Trong bài viết hôm nay, chúng ta sẽ tìm hiểu về các phương pháp liên kết trên trục quay truyền động.
Các phương pháp liên kết trục quay truyền động điển hình có thể kể tới đó là: phương pháp gắn tải trực tiếp vào trục quay truyền động và phương pháp gắn tải qua khớp nối đàn hồi. Dù là áp dụng phương pháp nào đi nữa, thì ta cũng cần sử dụng đến các bộ phận truyền tải động lực như then, vòng kẹp cổ trục (có rãnh hở) hay khóa trục (mechal-lock) tại chỗ liên kết với trục truyền động.
Ngoài ra, ta cũng có thể dựa trên cách thức truyền tải động lực để phân loại các phương pháp liên kết này thành hai loại là: truyền tải động lực bằng liên kết then hoặc truyền tải động lực bằng liên kết ma sát.
Trong đó, liên kết then được sử dụng phổ biến nhất, tuy nhiên nó cũng tồn tại một số nhược điểm. Trong bài này, chúng tôi muốn trình cách giải quyết những nhược điểm đó bằng cách sử dụng khóa trục trong các bài toán thường gặp.
Hình 1. Ví dụ về truyền tải động lực bằng then và bằng khóa trục
MỤC LỤC
- Cấu tạo truyền tải động lực bằng then
- Nguyên lý và cấu tạo của truyền tải động lực bằng khóa trục
- Phương pháp sử dụng khóa trục (cách lắp ghép và cách tháo gỡ)
- Ví dụ về những vấn đề phát sinh khi sử dụng then
- Lệch pha khi lắp nhiều đĩa xích và puly định thời trên một trục dài
- Trục chịu tải trọng xung kích
- Giải quyết những vấn đề khi dùng then bằng cách dùng khóa trục
- Xóa bỏ sự lệch pha khi lắp nhiều đĩa xích và puly định thời trên một trục dài
- Giải pháp cho vấn đề trục chịu tải trọng xung kích
- Tổng kết
Nội dung của bài viết khá dài nên chúng tôi sẽ chia bài viết thành 2 phần. Ở bài viết ngày hôm nay - phần 1, chúng ta sẽ tìm hiểu các mục 1 - 3, các mục còn lại sẽ được giới thiệu ở phần 2 - bài viết tiếp theo.
- Cấu tạo truyền tải động lực bằng then
Truyền tải động lực bằng then là một phương pháp đã được sử dụng từ lâu. Đặc biệt là các loại then bằng thường được dùng trong truyền tải động lực.
Các trục đầu ra của động cơ cảm ứng và hộp giảm tốc thường được gia công thêm bộ phận rãnh then, và thường chúng được thiết kế sao cho có thể dễ dàng lắp đặt đĩa xích, puly định thời, v.v.
Hình 2. Trục đầu ra của động cơ giảm tốc
Cơ chế truyền tải động lực bằng then là truyền tải lực cắt mặt ngang của then được lắp trong rãnh then ở mặt trục và mặt boss (mặt chi tiết còn lại). Kích thước của then bằng được sử dụng được chuẩn hóa bởi tiêu chuẩn JIS (Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản) tùy theo đường kính trục.
Do đó, như trong [Hình 3], diện tích mặt cắt ngang bằng "chiều dài then nhân với chiều rộng", vì vậy, ta tính được lực cắt mặt ngang từ mô men xoắn truyền tải, và xác định chiều dài của then. Ta cần tính toán thêm đại lượng này khi xác đinh kích thước trục đầu ra của động cơ và hộp giảm tốc. Khi thiết kế bộ phận liên kết, hãy cố gắng thiết kế sao cho việc truyền tải động lực sử dụng toàn bộ chiều dài của then. Các bạn có thể tính toán hoàn toàn tự động bằng công cụ tính toán then của chúng tôi tại đây.
Hình 3. Cắt mặt ngang của then
- Nguyên lý và cấu tạo của truyền tải động lực bằng khóa trục
Khóa trục là phương pháp truyền tải động lực bằng liên kết ma sát.
Cấu tạo bên trong khóa trục được thể hiện trên [Hình 4], bằng cách siết chặt các bu lông được bố trí trên mặt tròn, nêm di chuyển và ép các vòng ở mặt vòng trong và mặt vòng ngoài vào trục và chi tiết tương ứng, tạo ra một lực ma sát lớn. Mô men xoắn truyền tải cho phép được liệt kê trong catalog cho từng kiểu máy, nên các bạn nhớ tham khảo khi thực hiện lựa chọn.
Hình 4. Cấu tạo của khóa trục
Ngoài ra, do chỉ cần gia công một lỗ tròn cho trục và chi tiết của bộ phận chèn khóa trục, nên thời gian gia công được giảm so với phương pháp liên kết then.
Tuy nhiên, vì được ghép ép bằng một lực mạnh, nếu độ dày của mặt chi tiết mỏng, nó sẽ bị biến dạng đàn hồi, làm giảm lực ma sát và sẽ không thể phát huy được các tính năng quy định (mô men xoắn truyền tải). Kích thước độ dày tối thiểu cho các vật liệu điển hình được liệt kê trong catalog, vì vậy các bạn hãy kiểm tra tham khảo khi thiết kế.
Các bạn có thể xem một số thông số trong [Hình 5] dưới đây.
Hình 5. Độ dày tối thiểu của mặt chi tiết
Với thép dẻo (SS400, S10C) có ứng suất chảy dẻo (giới hạn chảy) thấp, nếu độ dày vòng trục moay ơ (hub) không được làm dày thì lực sẽ thoát ra ngoài và không thể đạt được lực ma sát cần thiết để ghép ép. Thép cứng (chẳng hạn như S55C) có ứng suất chảy cao, do đó vẫn có thể thu được đủ lực ma sát ngay cả khi độ dày mỏng.
- Phương pháp sử dụng khóa trục (cách lắp ghép và cách tháo gỡ)
Như đã thấy trên [Hình 4], ở khóa trục thì vòng trong và vòng ngoài được ghép nối với nhau bằng các bu lông khóa.
Khi lắp đặt, ta lắp ghép trục với chi tiết trong trạng thái các bu lông khóa đang được nới lỏng. Tại thời điểm này, hãy đảm bảo rằng không có trọng tải nào tác dụng lên đĩa xích hoặc puly ở phía chi tiết.
Sau khi lắp ghép xong, vặn siết các bu lông khóa theo phương đối xứng lần lượt theo thứ tự. Nếu như bạn siết chặt các bu lông cùng một lúc, sẽ làm xấu sự cân bằng và sẽ không thể lắp chặt các bộ phận một cách chính xác. Vì thế, các bạn nên vặn các bu lông chặt dần tuần tự theo vòng, khoảng 3 – 4 lần đến khi chặt hẳn.
Khi tháo dỡ, trước tiên hãy nới lỏng lực căng trên đĩa xích và puly.
Tuy ta có thể nới lỏng các bu lông khóa trong khi vẫn có lực căng tác dụng, nhưng như vậy sẽ không thể nới lỏng khớp nối của bộ phận nêm bên trong khóa trục. Hãy nới lỏng các bu lông khóa trong trạng thái các bộ phận như đĩa xích không chịu tác dụng của lực căng. Không có thứ tự nới lỏng, vì vậy các bạn có thể nới lỏng bu lông theo thứ tự nào cũng đươc.
Tuy nhiên trong nhiều trường hợp, ngay cả khi đã nới lỏng các bu lông, ta cũng chưa thể gỡ phần ghép nối giữa trục và chi tiết. Đây là trạng thái mà phần nêm của khóa trục vẫn đang hoạt động và chỉ mới có các bu lông khóa được nới lỏng ra. Ở đây, chúng ta sẽ cần phải tháo khớp nối của bộ phận nêm.
Như có thể thấy trong [Hình 6], có 4 lỗ vít (ở khóa trục loại nhỏ thì chỉ có 2 lỗ vít) nằm xen kẽ giữa các bu lông khóa. Các lỗ vít này là lỗ có sẵn ren, vì vậy ta chỉ cần tháo bu lông khóa bên cạnh lỗ vít và lắp vào.
Hình 6. Các bu lông khóa và lỗ vít dùng để tháo khóa trục.
Khi ta vặn vào đồng đều các bu lông được lắp vào lỗ vít, cho đến khi cảm thấy tiếng xung kích “Cậc!”, thì tức là phần khớp nối của nêm đã được tách rời. Chú ý như đã đề cập ở trên, nếu vẫn còn lực căng tác dụng, nêm sẽ vẫn chịu lực tác động và ta sẽ không thể nào tách rời khớp nối ra được.
Ngoài ra, ta cũng cần chú ý không vặn quá chặt các bu lông trong các lỗ vít khi tháo dỡ để tránh làm hỏng khóa trục.
Qua phần một của bài viết, chúng ta đã được tìm hiểu về nguyên lý và phương pháp sử dụng của khóa trục. Ở phần 2 - bài viết tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu những vấn đề khi sử dụng then và cách khắc phục khi dùng khóa trục, các bạn hãy chờ đón nhé.
Tiếp nối bài viết trước, trong bài viết hôm nay, chúng ta sẽ tìm hiểu những vấn đề khi sử dụng then và cách khắc phục khi dùng khóa trục qua nội dung dưới đây.
MỤC LỤC
- Ví dụ về những vấn đề phát sinh khi sử dụng then
- Lệch pha khi lắp nhiều đĩa xích và puly định thời trên một trục dài
- Trục chịu tải trọng xung kích
- Giải quyết những vấn đề khi dùng then bằng cách dùng khóa trục
- Xóa bỏ sự lệch pha khi lắp nhiều đĩa xích và puly định thời trên một trục dài
- Giải pháp cho vấn đề trục chịu tải trọng xung kích
- Tổng kết
1. Ví dụ về những vấn đề phát sinh khi sử dụng then
Khi sử dụng then, sẽ phát sinh một số vấn đề hay sự cố. Trong phần dưới đây, chúng tôi xin giới thiệu đến các bạn hai ví dụ tiêu biểu thường thấy.
- 1.1 Lệch pha khi lắp nhiều đĩa xích và puly định thời trên một trục dài
Ví dụ đối với các băng chuyền rộng, như đã minh họa trên [Hình 1], có những trường hợp có cấu tạo gồm nhiều đĩa xích và puly định thời được lắp đặt trên trục truyền động dài.
Ngoài ra, như trường hợp xe nâng, có cần nâng gắn vào cả hai đầu của trục để nâng và hạ vật. Lúc này, nếu truyền tải động lực sử dụng toàn bộ then, thì trục truyền động sẽ có số rãnh then bằng số đĩa xích.
Với hình ảnh ở phía bên trái của [Hình 1], nếu chỉ xét mỗi phần trục, ta có được như [Hình 7] dưới đây.
Hình 7. Trục truyền động toàn bộ bằng liên kết then
Nếu bạn vẽ một bản vẽ cho trục này, tất cả các rãnh then sẽ được vẽ trên cùng một trục, tuy nhiên trong thực tế khi gia công thì chúng ta sẽ cần sử dụng phương pháp gia công như thế nào?
Gia công rãnh then trên trục thường được thực hiện bằng máy phay, nhưng tùy thuộc vào chiều dài của đế máy và khả năng gia công, vật (trong trường hợp này là trục) được kẹp chỉnh lại trước rồi mới thực hiện gia công.
Việc kẹp chỉnh có nghĩa là khi trục quay thì được kẹp lại, khiến cho xảy ra việc bị trượt lệch vị trí theo hướng vòng quanh rãnh then. Vì do người vận hành thực hiện thao tác kẹp, nên ta sẽ không thể nào triệt tiêu hoàn toàn độ lệch này.
Nếu cứ tiếp tục sử dụng như thế, với xích có gắn phụ kiện hoặc với dây đai răng, vị trí các phụ kiện sẽ không được căn chỉnh và sẽ không vận chuyển chính xác được. Ngoài ra, trong trường hợp xe nâng, pha của cần nâng bị lệch, do đó làm mất cân bằng phương ngang hoặc là phụ tải tập trung lệch về phía cần nâng còn lại.
1.2 Trục chịu tải trọng xung kích
Trong các máy cắt nghiền như máy nghiền hay máy hủy tài liệu, tải trọng xung kích được tạo ra trên trục truyền động do vật liệu nghiền không phải đồng đều.
Vì tác dụng lực lớn lặp đi lặp lại do tải trọng xung kích, rãnh then bị biến dạng và xảy ra hiện tượng lỏng lẻo (không khít) giữa then và rãnh then. Phần hở giữa then và rãnh then càng lớn, máy sẽ không thể chuyển động được đúng như thiết kế và sẽ không phát huy được hết các chức năng của máy. Ngoài ra, nếu trục bị biến dạng, sẽ không thể lấy trục ra khỏi các chi tiết máy trong quá trình bảo trì, dẫn đến không thể tháo rời trục.
2. Giải quyết những vấn đề khi dùng then bằng cách dùng khóa trục
Các vấn đề được đề cập đến trong phần trên có thể được giải quyết bằng cách sử dụng khóa trục.
- 2.1 Xóa bỏ sự lệch pha khi lắp nhiều đĩa xích và puly định thời trên một trục dài
Trong trường hợp này, sự lệch pha phát sinh do các vấn đề trong quá trình gia công rãnh then. Đây là vấn đề luôn xảy ra khi vật được kẹp chỉnh lại trong quá trình gia công, vì vậy ta cần xử lý điều này ngay ở giai đoạn thiết kế.
Trong chỉ thị gia công cũng có phương pháp chỉ thị "gia công trên cùng một đường thẳng" hoặc "không làm lệch pha" nhưng trong trường hợp gia công theo chỉ thị này, cần phải sử dụng các máy đa chức năng hoặc máy gia công cỡ lớn, làm tốn thêm thời gian giao hàng và chi phí.
Trong những trường hợp như vậy, đĩa xích lấy làm chuẩn được cố định bằng một then và đĩa xích dẫn động được cố định bằng khóa trục.
Khóa trục là loại liên kết ma sát, nên không cố định vị trí pha như liên kết then. Hình bên phải trong [Hình 1] thể hiển phương pháp lắp đặt bằng khóa trục.
Còn trong trường hợp này, trục sẽ được lắp giống như [Hình 8] dưới đây.
Hình 8. Trục truyền động khi sử dụng khóa trục
Ngoại trừ đĩa xích lấy làm chuẩn là dùng liên kết then, thì ở các đĩa xích khác sử dụng khóa trục. Do đó, chỉ có một rãnh then duy nhất được gia công trên trục.
- 2.2 Giải pháp cho vấn đề trục chịu tải trọng xung kích
Như đã đề cập ở trên, khi dùng liên kết then, nếu liên tục chịu tác dụng của tải trọng lớn chẳng hạn như tải trọng xung kích, sẽ gây ra biến dạng rãnh then hoặc làm hư hỏng vật liệu then. Trong trường hợp này, có thể thực hiện phương pháp tôi luyện rãnh then để làm tăng độ cứng bề mặt.
Ngoại trừ trục truyền động và hộp giảm tốc có trục đầu ra rỗng chỉ có thể sử dụng liên kết then, thì với trục đặc và bộ phận liên kết của cơ cấu chấp hành ta có thể sử dụng khóa trục thay cho then để giải quyết vấn đề của bài toán. Hơn nữa, vì mô men xoắn truyền tải cho phép của khóa trục là xác định, nên nó cũng đóng vai trò là bộ giới hạn mô men xoắn để ngăn ngừa quá tải.
Hình 9. Phương pháp liên kết với trục đầu ra hộp giảm tốc
3. Tổng kết
Ở bài viết hôm nay, chúng ta đã xem xét các phương pháp truyền tải động lực của trục truyền động, từ những vấn đề phát sinh khi sử dụng then, như lệch vị trí pha và biến dạng của rãnh then do tải trọng xung kích, ta đi đến kết luận sử dụng khóa trục để giải quyết các vấn đề.
Then là một phương tiện truyền tải động lực nhỏ gọn và đơn giản, nhưng vì truyền tải động lực bằng lực mặt cắt ngang giữa rãnh then và then, làm cho phụ tải tập trung ở đó. Vì thế, nếu chịu tác dụng của tải trọng lớn như tải trọng xung kích, sẽ dễ gây ra biến dạng ở rãnh then.
Ngoài ra, khi gia công rãnh then trên trục dài, ta có thể coi như không thể làm khớp vị trí pha.
Để giải quyết các vấn đề khi dùng liên kết then ta cần thay thế sử dụng khóa trục.
Vì khóa trục truyền tải động lực bằng liên kết ma sát, nên không yêu cầu gia công như rãnh then ở phía trục. Nhờ đó, sẽ không phát sinh việc biến dạng rãnh then và việc khớp vị trí pha có thể được thực hiện tự do. Tuy nhiên, nếu mọi chỗ đều sử dụng khóa trục, ta sẽ không biết điểm chuẩn ở đâu, vì vậy sẽ tốt hơn nếu ta sử dụng một liên kết then ở bộ phận lấy làm chuẩn.
Tổng kết lại, các bạn cần lưu ý những vấn đề sau khi sử dụng then, đó là:
- Khi gia công rãnh then trên trục dài, sẽ xảy ra hiện tượng lệch pha.*
- Khi chịu tác động lặp đi lặp lại của tải trọng xung kích, làm biến dạng rãnh then, khiến trục không thể tháo rời được.
* Khi gia công bằng máy phay, việc kẹp vật, ở đây là trục, một lần là không đủ.
Ngược lại, ta có thể kể ra những ưu điểm khi sử dụng khóa trục như sau:
- Vì là liên kết ma sát nên vị trí pha với trục có thể được điều chỉnh ở bất kỳ vị trí nào.
- Có thể giảm chi phí gia công vì không yêu cầu gia công rãnh then trên trục.
- Khi phụ tải tác dụng vượt quá mô men xoắn truyền tải cho phép, nó sẽ trượt, vì vậy nó có thể đóng vai trò là bộ giới hạn mô men xoắn.
- Khoảng hở ghép nối là bằng không, vì thế cho phép xác định vị trí chính xác.
Cả then và khóa trục đều có những ưu điểm và nhược điểm của riêng chúng. Vì thế, các bạn hãy lựa chọn sao cho phù hợp với mục đích thiết kế nhé. Hẹn gặp lại ở các bài viết sau.
No comments:
Post a Comment