Bài giảng Chi tiết máy - Chương 6: Trục

Baøi giaûng CHI TIEÁT MAÙY

Chöông 6: Truïc

Chöông 6

TRUÏC

6.1. KHAÙI NIEÄM CHUNG

6.1.1. Ñònh nghóa

Truïc laø chi tieát maùy duøng ñeå ñôõ caùc chi tieát maùy quay, ñeå truyeàn moment xoaén hoaëc thöïc

hieän caû hai nhieäm vuï treân.

Hình 6.1. Caùc chi tieát maùy laép treân truïc

1. Baùnh raêng

2. OÅ laên

3. Baùnh ñai 4. Truïc

Truïc 4 mang baùnh raêng 1 vaø baùnh ñai 3. Moment xoaén ñöôïc truyeàn ñeán baùnh ñai 3, do baùnh

ñai 3 laép coá ñònh treân truïc neân moment xoaén seõ ñöôïc truyeàn tieáp cho baùnh raêng 1 thoâng qua

truïc.

6.1.2. Phaân loaïi

a. Theo ñaëc ñieåm chòu taûi troïng:

. Truïc truyeàn: vöøa chòu moment uoán (ñôõ caùc chi tieát quay) vöøa truyeàn moment xoaén

(hình 6.1). Truïc truyeàn goàm coù:

- Truïc truyeàn ñoäng: mang caùc chi tieát maùy truyeàn ñoäng nhö baùnh raêng, baùnh ñai…

- Truïc chính

: mang caùc chi tieát maùy truyeàn ñoäng vaø caùc boä phaän coâng taùc cuûa

maùy nhö caùnh khuaáy, löôõi caét…

. Truïc taâm: chæ chòu moment uoán vaø coù hai loaïi:

- Truïc taâm khoâng quay cuøng chi tieát.

- Truïc taâm quay cuøng chi tieát.

b. Theo hình daïng ñöôøng taâm truïc:

. Truïc thaúng: coù ñöôøng taâm truïc laø moät ñöôøng thaúng.

. Truïc khuyûu: ñöôøng taâm cuûa caùc ñoaïn truïc song song vôùi nhau. Truïc khuyûu duøng ñeå

bieán chuyeån ñoäng quay thaønh chuyeån ñoäng tònh tieán hoặc ngöôïc laïi.

. Truïc meàm: coù ñöôøng taâm truïc thay ñoåi.

Bm. Thieát keá maùy

TS. Buøi Troïng Hieáu

-76-

Baøi giaûng CHI TIEÁT MAÙY

Chöông 6: Truïc

- Truïc meàm duøng ñeå truyeàn moment xoaén giöõa caùc boä phaän maùy hoaëc giöõa caùc

maùy coù vò trí thay ñoåi khi laøm vieäc. Thöôøng duøng truïc meàm trong caùc maùy rung

beâ toâng, trong caùc thieát bò ñieàu khieån vaø kieåm tra töø xa. Ñaëc ñieåm chuû yeáu cuûa

truïc meàm laø ñoä cöùng xoaén cao nhöng ñoä cöùng uoán thaáp.

- Truïc meàm thöôøng ñöôïc caáu taïo baèng caùc daây cuoän, goàm nhieàu lôùp daây theùp

hoaëc ñoàng cuoän quanh moät loõi. Loõi laø moät daây theùp ñôn, sau khi quaán xong caùc

lôùp daây theùp thì loõi coù theå ñöôïc ruùt ra hoaëc coù theå ñeå nguyeân.

c. Theo caáu taïo truïc thaúng:

. Truïc trôn: coù ñöôøng kính khoâng thay ñoåi.

. Truïc baäc: goàm nhieàu ñoaïn truïc coù ñöôøng kính khaùc nhau.

. Truïc roãng: duøng khi canà giaûm khoái löôïng truïc hoaëc khi laép ñaët caùc chi tieát khaùc benâ trong truïc.

d. Theo tieát dieän truïc:

. Truïc troøn.

. Truïc then hoa.

. Truïc ñònh hình.

Hình 6.2. Caùc daïng truïc chuû yeáu

a). Truïc truyeàn trôn b). Truïc truyeàn baäc c). Truïc chính maùy caét

d). Truïc tuabin

e). Truïc khuyûu f). Truïc taâm quay g). Truïc taâm khoâng quay h). Truïc meàm

6.2. KEÁT CAÁU VAØ VAÄT LIEÄU CHEÁ TAÏO TRUÏC

6.2.1. Keát caáu

(SV töï ñoïc trong taøi lieäu [1])

Keát caáu truïc ñôn giaûn bao goàm: ngoõng truïc, thaân truïc, vai truïc vaø caùc beà maët chuyeån tieáp.

- Ngoõng truïc: ñoaïn truïc ñeå laép caùc oå truïc (oå laên, oå tröôït). Ñöôøng kính ngoõng truïc choïn theo

kích thöôùc cuûa oå truïc.

- Thaân truïc: ñoaïn truïc ñeå laép caùc chi tieát quay nhö baùnh ñai, baùnh raêng… Ñöôøng kính thaân

truïc choïn theo daõy tieâu chuaån (trang 344, taøi lieäu [1]).

- Vai truïc: ñoaïn truïc ñeå chaën khoâng cho chi tieát di chuyeån doïc truïc.

Bm. Thieát keá maùy

TS. Buøi Troïng Hieáu

-77-

Baøi giaûng CHI TIEÁT MAÙY

Chöông 6: Truïc

- Caùc beà maët chuyeån tieáp: phaàn truïc naèm giöõa hai ñoaïn truïc coù ñöôøng kính khaùc nhau. Coù theå

laø goùc löôïn, raõnh troøn hoaëc raõnh thoaùt dao. Caùc beà maët chuyeån tieáp laø nôi taäp trung öùng suaát

lôùn.

Vai truïc

Ngoõng truïc

Thaân truïc

Beà maët chuyeån tieáp

Hình 6.3. Keát caáu truïc

6.2.2. Vaät lieäu cheá taïo (SV töï ñoïc trong taøi lieäu [1])

6.3. CAÙC DAÏNG HOÛNG VAØ CHÆ TIEÂU TÍNH

6.3.1. Caùc daïng hoûng

Caùc daïng hoûng chuû yeáu cuûa truïc bao goàm: gaõy truïc, moøn truïc vaø truïc khoâng ñuû ñoä cöùng vöõng.

. Gaõy truïc: truïc bò gaõy do quaù taûi hoaëc do moûi bôûi caùc nguyeân nhaân sau:

- Thöôøng xuyeân laøm vieäc quaù taûi do khi tính toaùn khoâng ñaùnh giaù ñuùng ñaëc ñieåm vaø trò

soá cuûa taûi troïng.

- Coù söï taäp trung öùng suaát lôùn do keát caáu truïc gaây neân (goùc löôïn, raõnh then, loã khoan…)

hoaëc do chaát löôïng cheá taïo xaáu (coù veát xöôùc khi gia coâng, kyõ thuaät nhieät luyeän keùm…).

- Laép raùp vaø söû duïng khoâng ñuùng kyõ thuaät (khoâng ñuùng kieåu laép, oå truïc ñieàu chænh

khoâng ñuùng, khe hôû buø tröø nhieät quaù nhoû…).

. Moøn truïc: tröôøng hôïp ngoõng truïc laép oå tröôït, neáu tính toaùn vaø söû duïng sai yeâu caàu kyõ

thuaät thì maøng daàu boâi trôn khoâng hình thaønh ñöôïc. Do ñoù, seõ sinh ra ma saùt treân beà maët

laøm vieäc, ngoõng truïc bò noùng leân vaø loùt truïc bò moøn nhanh. Truïc coù theå bò dính, bò xöôùc

vaø maát khaû naêng laøm vieäc.

. Truïc khoâng ñuû ñoä cöùng: döôùi taùc duïng cuûa löïc, neáu khoâng ñuû ñoä cöùng, truïc seõ bieán

daïng, aûnh höôûng ñeán khaû naêng laøm vieäc cuûa oå truïc, phaù hoûng söï tieáp xuùc beà maët laøm

vieäc cuûa caùc chi tieát truyeàn ñoäng.

6.3.2. Chæ tieâu tính

. Ñoái vôùi truïc khoâng quay vaø öùng suaát khoâng ñoåi: tính theo ñoä beàn tónh.

. Ñoái vôùi truïc quay nhanh: tính toaùn theo ñoä beàn moûi vì öùng suaát sinh ra treân truïc thay ñoåi

(khoaûng 50% daïng hö hoûng truïc chuû yeáu do moûi).

. Ñoái vôùi truïc quay chaäm: tính theo ñoä beàn moûi vaø ñoä beàn tónh ñeå traùnh hoûng truïc do quaù taûi.

. Ngoaøi ra ñeå caùc chi tieát laép vôùi truïc laøm vieäc bình thöôøng, ta coøn phaûi tính truïc theo ñoä

cöùng. Ñoái vôùi caùc truïc quay vôùi vaän toác cao, ta coøn phaûi tính theo ñoä oån ñònh dao ñoäng.

Bm. Thieát keá maùy

TS. Buøi Troïng Hieáu

-78-

Baøi giaûng CHI TIEÁT MAÙY

Chöông 6: Truïc

6.4. TÍNH TRUÏC THEO CHÆ TIEÂU ÑOÄ BEÀN

Tính toaùn truïc theo chæ tieâu ñoä beàn ñeå traùnh gaõy truïc.

6.4.1. Tính sô boä ñöôøng kính truïc

Khi tính sô boä, ta chæ döïa vaøo moment xoaén T ñeå xaùc ñònh ñöôøng kính truïc (boû qua moment

uoán). Döôùi taùc duïng cuûa moment xoaén, trong truïc sinh ra öùng suaát xoaén:

T

 



(6.1)

W₀0,2d³

d³

16

trong ñoù, W₀: moment choáng xoaén cuûa tieát dieän, W₀

 0,2d³(mm³),

d

: ñöôøng kính truïc, mm.

Ñieàu kieän beàn:

T

 

 []

(6.2)

(6.3)

0,2d³

T

5T

3

d 



0,2[]

[]

Coù theå boû qua böôùc tính sô boä neáu ñaõ coù kinh nghieäm choïn ñöôøng kính truïc.

6.4.2. Tính chính xaùc ñöôøng kính truïc

Khi tính chính xaùc, ta döïa vaøo moment xoaén T vaø moment uoán M ñeå xaùc ñònh ñöôøng kính

truïc. Ta thöïc hieän caùc böôùc theo trình töï sau:

1. Phaùc thaûo sô ñoà truïc.

2. Ñaët löïc taùc duïng leân truïc.

3. Thay truïc baèng moät daàm söùc beàn.

4. Giaûi phoùng lieân keát. Tính caùc phaûn löïc goái töïa.

5. Veõ bieåu ñoà noäi löïc (boû qua bieåu ñoà löïc caét): M_x, M_y, T

.

6. Tính moment töông ñöông M_tdtaïi tieát dieän nguy hieåm. Xaùc ñònh ñöôøng kính truïc.

7. Veõ keát caáu truïc.

Theo thuyeát beàn 4:

_td  ²3 ² _x²_y²3 ² []

(6.3)

1

3T ²

M_td

0,1d³



_td

M_x² M_y²



(6.4)

0,1d³

4

Bm. Thieát keá maùy

TS. Buøi Troïng Hieáu

-79-

Baøi giaûng CHI TIEÁT MAÙY

Chöông 6: Truïc

Ñieàu kieän beàn:

M_td

0,1d³

_td

 []

(6.5)

Suy ra, ñöôøng kính truïc phaûi thoûa ñieàu kieän sau:

M_td

3

d 

(6.6)

0,1[ ]

6.4.3. Kieåm nghieäm truïc theo heä soá an toaøn veà moûi

Kieåm tra heä soá an toaøn veà moûi theo coâng thöùc (ñoái vôùi truïc truyeàn):

s_.s_

s_² s_²

s 

 [s]



(6.7)

(6.8)

vôùi

_1

K__a

_

s_

__m

_1

s_

(6.9)

K__a

__m

_

trong ñoù, [s] 1,52,5: heä soá an toaøn cho pheùp,

s_, s_

: heä soá an toaøn chæ xeùt rieâng cho öùng suaát uoán vaø öùng suaát xoaén,

: giôùi haïn moûi uoán vaø giôùi haïn moûi xoaén cuûa vaät lieäu,

_1,_1

_1 (0,40,5) _b

;

_1 (0,22 0,25)_b

(6.10)

_b

: giôùi haïn beàn cuûa vaät lieäu,

_a, _m, _a, _m: bieân ñoä vaø giaù trò trung bình cuûa öùng suaát uoán, öùng suaát xoaén.

_, _

: heä soá xeùt ñeán aûnh höôûng cuûa öùng suaát trung bình ñeán ñoä beàn moûi,

phuï thuoäc vaøo cô tính cuûa vaät lieäu (hình 2.9, trang 44 hoaëc trang

361, taøi lieäu [1]),

_, _



: heä soá kích thöôùc, (hình 2.6, trang 41 hoaëc tra baûng 10.3, trang 362,

taøi lieäu [1]),

: heä soá taêng beàn beà maët (hình 2.7, trang 42 hoaëc tra baûng 10.4, trang

362, taøi lieäu [1]),

K_, K_

: heä soá xeùt ñeán aûnh höôûng cuûa söï taäp trung taûi troïng ñeán ñoä beàn moûi

(tra baûng 10.5, 10.6, 10.7, 10.8, trang 363, taøi lieäu [1]),

ÖÙng suaát uoán thay ñoåi theo chu kyø ñoái xöùng:

Bm. Thieát keá maùy

TS. Buøi Troïng Hieáu

-80-

Baøi giaûng CHI TIEÁT MAÙY

Chöông 6: Truïc

M

W

_a _max



,

_m 0

(6.11)

ÖÙng suaát xoaén thay ñoåi theo chu kyø maïch ñoäng khi truïc quay 1 chieàu:

_max

2

T

_a_m



,

_m 0

(6.12)

(6.13)

2W₀

ÖÙng suaát xoaén thay ñoåi theo chu kyø ñoái xöùng khi truïc quay 2 chieàu:

T

_m 0

,

_a_max



W₀

Caùc giaù trò W vaø W₀xaùc ñònh nhö sau:

. Khi truïc ñaëc:

W  0,1d³

;

W₀ 0,2d³

(6.14)

. Khi truïc roãng:

1,54d

d















d³1



¹



¹

d



32

W 

;

W₀

(6.15)

32

. Khi truïc coù 1 then:

. Khi truïc coù 2 then:

d³bt(d t)²

W 



;

W₀



(6.16)

(6.17)

32

2d

16

2d

d³bt(d t)²

d³bt(d  t)²



32

d

16

d

trong ñoù, d₁: ñöôøng kính loã roãng trong truïc; b, t : beà roäng vaø chieàu saâu raõnh then.

6.4.4. Kieåm nghieäm truïc theo ñoä beàn tónh

Ñeå ñeà phoøng truïc bò bieán daïng deûo quaù lôùn hoaëc gaõy khi bò quaù taûi ñoät ngoät, ta caàn kieåm

nghieäm truïc theo ñieàu kieän:

_td  ²3 ² []

(6.18)

vôùi

M_qt

W

M_qt

0,1d³

 



(6.19)

Bm. Thieát keá maùy

TS. Buøi Troïng Hieáu

-81-

Baøi giaûng CHI TIEÁT MAÙY

Chöông 6: Truïc

T_qt

 



(6.20)

W₀0,2d³

trong ñoù, []  0,8_ch: öùng suaát quaù taûi cho pheùp vôùi _chlaø giôùi haïn chaûy cuûa vaät lieäu,

,

: öùng suaát uoán vaø öùng suaát xoaén,

M_qt, T_qt

: moment uoán vaø moment xoaén taïi caùc tieát dieän nguy hieåm khi quaù taûi,

: moment choáng uoán vaø moment choáng xoaén cuûa tieát dieän,

W, W₀

6.5. TRÌNH TÖÏ THIEÁT KEÁ TRUÏC

(SV töï ñoïc trong taøi lieäu [1])

₁, soá voøng quay n₁

Thoâng soá ñaàu vaøo: moment xoaén

T

.

Thöïc hieän theo caùc böôùc sau:

1. Xaùc ñònh löïc taùc duïng leân truïc cuûa caùc chi tieát maùy laép treân noù.

2. Choïn vaät lieäu cheá taïo truïc vaø tra caùc giaù trò giôùi haïn beàn _b, giôùi haïn chaûy _ch. Tính hoaëc

choïn öùng suaát uoán cho pheùp [ ]

.

3. Tính sô boä ñöôøng kính truïc theo coâng thöùc (6.3).

4. Tính chính xaùc ñöôøng kính truïc theo coâng thöùc (6.6) vôùi trình töï nhö phaàn 6.4.2.

5. Kieåm nghieäm truïc theo heä soá an toaøn, coâng thöùc (6.7).

6. Kieåm nghieäm truïc theo ñoä beàn tónh, coâng thöùc (6.18).

7. Ñoái vôùi caùc truïc quan troïng, ta caàn phaûi kieåm tra truïc theo ñoä cöùng, ñoä oån ñònh dao ñoäng.

Bm. Thieát keá maùy

TS. Buøi Troïng Hieáu

-82-

Bài giảng Chi tiết máy - Chương 6: Trục - Bùi Trọng Hiếu