Bài giảng Cơ học máy - Chương 8: Chi tiết máy ghép - Phan Tấn Tùng

1Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
Chương 8 CHI TIẾT MÁY GHÉP
1. Khái niệm chung
• Mối ghép có thể tháo được hoặc không tháo được
• Ghép 2 hoặc nhiều chi tiết vối nhau, truyền mômen và lực
2. Mối ghép then và then hoa
2.1 Mối ghép then
Công dụng: truyền mômen xoắn cho mối ghép trục với bành răng, bánh
đai, bành xích, bánh vít .
Phân loại:
• Then ghép lỏng: then bằng, then bán nguyệt, then dẫn hướng
• Then ghép căng: then ma sát, then vát, then tiếp tuyến
Đặc điểm: 
• Kết cấu đơn giản, dễ tháo lắp, giá thành thấp
• Do làm rãnh trên trục nẹn gây tập trung ứng suất, làm yếu trục
22.1.1 Then bằng (then ghép lỏng)
• truyền mômen xoắn, không
truyền lực dọc trục
• mặt làm việc là 2 mặt bên
• có thể dùng 2 then (cách nhau
1800) hay 3 then (1200)
• chọn then theo tiêu chuẩn theo
đường kính trục
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
3Tiêu chuẩn then bằng
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
4Tính then bằng
• Dạng hỏng: cắt và dập
• Chỉ tiêu tính: 
• Công thức:
Kiểm tra ứng suất dập
Với l là chiều dài phần tiếp xúc của then
Chiều dài phần tiếp xúc của then
Ứng suất cắt Chiều dài phần tiếp xúc của then
Chọn l lớn nhất trong 2 giá trị trên
[ ]dd σσ ≤ [ ]cc ττ ≤
[ ]dd ltd
T
lt
F σσ ≤××=×= 22
2
[ ]dtd
Tl σ××≥ 2
2
[ ]cc ldb
T
lb
F ττ ≤××=×=
2
[ ]cdb
Tl τ××≥
2
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
52.1.1 Then bán nguyệt (then ghép lỏng)
• truyền mômen xoắn, không
truyền lực dọc trục
• mặt làm việc là 2 mặt bên
• chọn then theo tiêu chuẩn theo
đường kính trục
• thường sử dụng cho trục hình côn
Tính then bán nguyệt giống then bằng
2.1.3 Then vát (then ghép căng)
• truyền mômen xoắn và lực dọc trục
• làm việc mặt trên và dưới
• chọn then theo đk trục
• phải dùng lực ép (đóng) vào
• thường lắp ở đầu trục
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
6Tính then vát
• Dạng hỏng: dập mặt trên (dưới)
• Chỉ tiêu tính: 
• Công thức:
Phản lực trên bề mặt tiếp xúc phân bố theo
hình tam giác
Cân bằng mômen xoắn
⇒
Kiểm tra ứng suất dập
Với l là chiều dài phần tiếp xúc của then
[ ]dd σσ ≤
dFfbFT nn ××+×= 6 dfb
TFn 6
6
+=
[ ]dnd dfbbl
T
lb
F σσ ≤+== )6(
12
5.0
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
72.1.4 Then tiếp tuyến (then ghép căng)
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
82.2 Mối ghép then hoa
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
9Công dụng: truyền mômen xoắn
Đặc điểm: 
•Độ đồng tâm cao
•Truyền mômen xoắn lớn
•Chịu được va đập và tải trọng động
•Độ bền mõi cao
•Chế tạo phức tạp
•Có thể di chuyển chi tiết dọc trục
Phân loại:
•Then hoa chữ nhật
•Then hoa tam giác
•Then hoa thân khai
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
10
Các kiểu định tâm
• Định tâm theo đường kính trong d: độ đồng tâm cao
• Định tâm theo đường kính ngoài D: độ đồng tâm cao, thường sử dụng
khi không nhiệt luyện sau khi gia công then
• Định tâm theo bề rộng b: truyền mômen xoắn lớn, thường dùng khi vận
tốc thấp
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
11
Tính then hoa
•Dạng hỏng: dập bề mặt bên
•Chỉ tiêu tính:
•Công thức tính:
Ứng suất dập
Then hoa bi
[ ]dd σσ ≤
[ ]d
m
d Zhld
T σσ ≤Ψ=
2
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
12
2.3 Mối ghép hàn
2.3.1 Khái niệm chung
Công dụng: là mối ghép không tháo được, dùng ghép hai chi tiết với
nhau.
Phân loại:
• Hàn điện (hàn hồ quang), hàn hơi, hàn tiếp xúc, hàn plasma,hàn laser 
• Hàn chồng, hàn giáp mối, hàn chữ T, hàn góc
• Hàn tiếp xúc điểm, hàn tiếp xúc đường
• Hàn chắc, hàn chắc kín
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
13
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
14
2.3.2 Mối hàn chồng
Mối hàn chịu lực F
Tiết diện nguy hiểm là tiết diện
phân giác của mối hàn
Ứng suất tiếp
Mối hàn chịu mômen
[ ]'
7.0
' ττ ≤=
lk
F
[ ]'
7.0
6' 2 ττ ≤= lk
M
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
15
Mối hàn chịu lực F và mômen M
2.2.3 Mối hàn giáp mối
Mối hàn chịu lực F
Xem như là 1chi tiết nguyên, nhưng
do ảnh hưởng của nhiệt độ nên
vùng lân cận mối hàn cơ tính bi giảm
do đó ta sử dụng ứng suất tiếp cho
phép
Ứng suất pháp
[ ]'
7.0
6
7.0
' 2 ττ ≤+= lk
M
lk
F
[ ]'σ
[ ]kk l
F 'σδσ ≤=
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
16
Mối hàn chịu mômen M
Mối hàn chịu lực F và mômen M
2.2.5 Mối hàn chữ T
Mối hàn chịu lực F
[ ]kF l
M '6 2 σδσ ≤=
[ ]kl
M
l
F '6 2 σδδσ ≤+=
[ ]kk l
F 'σδσ ≤=
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
17
Mối hàn chịu mômen M
Mối hàn chịu lực F và mômen M
[ ]kF l
M '6 2 σδσ ≤=
[ ]kl
M
l
F '6 2 σδδσ ≤+=
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
18
6. Mối ghép ren
6.1 Khái niệm
• Là mối ghép có thể tháo được
• Thông thường là ren tam giác
• Ren kẹp chặt sử dụng ren 1 đầu mối
Đặc điểm
• Cấu tạo đơn giản
• Sức bền cao
• Dễ tháo lắp
• Giá thành thấp do
được sản xuất hàng loạt
• Sức bền mõi kém
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
19
Các biện pháp phòng lỏng
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
20
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
21
6.2 Thông số hình học
• Đường kính đỉnh ren d (tiêu chuẩn bảng 17.2 trang 562)
• Đường kính chân ren d1 (bảng 17.7 trang 581)
• Đường kính trung bình d2 (bảng 17.7 trang 581)
• Bước ren p (bảng 17.2 trang 562)
• Số mối ren Z1 (ren kẹp chặt Z1 = 1)
• Bước xoắn ốc
• Góc nâng ren
• Các thông số như đường kính đầu
bu lông, chiều cao đầu bu lông, 
chiều cao đai ốc đã được tiêu chuẩn
qui định theo quan điểm sức bền đều
2
1
2
ddd +=
2
tan
d
pz
πγ =
pZpz 1=
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
22
6.3 Vật liệu và ứng suất cho phép
6.3.1 Vật liệu
• Vật liệu chế tạo bu lông là thép carbon thường, thép carbon chất
lượng tốt hay thép hợp kim> tiêu chuẩn qui định cấp bền (Grade) như
bảng sau. 
σb σch
↓ ↓
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
23
6.3.2 Ứng suất cho phép
• Ứng suất kéo
• [s]: hệ số an toàn 1.5 ~ 4 : thép carbon tải trọng tĩnh
2.5 ~ 5 : thép hợp kim tải trọng tĩnh
6.5 ~ 10: thép carbon tải trọng thay đổi
5 ~ 7.5 : thép hợp kim tải trọng thay đổi
• Ứng suất tiếp
tải trọng tĩnh
tải trọng thay đổi
• Ứng suất dập
đối với thép
đối với gang 
[ ] [ ]schk
σσ =
[ ] chστ 4.0=
[ ] ( ) chστ 3.02.0 ÷=
[ ] chd σσ 8.0=[ ] ( ) bd σσ 5.04.0 ÷=
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
24
6.4 Lý thuyết khớp vít
Mômen ma sát trên bề mặt ren
(Nmm)
V: lực xiết (N)
ρ’: góc ma sát tương đương
Đối với ren kẹp chặt f’ = 1.15 f
( )
2
'tan2 ργ += dVTr
'arctan' f=ρ
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
25
6.5 Tính mối ghép bu lông đơn
6.5.1 Mối ghép lỏng chịu lực dọc trục
Dạng hỏng: kéo đứt ở chân ren
Chỉ tiêu tính:
Công thức tính:
Ứng suất kéo
Đường kính chân ren
Tra bảng 17.7 và 17.2 để tìm bu lông tiêu chuẩn
][ kk σσ ≤
[ ]kk d
F σπσ ≤=
4
2
1
[ ]k
Fd σπ
4
1 ≥
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
26
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
27
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
28
6.5.2 Mối ghép chặt, không chịu lực dọc trục
Dạng hỏng: phá huỷ ở chân ren
Chỉ tiêu tính:
Công thức tính:
Ứng suất kéo Mômen ma sát trên bề mặt ren
Ứng suất tiếp
Thay vào ứng suất tương đương
Đường kính chân ren
Tra bảng để tìm bu lông tiêu chuẩn
4
2
1d
F
k πσ =
( )
2
'tan2 ργ += dVTr
][3 22 kxktd στσσ ≤+=
3
1
2
3
10
)'tan(8
16
d
Vd
d
T
W
T rr
x π
ργ
πτ
+===
ktd σσ 3.1≈
[ ]k
Fd σπ
××≥ 3.141
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
29
6.5.3 Mối ghép chịu lực ngang
A. Trường hợp lắp có khe hở
Dạng hỏng: tấm ghép bị trượt và phá huỷ ở chân ren
Chỉ tiêu tính: để tránh trượt
để tránh phá huỷ chân ren
Công thức tính: lực ma sát i: số bề mặt ghép
Lực xiết V để tránh trượt
k: hệ số an toàn
Đường kính trục để tránh phá huỷ chân ren
Tra bảng 17.7 và 17.2 để tìm bu lông tiêu chuẩn
FFms ≥
][3 22 kxktd στσσ ≤+=
FifVFms ≥=
fi
FkV =
[ ]k
Vd σπ
××≥ 3.141
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
30
B. Trường hợp lắp không khe hở
Dạng hỏng: thân bu lông bị cắt và dập
Chỉ tiêu tính: với là giá trị bé của 2 bề mặt tx
Công thức tính:
Ứng suất cắt Đường kính thân bu lông theo ứng suất cắt
Ứng suất dập đối với tấm 2 Đường kính thân bu lông theo σd tấm 2
Ứng suất dập tấm 1và 3 Đường kính theo σd tấm 1 và 3
Chọn d0 lớn nhất và tra bảng tìm bu lông tiêu chuẩn
[ ]cc ττ ≤ [ ]dd σσ ≤
[ ]cc
id
F τπτ ≤=
4
2
0 [ ]ci
Fd τπ
4
0 ≥
[ ]dd dh
F σσ ≤=
02
[ ]dh
Fd σ20 ≥
( )[ ]dhh
Fd σ310 +≥( ) [ ]dd dhh
F σσ ≤+= 031
[ ]dσ
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
31
6.5.4 Mối ghép được xiết chặt, chịu lực dọc trục
Độ mềm của tấm ghép Độ mềm của bu lông
Hệ số ngoại lực
thông thường
bb
b
b AE
L=λ
mm
m
m AE
L=λ
bm
m
λλ
λχ += ( )3.02.0 ÷=χ
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
32
Dạng hỏng: tấm ghép bị tách hở, thân bu lông bị phá huỷ ở chân ren
Chỉ tiêu tính: để tránh tách hở
để tránh phá huỷ ở chân ren
Công thức tính:
Lực tác động lên tấm ghép sau khi xiết chặ và chịu lực dọc trục
Lực xiết V để tránh tách hở
hoặc
Lực dọc trục tác động lên bu lông
Đường kính bu lông (xiết chặt rồi chịu lực)
Đường kính bu lông (xiết chặt và chịu lực đồng thời)
Tra bảng tìm bu lông tiêu chuẩn
0'≥V
][3 22 kxktd στσσ ≤+=
0)1(' ≥−−= FVV χ
FV )1( χ−≥ FkV )1( χ−=
FVFb χ+= ( )
[ ]k
FVd σπ
χ+≥ 3.141
( )
[ ]k
FVd σπ
χ+×≥ 3.141
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
33
6.6 Tính mối ghép nhóm bu lông
Nguyên tắc tính toán
• Phân tích lực tác động về từng bu lông
• Tính như mối ghép bu lông đơn cho bu lông chịu lực lớn nhất
• Chọn các bu lông còn lại bằng bu lông chịu lực lớn nhất
6.6.1 Nhóm bu lông chịu lực ngang nằm trong mặt phẳng ghép và đi qua 
trọng tâm mối ghép
Giả thiết: lực tác động lên các bu lông bằng nhau
Tính như mối ghép bu lông đơn chịu
lực ngang. Trường hợp có khe hở
Lực xiết V để tránh trượt Đg kính bu lông tránh phá huỷ chân ren
Tra bảng chọn bu lông tiêu chuẩn
Z
FFFF FiFF ==== ...21
[ ] [ ] Zfi
FkVd
kk ××××
×××=×
××≥ σπσπ
3.143.14
1Zfi
Fk
fi
FkV Fi ==
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
34
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
35
6.6.2 Nhóm bu lông chịu mômen nằm trong mặt phẳng ghép
Giả thiết: lực tác động lên từng bu lông tỉ lệ thuận với khoảng cách từ
tâm bu lông đến trọng tâm bề mặt ghép
Tổng mômen do các lực quay quanh trọng tâm bề mặt ghép gây ra
bằng mômen T tác động lên nhóm bu lông
vì
Nên Lực tác động lên bu lông 1
Lực lớn nhất tác động lên bu lông ở xa trọng tâm mối ghép nhất
const
r
F
r
F
r
F
i
MiMM ==== ...
2
2
1
1
MiF
∑
=
=
n
i
iMirFT
1 1
1
r
rFF iMMi =
∑
=
=
n
i
i
M r
r
FT
1
2
1
1
∑
=
×= n
i
i
M
r
rTF
1
2
1
1
∑
=
×= n
i
i
M
r
rTF
1
2
max
max
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
36
Tính như mối ghép bu lông đơn chịu lực ngang - Trường hợp có khe hở
Lực xiết V để tránh trượt Đg kính bu lông để tránh phá huỷ chân ren
Tra bảng chọn bu lông tiêu chuẩn
[ ]k
Vd σπ ×
××≥ 3.141
fi
FkV M max=
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
37
Chi tiết máy TS Phan Tấn Tùng
iFiMiFiMii FFFFF αcos222 ++=
[ ]k
Vd σπ ×
××≥ 3.141fi
FkV imax=
6.6.3 Nhóm bu lông chịu lực nằm trong mặt phẳng ghép không di qua 
trọng tâm bề mặt ghép
Dời lực F về trọng tâm bề mặt ghép. Xem như mối ghép chịu lực (mục 1) 
và mômen (mục 2) đồng thời. Theo luật cộng tác dụng ta cộng vectơ lực
do 2 trường hợp riêng rẽ gây ra.
Với αi là góc nhọn hợp bởi 2 lực FMi và FFi
Tìm bu lông chịu lực lớn nhất và tính theo mối ghép bu lông đơn chịu lực
ngang.
Trường hợp lắp có khe hở
Lực xiết V để tránh trượt Đg kính bu lông để tránh phá huỷ chân ren
Tra bảng chọn bu lông tiêu chuẩn
38
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
39
6.6.4 Mối ghép nhóm bu lông chịu lực bất kỳ
Dạng hỏng
• mối ghép bị tách hở
• mối ghép bị trượt
• bu lông bị phá huỹ ở chân ren
Chỉ tiêu tính
• tránh tách hở
• tránh trượt
• tránh phá huỷ bu lông
Công thức tính
Ứng suất trên bề mặt tiếp xúc
][3 22 kxktd στσσ ≤+=
0max <σ
u
V
MFV W
M
A
F
A
VZ
V
)1()1(
min
max
χχσσσσ −±−+−=±+−=
Hms FF >
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
40
Để tránh tách hở
Lực xiết V để tránh tách hở hoặc
Để tránh trượt
Hoặc
Lực xiết V để tránh trượt
Để tránh tách hở và tránh trượt chon lực xiết Vmax trong cả 2 trường hợp
trên
0)1()1(max <−+−+−=
u
V
W
M
A
F
A
VZ χχσ
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ +−≥
u
V W
AMF
Z
V )1( χ ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ +−=
u
V W
AMF
Z
kV )1( χ
[ ] HVms FFVZfF ≥−−= )1( χ
[ ] HVms FkFVZfF .)1( =−−= χ
Zf
FfFkV VH )1( χ−+=
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
41
Lực tác động lên bu lông
Lực do mômen M tác động lên từng bu lông tỉ lệ thuận với khoảng cách
từ tâm bu lông đến đường trung hoà
vậy
Tồng mômen do các lực gây ra so với đường trung hoà bằng mômen
tác động lên các bu lông
vậy
Lực tác dụng lên bu lông số 1
Bu lông ở xa đường trung hoà nhất là bu lông chịu lực lớn nhất do M gây
ra
i
MiMM
y
F
y
F
y
F === ...
2
2
1
1
1
1
y
yFF iMMi
×=
MiF
∑
=
=
n
i
iMi yFM
1
χ ∑==
n
i
i
M y
y
FM
1
2
1
1χ
∑
=
= n
i
i
M
y
yMF
1
2
1
1
χ
∑
=
= n
i
i
M
y
yMF
1
2
max
max
χ
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng
42
Lực lớn nhất tác động lên bu lông
Đường kính bu lông khi xiết chặt rồi mới chịu lực
Đường kính bu lông khi xiết chặt đồng thời với chịu lực
Tra bảng chọn bu lông tiêu chuẩn
HẾT CHƯƠNG 8
maxmaxmax M
V
b FZ
FVF ++= χ
[ ]k
M
V F
Z
FV
d σπ
χ
×
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ ++××
≥
maxmax
1
3.14
[ ]k
M
V F
Z
FV
d σπ
χ
×
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ ++×
≥
maxmax
1
3.14
Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng