KHÁI QUÁT CHUNG VỀ THIẾT KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY 1.1 Khái niệm về chi tiết máy
Nội dung và trình tự thiết kế máy và chi tiết máy
Máy móc cần đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật như năng suất, độ tin cậy, tuổi thọ, giá thành và trọng lượng Ngoài ra, tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể, máy cũng có thể cần các yếu tố như kích thước nhỏ gọn, chuyển động ổn định, hoạt động êm ái, dễ dàng sử dụng và thiết kế thẩm mỹ.
1.2.1 Nội dung thiết kế máy
Thiết kế máy để đáp ứng các yêu cầu nêu trên là một nhiệm vụ phức tạp, bao gồm nhiều vấn đề quan trọng cần được xem xét.
- Xác định nguyên tắc hoạt động và chế độ làm việc của máy được thiết kế;
- Lập sơ đồ chung toàn máy và các bộ phận máy, thỏa mãn các yêu cầu cho trước;
- Xác định lực, mômen tác dụng lên các bộ phận máy và đặc tính thay đổi của tải trọng theo thời gian;
- Chọn vật liệu chế tạo các chi tiết máy;
Tiến hành tính toán động học, động lực học và khả năng làm việc của máy móc, đồng thời thực hiện các phân tích kinh tế để xác định hình dạng và kích thước của tất cả các bộ phận và chi tiết máy.
- Quy định công nghệ chế tạo các chi tiết máy và lắp ráp các bộ phận máy;
- Lập thuyết minh và các chỉ dẫn về sử dụng và sửa chữa máy
Trong thiết kế, việc lựa chọn kết cấu cần đảm bảo tính hợp lý về kỹ thuật và kinh tế Để đạt được kết cấu tối ưu, cần nghiên cứu và phân tích nhiều phương án, đánh giá và so sánh để tìm ra giải pháp tốt nhất, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đã đề ra.
1.2.2 Trình tự thiết kế chi tiết máy
Thiết kế chi tiết máy là một phần công việc trong quá trình thiết kế máy, thường được tiến hành theo trình tự sau:
Lập sơ đồ tính toán với kết cấu đơn giản hóa, trong đó các lực tác dụng được xem như tập trung hoặc phân bố theo quy luật nhất định.
- Xác định tải trọng tác dụng lên chi tiết máy;
Chọn vật liệu phù hợp với điều kiện làm việc của chi tiết máy là rất quan trọng, cần xem xét khả năng gia công cùng với các yếu tố kinh tế như giá thành, khả năng cung ứng vật liệu và tuổi thọ cần thiết.
Tính toán kích thước chính của chi tiết máy dựa trên các tiêu chí về khả năng làm việc là rất quan trọng Những tính toán này thường mang tính sơ bộ, vì chúng dựa vào các sơ đồ đơn giản hóa và chưa đánh giá chính xác các yếu tố về tải trọng và ứng suất.
Dựa trên các tính toán và điều kiện chế tạo, lắp ghép, cần thiết kế kết cấu chi tiết máy với đầy đủ kích thước, dung sai và độ nhám bề mặt Đồng thời, phải đảm bảo các yêu cầu đặc biệt về công nghệ như nhiệt luyện, mạ và lăn ép tăng bền.
Để đảm bảo khả năng làm việc của máy, cần tiến hành tính toán và kiểm nghiệm các chỉ tiêu chủ yếu như hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm, biến dạng và nhiệt độ của bộ phận máy Sau khi so sánh với các trị số cho phép, nếu không đạt yêu cầu, cần điều chỉnh kích thước, kết cấu và vật liệu, sau đó thực hiện kiểm nghiệm lại.
Những yêu cầu chủ yếu đối với máy và chi tiết máy
(1) Yêu cầu về hiệu quả sử dụng
Máy mới cần có năng suất và hiệu suất cao, tiêu tốn ít năng lượng, đồng thời đảm bảo độ chính xác và chi phí lao động thấp Kích thước và trọng lượng của máy cũng cần được tối ưu hóa để nhỏ gọn Để đạt được những yêu cầu này, việc hoàn thiện sơ đồ kết cấu, lựa chọn các thông số hợp lý như tốc độ, áp suất, nhiệt độ và sử dụng hệ thống tự động để điều khiển máy là rất quan trọng.
(2) Yêu cầu về khả năng làm việc
Khả năng làm việc của máy hoặc chi tiết máy là khả năng hoàn thành các chức năng đã định trong khi vẫn duy trì độ bền, kích thước và hình dạng ổn định Để đảm bảo chi tiết máy có khả năng làm việc hiệu quả, cần xác định hợp lý hình dạng và kích thước, chọn vật liệu phù hợp và áp dụng các biện pháp tăng cường độ bền cũng như chống gỉ.
Độ tin cậy cao của máy móc và các bộ phận máy là khả năng thực hiện chức năng đã định trong suốt thời gian làm việc, đồng thời duy trì các chỉ tiêu về năng suất, công suất và tiêu hao nhiên liệu Độ tin cậy được xác định bởi xác suất không hỏng hóc trong khoảng thời gian nhất định hoặc trong quá trình thực hiện khối lượng công việc cụ thể Khi xác suất này càng gần 1, độ tin cậy của cấu trúc càng cao.
(4) An toàn trong sử dụng
Kết cấu làm việc an toàn đảm bảo rằng trong điều kiện sử dụng bình thường, nó không gây ra tai nạn nguy hiểm cho người sử dụng và không làm hư hại đến thiết bị, nhà cửa cùng các đối tượng xung quanh.
Yêu cầu về tính công nghệ và tính kinh tế là yếu tố cơ bản trong thiết kế máy và chi tiết máy Để đáp ứng những yêu cầu này, chi tiết máy cần có hình dạng, kết cấu và vật liệu phù hợp với điều kiện sản xuất cụ thể, đồng thời đảm bảo khối lượng và kích thước tối ưu nhất, sử dụng ít vật liệu Mục tiêu là chế tạo chi tiết máy với công sức và chi phí thấp nhất, từ đó giảm giá thành sản phẩm.
Một chi tiết máy cần đạt tiêu chuẩn công nghệ và kinh tế, vừa đảm bảo khả năng hoạt động hiệu quả, vừa phải dễ dàng chế tạo trong điều kiện sản xuất hiện có, tối ưu hóa thời gian và nguyên vật liệu sử dụng.
Việc thiết kế và chế tạo chi tiết máy có nhiều phương án khác nhau, và cần lựa chọn phương án tối ưu dựa trên điều kiện sản xuất cụ thể Người thiết kế phải hiểu rõ công nghệ chế tạo và thực tế sản xuất, đồng thời nên tham khảo ý kiến chuyên môn từ các kỹ sư về công nghệ đúc, hàn, và rèn để đạt hiệu quả tốt nhất.
Dưới đây là những yêu cầu chủ yếu của tính công nghệ: a) Kết cấu phải phù hợp với điều kiện và quy mô sản xuất
Tính công nghệ của chi tiết máy phụ thuộc chặt chẽ vào điều kiện sản xuất cụ thể, có thể cao trong một bối cảnh nhưng lại kém trong bối cảnh khác, thậm chí cần phải thay đổi toàn bộ kết cấu Do đó, việc thiết kế kết cấu đơn giản và hợp lý là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả sản xuất.
Máy cần có thiết kế tối giản với ít chi tiết, khối lượng nhẹ và cấu trúc đơn giản để dễ chế tạo và lắp ráp Các bề mặt gia công nên là những bề mặt đơn giản như mặt phẳng hoặc mặt trụ tròn, với số lượng và diện tích gia công nhỏ, nhằm tối ưu hóa quy trình bằng phương pháp có năng suất cao.
Tính công nghệ của một chi tiết máy không thể tách rời khỏi tính công nghệ của toàn bộ máy Việc giảm nhẹ gia công cơ khí cho một chi tiết có thể làm phức tạp quá trình lắp ráp hoặc gây khó khăn trong việc sửa chữa sau này Do đó, cấp chính xác và độ nhám của các chi tiết cần được đảm bảo đúng mức.
Cấp chính xác của chi tiết máy càng cao thì chi phí gia công càng tăng, vì vậy cần cân nhắc kỹ lưỡng khi quyết định nâng cao cấp chính xác Đồng thời, không nên hạ thấp cấp chính xác so với yêu cầu làm việc của chi tiết máy Độ nhám bề mặt cũng cần được quy định hợp lý; yêu cầu độ nhám quá cao sẽ dẫn đến chi phí gia công tinh tốn kém và đòi hỏi thiết bị đặc biệt Cuối cùng, việc chọn phương pháp tạo phôi hợp lý là rất quan trọng để tối ưu hóa quy trình sản xuất.
Tính công nghệ của chi tiết máy chủ yếu phụ thuộc vào phôi, bao gồm vật liệu và phương pháp chế tạo Gia công bằng cắt gọt thường tốn kém hơn so với gia công áp lực hoặc đúc, đồng thời lãng phí nguyên liệu do phần lớn nguyên liệu trở thành phôi Do đó, cần chuyển giao phần lớn công việc tạo hình từ phân xưởng gia công cơ khí sang phân xưởng phôi như rèn, dập và đúc Hình dạng và kích thước của phôi cần phải gần gũi với sản phẩm cuối cùng để giảm thiểu khối lượng gia công cắt gọt Để hiểu rõ hơn về tính công nghệ của một chi tiết máy, ta có thể xem xét ví dụ về thiết kế trục.
- Đường kính phôi gần sát với đường kính trục (thành phẩm) để lượng phôi cắt đi là tối thiểu;
- Số lượng bậc trên trục phải ít nhất;
- Chiều dài các đoạn trục có đường kính khác nhau nên cố gắng lấy bằng nhau (để có thể gia công trên máy nhiều dao, có năng suất cao);
- Giữa các bậc nên có rãnh thoát đá mài, nếu như bề mặt cần mài và độ bền của trục cho phép;
- Bán kính góc lượn cố gắng lấy bằng nhau;
- Chiều rộng các rãnh then nên cố gắng lấy bằng nhau;
- Các rãnh then cần bố trí theo một đường sinh của trục.
Vật liệu chế tạo chi tiết máy
1.4.1 Các vật liệu thường dùng trong chế tạo chi tiết máy
Vật liệu kim loại, đặc biệt là thép, là loại vật liệu kỹ thuật được sử dụng phổ biến nhất trong ngành chế tạo máy Thép chủ yếu bao gồm sắt, mangan, crom và các hợp kim của chúng, nhờ vào các tính chất cơ học vượt trội như độ bền, độ dẻo và độ dai Với giá thành tương đối rẻ và dễ tìm, thép đáp ứng đa dạng yêu cầu về tính chất và công dụng, chiếm hơn 90% trong các sản phẩm chế tạo máy Trong số các loại thép, thép hợp kim thường được ưa chuộng để chế tạo các bộ phận quan trọng nhờ vào những đặc tính ưu việt của nó.
Vật liệu kim loại không phải thép được gọi là kim loại màu, trong đó nhôm, đồng và hợp kim của chúng là phổ biến nhất Kim loại màu được sử dụng trong ngành công nghiệp máy móc chủ yếu để làm vật liệu chống ma sát, chống mài mòn và chống ăn mòn Hợp kim đồng nổi bật với khả năng chống ma sát, dẫn điện, dẫn nhiệt và tính dẻo, trong khi hợp kim nhôm có tỷ lệ độ bền kéo và mật độ cao, giúp giảm trọng lượng chi tiết máy Ngoài ra, hợp kim nhôm và thiếc cũng được sử dụng làm vật liệu chế tạo lót ổ trượt, nhờ vào tính năng giảm ma sát và chống dính hiệu quả.
(2) Vật liệu cao phân tử
Vật liệu cao phân tử, bao gồm nhựa, cao su và sợi tổng hợp, mang lại nhiều ưu điểm nổi bật Chúng có nguồn nguyên liệu phong phú từ dầu mỏ, khí đốt tự nhiên và than đá, với mức tiêu hao năng lượng thấp trong quá trình chiết xuất Ngoài ra, vật liệu này có mật độ thấp, chỉ bằng 1/6 so với thép, và có tính đàn hồi tốt trong phạm vi nhiệt độ thích hợp, cùng với khả năng chống ăn mòn hiệu quả.
Polytetrafluoroethylene (PTFE) là một vật liệu cao phân tử nổi tiếng với khả năng chống ăn mòn vượt trội và tính ổn định hóa học tốt Dưới điều kiện nhiệt độ thấp, PTFE không bị giòn, trong khi ở nhiệt độ cao cũng không bị mềm trong nước sôi Chính vì những đặc tính ưu việt này, PTFE được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị hóa chất và thiết bị làm lạnh.
Mặc dù vật liệu polyme cao phân tử mang lại nhiều lợi ích, nhưng chúng cũng có những nhược điểm đáng chú ý như dễ bị lão hóa và một số loại có khả năng chống cháy kém, cũng như khả năng chịu nhiệt không cao.
Gốm sứ được chia thành hai loại chính: gốm sứ cấu trúc và gốm sứ chức năng Gốm sứ cấu trúc, hay còn gọi là gốm sứ kỹ thuật, có đặc tính chịu nhiệt cao, chống mài mòn, chống ăn mòn và khó gia công, được ứng dụng trong chế tạo máy trong những năm gần đây Các sản phẩm từ gốm sứ cấu trúc bao gồm ổ trục, khuôn mẫu, vòng pít tông, đế van, gioăng kín, ổ lăn và dao cụ cắt gọt Ngược lại, gốm sứ chức năng được thiết kế để thực hiện các chức năng đặc biệt, như gốm sứ điện, gốm sứ từ tính và gốm sứ quang học.
Vật liệu gốm sứ nổi bật với đặc tính "mạnh như thép, cứng như kim cương và nhẹ như nhôm", nhưng cũng gặp phải một số nhược điểm như độ giòn cao, độ dẻo dai khi đứt gãy thấp, chi phí sản xuất cao và khả năng gia công kém.
Vật liệu composite được tạo thành từ hai hoặc nhiều loại vật liệu khác nhau, mang lại tính chất vượt trội mà vật liệu đơn lẻ khó đạt được Đặc điểm nổi bật của composite là độ bền cao, môđun đàn hồi lớn và khối lượng nhẹ, cùng khả năng chống mỏi và giảm chấn hiệu quả Tuy nhiên, vật liệu này cũng có nhược điểm như tính chịu nhiệt kém và dẫn nhiệt, dẫn điện không tốt, đồng thời giá thành tương đối cao Hiện nay, composite chủ yếu được ứng dụng trong các lĩnh vực công nghệ cao như hàng không và vũ trụ, bao gồm máy bay chiến đấu, trực thăng và vệ tinh nhân tạo Ngoài ra, trong lĩnh vực thể thao, vật liệu composite cũng được sử dụng để chế tạo các sản phẩm như gậy đánh gôn, vợt tennis, thuyền đua và mái chèo.
1.4.2 Nguyên tắc lựa chọn vật liệu chế tạo chi tiết máy
Lựa chọn vật liệu là yếu tố quan trọng trong thiết kế cơ khí, ảnh hưởng đến kích thước, cấu trúc và phương pháp gia công của bộ phận Việc chọn vật liệu phù hợp từ nhiều loại vật liệu phải cân nhắc nhiều yếu tố khác nhau Thép là vật liệu phổ biến nhất trong thiết kế cơ khí, do đó, cần nắm rõ các nguyên tắc lựa chọn vật liệu kim loại, đặc biệt là thép.
(1) Độ lớn và tính chất của tải trọng và ứng suất
Vật liệu giòn chỉ phù hợp cho các chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh, trong khi vật liệu nhựa là lựa chọn tốt hơn cho tải trọng có va đập Đối với chi tiết máy chịu tải trọng kéo, thép nên được sử dụng thay cho gang Đối với chi tiết chịu tải trọng nén, gang là lựa chọn hợp lý nhờ vào độ bền nén cao và chi phí thấp Ngoài ra, các chi tiết máy có ứng suất tiếp xúc lớn trên bề mặt cần chọn vật liệu phù hợp để tối ưu hóa quá trình xử lý cứng bề mặt.
Nhiệt luyện là phương pháp hiệu quả để cải thiện và nâng cao các tính chất của vật liệu kim loại, do đó cần tận dụng tối đa các phương tiện nhiệt luyện nhằm phát huy hết tiềm năng của vật liệu.
Điều kiện làm việc của các chi tiết máy bao gồm môi trường, nhiệt độ và mức độ ma sát Đối với môi trường nóng ẩm, vật liệu cần có khả năng chống gỉ và ăn mòn, vì vậy thép không gỉ và hợp kim đồng là lựa chọn tốt nhất Các chi tiết máy có chuyển động tương đối cần vật liệu giảm ma sát và chống mài mòn, ưu tiên thép được xử lý bề mặt như thép tôi và thép thấm carbon Khi có sự thay đổi lớn về nhiệt độ, cần xem xét hệ số giãn nở tuyến tính của vật liệu để tránh ứng suất nhiệt quá lớn hoặc ăn khớp lỏng lẻo, đồng thời chú ý đến sự thay đổi tính năng cơ học của vật liệu theo nhiệt độ.
(3) Kích thước và khối lượng của chi tiết máy
Kích thước và khối lượng của chi tiết máy phụ thuộc vào loại vật liệu và phương pháp chế tạo phôi Khi sử dụng vật liệu đúc, thường không có giới hạn về kích thước và khối lượng Ngược lại, khi sử dụng vật liệu rèn, cần xem xét khả năng sản xuất của máy móc và thiết bị rèn dập.
(4) Mức độ phức tạp về kết cấu của chi tiết máy và tính công nghệ của vật liệu
Các chi tiết máy có kết cấu phức tạp thường được chế tạo từ phôi đúc hoặc dập từ các tấm vật liệu và sau đó hàn lại với nhau Đối với những chi tiết máy có kết cấu đơn giản, phương pháp rèn có thể được sử dụng để tạo phôi Để đánh giá tốt hơn khả năng gia công của vật liệu, việc hiểu rõ tính công nghệ của chúng là rất cần thiết.
(5) Tính kinh tế của vật liệu
Tính kinh tế của vật liệu chủ yếu đề cập đến giá thành vật liệu, chi phí gia công chế tạo và tỷ lệ lợi dụng vật liệu
(6) Tình hình cung ứng vật liệu
Khi lựa chọn vật liệu cho chi tiết máy, cần xem xét các vật liệu có sẵn tại địa phương Việc giảm thiểu số loại và quy cách vật liệu sẽ giúp đơn giản hóa quá trình tìm nguồn cung cũng như lưu trữ, bảo quản vật liệu trên cùng một máy.
Tải trọng và ứng suất
Tải trọng tác dụng lên chi tiết máy bao gồm ba dạng chính: lực, mômen và áp suất Tải trọng được định nghĩa là đại lượng véc tơ, và được xác định bởi các yếu tố như cường độ, phương, chiều, điểm đặt, cũng như đặc tính của tải trọng.
- Lực, ký hiệu là F, đơn vị đo là Niutơn (N) hoặc đôi khi dùng bội số là ki-lô Niutơn
- Mô men uốn, ký hiệu là M, đơn vị đo là N.mm;
- Mô men xoắn, ký hiệu là T, đơn vị đo là N.mm;
- Áp suất, thường ký hiệu là p, đơn vị đo là MPa, 1 MPa = 1 N/mm 2
- Tải trọng không đổi: Là tải trọng có phương, chiều và cường độ không thay đổi theo thời gian (Hình 1-1);
Tải trọng thay đổi là loại tải trọng mà ít nhất một trong ba đại lượng (phương, chiều, cường độ) thay đổi theo thời gian Trong thực tế, việc tính toán chi tiết máy thường gặp phải tải trọng có cường độ thay đổi, điều này được minh họa trong Hình 1-2.
Hình 1-1 Tải trọng không đổi Hình 1-2 Tải trọng thay đổi
- Tải trọng tương đương: Là chế độ tải trọng không đổi quy ước, tương đương với chế độ tải trọng thay đổi tác dụng lên chi tiết máy
- Tải trọng cố định: Là tải trọng có điểm đặt không thay đổi trong quá trình chi tiết máy làm việc
- Tải trọng di động: Là tải trọng có điểm đặt di chuyển trên chi tiết máy khi máy làm việc
- Tải trọng danh nghĩa: Là tải trọng tác dụng lên chi tiết máy theo lý thuyết
Tải trọng tính toán là yếu tố quan trọng trong thiết kế chi tiết máy, khi mà chi tiết có thể phải chịu tác động của tải trọng lớn hơn tải trọng danh nghĩa do rung động hoặc tải trọng tập trung Để đảm bảo độ bền, chi tiết máy cần được thiết kế với khả năng chịu tải lớn hơn tải trọng danh nghĩa, nhằm tránh tình trạng thiếu bền ở phần chịu tải lớn nhất.
Khi chi tiết máy phải chịu tải trọng thay đổi, cần thay thế bằng chế độ tải trọng không đổi tương đương để tính toán chính xác ứng suất sinh ra trong chi tiết máy.
Ứng suất là lực tác động lên các phần tử của chi tiết máy khi chúng chịu tải trọng, được xác định bởi phương, chiều và cường độ, với đơn vị đo là MPa Ứng suất được chia thành hai nhóm chính.
- Ứng suất pháp, ký hiệu là Ứng suất pháp có phương trùng với phương pháp tuyến của phân tố được tách ra từ chi tiết máy;
- Ứng suất tiếp, ký hiệu là Ứng suất tiếp có phương trùng với mặt phẳng của phân tố được tách ra từ chi tiết máy
Tương ứng với các dạng tải trọng tác dụng lên chi tiết máy, có các loại ứng suất sau:
- Ứng suất kéo, ký hiệu là k;
- Ứng suất nén, ký hiệu là n;
- Ứng suất uốn, ký hiệu là u hoặc F;
- Ứng suất tiếp xúc, ký hiệu là tx hoặc H;
- Ứng suất dập, ký hiệu là d;
- Ứng suất xoắn, ký hiệu là x;
- Ứng suất cắt, ký hiệu là
Ứng suất được phân loại thành hai loại chính: ứng suất tĩnh (ứng suất không đổi) và ứng suất thay đổi Ứng suất thay đổi được chia thành hai loại phụ: ứng suất thay đổi tuần hoàn ổn định và ứng suất thay đổi tuần hoàn không ổn định.
Ứng suất tĩnh, hay còn gọi là ứng suất không đổi, là loại ứng suất mà phương, chiều và cường độ của nó không thay đổi theo thời gian Giá trị của ứng suất tĩnh được xác định bằng giá trị ứng suất cụ thể.
Ứng suất thay đổi là loại ứng suất có ít nhất một đại lượng như chiều hoặc cường độ thay đổi theo thời gian, có thể là thay đổi bất kỳ hoặc thay đổi theo chu kỳ Trong thiết kế chi tiết máy, chúng ta thường gặp ứng suất thay đổi theo chu kỳ tuần hoàn hoặc gần như tuần hoàn, chủ yếu là dạng tuần hoàn điều hòa.
Trong kỹ thuật, có một số loại ứng suất thay đổi tuần hoàn ổn định, bao gồm ứng suất thay đổi tuần hoàn đối xứng, ứng suất thay đổi tuần hoàn mạch động và ứng suất thay đổi tuần hoàn không đối xứng Ngoài ra, ứng suất thay đổi tuần hoàn không ổn định cũng thường gặp, được chia thành ứng suất thay đổi không ổn định có quy luật và ứng suất thay đổi không ổn định ngẫu nhiên Bảng 1-1 dưới đây tổng hợp phân loại ứng suất, sơ đồ ứng suất, đặc điểm và ứng dụng của chúng.
Bảng 1-1 Phân loại ứng suất, sơ đồ ứng suất và đặc điểm
Loại ứng suất Sơ đồ ứng suất Đặc điểm ứng suất và ứng dụng Ứng suất tĩnh
Giá trị ứng suất không thay đổi hoặc thay đổi rất chậm Ứng suất thay đổi tuần hoàn đối xứng
Giá trị của ứng suất lớn nhất \( \sigma_{max} \) và ứng suất nhỏ nhất \( \sigma_{min} \) có cùng trị số tuyệt đối nhưng dấu ngược nhau, tức là \( \sigma_{max} = - \sigma_{min} \) Ví dụ, khi một lực hướng tâm tác dụng theo một chiều không đổi lên trục truyền động, ứng suất uốn tại các điểm trên trục sẽ là ứng suất thay đổi tuần hoàn và đối xứng.
Ứng suất thay đổi tuần hoàn, đặc biệt trong mạch động, có đặc điểm là ứng suất nhỏ nhất đạt giá trị min = 0 Một ví dụ điển hình là ứng suất uốn chân răng khi răng bánh răng hoạt động một phía, cho thấy sự ảnh hưởng của ứng suất tuần hoàn mạch động Ngoài ra, ứng suất thay đổi tuần hoàn còn có thể không đối xứng, điều này cần được xem xét trong các ứng dụng kỹ thuật.
Trị số tuyệt đối của ứng suất lớn nhất max và ứng suất nhỏ nhất min không bằng nhau, với khả năng cả hai có thể cùng dấu hoặc không trong một chu trình ứng suất Ứng suất thay đổi không ổn định theo quy luật, với sự biến thiên tuần hoàn theo một quy luật nhất định, như trong trường hợp trục chính của máy công cụ đặc biệt Ngoài ra, ứng suất cũng có thể thay đổi một cách ngẫu nhiên.
Ứng suất không mang tính chu kỳ mà có tính ngẫu nhiên, như trong trường hợp ứng suất tác dụng lên chi tiết của hệ thống lái trên xe ô tô Để tính toán chính xác, cần dựa vào quy luật phân bố thống kê từ các kết quả thực nghiệm về tải trọng và ứng suất, sau đó áp dụng phương pháp thống kê độ bền mỏi để xử lý.
(2) Các thông số đặc trưng của ứng suất thay đổi
Dưới đây là các thông số đặc trưng của ứng suất thay đổi và mối quan hệ giữa chúng max m a min m a
max- Ứng suất lớn nhất;
min- Ứng suất nhỏ nhất;
R- Tỷ số ứng suất (còn gọi là hệ số tính chất chu kỳ)
Biết hai trong số năm thông số nêu trên cho phép xác định loại ứng suất và đặc điểm của nó Bảng 1-2 dưới đây trình bày tỷ số ứng suất cùng với các đặc điểm của một số loại ứng suất thay đổi điển hình.
Bảng 1-2 Tỷ số ứng suất và đặc điểm của một số loại ứng suất thay đổi điển hình
Tên ứng suất tuần hoàn Tỷ số ứng suất Đặc điểm ứng suất Ứng suất tĩnh R = 1 a = 0, m= max = max
Tuần hoàn đối xứng R = - 1 σ a = σ max = -σmin , σ m =0
Tuần hoàn mạch động R = 0 a m max , min 0
Tuần hoàn không đối xứng -1