Bài giảng môn học chi tiết máy 1a

Chương 2: CÁC CHỈ TIÊU CHỦ YẾU VỀ KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA CHI TIẾT MÁY Nhắc lại khái niệm Khả năng làm việc: Là khả năng của CTM và máy có thể hoàn thành các chức năng đã định mà vẫn đảm

Trang 1

Bộ môn: Cơ sở thiết kế máy

Khoa Cơ khí, ĐHKTCN

Trang 2

Thông tin giáo viên

• Họ tên: Nguyễn Văn Dự.

Trang 3

0.1 Khái niệm và định nghĩa chi tiết máy

0.1.1 Máy

Máy là một dạng công cụ lao động

thực hiện một/nhiều chức năng nhất định, phục vụ cho lợi ích của con người

Ví dụ : ……….?

+ Máy bay, Ô tô, Xe máy, Máy cày, Máy gặt … (Máy công tác)

Trang 6

0.2 Nhiệm vụ, Nội dung, Tính chất môn học

Nhiệm vụ:

Cấu tạo, Nguyên lý làm việc, Cách tính toán thiết kế CTM công dụng chung.

Nội dung :

1 Những vấn đề cơ bản trong tính toán thiết kế máy và chi tiết máy.

2 Các tiết máy truyền động: Bánh răng, Bánh vít, Đai …

3 Các tiết máy đỡ nối: Trục, ổ …

4 Các tiết máy ghép: Bu lông, Đinh tán …

Tính chất :

Trang 7

1.1 Khái quát các yêu cầu đối với máy và CTM

Đại cương về Thiết kế máy và Chi tiết máy

- Khả năng làm việc

- Độ tin cậy

- An toàn cho sử dụng

-Tính công nghệ và kinh tế

Trang 8

Chương 1:

1.2 Nội dung, đặc điểm, trình tự thiết kế máy và chi tiết máy

1.2.1 Nội dung và trình tự thiết kế máy

6 Lập hướng dẫn sử dụng & thuyết minh

Trang 9

1.2.2 Nội dung và trình tự thiết kế chi tiết máy

1 Lập sơ đồ tính toán

2 Xác định tải trọng tác dụng

3 Chọn vật liệu và chế độ nhiệt luyện phù hợp

4 Tính toán toán sơ bộ các kích thước

Trang 10

Ví dụ: Lập sơ đồ tải trọng để tính thiết kế trục

Chương 1:

Trang 11

1.2.3 Đặc điểm thiết kế chi tiết máy

- Kết hợp lý thuyết và thực nghiệm

-Kết hợp tính toán bằng toán học với các điều kiện biên về quan hệ

lực, biến dạng; quan hệ kết cấu khi cần.

- So sánh nhiều phương án có thể để chọn phương án tối ưu

Trang 12

Tải trọng thực tế đặt lên CTM trong qua trình làm việc

Lưu ý: Tải trọng là đại lượng véc tơ, được xác định bởi các thông

số: cường độ, phương, chiều, điểm đặt và đặc tính (thay đổi) của

tải trọng

Trang 13

Phân loại tải trọng:

Tải trọng không đổi Tải trọng thay đổi Tải trọng va đập

M

* Căn cứ tính chất thay đổi của tải trọng

Trang 14

* Căn cứ tính chất dịch chuyển của tải trọng

- Tải trọng cố định - Tải trọng di động

- Tên các đại lượng tải trọng dùng khi tính toán CTM

+ Tải trọng tương đương

+ Tải trọng danh nghĩa

+ Tải trọng tính toán

Chương 1:

Trang 15

1.3.2 Ứng suất:

- Khái niệm: Lực / Diện tích chịu lực

- Đơn vị: MPa (Mega Pascal) (1 MPa = 1 N/mm 2 )

Trang 16

Chương 1:

Ứng suất không đổi (Ứng suất tĩnh )

Trang 18

Chương 1:

Phân loại chu trình ứng suất?

- Dựa vào hệ số tính chất chu kỳ, r

-Tuần hoàn đối xứng -Tuần hoàn không đối xứng

-Khác dấu -Cùng dấu

-Mạch động dương -Mạch động âm

- Dựa vào tính ổn định của σa và σm

-Ổn định -Bất ổn định

Trang 19

* Ứng suất dập

Trang 21

1.3.3 Quan hệ giữa tải trọng và ứng suất

- Tải trọng không đổi có thể gây nên ứng suất thay đổi.

- Tải trọng thay đổi có thể gây nên ứng suất không đổi.

Bạn có thể lấy ví dụ và vẽ đồ thị ứng suất thay đổi theo thời gian?

Trang 22

Chương 2:

CÁC CHỈ TIÊU CHỦ YẾU

VỀ KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA CHI TIẾT MÁY

Nhắc lại khái niệm

Khả năng làm việc: Là khả năng của CTM và máy có thể hoàn thành các

chức năng đã định mà vẫn đảm bảo …

Độ bền Độ cứng Độ chịu nhiệt Độ chịu dao động

2.1.

-Khái niệm:

Là khả năng tiếp nhận tải trọng của chi tiết máy

mà không bị phá huỷ trước thời hạn yêu cầu

2.1.1 Khái niệm, Phân loại

Trang 23

- Tróc rỗ bề mặt

vì mỏi-Dập

- Gãy, đứt vìmỏi

Các dạng hỏng phụ thuộc dạng ứng suất và dạng chịu ứng suất

Trang 24

] [ ]

[

]

[

τ τ

σ σ

τ τ

σ σ

Trang 25

2.1.3 Tính độ bền thể tích

a Tính độ bền thể tích khi ứng suất không đổi

b Tính độ bền thể tích khi ứng suất thay đổi

b.1 Dạng hỏng vì mỏib.2 Khái niệm giới hạn mỏi, đường cong mỏib.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến giới hạn mỏib.4 Các biện pháp nâng cao sức bền mỏi

Trang 26

Chương 2:

b.1 Dạng hỏng vì mỏi

- Xảy ra khi chi tiết chịu ứng suất thay đổi, số chu kỳ đủ lớn

- Xảy ra đột ngột, trước khi hỏng không xuất hiện biến dạng dư -Ứng suất lớn nhất sinh ra còn nhỏ hơn nhiều so với ứng suất cho phép theo điều kiện bền tĩnh

Trang 27

b.2 Khái niệm giới hạn mỏi, đường cong mỏi

- Giới hạn mỏi là giá trị ứng suất lớn nhất bắt đầu gây hỏng chi tiết tương ứng với số chu kỳ ứng suất nhất định

- Quan hệ giữa ứng suất

và số chu kì gây hỏng

chi tiết được biểu diễn

bằng đường cong mỏi

.N<N0: G.h mỏi ngắn hạn σr=const

Trang 28

Chương 2:

b.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến giới hạn mỏi

- Ảnh hưởng của vật liệu:

+ Kim loại có độ bền mỏi cao hơn vật liệu không kim loại + Hợp kim đen có độ bền mỏi cao hơn hợp kim màu

+ Thép có độ bền mỏi cao hơn gang

+ Thép HK có độ bền mỏi cao hơn Thép các bon

+ Thép Các bon có hàm lượng cao có độ bền mỏi cao hơn Thép các bon hàm lượng thấp

Trang 29

- Ảnh hưởng của hình dáng kết cấu:

+ Tiết diện thay đổi đột ngột gây tập trung ứng suất, giảm sức bền mỏi

+ Hệ số tập trung ứng suất:

Trang 30

Chương 2:

- Ảnh hưởng của kích thước tuyệt đối:

+ Chi tiết có kích thước càng lớn thì giới hạn mỏi càng thấp

+ Nguyên nhân: Chi tiết có kích thước càng lớn thì

- Chứa càng nhiều khuyết tật Các vết nứt tế vi, rỗ …

trong lòng chi tiết gây tập trung ứng suất, dễ phát sinh mỏi

- Tỷ lệ giữa lớp bề mặt cơ tính tốt với toàn thể tích chi tiết càng giảm.

+ Hệ số kích thước tuyệt đối:

Trang 31

- Ảnh hưởng của công nghệ gia công bề mặt:

+ Lớp bề mặt thường là lớp chịu ứng suất lớn nhất.

+ Các vết nứt tế vi do mỏi thường xuất hiện từ lớp này

+ Ảnh hưởng:

- CTM được gia công tinh, độ nhẵn bề mặt cao sẽ có giới hạn mỏi cao hơn gia công thô, độ nhẵn thấp.

- CTM được tăng bền bề mặt như phun bi,lăn, nén…

sẽ được tăng độ bền mỏi

Trang 32

Chương 2:

- Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất:

+ CTM chịu ứng suất đơn sẽ có độ bền mỏi cao hơn khi chịu ứng suất phức tạp

+ CTM chịu ứng suất nén thay đổi có độ bền mỏi cao nhất CTM chịu ứng suất thay đổi khác dấu (r<1) có độ bền mỏi thấp nhất.

Trang 33

b.4 Các biện pháp nâng cao sức bền mỏi

+ Các biện pháp kết cấu

- Bố trí những chỗ gây tập trung ƯS ở xa vùng chịu ƯS lớn

- Tại những chỗ chuyển tiếp nên dùng góc lượn có bán kính lớn nhất có thể dùng góc lượn elip

- Dùng then hoa răng thân khai thay cho then hoa răng chữ nhật

- Với các mối ghép có độ dôi phải vát mép, làm mềm hoặc khoét rãnh thoát tải ở mayơ

+ Các biện pháp công nghệ

Trang 34

Chương 2:

b.5 Tính bền thể tích mỏi khi ƯSTĐ ÔĐ

- Nếu CTM làm việc với số chu kỳ ứng suất N ≥ N0 :

Trang 35

b.5 Tính bền thể tích mỏi khi ƯSTĐ KÔĐ

'

= +

+ +

⇔

=

Trang 36

2

' 2 1

N N

N

1

'

2 2

' 2 2

1 1

' 1

n

m n

n

m n m

m m

m

N

N N

N

σ

σ σ

σ

1

'

' 2 2

' 1

1 N + N + + Nn =

m n

m

σ

Trang 37

0

'

' 2 2

' 1

N

N N

N

m r

n

m n

m m

σ

σ σ

σ

10

n

i

m i

σ σ

Trang 38

Chương 2:

Có 2 cách biến đổi công thức trên để tính ƯSGH:

Cách 1: Chọn ứng suất danh nghĩa là σmax, số

chu kỳ tương đương được tính dựa theo đường

cong mỏi:

E m

n

i

m r i

N

1

' max

Q

Q N

Hay

1

' '

max

Trang 40

Chương 2:

Cách 2: Chọn số chu kỳ tương đương là tổng số

các chu kỳ N i , ứng suất tương đương được tính dựa theo đường cong mỏi:

Với NΣ = ∑n Ni

Trang 41

Tính σlim:

- Nếu NΣ ≥ N0: σlim=σr

Trang 42

2.1.3.1 Phương trình cơ bản:

Trang 43

-Ứng suất sinh ra σH tính theo công thức Hec

-Ứng suất cho phép [σH] xác định theo bền tĩnh tiếp xúc (Tránh biến dạng bề mặt)

Trang 44

Chương 2:

b Tính bền tiếp xúc khi ứng suất thay đổi:

b.1 Dạng hỏng tróc rỗ bề mặt:

Trang 46

Chương 2:

b.2.1 Khi ứng suất tiếp xúc thay đổi không ổn định

Q

Q N

'

Tương tự khi tính bền thể tích, lưu ý:

- Với cách tính 1:

Trang 47

m n

i

m H td

- Với cách tính 2:

'

' '

m

n

i

m H td

Trang 48

Chương 2:

Nhắc lại khái niệm

Khả năng làm việc: Là khả năng của CTM và máy có thể hoàn thành các

Trang 50

- Nếu một CTM không đủ độ cứng:

+ Độ chính xác làm việc của nó giảm, có thể làm giảm

độ chính xác của toàn máy.

Chương 2: CÁC CHỈ TIÊU CHỦ YẾU VỀ KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA CHI TIẾT MÁY

−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−

2.2 Độ cứng

+ Có thể gây kẹt, không làm việc được.

+ Gây hoặc tăng tải trọng phụ trong máy.

+ Ảnh hưởng xấu đến các tiết máy liên quan Ví dụ: Trục không đủ cứng làm tăng tập trung tải trọng cho bánh

răng lắp trên nó và bánh răng ăn khớp với bánh đó.

Trang 52

Trang 53

2.2.4 Nâng cao độ cứng:

- Chọn tiết diện chịu lực hợp lý Nên dùng tiết diện rỗng

- Giảm chiều dài và/hoặc tăng momen chống uốn

- Sử dụng gối đỡ phụ, gân tăng cứng nếu có thể

Trang 54

- Mòn: xảy ra khi 2 vật thể tiếp xúc dưới áp lực,

trượt tương đối với nhau

- Độ chịu mài mòn: là khả năng CTM có thể làm

việc trong thời gian yêu cầu mà không bị mòn

quá mức cho phép

Trang 55

2.3.2 Tác hại của mòn:

- Làm giảm độ chính xác của máy, dụng cụ đo

- Làm giảm hiệu suất của máy- Ví dụ động cơ

- Làm tăng khe hở trong các mối ghép động, dẫn đến tăng ồn, gây tải động phụ

- Làm mất lớp bề mặt có cơ tính tốt – đẩy nhanh

Trang 56

−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−

2.3 Độ chịu mài mòn

2.3.3 Diễn biến quá trình mòn:

3 giai đoạn: Chạy rà-> Bình ổn –> Khốc liệt

Trang 57

- Giai đoạn 1: Chạy rà

- San bớt nhấp nhô bề mặt sau gia

Trang 58

Trang 59

- Giai đoạn 3: Mòn khốc liệt (phá hỏng)

- Lượng mòn, tốc độ mòn đều tăng rất nhanh

- Không nên để CTM làm việc ở

gia đoạn này Nên thay thế CTM

khi nó làm việc ở cuối giai đoạn

mòn bình ổn

Trang 60

- Đảm bảo chế độ bôi trơn (Giảm ma sát).

- Chọn cặp vật liệu hợp lý (Hệ số ma sát)

- Cải thiện chất lượng bề mặt (Giảm ma sát)

Trang 62

Nhiệt trong các máy công tác thường

do ma sát sinh ra.

Trang 63

2.4.2 Tác hại của nhiệt

- Làm giảm cơ tính vật liệu -> Giảm khả năng chịu tải

- Làm giảm độ nhớt chất bôi trơn -> Tăng mòn

- Biến dạng nhiệt -> cong, vênh, kẹt, tập trung tải trọng

Trang 64

2.4.3 Tính khả năng chịu nhiệt

−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−

2.4 Độ chịu nhiệt

- Có thể kiểm tra khả năng làm việc về

nhiệt hoặc thiết kế làm mát dựa vào

phương trình cơ bản:

]

[ o bq

Trang 65

- Nhiệt độ bình quân sinh ra do ma sát có

thể tính dựa vào phương trình cân bằng

) 1

(

3600 − η P KJ h

= Ω

Trang 66

o o

o t

A t là diện tích tản nhiệt (Txúc với môi trường), m2

- Vậy phương trình cân bằng nhiệt:

) (

) 1

(

t t

k A

− η

Trang 67

- Nếu máy đã thiết kế, có thể tính nhiệt độ

làm việc của các CTM bên trong:

) (

) 1

(

860

C

t k

A

P

t t

o = − η +

- Nếu đang thiết kế máy, có thể tính diện

rồi kiểm tra có nhỏ hơn trị số yêu cầu hay không?

Trang 68

−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−

2.4 Độ chịu nhiệt

) (

) 1

(

860

C

t k

A

P

t t

2.4.4 Các biện pháp giảm nhiệt độ

- Hiệu suất máy η?

- Diện tích tản nhiệt At?

- Hệ số tản nhiệt kt ?

Trang 69

2.5 Độ chịu dao động

2.5.1 Khái niệm

Là khả năng làm việc bình thường của CTM trong một điều kiện nhất định mà không bị dao động quá trị số cho phép.

Trang 70

−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−

2.5 Độ chịu dao động

Nguyên nhân gây dao động

- Máy có chuyển động gián đoạn

- Máy hoặc tiết máy quay không cân

bằng

- Do các dao động lân cận truyền đến

Trang 71

2.5.2 Tác hại của dao động

- Gây tải động phụ làm giảm bền

- Gây rung động làm giảm độ chính xác

- Gây ồn

- Có thể phá hỏng máy nếu xảy ra cộng hưởng

Trang 72

- Khi không tính được biên độ, tính tránh

cộng hưởng bằng cách không cho tần số dao động cưỡng bức bằng số nguyên lần tần số dao động riêng.

Trang 73

- Quan tâm hạn chế dao động bằng cách:

+ Tránh sử dụng vật quay không cân bằng

+ Cách ly với các máy khác

+ Thay đổi thông số động lực học để tránh cộng hưởng

+ Sử dụng các biện pháp giảm chấn

Trang 74

Chương 3:

ĐỘ TIN CẬY, TÍNH CÔNG NGHỆ VÀ TÍNH KINH TẾ

3.1 Độ tin cậy

Độ tin cậy là mức độ duy trì các chỉ tiêu

khả năng làm việc của máy, chi tiết máy

trong suốt thời gian sử dụng theo quy

định

Độ tin cậy được coi là cao nếu máy và chi tiết máy ít xảy ra hỏng hóc , tốn ít thời gian

Trang 75

- Xác suất làm việc không hỏng hóc, R(t)

R càng cao, độ tin cậy càng lớn.

- Cường độ hỏng hóc, λ(t)

Tại thời điểm λ thấp, độ tin cậy càng cao.

- Tuổi thọ: Thời gian từ lúc bắt đầu làm việc đến khi hỏng, tH

tH càng cao, độ tin cậy càng cao.

Trang 76

Chương 3: ĐỘ TIN CẬY, TÍNH CÔNG NGHỆ VÀ TÍNH KINH TẾ

3.1 Độ tin cậy:

3.1.3 Các biện pháp nâng cao độ tin cậy

- Cố gắng sử dụng kết cấu đơn giản

- Nâng cao độ chính xác tính toán

- Chọn các phương pháp gia công tin cậy

- Nâng cao độ chính xác kiểm tra

- Tuân thủ quy trình sử dụng máy

- Có thể tăng độ tin cậy tại khâu yếu bằng cách

Trang 77

3.2 Tính công nghệ và tính kinh tế

CTM có tính công nghệ và kinh tế cao nếu:

- Thỏa mãn các yêu cầu về khả năng làm

việc.

- Chi phí chế tạo thấp, trong điều kiện hiện có.

Trang 78

Chương 3: ĐỘ TIN CẬY, TÍNH CÔNG NGHỆ VÀ TÍNH KINH TẾ

3.2 Tính công nghệ và kinh tế:

3.2.2 Các yêu cầu chính của tính công nghệ

Trang 79

4.1 Yêu cầu đối với vật liệu

- Thỏa mãn các yêu cầu về khả năng làm việc của CTM.

- Đảm bảo thỏa mãn yêu cầu về khối lượng và kích thước.

- Có khả năng áp dụng các phương pháp gia công để

tạo nên chi tiết.

Trang 81

4.3 Vật liệu thường dùng chế tạo các CTM

4.3.1 Kim loại và hợp kim đen

- Độ bền, độ cứng cao

- Rẻ tiền

- Có khả năng nhiệt luyện, hóa nhiệt luyện

- Khối lượng riêng lớn, dễ bị rỉ

Trang 82

Chương 4: CHỌN VẬT LIỆU CHO CHI TIẾT MÁY

4.3 Vật liệu thường dùng

4.3.2 Kim loại và hợp kim màu

- Có khả năng chịu ô xi hóa, giảm ma sát

- Đắt tiền, độ bền thấp

4.3.3 Gốm

- Độ bền cao, có khả năng tự bôi trơn

- Đắt tiền, khó chế tạo

4.3.4 Vật liệu phi kim loại

- Nhẹ, dễ tạo hình, cách điện, cách nhiệt

Trang 83

5.1 Khái niệm

Là sự quy định thành tiêu chuẩn, quy cách về hình dạng, kích thước, kiểu dáng, các thông số cơ bản cho các sản phẩm

5.2 Ý nghĩa

- Hạn chế chủng loại và kích thước sản phẩm, có thể sản xuất loạt, làm giảm giá thành.

Trang 84

Chương 5:

TIÊU CHUẨN HÓA

5.3 Những đối tượng được tiêu chuẩn hóa

- Các thông số cơ bản: Dãy kích thước, tốc độ

quay, độ côn, các ký hiệu bản vẽ

- Đơn vị đo

- Cấp chính xác, chất lượng bề mặt

- Hình dáng, kích thước các CTM công dụng chung

- Các thông số cấu tạo:Modun răng, kích thước ren…

Trang 85

- Tiêu chuẩn quốc gia Việt nam: TCVN

- Tiêu chuẩn quốc tế: ISO

Trang 87

0.1.2 Nguyên nhân sử dụng TĐCK:

- Tốc độ các bộ phận công tác có nhiều giá trị khác nhau Æ dùng động cơ tốc độ chuẩn + TĐCK rẻ, tiện hơn

- Dùng TĐCK cho phép từ 1 động cơ có thể truyền đến nhiều bộ phận công tác khác nhau

- Dạng chuyển động của các bộ phận công tác

thường đa dạng (quay đều, quay không đều, quay lắc, tịnh tiến khứ hồi…), không có động cơ thỏa mãn

Định dạng
Số trang	230
Dung lượng	1,6 MB