THIẾT KẾ TRỤC

1.CHỌN VẬT LIỆU

Đối với trục của những máy móc không quan trọng,không yêu cầu hạn chế kích thước có thế dùn thép CT5

Thường được làm bằng thép cacbon hoặc thép hợp kim

Đối với trục của những máy móc quan trọng dùng thép 40 hoặc 40X có nhiệt luyện

Trường hợp dùng gối trượt của ổ trượt quay nhanh có thể dùng 20 hoặc 20X

2.TÍNH SỨC BỀN TRỤC

TÍNH SƠ BỘ TRỤC

Để xác định đường kinh sơ bộ trục có thể dùng công thức tính sơ bộ chỉ xét đến tác dụng của mômen xoắn trên trục

57

58

d: Đường kính trục

M: momen xoắn

n: Số vòng quay trong 1 phút của trục

N: Công suất truyền

C: Hệ số tính toán,phụ thuộc

59: Ứng suất tính toán cho phép

Đối với vật liệu trục thép 35 40 45 hoặc CT5 CT6,khi tính đường kính đầu trục vào của hộp giảm tốc và trục truyền chung có thể lấy 59 20 ÷ 35 hoặc C = 130 ÷ 110

Trị số đường kính chỗ lắp ổ cần lấy tăng lên sao cho con số hàng đơn vị là số 0 hoặc 5 rồi xem tiêu chuẩn về ổ bi đỡ trung bình

TÍNH GẦN ĐÚNG

Tính gân đúng có xét tác dụng đồng thời cả momen uốn lẫn momen xoắn đến sức bền của trục.Trị số momen xoắn đã biết,ta chỉ cần tìm trị số momen uốn.

Định các kích thước dài của trục,kích thướt này do các chi tiết lắp trên nó quyết định

Xác định điểm đặt,phương chiều của các lực tác dụng lên trục,trị trí các gối đữo

Tính các lực ở gối đỡ

Vẽ biểu đồ momen uốn trong mặt phẳng ngang và đứng .Vẽ biểu đồ momen xoắn

Tính các giá trị momen uốn tổng cộng ở các tiết diện chịu tải lớn

Đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm: 60

61

Mtđ: momen tương đương

Mu,Mx:Momen uốn và xoắn ở tiết diện tính toán

62 ,d0 đường kính trong của trục

KIỂM NGHIỆM TRỤC THEO HỆ SỐ AN TOÀN

Hệ số an toàn được tính theo công thức: 63

Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp 66

Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp 65

67 Giới hạn mỏi uốn và xoắn uốn chu kì đối xứng

Có thể lấy gần đúng

68

69

Biên độ ứng suất pháp và tiếp sinh ra trong tiết diện của trục

70

71

Trị số trung bình của ứng suất pháp và tiếp, là thành phần không đổi trong chu kì ứng suất

72

73

Nếu ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối sứng

74

Nếu ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì mạch động

76

75

Trong các công thức W,W0 là momen cản uốn cà momen cản xoắn của tiết diện trục,Nếu tiết diện trục là hình tròn thì:

77

78

Trường hợp tiệt diện trục khoẹt lỗ,làm rãnh then,Thì W và W0 được tính theo các công thức

79

80

81 Giới hạn mỏi ứng với chu kì mạch động

Trị số 82 tại chỗ lắp bằng độ dôi của trục và các chi tiết khác khi áp suất trên bề mặt ghép p ≥ 30

Khi tính xoắn: 84

Độ nhẵn bề mặt: Hệ sô tập trung ứng suất do bề mặt không nhẵn thì hệ số ứng suất tổng hợp bằng 85

KIỂM NGHIỆM TRỤC KHI QUÁ TẢI DỘT NGỘT

KHi quá tải đột ngột trục có thể bị gãy hoặc biến dạng dẻo quá lớn.Điều kiện để trục có thể làm việc bình thường 91

92

93

99 Momen xoắn lớn nhất tại tiết diện nguy hiểm lúc quá tải

98 Momen uốn lớn nhất tại tiết diện nguy hiểm khi quá tải

97 Giới hạn chảy của vật liệu trục

3.TÍNH ĐỘ CỨNG CỦA TRỤC

TÍNH ĐỘ CỨNG UỐN

Trị số biến dạng uốn cho phép phụ thuộc vào điều kiện cụ thể của kết câu máy

Đối với trục lắp bánh răng,độ võng cho phép của trục lắp bánh răng nhỏ [y] ≈ 0,01m

Trong ngành chế tạo máy,những trục công dụng chung [y] = (0,0002 ÷ 0,0003)l

m: Mô đun ăn khớp

Góc xoay cho phép [θ] ≤ 0,001 rad

l:khoảng cách giữa các gối đỡ

Góc xoay của chỗ lắp ổ trượt [θ] = 0,001 rad

Chỗ lắp ổ bi đỡ: [θ] 0,01 rad

TÍNH ĐỘ CỨNG XOẮN

Đối với trục có đường kính không đổi biến dạng xoắn có thể xác định theo công thức

Đối với đoạn trục có rãnh then,vế phải của đoạn trục được nhân thêm hệ số k

95

96

Kí hiệu

G: Modun đàn hồi trượt

Jo: Momen quán tính độc cực

94 Momen quán tính độc cực của tiết diện tròn đường kính d

L: Chiều dài đoạn trục đang tính

φ: Góc xoắn trục

100

h: Chiều sâu rãnh then

γ:hệ số 0,5 khi có một rãnh then;bằng 1 khi có 2 rãnh then cách nhau 90;bằng 1,2 khi có 2 rãnh then cách nhau 180

Góc xoắn φ phải nhỏ hơn góc xoắn cho phép [φ] phụ thuộc vào những điều kiện cụ thể của cơ cấu

Ngoài việc tính trục về sức bền và độ cứng còn của kiểm nghiệm trục về dao động đặc biệt là đối với trục quay nhanh,chịu tải trọng với tần số cao

TÍNH THEN

THEN BẰNG VÀ THEN BÁN NGUYỆT

Điều kiện dập trên mặt cạnh làm việc cuả then a

Đối với then bằng,khi cần kiểm nghiệm sức bền dập trên mặt tiếp xúc giữa trục và then b

Điều kiện bên cắt của then c

Kí hiệu

d:Đường kính trục

l:Chiều dài then

k,t: Biểu thị phần then lắp trong rãnh của trục và rãnh của mayơ

b:Chiều rộng then

Mx: momen xoắn cần truyền

d Ứng suât dập và cắt thực tế

e Ứng suât dập và cắt cho phép

Khi tính,chọn ứng suất cho phep của vật liệu xấu hơn trong mối ghép

Nếu ghép bằng 2 then,thì khi tính xem như mỗi then truyền được 0,75Mx

THEN VÁT

Điều kiện bền dập g

h:CHiều cao then

b,l:Chiều rộng và chiều dài then

THEN HOA

Ưu điểm so với các loại then khác

Ứng suất dập trên bề mặt nhỏ hơn

Dễ định tâm các chi tiết máy lắp trên trục

Sức bền của trục dưới tác động của tải trọng thai đổi và va đập lớn hơn

Then hoa hình chữ nhật và then hoa thân khai là then hoa dùng phổ biến nhất

Ứng suât dập bề mặt h

Đối với mối ghép then hoa chữ nhật i

F:Diện tích chịu dập

Rtb: Bán kính trung bình

[σ]d:Ứng suất dập cho phép

l là chiều dài mayơ k

Đối với mối ghép then hoa thân khai F ≈ 0,8ml

m là môđun; l là chiều dài mayơ l

Ký hiệu mối ghép then hoa trên bản vẽ gồm những yếu tố

Ký hiệu mặt định tâm

Đường kính danh nghĩa của lỗ trục hoặc mối ghép

Khoảng dung sai theo đường kính định tâm và các mặt cạnh của răng

2 TÍNH SỨC BỀN TRỤC

KIỂM NGHIỆM TRỤC THEO HỆ SỐ AN TOÀN

Khác với tính gần đúng và sơ bộ,ở đây xét ảnh hưởng của một số yếu tố quan trọng đến sức bền mỏi của trục như đặc tính thay đổi của chu kì ứng suất

Hệ số an toàn được tính theo công thức: 63

Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp 66

Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp 65

67 Giới hạn mỏi uốn và xoắn uốn chu kì đối xứng

Có thể lấy gần đúng

68

69

Biên độ ứng suất pháp và tiếp sinh ra trong tiết diện của trục

70

71

Trị số trung bình của ứng suất pháp và tiếp, là thành phần không đổi trong chu kì ứng suất

72

73

Nếu ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối sứng

74

Nếu ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì mạch động

76

75

Trong các công thức W,W0 là momen cản uốn cà momen cản xoắn của tiết diện trục,Nếu tiết diện trục là hình tròn thì:

77

78

Trường hợp tiệt diện trục khoẹt lỗ,làm rãnh then,Thì W và W0 được tính theo các công thức

79

80

81 Giới hạn mỏi ứng với chu kì mạch động

Trị số 82 tại chỗ lắp bằng độ dôi của trục và các chi tiết khác khi áp suất trên bề mặt ghép p ≥ 30

Khi tính xoắn: 84

Độ nhẵn bề mặt: Hệ sô tập trung ứng suất do bề mặt không nhẵn thì hệ số ứng suất tổng hợp bằng 85

Đối với trục vít ở phần cắt ren có thể lấy 88 và 89 trị số lớn dùng cho trục vít bằng thép hợp kim hoặc thép cacbon tôi

Khác với tính gần đúng và sơ bộ,ở đây xét ảnh hưởng của một số yếu tố quan trọng đến sức bền mỏi của trục như đặc tính thay đổi của chu kì ứng suất

TÍNH SƠ BỘ TRỤC

Để xác định đường kinh sơ bộ trục có thể dùng công thức tính sơ bộ chỉ xét đến tác dụng của mômen xoắn trên trục

57

d: Đường kính trục

M: momen xoắn

59: Ứng suất tính toán cho phép

58

n: Số vòng quay trong 1 phút của trục

N: Công suất truyền

C: Hệ số tính toán,phụ thuộc

Đối với vật liệu trục thép 35 40 45 hoặc CT5 CT6,khi tính đường kính đầu trục vào của hộp giảm tốc và trục truyền chung có thể lấy 59 20 ÷ 35 hoặc C = 130 ÷ 110

Trị số đường kính chỗ lắp ổ cần lấy tăng lên sao cho con số hàng đơn vị là số 0 hoặc 5 rồi xem tiêu chuẩn về ổ bi đỡ trung bình

Đối với trục vít ở phần cắt ren có thể lấy 88 và 89 trị số lớn dùng cho trục vít bằng thép hợp kim hoặc thép cacbon tôi

TÍNH GẦN ĐÚNG

Tính gân đúng có xét tác dụng đồng thời cả momen uốn lẫn momen xoắn đến sức bền của trục.Trị số momen xoắn đã biết,ta chỉ cần tìm trị số momen uốn.

Định các kích thước dài của trục,kích thướt này do các chi tiết lắp trên nó quyết định

Xác định điểm đặt,phương chiều của các lực tác dụng lên trục,trị trí các gối đữo

Tính các lực ở gối đỡ

Vẽ biểu đồ momen uốn trong mặt phẳng ngang và đứng .Vẽ biểu đồ momen xoắn

Tính các giá trị momen uốn tổng cộng ở các tiết diện chịu tải lớn

Đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm: 60

61

Mtđ: momen tương đương

Mu,Mx:Momen uốn và xoắn ở tiết diện tính toán

62 ,d0 đường kính trong của trục

KIỂM NGHIỆM TRỤC THEO HỆ SỐ AN TOÀN

Khác với tính gần đúng và sơ bộ,ở đây xét ảnh hưởng của một số yếu tố quan trọng đến sức bền mỏi của trục như đặc tính thay đổi của chu kì ứng suất

Hệ số an toàn được tính theo công thức: 63

Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp 66

Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp 65

67 Giới hạn mỏi uốn và xoắn uốn chu kì đối xứng

Có thể lấy gần đúng

68

69

Biên độ ứng suất pháp và tiếp sinh ra trong tiết diện của trục

70

71

Trị số trung bình của ứng suất pháp và tiếp, là thành phần không đổi trong chu kì ứng suất

72

73

Nếu ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối sứng

74

Nếu ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì mạch động

76

75

Trong các công thức W,W0 là momen cản uốn cà momen cản xoắn của tiết diện trục,Nếu tiết diện trục là hình tròn thì:

77

78

Trường hợp tiệt diện trục khoẹt lỗ,làm rãnh then,Thì W và W0 được tính theo các công thức

79

80

81 Giới hạn mỏi ứng với chu kì mạch động

Trị số 82 tại chỗ lắp bằng độ dôi của trục và các chi tiết khác khi áp suất trên bề mặt ghép p ≥ 30

Khi tính xoắn: 84

Độ nhẵn bề mặt: Hệ sô tập trung ứng suất do bề mặt không nhẵn thì hệ số ứng suất tổng hợp bằng 85

Đối với trục vít ở phần cắt ren có thể lấy 88 và 89 trị số lớn dùng cho trục vít bằng thép hợp kim hoặc thép cacbon tôi

KIỂM NGHIỆM TRỤC KHI QUÁ TẢI DỘT NGỘT

Khi quá tải đột ngột trục có thể bị gãy hoặc biến dạng dẻo quá lớn.Điều kiện để trục có thể làm việc bình thường 91

92

93

99 Momen xoắn lớn nhất tại tiết diện nguy hiểm lúc quá tải

98 Momen uốn lớn nhất tại tiết diện nguy hiểm khi quá tải

97 Giới hạn chảy của vật liệu trục

THEN HOA

Ưu điểm so với các loại then khác

Ứng suất dập trên bề mặt nhỏ hơn

Dễ định tâm các chi tiết máy lắp trên trục

Sức bền của trục dưới tác động của tải trọng thai đổi và va đập lớn hơn

Then hoa hình chữ nhật và then hoa thân khai là then hoa dùng phổ biến nhất

Ứng suât dập bề mặt h

F:Diện tích chịu dập

Rtb: Bán kính trung bình

[σ]d:Ứng suất dập cho phép

Đối với mối ghép then hoa chữ nhật i

l là chiều dài mayơ k

Đối với mối ghép then hoa thân khai F ≈ 0,8ml

m là môđun; l là chiều dài mayơ l

Ký hiệu mối ghép then hoa trên bản vẽ gồm những yếu tố

Ký hiệu mặt định tâm

Đường kính danh nghĩa của lỗ trục hoặc mối ghép

Khoảng dung sai theo đường kính định tâm và các mặt cạnh của răng

THEN BẰNG VÀ THEN BÁN NGUYỆT

Điều kiện dập trên mặt cạnh làm việc cuả then a

Đối với then bằng,khi cần kiểm nghiệm sức bền dập trên mặt tiếp xúc giữa trục và then b

Kí hiệu

d:Đường kính trục

l:Chiều dài then

k,t: Biểu thị phần then lắp trong rãnh của trục và rãnh của mayơ

b:Chiều rộng then

Mx: momen xoắn cần truyền

d Ứng suât dập và cắt thực tế

e Ứng suât dập và cắt cho phép

Điều kiện bên cắt của then c

Khi tính,chọn ứng suất cho phep của vật liệu xấu hơn trong mối ghép

Nếu ghép bằng 2 then,thì khi tính xem như mỗi then truyền được 0,75Mx

THEN VÁT

Điều kiện bền dập g

h:Chiều cao then

b,l:Chiều rộng và chiều dài then

THIẾT KẾ TRỤC VÀ TÍNH THEN

Thiết kế trục

Xác định khoảng cách giữa các gôi đỡ và các đặc điểm tải trọng

Tính sơ bộ đường kính trục

Tải trọng tác dụng lên trục

Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục

Tính các đường kính thiết diện j

Vẽ sơ đồ chi tiết quay và lực chi tiết quay tác dụng lên trục

Tính các lực Fly,Flx tác dụng lên các gối đỡ zOy zOx

Định kết cấu trục

Tính momen uốn tổng và momen tương đương

Vẽ biểu đò momen uốn Mx và My

Thiết kế gỗi đỡ trục

Chọn ỏ lăn

Cố định theo phương dọc trục

Chọn kiểu gắp ổ lăn

Che kín ổ lăn

Bôi trơn ổ lăn

Chọn vật liệu ché tạo trục

Tính kiểm nghiệm trục và độ bền mỏi

Kiểm nghiệm độ bền then

Tính kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh

Tính mối ghép then

Diệu kiện bền cắt

Kiểm nghiệm sức bền dập

Kiểm nghiệm sức bền cắt

Kiểm nghiệm trục về độ cứng

Tính độ cứng uốn

Tính độ cứng xoắn