z1;
- Môđun dọc của ren trục vít: bằng môđun ngang của răng bánh vít m = t/p (mm), trong đó t là bước ren của ren trục vít cũng là bước ngang của răng bánh răng vít đo trên vòng chia;
- Khoảng cách trục của bộ truyền: A = 0,5.m. (Z1 / tgl + Z2);
- Hiệu suất truyền động: h = [tgl / tg(l ± p)]±1, dấu (+) áp dụng khi trục vít dẫn động và dấu (-) khi bánh vít dẫn động.
Trong đó:
r- góc ma sát trong (góc quy ước, không tồn tại trong thực tế), r = arctgf = 1 ¸ 5o, ở đây f = 0,02 ¸ 0,10 là hệ số ma sát giữa trục vít và bánh vít;
Z1 và Z2 - số mối ren của trục vít và số răng của bánh vít;
l- là góc nâng của trục vít.
Hiệu suất truyền động tăng khi mối ren trục vít tăng (Z1 = 1; h = 0,7 ¸ 0,75; Z1 = 2; h = 0,75 ¸ 0,82; Z1 = 3; h = 0,82 ¸ 0,87; Z1 =4; h = 0,87 ¸ 0,92), nhưng khi Z1 tăng thì tỷ số truyền i giảm. Truyền động trục vít thường có Z1 = 1, để tận dụng tỷ số truyền cao, thế nhưng hiệu suất truyền động thấp. Các trường hợp Z1 ³ 2 ít phổ biến.
Ngoài trục vít có tiết diện răng khác nhau còn có trục vít lõm. Trục vít lõm có khả năng chịu tải lớn hơn vì có số răng ăn khớp đồng thời lớn hơn, nên bề mặt tiếp xúc giữa hai bánh răng nhiều hơn. Tuy nhiên khi chế tạo, lắp ráp và điều chỉnh khó khăn hơn, đặc biệt là khi bánh răng vít đã bị mòn.
Vật liệu: trục vít được chế tạo bằng thép hợp kim (15X, 40X, 40XH…), bánh vít thường được làm bằng đồng thanh ở phần răng còn phần trong của bánh vít thường được làm từ thép (hợp kim) rẻ tiền hơn, chỉ trong những trường hợp trục vít quay chậm (vr £ 2m/s) bánh vít mới làm bằng hợp kim.
2. Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng:
a) Ưu điểm:
- Tỷ số truyền lớn (tới 500 hoặc hơn thế nữa);
- Làm việc êm không ồn;
- Có khả năng tự hãm
b) Nhược điểm:
- Hiệu suất truyền động thấp (0,7 ¸ 0,92);
- Cần dùng vật liệu giảm ma sát đắt tiền (đồng thanh) để làm bánh vít;
- Sinh nhiệt khá lớn khi làm việc
c) Phạm vi sử dụng: dùng trong các loại kích nâng (nhờ khả năng tự hãm) hoặc các bộ truyền có tỷ số truyền lớn nhưng công suất không lớn lắm (bé hơn 50Kw như ôtô, máy cắt gọt kim loại v.v…).
VI. TRUYỀN ĐỘNG XÍCH:
Là phương pháp truyền động ăn khớp gián tiếp bằng xích giữa hai trục song song cách xa nhau khi cần đảm bảo tỷ số truyền ổn định.
1. Nguyên lý và các thông số của bộ truyền động:
Bộ truyền xích gồm có đĩa chủ động, đĩa bị động và xích (trên hình 1.36 là loại xích ống). Ngoài ra, tùy trường hợp cụ thể có thêm các cơ cấu phụ như căng xích, bôi trơn và bao che. Có khi dùng một xích để truyền động từ một đĩa dẫn sang nhiều đĩa dẫn khác. Ống 6 lắp lỏng với chốt 4, do đó chúng có thể xoay tự do đối với nhau (tạo thành bản lề). Phía ngoài ống 6 lồng con lăn 8. Con lăn cũng có thể xoay tự do. Lắp xích vào đĩa xích, con lăn trực tiếp ăn khớp vào răng đĩa.
Hình 1.36.
Nhờ có con lăn mà một phần ma sát trượt trên đĩa răng được thay bằng ma sát lăn và ống tỳ vào nhau, tải trọng được phân bố trên suốt chiều dài ống.
Các thông số hình học chủ yếu của bánh xích là bước xích t; đường kính vòng tròn chia của các đĩa xích d1 và d2. Sau đây ta xét đến các thông số cơ bản của xích.
- Bước xích t: là thông số chính của bộ truyền động xích. Bước xích càng lớn thì khả năng tải càng lớn, nhưng tải trọng va đập và tiếng ồn càng tăng, do đó khi vận tốc xích lớn cần chọn bước xích t nhỏ (nếu yêu cầu khả năng chịu tải lớn thì tăng chiều rộng xích hoặc dùng nhiều hàng xích;
- Đường kính vòng tròn chia: di = t/ sin(p; Zj);
- Tỷ số truyền: i = h1: n2 = Z2 : Z1;
- Khoảng cách A tốt nhất: A = (30 ¸ 50)t. Trong đó Amin xác định theo điều kiện góc ôm a £ 120o.
- Lực vòng cho phép: P = [P0]. b0. d/ke, (N) trong đó [Po] là áp lực cho phép ở bản lề (14 ¸ 35MPa); b0 và d(mm) được chỉ dẫn trên hình 1.35; ke = 1,2 ¸ 3 là hệ số kể đến điều kiện bôi trơn, điều chỉnh, tính chất tải trọng và các điều kiện khác;
- Công suất truyền của xích: N = 3,6. P.v (Kw); trong đó P là lực vòng của xích và v (m/s) là tốc độ xích.
2. Phân loại và cấu tạo xích:
a) Phân loại: theo công dụng xích được chia thành ba loại:
- Xích trục: (hình 1.37a) làm việc với vận tốc thấp (£ 0,25 m/s) và tải trọng lớn. Dùng trong các máy trục, tời… để nâng vật nặng.
Hình 1.37.
- Xích kéo: (hình 1.37b) làm việc với vận tốc tương đối nhỏ (£ 2m/s), dùng để kéo vật nặng trong một số loại máy vận chuyển như băng tải, thang máy v.v…).
- Xích truyền động: (h.1.36) dùng để truyền cơ năng giữa các trục. Thường làm việc với vận tốc lớn nên có bước xích nhỏ để giảm bớt tải trọng động và tiếng ồn.
b) Các loại xích truyền động: xích truyền động có ba loại chính là xích răng, xích ống và xích con lăn. Xích và đĩa xích thường làm bằng thép thường được nhiệt luyện (tôi, thấm than, thấm nitơ…) để tăng độ cứng. Hiện nay người ta đã bắt đầu dùng chất dẻo để chế tạo xích và đĩa xích trong những trường hợp không được bôi trơn.
3. Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng:
a) Ưu điểm:
- Khoảng cách truyền động lớn (Amax = 8m), khuôn khổ kích thước nhỏ hơn so với truyền động đai;
- Lực tác dụng lên trục nhỏ hơn so với truyền động đai;
- Tỷ số truyền ổn định;
- Hiệu suất truyền động cao (h = 0,96 ¸ 0,98);
- Có thể đồng thời truyền động cho nhiều trục.
b) Nhược điểm:
- Yêu cầu chế tạo, lắp ráp và chăm sóc phức tạp hơn so với truyền động đai;
- Xích và đĩa xích chóng mòn, gây ồn khi làm việc;
- Vận tốc tức thời của xích và đĩa bị dẫn không ổn định do dây xích không thể căng tuyệt đối.
c) Phạm vi sử dụng: truyền động xích thường dùng trong những trường hợp khi khoảng cách giữa các trục khá lớn, yêu cầu kích thước bộ truyền phải tương đối nhỏ gọn và làm việc không trượt.
§ 1.4. TRUYỀN ĐỘNG THUỶ LỰC
1. Khái niệm chung và phân loại
Truyền động thuỷ lực là phương pháp truyền cơ năng từ động cơ điện hoặc động cơ đốt trong tới trục chấp hành của các cơ cấu công tác nhờ dầu thuỷ lực có áp suất cao (truyền động thuỷ tĩnh) hoặc dầu có vận tốc lớn (truyền động thuỷ động).
Truyền động thuỷ lực được phân loại theo các dấu hiệu sau:
* Theo nguyên lý làm việc truyền động thuỷ lực được chia làm hai nhóm:
- Truyền động thể tích (truyền động thuỷ tĩnh) - dầu thuỷ lực có áp suất cao nhưng vận tốc thấp.
- Truyền động thủy động - dầu thuỷ lực có áp suất thấp nhưng vận tốc cao.
* Theo quy luật chuyển động của cơ cấu chấp hành chúng được chia làm 3 nhóm:
- Truyền động thuỷ lực thể tích có cơ cấu chấp hành chuyển động tịnh tiến – xi lanh thuỷ lực.
- Truyền động thuỷ lực thể tích có cơ cấu chấp hành chuyển động quay – môtơ thuỷ lực.
- Truyền động thuỷ lực thể tích có cơ cấu chấp hành chuyển động xoay với góc xoay nhỏ hơn 3600.
* Theo khả năng điều chỉnh tốc độ của cơ cấu công tác chúng được chia làm 2 nhóm:
- Nhóm có cơ cấu điều chỉnh;
- Nhóm không điều chỉnh.
* Theo sơ đồ tuần hoàn của dầu thuỷ lực có 2 nhóm:
- Nhóm có sơ đồ đóng kín;
- Nhóm có sơ đồ tuần hoàn hở.
2. Cấu tạo chung của hệ thống truyền động thuỷ lực
- Cơ cấu tạo dầu thuỷ lực có áp suất hoặc vận tốc cao: các bơm dầu thuỷ lực, thùng dầu, các bộ lọc dầu;
- Phần tử xử lý và dẫn dầu: van tiết lưu, van áp suất;
- Các phần tử điều khiển: van đảo chiều, van an toàn, van một chiều
- Các cơ cấu chấp hành: xi lanh, môtơ, khớp nối thuỷ lực…
Sơ đồ mô tả cấu tạo tổng quát của hệ thống dẫn động thuỷ lực được mô tả qua sơ đồ hình 2.15.
Hình 1.15. Sơ đồ khối cấu trúc hệ thống dẫn động bằng thuỷ lực
3. Bảng ký hiệu các cụm và các cơ cấu trong hệ thống dẫn động thuỷ lực và dẫn động khí nén
Ký hiệu
Tên gọi
Bơm thuỷ lực không điều chỉnh
Bơm thuỷ lực đảo chiều
Bơm thuỷ lực có điều chỉnh
Mô-tơ thuỷ lực không điều chỉnh
Mô-tơ thuỷ lực đảo chiều
Mô-tơ thuỷ lực có điều chỉnh
Xi lanh thuỷ lực tác dụng hai chiều với một cán pittông
Xi lanh thuỷ lực tác dụng hai chiều với hai cán pittông
Xi lanh thuỷ lực tác dụngmộtchiều
Xi lanh thuỷ lực kiểu ống lồng
Xi lanh thuỷ lực có cơ cấu phanh giảm chấn cuối hành trình
Van tiết lưu không điều chỉnh
Van tiết lưu có điều chỉnh
Van giới hạn áp suất tự điều chỉnh
Van giới hạn áp suất không tự điều chỉnh
Van một chiều không có dòng phản hồi
Khoá thuỷ lực
Bình tích áp thuỷ lực
Bình tích áp kiểu lò xo
Bình tích áp kiểu khí nén
Phin lọc dầu
Bộ tản nhiệt (làm mát dầu)
Bộ biến đổi thuỷ lực
Thùng dầu hở
Thùng dầu kín có áp suất cao hơn áp suất không khí
Van phân phối 4/2 điều khiển bằng cần gạt
Van phân phối 4/3 điều khiển bằng tay, vị chí “O” là vị ngắt truyền động
Van phân phối 4/3 điều khiển bằng điện từ, vị chí “O” là vị dòng dầu thuỷ lực bơm vòng tròn
4. Sơ đồ một vài truyền động tiêu biểu thường gặp trong máy thi công công trình ngầm
a) Truyền động thuỷ lực thể tích có cơ cấu chấp hành chuyển động tịnh tiến – xi lanh thuỷ lực:
Hình 1.16. Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động thuỷ lực mạch hở với cơ cấu công tác chuyển động tịnh tiến – xi lanh thuỷ lực:
1- bơm dầu thuỷ lực; 2 – xi lanh thuỷ lực; 3 - ống dẫn dầu; 4b – van tràn; 5 - van phân phố 4/3i; 6 – van tiết lưu (điều chỉnh lưu lượng); 7 – van một chiều; 8a – phin lọc dầu; 9 – thùng dầu thuỷ lực; 10 - bộ làm mát dầu; 11- đồng hồ áp lực
b) Truyền động thuỷ lực thể tích có cơ cấu chấp hành chuyển động quay – môtơ thuỷ lực
Hình 1.17. Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động thuỷ lực mạch kín với cơ cấu công tác chuyển động quay – môtơ thuỷ lực:
1- bơm dầu thuỷ lực; 1a – bơm bổ xung dầu 2 – xi lanh thuỷ lực; 3 - ống dẫn dầu; 4a – van giới hạn áp suất; 4b – van tràn; 5 - van phân phố 4/2; 6 – van tiết lưu (điều chỉnh lưu lượng); 7 – van một chiều; 8a – phin lọc dầu; 9 – thùng dầu thuỷ lực; 10 - bộ làm mát dầu; 11- đồng hồ áp lực
5. Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng của truyền động thuỷ lực
a) Ưu điểm:
- Truyền được công suất cao và lực lớn nhờ các cơ cấu tương đối đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao, ít đòi hỏi về chăm sóc và bảo dưỡng.
- Điều chỉnh vô cấp vận tốc trong phạm vi rộng và dễ dàng thực hiện các chuyển động khác nhau như chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến của cơ cấu chấp hành.
- Dễ thực hiện tự động hoá theo công nghệ được lập trình sẵn, kể cả các hệ cực kỳ phức tạp và hạ giá thành nhờ sử dụng các sản phẩm được tiêu chuẩn hoá và sản xuất hàng loạt;
- Kết cấu gọn nhẹ, vị trí của các cơ cấu chủ động và cơ cấu bị dẫn không lệ thuộc với nhau, các đường ống dẫn dầu thuỷ lực dễ nối và đổi chỗ;
- Truyền động êm và không có tiếng ồn;
- Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn;
- Dễ theo dõi và kiểm tra nhờ các hệ thống áp kế và đồng hồ đo kể cả các hệ phức tạp nhiều mạch.
b) Nhược điểm:
- Tổn thất công suất qua các đường ống dẫn do ma sát, tổn thất do bị dò dầu trên đường ống dẫn cũng như tại các khớp nối;
- Vận tốc của cơ cấu công tác khó giữ được ổn định do tính chất nén được của dầu thuỷ lực và do độ đàn hồi của các ống dẫn.
- Khi nhiệt độ của dầu thuỷ lực thay đổi (đặc biệt khi khởi động) độ nhớt của dầu thay đổi dẫn tới thay đổi vận tốc của cơ cấu công tác;
- Yêu cầu về độ chính xác khi chế tạo, sửa chữa và thay thế;
c) Phạm vi sử dụng:
Hệ thống truyền động thuỷ lực được sử dụng rộng rãi trong các máy thi công công trình ngầm do các ưu điểm về khả năng truyền được công suất cao, dễ dàng tự động hoá.
Trong các máy khoan hầm lò ngày nay, hệ thống truyền động không chỉ được sử dụng để dẫn động đầu khoan mà nó còn dẫn động nhiều cơ cấu công tác đòi hỏi độ chính xác cao như hệ thống định vị mũi khoan và hướng khoan.
Với việc ngày nay các phần tử (chi tiết và cụm chi tiết máy) trong hệ thống truyền động thuỷ lực đã được tiêu chuẩn hoá để sản xuất hàng loạt nên giá thành của các máy thuỷ lực đã giảm đáng kể. Mặt khác với sự tiến bộ của công nghệ chế tạo máy với độ chính xác cao cho phép chúng ta mạnh dạn sử dụng các loại máy ngầm dẫn động thuỷ lực vào ứng dụng và chúng ngày càng khẳng định được vị trí cũng như hiệu quả về mặt kinh tế cũng như kỹ thuật .
§ 1.5. So sánh các dạng truyền động
Bảng dưới đây trình bày một cách tổng quan các dạng truyền động trong máy móc nói chung và máy công trình ngầm nói riêng:
Truyền động
Truyền động thuỷ lực
Truyền động khí nén
Truyền động điện
Truyền động cơ khí
Mang năng lượng
Dầu thuỷ lực
Khí nén
Electron
Các chi tiết máy
Truyền năng lượng
Ống dẫn thuỷ lực, các đầu nối
Ống dẫn khí nén
Cáp điện
Các chi tiết máy
Thiết bị động lực
Bơm dầu thuỷ lực
Máy nén khí
Máy phát điện
Động cơ đốt trong
Các đại lượng cơ bản
- Áp suất P
- Lưu lượng Q
- Áp suất P, Pa
- Lưu lượng Q
- Hiệu điện thế U;
- Cường độ dòng điện I.
- Lực F;
- Mô men xoắn M;
- Vận tốc tiếp tuyến;
- Vận tốc quay
Công suất truyền
Công suất truyền rất lớn và khoảng cách truyền xa.
Không lớn lắm với áp lực khí nén khoảng dưới 6 bar. khoảng cách truyền xa
Công suất truyền rất lớn và khoảng cách truyền xa.
Công suất truyền lớn. khoảng cách truyền không lớn lắm
Độ chính xác của cơ cấu chấp hành
Rất tốt
Không tốt lắm
Tốt, độ trễ nhỏ
Rất tốt khi dùng truyền động ăn khớp
Hiệu suất
Cao
Thấp
cao
Tổn thất lớn
Độ linh hoạt trong điều khiển
Rất tốt
Độ trễ lớn
Rất tốt
Kém
Ứng dụng
Rộng rãi
Một số ít máy khoan khí nén, dây chuyền lắp ráp
Rộng rãi
Không thể thiếu trong bất kỳ các máy thi công xây dựng
§ 1.6. KHỚP NỐI
I. KHÁI NIỆM CHUNG: . Khớp nối dùng để nối các trục hoặc chi tiết máy quay với nhau. Ngoài chức năng chính là truyền mômen xoắn (mà không thay đổi trị số và chiều quay), khớp nối còn dùng để đóng mở cơ cấu, giảm tải trọng động, ngăn ngừa quá tải, điều chỉnh tốc độ v.v… Ví dụ trên hình 1.38 là sơ đồ vị trí khớp nối của một máy nào đó.
Hình 1.38.
KHỚP NỐI
Dựa vào tính chất làm việc và cấu tạo người ta phân loại khớip nối như sơ đồ sau:
Máy ngắt truyền động phải tắt máy
Máy ngắt truyền động không cần tắt máy
II. NỐI TRỤC: Nối trục thuộc loại khớp nối cố định. Trong một số trường hợp trục dài, nếu làm liền sẽ gặp khó khăn trong chế tạo, vận chuyển và lắp, ráp, do đó người ta chế tạo nhiều trục ngắn rồi nối lại với nhau bằng những khớp nối cố định gọi là nối trục.
Các kiểu nối trục được chia làm ba nhóm lớn:
- Nối trục chặt: dùng để nối các trục thẳng. Kiểu nối này được tiêu chuẩn hóa theo đường kính trục;
- Nối trục bù: dùng để nối các trục bị nghiêng hoặc bị lệch đối với nhau một khoảng nhỏ do chế tạo, lắp ghép thiếu chính xác hoặc do trục bị biến dạng đàn hồi (nối trục răng, nối trục xích và nối trục cao - đăng);
- Nối trục đàn hồi: dùng để giảm bớt tải trọng động trong các máy chịu va đập nhiều của quá trình làm việc.
Dưới đây trình bày ba kiểu thông dụng nhất đó là nối trục ống, nối trục đĩa (thuộc nhóm nối chặt) và nối trục bản lề.
1. Nối trục ống: là kiểu nối trục đơn giản nhất. Cấu tạo nó được chỉ trên hình 1.39.a.
2. Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản và làm việc chắc chắn, an toàn.
3. Nhược điểm: Lắp ghép khó khăn (phải xê dịch một trong hai trục) và chỉ nối được hai trục có đồng đường kính không lớn lắm (Ætrục nối £ 60 ¸ 70).
Hình 1.39.
4. Nối trục đĩa:
Là kiểu nối trục chặt phổ biến nhất. Nó gồm hai đĩa may -ơ, mỗi đĩa lắp trên đoạn cuối của trục bằng then hoặc bằng bộ dôi rồi dùng bu lông ghép chặt hai đĩa với nhau (hình 1.39.b).
- Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, kích thước nhỏ gọn; lắp ghép dễ dàng, có thể nối được hai trục có đường kính khác nhau (ở trường hợp này đĩa được lắp vào trục bằng bộ dôi).
- Ghi chú: Nếu ta thay các bu lông bằng các chốt có bọc vòng đàn hồi (ví dụ làm bằng vòng cao su) thì ta có khớp nối trục đĩa vòng đàn hồi cho phép lệch dọc trục, lệch tâm và lệch góc.
5. Nối trục bản lề (nối cac-đăng):
Nối cac-đăng thường dùng trong ôtô, máy kéo, máy xây dựng. Chúng cho phép truyền mômen xoắn giữa hai trục không ngừng nằm trên một đường thẳng, cắt nhau một góc tới 40o. Góc này có thể thay đổi trong quá trình làm việc. Sở dĩ chuyển động quay được truyền giữa hai trục là nhờ cac-đăng có hai khớp bản lề có trục vuông góc với nhau (h.1.40). Nếu dùng một đôi cac-đăng đặt ở trục trung gian thì có thể làm tăng góc lệch giữa hai trục dẫn và bị dẫn, mặt khác nếu dùng đôi cac-đăng đó truyền chuyển động giữa hai trục song song nhưng cách nhau một khoảng cách thì trục bị dẫn có cùng vận tốc góc với trục dẫn.
Đó là ưu điểm nổi bật của bộ truyền cac-đăng, bởi nó làm việc bình thường khi góc truyền động thay đổi.
Hình 1.40.
III. LY HỢP:
Là loại khớp nối động dùng để nối hoặc tách các trục vào bất cứ lúc nào. Tùy theo nguyên lý làm việc có thể chia thành bốn loại là ly hợp ăn khớp, ly hợp ma sát, ly hợp tự động và ly hợp điện từ. Sau đây ta chỉ xét đến ba loại ly hợp cơ khí thường gặp:
1. Ly hợp ăn khớp: Có hai kiểu là ly hợp vấu và ly hợp răng
a) Ly hợp vấu: Gồm hai nửa ly hợp có 3 ¸ 60 vấu ở hai mặt tiếp xúc nhau. Một nửa ly hợp gắn cố định với đầu trục chủ động A, nửa kia có thể di động dọc trục B nhờ then hoa 1. Cần điều khiển 2 dùng để đóng hoặc ngắt ly hợp khi cần thiết (hình 1.41.a).
- Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, kích thước nhỏ gọn và ít có hiện tượng trượt.
- Nhược điểm: Khi nối hai trục có vận tốc quay chênh lệch nhiều sẽ sinh ra va đập mạnh, thậm chí có thể có phá hỏng ly hợp. Do đó ly hợp vấu chỉ dùng khi vận tốc lớn nhất của vấu xa nhất là khoảng 1 m/s.
Hình 1.41.
b) Ly hợp răng:
Gồm hai nửa ly hợp có cấu tạo như bánh răng trong, còn nửa kia - bánh răng ngoài. Cách ghép với các trục và nguyên lý làm việc tương tự như ly hợp vấu, chỉ có điểm khác là hai bánh răng này có cùng số răng và môđun (hình 1.41.b).
Nhằm giảm bớt tải trọng va đập khi đóng ly hợp người ta sử dụng bộ đồng tốc (làm cho cùng vận tốc góc của hai bánh răng) lúc đó mới đóng ly hợp. Ly hợp răng có đầy đủ ưu và nhược điểm của truyền động bánh răng.
Hình 1.43.
2. Ly hợp ma sát: Ly hợp ma sát truyền mômen xoắn nhờ lực ma sát sinh ra trên bề mặt làm việc với các hình dáng khác nhau, tùy theo hình dáng đó mà người ta chia ra làm ly hợp đĩa ma sát (hình 1.43.a) và ly hợp nón ma sát (hình 1.43.b).
Ly hợp ma sát có thể làm việc trong điều kiện ma sát khô và ma sát ướt (ngâm trong dầu). Lực ép lên bề mặt ma sát Fa tạo ra khi đóng cơ cấu lò xo, tay đòn, thủy lực hay khi ép. Lúc đó giữa các bề mặt tiếp xúc sinh ra lực ma sát và làm quay trục bị dẫn.
Trục dẫn truyền được mômen xoắn Mx = Fa. f.Dm. Z/(2k1. sina) cho trục bị dẫn, trong đó f là hệ số ma sát tại bề mặt tiếp xúc, Dm - đường kính ma sát trung bình, Z - số cặp bề mặt ma sát tiếp xúc và k1 - hệ số dự trữ an toàn (k1 = 1,2 ¸ 1,5). Đối với ly hợp nón ma sát a = 8 ¸ 150 để tránh bộ ly hợp tự động hãm.
3. Ly hợp tự động: Có ba loại chính là ly hợp an toàn, ly hợp ly tâm và ly hợp một chiều.
a) Ly hợp an toàn: Là loại ly hợp tự ngắt truyền động khi quá tải để tránh cho máy bị hỏng hóc. Chúng được sử dụng nhiều trong các máy cắt gọt kim loại và các máy xây dựng. Hai kiểu ly hợp an toàn thường dùng là:
- Ly hợp ma sát an toàn: Nó như một dạng ly hợp nhiều đĩa ma sát thường xuyên đóng bằng lo xo ép (có thể điều chỉnh được độ nén). Khi quá tải thì các đĩa ma sát bị trượt tương đối nhau, chỉ truyền được mômen xoắn nhỏ hơn hoặc bằng M0 = x.k.f.DmZ/ (2k); ở đây x chiều dài đoạn lò xo bị nén, k - hệ số nén của lò xo, các chỉ số khác được chỉ dẫn ở mục ly hợp ma sát.
- Ly hợp vấu an toàn: Các vấu có góc vát lớn (40 ¸ 450). Khi quá tải thì các vấu bị trượt tương đối với nhau, hết quá tải lại tự động cài lại với nhau và làm việc bình thường.
b) Ly hợp ly tâm: (h.1.44a). Cũng tương tự như ly hợp ma sát. Nhưng ở đây lực ép Fa được thay bằng lực ly tâm (Ftt), lực này sinh ra khi trục dẫn được quay với vận tốc góc no nào đó. Khi nA < no thì lực ly tâm nhỏ hơn sức căng lò so (Flt < Flx), hai nửa ly hợp 2 và 3 không tiếp xúc nhau do vậy ly hợp vẫn bị mở. Khi nA < no lúc đó Flt > Flx, các má ma sát 2 ép vào vành ma sát bị động 3, chuyển động quay được truyền từ trục A qua thanh dẫn hướng lò xo và các má ma sát 3 khiến cho trục bị động B quay theo. Thời điểm đóng - ngắt ly hợp (tại vận tốc quay cân bằng n0) được điều chỉnh bằng lực căng của lò xo. Loại ly hợp này được sử dụng cho các bộ phận máy tự động đóng hoặc ngắt truyền động khi vận tốc quay của trục chủ động đạt tới vận tốc góc nào đó.
- Ly hợp răng một chiều (hình 1.44c). Ví dụ điển hình của kiểu ly hợp này là líp xe đạp (chỉ truyền mô men xoắn theo một chiều và quay trơn theo chiều ngược lại). Trong thực tế kiểu ly hợp này thường được dùng làm cơ cấu hãm trên các máy vận chuyển lên cao như kích thanh răng, tời xích… Cơ cấu này gồm bánh cóc 1, con cóc 2 và lá kim loại đàn hồi 3 luôn áp con cóc vào bánh cóc.
- Ly hợp con lăn một chiều: (hình 1.44.d). Hai nửa ly hợp là đĩa 1 (gắn với trục chủ động) và vành 2 (gắn với trục bị động). Các con lăn 3 (có thể là bi hoặc đũa) luôn bị ép chặt vào vành 2 bởi lực ép của các lò xo 5 thông qua các chốt đẩy dẫn hướng 4.
Hai nửa ly hợp 1 và 2 được quay cùng với nhau khi đĩa 1 quay theo chiều kim đồng hồ. Trong trường hợp ngược lại các con lăn 3 sẽ di chuyển về phía rộng hơn của khe hở giữa hai nửa ly hợp và hai nửa ly tách khỏi nhau.
Hình 1.44.
Bạn đang đọc truyện trên: Truyen247.Pro