TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN KỸ THUẬT CƠ KHÍ BÀI GIẢNG HỌC PHẦN CHI TIẾT MÁY Theo chương trình 150 TC Sử dụng cho năm học: 2009-2010 Số tín chỉ: 03 (Lưu hành nội bộ) Biên soạn: TS Vũ Ngọc Pi TS Nguyễn Văn Dự Ths Nguyễn Thị Quốc Dung Ths Nguyễn Thị Hồng Cẩm THÁI NGUYÊN 2009 BÀI GIẢNG PHÁT CHO SINH VIÊN (LƯU HÀNH NỘI BỘ) Theo chương trình 150 TC Sử dụng cho năm học: 2009 - 2010 Tên giảng: Chi tiết máy Số tín chỉ: Thái Nguyên, ngày….…tháng …… năm 200 Trưởng môn Trưởng khoa (ký ghi rõ họ tên) (ký ghi rõ họ tên) LỜI GIỚI THIỆU Để đáp ứng yêu cầu giảng dạy đào tạo Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí Khoa Cơ khí tiến hành biên soạn giảng môn học Chi tiết máy Môn học Chi tiết máy nghiên cứu vấn đề sở lý thuyết nhằm xây dựng phương pháp tính tốn thiết kế hợp lý chi tiết truyền động (bánh răng, đai, xích, trục vít-bánh vít…), chi tiết đỡ nối (trục, ổ), mối ghép (ren, hàn, đinh tán ) theo tiêu khả làm việc có độ tin cậy, tính cơng nghệ tính kinh tế chấp nhận Nội dung môn học chia thành nội dung sau: Phần I: Những vấn đề thiết kế máy chi tiết máy Phần II: Truyền động khí, gồm: - Những vấn đề chung truyền động khí ; - Truyền động đai - Truyền động bánh - Truyền động trục vít - bánh vít - Truyền động xích Phần III: Các tiết máy đỡ nối, gồm: - Trục - Ổ lăn - Ổ trượt Phần IV: Các tiết máy ghép, gồm: - Mối ghép then then hoa - Mối ghép đinh tán - Mối ghép ren - Mối ghép hàn Cuốn giảng nhóm giảng viên gồm có TS Vũ Ngọc Pi, TS Nguyễn Văn Dự, Ths Nguyễn Thị Quốc Dung Ths Nguyễn Thị Hồng Cẩm Khoa Cơ khí, trường Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp biên soạn Nhóm tác giả mong nhận ý kiến đóng góp thầy cô giáo bạn sinh viên Xin trân trọng cám ơn MỤC LỤC Phần I 19 Những vấn đề thiết kế máy 19 Chương 1: Đại cương thiết kế máy chi tiết máy 19 1.1 Nhập môn 19 1.1.1 Khái niệm định nghĩa chi tiết máy 19 1.1.2 Nhiệm vụ, nội dung tính chất mơn học 19 1.1.3 Lịch sử môn học phương hướng phát triển 20 1.3 Nội dung, đặc điểm trình tự thiết kế máy chi tiết máy 21 1.3.1 Nội dung trình tự thiết kế máy 21 1.3.2 Nội dung trình tự thiết kế chi tiết máy 21 1.3.3 Đặc điểm tính tốn thiết kế chi tiết máy 22 1.4 Tải trọng ứng suất 22 1.4.1 Tải trọng 22 1.4.2 Ứng suất 23 1.4.3 Quan hệ tải trọng ứng suất 26 Chương 2: Các tiêu chủ yếu khả làm việc chi tiết máy 27 2.1 Độ bền 27 2.1.1 Khái niệm 27 2.1.2 Phương pháp tính tốn độ bền 27 2.1.2 Tính độ bền thể tích 27 2.1.2 Tính độ bền bề mặt 32 2.2 Độ cứng 33 2.2.1 Khái niệm 33 2.2.2 Tầm quan trọng độ cứng 33 2.2.3 Phương pháp tính tốn độ cứng 33 2.2.4 Các biện pháp nâng cao độ cứng 33 2.3 Độ bền mòn 34 2.3.1 Khái niệm 34 2.3.2 Tác hại mòn 34 2.3.3 Q trình mòn 34 2.3.4 Biện pháp giảm mài mòn 35 2.2.5 Phương pháp tính tốn độ bền mòn 35 2.4 Độ chịu nhiệt 35 2.4.1 Khái niệm 35 2.4.2 Tác hại nhiệt 35 2.4.3 Phương pháp tính tốn nhiệt 35 2.5 Độ chịu dao động 36 2.5.1 Khái niệm 36 2.5.2 Ảnh hưởng dao động đến khả làm việc CTM 36 2.5.3 Phương pháp tính tốn dao động biện pháp giảm dao động 36 Chương 3: Độ tin cậy, tính cơng nghệ tính kinh tế 38 3.1 Độ tin cậy 38 3.1.1 Khái niệm độ tin cậy 38 3.1.2 Các tiêu đánh giá độ tin cậy 38 3.1.3 Phương hướng nâng cao độ tin cậy 39 3.2 Tính cơng nghệ tính kinh tế 39 Chương IV: Chọn vật liệu chi tiết máy 41 4.1 Yêu cầu vật liệu 41 4.2 Nguyên tắc sử dụng vật liệu 41 4.3 Vật liệu thường dùng chế tạo máy 41 4.3.1 Kim loại đen 41 4.3.2 Kim loại màu hợp kim chúng 41 4.3.3 Kim loại gốm 42 4.3.4 Vật liệu phi kim loại 42 Chương V: Vấn đề tiêu chuẩn hóa 43 5.1 Khái niệm ý nghĩa 43 5.2 Những đối tượng tiêu chuẩn hóa ngành chế tạo máy 43 5.3 Các tiêu chuẩn hành 43 Chương VI: Truyền động đai 44 6.1 Khái niệm chung 44 6.1.1 Khái niệm cấu tạo 44 6.1.2 Phân loại 44 6.1.3 Ưu nhược điểm phạm vi sử dụng 45 6.2 Kết cấu truyền động đai 46 6.2.1 Dây đai 46 6.2.2 Bánh đai 47 6.3 Cơ sở tính tốn truyền động đai 47 6.3.1 Quan hệ hình học 47 6.3.2 Lực tác dụng truyền động đai 49 6.3.3 Ứng suất dây đai 51 6.3.4 Khả kéo, đường cong trượt đường cong hiệu suất 53 6.4 Tính tốn truyền động đai 54 6.4.1 Chỉ tiêu tính tốn 54 6.4.2 Tính đai dẹt 55 6.4.3 Tính đai thang 55 6.5 Trình tự thiết kế 56 6.5.1 Khi thiết kế đai dẹt 56 6.5.2 Khi thiết kế đai thang 56 Chương 7: Truyền động bánh 57 7.1 Khái niệm chung 57 7.1.1 Khái niệm 57 7.1.2 Phân loại 57 7.1.3 Ưu nhược điểm phạm vi sử dụng 58 7.2 Đặc điểm ăn khớp kết cấu truyền bánh 58 7.2.1 Các thông số 58 7.2.2 Cấp xác truyền bánh 60 7.2.3 Kết cấu bánh 60 7.3 Cơ sở tính tốn thiết kế 61 7.3.1 Tải trọng truyền động bánh 61 7.3.2 Các dạng hỏng tiêu tính tốn 65 7.3.3 Vật liệu, nhiệt luyện ứng suất cho phép 66 7.4 Tính sức bền truyền bánh trụ 69 7.4.1 Tính sức bền truyền bánh trụ thẳng 69 7.4.2 Tính sức bền truyền bánh trụ nghiêng 73 7.5 Tính sức bền truyền bánh côn 75 7.5.1 Đặc điểm kết cấu tính tốn 75 7.5.2 Tính sức bền truyền bánh côn 76 7.6 Trình tự thiết kế 78 Chương 8: Truyền động trục vít bánh vít 80 8.1 Khái niệm chung 80 8.1.1 Khái niệm 80 8.1.2 Phân loại 80 8.1.3 Ưu nhược điểm phạm vi sử dụng 81 8.2 Đặc điểm ăn khớp kết cấu truyền 81 8.2.1 Các thơng số hình học 81 8.2.3 Hiệu suất 83 8.2.4 Độ xác chế tạo 84 8.2.5 Kết cấu truyền 84 8.3 Cơ sở tính tốn truyền trục vít-bánh vít 85 8.3.1 Tải trọng truyền động trục vít-bánh vít 85 8.3.2 Các dạng hỏng tiêu tính toán 87 8.3.3 Vật liệu ứng suất cho phép 87 8.4 Tính độ bền truyền trục vít-bánh vít 90 8.4.1 Tính độ bền tiếp xúc 90 8.4.2 Tính độ bền uốn 91 8.4.3 Tính kiểm nghiệm tải 91 8.5 Trình tự thiết kế 92 Chương 9: Truyền động xích 93 9.1 Khái niệm chung 93 9.1.1 Khái niệm 93 9.1.2 Phân loại 93 9.1.3 Ưu nhược điểm phạm vi sử dụng 93 9.2 Các loại xích truyền động đĩa xích 94 9.2.1 Các loại xích truyền động 94 9.2.2 Đĩa xích 95 9.3 Cơ sở tính tốn thiết kế truyền xích 96 9.3.1 Tải trọng tác dụng truyền xích 96 9.3.2 Vận tốc tỉ số truyền 96 9.3.3 Số đĩa xích 98 9.3.4 Khoảng cách trục số mắt xích 99 9.4 Tính thiết kế truyền xích 99 9.4.1 Các dạng hỏng tiêu tính 99 9.4.2 Tính xích độ bền mòn 100 9.4.3 Kiểm nghiệm xích tải 101 9.5 Trình tự thiết kế 101 Phần III 102 Chương 10: Trục 102 10.1 Khái niệm chung 102 10.1.1 Công dụng 102 10.1.2 Phân loại 102 10.2 Kết cấu trục 102 10.2.1 Kết cấu trục 102 10.2.2 Các biện pháp nâng cao sức bền mỏi trục 103 10.3 Cơ sở tính toán thiết kế trục 104 10.3.1 Tải trọng tác dụng lên trục 104 10.3.2 Ứng suất tiết diện trục 104 10.3.3 Các dạng hỏng tiêu tính tốn 105 10.3.4 Vật liệu trục 106 10.4 Tính trục độ bền 106 10.4.1 Tính trục độ bền mỏi 106 10.4.2 Tính trục độ bền tĩnh 109 10.5 Tính trục độ cứng 109 10.6 Trình tự thiết kế 110 Chương 11: Ổ lăn 111 11.1 Khái niệm chung 111 11.1.1 Công dụng cấu tạo 111 11.1.2 Phân loại 111 11.1.3 Ưu nhược điểm phạm vi sử dụng 112 11.1.4 Các loại ổ lăn thường dung 112 11.1.5 Vật liệu ổ lăn 113 11.1.6 Ký hiệu ổ lăn 113 11.1.7 Cấp xác ổ lăn 114 11.2 Cơ sở tính tốn lựa chọn ổ lăn 114 11.2.1 Sự phân bố lực lăn 114 11.2.2 Ứng suất tiếp xúc ổ lăn 115 11.2.3 Các dạng hỏng tiêu tính tốn 116 11.2.4 Khả tải ổ lăn 116 11.3 Tính tốn ổ lăn 117 11.3.1 Tính ổ lăn theo khả tải động 117 11.3.2 Tính ổ lăn theo khả tải tĩnh 120 11.4 Trình tự tính tốn lựa chọn ổ lăn 120 Chương 12: Ổ trượt 121 12.1 Khái niệm chung 121 12.1.1 Định nghĩa 121 12.1.2 Phân loại 121 12.1.3 Ưu nhược điểm phạm vi sử dụng 121 12.2 Các phương pháp bôi trơn ma sát ướt 122 12.3 Cơ sở tính tốn ổ trượt 122 12.3.1 Khả tải ổ trượt đỡ bôi trơn thủy động 122 12.3.2 Kết cấu ổ trượt 123 12.3.3 Các dạng hỏng tiêu tính 125 12.3.4 Vật liệu lót ổ 125 12.4 Tính tốn ổ trượt 126 12.4.1 Tính ổ trượt bơi trơn ma sát ướt 126 12.4.2 Tính quy ước ổ trượt 127 12.5 Trình tự thiết kế 128 Phần IV 129 Chương 13: Ghép then then hoa 129 13.1 Mối ghép then 129 13.1.1 Công dụng, phân loại 129 13.1.2 Then lắp lỏng 129 13.1.3 Sơ lược then lắp căng 131 13.1.4 Tính sức bền then lắp lỏng 132 13.2 Mối ghép then hoa 133 13.2.1 Giới thiệu, công dụng, phân loại 133 13.2.2 Các phương pháp định tâm mối ghép then hoa 134 Chương 14: Ghép đinh tán 135 14.1 Khái niệm chung 135 14.1.1 Giới thiệu, phân loại 135 14.1.2 Ưu nhược điểm phạm vi sử dụng 136 14.2 Cơ sở tính tốn mối ghép đinh tán 136 14.2.1 Nguyên tắc truyền tải trọng 136 14.2.2 Sự phân bố tải trọng 137 14.2.3 Các dạng hỏng tiêu tính tốn 137 14.3 Tính mối ghép 138 14.3.1 Tính mối ghép chồng dãy đinh chịu lực ngang 138 14.3.2 Tính mối ghép nhiều dãy đinh chịu lực ngang 139 14.3.3 Tính mối ghép chịu mơ men nằm mặt phẳng ghép 139 14.3.4 Tính mối ghép chịu lực mơ men nằm mặt phẳng ghép 140 14.3.5 Ứng suất cho phép 140 Chương 15: Ghép ren 141 15.1 Khái niệm chung 141 15.1.1 Giới thiệu, phân loại 141 15.1.2 Các thơng số hình học mối ghép ren 142 15.1.3 Ưu nhược điểm phạm vi sử dụng 142 15.2 Các chi tiết mối ghép ren 142 15.3 Tính mối ghép ren 145 15.3.1 Các dạng hỏng tiêu tính tốn 145 15.3.2 Tính bu lơng lắp lỏng chịu lực dọc trục 145 15.3.3 Tính bu lơng vặn chặt khơng chịu lực 146 15.3.4 Tính bu lơng chịu lực ngang 146 15.3.5 Tính bu lông chịu lực lệch tâm 147 15.4 Tính mối ghép nhóm bu lơng chịu tải trọng mặt phẳng vng góc với trục bu lông 148 Chương 16: Ghép hàn 151 16.1 Khái niệm chung 151 16.1.1 Giới thiệu, phân loại 151 16.1.2 Ưu nhược điểm phạm vi sử dụng 152 16.2 Kết cấu mối hàn cách tính độ bền 152 16.2.1 Mối hàn giáp mối: kết cấu cách tính toán độ bền 152 16.2.2 Mối hàn chồng: kết cấu cách tính tốn độ bền 153 16.2.3 Mối hàn góc: Kết cấu cách tính tốn 156 16.3 Độ bền mối hàn ứng suất cho phép 158 16.3.1 Độ bền mối hàn 158 16.3.2 Ứng suất cho phép 158 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Độc lập - Tự - Hạnh phúc CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC ĐẠI HỌC NGÀNH ĐÀO TẠO: CÁC NGÀNH KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: CÁC NGÀNH KHỐI NGÀNH CƠ KHÍ ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN “CHI TIẾT MÁY” Người biên soạn: TS Vũ Ngọc Pi Tên môn học: Chi tiết máy (mã số MEC306) Số tín chỉ: 3 Trình độ cho sinh viên năm thứ 4 Phân bổ thời gian: - Lên lớp lý thuyết: 36 tiết - Thảo luận: 18 tiết Các học phần học trước: Hình họa vẽ kỹ thuật; Cơ học lý thuyết; Sức bền vật liệu; Nguyên lý máy Học phần thay thế, học phần tương đương: Học phần thay cho học phần Chi tiết máy chương trình 180 tín Mục tiêu học phần: Môn học nhằm trang bị kiến thức cấu tạo, nguyên lý làm việc cách tính tốn thiết kế hợp lý chi tiết máy có cơng dụng chung Mơ tả vắn tắt nội dung môn học: Môn học Chi tiết máy nghiên cứu vấn đề sở lý thuyết nhằm xây dựng phương pháp tính tốn thiết kế hợp lý chi tiết truyền động (bánh răng, đai, xích, trục vít-bánh vít…), chi tiết đỡ nối (trục, ổ), mối ghép (ren, hàn, đinh tán ) theo tiêu khả làm việc có độ tin cậy, tính cơng nghệ tính kinh tế chấp nhận Nhiệm vụ sinh viên: - Dự lớp  80% tổng số thời lượng học phần - Tự học làm tập nhà - Chuẩn bị tham gia thảo luận 10 Tài liệu học tập: - Sách, giáo trình chính: Bài giảng Chi tiết máy Bộ mơn Kỹ thuật khí, cập nhật hàng năm Nguyễn Văn Dự, Vũ Ngọc Pi, Nguyễn Thị Quốc Dung, Chi tiết máy, Trường Đại học KTCN Thái nguyên, 2009 Vũ Ngọc Pi, Trần Thọ, Nguyễn Thị Quốc Dung, Nguyễn Thị Hồng Cẩm, Cơ sở thiết kế máy chi tiết máy, Trường ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái nguyên, 2001 Trịnh Chất, Cơ sở Thiết kế máy Chi tiết máy, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà nội, 1998 - Sách tham khảo: Nguyễn Trọng Hiệp, Chi tiết máy, T.1 2, NXB Đại học Giáo dục chuyên nghiệp, Hà nội, 1994 Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, NXB ĐH Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2004 Nguyễn Bá Dương, Lê Đắc Phong, Phạm Văn Quang, Bài tập Chi tiết Máy, NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp, Hà nội, 1971 Richard G Budynas, J Keith Nisbett, Shigley’s Mechanical Engineering Design, Mc Graw-Hill, 2008 Robert L Norton, Machine Design, Pearson International Edition, 2006 B.Η Кудрявцев, Детали машин, Ленинград Машиностроение 1980 Μ.Η Иванов, Детали машин, Москва Издатeлъство “Высщая школа” 1984 11 Tiêu chuẩn đánh giá sinh viên thang điểm: *Tiêu chuẩn đánh giá sinh viên: - Chuyên cần; - Thảo luận; - Kiểm tra học phần - Thi kết thúc học phần *Thang điểm: - Chuyên cần: Dự lớp: ≥ 80% tổng số môn học thi kết thúc học phần - Thảo luận, tập: 20% - Kiểm tra học phần: 20% - Thi kết thúc học phần: 60 % 12 Nội dung chi tiết học phần: Phần I: Những vấn đề thiết kế máy chi tiết máy Chương I Đại cương thiết kế máy chi tiết máy 1.1 Nhập môn 1.1 Khái niệm định nghĩa chi tiết máy 1.2 Nhiệm vụ, nội dung tính chất môn học 10 b- Dùng tiết máy phụ để cố định đai ốc - Đai ốc có vòng hãm poliamit (hình 15.5b): xiết đai ốc, vòng bị biến dạng tạo nên lực hãm, ngăn không cho đai ốc tự lỏng Với ngun lý tương tự, có vít hãm dùng nút poliamit lắp vào lỗ thơng khơng thơng (hình 15.5c) đoạn có ren vít - Chốt chẻ (hình 15.5g): sau vặn chặt đai ốc, xuyên chốt vào lỗ cuối bu lông tách bẻ quặp phần cuối chốt - Đệm gập (hình 15.5h, i): sau vặn chặt đai ốc, bẻ gập phần đệm áp vào đai ốc, phần gập vào mặt cạnh chi tiết ghép - Vòng đệm có cánh (hình 15.5l): dùng với đai ốc tròn có xẻ rãnh Cánh vòng đệm gài vào rãnh thân bu lông, sau vặn chặt đai ốc bẻ gập cánh ngồi vào rãnh đai ốc - Dùng dây néo (hình 15.5k): dùng dây thép luồn qua lỗ suốt đai ốc bu lông để néo chúng lại Các phương pháp bảo đảm nên dùng nhiều mối ghép quan trọng Nhược điểm khơng thể điều chỉnh lực xiết mà phải theo nấc c- Hàn đính, gây biến dạng dẻo cục cách tán núng đầu bu lông Gây biến dạng dẻo cục tán núng phần cuối bulơng (hình 15.5n) hàn đính đai ốc với phần cuối bu lông đai ốc với tiết máy ghép (hình 15.5m) biện pháp chắn nhất, dùng mối ghép khơng tháo 15.3 Tính mối ghép ren 15.3.1 Các dạng hỏng tiêu tính tốn a- Các dạng hỏng Khi chịu lực tác dụng, mối ghép ren bị hỏng với dạng sau: - Thân bulông bị kéo đứt phần có ren tiết diện sát đầu bulơng; - Ren bị hỏng dập, mòn, bị cắt bị uốn (chờn ren) - Đầu bulông bị dập, cắt uốn b- Chỉ tiêu tính Vì chi tiết mối ghép ren tiêu chuẩn hoá, quan hệ kích thước chúng định từ điều kiện sức bền đều, nên mối ghép ren tiêu chuẩn cần tính tốn đường kính chân ren d1 từ d1 tra kích thước khác (đường kính danh nghĩa d, kích thước đầu bulơng v.v ) theo bảng tiêu chuẩn 15.3.2 Tính bu lơng lắp lỏng chịu lực dọc trục Trong trường hợp đai ốc khơng xiết chặt, bu long Hình 15.6: Móc cẩu khơng chịu lực xiết ban đầu Thí dụ phần có ren đoạn cuối móc cẩu (hình 15.6) bulơng móc treo Gọi F ngoại lực tác dụng dọc trục bulơng, điều kiện bền có dạng:  = F/( d12/4)  [k] Do tính đường kính chân ren d1 cần thiết bulơng: 4F (15.2) d1   [ k ] 145 [k] - ứng suất kéo cho phép vật liệu bulông 15.3.3 Tính bu lơng vặn chặt khơng chịu lực ngồi Dạng chịu tải thường gặp mối ghép bu lông ghép ổ, ghép nắp hộp tốc độ, ghép nắp hộp giảm tốc… Thân bulông chịu kéo lực xiết đai ốc V gây nên chịu xoắn mô men ma sát ren sinh xiết đai ốc Gọi V lực xiết sinh xiết đai ốc, Tr mô men ren, ta có: Tr = Vtg(  + ’) d2/2 Trong đó: ’ = arctgf’ - góc ma sát tương đương Hình 15.7: Sơ đồ Ứng suất kéo V gây nên tính bu lơng vặn chặt k = V/(d1 /4) khơng chịu lực ngồi Ứng suất xoắn mơmen Tr gây nên T 0,5Vtg(   ' )d 8Vtg(   ' )d  r   Wo d13 / 16 d13 Ứng suất tương đương xác định theo thuyết bền thứ tư:  td  4V   8Vtg(   ' )d     3     3  d 13  d    k 2 d   td   k  12  tg(   ' )  d1  Đối với bulông tiêu chuẩn lấy trung bình d2 = 1,12d1;  = 2o30 f’ = 0,2 ta có: 1,3.4 V (15.3)  td  1,3 k   [ k ] d12 1,3.4 V (15.4)  [ k ] Như trường hợp bulông bị xiết chặt không chịu lực ngoài, ứng suất tương đương 1,3 lần ứng suất kéo lực xiết V gây nên d1  15.3.4 Tính bu lơng chịu lực ngang Trường hợp lực tác dụng mặt phẳng vng góc với trục bulơng, qui ước gọi lực ngang, bulơng tính theo điều kiện để đảm bảo ghép không bị trượt tương Về kết cấu lắp bulơng theo hai phương án: lắp có khe hở (hình 15.8) lắp khơng khe hở (hình 15.9) S1 Hình 15.8: Bu lơng lắp có khe hở Hình 15.9: Bu lông lắp không khe hở 146 a- Bulông lắp có khe hở Bulơng xiết với lực xiết V (hình 15.8) để ép ghép, sinh lực ma sát Fms giữ ghép không trượt chịu tác dụng lực Gọi F lực tác dụng lên mối ghép, lực xiết V phải thoả mãn điều kiện: Fms = ifV > F sF (15.5) V if Trong đó: f- hệ số ma sát, với thép gang lấy f = 0,150,20 s - hệ số an toàn, thường lấy s=1,3  1,5; i - số bề mặt tiếp xúc ghép Bulơng tính tốn theo điều kiện bền (15.3): td = 1,3.4V/d12  [k] Thay trị số V theo công thức (15.5) vào biểu thức trên, tìm đường kính bulơng: 1,3.4sF d1  (15.6) if [ k ] b- Bulông lắp không khe hở Bulông lắp vào lỗ doa, thân bulông gia cơng nhẵn, kích thước đường kính xác đảm bảo lắp khơng có khe hở với lỗ (hình 15.9) Khi này, thân bulơng tính theo ứng suất cắt ứng suất dập Điều kiện bền cắt: = 4F  [] d o2 i (15.7) Trong đó: - đường kính thân bulơng (mm); i- số bề mặt chịu cắt thân bu lơng (trên hình 5.3.9: i = 2); []- ứng suất cắt cho phép thân bu lơng (MPa) Đường kính thân bu lơng xác định theo công thức:  4F i (15.8) Điều kiện bền dập: d = F  [d] s d o ( 15.9) Trong Smin trị số nhỏ hai trị số S1 + S1’ S2 (nếu vật liệu giống nhau) So sánh hai phương án lắp bulơng có khe hở khơng khe hở: phương án lắp có khe hở rẻ khơng đòi hỏi bulơng lỗ có kích thước xác Tuy nhiên kích thước bulơng lắp có khe hở lớn 15.3.5 Tính bu lơng chịu lực lệch tâm Bu lông chịu lực lệch tâm mặt tựa đai ốc không phẳng đầu bu lông không đối xứng.Tuỳ theo góc tiếp xúc đai ốc mặt tựa, biến dạng bu lơng có trường hợp sau: a- Khi góc tiếp xúc  nhỏ: Khi này, biến dạng bu lông bị hạn chế Thân bu lơng l bị uốn cong với bán kính cong  :   b mô men uốn là:  Mu  EJ  147 Trong đó: lb – chiều dài thân bu lơng; J- mơ men qn tính tiết Wd diện bu lơng; J  u E- mô đun đàn hồi vật liệu bu lông Khi này, ứng suất uốn bu lông là: M EWu d1 Ed1 (15.10) u  u   Wu 2l b Wu 2l b Hình 15.10: Sơ đồ tính b- Khi góc tiếp xúc  lớn bu lông chịu lực lệch tâm Khi biến dạng bu lông không bị hạn chế Giả sử phản lực đặt cách tâm khoảng x, gây mô men uốn tác dụng lên bu lông Mu=V.x Bu lông chịu ứng suất kéo ứng suất uốn: - Ứng suất kéo:  ktd  1,3 4V d 12 - Ứng suất uốn: với bu lông tiêu chuẩn, x  d1 nên: 32 Vd1 32 V Vx u    d1 / 32 d13 d12 - Ứng suất tổng lớn bu lông chịu là: 4V 32V 4V (15.11)    ktd   u  1,3   9,3 2 d1 d1 d12 Từ công thức (15.11) cho thấy, chịu lực lệch tâm, ứng suất thân bu lông lớn gấp gần 9,3 lần so với không chịu lực lệch tâm Do vậy, cần tránh tình trạng chịu lực lệch tâm cách: - Không dùng bu lơng có đầu khơng đối xứng; - Gia cơng phẳng mặt tựa đai ốc đầu bu lông; - Nếu bắt buộc phải dùng bu lơng lệch tâm dùng kết cấu vòng đệm nghiêng 15.4 Tính mối ghép nhóm bu lơng chịu tải trọng mặt phẳng vng góc với trục bu lơng Trong mối ghép nhóm bu lơng, nói chung tải phân bố khơng bu lông Để đơn giản cho chế tạo, lắp ráp thay thế, bu lông nhóm lấy kích thước Do vậy, tính tốn cần xác định bu lơng chịu lực lớn nhất, tính sức bền cho bu lơng bu lơng đơn Các bu lơng lại kích thước lấy theo bu lơng tính tốn Khi tính tốn, giả thiết: - Các tiết máy ghép cứng, mặt ghép ln phẳng chịu lực xiết ngồi - Các bu lơng có kích thước xiết với lực xiết 1- Tính mối ghép nhóm bu lơng chịu lực qua trọng tâm ghép Coi tải phân bố cho tất z bu lông mối ghép Khi bu lông chịu lực Fz = F/z Lực Fz dùng để tính bu lơng trường hợp bu lơng đơn chịu lực ngang (xem phần 3) 2- Tính mối ghép nhóm bu long chịu mơ men nằm mặt phẳng ghép 148 a- Mối ghép có khe hở Trường hợp có cách tính: Cách 1: Giả thiết áp suất p xiết bu lông phân bố bề mặt tiếp xúc Do lực ma sát phân bố mặt tiếp xúc Để đảm bảo ghép không bị trượt tương mơ men ma sát sinh phải thoả mãn điều kiện: M ms  M  ta có: M ms  p.dA.f  A M ms   F M ms  z.V dA.f  A zVf A dođó: V  zVfS A  .dA  F sMA zfS (15.12) Trong đó: f- hệ số ma sát; s=1,5- 2,5 - hệ số an toàn; A- diện tích bề mặt tiếp xúc; Hình 15.11: Mối ghép nhóm bu lơng chịu mơ men  S  dA - mô men tĩnh độc A cực tiết diện mặt ghép trọng tâm Lực xiết V tính theo (15.12) dùng để tính đường kính bu lông (theo công thức 15.4) Cách 2: Giả thiết lực ma sát sinh xiết bu lông tập trung tâm bu lơng Giả thiết mang tính chất gần cho kết xác với ghép cứng Khi lực ma sát Fms xiết bu lông gây ra: Fms = f.V; Mô men ma sát: M ms   Fms ri z i k Với zi – số bu lông cách trọng tâm bán kính ri Từ điều kiện: M ms  M ta có: fV r z i  sM i k sM V f r z i (15.13) i k Trong thực tế hay dùng cách tính lực xiết V theo (15.13) dùng để tính đường kính bu lơng (theo cơng thức 15.4) b- Mối ghép khơng có khe hở Mơ men gây cắt dập cho thân bu lông Khi này, mối ghép tính tương tự mối ghép đinh tán Lực lớn tác dụng lên bu lông xác định theo công thức (15.9) dùng để tính bền cho bu lơng theo điều kiện bền cắt dập (15.7) (15.9) 3- Chịu đồng thời lực mô men nằm mặt phẳng ghép Trường hợp này, áp dụng nguyên lý cộng tác dụng để xác định lực tác dụng lên bu lông chịu tải lớn dùng lực để tính bền cho thân bu lơng 149 - Mối ghép có khe hở: Sau xác định lực Fmax tính lực xiết bu lơng V  xác định đường kính bu lơng theo cơng thức (15.4) - Mối ghép khơng có khe hở tính mối ghép đinh tán 150 sFmax , if Chương 16: Ghép hàn 16.1 Khái niệm chung 16.1.1 Giới thiệu, phân loại Ghép hàn loaị mối ghép không tháo Trong trình hàn, chi tiết máy đốt nóng cục nhiệt độ nóng chảy dẻo gắn lại với nhờ lực hút phân tử kim loại Có nhiều phương pháp hàn phân loại theo nhiều cách: Theo trạng thái kim loại vùng hàn phân loại theo sơ đồ hình 16.1 Hàn kim loại Hàn áp lực Khí C2H2 Hàn khí Khí dầu xăng Hàn điện khí Hàn plasma Hàn tia lửa điện Hàn nổ Hàn cao tần Hàn xỉ điện Hàn nguội Hàn khuếch tán Hàn điện Hàn ma sát Hàn siêu âm Hàn hồ quang Hàn rèn Hàn tiếp xúc Hàn nóng chảy Hình 16.1: Sơ đồ phân loại hàn theo trạng thái kim loại vùng hàn - Hàn nóng chẩy: phương pháp hàn mà kim loại hàn nung nóng chảy gắn lại với tạo thành mối hàn đông đặc - Hàn áp lực: phương pháp hàn mà phần tiếp xúc kim loại hàn nung đến trạng thái dẻo, phải dùng lực ép chúng lại tạo thành mối hàn - Ngồi hàn nóng chẩy hàn áp lực có hàn vẩy: phương pháp hàn không nung chảy kim loại ghép mà nung chảy vật liệu hàn Theo công cụ hàn phân ra: - Hàn tay; - Hàn máy; - Hàn rô bốt hàn Theo công dụng mối hàn phân ra: - Mối hàn chắc; - Mối hàn kín Theo kết cấu mối hàn phân ra: - Mối hàn giáp mối; 151 - Mối hàn giáp chồng; - Mối hàn góc 16.1.2 Ưu nhược điểm phạm vi sử dụng a- Ưu điểm - Kết cấu ghép hàn có khối lượng nhỏ, tiết kiệm kim loại Mối ghép hàn tiết kiệm khoảng 15  20% kim loại so với mối ghép đinh tán khoảng 30  50% so với kết cấu đúc - Tiết kiệm công sức, giảm giá thành khơng phải làm lỗ tán đinh, không cần thiết bị lớn để đột lỗ tán đinh - Tạo liên kết phức tạp mà mối ghép khác phương pháp đúc, rèn, dập khó khơng thực - Công nghệ hàn dễ tự động hố, có suất cao - Dùng hàn dễ đảm bảo điều kiện độ bền đều, nguyên vật liệu sử dụng hợp lý (Thí dụ bánh vành làm thép tốt, có sức bền cao hàn với đĩa phần mayơ làm vật liệu rẻ tiền hơn) - Dùng hàn phục hồi, sửa chữa chi tiết máy nhanh chóng b- Nhược điểm - Độ tin cậy thấp, chất lượng mối hàn phụ thuộc nhiều vào trình độ tay nghề cơng nhân khó kiểm tra khuyết tật bên mối hàn, khơng có thiết bị chun dùng - Hàn thường gây ứng suất nhiệt, làm biến dạng ảnh hưởng đến độ bền chi tiết c- Phạm vi sử dụng Vì có ưu điểm kể ghép hàn dùng ngày rộng rãi ngành chế tạo máy, đóng tàu, sản xuất nồi bình chứa kết cấu cơng trình xây dựng 16.2 Kết cấu mối hàn cách tính độ bền 16.2.1 Mối hàn giáp mối: kết cấu cách tính tốn độ bền a- Kết cấu Mối hàn giáp mối dùng để hàn kim loại nằm mặt phẳng Loại mối hàn thơng dụng đơn giản bảo đảm loại mối hàn khác Khi hàn giáp mối, chiều dày S