Lò xo

Lò xo (LX) tên tiếng anh springs là chi tiết máy có khả năng biến dạng đàn hồi rất lớn. Khi biến dạng, lò xo tích lũy năng lượng, sau đó giải phóng ra dần. Chúng được dùng trong các máy, thiết bị với những chức năng sau:

Tạo lực kéo, nén, hoặc mômen xoắn. Ví dụ, tạo lực ép trong khớp nối, trong phanh, trong bộ truyền bánh ma sát.
Giảm chấn động, rung động.
Tích lũy năng lượng, sau đó giải phóng dần, làm việc như một động cơ. Ví dụ, như dây cót trong đồng hồ.

Nội Dung Chính

Phân loại

Xem thêm: Máy Phay CNC Cho Ngành Nha Khoa Labo| Datron D5

Tùy theo chức năng sử dụng, LX đưoc chia ra:

Lò xo kéo. Dùng đe tạo nên lực kéo. Các vòng LX sít nhau, hai dầu có móc để liên kết với chi tiết máy khác.

Lò xo keo xoắn ốc trụ
Lò xo nén. Dùng để tạo nên lực nén. Các vòng LX cách xa nhau, hai dầu lò xo bằng.
Lò xo xoắn. Dùng tạo mô men xoắn.
Lò xo uốn. Khi làm việc,LX chỉ chịu uốn. Ví dụ như LX nhíp, sử dụng trong xe ôtô.

Tùy theo hinh dạng của LX và hinh dạng của dây tạo nên LX, người ta chia ra:

Lò xo trụ, LX có dạng trụ tròn.
Lò xo côn. LX có dạng hình nón cụt.
Lò xo lá. LX là những lá móng, hoặc thanh móng, dùng riêng lẻ hoặc ghép lại với nhau.
Lò xo đĩa. LX có dạng đĩa mỏng. có khả năng tải rất lớn.
Lò xo xoắn ốc. Dùng dây thép có tiết diện tròn, hoặc tiết diện vuông, tiết diện chữ nhật, cuốn thành đường xoắn vít.
Lò xo xoáy ốc. Dùng dây thép, hoặc lá thép cuốn tròn theo hình xoáy trôn ốc, các vòng LX nằm trên cùng một mặt phẳng.
Lò xo có độ cứng không đối. Trong quá trình biến dạng, độ cứng của LX không thay đối.
Lò xo có độ cứng thay đổi. Trong khi biến dạng, tùy theo mức độ biến dạng, LX có độ cung khác nhau.

Bài viết này chủ yếu trình bày LX xoắn ốc trụ, tiết diện dây, tròn. Đây là loại LX dược dùng phổ biến. Các lò xo khác được tính toán tương

Thông số chủ yếu của LX

Kích thước tiết diện dây LX. Dây có tiết diện tròn được xác dịnh bởi đường kính d, mm.
Đường kính trung bình của LX D, mm.
Đường kính ngoài của LX D_ng=D+d
Đường kính trong của LX D_tr=D-d
Số vòng làm việc của LX n.
Chiều dài của LX H, mm. Chiều dài khi chịu tải H, mm. Chiều dài khi chịu tải là H_t
Chiều dài của dây thép làm LX L, mm.
Bước củaLX p, mm. Bước của lò xo khi chịu tải là p_1t
Góc nâng của LX y, độ hoặc rad.
Tỷ số đường kính của LX c, c = D/d.
Chuyển vị của LX λ, mm.
Độ mềm của LX λ_n, là chuyển vị của LX duới tác dụng của một đơn vị lực.
Độ mền của một vòng LX λ₁, chuyển vị của một vòng LX dưới tác dụng của một đơn vị lực
Độ cứng của LX C, N, là giá trị lực làm cho lò xo biển dạng một đơn vị.
Lực căng ban đầu giữa các vòng của LX kéo F₀N.
Lực giới hạn F_lim, N, là giá trị lớn nhất của lực kéo, LX chưa bị biến dạng dư.

Một số điểm chú ý, khi chọn và tính các thông số của LX

Hệ số đường kính c được lấy theo kích thước của dây LX:

d, mm	≤ 2,5	3÷5	6÷12
c	5÷12	4÷10	4÷9

Để tránh mất ổn định, kích thước của LXnén phải thỏa mãn điều kiện: H/D≤(2,5÷3). Nếu không thỏa mãn điều kiện trên, thì phải làm cốt tựa cho lò xo.
Lực căng ban đầu của LX kéo có thể lấy như sau: F₀= (0,25÷0,3).F_lim
Góc nâng thường dùng y = 10° ÷ 12° .
Bước của LX nén phải chọn theo diều kiện: p₁ = d + (1,1 ÷ 1,2).λ_max/n. Đảm bảo các vòng LX không bị xát vào nhau, khi làm việc với chuyến vị cực đại.
Chiều dài của dây LX, L = (πD/cosy)n+2l_k, với l_k, là chiều dài của đoạn dây dùng để liên kết với chi tiết máy khác.
Độ mềm của một vòng LX được tính theo công thức: λ₁=(8D³)/(Gd⁴)=(8.c³)/(Gd)

Với G là mô đun đàn hồi trượt của vật liệu làm LX, thưởng dùng thép G= 8,10°MPa.

Tính lò xo

Xem thêm: Bộ truyền xích

Tải trọng và ứng suất trong LX

Khi chịu tải, ứng suất trong dây LX tương đối phức tap. Vi dụ, khi kéo lò xo bởi lực F, trong dây thép của LX có ứng suất xoắn τ_x, ứng suất kéo σ_k, ứng suất uốn σ_n, và ứng suất cắt τ_c.

Khi tính toán LX, ta chỉ quan tâm đến ứng suất chủ yếu, có giá trị lớn, trong dây lò xo. Các ứng suất khác được kể đến bằng cách dùng hệ số điều chỉnh giá trị ứng suất, hoặc điều chỉnh giá trị ứng suất cho phép.

Đối với các LX chịu kéo và chịu nén, ứng suất chủ yếu trong dây lò xo là τ_xĐiều kiện bền của LX là: τ_x≤[τ_x]. Trong đó: τ_x, là ứng suất xoắn sinh ra trong dây LX, [τ_x] là ứng suất xoắn cho phép LX.
LX chịu mô men xoắn T, ứng suất chủ yếu trong dây LX là σ_u. Chỉ tiêu tính toán của LX là: σ_u≤[σ_u]. Trong đó σ_u, là ứng suất uốn sinh ra trong dây LX [σ_u] là ứng suất uốn cho phép của dâyLX.

Tính lò xo chịu kéo, nén

Xét LX chịu tải như trên.

Dưới tác dụng của lực F, dây LX bị xoắn bởi mô mên xoắn T = F.D/2. Do dây bị uốn cong, ứng suất xoắn ở biên trong của dây lớn hơn biên ngoài. Mô men chống xoắn của tiết diện dây LX: W= π.d³/16

Ứng suất xoắn trên dây LX dược xác định theo công thức:

τ_x=(kFD16)/(2πd³)=(8kcF)/(πd²)

Trong đó k là hệ số kể đến độ cong của dây lò

Giá trị của k dược tính theo công thức k = (4c +2)/(4c-3)

Ứng suất cho phép [τ_x] được xác định như sau: [τ_x] = (0,41÷0,5)σ_b.

Đối với các thép thường dùng làm LX, lấy σ_b = 1500 ÷1700 MPa.

Kiểm tra độ bền của LX bằng cách:

Tinh τ_x, theo công thức τ_x=(kFD16)/(2πd³)=(8kcF)/(πd²).
Xác định ứng suất cho phép [τ_x].
So sánh τ_x và [τ_x], rút ra kết luận. Nếu τ_x ≤ [τ_x],LX đủ bền.

Thiết kế LX được tiến hành như sau:

Xác định ứng suất cho phép [τ_x]
Giả sử điều kiện τ_x ≤ [τ_x] rút ra được công thức đường kính d≥√(kF_maxc)/ [τ_x]
Số vòng làm việc của LX được tính theo công thức: n = (λ_max– λ_min(Gd ))/(8c³(F_max-F_min) Trong đó

F_max là lực lớn nhất tác dụng lên LX,

F_min là lực nhỏ nhất tác dụng lên LX,

λ_max là chuyển vị lớn nhất của LX, khi chịu F_max

λ_min, là chuyển nhỏ nhất của LX, ứng với F_min

Tính LX chịu xoắn

Khi LX chịu mô men xoắn T, dây LX bị uốn bởi mô men M= T.cosy. Vì góc y tương đối nhỏ, nên lấy gần dúng cosy = 1.

Ứng suất uốn trong dây LX được xác định theo công thức:

σ_u= (kM)/W_u= (32kT)/πd³

Trong dó k là hệ số kể đến độ cong của vòng LX, k = (4c-1)/(4c-4)

Ứng suất uốn cho phép có thể lấy: [σ_u]=1,25 [τ_x]

Kiểm độ bền của LX bằng cách:

Tính σ_u, theo công thức σ_u= (kM)/W_u= (32kT)/πd³

Xác định ứng suất cho phép [σ_u].

So sánh σ_u, và [σ_u], rút ra kết luận. Nếu σ_u, < [σ_u], LX đủ bền.

Thiết kế LX được tiến hành như sau.

Xác định ứng suất cho phép [σ_u]

Giả sử điều kiện σ_u ≤ [σ_u], rút ra được công thức tính đường kính dây LX.

Số vòng của LX được tính theo công thức:

Trong đó θ là góc xoắn của LX, khi làm việc ứng với Tmax

J là mô men quán tính của tiết diện dây LX, J= r.d⁴/64.

Trình tự thiết kế LX

Chọn vật liệu dây thép chế tạo LX. Xác định ứng suất cho phép.
Chọn tỷ số đường kính c = D/d.
Tính đường kính dây LX. Lấy d theo dãy. số tiêu chuẩn. Kiểm tra lại giá trị của hệ số đường kính c, nếu sai khác nhiều, phải chọn lại.
Tính số vòng làm việc n của của LX, tính chiều dài dây LX.
Định các kích thước của LX. Vẽ kết cấu của LX.
Đối với LX chịu nén cần kiếm tra điều kiện ổn định: Nếu không đảm bảo điều kiện ổn định, phải dùng cốt hỗ trợ.

Website: https://phukiencoppha.com.vn