Bài giảng Chi tiết máy - Chương 2: Các tiết máy ghép - Nguyễn Minh Quân

CHƯƠNG II CÁC TIẾT MÁY GHÉP Các chi tiết máy được ghép lại với nhau thành các mối ghép. Mối ghép gồm: - Mối ghép động: giữa các chi tiết có sự dịch chuyển tương đối với nhau. 1 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ - Mối ghép tĩnh: các chi tiết được ghép cố định với nhau. Mối ghép không tháo được: Mối ghép tháo được: - Ghép có độ dôi: dạng ghép trung gian giữa tháo được và không tháo được. 2 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 1. Khái niệm chung - thanh thép hình trụ tròn - một đầu có mũ được chế tạo sẵn (mũ sẵn) - mũ còn lại được tạo nên khi tán đinh vào mối ghép (mũ tán) 3 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 2. Đinh tán 4 (1,5 1,7)l s d   Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 2.1 Tán đinh + Tán nóng: nung nóng đầu đinh tới 1000oC (d > 8 mm) + Tán nguội: không nung nóng (d < 8 mm) 5 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 2.2 Vật liệu đinh - Dẻo -> dễ tán - Đồng chất với mối ghép -> tránh ăn mòn 6 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 2.3 Các loại đinh 7 Đinh tán rỗng Đinh tán nổ Mũ chỏm cầu Mũ chìm Mũ côn Mũ nửa chìm Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 3. Phân loại 8 Mối ghép chắc Mối ghép chắc, kín Ghép chồng Ghép giáp nối + Theo công dụng: + Theo cấu tạo Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 4. Đánh giá - Ưu điểm: Chắc chắn, dễ kiểm tra chất lượng, ít làm hỏng các chi tiết máy khi tháo rời. - Nhược điểm: Tốn kim loại, cồng kềnh, nặng, giá thành cao ( ngày càng được thay thế bằng hàn ) 5. Phạm vi sử dụng + Những mối ghép đặc biệt quan trọng trực tiếp chịu tải trọng chấn động hoặc va đập: cầu, máy bay, cần trục. + Những mối ghép không hàn được: vật liệu không hàn được, bị cong vênh. 9 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 6. Tính toán 10 - Tải trọng ngang, kéo các tấm trượt tương đối với nhau. - Nhỏ => truyền từ tấm nọ sang tấm kia. - Lớn hơn lực ma sát => trượt 1 khoảng bằng khe hở giữa lỗ đinh và đinh => tác dụng trực tiếp lên thân đinh => chịu cắt, dập, uốn. Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 1. Phương pháp hàn 11 Hàn hồ quang Hàn tiếp xúcHàn vảy Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 2. Phân loại Công dụng: + Hàn chắc + Hàn chắc kín Kết cấu: 12 Hàn giáp mối Hàn chồng Hàn góc Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 3. Đánh giá Ưu điểm: + Khối lượng nhỏ hơn đinh tán + Tận dụng kim loại, không làm yếu tấm ghép + Giá thành rẻ (không phải tạo lỗ) Nhược điểm: + Phụ thuộc tay nghề + Khó kiểm tra khuyết tật + Nhiệt => cong vênh 13 Hàn tự động Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 4. Tính toán mối ghép hàn 4.1 Mối hàn giáp mối 14 ' 2 [ ] 6 F M sbbs     ứng suất kéo nén cho phép của mối hàn '[ ] = 0,9 1 [ ]      ứng suất cho phép của kim loại tấm ghép Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 4.2 Mối hàn chồng 4.2.1 Chống chịu lực kéo 15 Mối hàn dọc Mối hàn ngangMối hàn xiên Mối hàn hỗn hợp   ' / (0,7 . )F k l     ' )/ (0,7 . 2.0,7 . ) / (0,7 kn d lF k l k l F     Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 4.2.2 Chống chịu mômen trong mặt phẳng ghép Xem như ứng suất tiếp dọc theo mối hàn sinh ra ngẫu lực chống lại mômen tác dụng 16 Mối hàn dọc .0,7 . .d dk l b M  '[ ] 0,7 . . d d M k l b    dl b Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ Ứng suất tiếp trong mối hàn tương tự ứng suất pháp phân bố trong tiết diện ngang của dầm chịu uốn 17 Mối hàn ngang ' 2 [ ] 0,7 . 6 n nu M M k lW     Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ Giả thiết 18 Mối hàn hỗn hợp d n    20,7 . . . . 0,7 . . . . 6 n d u d n k l M A b W k l l       ' 2 [ ] 0,7 . 0,7 . . 6 n d n M k l k l l     Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 4.2.3 Chống chịu lực và mômen trong mặt phẳng ghép 19   ' 20,7 .0,7 . 0,7 . . 6 F M n d n F M k lk l k l l          Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 4.3 Mối hàn góc 4.3.1 Chống chịu lực kéo uốn và mômen uốn 20 Hàn kiểu chữ K Hàn chồng   ' 2. / 6 . M F S l S l       ' 22.0,7 . / 6 2.0,7 . M F k l k l     Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 4.3.2 Chống chịu mômen xoắn và mômen uốn 21 Ứng suất xoắn Ứng suất uốn 2 2 0,7 . . x T k d    2 4 0,7 . . u u M k d      '2 2 x u      Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ §3. Ghép bằng ren 1. Khái niêm chung 1.1 Ren 1 hình phẳng di chuyển theo đường xoắn ốc và luôn nằm trong mặt phẳng đi qua tâm hình trụ, các cạnh của nó quét thành mặt ren. 22 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 1.2 Các thông số tiêu chuẩn hóa 23 Đường kính ngoài (danh nghĩa) Đường kính trong Đường kính trung bình 1 2 2 d d d   Góc nâng của ren Góc tiết diện ren Chiều cao tiết diện làm việc Bước ren Chiều dài phần cắt ren, thân vít, bu lông không được tiêu chuẩn hóa §3. Ghép bằng ren Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 1.3 Góc nâng của ren 24 .xp n p 2.d xptg   §3. Ghép bằng ren Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 1.4 Phân loại 25 §3. Ghép bằng ren Ren hệ mét α = 600 Md (× p) Ren hệ Anh α = 550 inch - Tiêu chuẩn Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 26 Ren phải Ren trái Ren ngoài Ren trong Ren trụ Ren côn - Các loại ren §3. Ghép bằng ren Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ - Biên dạng ren 27 Ren tam giác Ren vuông Ren thang Ren răng cưa §3. Ghép bằng ren Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ Ren ống Ren tròn Ren vít gỗ 28 §3. Ghép bằng ren Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ - Bước ren Ren bước nhỏ Ren bước lớn Độ bền cao Lâu hỏng do mòn 29 §3. Ghép bằng ren Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 1.5 Các chi tiết dùng trong ghép ren 30 Bu lông Vít Vít cấy Đai ốc §3. Ghép bằng ren Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 1.6 Biện pháp phòng lỏng Cố định chuyển động tương đối giữa bulông và đai ốc. 31 2 đai ốc Đệm vênh Đệm gập Đệm hãm có ngạnh §3. Ghép bằng ren Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 1.7 Đánh giá Ưu điểm: + Cấu tạo đơn giản, dễ tháo lắp. + Giá thành rẻ nhờ tiêu chuẩn hóa. + Có thể có định ở bất kỳ vị trí nào nhờ tự hãm Nhược điểm: Tập trung ứng suất chân ren ( độ bền mỏi kém ) 32 §3. Ghép bằng ren Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 2. Tính toán 33 Các kích thước chủ yếu của mối ghép ren §3. Ghép bằng ren Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 2.1 Tính bu lông Bu lông không xiết chặt chịu lực dọc trục (móc treo) 34 k2 1 [ ] 4 k F d      Ứng suất kéo cho phép của vật liệu bu lông [ ] 0,6k ch  1 4 [ ]k F d    §3. Ghép bằng ren Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ Bu lông xiết chặt không có ngoại lực tác dụng (nắp bình kín) 35 Chịu kéo (lực xiết)Chịu xoắn (mômen ma sát trên ren) 2 1 4 V d    2. ( '). 2 r d M V tg    Góc ma sát tương đương 2 2 3 3 10 1 ( ') 8 ( ')2 W 16 r d Vtg M Vtg d d d               2 2 2 '2 d 1 3 1 12t d tg d                 §3. Ghép bằng ren Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ Bu lông tiêu chuẩn 02,5  2 11,1d d ' 0,2f  2 1 1,3 1,3 [ ] 4 td k V d        1 4.1,3. [ ]k V d    [ ]= chk s   bu lông M6-16 M16-30 M30-60 [s] 4 3 3 2 2 1,5 36 §3. Ghép bằng ren Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ Bu lông xiết chặt, chịu ngoại lực là lực ngang 37 Bu lông lắp có khe hở Dạng hỏng: các chi tiết ghép trượt trên nhau Điều kiện : tránh trượt tương đối giữa các bề mặt chi tiết ghép . . FmsF V i f  Số bề mặt tiếp xúc Hệ số ma sát . kF V i f  0,15 0,20f   Hệ số an toàn 1,3 1,5k   1 4.1,3. . . . .[ ]k k F d i f   §3. Ghép bằng ren Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ Bu lông lắp không có khe hở Thân bu lông bị cắt 2 0 [ ] 4 c c F d i        0,4c ch     0,2 0,3c ch   Ứng suất tĩnh Ứng suất thay đổiMặt tiếp xúc bị dập d 1 0 [ ] 2 d F s d    d 2 0 [ ]d F s d    0,8d ch  0,8d b  So sánh . kF V i f  1,5 1 0,15 10F 38 §3. Ghép bằng ren Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ Bu lông xiết chặt, chịu ngoại lực là lực dọc trục 39 Dạng hỏng: Tách hở nắp bình Tránh tách hở Bu lông V: giãn F: giãn Tấm ghép V: co F: giãn bF V F  ' (1 )V V F   0,2 0,3   0 (1 )V k F  1,3 4 0 1,3F V F  mômen ma sát trên ren) 0 k2 1 [ ] 4 F d      1d §3. Ghép bằng ren Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ Tải trọng thay đổi 40 0F F  ( )bF V V F   2 a b F A    Diện tích tiết diện nguy hiểm của bu lông 1 1 2 2 m v a b b V F A A       axm v a b b V F A A       Tính kích thước  1 (1 / ) . m b a a a S S K        G/hạn bền mỏi G/hạn bền HS tập trung ứng suất ở ren 2,5 4  0 k2 1 [ ] 4 F d      §3. Ghép bằng ren Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 2.2 Tính mối ghép nhóm bu lông 41 Giả thiết: + Tấm ghép đủ độ cứng. + Mặt ghép luôn phẳng. + Các bu lông cùng kích thước, cùng được xiết chặt giống nhau. Xác định: Lực tác dụng lớn nhất lên 1 bu lông. §3. Ghép bằng ren Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ Tải trọng tác dụng trong mặt phẳng vuông góc với trục bu lông 42 Chịu lực ngang Q Bu lông xiết chặt, chịu ngoại lực là lực ngang F Q Z  . . . kF kQ V i f Z i f   §3. Ghép bằng ren Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ Chịu mômen M Lắp không khe hở 1 2 1 2 ... i i FF F r r r    1 1 i i r F F r  1 1 1 2 2 2 ... n n nM Z Fr Z F r Z F r   1 1 2 1 n i i i Mr F Z r    43 §3. Ghép bằng ren Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ Mômen các lực ma sát (qua tâm bu lông) đối với trọng tâm mối ghép lớn hơn M 44 Lắp có khe hở i iZ Vfr M i i M V Z fr   tinh i i kM V f Z r  1 k 4.1,3. [ ] tinhVd    §3. Ghép bằng ren Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 1. Khái niệm chung Dùng để lắp các chi tiết quay có lỗ tròn lên trục (bánh răng, bánh đai, bánh vít...) để truyền chuyển động (mômen) giữa chi tiết quay và trục. 45 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 2. Mối ghép then 46 Then ghép lỏng Then bằng Tiết diện hình chữ nhật (1:1 – 1:2) Mặt làm việc: 2 mặt bên Dùng 1 hay nhiều then Không truyền lực theo dọc trục Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 47 Then bán nguyệt Mặt làm việc: 2 mặt bên Tự động thích ứng với độ nghiêng của rãnh may ơ Phay rãnh sâu trên trục Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ Then ghép căng Vát 1 mặt Độ dốc: 1:100 Mặt làm việc: 2 mặt trên, dưới Truyền mômen xoắn và lực dọc trục Gây lệch tâm, tạo ra rung động 48 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ Đánh giá Ưu điểm Cấu tạo đơn giản, chắc chắn, dễ tháo lắp Nhược điểm Có rãnh trên trục => tập trung ứng suất Khó lắp chính xác 49 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 3. Mối ghép then hoa 50 Răng thân khai Chân răng dày, không có góc lượn đột ngột Độ bền mỏi cao hơn Đạt độ đồng tâm cao hơn Chế tạo đơn giản hơn Giá thành rẻ Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ Đánh giá Ưu điểm Khả năng chịu tải lớn hơn Độ bền mỏi cao hơn, chịu va đập tốt hơn Đảm bảo mối ghép đúng tâm hơn Nhược điểm Tập trung ứng suất Tải trọng phân bố không đều giữa các răng Chế tạo phức tạp hơn 51 Phương pháp định tâm Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 1. Khái niệm chung Ghép các tiết máy có bề mặt tiếp xúc là mặt trụ tròn 52 T Ld d   Truyền mômen xoắn Truyền lực dọc trục Chịu mômen uốn Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 2. Các phương pháp lắp 53 Ép Đơn giản San bằng nhấp nhô Giảm độ dôi Tải kém Nung nóng Lỗ nở to ra Giới hạn nhiệt độ Làm lạnh Tiết diện co lại Giới hạn nhiệt độ Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ Đánh giá Ưu điểm Chịu tải trọng lớn, va đập Chế tạo đơn giản Nhược điểm Tháo lắp phức tạp, gây hư hại bề mặt Không thể xác định chính xác khả năng truyền lực 54 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/