Bài giảng Chi tiết máy ghép: Chương 1 - TS. Đỗ Thành Dũng

Bài giảng Chi tiết máy ghép: Chương 1 - TS. Đỗ Thành Dũng có nội dung trình bày về khái niệm về máy và chi tiết máy; Giới thiệu chung về yêu cầu và quá trình thiết kế; Chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của chi tiết máy; Độ tin cậy của máy và chi tiết máy. Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết bài giảng tại đây.

Trang 1

THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY

Giảng viên: TS Đỗ Thành Dũng

VIỆN KHOA HỌC KỸ THUẬT VẬT LIỆU

Bộ môn Cơ học vật liệu & cán kim loại

NỘI DUNG MÔN HỌC

- Môn học cung cấp các kiến thức về thiết kế hợp lý các chi tiết máy, nhóm tiết máy và bộ phận máy có

công dụng chung, trang bị cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán thiết kế các chi tiết máy và bộ

phận máy có mặt ở hầu hết các máy luyện kim hiện đại, cung cấp các kiến thức cơ bản về nguyên lý

làm việc và kết cấu các chi tiết máy, bồi dưỡng khả năng độc lập giải quyết các vấn đề tính toán thiết

kế chi tiết máy và các hệ dẫn động cơ khí

- Dung sai lắp ghép và vẽ cơ khí gồm các khái niệm về dung sai lắp ghép Hệ thống dung sai lắp ghép

bề mặt trơn Dung sai hình dạng, vị trí và nhám bề mặt, cách ghi các yêu cầu kỹ thuật Dung sai lắp

1

Trang 2

YÊU CẦU MÔN HỌC

- Có khả năng thiết kế hợp lý các chi tiết máy và bộ phận máy có công dụng

chung, góp phần hình thành và phát triển tư duy trong lĩnh vực thiết kế máy.

- Biết ghi kích thước bản vẽ với đầy đủ ký hiệu dung sai lắp ghép cho các bề

mặt gia công.

- Nắm được qui cách của một bản vẽ kỹ thuật, biết cách vẽ (bằng tay) và biểu

diễn vật thể với các hình chiếu của nó, hiểu và vẽ được các bản vẽ kỹ thuật

về lĩnh vực chuyên ngành khoa học và kỹ thuật vật liệu, ứng dụng phần mềm

để vẽ trên máy tính.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1.] Nguyễn Trọng Hiệp (chủ biên), Giáo trình chi tiết máy (tập 1 và 2), NXB Khoa

Trang 3

NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY

Giảng viên: TS Đỗ Thành Dũng

VIỆN KHOA HỌC KỸ THUẬT VẬT LIỆU

Bộ môn Cơ học vật liệu & cán kim loại

1.1 Khái niệm về máy và chi tiết máy

1.2 Giới thiệu chung về yêu cầu và quá trình thiết kế

1.3 Chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của chi tiết máy

1.4 Độ tin cậy của máy và chi tiết máy

NỘI DUNG 5

Trang 4

Máy móc hay đơn giản máy,

là những thiết bị sử dụng năng lượng để thực hiện một

số công việc Trong cách hiểu thông thường, nó có nghĩa là thiết bị có nhiệm vụ thực hiện hoặc trợ giúp trong việc thực hiện các lợi công việc Một máy đơn giản là thiết bị biến đổi phương và

độ lớn của lực mà không tiêu thụ năng lượng (wikipedia)

Khái niệm về máy

KHÁI NIỆM VỀ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY

Phân biệt máy và thiết bị

- “Máy” được hiểu là những vật được chế tạo gồm nhiều bộ phận, thường là phức tạp, dùng để

thực hiện chính xác hoặc hàng loạt công việc chuyên môn nào đó;

- còn “Thiết bị” được hiểu là những bộ phận phụ trợ, được sử dụng để trợ giúp cho hoạt động của

“máy”, hiện nay theo xu thế phát triển “thiết bị” ngày càng nhỏ gọn, đa năng và có thể liên kết với

thiết bị khác

- Trong thực tế, tùy theo cách lắp đặt, liên kết và sử dụng mà một bộ phận nào đấy, lúc này là

“máy”, lúc khác, nơi khác lại là “thiết bị”

Khái niệm về máy

KHÁI NIỆM VỀ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY 7

Trang 5

Chi tiết máy là phần tử có cấu tạo hoàn chỉnh (không thể tháo rời thêm được nữa) và có chức năng

thực hiện một nhiệm vụ nhất định trong máy

Khái niệm về chi tiết máy

Chi tiết máy

Bộ phận

Máy

Chi tiết máy gồm 2 loại:

- Chi tiết máy có công dụng chung: Dùng phổ biến trong các máy khác nhau và không phụ thuộc vào

công dụng ví dụ như lò xo, bu lông - đai ốc, bánh răng

- Chi tiết máy có công dụng riêng: Dùng trong một máy hoặc một số máy chuyên dụng và có liên

quan mật thiết đến chức năng của máy ví dụ như khung xe đạp, kim máy khâu, trục khuỷu

9

Trang 6

Các chi tiết máy được lắp với nhau theo hai dạng là ghép cố định và ghép động

- Ghép cố định: là mối ghép mà các chi tiết được ghép không có chuyển động tương đối với nhau,

bao gồm mối ghép tháo được (ren, then, chốt ) và mối ghép không tháo được (đinh, tán, hàn )

- Mối ghép động: là mối ghép mà các chi tiết được ghép có thể xoay đổi, lăn, trượt chúng theo khớp

đã được ghép nối với nhau

- Thiết kế máy là quá trình biến đổi các ý tưởng sáng tạo thành sản phẩm máy móc và là một

khâu quan trọng trong quá trình sản xuất, chế tạo đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế của

sản phẩm

- Máy được thiết kế phải thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật (năng suất, độ tin cậy, tuổi thọ), giá thành

và trọng lượng máy và các yêu cầu đặc biệt nếu có (kích thước nhỏ gọn, chuyển động ổn định,

không gây ồn )

- Thiết kế máy thỏa mãn nhu cầu trên là nhiệm vụ phức tạp, việc lựa chọn kết cấu phải hợp lý nên

cần phải nghiên cứu, phân tích các phương án, đánh giá và so sánh để tìm ra phương án tốt

nhất, đáp ứng đầy đủ nhất các yêu cầu được đặt ra

Yêu cầu cơ bản của quá trình thiết kế chi tiết máy

GIỚI THIỆU CHUNG YÊU CẦU VÀ QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ

11

Trang 7

1 Hiệu quả sử dụng: Hiệu suất cao, tốn ít năng lượng, độ chính xác cao, chi phí vận hành thấp

2 Khả năng làm việc: Hoàn thành các chức năng yêu cầu mà vẫn giữ được độ bền, không thay

đổi kích thước

3 Độ tin cậy cao: Đảm bảo được các chỉ tiêu sử dụng trong thời gian quy định Độ tin cậy được

đặc trưng bởi xác suất làm việc không hỏng hóc trong thời gian quy định

4 An toàn trong sử dụng: rất cần thiết

5 Tính công nghệ và kinh tế:

- Tính công nghệ: Hình dạng, kết cấu, vật liệu phải phù hợp với đk sản xuất, càng ít chi tiết,

càng dễ chế tạo càng tốt

- Tính kinh tế: Kích thước nhỏ gọn, khối lượng nhỏ → giá thành giảm

Yêu cầu cơ bản của quá trình thiết kế

13

Trang 8

- Xác định nhu cầu về sản phẩm thiết kế

- Làm rõ (định nghĩa được) các vấn đề thiết kế:

một cách cụ thể từ thiết kế ý tưởng đến phân tích các thông số kỹ thuật, từ đó xác định độ tin cậy, chi phí, tuổi thọ

- Tổng hợp: còn gọi là thiết kế khái niệm hay phát minh khái niệm

- Phân tích và tối ưu thiết kế

- Đánh giá: thử nghiệm thiết kế ở quy mô phòng thí nghiệm

- Giới thiệu thiết kế để sản xuất sản phẩm

Các giai đoạn và trình tự của quá trình thiết kế

Tải trọng là lực, momen tác động lên chi tiết máy trong quá trình làm việc (Kí hiệu Q)

Phân loại:

- Tải trọng tĩnh: tải trọng không thay đổi theo thời gian hoặc thay đổi không đáng kể

- Tải trọng động: tải trọng thay đổi theo thời gian (phương, chiều, độ lớn, điểm đặt)

- Tải trọng va đập: tải trọng tăng giảm đột ngột trong khoảng thời gian rất ngắn

Tải trọng

15

Trang 9

Trong tính toán CTM còn phân biệt: tải trọng danh nghĩa, tải trọng tương đương, tải trọng tính toán.

- Tải trọng danh nghĩa (Qdn) là tải trọng tác động lên máy hoặc chi tiết máy ở chế độ ổn định

Thường chọn tải trọng lớn hoặc tải trọng tác động lâu dài nhất Đây là tải trọng được ghi chính

thức trên thuyết minh của máy Trong các tính toán sơ bộ người ta thường dùng tải trọng danh

nghĩa để tính toán

- Tải trọng tương đương (Qtđ) được dùng thay thế cho tải trọng thay đổi nhiều mức trong quá trình

hoạt động của máy, tải trọng này tương đương về khả năng làm việc, tuổi thọ, độ bền

Qtđ= Qdn KN

KNlà hệ số phụ thuộc vào chế độ thay đổi tải trọng và việc chọn Qdn

Tải trọng và ứng suất

- Tải trọng tính toán (Qt) : là tải trọng có xét đến ảnh hưởng của sự phân bố và truyền tải trọng

như: mức độ chấn động, phân bố tải trọng giữa các bề mặt tiếp xúc, điều kiện làm việc

Qt = Qtđ Ktt Kđ Kdk = Qdn KN Ktt Kd Kdk

Ktt là hệ số xét đến sự phân bố không đều tải trọng trên các bề mặt tiếp xúc

Kđ là hệ số tải trọng động, gây nên bởi các bộ phận truyền động

17

Trang 10

Tải trọng tác dụng lên chi tiết máy có thể gây nên các ứng suất

như: kéo, nén, uốn, xoắn, cắt, dập, tiếp xúc

- Ứng suất sinh ra trong máy có thể thay đổi hoặc không đổi

(ứng suất tĩnh) trong toàn bộ quá trình hoạt động

- Chu kỳ ứng suất: là thời gian thực hiện một chu trình ứng suất

- Chu trình ứng suất: là một vòng thay đổi ứng suất qua giá trị

giới hạn này đến giá trị giới hạn khác rồi trở về giá trị ban đầu

- Chu trình ứng suất được đặc trưng bởi biên độ ứng suất

- Phân loại chu trình ứng suất: chu trình ứng suất đối xứng (r = -1) và không đối xứng (không đối xứng

khác dấu và không đối xứng cùng dấu)

- Chu trình mạch động là không đối xứng cùng dấu trong đó có một giá trị ứng suất giới hạn bằng 0

Chu trình mạch động dương có σmin = 0 và chu trình mạch động âm có σmin < 0

Ứng suất

19

Trang 11

- Ứng suất tiếp xúc đường

=2Trong đó: + ZMHằng số đàn hồi của vật liệu các vật thể tiếp xúc

- Ứng suất tiếp xúc là ứng suất xuất hiện trên hai bề mặt hai vật tiếp xúc nhau nhưng diện tích tiếp

xúc rất nhỏ, ứng suất tiếp xúc được tính theo công thức Herzt

+ ρ bán kính cong tương đương

=

±

R1, R2 là bán kính cong tại chỗ tiếp xúc

- Ứng suất tiếp xúc điểm

21

Trang 12

Độ bền

CHỈ TIÊU KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA CHI TIẾT MÁY

Khả năng làm việc của các chi tiết máy được đánh giá bằng các chỉ tiêu chủ yếu sau đây:

- Là khả năng chống lại sự phá hỏng của chi tiết máy dưới tác dụng của tải trọng trong suốt quá trình làm

việc Có hai dạng phá hỏng chi tiết máy đó là gãy và phá hủy bề mặt do chịu biến dư quá lớn Các chi

tiết máy bị phá hỏng có thể gây tai nạn lao động nghiêm trọng

- Tùy theo dạng hỏng của chi tiết máy người ta phân phá hủy ra làm 2 loại: Độ bền thể tích và độ bền bề

mặt

- Phương pháp tính độ bền: ứng suất sinh ra khi CTM chịu tải trọng không được vượt quá ứng suất cho

phép (cả ứng suất pháp và ứng suất tiếp)

≤ ; τ ≤

23

Trang 13

Độ bền

Trường hợp máy chịu ứng suất phức tạp người ta tiến hành tính toán theo ứng suất tương đương

- Ứng suất tương đương tính theo thuyết bền thế năng biến đổi hình dạng

đ= +

- Ứng suất tương đương tính theo thuyết hóa bền ưng suất tiếp lớn nhất

đ= + 4

- Trong trường hợp chi tiết máy chịu ứng suất theo đổi không ổn định người ta tính theo ứng suất lớn

nhất σl và chu kỳ tương đương Ntđ

đ=

m là bậc của đường cong mỏi

Độ bền mỏi

- Hiện tượng phá hủy mỏi: Khi chi tiết máy chịu ứng suất thay đổi theo chu kỳ, sau một số chu trình

thì chi tiết máy bị phá hủy Sự phá hủy xảy ra đột ngột, không có biến dạng dư Giá trị ứng suất

gây ra phá hủy nhỏ hơn nhiều giới hạn bền của vật liệu Thực tế cho thấy 90% tổn thất của các

chi tiết máy là do phá hủy mỏi

- Nguyên nhân gây ra phá hủy mỏi là do các vết nứt tế vi sinh ra bên trong vật liệu không nhìn thấy

được bằng mắt thường Các vết nứt này phát triển cùng với sự gia tăng của số chu trình ứng

25

Trang 15

Độ bền mỏi

- Đường cong mỏi thể hiện quan hệ giữa ứng suất (σ) với

số chu trình thay đổi ứng suất (N) mà chi tiết máy chịu được cho đến khi hỏng, đường cong mỏi của mỗi vật liệu được xây dựng bằng thực nghiệm

- Phương trình đường cong mỏi:

=

m là bậc của đường cong mỏi (với thép m = 6)

- Khi ứng suất σk tăng thì tuổi thọ Nk giảm, N0 là số chu trình cơ sở (với thép N0=106÷107 )

- Khi ứng suất nhỏ hơn σ0 (giới hạn mỏi dài hạn) thì không

có phá hủy mỏi

Độ bền mỏi

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi

- Vật liệu: Giới hạn bền mỏi của thép có hàm lượng C tương đối cao > thép C thấp, thép hợp kim >

thép C thường, thép có tổ chức martensite > thép có tổ chức ferite, thép > gang Thép nhiều tạp chất

độ bền mỏi sẽ giảm và hợp kim mầu không có giới hạn bền mỏi dài hạn và phụ thuộc vào phương

pháp chế tạo (số chu kỳ cơ sở quy ước lấy N0 = 108) Phôi qua gia công áp lực có độ bền mỏi cao

hơn

29

Trang 16

Độ bền mỏi

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi

- Kích thước tuyệt đối: Chi tiết có kích thước càng lớn thì giới hạn mỏi giảm, nguyên nhân là do sự

không đồng đều về cơ tính cũng như nhiều khuyết tật hơn và chiều dày tương đối của lớp bề mặt

được tăng bền nhờ gia công cơ hoặc nhiệt luyện giảm xuống

- Công nghệ gia công bề mặt: Lớp bề mặt thường là lớp chịu ứng suất lớn nhất, mọi vết xước gia

công hay khuyết tật kim loại đều gây tập trung ứng suất làm phát sinh các vết nứt mỏi gây giảm

giới hạn bền mỏi Hệ số trạng thái bề mặt β > 1 khi bề mặt chi tiết được đánh bóng hoặc gia công

tăng bền, β < 1 khi bề mặt được chế tạo nhờ tiện, phay, bào hoặc không gia công tăng bền

- Trạng thái ứng suất: Trạng thái ứng suất tác động lên máy có hai thành phần là ứng suất không đổi

và ứng suất thay đổi, thành phần ứng suất thay đổi là nguyên nhân chỉ yếu gây nên phá hủy mỏi

Độ bền mỏi

Các biện pháp nâng cao độ bền mỏi

- Để tránh các chi tiết máy bị hỏng do mỏi chúng ta cần hạn chế các nguyên nhân gây tải trọng thay

đổi theo chu kỳ như làm tăng tính đàn hồi của chi tiết máy theo hướng tác dụng của tải trọng và

dùng các liên kết đàn hồi giữa các chi tiết máy, giảm trị số ứng suất danh nghĩa Nếu không ta cần

phải sử dụng các biện pháp công nghệ và thiết kế

- Biện pháp công nghệ: Sử dụng các biện pháp gia công đặc biệt, tăng bền cho các chi tiết máy như

nhiệt luyện, hóa nhiệt luyện gia công tinh bề mặt

- Biện pháp thiết kế: Cố gắng thay thế các cấu tạo có tập trung ứng suất cao bằng các cấu tạo ít tập

trung ứng suất hơn, bố trí các chỗ tập trung ứng suất ở xa các phần chịu tải trọng lớn của chi tiết

31

Trang 17

Độ cứng

Chi tiết máy khi chịu tác dụng của ngoại lực không được biến dạng đàn hồi quá một giới

hạn cho phép nào đó Yêu cầu về độ cứng được quyết định bởi:

- Điều kiện bền của chi tiết máy: đảm bảo cân bằng ổn định đối với các chi tiết máy mỏng chịu nén dọc

- Điều kiện tiếp xúc đều giữa các chi tiết máy: các bánh răng ăn khớp nhau, ngõng trục với ổ trượt

- Điều kiện công nghệ: có ý nghĩa lớn trong sản xuất hàng loạt ví dụ như đường kính trục được xác định

theo khả năng gia công chúng

- Yêu cầu đảm bảo chất lượng làm việc của máy: độ cứng của các chi tiết máy trong các máy công cụ có

ảnh hưởng lớn đến độ chính xác gia công

Độ cứng

Độ cứng được chi thành hai loại là độ cứng thể tích và độ cứng tiếp xúc

- Đối với chi tiết máy ngắn, chịu tải trọng nhỏ, nhiều bề mặt tiếp xúc phải xét độ cứng tiếp xúc vì trong

trường hợp này biến dạng do tiếp xúc ảnh hưởng đến quan trọng đến chất lượng làm việc của chi tiết

máy và máy

- Trong trường hợp phải đảm bảo chi tiết máy có độ cứng cần thiết, tính toán độ cứng là nhằm giới hạn

33

Trang 18

Độ bền mòn

- Mòn là hiện tượng giảm dần kích thước và thay đổi hình dáng do ma sát gây ra

- Điều kiện để gây ra mòn là: + Có áp suất bề mặt tiếp xúc (hai chi tiết xúc nhau)

+ Có chuyển động tương đối giữa hai chi tiết tiếp xúc (có vận tốc trượt)

- Hậu quả do mòn là: + Giảm độ chính xác ví dụ như các dụng cụ đo

+ Giảm hiệu suất ví dụ như cylinder và piston+ Giảm độ bền do kích thước giảm

- Cường độ mòn phụ thuộc vào các yếu tố: áp suất, vận tốc trượt, bôi trơn, độ nhẵn bề mặt, hệ số ma

sát

- Để nâng cao độ bền mòn cần dùng các phương pháp: bôi trơn bề mặt tiếp xúc, dùng vật liệu giảm

ma sát, nhiệt luyện tăng bền bề mặt

Độ bền mòn

- Phương pháp tính toán hạn chế độ bền mòn phải xuất phát từ điều kiện ma sát ướt, nếu không phải

tính toán để giới hạn áp suất hoặc tích số áp suất với vận tốc theo thực nghiệm

35

Tiêu đề	Chương 1 - Bài giảng Chi tiết máy ghép
Người hướng dẫn	TS. Đỗ Thành Dũng
Trường học	Viện Khoa Học Kỹ Thuật Vật Liệu
Chuyên ngành	Cơ học vật liệu & Cán kim loại
Thể loại	Bài giảng
Năm xuất bản	2020
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	22
Dung lượng	1,15 MB