Chương IV DUNG SAI LẮP GHÉP TRỤ TRƠN 4.1 - Hệ thống dung sai kích thước (TCVN 2244 - 99) 4.1.1 Khái niệm Trong ngành CTM có 2 loại mối ghép: chủ yếu là mối ghép trụ trơn và mối ghép giữa các bề mặt song song. Ngoài ra còn có những mối ghép đặc biệt. Trong đó, mối ghép trụ trơn được sử dụng thông dụng nhất Trong mối ghép trụ trơn có 2 đặc tính lắp ghép đó là: mối ghép có độ hở và mối ghép có độ dôi. Đặc tính của lắp ghép sẽ phụ thuộc vào sự biến đổi của loạt kích thước lỗ và loạt kích thước trục. - Nếu kí hiệu đặc tính của mối ghép là X thì quan hệ của nó với kích thước của loạt lỗ (X A ) và trục (X B ) có thể biểu diễn: X = f(X A , X B ) - X A , X B là những đại lượng ngẫu nhiên, độc lập biến đổi trong một miền sai số nào đó, tùy thuộc vào quá trình gia công, tương ứng là ∆X A và ∆X B . Khi đó, đặc tính của lắp ghép cũng tương ứng biến đổi trong một miền sai số ∆X với: B B A A X X f X X f X ∆ ∂ ∂ +∆ ∂ ∂ =∆ - Thực chất, ∆X A và ∆X B chính là phạm vi cho phép lớn nhất của sai số hay chính là dung sai của loạt kích thước trục và lỗ. Vậy: B B A A TX X f TX X f TX ∂ ∂ + ∂ ∂ = Trong đó 1 = ∂ ∂ = ∂ ∂ BA X f X f . Do đó: BA TXTXTX += (4.1) →Như vậy dung sai của đặc tính mối ghép bằng tổng dung sai của 2 kích thước lắp ghép. - Tùy theo điều kiện làm việc và yêu cầu của mối ghép thì người thiết kế xác định được một đặc tính cần thiết X (là độ hở hoặc đội dôi cần thiết) và cho phép đặc tính đó được phép dao động trong một phạm vi xác định bằng TX TX = X max - X min - Từ giá trị TX xác định được phạm vi biến đổi của các kích thước X A và X B để đảm bảo đặc tính lắp ghép TX nghĩa là xác định TX A và TX B - Từ phương trình (4.1), nhận thấy đây là phương trình vô định. Như vậy, cùng với một yêu cầu cho trước của lắp ghép thì mỗi người thiết kế lại chọn một giá trị dung sai TX A và 37 TX B là hoàn toàn khác nhau. Điều này dẫn đến sự hạn chế tính đổi lẫn chức năng, hạn chế sự hợp tác sản xuất giữa các nhà máy. Ứng với việc chọn dung sai khác nhau sẽ hình thành nhiều loại kích thước khác nhau, dẫn đến sự không tập trung sản xuất và đòi hỏi nhiều loại dụng cụ cắt và dụng cụ kiểm tra khác nhau. Vì vậy vấn đề đặt ra là cần phải thống nhất việc quy định dung sai cho các kích thước lắp ghép. 4.1.2 - Công thức dung sai - Theo sự nghiên cứu và hệ thống hoá thí nghiệm, giữa sai số chế tạo và kích thước có mối quan hệ như sau: x dC =∆ Trong đó: C là hệ số chỉ mức độ chính xác của phương pháp gia công x = 2,5 ÷ 3,5 d - đường kính danh nghĩa của chi tiết khảo sát Hình 4.1 Quan hệ giữa ∆ và d - Qua việc xác định được sai số ứng với kích thước gia công từ đó tìm cách điều chỉnh máy sao cho sai số này nằm trong giới hạn dung sai yêu cầu. Nhận thấy, sai số phụ thuộc vào kích thước gia công và điều kiện gia công. Công thức trên có thể viết thành: - δ = a.i. - Khi đó: - Dung sai được xác định theo công thức sau: T = a.i (4.2) trong đó: a là hệ số cấp chính xác i là đơn vị dung sai phụ thuộc độ lớn đường kính danh nghĩa (µm) * Ý nghĩa: - Nhờ có đơn vị dung sai i mà có thể so sánh được mức độ chính xác chế tạo của các kích thước bằng cách tính số đơn vị dung sai chứa trong dung sai của chúng. Số đơn vị dung sai của kích thước nào càng lớn thì kích thước đó càng kém chính xác. - Ứng với mỗi kích thước của chi tiết sẽ xác định được một giá trị dung sai T. Tuy nhiên, trong thực tế cùng một kích thước danh nghĩa nhưng chi tiết làm việc trong các điều kiện khác nhau đòi hỏi mức độ chính xác khác nhau, nghĩa là giá trị dung sai khác nhau. Như vậy, cùng một kích thước danh nghĩa nhưng ở các mức chính xác khác nhau dung sai sẽ khác nhau ở hệ số cấp chính xác a. 4.1.3 - Cấp chính xác (cấp dung sai tiêu chuẩn) - Tiêu chuẩn quy định 20 cấp chính xác kí hiệu là: IT01, IT1, , IT18 theo thứ tự độ chính xác giảm dần. +) Các cấp chính xác từ IT1 ÷ IT18 được sử dụng phổ biến hiện nay. +) Cấp IT01 ÷ IT4 sử dụng đối với các kích thước yêu cầu độ chính xác rất cao như các kích thước mẫu chuẩn, kích thước chính xác cao của các chi tiết trong dụng cụ đo. 38 +) Cấp IT5 - IT8 được sử dụng trong lĩnh vực cơ khí thông dụng +) Cấp IT9 ÷ IT11 thường được sử dụng với lĩnh vực cơ khí lớn (gia công các chi tiết có kích thước lớn) +) IT12 ÷ IT16 thường được sử dụng đối với những kích thước chi tiết yêu cầu gia công thô. - a - hệ số cấp chính xác. Từ cấp 5, a tạo thành một cấp số nhân với công bội ϕ = 1,6, cứ sau 5 cấp chính xác thì giá trị dung sai tăng lên 10 lần. Trị số a càng nhỏ thì cấp chính xác càng cao và ngược lại. Có thể dùng trị số a để so sánh mức độ chính xác của 2 kích thước bất kì. IT5 IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 7i 10i 16i 25i 40i 64i 100i 160i 250i − Với các cấp chính xác từ IT01 – IT1: IT01: T = 0,3 + 0,008D IT0: T = 0,5 + 0,012D IT1: T = 0,8 + 0,020D − Với các cấp chính xác từ IT2 – IT4: 4 1 5 12 IT IT ITIT ×= 4 2 ) 1 5 (13 IT IT ITIT ×= 4 3 ) 1 5 (14 IT IT ITIT ×= 4.1.4 - Khoảng kích thước danh nghĩa )001,045,0(. 3 DDaiaT +== (*) - Trong cùng một cấp chính xác nhận thấy trị số dung sai chỉ phụ thuộc vào i (theo (*)) tức là phụ thuộc vào kích thước. Tuy nhiên từ đồ thị biểu diễn công thức (*) nhận thấy trong từng khoảng nhỏ ∆D của kích thước thì giá trị dung sai tính theo kích thước biên của khoảng so với giá trị dung sai tính theo kích thước trung bình D sai khác nhau không đáng kể và có thể bỏ qua được. Vì vậy, để đơn giản và thuận tiện, chỉ cần quy định dung sai cho từng khoảng kích thước. Hình 4.2 Quan hệ giữa T và D - Giá trị dung sai mỗi khoảng được tính theo kích thước trung bình D của khoảng: 21 .DDD = 39 D 1 , D 2 cỏc kớch thc biờn ca khong - S phõn khong phi da theo nguyờn tc bo m s sai khỏc gia cỏc giỏ tr dung sai tớnh theo kớch thc biờn ca khong so vi giỏ tr dung sai tớnh theo kớch thc trung bỡnh ca khong ú khụng > (5 - 8)%. - Vi nguyờn tc ú, ton b di cỏc ng kớnh danh ngha cú kớch thc n 500 mm c chia thnh 13 khong c bn, mi khong ch quy nh mt tr s dung sai c trng v cú giỏ tr khụng i i vi tt c cỏc kớch thc thuc khong ú. Bt u t 10mm, i vi lp ghộp cú s dao ng ln v khe h v dụi, tiờu chun cũn qui nh 2 hoc 3 khong trung gian. 4.1.5 Ký hiu cỏc min dung sai V qui tc thnh lp cỏc min dung sai, tiờu chun a ra khỏi nim: Sai lch c bn Sai lch c bn l 1 trong 2 sai lch gii hn nm gn ng khụng nht. Nú xỏc nh v trớ ca min dung sai so vi ng khụng. Nu min dung sai nm phớa trờn kớch thc danh ngha thỡ sai lch c bn l sai lch di (ei,EI) cũn nu nm phớa di kớch thc danh ngha thỡ l sai lch trờn (es, ES). Kích thớc danh nghĩa es ei = es - T ei T T es = ei + T Kích thớc danh nghĩa es = ei + T T ei T ei = es - T es Sai lệch cơ bản Sai lệch cơ bản Sai lệch cơ bản Sai lệch cơ bản Miền dung sai trục Miền dung sai lỗ Hỡnh 4.3 Ký hiu cỏc min dung sai Cỏc sai lch c bn c ký hiu bng cỏc ch cỏi La tinh, trong ú ch in dựng cho l, ch thng dựng cho trc. Khi phi hp Sai lch c bn vi sai lch cũn li s c mt min dung sai nh s phõn b cỏc min dung sai di õy: 40 Hình 4.4 Sơ đồ phân bố các miền dung sai 4.2 Hệ thống lắp ghép trụ trơn * Ví dụ: yêu cầu một mối ghép có độ hở với các thông số như sau: ∆ max = 45 µm ; ∆ min = 25 µm Trong đó: biết T l = 15 µm và T t = 20 µm Smax Smin µ m ® ¦ êng 0 dn φ -15 -10 20 T t l T T l t T T t l T Hình 4.5 Sơ đồ các miền dung sai khi lắp trụ trơn → Khi đó với cùng một yêu cầu đặt ra có rất nhiều phương án lắp ghép để đảm bảo yêu cầu đó. Do đó không đảm bảo được tính đổi lãn chức năng. Như vậy, vấn đề đặt ra là cần 41 đưa ra một hệ thống tiêu chuẩn để ứng với một đặc tính lắp ghép cho trước thì chỉ hình thành một kiểu lắp mà thôi. 4.2.1 - Hệ thống lỗ - Hệ thống lỗ là tập hợp các mối ghép mà ở đó khi có cùng một cấp chính xác và cùng một kích thước danh nghĩa các mối ghép chỉ khác nhau ở kích thước giới hạn của trục còn kích thước giới hạn của lỗ không đổi. Chi tiết lỗ được gọi là lỗ cơ sở và có sai lệch dưới luôn bằng 0. (EI = 0) và đó chính là miền dung sai H - Khi thay đổi miền dung sai của trục so với kích thước danh nghĩa sẽ được các kiểu lắp khác nhau (mối ghép có độ hở, dôi, trung gian) 4.2.2 Hệ thống trục - Hệ thống trục là tập hợp các mối ghép mà ở đó khi có cùng một cấp chính xác và cùng một kích thước danh nghĩa các mối ghép chỉ khác nhau ở kích thước giới hạn của lỗ còn kích thước giới hạn của trục là không đổi. Chi tiết trục được gọi là trục cơ sở và có sai lệch trên luôn bằng 0 (es = 0). Đó chính là miền dung sai h. 4.2.3 Sử dụng hệ thống lắp ghép * Ví dụ: cho một lắp ghép trụ trơn có kích thước danh nghĩa D N = 92 (mm) với các đặc tính là: N max = 25 µm và S max = 32 µm. Khi đó, theo hệ thống tiêu chuẩn lắp ghép sẽ có 2 kiểu lắp thỏa mãn yêu cầu trên: 6 7 92 k H Φ và 6 7 92 h K Φ . Vì vậy, để lựa chọn kiểu lắp tiêu chuẩn khi thiết kế, ngoài đặc tính yêu cầu của lắp ghép thiết kế còn phải đưa vào tính kinh tế kỹ thuật và tính công nghệ của kết cấu để quyết định lựa chọn kiểu lắp theo hệ thống lỗ hoặc hệ thống trục. Việc quyết định hệ thống lắp ghép phải căn cứ vào các yêu cầu về tính kết cấu, tính công nghệ và tính kinh tế của các bề mặt lắp ghép. Về mặt công nghệ và kinh tế thấy rằng hệ thống lỗ được sử dụng rộng rãi hơn vì: +) Khi gia công lỗ việc thoát nhiệt, thoát phoi khó, độ cứng vững của dụng cụ cắt kém. +) Những dụng cụ gia công lỗ như dao khoét, dao chuốt, dao doa và các dụng cụ kiểm tra lỗ đắt tiền hơn và chỉ gia công được một lỗ cố định. +) Việc gia công trục với những kích thước khác nhau hết sức đơn giản và rẻ tiền, chỉ cần điều chỉnh dao tiện hoặc đá mài. Vì lý do trên nên người ta cố định trường dung sai của lỗ là H để thuận tiện cho việc chế tạo dụng cụ cắt gọt và đo lường. Khi thay đổi đặc tính mối ghép, người ta thay đổi kích thước của trục. 42 - Tuy nhiên trong nhiều trường hợp do yêu cầu về kết cấu và tính công nghệ, người ta buộc phải sử dụng hệ thống trục. +) Trên một trục trơn có nhiều mối ghép khác nhau, để tránh chế tạo trục bậc người ta sử dụng các mối ghép của hệ thống trục. Ví dụ: Mối ghép giữa chốt ắc với lỗ của biên và thành piston. Hình 4.6 Mối ghép: Chốt ắc – lỗ của biên – thành piston - Khi sử dụng các chi tiết tiêu chuẩn, hoặc chi tiết trục đã có sẵn, để đạt được các lắp ghép khác nhau, lỗ sẽ được gia công với các dung sai khác nhau. Ví dụ: Vòng ngoài của ổ lắp với lỗ hộp. - Trong các bộ phận máy có trục trơn, yêu cầu về độ chính xác không quá cấp 10. Chi tiết trục có thể chế tạo bằng cán, kéo tinh mà không cần qua gia công cơ khí. Trường hợp này thường dùng trong các máy nông nghiệp, mối ghép thường có độ hở. 4.2.4 Hệ thống lắp ghép trụ trơn (TCVN 2245 - 99) - Hệ thống lỗ: Khi phối hợp lỗ cơ sở H với *) Các miền dung sai từ a – h sẽ nhận được mối ghép có độ hở *) Các miền dung sai js, k, m, n sẽ nhận được mối ghép trung gian *) Các miền dung sai từ p – zc sẽ nhận được mối ghép có độ dôi - Hệ thống trục: Khi phối hợp trục cơ sở h với *) Các miền dung sai từ A – H sẽ nhận được mối ghép có độ hở *) Các miền dung sai JS, K, M, N sẽ nhận được mối ghép trung gian *) Các miền dung sai từ P – ZC sẽ nhận được mối ghép có độ dôi 4.2.5 Cách ghi ký hiệu mối ghép. Tiêu chuẩn qui định ba phương pháp ghi sai lệch giới hạn của kích thước dài trên bản vẽ chế tạo chi tiết. +) Bằng các ký hiệu qui ước của miền dung sai. Ví dụ 20 H7, 25N8. +) Bằng trị số của sai lệch giới hạn. Ví dụ 50 025,0 050,0 − − 43 +) Phương pháp phối hợp. - Ký hiệu của lắp ghép bao gồm: kích thước danh nghĩa của mối ghép, các sai lệch giới hạn hoặc ký hiệu qui ước thường được ghi ở dạng phân số: Tử số ghi ký hiệu qui ước hoặc sai lệch giới hạn của lỗ. Mẫu số ghi ký hiệu qui ước và trị số sai lệch giới hạn của trục. Ví dụ: hệ thống lỗ. 40H7/g6 (hoặc 40 H7-g6, hoặc 40 6g 7H hay 40 025,0 025,0 009,0 + − − ) Hệ thống trục 6h 7F 30 hoặc 020,0 041,0 013,0 30 + + − 4.3 Chọn kiểu lắp tiêu chuẩn cho các mối ghép 4.3.1 Chọn mối ghép có độ hở * Ứng dụng của mối ghép có độ hở: - Lắp ghép có khe hở được sử dụng cho các bề mặt đối tiếp có chuyển động tương đối với nhau. Độ hở của mối ghép được chọn dựa vào yêu cầu và tính chất của chuyển động giữa 2 bề mặt đối tiếp. - Ngoài các mối ghép động, có thể dùng lắp ghép có độ hở cho các mối ghép cố định như mối ghép then, chốt, vít khi có yêu cầu tháo lắp dễ dàng, đặc biệt là đối với chi tiết phải thay thế luôn. 4.3.2 Chọn mối ghép có độ dôi * Ứng dụng của mối ghép có độ dôi: - Lắp ghép có độ dôi được sử dụng cho các mối ghép cố định, không tháo, hoặc chỉ tháo trong những trường hợp đặc biệt khi sửa chữa - Trong mối ghép có độ dôi thường không dùng các chi tiết kẹp chặt phụ như: vít, then, chốt Tuy nhiên trong trường hợp cần truyền mômen xoắn lớn hoặc lực đặc biệt lớn người ta vẫn dùng lắp ghép có độ dôi kết hợp với các chi tiết kẹp chặt. 4.3.3 Chọn mối ghép trung gian: * Ứng dụng của các kiểu lắp trung gian: Lắp ghép trung gian có thể cho khe hở hoặc độ dôi nhưng khe hở hoặc độ dôi đều không lớn lắm. Do đó mối ghép trung gian đảm bảo được độ đồng tâm cao của 2 bề mặt lắp ghép. Lắp ghép trung gian dùng cho mối ghép cố định, các chi tiết trong mối ghép không có chuyển động tương đối với nhau, trừ khi tháo ra để thay thế. Mô men xoắn được truyền bằng then hoặc chốt Đôi khi với lực truyền nhỏ, người ta cũng không cần các chi tiết kẹp chặt phụ. 44 . Chương IV DUNG SAI LẮP GHÉP TRỤ TRƠN 4.1 - Hệ thống dung sai kích thước (TCVN 2244 - 99) 4.1.1 Khái niệm Trong ngành CTM có 2 loại mối ghép: chủ. cơ bản Sai lệch cơ bản Sai lệch cơ bản Sai lệch cơ bản Miền dung sai trục Miền dung sai lỗ Hỡnh 4.3 Ký hiu cỏc min dung sai Cỏc sai lch c bn c ký hiu bng