giáo án chế tạo máy

CHƢƠNG I TÍNH ĐỔI LẪN CHỨC NĂNG 1.1. Khái niệm về tính đổi lẫn chức năng.  Đảm bảo và nâng cao chất lƣợng sản phẩm (CLSP) nói chung trong đó có sản phẩm cơ khí là một yêu cầu khách quan, tất yếu và ngày càng trở thành một vấn đề thiết yếu. Chƣơng 1 1.1 KN 1.2 MĐMH 1.3 ĐTMH  Để nâng cao CLSP phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nhƣ: kết cấu hợp lý, sử dụng vật liệu phù hợp, ứng dụng công nghệ tiên tiến, phƣơng pháp nhiệt luyện thích hợp … Nhƣng trong đó, nguyên tắc thiết kế và chế tạo sản phẩm có tác dụng quan trọng để sản phẩm đạt chất lƣợng cao.

CHƯƠNG I

TÍNH ĐỔI LẪN CHỨC NĂNG

1.1 Khái niệm về tính đổi lẫn chức năng

 Đảm bảo và nâng cao chất lượng sản

phẩm (CLSP) nói chung trong đó có sản phẩm cơ khí là một yêu cầu khách quan, tất yếu và ngày càng trở thành một vấn đề

 Để nâng cao CLSP phụ thuộc vào rất

nhiều yếu tố như: kết cấu hợp lý, sử dụng vật liệu phù hợp, ứng dụng công nghệ tiên tiến, phương pháp nhiệt luyện thích hợp … Nhưng trong đó, nguyên tắc thiết kế và chế tạo sản phẩm có tác dụng quan trọng để sản phẩm đạt chất lượng cao

 Khi thiết kế chế tạo một máy hay bộ phận máy, tùy theo chức năng của chúng

mà người thiết kế phải đề ra một số thông

số kỹ thuật tối ưu như: độ bền, độ chính xác, năng suất, hiệu suất, lượng tiêu hao nhiên liệu … Thông số này được biểu hiện bằng một trị số ký hiệu là A*

 Máy hay bộ phận máy được cấu thành

bởi các chi tiết máy Do các chi tiết máy này quyết định tới chất lượng máy cho nên

nó cũng đòi hỏi phải có một thông số kỹ thuật A i nào đó như: độ chính xác kích thước, hình dáng, độ cứng, độ bền… xuất phát từ thông số kỹ thuật của máy hay bộ phận máy

 Mối quan hệ giữa thông số kỹ thuật của

máy A và các thông số kỹ thuật A i của các chi tiết máy được biểu diễn theo quan hệ hàm số như sau:

) (

) , ,

, ( A1 A2 An f Aif

(i = 1  n ) (1.1)

 Người thiết kế mong muốn cho máy đạt

được thông số kỹ thuật tối ưu A* và từ (1.1) xác định được các thông số kỹ thuật tối ưu A i * của CTM

 Tuy nhiên, điều đó không thể thực hiện được vì trong quá trình gia công luôn tồn tại sai số gia công Tức là không thể đạt được các giá trị tối ưu như mong muốn Vì vậy khi thiết kế, người ta cho phép thông

số kỹ thuật A được phép dao động trong phạm vi cho phép xung quanh giá trị A*

Khoảng giá trị cho phép đó ký hiệu là TA

và gọi là “Dung sai của thông số kỹ thuật

A”

 Nếu gọi TAi là „‟Dung sai của thông số kỹ thuật A i ” của chi tiết máy thứ i, thì từ quan

 Như vậy thấy rằng:

- Khi thiết kế, từ TA TA i

- Ngược lại

 Người ta nói rằng các chi tiết máy và

máy được thiết kế theo nguyên tắc này có

“ Tính đổi lẫn chức năng”

1.1.1 Định nghĩa:

 Tính đổi lẫn chức năng (ĐLCN) của CTM

và máy là tính chất của máy móc, thiết bị và những chi tiết cấu thành nó đảm bảo khả năng lắp ráp (hoặc thay thế khi sửa chữa) không cần lựa chọn, sửa đổi hoặc điều chỉnh mà vẫn đạt đƣợc các yêu cầu kỹ thuật không phụ thuộc vào độ chính xác chế tạo

1.1.2 Các dạng đổi lẫn chức năng:

 Tính đổi lẫn chức năng hoàn toàn:

 Tính đổi lẫn chức năng không hoàn toàn:

 Đổi lẫn chức năng nội:

 Đổi lẫn chức năng ngoại:

1.1.3 Hiệu quả của tính đổi lẫn chức năng:

 Hiệu quả đối với quá trình thiết kế:

 Giảm nhẹ được khối lượng công việc

thiết kế qua đó giảm thời gian chuẩn bị sản xuất của nhà máy

 Tạo điều kiện cho người thiết kế tạo ra

được các máy móc có các thông số phù hợp, thuận tiện

 Trong chế tạo sản phẩm:

 Là tiền đề về kỹ thuật cho phép phân

công sản xuất giữa các nhà máy, tiến tới chuyên môn hóa sản xuất

 Làm đơn giản hoá quá trình lắp ráp và

tạo điều kiện cho việc tự động hoá quá trình lắp ráp

 Đối với quá trình sử dụng:

 Hạn chế tối đa giờ chết của máy do việc

chờ chế tạo chi tiết hỏng để thay thế

 Không cần bộ phận sửa chữa cồng kềnh,

phức tạp

1.2 Mục đích môn học: 1.3 Đối tƣợng môn học:

Chương 2

2.1KT,SL,DS

2.2 L ghép

2.1.2 Sai lệch

 Sai lệch là hiệu số đại số giữa một kích thước (kích thước thực, kích thước giới hạn ) với kích thước danh nghĩa

 Dung sai gia công được cho trên bản vẽ dưới dạng hai sai lệch so với kích thước danh nghĩa - được gọi là sai lệch giới hạn

Chương 2

2.1KT,SL,DS

2.2 L ghép

 Sai lệch giới hạn: là hiệu số đại số giữa các kích thước giới hạn và kích thước danh nghĩa Bao gồm:

+ Sai lệch trên (ES,es):

2.1.3 Dung sai (T)

 Dung sai là phạm vi cho phép của sai số

Về trị số dung sai bằng hiệu số giữa hai kích thước giới hạn hoặc hai sai lệch giới hạn

 Ý nghĩa:

 Dung sai luôn có giá trị dương

 Dung sai đặc trưng cho độ chính xác yêu

cầu

Chương 2

2.1KT,SL,DS

2.2 L ghép

Hình 2.1 - Sơ đồ biểu diễn kích thước, sai

lệch và dung sai

2.2 Lắp ghép:

2.2.1 Khái niệm về lắp ghép

 Các chi tiết trong máy không đứng riêng

với nhau Chúng được tập hợp trong những đơn vị lắp xác định

 Những bề mặt và kích thước mà dựa

theo chúng để lắp ghép các chi tiết với nhau gọi là những bề mặt lắp ghép và kích thước lắp ghép Một mối ghép bao giờ cũng có chung một kích thước danh nghĩa gọi là kích thước danh nghĩa của lắp ghép

Chương 2

2.1KT,SL,DS

2.2 L ghép

2.2.2 Phân loại.

 Trong ngành chế tạo máy các mối ghép đƣợc sử dụng có thể phân loại theo hình dạng bề mặt lắp ghép:

 Ngoài ra còn có những mối ghép của các

bề mặt phức tạp như: ren, then hoa

 Bề mặt lắp ghép và kích thước lắp ghép

được chia làm hai loại Bề mặt bao hoặc kích thước bao và bề mặt bị bao hoặc kích thước bị bao

Chương 2

2.1KT,SL,DS

2.2 L ghép

 Đặc trưng của mối ghép được xác định

bởi trị số khe hở hoặc độ dôi gọi là đặc tính của mối ghép Đặc tính mối ghép phụ thuộc vào tương quan giữa các kích thước lắp ghép

 Đặc tính mối ghép có thể là độ hở hoặc

độ dôi Nếu gọi D là kích thước bao, d là kích thước bị bao, thì đặc tính mối ghép được quyết định bởi hiệu số D – d

Chương 2

2.1KT,SL,DS

2.2 L ghép

 Nếu D - d > 0 cho mối ghép có độ hở

 Nếu D - d < 0 cho mối ghép có độ dôi

 Dựa vào đặc tính mối ghép người ta

phân ra ba nhóm: lắp có độ hở, lắp có độ dôi và lắp trung gian

Chương 2

2.1KT,SL,DS

2.2 L ghép

Chương 2

2.1KT,SL,DS

2.2 L ghép

S max = (D max – D DN ) - (d min – d DN ) = ES - ei

S min = (D min – D DN ) - (d max – d DN ) = EI – es

Chương 2

2.1KT,SL,DS

2.2 L ghép

 Dung sai của độ hở:

T S = S max - S min = ES - ei - EI + es = T D + T d

Chương 2

2.1KT,SL,DS

2.2 L ghép

 Dung sai của độ dôi:

TN = Nmax - Nmin = dmax - Dmin - (dmin - Dmax) = Td + TD

Chương 2

2.1KT,SL,DS

2.2 L ghép

c) Mối ghép trung gian:

 Trong mối ghép trung gian miền dung sai

Smax = Dmax - dmin = - Nmin

Nmax = dmax - Dmin = - Smin

2

N

S 2

- Dung sai của đặc trưng mối ghép

T N(S) = S max - S min = N max – N min = S max + N max = T D + T d

Chương 2

2.1KT,SL,DS

2.2 L ghép

2.2.3 - Biểu đồ phân bố dung sai

 Để biểu diễn dung sai của một kích

thước trên bản vẽ, người ta ghi giá trị sai lệch ở bên phải giá trị kích thước danh nghĩa Trong đó sai lệch trên ghi ở trên, sai lệch dưới ghi ở dưới Nếu một trong hai sai lệch đối xứng qua đường không người ta ghi dấu ( + ) và giá trị sai lệch đó

Chương 2

2.1KT,SL,DS

2.2 L ghép

 Ngoài ra, để đơn giản và thuận tiện cho

tính toán, người ta còn biểu diễn lắp ghép

dưới dạng biểu đồ

Ví dụ: 20 ; 0,035 40 +0,020 ; 40 + 0,018

008 ,

Ví dụ: loạt lỗ có kích thước: và

loạt trục có kích thước 40 -0,015

020 , 0 005 , 0

 Ý nghĩa: Nhìn sơ đồ phân bố dung sai dễ dàng xác định được giá trị của các sai lệch giới hạn, kích thước giới hạn, dung sai và cũng dễ dàng xác định được đặc tính của lắp ghép

Ví dụ: S min = 5 (m); S max = 35 (m)

Chương 2

2.1KT,SL,DS

2.2 L ghép

CHƯƠNG III

ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG CỦA CÁC

YẾU TỐ HÌNH HỌC

3.1 Khái niệm về độ chính xác gia công

 Mục đích của môn học là nghiên cứu các

nguyên tắc thiết kế và chế tạo sao cho sản phẩm đạt được tính đổi lẫn chức năng (ĐLCN) qua đó đảm bảo chất lượng của sản phẩm và tính kinh tế của nó

 Quan hệ giữa thông số kỹ thuật của máy

A với các bộ phận cấu thành máy A i :

) (

) , ,

, ( A1 A2 An f Aif

 Để sản phẩm đảm bảo tính ĐLCN thì A

đƣợc phép dao động trong một khoảng nào

đó, nghĩa là quy định dung sai cho A một lƣợng TA xung quanh giá trị thông số kỹ thuật tối ƣu A* Theo (1.2) ta có:

 Tuy nhiên các giá trị trên được quyết định bởi quá trình gia công Trong loạt chi tiết gia công, giá trị của một thông số nào

đó thường khác nhau và khác với mong muốn Vì vậy để xác định mối quan hệ (1.2) thì phải biết các yếu tố hình học của chi tiết

có những sai số gì? Đánh giá chúng bằng những thông số nào? Quy luật xuất hiện sai số đó ra sao?

 Nghiên cứu về sai số gia công của các

yếu tố hình học chi tiết là một phần rất quan trọng Điều này giúp ta xác định rõ nguyên nhân và quy luật xuất hiện sai số gia công, từ đó đề ra các biện pháp nâng cao độ chính xác gia công

3.1.1 Định nghĩa:

 Định nghĩa: Độ chính xác gia công là mức độ trùng hợp về các yếu tố hình học của chi tiết gia công với các yếu tố hình học mà sơ đồ gia công yêu cầu

3.1.3 Phân loại sai số gia công:

* Sai số hệ thống:

 Sai số hệ thống cố định:

 Sai số hệ thống biến đổi:

* Sai số ngẫu nhiên:

 Do đặc tính của sai số ngẫu nhiên vì vậy các thông số hình học của loạt chi tiết tạo thành trong quá trình gia công là những đại lượng ngẫu nhiên Để nghiên cứu chúng, phải dùng phương pháp thống kê mới biết được phạm vi xuất hiện của sai số ngẫu nhiên

3.1.2 Các nguyên nhân gây ra SS gia công:

• Máy dùng để gia công có sai số và bị mòn

3.2 Sai số kích thước gia công

3.2.1 Định nghĩa

 Sai số của kích thước gia công là lượng chênh lệch giữa kích thước thực của chi tiết sau khi gia công xong so với khoảng kích thước cho phép (dung sai) của kích thước đó

 Để nghiên cứu sai số của kích thước gia

công, người ta khảo sát kích thước của loạt chi tiết được gia công bằng phương pháp chỉnh sẵn dao Khi gia công cả loạt,

do có sai số gia công làm cho kích thước của chi tiết trong loạt bị phân tán trong một khoảng nào đó được gọi là khoảng phân tán của kích thước gia công Ký hiệu là W

3.2.2 Mục đích nghiên cứu:

 Người ta nghiên cứu sai số kích thước

gia công bằng cách nghiên cứu kích thước gia công, với mục đích nhằm:

- Kích thước gia công có thể có những giá trị phân tán trong một khoảng giới hạn bằng bao nhiêu?

- Trong khoảng giới hạn đó mật độ các chi tiết trong từng vùng là bao nhiêu?

3.2.3 Phương pháp nghiên cứu:

 Sai số kích thước gia công do những sai

số hệ thống và ngẫu nhiên gây ra, do đó sai

số kích thước gia công hay bản thân kích thước gia công cũng là một đại lượng ngẫu nhiên Muốn nghiên cứu đại lượng ngẫu nhiên đó người ta phải dùng thống kê và xác suất là ngành khoa học chuyên nghiên cứu các đại lượng ngẫu nhiên

 Khi gia công do xuất hiện cả sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên nên kích thước gia công của loạt dao động trong miền phân tán có độ lớn

W = X = X max - X min Trong đó:

X max - kích thước lớn nhất của loạt

X min - kích thước nhỏ nhất của loạt

+) W được gọi là khoảng phân tán kích thước gia công của loạt chi tiết Như vậy tất cả các chi tiết gia công sẽ có kích thước nằm trong khoảng W và trong khoảng đó xác suất xuất hiện các chi tiết gia công bằng 1

+) Nếu gọi xác suất xuất hiện các chi tiết trong một khoảng nào đó là P và hàm mật

độ xác suất của kích thước gia công là y

- Xác suất xuất hiện các chi tiết có kích thước trong vùng từ x 1  x 2  W là:

) (

x

x x x

 Như vậy, nếu biết y ta có thể xác định xác suất xuất hiện các chi tiết trong từng vùng Đường cong được gọi là đường cong phân bố mật độ xác suất

 Qua nghiên cứu, nhận thấy rằng các kích

thước gia công bằng phương pháp chỉnh sẵn dao thường có dạng phân bố chuẩn (phân bố Gauss), có phương trình như sau:

2

2

2

) X x

(

e 2

 xi - kích thước các chi tiết trong loạt

 n - số chi tiết trong loạt

  - sai lệch bình phương trung bình

1 X

n

) X x

(

Hình 3.1

Dạng đường cong phân bố chuẩn

 Xác suất xuất hiện các chi tiết gia công

1

2

) (

2

1

x x

X

x x





 Giá trị của y tương ứng một điểm x nào

đó là tần suất xuất hiện các chi tiết có kích thước là x

 Để đơn giản khi tính toán, bằng cách đổi

- khi đó:

) (

)

( 2

1

1 2

2

2 1



- Vì y là hàm chẵn nhận Z = 0 (hay x = ) làm trục đối xứng nên:





X

) (

2 2

1 2

0

2

2

z dz

* Nhận xét:

 Khoảng phân tán của các kích thước gia

công là khoảng sao cho xác suất xuất hiện các chi tiết gia công có kích thước nằm trong khoảng đó bằng 1

 Như vậy khoảng đó phải từ -   +  bởi

vì khi đó:

1 2

) (

P

z W



 Trong kỹ thuật điều ấy không bao giờ xảy ra vì kích thước gia công chỉ có giá trị hữu hạn

 Tuy nhiên, theo bảng tra nhận thấy ứng với z = 3 thì hàm 2(z) = 0,9973  1 với sai

số bằng 0,27% và trong kỹ thuật có thể chấp nhận bỏ qua được

 Vậy ta có thể coi:

1 2

1

3 3

2 )

P

z

W



x z

 Như vậy có thể nói rằng khoảng phân

tán của kích thước gia công được giới hạn bởi:

3.2.4 Kết luận:

 Hầu hết các chi tiết gia công đều có kích

thước nằm trong vùng 6 Nghĩa là khoảng phân tán của kích thước gia công loạt chi tiết W = 6

 Chi tiết thường có kích thước ở gần trung tâm phân bố , các kích thước càng

xa càng ít vì càng gần mật độ xác suất càng cao, càng xa mật độ xác suất càng thấp

3.2.5 Ứng dụng:

 Những kết luận trên giúp ta đánh giá

mức độ sai số của kích thước gia công Xem xét chi tiết có đạt được tính đổi lẫn chức năng hay không và số % phế phẩm là bao nhiêu

 Từ đặc trưng phân bố kích thước gia

công nói trên, trong quá trình gia công ta phải khống chế sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên sao cho các chi tiết gia công đều đạt được tính đổi lẫn chức năng, tức là sao cho khoảng phân tán nằm hoàn toàn trong khoảng dung sai

 Quá trình gia công thường xảy ra các

trường hợp sau:

a/ Để đảm bảo cho quá trình gia công không sinh ra phế phẩm, phải đảm bảo sao cho 6 ≤ T và trung tâm phân bố (TTPB) trùng với trung tâm dung sai (TTDS)

b/ Nếu  lớn nghĩa là W lớn thì mặc dù trung tâm phân bố  trung tâm dung sai thì vẫn có phế phẩm do sai số ngẫu nhiên lớn

- Số phần trăm phế phẩm được xác định bằng xác suất xuất hiện các chi tiết có kích thước nằm ngoài vùng dung sai

0,5 ( )

25

,022

P

P p

c/ Nếu sai số hệ thống lớn làm cho trung tâm phân bố cách xa trung tâm dung sai thì mặc dù 6  T vẫn có khả năng gây phế phẩm 1 phía:

 0 , 5 ( ) 

5 , 0

0

)

P P

P

P p

3.3 Sai số hình dáng hình học

3.3.1 Khái niệm:

 Để đảm bảo độ chính xác yêu cầu các

thông số kỹ thuật của một sản phẩm, khả năng làm việc và tuổi bền của nó thì không thể chỉ bằng độ chính xác kích thước của các thông số hình học mà còn phải đảm bảo độ chính xác về hình dạng và vị trí bề mặt chi tiết