Cơ sở thiết kế máy và chi tiết máy-Phần 1 doc

Khi tính toán chi tiết máy còn cần phân biệt tải trọng danh nghĩa, tải trọng tương đương và tải trọng tính toán: - tải trọng danh nghĩa là tải trọng được chọn trong số các tải trọng tác

PHAN MOT

CO SG THIET KE MAY

Chi tiết máy được thiết kế ra phải thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật, làm việc ổn định trong suốt thời hạn phục vụ đã định với chỉ phí về chế tạo và sử dụng thấp nhất Đương

nhiên các chỉ tiết máy chỉ có thể thực hiện tốt chức năng của mình trên những máy cụ thể,

phù hợp với công dụng của máy trong dây chuyển công nghệ Với các máy phát và biến đổi năng lượng thì hiệu suất là chỉ tiêu hàng đầu, trong khi đó ở máy cắt kim loại thì năng suất,

độ chính xác gia công là những chỉ tiêu quan trọng nhất, còn ở các khí cụ đo thì độ nhạy, độ chính xác và độ ổn định của phép đo lại quan trọng hơn cả Nói khác đi, chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của chỉ tiết máy được thiết kế phải phù hợp với chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của toàn máy Đó chính là: năng suất, độ tin cậy và tuổi thọ cao, chi phí chế tạo và sử dụng thấp, khối lượng nhỏ, chăm sóc bảo dưỡng thuận lợi và an toàn Ngoài ra tùy trường hợp cụ thể, còn có các yêu cầu khác như khuôn khổ kích thước nhỏ gọn, làm việc êm, hình thức đẹp

Xuất phát từ các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật trên đây, thiết kế máy bao gồm các nội dung:

- Xác định nguyên tắc hoạt động và chế độ làm việc của máy dự định thiết kế

- Lập sơ đồ chung toàn máy và các bộ phận máy thỏa mãn các yêu cầu cho trước Đề xuất một số phương án thực hiện, đánh giá và so sánh các phương ăn để tìm ra phương án phù hợp nhất, đáp ứng nhiều nhất các yêu cầu đã đặt ra

- Xác định trị số và đặc tính tải trọng tác dụng lên các bộ phận máy

- Chọn vật liệu thích hợp nhằm sử dụng tính chất đa dạng và khác biệt của vật liệu để nâng cao hiệu quả và độ tin cậy làm việc của máy

- Tiến hành các tính toán động học, động lực học và tính toán thiết kế nhằm định ra các kích thước gần đúng của chỉ tiết máy thỏa mãn các chỉ tiêu chủ yếu vẻ khả năng làm việc của chúng, trên cơ sở đó kết hợp với các yêu cầu về tiêu chuẩn hóa, lắp ghép, công nghệ

và các yêu cầu cụ thể khác để xác định lần cuối kích thước của chỉ tiết máy, bộ phận máy và

toàn máy

- Lập thuyết minh, hướng dẫn sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa máy

Rõ ràng thiết kế máy là công việc rất phức tạp, liên quan chặt chẽ đến việc thiết kế các chi tiết máy và bộ phận máy

Tùy theo đặc tính thay đổi theo thời gian, có thể phân ra:

- tải trọng tĩnh là tải trọng không thay đổi theo thời gian hoặc thay đổi không đáng kể,

thí dụ trọng lượng bản thân chỉ tiết máy;

- tải trọng thay đổi là tải trọng có cường độ, phương hoặc chiều thay đổi theo thời gian

Sự thay đổi này có thể diễn ra dần dân hoặc đột ngột Tải trọng đột nhiên tăng mạnh rồi

giảm ngay trong khoảnh khắc được gọi là tải trọng va đập

Thông thường trong quá trình làm việc, chỉ tiết máy chịu tải trọng thay đổi và đặc tính thay đổi của tải trọng phụ thuộc vào yếu tố thường xuyên hoặc ngẫu nhiên Chẳng hạn đối với các máy, trong quá trình sản xuất thực hiện những nhiệm vụ công nghệ xác định thì đặc

tính thay đổi của tải trọng trong mỗi chu trình công nghệ hầu như không đổi, trong khi đó

đối với các máy vận chuyển, đặc tính thay đổi của tải trọng lại phụ thuộc vào hàng loạt yếu

tố ngẫu nhiên như sức gió, sức cản khi chuyển động trên thanh ray hoặc mặt đường

Khi tính toán chi tiết máy còn cần phân biệt tải trọng danh nghĩa, tải trọng tương đương và tải trọng tính toán:

- tải trọng danh nghĩa là tải trọng được chọn trong số các tải trọng tác dụng lên máy trong chế độ làm việc ổn định, thường là tải trọng lớn hoặc tác dụng lâu dài nhất;

- tải trọng tương đương là tải trọng thay thế tác dụng của nhiều mức tải trọng trong trường hợp máy làm việc với chế độ tải trọng nhiều mức;

- tải trọng tính toán là tải trọng danh nghĩa hoặc tải trọng tương đương có kể thêm ảnh hưởng của đặc tính phân bố không dều tải trọng trên các bể mặt tiếp xúc, tính chất tải trọng, điều kiện làm việc thực tế

4.1.2 Ứng suất

Dưới tác dụng của tải trọng, trong chỉ tiết máy xuất hiện ứng suất không đổi và ứng

suất thay đổi Ứng suất không đổi hầu như ít gặp trong máy vì rằng tải trọng tĩnh cũng gây

nên trong các chỉ tiết máy quay (thí dụ trục, bánh răng ) các ứng suất thay đổi Tuy nhiên với các chỉ tiết máy chịu tải trọng lớn, chẳng hạn trọng lượng vật trong các máy nâng chuyển và vận chuyển, bulông được vặn chặt với lực xiết lớn , có thể xem ứng suất trong

Khác với ứng suất không đổi, ứng suất thay đổi có trị số, chiều hoặc cả trị số và chiều

thay đổi theo thời gian

Ứng suất thay đổi được đặc trưng bằng chu trình thay đổi ứng suất Một vòng thay đổi ứng suất qua giá trị giới hạn này sang giá trị giới hạn khác rồi trở về giá trị ban đầu được gọi

là một chu trình ứng suất Thời gian thực hiện một chu trình ứng suất được gọi là một chu kỳ ứng suất

Chu trình ứng suất được đặc trưng bằng: biên độ ứng suất ơø,, ứng suất trung bình đm

và hệ số tính chất chu trình r , với:

ƠØạ= (max ~ Smin)/2

r= Smin/ max

Tuỳ theo giá trị của r, trong chỉ tiết máy xuất hiện các chu trình ứng suất sau đây:

r=-L_ : chu trình đối xứng (hình 1.1a);

r=0 : chu trình mạch động (hình 1.1c);

-1 <r< 1: chu trinh không đối xứng (hình 1.1b va d)

Cũng có thé xem chu trình mạch động là một trường hợp của chu trình không đối xứng đồng dấu, trong đó một giới hạn của ứng suất có giá trị bằng 0

Chế độ bình ổn có thể gặp trong các

máy của các trạm phát điện trung tâm, các 6 về

trạm bơm còn chế độ không bình ổn + ` & vẽ

xuất hiện ở đại đa số các máy, chăng {\ e

hạn ở máy công cụ vạn năng, máy vận ¬ § J — bac) 7

trên đây, trong tính toán cần phân biệt các Hình 1.2

loại ứng suất Tuỳ theo điều kiện cụ thể,

tải trọng tác dụng lên chỉ tiết máy có thể gây nên các loại ứng suất: ứng suất pháp (kéo, nén, uốn), ứng suất tiếp (cắt, xoắn), ứng suất dập và ứng suất tiếp xúc, trong đó các loại ứng suất kéo, nén, uốn, cắt, xoắn xuất hiện trên từng chỉ tiết, còn ứng suất dập và ứng suất tiếp xúc xuất hiện khi các chỉ tiết máy trực tiếp tiếp xúc nhau và có tác dụng tương hỗ với nhau Trường hợp hai chi tiết tiếp xúc nhau theo diện

rộng, chẳng hạn thân và lỗ đỉnh tán, chốt và ống ở xích

con lăn, ngõng trục và lót ổ trong ổ trượt, dưới tác dụng

của lực F sẽ sinh ra ứng suất dập ơøạ hoặc áp suất pạ (hình

1.3) Từ điều kiện coi áp suất phân bố đều trên bé mặt tiếp

trong đó d - đường kính chốt hoặc ngõng trục; | - chiều dài ống hoặc lót ổ

Khác với ứng suất dập hoặc áp suất, ứng suất tiếp xúc xuất hiện tại chỗ tiếp xúc của hai chỉ tiết trong trường hợp diện tích tiếp xúc nhỏ so với kích thước của các chỉ tiết (ép hai hình trụ với nhau, hai hình cầu với nhau, hình cầu với mặt phang )

Trên hình 1.4 trình bày hai hình trụ có trục song song tiếp xúc nhau Trước khi chịu tải trọng riêng qụ, hai hình trụ tiếp xúc nhau theo đường, khi chịu tải, tiếp xúc đường trở thành tiếp xúc nhau theo diện hẹp Trên diện tích tiếp xúc dọc theo đường sinh với chiều rộng 2b đó, ứng suất tiếp xúc phân bố theo hình parabol Theo lý thuyết đàn hồi, trị số lớn nhất của ứng suất tiếp xúc ơn được xác định theo công thức Hec (Hertz) sau đây:

du

trong đó Z„ - hằng số đàn hồi của vật liệu các vật thể tiếp xúc;

p - bán kính cong tương đương

Dị p¿ - bán kính cong tại điểm tiếp xúc, ở đây là bán

kính hình trụ 1 và 2; đấu + khi hai tâm cong ở về hai phía so

với điểm tiếp xúc (hình 1.4a); dấu — khi hai tâm cong ở cùng

phía (hình 1.4b)

Với vật liệu kim loại (thép, gang, đồng thanh) hệ số

PoatxOng p = 0,25 + 0,35, trung bình lấy p = 0,3; khi do tir

(1.3) ta được công thức sau:

1.2 CHỈ TIÊU CHỦ YẾU VỀ KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA CHI TIẾT MÁY

Đó là: độ bền, độ cứng, độ bền mòn, độ chịu nhiệt và độ ồn định dao động

1.2.1 Độ bền

Là khả năng tiếp nhận tải trọng của chỉ tiết máy mà không bị phá hỏng Nó là chỉ tiêu quan trọng nhất đối với phần lớn chi tiết máy Nếu một chỉ tiết máy không đủ bền thì bên trong nó sẽ xuất hiện biến dạng dư lớn do đó làm thay đổi hình dạng chi tiết máy, phá hoại điểu kiện làm việc bình thường của máy, đồng thời có thể phá hỏng ngay bản thân chỉ tiết máy: gãy, vỡ hoặc hư hại bề mặt làm việc

Người ta phân biệt hai dạng phá hỏng: phá hỏng tĩnh và phá hỏng mỏi liên quan đến

độ bền tĩnh và độ bền mỏi Phá hỏng tĩnh là do ứng suất làm việc vượt quá giới hạn bền tĩnh của vật liệu và thường là đo quá tải đột ngột gây nên, còn phá hỏng mỏi là do tác dụng lâu dài của ứng suất thay đổi có giá trị vượt quá giới hạn bền mỏi của vật liệu

Nghiên cứu độ bền thường gắn liền với thời hạn phục vụ hoặc tuổi thọ của chỉ tiết 10

máy Tuổi thọ của các máy có công dụng khác nhau thì không như nhau, thí dụ thời hạn phục vụ của động cơ máy bay chỉ vào khoảng vài trăm giờ, trong khi đó đối với máy cắt kim loại vào khoảng 50000 giờ

Phương pháp tính thông dụng về độ bền là so sánh ứng suất tính toán với ứng suất cho

vẹt các ổ Sai số của các sản phẩm gia công trên các máy là do biến dạng của bản thân chỉ

tiết khi gá kẹp hoặc do biến dạng của các chỉ tiết trong máy như trục chính, ổ lăn Vì vậy

độ cứng có ý nghĩa đặc biệt quan trọng để đảm bảo độ chính xác gia công

Độ cứng còn chi phối việc chọn vật liệu để chế tạo chi tiết Muốn có kích thước nhỏ gọn, người ta mong muốn chọn vật liệu có độ bền cao như với thép chẳng hạn, khi cơ tính tăng, môđun đàn hồi hầu như không đổi vì vậy kích thước chỉ tiết xác định theo độ bền có thể không đảm bảo độ cứng Cũng với ý nghĩa đó, kích thước chỉ tiết máy tính theo độ bền -_ phải tăng lên để đảm bảo độ cứng, thí dụ thân máy cắt kim loại Tuy nhiên cần lưu ý rằng có những trường hợp giảm độ cứng sẽ làm tăng độ bền mỏi của chỉ tiết máy, thí dụ giảm độ cứng vành răng sẽ làm tăng độ bền mỏi của răng bánh răng

Người ta phân biệt độ cứng thể tích (độ cứng bản thân) liên quan đến biến dạng của toàn bộ vật liệu chỉ tiết và độ cứng tiếp xúc, liên quan đến biến dạng của các lớp bề mặt Tính vẻ độ cứng thể tích xuất phát từ điều kiện: chuyển vị thực (chuyển vị dài hoặc

chuyển vị góc) không được vượt quá trị số cho phép:

y<ƒ}; 9<I9; @<tọl

trong đó độ võng cho phép [y], góc xoay cho phép [Ø] và góc xoắn cho phép [@] được xác định từ điều kiện làm việc cụ thể của chỉ tiết máy

Tính vẻ độ cứng tiếp xúc của chỉ tiết máy có tiếp xúc ban đầu theo điểm (thí dụ ổ bị)

hoặc theo đường (thí dụ ổ đũa, bộ truyền bánh răng, bánh ma sát) tiến hành theo các công thức của ly thuyết biến dạng tiếp xúc

1.2.3 Độ bền mòn

Có tới 90% các chỉ tiết tiếp xúc bị hỏng vì mòn Mòn là kết quả tác dụng của ứng suất ' tiếp xúc hoặc áp suất khi các bể mặt tiếp xúc trượt tương đối với nhau trong điều kiện không

đủ dầu bôi trơn

Chi tiết máy bị mòn sẽ làm giảm độ chính xác (đối với dụng cụ đo) làm giảm hiệu suất đối với pittông xylanh của động cơ), làm giảm độ bền (vì kích thước giảm), làm tăng tải trọng động (đối với răng bánh răng) tăng tiếng ồn Vì vậy khi thiết kế chỉ tiết máy tiếp xúc phải đảm bảo cho chúng có đủ độ bền mòn, nghĩa là làm việc ổn định trong suốt thời hạn đã định mà không bị mòn quá một giá trị cho phép

Nghiên cứu về mòn và kinh nghiệm sử dụng cho thấy, khi đảm bảo điều kiện bôi trơn

ma sát ướt, nghĩa là giữa hai bể mặt tiếp xúc luôn luôn tồn tại lớp đầu bôi trơn ngăn cách không cho các đỉnh nhấp nhô tiếp xúc trực tiếp với nhau, mòn sẽ không xảy ra Vì vậy khi tính về độ bền mòn thường là chọn kết cấu của các chi tiết tiếp xúc nhằm đảm bảo hình

thành chế độ bôi trơn ma sát ướt (thí dụ tính ổ trượt) Trường hợp không thể tạo ra chế độ

bôi trơn ma sát ướt, tính toán về độ bền mòn dựa trên cơ sở hạn chế áp suất hoặc ứng suất tiếp xúc không cho vượt quá một giá trị cho phép:

Nung nóng chi tiết máy gây nên một số hiện tượng có hại như:

- Làm giảm khả năng tải của chỉ tiết máy vì ở nhiệt độ cao (đối với thép trên 300 + 400°C, đối với hợp kim nhẹ và chất dẻo trên 100 + 150°C) giới hạn bên và giới hạn mỏi giảm, vật liệu trở nên giòn hoặc xảy ra hiện tượng từ biến, tức là quá trình biến dạng dẻo từ

từ do chịu tải trong thời gian dài;

- Làm giảm độ nhớt của dầu bôi trơn và khả năng bảo vệ các bể mặt tiếp xúc do đó làm tăng độ mòn của chỉ tiết máy;

- Làm cong vênh hoặc thay đổi khe hở giữa các chỉ tiết lắp ghép;

- Làm thay đổi tính chất của các bể mặt tiếp xúc, thí dụ làm giảm hệ số ma sát trong các bộ phận hãm;

- Lam giảm độ chính xác của máy

Vì vậy đối với các chi tiết bị trượt nhiều, khi thiết kế cần tính nhiệt nhằm xác định nhiệt độ sinh ra trong quá trình làm việc và nếu nhiệt độ quá lớn thì tìm các biện pháp hạn chế nó trong phạm vi cho phép Nhiệt độ ổn định trung bình được xác định từ phương trình cân bằng nhiệt: nhiệt lượng sinh ra bằng nhiệt lượng truyền đi trong một đơn vị thời gian

Từ đó có thể xác định được nhiệt độ sinh ra khi sử dụng máy và hạn chế nó không cho vượt quá một giá trị cho phép:

Dao động gây nên ứng suất phụ thay đổi có chu kỳ có thể dẫn đến phá hỏng vì mỏi; dao động gây nên tiếng ồn trong truyền động bánh răng trong nhiều trường hợp là chỉ tiêu đánh giá chất lượng bánh răng; dao động trong máy cắt kim loại làm giảm độ chính xác gia công và độ nhắn bề mặt sản phẩm

Vì vậy tính toán về dao động là cần thiết, đặc biệt đối với các máy quay nhanh nhằm xác định tần số đao động riêng của máy hoặc cơ cấu để tránh cộng hưởng Cũng có khi tính toán đao động nhằm xác định biên độ dao động và hạn chế nó trong phạm vi cho phép

Để nâng cao chất lượng máy và cơ cấu, sử dụng nhiều biện pháp chống rung như triệt tiêu ngoại lực gây nên dao động, thay đổi tính chất động lực của hệ thống, dùng các thiết bị giảm rung, giảm va đập bằng các biện pháp kết cấu Tuy nhiên cần chú ý rằng, trong thực tế nhiều khi lại cần tạo ra dao động để phục vụ các mục đích kỹ thuật như dùng nguyên tắc dao động để sàng lọc quặng, sàng gạo, đóng cọc, đầm đất, ép than

Trên đây là 5 chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của chi tiết máy nói chung Khi thiết kế cần căn cứ vào tình hình làm việc cụ thể của máy và chi tiết máy, phân tích và tìm ra các dạng hỏng nguy hiểm nhất, tức là các chỉ tiêu quan trọng nhất, trên cơ sở đó chọn vật liệu và xác định kích thước chỉ tiết máy, những chỉ tiêu còn lại đồng thời sẽ được thoả mãn hoặc chỉ là thứ yếu không cần quan tâm

1.3 ĐỘ BỀN MỎI CỦA CHI TIẾT MÁY

1.3.1 Hiện tượng phá hủy mỏi

Quan sát các chỉ tiết máy làm việc với ứng suất thay đổi theo thời gian sẽ thấy quá trình phá hủy mỏi bắt đầu từ những vết nứt tế vi tại vùng chịu ứng suất lớn Khi số chu trình

làm việc tăng lên, các vết nứt vì mỏi này phát triển dần cả bề rộng lẫn bề sâu, dẫn đến phá

hỏng chỉ tiết máy Đó là hiện tượng phá hủy mỏi và khả năng của chỉ tiết máy cần lại sự phá hủy mỏi được gọi là độ bền mỏi

Vét gay do mỏi thường bao gồm hai vùng: một vùng tương đối mịn, hạt nhỏ là vùng phát sinh và phát triển vết nứt với tốc độ chậm sau một số lớn chu kỳ chịu tải, còn vùng kia thô hơn, hạt to hoặc có thớ, phát triển nhanh chỉ sau một số nhỏ chu kỳ ở giai đoạn cuối của quá trình phá hủy mỏi

1.3.2 Đường cong mỏi

Bằng các thí nghiệm về mỏi có thể thiết lập được đồ thị biểu diễn quan hệ giữa ứng

suất ø (biên độ ứng suất hoặc max) và số chu kỳ thay đổi ứng suất N mà chi tiết máy hoặc mẫu thử có thể chịu được cho tới khi phá hủy Đó là đường cong mỏi (hình 1.5) còn gọi là đường cong Vêle (Wohler - nhà khoa học Đức lần đầu tiên thí nghiệm xác lập các đường

cong này) có đặc điểm:

- Phương trình đường cong mỏi có đạng:

trong đó m - bậc của đường cong mỏi; N - tuổi thọ ứng với mức ứng suất ơ

- Khi mẫu thử hoặc chi tiết máy chịu ứng suất ơø càng lớn thì số chu kỳ thay đổi ứng

suất càng giảm, tức là tuổi thọ càng giảm;

- Khi giảm øơ đến một giá trị ø; nào đó thì N có thể tăng khá lớn mà mẫu thử không bị gãy hỏng ơ; được gọi là giới hạn mỏi dài hạn của vật liệu Số chu kỳ thay đổi ứng suất ứng với ơ, được gọi là số chu kỳ cơ sở và được ký hiệu là N, Đối với một số loại thép thông thường N,„ = 10Ế + 10” chu kỳ;

- Có thể biểu dién đường cong mỏi trong hệ tọa độ Đẻcac (hình 1.5a) hoặc hệ loga (hình 1.5b) gồm nhánh nghiêng ứng với các trị số ø > ơ, và nhánh nằm ngang ứng với ơ,

Tuy nhiên cần lưu ý rằng đối với hợp kim màu, đường cong mỏi không có nhánh nằm ngang,

tức là không có giới hạn mỏi dài hạn; điều đó có nghĩa là khi vật liệu là kim loại mau, chi tiết máy vẫn có thể bị hỏng sau một số chu kỳ chịu tải khá lớn (N > 10Ÿ)

Đối với gang và thép, đường cong mỏi có tiệm cận song song với trục hoành cách trục hoành một trị số bằng ơ,, do đó trên cơ sở phân tích thống kê các số liệu thí nghiệm Vâybun biểu thị đường cong mỏi bằng phương trình:

B

N= —3 _

(ơ-ơ,)”

trong đó B, m - hằng số Rõ ràng là khi ơ > o, thi N > x

đường cong này không cho phép xác định các giá

trị lớn nhất và nhỏ nhất của ứng suất trong chu về

trình ứng suất thay đổi không đối xứng Vì vậy khi

nghiên cứu về mỏi người ta sử dụng đồ thị ứng ni

suất giới hạn biểu thị quan hệ giữa Onax, Omin Va vì

ơm Đồ thị này có đặc điểm (hình 1.6):

- đường mm biểu thị ứng suất trung bình,

đường AB - ø„„„, đường CD - đ„¡ạ, do đó tung độ Ổ màn

một điểm trên AB là Øm¿„, trên CD là Øm¡n của chu

- miền nằm giữa hai nhánh AB và CD là những trị số ứng suất không làm hỏng vật liệu;

- các giao điểm A và C với trục tung là trị số Øm„„ Và Gm¡n của chu trình đối xứng, ký hiệu là ơ.¡, các tung độ tính từ mm đến AB và CD là các giá trị của biên độ ứng suất ơạ

1.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỗi của chỉ tiết máy

Độ bền mỏi được xác định bằng thực nghiệm đối với những mẫu thử nhấn, phẳng, có quy cách xác định, được chế tạo từ những vật liệu có độ đồng đều nhất định về cơ tính Vì vậy độ bén mdi của chi tiết máy phụ thuộc vào những yếu tố như: vật liệu và nhiệt luyện, hình đạng kết cấu, kích thước, đặc tính tải trọng, trạng thái ứng suất v.v

a) Ảnh hưởng của hình dạng kết cấu: Tại chỗ thay đổi tiết điện của chỉ tiết máy như góc lượn, rãnh, lỗ có sự tập trung ứng suất làm cho ứng suất thực tế lớn hơn ứng suất danh nghĩa xác định theo các công thức tính toán lý thuyết Trong tính toán sử dụng:

- Hệ số tập trung ứng suất lý thuyết œ„ và œ; được xác định bằng lý thuyết:

trong đó ơy, 1; - giới hạn mỏi của mẫu nhắn không có tập trung ứng suất;

Gres Tre - giới hạn mỏi của chỉ tiết máy có tập trung ứng suất và có cùng tiết diện

như mẫu

Ta nhận thấy các hệ số tập trung ứng suất lớn hơn 1, mặt khác do sự trợ lực tế vi của các lớp vật liệu cạnh lớp chịu tải cực đại và do hiệu ứng tăng bên vì hiện tượng cứng nguội lớp bề mặt chỉ tiết khi gia công nên đỉnh nhọn của ứng suất cực đại được san bằng một phần,

do đó kg < dạ, ky < Œạ

b) Ảnh hưởng của kích thước tuyệt đối: Kết quả thí nghiệm cho thấy, khi tăng kích thước tuyệt đối của mẫu thí nghiệm, giới hạn mỏi sẽ giảm xuống Đó là do sự không đồng đều về cơ tính của vật liệu tăng lên, trong chỉ tiết máy có nhiều khuyết tật hơn, đồng thời còn do chiều dày tương đối của lớp bể mặt được tăng bền nhờ nhiệt luyện hoặc gia công cơ giảm xuống Ảnh hưởng này được kể đến trong tính toán độ bền mỏi qua hệ số kích thước tuyệt đối sø, e; Đó là tỷ số giữa giới hạn mỏi của chỉ tiết máy nhắn có đường kính d và giới hạn mỏi của mẫu nhắn có đường kính dạ= 7 + 10mm:

f=; ge Ord, Tra, (1.14)

Nhu vay €, < 1; €, < 1

©) Ảnh hưởng của công nghệ gia công bê mặt: Lớp bề mặt kim loại có ảnh hưởng đến

độ bền mỏi vì trong đa số trường hợp các vết nứt vì mỏi xuất hiện từ bể mặt chỉ tiết máy, trong khi đó chất lượng bề mặt lại phụ thuộc vào phương pháp gia công như tiện, mài, đánh bóng, có gia công tăng bền Kể đến ảnh hưởng của lớp bề mặt đến độ bền mỏi của chỉ tiết máy, người ta sử dụng hệ số trạng thái bề mặt B Nó là tỷ số giới hạn mỏi của mẫu thử có trang thái bề mặt như của chỉ tiết máy và giới hạn mỏi của mẫu thử có bề mặt được mài mà không được gia công tăng bền Như vậy có thể B < 1 hoặc B > 1

d) Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất: Với ứng suất thay đổi theo thời gian thì biên độ ứng suất là thành phần chủ yếu gây nên phá hủy mỏi Tuy nhiên thực nghiêm cho thấy trị số của ứng suất trung bình cũng có ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chỉ tiết máy Từ hình 1.6 có thể thấy rằng, trị số giới hạn của biên độ ứng suất ơ, phụ thuộc vào trị số của ứng suất trung bình ơm Khi ứng suất trung bình là kéo (mạ > 0) càng lớn thì trị số giới hạn của biên độ ứng suất ơạ càng giảm, tức là khi ơm tăng thì ơ; tuy nhỏ cũng có thể gây nên phá hủy mỏi Ngược lại khi mạ < 0 thì trị số giới hạn của biên độ ứng suất ơ, lớn hơn giới hạn mỏi trong chu trình đối xứng (trên hình 1.b, ứng với chu trình đối xứng ơm = Ô; ơ; = Ø, = Ø.)

Kể đến ảnh hưởng của trạng thái ứng suất, trong các công thức tính chỉ tiết máy về độ bền mỏi [chẳng hạn xem công thức (10.12)] có mặt ơ, và ơm

1.3.5 Các biện pháp nâng cao độ bền mỗi

Qua phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi, có thể rút ra các biện pháp sau

đây để nâng cao độ bền mỏi của chỉ tiết máy

a) Biện pháp kết cấu:

- giảm trị số danh nghĩa của các ứng suất (Øạ, ømạ) bằng cách tăng kích thước chi tiết

máy tại các tiết diện nguy hiểm;

- giảm tập trung ứng suất (giảm kợ, ky), chẳng hạn tại các chỗ chuyển tiếp kích thước, hình dạng chỉ tiết cần có sự thay đổi đều đặn, thay các chỗ sắc cạnh bằng góc lượn với bán

kính lớn nhất có thể, vát mép các bề mặt lắp ghép -

- dùng các liên kết đàn hồi để giảm bớt biên độ tác dụng của tải trọng chu kỳ

b) Biện pháp công nghệ: Thực chất của biện pháp này là sử dụng các phương, pháp gia công đặc biệt tăng bền nhờ tạo ra cấu tạo tinh thể hạt nhỏ có độ bền cao, tạo ra lớp bề mặt

có ứng suất dư là nén, chẳng hạn:

- dùng nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện cho hiệu quả cao đối với các chi tiết máy có tập trung ứng suất;

- đánh bóng, mài nghiền sẽ san bằng các gồ ghẻ tế vi làm giảm tập trung ứng suất;

- gây biến dạng dẻo lớp bề mặt như phun bi, lăn nén, gây cứng nguội lớp bề mặt nhờ

đó làm tăng độ bền mỏi

1.4 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY

Sau khi đã nghiên cứu một số vấn đề về cơ sở lý thuyết của việc tính toán thiết kế chi tiết máy, dưới đây trình bày những vấn đề về phương pháp và các bước tiến hành khi thiết kế

4.4.1 Đặc điểm tính toán thiết kế chỉ tiết máy

Trong thực tế tính toán chỉ tiết máy gặp một số khó khăn như: hình dạng chỉ tiết máy khá phức tạp, các yếu tố tải trọng không biết chính xác, có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của chỉ tiết máy chưa được phản ánh đầy đủ vào các công thức tính Vì vậy khi thiết kế cần lưu ý đến những đặc điểm tính toán chỉ tiết máy dưới đây để tiến hành có kết quả công việc thiết kế

a) Dựa theo các công thức lý thuyết được thiết lập khi giải các bài toán cơ học để tính

toán chỉ tiết máy nhưng bổ sung thêm các hệ số kể đến đặc điểm về kết cấu của chi tiết máy

và các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của nó Với những yếu tố có ảnh hưởng lớn đến việc xác định kích thước chỉ tiết máy mà không thể biểu diễn đưới dạng công thức lý thuyết thì dùng các công thức thực nghiệm, biểu đồ hoặc bảng số do kinh nghiệm sử dụng lập ra

b) Tính toán xác định kích thước chi tiết máy thường tiến hành theo hai bước: tính thiết kế và tính kiểm nghiệm, trong đó do điều kiện làm việc phức tạp của chỉ tiết máy, tính thiết kế thường được đơn giản hóa và mang tính gần đúng Từ các kết cấu và kích thước đã chọn, qua bước tính kiểm nghiệm sẽ quyết định lần cuối giá trị của các thông số và các kích thước cơ bản của chỉ tiết máy

c) Trong tính toán, số ẩn số thường nhiều hơn số phương trình, do đó cần dựa vào các quan hệ kết cấu để chọn trước một số thông số, trên cơ sở đó sẽ xác định các thông số còn lại Mặt khác nên kết hợp tính toán với vẽ hình, vì rằng rất nhiều kích thước cần cho tính toán (chẳng hạn khoảng cách giữa các gối đỡ trục, vị trí đặt lực ) chỉ có thể xác định từ

hình vẽ, đồng thời từ hình vẽ cũng có thể kiểm tra và phát hiện các sai sót trong tính toán

-đ) Cùng một nội dung thiết kế có nhiều giải pháp thực hiện Vì vậy nên chọn đồng thời một số phương án để tính toán, so sánh, trên cơ sở đó xác định phương án có lợi nhất, đáp ứng các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật Đặc biệt ngày nay do kỹ thuật tin học phát triển mạnh

mẽ và xâm nhập ngày càng nhiều vào các ngành khoa học và công nghê, sử dụng các chương trình tự động hóa thiết kế chỉ tiết máy và thiết bị cơ khí nói chung trên máy vi tinh

sẽ đem lại những kết quả tối ưu, đáp ứng tốt nhất các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

1.4.2 Chọn vật liệu

Chọn vật liệu là một bước quan trọng trong tính toán thiết kế chi tiết máy, vì rằng chất lượng của chi tiết máy và máy nói chung phụ thuộc rất nhiều vào việc chọn vật liệu có thích hợp hay không? Muốn chọn được vật liệu thích hợp để dùng cần nắm vững các yêu cầu do điều kiện làm việc của chỉ tiết máy và điều kiện chế tạo đặt ra, đồng thời cần có hiểu biết đầy đủ về đặc trưng của các loại vật liệu hiện có trong công nghiệp

a) Yêu cầu đối với vật liệu được chọn

Về nguyên tắc, vật liệu được chọn cần phải:

- phù hợp với các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của chỉ tiết máy như độ bền,

độ cứng, độ bền mòn

- đáp ứng các yêu cầu về khối lượng và kích thước của chi tiết máy và máy;

- đảm bảo các yêu cầu liên quan đến công dụng và điều kiện sử dụng như tính chất chống ăn mòn, giảm ma sát, cách điện

- có tính công nghệ thích ứng với hình dạng chi tiết máy và phương pháp gia công (dễ đúc, đập, hàn, dễ cắt gọt );

- rẻ và dễ cung ứng

Đương nhiên cần chú ý rằng, trong nhiều trường hợp không thể đáp ứng đồng thời các yêu cầu trên đây, do đó khi chọn vật liệu cần phân tích điều kiện làm việc cụ thể của chỉ tiết máy và máy để chọn loại vật liệu đáp ứng những yêu cầu quan trọng nhất đối với trường hợp đang xét Mặt khác cũng cần hạn chế số chủng loại vật liệu để giảm bớt khó khăn trong việc cung ứng và bảo quản, đồng thời khi cần thiết, lại nên áp dụng nguyên tắc “chất lượng cục

bộ” để chọn vật liệu khác nhau chế tạo các phần khác nhau của chỉ tiết máy, thí dụ lót ổ

gồm hai kim loại: lớp tráng bằng babit trên nền đồng thanh hoặc gang

b) Các loại vật liệu chế tạo máy

- Kim loại đen gồm gang và thép được dùng rộng rãi nhất nhờ độ bền và độ cứng cao

và tương đối rẻ Nhược điểm chủ yếu của thép và gang là khối lượng riêng lớn, tính chống gỉ kém Để cải thiện tính chất của gang hoặc thép, người ta sản xuất gang hợp kim và thép hợp kim, đồng thời áp dụng rộng rãi các phương pháp nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện

- Kim loại màu như đồng, kẽm, chì, thiếc, nhôm thường được sử dụng dưới dạng hợp kim màu như đồng thanh, đồng thau, babit có ưu điểm: nhẹ, có tính giảm ma sát, chống gỉ nhưng rất đắt nên chỉ được dùng khi cần thiết

- Kim loại gốm được chế tạo bằng cách nung và ép bột kim loại với các chất phụ gia dưới áp suất và nhiệt độ cao, có ưu điểm: khó nóng chảy, xốp, hệ số ma sát thấp nhưng giá thành cao, kích thước bị hạn chế bởi điều kiện chế tạo

- Vật liệu không kim loại gồm gỗ, da, cao su, amiăng, chất dẻo có ưu điểm: nhẹ, dễ chế tạo, có tính chống ăn mòn, cách nhiệt, cách điện Đặc biệt chất dẻo được sử dụng ngày càng rộng rãi nhờ hai ưu điểm chính sau đây: dễ tạo hình ở nhiệt độ và áp suất không cao,

do đó có thể dùng các phương pháp công nghệ có năng suất cao như dập, đúc dưới áp lực, thổi, kéo để chế tạo các chi tiết máy có hình dạng phức tạp; có độ bền riêng cao do đó

thích hợp để chế tạo các chi tiết có yêu cầu khối lượng giảm

1.4.3 Xác định ứng suất cho phép

Như trên đã trình bày, độ bền là chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc đối với phần lớn các chi tiết máy, do đó xác định ứng suất cho phép là một bước không thể thiếu trong quá trình tính toán thiết kế chỉ tiết máy

Thông thường ứng suất cho phép được xác định theo công thức sau:

hoặc [t] = tụm /S trong đó Øiim, Tị¡mạ - ứng suất pháp và ứng suất tiếp giới hạn, khi đạt đến các giá trị này, chỉ tiết máy hoặc mẫu bị phá hỏng; S - hệ số an toàn

Như vậy việc xác định đúng ứng suất cho phép phụ thuộc rất nhiều vào việc xác định ứng suất giới hạn và lựa chọn hợp lý hệ số an toàn

b) Trường hợp chỉ tiết máy chịu ứng suất thay đổi: Chi tiết máy hông chủ yếu là do mỏi, ứng suất giới hạn được xác định phụ thuộc số chu kỳ chịu tải và chế độ thay đổi ứng suất:

- Khi ứng suất thay đổi ổn định

Nếu chi tiết máy làm việc lâu dài, tức là khi số chu kỳ chịu tải N lớn hơn hoặc bằng số chu kỳ cơ sở Nụ, ứng suất giới hạn lấy bằng giới hạn mỏi dài hạn:

- Khi ứng suất thay đổi không ổn định

Gọi NỈ; là số chu kỳ làm việc của chi tiết máy ở mức ứng suất ơ, Giả sử sau N°; chu

kỳ tiếp tục cho chi tiết máy làm việc cho đến khi bị phá hỏng sẽ xác định được tuổi thọ N¡, tức số chu kỳ chịu tải cho tới khi bị hỏng ứng với Ø,y, trên đường cong mỏi (hình 1.7) xác định theo phương trình:

ơn,N, =ơ;N r Go

Nhưng G,y, = Ơ¡ nên:

Mỗi một ứng suất ơ; tác dụng

trong N¡ chu kỳ sẽ làm cho độ bền

mỏi của chi tiết máy bị tổn thất một

phần, do đó điều kiện tích lũy hư

hỏng vì mỏi có đạng:

Z(N’;/N)=a (L19) Em [——€~-

với a là hằng số xác định bằng thực ð;# 6m;

Nhân tử và mẫu số của 6,

phương trình (1.19) với ơ;` ta được:

>ơi,"N;= ơi Ng

Ơi Như vậy là khi chỉ tiết máy chịu ứng suất thay đổi không ổn định, ta đã chuyển chế độ làm việc không ổn định về chế độ làm việc ổn định với ứng suất lớn nhất ơ; và số chu kỳ chịu tải tương đương Ng tính theo công thức (1.20) Khi đó:

- nếu Ng >N, thì Gi¡m = Ơy

1.4.3.2 Hệ số an toàn

Các giá trị của ứng suất giới hạn được xác định từ các thí nghiệm tiến hành trong những điều kiện nhất định trên những máy nhất định đối với một số vật liệu nhất định, trong khi thực tế chi tiết máy cùng loại, cùng vật liệu có thể làm việc rất khác nhau, có một vai trò quan trọng khác nhau trong máy Vì vậy trong tính toán cần đưa vào hệ số an toàn nhằm đảm bảo cho kết cấu có độ an toàn cần thiết

Hệ số an toàn được xác định theo công thức sau:

trong đó S¡ - hệ số an toàn xét đến mức độ chính xác trong việc xác định tải trọng và ứng suất; S¡ = 1,2 + 1,5; S; - hệ số an toàn xét đến sự đồng nhất về cơ tính của vật liệu, với vật liệu chi tiết máy là thép rèn hoặc can, S = 1,5; bang gang S, = 1,5 + 2,5; S; - hé s6 an toan xét đến các yêu cầu đặc biệt như mức độ quan trọng của chi tiết máy đối với máy, yêu cầu

vé an toan lao dong , S; = 1 + 1,5

Xác định đúng hệ số an toàn là một vấn để rất quan trọng nhằm đảm bảo tính hợp lý của kết cấu Các tính toán dựa trên giả thiết phối hợp một cách không thuận lợi các đặc trưng của vật liệu, tải trọng sẽ bắt buộc chỉ tiết máy làm việc trọng điều kiện căng thẳng không cần thiết Trái lại, đối với các kết cấu mà sự phá hủy của nó đặc biệt nguy hiểm đến tính mạng con người (thí dụ cần trục, lò hơi ) hệ số an toàn cần được xem xét kỹ lưỡng và được quy định trong các tài liệu chuyên khảo Khi tính toán thiết kế chỉ tiết máy, sử dụng hệ

số an toàn cho trong các bảng hoặc tài liệu đối với từng chỉ tiết cụ thể

21

1.4.4 Tiêu chuẩn hóa chỉ tiết máy

Tiêu chuẩn hóa là việc quy định những tiêu chuẩn và quy phạm hợp lý và thống nhất

về hình thức, loại, thông số, chất lượng, phương pháp thí nghiệm và chế tạo của chỉ tiết máy và máy Trong thực tế gặp rất nhiều chỉ tiết máy tiêu chuẩn như bulông, đai ốc, các

thông số của các bộ truyền, các kích thước ổ lăn Đó là vì sử dụng các chỉ tiết tiêu chuẩn,

nói rộng ra là tiêu chuẩn hóa có ý nghĩa kinh tế kỹ thuật rất quan trọng, thể hiện ở những điểm chính sau đây:

a) Tiêu chuẩn hóa hạn chế được rất nhiều chủng loại và kích thước của các sản phẩm cùng loại cùng tên, nhờ đó có thể sử dụng những phương pháp tiên tiến nhất để chế tạo hàng loạt chi tiết máy tiêu chuẩn, giảm sức lao động khi chế tạo, tiết kiệm nguyên vật liệu, giảm bớt được việc đầu tư thiết bị và cuối cùng hạ được giá thành

b) Tiêu chuẩn hóa điều kiện kỹ thuật và phương pháp thử sẽ nâng cao chất lượng sản phẩm, khả năng làm việc và tuổi thọ của chi tiết máy

c) Tiêu chuẩn hóa đảm bảo được tính đổi lẫn của chỉ tiết máy, nhờ đó tạo dễ dàng cho công việc sửa chữa, thay thế các chi tiết bị hỏng

d) Tiêu chuẩn hóa chỉ tiết máy và bộ phận máy sẽ giảm bớt được thời gian và công sức thiết kế

Như vậy tiêu chuẩn hóa là một biện pháp rất quan trọng để nâng cao các chỉ tiêu kinh

tế và chất lượng máy Vì vậy khi tính toán thiết kế chi tiết máy nhất thiết phải áp dụng tiêu

chuẩn nhằm xác định hợp lý, loại, kiểu, hình dạng, kích thước, thông số của chỉ tiết máy Hiện nay ở nước ta sử dụng 4 tiêu chuẩn

- Tiêu chuẩn nhà nước Việt Nam, ký hiệu TCVN kèm theo số thứ tự tiêu chuẩn và năm ban hành

- Tiêu chuẩn ngành: TCN

- Tiêu chuẩn tỉnh, thành phố: TCV

- Tiêu chuẩn cơ sở: TC

Đồng thời đã nghiên cứu và áp dụng nhiều tiêu chuẩn của Tổ chức Tiêu chuẩn hóa thế

giới ISO

Câu hỏi tự kiểm tra

1 Các loại tải trọng và ứng suất tác dụng trong chỉ tiết máy Lấy thí dụ minh họa

2 Phân tích tác dụng, hậu quả và phương pháp tính đảm bảo các chỉ tiêu chủ yếu và khả năng làm việc của chỉ tiết máy

3 Phân biệt giới hạn mỏi dài hạn và giới hạn mỏi ngắn hạn Các yếu tố ảnh hưởng đến giới hạn mỏi của chỉ tiết máy

4 Có những yếu tố gi chỉ phối việc chọn vật liệu chế tạo chỉ tiết máy?

5 Chọn ứng suất giới hạn khi chỉ tiết máy chịu ứng suất thay đổi ổn định và không ổn định

2.1.1 Khái niệm về độ tin cậy

Độ tin cậy là khả năng sản phẩm (chi tiết máy, thiết bị công trình ) thực hiện chức năng của mình và duy trì chức năng, nhiệm vụ đó trong suốt thời hạn đã định, ứng với các điều kiện vận hành, chăm sóc, bảo dưỡng cụ thể Như vậy độ tin cậy và khả năng làm việc của máy và chi tiết liên quan mật thiết với nhau Nếu khả năng làm việc biểu thị khả năng của máy có thể thực hiện được chức năng, nhiệm vụ đã định thì độ tin cậy còn đặc trưng thêm xác suất duy trì khả năng đó trong suốt thời hạn quy định

Độ tin cậy là một trong những đặc trưng quan trọng nhất của chất lượng máy Nếu máy hoặc chi tiết máy không đủ độ tin cậy, có nghĩa là các chỉ tiêu sử dụng của chúng bị phá hoại, chỉ tiết máy bị mất khả năng làm việc trước thời hạn quy định, do đó có thể gây nên thiệt hại to lớn do năng suất giảm, tiêu thụ năng lượng tăng, sửa chữa tốn kém Ngày nay với nền sản xuất cơ khí hóa và tự động hóa cao, độ tin cậy càng có ý nghĩa quan trọng vì rằng chỉ một cơ cấu hoặc thiết bị nào đó bị hỏng, có thể làm đình trệ hoạt động của cả dây chuyền sản xuất

2.1.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy

Để đánh giá độ tin cậy có thể dùng nhiều chỉ tiêu khác nhau: xác suất làm việc không hỏng, cường độ hỏng, tuổi thọ, hệ số sử dụng

a) Xác suất làm việc không hỏng: là xác suất không xảy ra hỏng hóc chi tiết máy hoặc máy trong thời hạn đã định Giả sử trong số N, chi tiết máy giống nhau, làm việc trong những điều kiện như nhau, sau t gid cé Ny, chi tiết bị hỏng và N, =N, — Nạn chỉ tiết còn tốt thì xác suất làm việc không hỏng R(t) của chỉ tiết máy sẽ là:

Công thức (2.2) cho thấy:

- Độ tin cậy của một hệ thống phức tạp luôn nhỏ hơn độ tin cậy của phần tử tin cậy nhất, do đó không cho phép tồn tại trong hệ thống một phần tử yếu kém nào mà nên gồm những phần tử có độ tin cậy như nhau

Càng gồm nhiều yếu tố, độ tin cậy của hệ thống càng thấp Chẳng hạn một hệ có 10 phần tử có xác suất làm việc không hỏng như nhau bằng R,(t) = 0,96 thì xác suất làm việc không hỏng của hệ chỉ là R(t) = 0,96” = 0,66 Còn nếu một hệ có 100 phần tử với xác suất

làm việc không hỏng như nhau là R;(t) = 0,99 thi R(t) = 0,99! x 0,37: một hệ thống như

vậy dĩ nhiên không thể thừa nhận là có khả năng làm việc vì nó nghỉ nhiều hơn là làm việc

Do đó cũng dễ hiểu vì sao vấn để độ tin cậy hiện nay đã trở thành cấp bách, đặc biệt đối với việc hình thành các hệ thống tự dộng phức tạp như các đường dây tự động, tên lửa, máy bay, máy tính v.v

b) Cường độ hỏng: Cường độ hỏng A(t) tai mot thoi điểm t nào đó là tỷ số giữa số hỏng hóc trong một đơn vị thời gian và tổng số N, chỉ tiết máy được sử dụng tại thời điểm này Nếu trong một khoảng thời gian khá nhỏ At có AN, chỉ tiết bị hỏng thì cường độ hỏng A(t) tại thời điểm t sẽ là:

Quan hệ giữa cường độ hỏng và thời gian được biểu

diễn trên hình 2.1 Đồ thị gồm ba vùng: vùng Ï ứng với giai — ¿¿p

đoạn chạy mòn; vùng II giai đoạn sử dụng bình thường và

vùng HII: giai đoạn mòn tăng cường Ở giai đoạn Ï, các

khuyết tật khác nhau khi chế tạo là nguyên nhân chủ yếu b M1 Hi làm xuất hiện các hỏng hóc Nhờ khả năng chạy mòn, bề ° t, | t, t mặt các chi tiết tiếp xúc sẽ tự động thích ứng thành những 1

dang hợp lý nhất, khắc phục được sự tập trung tải trọng, xác

lập được khe hở bình thường , do đó cường độ hỏng giảm

dần Chính vì vậy để nâng cao độ tin cậy làm việc, cần tiến Hình 2.1

hành chạy rà các sản phẩm trước khi xuất xưởng

Ở giai đoạn II, cường độ hỏng thay đổi không đáng kể Nguyên nhân hỏng ở đây chủ yếu đo các quá tải ngẫu nhiên, các khuyết tật về cấu trúc của vật liệu làm xuất hiện các vết nứt tế vi dẫn đến làm giảm độ bền mỏi và độ bền mòn

Ở giai đoạn III, cường độ hỏng tăng lên rất nhanh chủ yếu do lượng mòn tăng lên, các chi tiết máy bị lão hóa, bi mòn dẫn đến phá hỏng chi tiết máy, phá hoại điều kiện làm việc bình thường của máy Máy cần được sửa chữa, phục hồi, thay thế các chi tiết bị hỏng Chính

Thông thường trong sản xuất hàng loạt sản phẩm y = 90% Chẳng hạn tuổi thọ 90% của một loại ổ lăn là 8000 h, điều đó có nghĩa là 90% số ổ lăn đó có tuổi thọ 8000 h, 10% có

thể bị hỏng sớm hơn

4d) Hệ số sử dụng: là tỷ số giữa thời gian làm việc tạ, trong một thời kỳ hoạt động nào

đó của chỉ tiết máy và tổng thời gian tạ, bao gồm thời gian làm việc tị,, thời gian bảo dưỡng

tụ và thời gian sửa chữa phục hồi t:

th tytt, tt,

Hệ số sử dụng K, thường được áp dụng cho các chỉ tiết máy có thể phục hồi được

2.1.3 Phương hướng nâng cao độ tin cậy của máy

Độ tin cậy của máy và chỉ tiết máy phụ thuộc vào trình độ thiết kế, công nghệ chế tạo

và điều kiện sử dụng Dưới đây trình bày những biện pháp nâng cao độ tin cậy trong quá trình thiết kế máy:

a) Khi thiết kế cần tận dụng khả năng sử dụng các thiết bị với số lượng chỉ tiết ít, kết cấu đơn giản; mỗi chỉ tiết cần có độ tin cậy bằng hoặc gần bằng độ tin cậy của các chỉ tiết khác

b) Biện pháp đơn giản nhất và có hiệu quả nhất để nâng cao độ tin cậy của máy và chị tiết máy là giảm cường độ chịu tải (tăng hệ số an toàn) của chúng Tuy nhiên biện pháp này lại mâu thuẫn với yêu cầu giảm khối lượng và kích thước chỉ tiết máy, do đó cần tìm các biện pháp dung hòa như sử dụng các loại vật liệu có độ bền cao, áp dung nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện, dùng các biện pháp công nghệ như phun bị, lăn nén

c) Boi trơn tốt, bao gồm: chọn đúng loại dầu, thiết kế hệ thống bôi trơn hợp lý, bảo vệ các bể mặt làm việc khỏi bụi bẩn và các hạt kim loại, bố trí các cơ cấu trong hộp kín và lót kín tốt

d) Sử dụng các hệ thống tĩnh định và tự cân bằng nhờ đó các khuyết tật trong chế tạo

sẽ ảnh hưởng ít hơn đến sự phân bố tải trọng

e) Trường hợp trong quá trình sử dụng máy thường xuất hiện các quá tải ngẫu nhiên

thì trong hệ thống cần có thiết bị an toàn như ly hợp an toàn hoac role

g) Sử dụng rộng rãi các chi tiết máy, bộ phận máy và kết cấu tiêu chuẩn sẽ tạo ra các sản phẩm có chất lượng cao và đồng nhất nhờ chúng được chế tạo ở các nhà máy chuyên môn với các phương pháp gia công tiên tiến trên cơ sở tích lũy được nhiều kinh nghiệm thiết

Khi lắp ghép các chi tiết với nhau người ta phân biệt mặt bao - được gọi là lỗ và mặt

bị bao được gọi là trục Kích thước các bể mặt lắp ghép của lỗ và trục được gọi là kích thước danh nghĩa của mối ghép Để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, kích thước thực đo trực tiếp trên các chi tiết máy, phải nằm giữa các kích thước giới hạn cho phép, hiệu giữa hai kích thước nay là dung sai Hiệu giữa các kích thước giới hạn lớn nhất hoặc nhỏ nhất và kích thước danh nghĩa, tương ứng 18 sai lệch trên hoặc sai lệch dưới

Nếu ký hiệu D và d lần lượt là đường kính danh nghĩa của lỗ và trục, theo hình 2.2 ta có:

Tp và Tụ - dung sai đường kính lỗ và trục;

Eg va E; - sai lệch trên và sai lệch dưới của lỗ;

e, va e; - sai lệch trên và sai lệch dưới của trục

Đường thẳng tương ứng với kích thước danh nghĩa, từ đó đặt các sai lệch của kích thước, được gọi là đường không

Tùy theo vị trí tương đối của các miền dung sai của lỗ và trục, có thể phân ra lắp ghép

có độ hở S (hình 2.2a), lắp ghép trung gian (hình 2.2b) và lắp ghép có độ đôi N (hình 2.2c) Lắp có độ hở được dùng trong những mối ghép động (thí dụ trong ổ trượt) hoặc ở các mối ghép cố định nếu cần đảm bảo sự tháo lắp nhẹ nhàng và không yêu cầu cao về độ đồng tâm của các chỉ tiết được ghép Tuỳ thuộc vào sự phối hợp của các kích thước D và d, lắp trung gian có thể có độ hở hoặc độ dôi Chúng được sử dụng trong các mối ghép cố định yêu cầu