Cơ sở thiết kế máy và robot - Phần 4: Trục, ổ trục, khớp nối

22/09/2016
1
1
Phần 4
TRỤC, Ổ TRỤC, KHỚP NỐI
TS. Phạm Minh Hải
hai.phamminh1@hust.edu.vn
hai.phamminh.hust@gmail.com
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
BỘ MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY & ROBOT 
thietkemay.edu.vn
TRỤC
2
1. Khái niệm chung
2. Cơ sở tính toán thiết kế trục
3. Trình tự tính toán thiết kế trục
1.1 Công dụng / phân loại
a. Công dụng
3

 Đỡ các CTM quay

 Truyền momen xoắn
1.1 Công dụng và phân loại
b. Phân loại
Theo đặc điểm chịu tải:
 Trục tâm: máy nâng chuyển

 đỡ tiết máy quay thông qua gối ổ 

 không truyền momen xoắn
4
22/09/2016
2
1.1 Công dụng và phân loại
b. Phân loại
Theo đặc điểm chịu tải:
 Trục truyền: 
• đỡ các CTM quay 
• truyền momen xoắn
5
 Trục truyền: 
• truyền momen xoắn
1.1 Công dụng và phân loại
b. Phân loại
-Phân loại theo cấu tạo
6
Trục bậc:
- Dễ dàng lắp ráp, địnhvị
- Kích thước phù hợp với phân bố tải
- Tập trung ứng suất
Trục trơn: 
- Khó lắp ráp các chi tiết lên trục
1.1 Công dụng và phân loại
b. Phân loại
Phân loại theo đường tâm
7Trục thẳng Trục khuỷu Trục mềm
1.2 Kết cấu trục
Ví dụ: trục trong hộp giảm tốc côn-trụ 2 cấp
8
Trục I
Trục II
Trục III
22/09/2016
3
1.2 Kết cấu trục
-Ngõng trục: đoạn trục lắp với ổ 
trục, đường kính lấy theo tiêu
chuẩn ổ lăn
-Thân trục: đoạn trục lắp với CTM 
quay, đường kính lấy theo dãy số
ưu tiên
-Vai trục: định vị CTM theo chiều
dọc trục
9
1.2 Kết cấu trục
Kết cấu trục được xác định dựa trên:
-Trị số và sự phân bố lực
-Cách bố trí, cố định các CTM lắp trên trục
-Công nghệ gia công chế tạo trục và lắp ghép
10
Giảm nguy cơ phá hủy do mỏi: 
- Giảm tập trung ứng suất: góc lượn, vát mép 
- Tăng bền bề mặt
1.3 Lắp ghép các chi tiết lên trục
- Phương dọc trục: vai trục
- Phương tiếp tuyến: then, độ dôi
11
1.3 Lắp ghép các chi tiết lên trục
a) Lắp bằng then
Ghép bằng then và ghép bằng then hoa là loại 
ghép tháo được
Then được tiêu chuẩn hóa
12
22/09/2016
4
1.3 Lắp ghép các chi tiết lên trục
a) Lắp bằng then
Then bằng:
Then bán nguyệt: 
- tự lựa
- rãnh sâu -> trục yếu
13
1.3 Lắp ghép các chi tiết lên trục
b) Lắp bằng then hoa: 
-Truyền được mô-men xoắn lớn
-Cho phép di chuyển dọc trục
14
2 Cơ sở tính toán trục
Tải trọng tác dụng lên trục
-Lực ăn khớp (BR, TV-BV) Ft, Fa, Fr 
-Lực do bộ truyền xích Fx
-Lực do bộ truyền đai Fđ
-Khớp nối (lực ngang có hướng không xác
định)
15
2 Cơ sở tính toán trục
Ứng suất
-M, T : momen uốn và xoắn
-W, W0 : momen cản uốn và xoắn
16
+Tiết diện tròn
+Tiết diện có rãnh then 
22/09/2016
5
3.2 Ứng suất
 Tính chất của các chu trình ứng suất

 Với ứng suất uốn: chu trình đối xứng (trục
quay)

 Với ứng suất xoắn:
- Trục quay 1 chiều, chu trình mạch động 
- Trục quay 2 chiều, chu trình đối xứng
17
2 Cơ sở tính toán trục
Vật liệu:
- Độ bền cao.
- Ít nhạy với tập trung ứng suất.
- Có thể nhiệt luyện và gia công dễ dàng.
-> Thép cacbon, Thép hợp kim
18
3 Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính toán

Gẫy hỏng do mỏi -> Độ bền mỏi

Gãy trục do quá tải -> Độ bền tĩnh

Trục bị võng nhiều sẽ ảnh hưởng tới hoạt động 
của các chi tiết khác -> Độ cứng

Trục quay nhanh có thể gây dao động lớn
-> Độ ổn định dao động
19
3.1Tính trục về độ bền
Dùng phương pháp kiểm tra:
Bước 1: Tính sơ bộ
T (Vật liệu)  d (tiết máy quay, ổ, vỏ hộp .. )
l  M (nội lực)
Lưu ý: khi xác định chiều dài các đoạn trục (l), cần xét đến kết cấu, kích
thước của toàn bộ các chi tiết trong máy (vỏ hộp, tiết máy truyền động, ổ, 
 và các trục khác)
Bước 2: Tính kiểm nghiệm về độ bền
T, M, d  ứng suất uốn, xoắn
20
22/09/2016
6
21 22
3.1 Tính trục về độ bền
a) Tính sơ bộ
Điều kiện bền tĩnh τ ≤ [τ]
•Do không kể đến ứng suất uốn -> chọn [τ] nhỏ 
đi khá nhiều
•Thép 35, 40, 45, CT45 ⇒ [τ] = 15 ÷ 30 MPa
23
3.1 Tính trục về độ bền
Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi
sσ, sτ :hệ số an toàn chỉ xét riêng về ứs pháp/ ưs tiếp
24
22/09/2016
7
3.1 Tính trục về độ bền

σ-1, τ-1 : giới hạn mỏi uốn và mỏi xoắn trong 
chu kỳ đối xứng của mẫu nhẵn đường kính 7 ÷
10 mm. Có thể tra bảng hay lấy gần đúng theo 
công thức sau:
+σ-1 ≈ (0,40 ÷ 0,45)σb
+τ-1 ≈ (0,23 ÷ 0,28)σb
+σb - ứng suất bền của vật liệu làm trục
25
3.1Tính trục về độ bền

σm, τm : ứng suất trung bình

σa, τa :biên độ ứng suất

Kσ, Kτ : hệ số tập trung ứng suất thực tế

β : hệ số tăng bền bề mặt

ψσ, ψτ : hệ số ảnh hưởng của ưs trung bình

 εσ ,ετ : hệ số ảnh hưởng của kích thước 
tuyệt đối
26
3.2 Tính trục về độ cứng
Độ cứng uốn
+Độ võng: y ≤ [y]
+Góc xoay: θ ≤ [θ]
Độ cứng xoắn
 ϕ ≤ [ϕ]
27
3.3 Tính trục về độ ổn định dao động
•Nếu tần số của tải trọng tác dụng lên truc ≈ tần
số riêng của hệ thống trục ⇒ cộng hưởng. Dao 
động mạnh ⇒ hỏng các chi tiết máy lắp trên
trục.
•Thông thường: n ≤tốc độ tới hạn (tần số riêng
thứ nhất/2) 
28