bài giảng chi tiết máy

bài giảng được biên soạn do thầy Đỗ Đức Nam giảng viên của trường đại học Bách Khoa Hà Nội. nội dung bài được biên soạn rất chi tiết dựa trên kinh nghiệm giảng dạy nhiều năm của thầy.

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BỘ MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY VÀ ROBOT

BÀI GIẢNG MÔN HỌC

CHI TIẾT MÁY

1

1 Khái niệm về chi tiết máy (CTM)

- Liên quan mật thiết

đến chức năng của máy

- Ví dụ: trục khuỷu,

thanh truyền

3

Lý thuyết: xây dựng trên cơ sở các môn học:

toán, vật lý, cơ lý thuyết, sbvl, nlm, vật liệu

4

Chi tiết máy, Tập 1,2 NXB Giáo dục

2 Trịnh Chất, Lê Văn Uyển

Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, Tập 1,2

5

1 Các yêu cầu cơ bản đối với máy và CTM

a Hiệu quả sử dụng

Hiệu suất cao, tốn ít năng lượng, độ chính xác

cao, chi phí vận hành thấp

b Khả năng làm việc

Hoàn thành các chức năng yêu cầu mà vẫn giữ

được độ bền, không thay đổi kích thước

c 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

CHƯƠNG 1 Những vấn đề cơ bản về thiết kế CTM

1 Các yêu cầu cơ bản đối với máy và CTM

2 Tải trọng và ứng suất

2.1 Tải trọng

- Tải trọng là lực, momen tác động lên

CTM trong quá trình làm việc (Kí hiệu Q)

- Phân loại:

• Tải trọng tĩnh: không đổi theo t/g

• Tải trọng động: thay đổi theo t/g

(phương, chiều, độ lớn, điểm đặt)

Tải trọng va đập: tăng mạnh và giảm

nhanh

8

CHƯƠNG 1 Những vấn đề cơ bản về thiết kế CTM

Trong tính toán CTM: 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 CTM ở chế độ ổn định Thường chọn tải trọng lớn hoặc tải trọng

tác động lâu dài nhất

- Với tải trọng thay đổi nhiều mức, thay

thế bằng tải trọng một mức Tải trọng tương đương (Qtđ)

9

Tương đương về khả năng làm việc, tuổi

CHƯƠNG 1 Những vấn đề cơ bản về thiết kế CTM

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

trọng, mức độ chấn động, điều kiện làm việc

Q t = Q tđ K t

Kt :hệ số > 1, phụ thuộc nhiều yếu tố

11

CHƯƠNG 1 Những vấn đề cơ bản về thiết kế CTM

13

- Tiếp xúc đường (trụ - trụ, trụ - mphẳng)





2

n M

H

q Z

2 1

2 1

) 1

( )

1 (

2

E E

E E

CHƯƠNG 1 Những vấn đề cơ bản về thiết kế CTM

15

c Các đặc trưng của ứng suất thay đổi

 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 kỳ ứng suất: là thời gian thực hiện

một chu trình

CHƯƠNG 1 Những vấn đề cơ bản về thiết kế CTM

17

Căn cứ và r -> các dạng chu trình

- Chu trình đối xứng r = -1

- Chu trình mạch động r = 0

18

3 Độ bền mỏi

3.1 Hiện tƣợng phá hủy vì mỏi

Khi CTM chịu us thay đổi theo chu kỳ, sau một số chu trình thì CTM bị phá hủy

Sự phá hủy xảy ra đột ngột, không có biến dạng dư

Giá trị us gây ra phá hủy << giới hạn bền của vật liệu

3.1 Hiện tượng phá hủy vì mỏi

Nguyên nhân: Do sự phát triển các vết nứt tế vi

19

Vết gẫy do mỏi

Vết gẫy do us tĩnh

 Khả năng CTM chống lại sự phá hủy vì

mỏi gọi là độ bền mỏi

 Đối với nhiều loại vật liệu, tồn tại giá trị

us giới hạn mà tác dụng với một số chu trình rất lớn mà vẫn không phá hủy chi tiết -> gọi là giới hạn mỏi

3.2 Đường cong mỏi

giữa us với số chu trình thay đổi us

(N) mà CTM chịu được cho đến khi

Phương trình đường cong mỏi

Đối với kim loại màu :

Không có đoạn nằm ngang

Trong thí nghiệm người ta sử dụng mẫu có:

Trong thực tế các chi tiết máy có hình dạng, kích thước, độ nhám bề mặt khác mẫu Để xác định

giới hạn mỏi của chi tiết máy -> các yếu tố ảnh

hưởng đến độ bền mỏi

24

3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi

3.3.1 Ảnh hưởng của hình dạng kết cấu

Nguyên nhân: tại những nơi thay đổi hình dạng

có sự tập trung ứng suất Ví dụ: trục

Hệ số tập trung ứng suất lý thuyết

3.3.1 Ảnh hưởng của hình dạng kết cấu

toán thực tế nhiều khi không thích hợp

Hệ số tập trung ứng suất thực tế

3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi

3.3.2 Ảnh hưởng của kích thước tuyệt đối

Chi tiết có kích thước càng lớn thì giới hạn mỏi giảm

Nguyên nhân:

 Do sự không đồng đều về cơ tính cũng như

nhiều khuyết tật hơn

 Chiều dày tương đối của lớp bề mặt được

tăng bền nhờ gia công cơ hoặc nhiệt luyện giảm xuống

27

3.3.2 Ảnh hưởng của kích thước tuyệt đối

Hệ số ảnh hưởng kích thước tuyệt đối

rd0 rd0 : giới hạn mỏi của mẫu có kích thước

3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi

3.3.3 Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt

Bề mặt của chi tiết được đánh bóng hoặc được gia công đặc biệt làm cho cứng có tác dụng

làm tăng giới hạn mỏi

Hệ số trạng thái bề mặt 

công tăng bền (phun bi, cán lăn …)

nhưng không gia công tăng bền

29

3.3.4 Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất

Thực tế r  -1, m  0

Hệ số ảnh hưởng của ứng suất trung bình

 

30

3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi

Giới hạn mỏi của chi tiết được tính thông qua giới hạn mỏi của mẫu như sau:

31

Các biện pháp chế tạo

theo chu kỳ(tăng tính đàn hồi của kết cấu)

suất

Các biện pháp công nghệ

loại trừ các vết nứt phá sinh trong quá trình gia công cắt gọt

luyện, hóa-nhiệt luyện

32

4 Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM

4 Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM

4.2 Độ cứng

là khả năng chống biến dạng của CTM khi chịu tác động của tải trọng ngoài

Độ cứng thể tích: liên quan đến biến dạng thể tích

Độ cứng tiếp xúc: liên quan đến biến dạng các lớp

4 Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM

4.3 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 tiếp xúc

- Giảm hiệu suất (vd: xy lanh và pittông)

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

4 Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM

4.4 Khả năng chịu nhiệt

Trong quá trình làm việc do ma sát trong các cơ cấu, nhiệt độ của chi tiết máy tăng lên

Ảnh hưởng của nhiệt độ:

- Giảm khả năng làm việc

- Biến dạng nhiệt gây cong vênh

- Giảm độ nhớt dầu

39

Nguyên tắc tính nhiệt: dựa trên phương trình cân

bằng nhiệt

nhiệt lượng sinh = nhiệt lượng thoát

P(1-) = AKt(t-t0)

Phương pháp nâng cao khả năng chịu nhiệt

- Tăng diện tích thoát nhiệt

- Tăng hệ số thoát nhiệt (làm mát bằng nước, quạt

4 Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM

- Gây ứng suất phụ thay đổi theo chu kỳ

- Giảm khả năng làm việc của máy VD dao động trong các máy công cụ làm giảm độ chính xác gia

Biện pháp nâng cao độ ổn định dao động

- Triệt tiêu nguyên nhân gây dao động

- Thay đổi các thông số động học động lực học

- Thiết kế các bộ phận chống rung (giảm chấn)

42

5 Những vấn đề chung về tính toán và thiết kế CTM

5.1 Đặc điểm tính toán và thiết kế CTM

Tính toán dựa các công thức lý thuyết hoặc thực nghiệm

Tính theo 2 giai đoạn:

- Tính thiết kế

- Tính kiểm nghiệm

43

5.1 Đặc điểm tính toán và thiết kế CTM

Tính thiết kế: xuất phát từ điều kiện làm

việc, tải trọng tác động tìm ra 1 kích thước chính rồi suy ra các kích thước còn lại (chú

ý đến các tiêu chuẩn, các yêu cầu về công

5 Những vấn đề chung về tính toán và thiết kế CTM

5.1 Đặc điểm tính toán và thiết kế CTM

Kiểm nghiệm: sau khi thiết kế sơ bộ, có

hình dạng, kích thước, kết cấu cụ thể phải

kiểm nghiệm lại để đảm bảo các chỉ tiêu

5 Những vấn đề chung về tính toán và thiết kế CTM

5.2.1 Ứng suất giới hạn

Độ bền tĩnh:

Độ bền mỏi: lim phụ thuộc số chu trình N và chế

độ thay đổi ứng suất

47

a Ứng suất thay đổi ổn định

- Chi tiết máy làm việc lâu dài N  N0,

K 

5 Những vấn đề chung về tính toán và thiết kế CTM

b ứng suất thay đổi không ổn định

Ni là số chu kỳ chịu tải ứng với mức ứng

suất i

Khi chi tiết máy chịu ứng suất thay đổi

không ổn định, ta chuyển về chế độ làm

việc ổn định với ứng suất lớn nhất là 1

trong chu kỳ chịu tải tương đương Ntđ

49

b ứng suất thay đổi không ổn định

5 Những vấn đề chung về tính toán và thiết kế CTM

5.2.2 Hệ số an toàn

Do điều kiện làm việc thực tế có nhiều yếu tố chưa

tính đến nên trong tính toán cần đưa vào hệ số an

toàn nhằm đảm bảo cho kết cấu có độ an toàn cần

5.3 Vật liệu

Các yêu cầu chung đối với vật liệu là

 Phù hợp với các chỉ tiêu về khả năng làm

việc của chi tiết máy như độ bền, độ cứng…

 Đáp ứng các yêu cầu về khối lượng và kích

thước của chi tiết máy

 Có tính công nghệ thích ứng với hình dạng

chi tiết máy và phương pháp gia công

52

5 Những vấn đề chung về tính toán và thiết kế CTM

53

5.3 Vật liệu

thường được sử dụng dưới dạng hợp kim

màu như đồng thanh, đồng thau, babít… ưu điểm là có tính giảm ma sát, chống rỉ

nhưng đắt tiền nên chỉ được dùng khi cần

thiết

54

5 Những vấn đề chung về tính toán và thiết kế CTM

5.3 Vật liệu

nung và ép bột kim loại với các chất phụ

gia, có ưu điểm là khó nóng chảy, hệ số ma sát thấp nhưng giá thành cao, kích thước bị hạn chế bởi điều kiện chế tạo

55

5.4 Những vấn đề về tiêu chuẩn hóa

Tuân thủ các tiêu chuẩn

- Hình dạng

- Kích thước (thường lấy tròn đến 0 và 5mm)

- Đk kỹ thuật

56

Câu hỏi ôn tập

1 Tải trọng, các loại tải trọng?