Bài giảng Chi tiết máy (Machine Design) - Chương 8: Trục - Nguyễn Xuân Hạ

Phần III Các chi tiết đỡ và nối Thiết kế trục 2 Nội dung  Trục Khái niệm chung, phân loại Cơ sở tính toán trục Tính trục theo độ bền  Ổ trượt  Ổ lăn  Nối trục  Lò xo TRỤC Thiết kế trục 4 1. Khái niệm chung  Công dụng Đỡ chi tiết quay, truyền mô men xoắn hoặc cả 2 nhiệm vụ  Phân loại  Trục tâm/Trục truyền  Trục trơn/Trục bậc  Trục đặc/Trục rỗng  Trục thẳng/Trục khuỷu/Trục mềm Thiết kế trục 5 2. Kết cấu trục Phải đảm bảo:  Chịu được tải yêu cầu  Cố định các chi tiết lắp  Điều kiện gia công, lắp ghép * Ngõng trục, thân trục, vai trục, đoạn chuyển tiếp. Thiết kế trục 6 -Ngõng trục: đoạn trục lắp với ổ trục, đường kính lấy theo tiêu chuẩn ổ lăn -Thân trục: đoạn trục lắp với CTM quay, đường kính lấy theo dãy số ưu tiên -Vai trục: cố định theo chiều dọc trục CTM lắp trên trục 2. Kết cấu trục Thiết kế trục 7 3. Cố định các chi tiết lên trục  Thường dùng các kiểu lắp tháo được  Theo phương tiếp tuyến: then, then hoa, độ dôi  Theo phương dọc trục: vai, bạc chặn, độ dôi Thiết kế trục 8 Lắp bằng then Then bằng, then bán nguyệt, then vát  Kích thước then được tiêu chuẩn hóa  Then tính theo độ bền dập và độ bền cắt ψ = 1 nếu then; 0,75 nếu 2 then. ][2 2,1 dd dlt T   ][2 cc dlb T   3. Cố định các chi tiết lên trục Thiết kế trục 9 Lắp bằng then hoa  Then hoa được gia công trực tiếp trên trục và moay-ơ.  Profil có thể có nhiều loại: vuông, tam giác, thân khai  Với mối ghép di động then hoa được tính kiểm nghiệm độ bền mòn. 3. Cố định các chi tiết lên trục Thiết kế trục 10 Lắp bằng độ dôi  Độ dôi được tạo ra do đường kính trục lớn hơn đường kính lỗ  = dtr - dl  Mối ghép truyền tải nhờ ma sát do áp suất sinh ra khi ghép.  Thường chọn trước kiểu lắp, tra dung sai và kiểm tra độ dôi nhỏ nhất min theo khả năng tải yêu cầu.  Kiểm tra điều kiện bền của chi tiết ghép (trục và moay-ơ) theo max max = dtr. max - dl. min min = dtr. min - dl. max  Độ dôi thực tế bị giảm đi do nhấp nhô bề mặt bị mất khi lắp. 3. Cố định các chi tiết lên trục Thiết kế trục 11 4. Cơ sở tính toán trục  Lực tác dụng lên trục * Lực ăn khớp từ các bộ truyền bánh răng, trục vít * Lực hướng tâm từ bộ truyền đai, xích * Lực do sai số khớp nối  Ứng suất * Uốn * Xoắn * Các loại khác thường được bỏ qua Thiết kế trục 12 4. Cơ sở tính toán trục Trục quay chịu tải không đổi *Tại tiết diện bất kỳ M = const Ứng suất thay đổi có tính chu kỳ Thiết kế trục 13 Ứng suất uốn và xoắn * i (1 hoặc 2)- số rãnh then tại tiết diện W M 0W T 16 ., 32 . 3 0 3 dWdW   d tdtbidW .2 )(.. 32 . 211 3   d tdtbidW .2 )(.. 16 . 211 3 0   4. Cơ sở tính toán trục Thiết kế trục 14  Trục quay, tải không đổi, ứng suất uốn thay đổi theo chu trình đối xứng.  Trục quay, mô men xoắn không đổi, ứng suất xoắn thay đổi theo chu trình * mạch động nếu quay 1 chiều * đối xứng nếu quay hai chiều. 0 maxa W ;0 Tm   0 max a 2W2 T m   W ;0 maxa M m   4. Cơ sở tính toán trục Thiết kế trục 15 5. Tính toán trục  Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính toán  Tính trục theo độ bền  Tính trục theo độ cứng  Tính trục theo độ ổn định dao động Thiết kế trục 16 Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính toán  Gẫy hỏng do mỏi -> Độ bền mỏi là chỉ tiêu tính toán chủ yếu.  Gãy trục do quá tải -> kiểm nghiệm độ bền tĩnh.  Trục bị võng nhiều sẽ ảnh hưởng tới hoạt động của các chi tiết khác -> tính trục về độ cứng  Trục quay nhanh có thể bị hỏng do dao động -> kiểm nghiệm trục về dao động 5. Tính toán trục Thiết kế trục 17 Tính trục về độ bền (Tính sơ bộ) Khi chưa biết momen uốn mà chỉ biết momen xoắn => tính theo xoắn. Từ điều kiện bền  ≤ [] Suy ra: (dùng để tính các khoảng cách gối đỡ và các điểm đặt lực) Do không kể đến ứng suất uốn và mỏi -> chọn [] nhỏ: Thép 35, 40, 45, CT45  [] = 15  30 MPa 3 0 .2,0 d T W T   3 .2,0  Td  5. Tính toán trục Thiết kế trục 18 Tính trục về độ bền (Tính thiết kế) Sau khi xác định khoảng cách => vẽ biểu đồ momen => tính thiết kế đường kính các tiết diện trục từ đ.kiện bền: di – đường kính tiết diện cần tính Mtđ,i – momen tương đương tại tiết diện cần tính Mui – momen uốn tổng tại tiết diện cần tính Ti – momen xoắn tại tiết diện cần tính   22,3 , 75,0 ; .1,0 iuiitđitđi TMM M d   22 yixiui MMM  5. Tính toán trục Thiết kế trục 19 Tính trục về độ bền (Kiểm nghiệm độ bền mỏi)  Tính kiểm nghiệm độ bền mỏi -1  (0,40  0,45)b -1  (0,23  0,28)b b – g.hạn bền VL trục ][ 22 s ss sss    ma Ks          . 1 ma Ks         . 1 5. Tính toán trục s, s :hệ số an toàn chỉ xét riêng về ứs pháp ưs tiếp Thiết kế trục 20  -1, -1 : giới hạn mỏi uốn và mỏi xoắn trong chu kỳ đối xứng của mẫu nhẵn đường kính 7  10 mm. Có thể tra bảng hay lấy gần đúng theo công thức sau: + -1  (0,40  0,45)b + -1  (0,23  0,28)b + b - ứng suất bền của vật liệu làm trục Tính trục về độ bền (Kiểm nghiệm độ bền mỏi) 5. Tính toán trục Thiết kế trục 21  m, m : ứng suất trung bình  a, a :biên độ ứng suất  K, K : hệ số tập trung ứng suất thực tế   : hệ số tăng bền bề mặt  ,  : hệ số ảnh hưởng của ư/s trung bình   , : hệ số ảnh hưởng của kích thước tuyệt đối Tính trục về độ bền (Kiểm nghiệm độ bền mỏi) 5. Tính toán trục ma Ks          . 1 ma Ks         . 1 Thiết kế trục 22 Tính trục về độ bền (Kiểm nghiệm độ bền mỏi) 5. Tính toán trục Thiết kế trục 23 Tính trục về độ bền (Kiểm nghiệm độ bền mỏi) 5. Tính toán trục Thiết kế trục 24 Nếu s < [s] + Tăng đường kính d, chọn vật liệu tốt hơn + Giảm chiều dài trục (nếu có thể) + Giảm tập trung ứng suất Nếu s >> [s] + Giảm đường kính Tính trục về độ bền (Kiểm nghiệm độ bền mỏi) 5. Tính toán trục Thiết kế trục 25 Tính trục về độ bền (Kiểm nghiệm độ bền tĩnh)  Đề phòng gẫy hỏng do quá tải Kqt = hệ số quá tải s K chqttđ   22max, .3 5. Tính toán trục Thiết kế trục 26 6. Các bước tính trục 1. Chọn vật liệu Thép Cacbon -> b -> [] 2. Xác định tải trọng tác dụng lên trục - Lập sơ đồ tải tác dụng lên các chi tiết • Chú ý : phương chiều • Về phương và chiều của Fk chọn sao cho trục bị uốn nhiều nhất - Lập sơ đô tính toán: coi trục như dầm đặt trên 2 gối, chuyển lực về tâm trục Thiết kế trục 27 3. Xác định đường kính sơ bộ trục - Chọn theo dẫy tiêu chuẩn - Dựa vào d, xác định một số kích thước chiều dài trục 3 ][2,0  Td  6. Các bước tính trục Thiết kế trục 28 4. Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt tải • Lưu ý rằng các trục không đứng riêng rẽ mà được lắp trong HGT nên khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt tải phải được xác định trên cơ sở tổng thể. • Chiều dài moayơ các chi tiết quay, chiều rộng ổ... tính hoặc chọn theo đường kính trục sơ bộ đã tính ở bước trước. 6. Các bước tính trục Thiết kế trục 29 6. Các bước tính trục Thiết kế trục 30 5. Vẽ biểu đồ momen, xác định kết cấu trục - Vẽ biểu đồ momen - Xác định sơ bộ kết cấu trục 3.1,0 d M Wu M  3.2,0 d T ][3 22  tđ ][ .1,0 .75,0 3 22   d TM tđ 3 ].[1,0  tđMd  6. Các bước tính trục Thiết kế trục 31 - Kết cấu trục phải thỏa mãn điều kiện lắp ghép - Có tính công nghệ - Kết cấu trục cần thể hiện: cố định các chi tiết theo phương dọc trục và phương tiếp tuyến - Đảm bảo sức bền mỏi 6. Các bước tính trục Thiết kế trục 32 6. Các bước tính trục Thiết kế trục 33 7. Tìm hiểu thêm  Tính mối ghép then hoa và mối ghép độ dôi (tham khảo [1-4])  Kiểm nghiệm trục về độ cứng và dao động (tham khảo [1-4])  Trình tự tính toán trục và các vấn đề khác (tham khảo [5]). Cách xác định lực do sai số khớp nối. Vẽ biểu đồ mô men uốn và xoắn (lưu ý trường hợp phân đôi công suất). Kết cấu các loại trục hay dùng trong hộp giảm tốc. Xác định các hệ số khi tính kiểm nghiệm mỏi Thiết kế trục 34 7. Ôn tập  Công dụng và phân loại trục  Cách cố định các chi tiết lên trục  Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính trục  Phương pháp tính trục theo độ bền tĩnh và theo độ bền mỏi.