Chương 2 - Độ tin cậy, chỉ tiêu công nghệ và kinh tế

Khái niệm “ Độ tin cậy là mức độ duy trì các chỉ tiêu khả năng làm việc của máy, CTM trong suốt thời gian sử dụng theo quy định” - Máy ít hỏng, tốn ít thời gian sửa chữa  độ tin cậy ca

CHƯƠNG 2

ĐỘ TIN CẬY, CHØ TI£U C¤NG NGHÖ

Vµ KINH TÕ TRONG THIÕT KÕ M¸Y

2.1 ĐỘ TIN CẬY

2.1.1 Khái niệm

“ Độ tin cậy là mức độ duy trì các chỉ tiêu khả năng làm việc của máy, CTM trong suốt thời gian sử dụng theo quy định”

- Máy ít hỏng, tốn ít thời gian sửa chữa  độ tin cậy cao;

- Độ tin cậy là một trong các đặc trưng qua trọng nhất

2.1.2 Các chỉ tiêu đánh giá Độ tin cậy

- Xác suất làm việc không hỏng (R);

2.1.3 Cách xác định các chỉ tiêu

cho một đối tượng

- Lấy ngẫu nhiên N chi tiết máy - đối tượng thử nghiệm (N  60), cho làm việc theo chế độ và thời gian quy định;

- Sau t.gian thử nghiệm, đếm số đối tượng hỏng (NH) và đối tượng làm việc tốt (NT);

𝑁

= 1

(1/7)

Hình 2.1 – Hệ mắc nối tiếp n đối tượng

 n càng nhiều thì Rnt giảm và Fnt tăng  độ tin cậy của hệ giảm;

 Nếu tăng Ri của mỗi đối tượng  Rnt tăng  độ tin cậy của hệ tăng

 Công thức tính:

𝑅𝑛𝑡 = 𝑅1 𝑅2 … 𝑅𝑛 = 𝑅𝑖

𝑛 𝑖=1

; 𝐹𝑛𝑡 = 1 − 𝑅𝑛𝑡 (2.2)

(2/7)

 độ tin cậy của hệ càng lớn;

 Nếu tăng Ri  độ tin cậy của hệ tăng

 Công thức tính:

𝐹𝑠 = 𝐹1 𝐹2 … 𝐹𝑛 = 𝐹𝑖

𝑛 𝑖=1

; 𝑅𝑠 = 1 − 𝐹𝑠 (2.3)

(3/7)

 Thời gian đầu,  (t) tương

đối cao  trong khoảng t1

là t.gian bảo hành máy;

 t2 là khoảng t.gian l.việc ổn định của máy do  (t) thấp và ít đổi;

 t3 là t.gian hỏng, phá hủy của máy do  (t) rất cao  không tính vào t.gian sử dụng máy

 Tuổi bền của máy chỉ gồm t1 và t2

(5/7)

2.1.3 Cách xác định các chỉ tiêu

- Chọn ngẫu nhiên N đối tượng (N  60), cho l.việc trong điều kiện quy định;

- Ghi t.gian hỏng đầu tiên của từng đối tượng (tHi);

- Thời gian l.việc cho đến lần hỏng đầu tiên của loạt sản phẩm khảo sát:

(2.5)

(6/7)

2.1.4 Các biện pháp nâng cao độ tin cậy

- Xác định chính xác tải trọng và ư.suất trong CTM;

2.2 Dung sai lắp ghÐp

VD: đo đường kính trục bằng Panme (có g.trị vạch chia là 0,01mm) được kết quả đo là 24,98mm thì k.thước thực của trục là dth = 24,98

 0,01 mm

(1/2)

2.2.1 Kích thước

- Kích thước giới hạn (trục: dmax , dmin ; lỗ: Dmax , Dmin): là kích thước cho phép lớn nhất và nhỏ nhất của kích thước đã cho;

dmin  dth  dmax (2.7)

Dmin  Dth  Dmax

(2/2)

2.2.2 Sai lệch giới hạn

k.thước giới hạn và k.thước danh nghĩa”

- Sai lệch giới hạn trên (sai lệch trên), trục: es; lỗ: ES:

là hiệu đại số giữa k.thước g.hạn lớn nhất với kích thước danh nghĩa

es = dmax - dN ; ES = Dmax - DN (2.8)

- Sai lệch giới hạn (sai lêch dưới), trục: ei; lỗ: EI: là hiệu đại số giữa kích thước giới hạn nhỏ nhất với kích thước danh nghĩa:

ei = dmin - dN ; EI = Dmin - DN (2.9)

(1/2)

2.2.2 Sai lệch giới hạn

 Chú ý: Trị số sai lệch

 Mang dấu “+” khi k.thước giới hạn > k.thước danh nghĩa;

 Mang dấu “-” khi k.thước giới hạn < k.thước danh nghĩa;

 Bằng “0” khi k.thước giới hạn = k.thước danh nghĩa

Hình 2.4 – Sơ đồ biểu diễn kích thước, sai lệch giới hạn và dung sai

(2/2)

2.2.3 Dung sai

“Trị số dung sai bằng hiệu giữa kích thước giới hạn lớn

giữa sai lệch trên và sai lệch dưới”

 Dung sai kích thước trục (Td): Td = dmax - dmin = es - ei (2.10)

 Dung sai kích thước lỗ (TD): TD = Dmax - Dmin = ES - EI

- Dung sai luôn có giá trị dương;

- Dung sai càng nhỏ  sai số cho phép càng nhỏ  y.cầu

độ chính xác cao;

(1/2)

 Cấp IT5, IT6 sử dụng trong lĩnh vực cơ khí chính xác;

 IT7, IT8 sử dụng trong cơ khí thông dụng;

 IT9 đến IT11 sử dụng trong lĩnh vực cơ khí lớn (chi tiết có kích thước lớn);

 IT12 đến IT16 sử dụng với kích thước yêu cầu gia công thô

(2/2)

2.3 Lắp ghÐp

Hình 2.5

Bề mặt bao ngoài

Bề mặt bị bao bên trong

2.3.1 Khái niệm

“Hai hay một số chi tiết liên kết với nhau một cách cố định (đai ốc vặn chặt vào bulông) hoặc di động (pittông trong xilanh) thì tạo thành mối ghép“

- Bề mặt lắp ghép là những bề mặt mà dựa theo chúng

các chi tiết liên kết với nhau, gồm:

 Bề mặt bao bên ngoài;

 Bề mặt bị bao bên trong

2.3.2 Các loại mối ghép thông dụng

- Lắp ghép bề mặt trơn:

+ Lắp ghép trụ trơn: có bề mặt lắp ghép là bề mặt trụ trơn (H.2.6);

+ Lắp ghép phẳng: có bề mặt lắp ghép là rãnh phẳng (H.2.7);

Hình 2.6 – lắp ghép trụ trơn

Bề mặt bao ngoài

Bề mặt bị bao bên trong

Hình 2.7 – lắp ghép rãnh phẳng

Bề mặt bao ngoài

Bề mặt bị bao bên trong

(1/3)

2.3.2 Các loại mối ghép thông dụng

2.3.2 Các loại mối ghép thông dụng

Hình 2.10 – Lắp ghép truyền động b.răng

(3/3)

2.3.3 Ghi ký hiệu sai lệch và lắp ghép trên bản vẽ

- Trên bản vẽ các sai lệch giới hạn được ghi bằng chữ

hoặc số theo mm, bên cạnh kích thước danh nghĩa;

- VD1: Cách ghi sai lệch kích thước trục (H.2.11)

+ Ký hiệu bằng chữ ∅40𝑓7:

 Đường kính danh nghĩa của trục: dN = 40 mm;

 Sai lệch giới hạn kích thước trục ứng với miền dung

sai f7 (sai lệch cơ bản f, cấp chính xác 7)

+ Ký hiệu bằng số

 Đường kính danh nghĩa của trục: dN = 40mm;

 Sai lệch trên: es = -0,025 mm;

 Sai lệch dưới: ei = -0,050 mm

+ Cũng có thể ghi ký hiệu phối hợp, nhưng

ký hiệu bằng số được đặt trong dấu ngoặc Hình 2.11

0,025 0,05 40

 



(1/3)

- VD2: Cách ghi sai lệch kích thước lỗ (H.2.12)

+ Ký hiệu bằng chữ ∅40𝐻7:

 Đường kính danh nghĩa của lỗ: DN = 40mm;

 Sai lệch giới hạn kích thước lỗ ứng với miền

dung sai H7 (sai lệch cơ bản H, cấp chính xác 7)

+ Ký hiệu bằng số :

 Đường kính danh nghĩa của lỗ: DN = 40mm;

 Sai lệch trên: ES = + 0,025 mm;

 Sai lệch dưới: EI = 0 mm (có thể không ghi)

+ Cũng có thể ghi ký hiệu phối hợp, nhưng ký

hiệu bằng số được đặt trong dấu ngoặc

+ Nếu trị số sai lêch giới hạn bằng nhau mà ngược dấu thì

ghi dấu “±” trước giá trị sai lệch, ví dụ: ∅32 ± 0,0125

0,025 0,05 40

- VD3: Cách ghi sai lệch kích thước trên bản vẽ lắp

 Sai lệch giới hạn kích thước trục ứng với miền dung sai f7;

 Lắp ghép trong hệ lỗ cơ bản, kiểu lắp lỏng H7/f7

Hình 2.13

2.3.3 Ghi ký hiệu sai lệch và lắp ghép trên bản vẽ (3/3)

2.4 Nhám bề mặt

2.4.1.Khái niệm và nguyên nhân

a) Khái niệm:

“Bề mặt chi tiết sau khi gia công không bằng phẳng mà luôn tồn tại những mấp mô gọi là nhám bề mặt”

b) Nguyên nhân:

 Kết quả của quá trình biến dạng dẻo lớp bề mặt;

 Ảnh hưởng của rung động;

 Vết lưỡi cắt để lại trong quá trình gia công

Hình 2.14 – Sơ đồ nhám bề mặt

2.4.2 Chỉ tiêu đánh giá nhám bề mặt

- Sai lệch trung bình số học của prôfin bề mặt (R a , m):

“là trị số trung bình các giá trị tuyệt đối của sai lệch prôfin y

trong giới hạn chiều dài chuẩn L” (H.2.14)

𝑅𝑎 = 𝑦𝑖 𝑑𝑦 ≈ 1

𝑛 𝑦𝑖

𝑛 𝑖=1

𝐿

0

(2.11)

(1/2)

Hình 2.14 – Sơ đồ nhám bề mặt

- Chiều cao mấp mô prôfin theo 10 điểm (R Z , m): “là trị

số trung bình tổng các giá trị tuyệt đối của 5 đỉnh cao nhất

và 5 đáy thấy nhất của prôfin bề mặt trong giới hạn chiều

dài chuẩn L” (H.2.14)

𝑅𝑧 = (ℎ1+ℎ3 + ℎ5 + ℎ7 + ℎ9) − (ℎ2+ℎ4 + ℎ6 + ℎ8 + ℎ10)

2.4.3 TCVN về độ nhám bề mặt

- TCVN chia ra 14 cấp độ bóng bề mặt với chỉ số cấp độ bóng tăng dần tương ứng với Ra , Rz giảm dần, (Bảng)

Cấp độ bóng bề mặt

R a R z Chiều dài chuẩn L,

8 2,5 0,8 0,25 0,08

(1/2)

- Trên bản vẽ chế tạo: dùng ký hiệu √ kèm theo:

 Giá trị bằng số (với chỉ tiêu Ra)

 Ký hiệu Rz và giá trị bằng số (với chỉ tiêu Rz)

- VD: Hình 2.15

Hình 2.15 – Ghi ký hiệu nhám bề mặt chi tiết trên bản vẽ

2.5 Tính công nghệ trong thiết kế

2.5.1.Cơ sở nâng cao tính công nghệ

- Một kế cấu có tính công nghệ khi thỏa mãn:

 Yêu cầu kỹ thuật đặt ra khi thiết kế;

 Thiết kế - chế tạo với chi phí ít nhất (công lao động, phương tiện

và thời gian)

- Cơ sở nâng cao tính công nghệ:

 Máy và chi tiết máy có hình dạng - kích thước hợp lý theo quan

điểm công nghệ;

 Vật liệu bảo đảm yêu cầu liên quan đến công dụng và điều kiện

sử dụng của chi tiết máy;

 Sử dụng các phương pháp công nghệ phù hợp (để đơn giản hóa quá trình chế tạo từ việc chuẩn bị phôi đến tạo hình, kiểm tra, lắp ráp và nghiệm thu sản phẩm);

 Máy và chi tiết máy có khối lượng - kích thước nhỏ gọn;

 Giá thành chế tạo và chi phí sử dụng thấp

2.5.2 Các giải pháp bảo đảm tính công nghệ khi thiết kế

- Áp dụng tính kế thừa trong thiết kế;

 Gắn kết cấu chi tiết máy với quy mô và điều kiện sản xuất;

 Chọn kết cấu chi tiết máy phù hợp với khả năng và điều kiện chế

tạo (sao cho việc gia công diễn ra thuận lợi và nhanh chóng);

 Chọn phương pháp chế tạo phôi phù hợp với đặc điểm kết cấu

của chi tiết máy:

o Ưu tiên sử dụng vật liệu và phương pháp gia công truyền

2.6 TÝnh kinh tÕ cña M¸y vµ CTM

2.6.1 Yêu cầu về tính kinh tế trong thiết kế

1 Chọn vật liệu và phương pháp nhiệt luyện phù hợp;

2 Xác định các thông số và kích thước tối ưu của CTM (trên cở

sở phân tích và so sánh một số phương án, sử dụng phương

pháp tính gần đúng dần hoặc tối ưu);

3 Chọn CTM thích hợp trong số các chi tiết máy có cùng công

dụng, chỉ tiêu về khả năng làm việc tương đương nhưng khác

nhau về cấu tạo và giá thành (VD: giá thành 1 đai thang bằng

2 đai dẹt,1 ổ đũa đỡ bằng 2 ổ bi đỡ,…);

4 Chọn hệ thống dẫn động và thiết bị trên cơ sở thiết kế tối ưu

(nhằm thỏa mãn đồng thời một số chỉ tiêu trong đó có chỉ

tiêu khối lượng - kích thước nhỏ gọn và giá thành hạ);

5 Sử dụng các chương trình tự động hóa thiết kế để tiết kiệm

thời gian và công sức lao động

2.6.2 Yêu cầu tính kinh tế trong chế tạo

- Yêu cầu tính kinh tế trong chế tạo được thể hiện bằng giá

thành sản phẩm:

𝑆𝑖 = 𝑀𝑖 + 𝑍𝑖 + 𝑇𝑖

𝑛𝑖 (2.13)

trong đó:

• Si - Giá thành của chi tiết máy thứ i;

• Mi - Giá thành của vật liệu của chi tiết máy thứ i (kể cả phế liệu);

• Zi - Chi phí chế tạo phôi;

• Ti - Chi phí cho thiết bị và dụng cụ phục vụ chế tạo sản phẩm;

• ni - Số lượng chi tiết thứ i được chế tạo

(1/3)

- Bảng 2.2 Sự phụ thuộc của giá thành chế tạo vào phôi

liệu và phương pháp gia công

1 Chi tiết bằng thép cán thông dụng C38 (CT3) 1

2 Chi tiết bằng thép cacbon chất lượng thường (CT1, CT5, ) 1,1 ÷ 1,2

3 Chi tiết bằng thép kết cấu chất lượng tốt (thí dụ thép 10, 20, ) 1,2 ÷ 1,5

4 Chi tiết bằng thép hợp kim ít cacbon và cacbon trung bình 2,0 ÷ 5,0

5 Chi tiết bằng gang đúc, thép dập và hàn 3,0 ÷ 5,0

6 Chi tiết bằng thép đúc, rèn đơn chiếc 5,0 ÷ 10,0

7 Chi tiết bằng thép hợp kim nhiều cacbon và kim loại màu 20,0 ÷ 30,0

Phương pháp gia công

9 Phay 1,2 ÷ 1,5

10 Khoan, doa, tiện trên máy tiện đứng 1,5 ÷ 3,0

11 Bào, xọc 2,0 ÷ 5,0

12 Mài, gia công tinh 5,0 ÷ 10,0

13 Gia công trên máy rêvônve 0,5 ÷ 1,0

14 Gia công trên máy tự động 0,1 ÷ 0,5

2.6.2 Yêu cầu tính kinh tế trong chế tạo (2/3)

- Cách giảm giá thành chế tạo:

 Tăng số lượng chi tiết máy cùng quy cách (tạo điều kiện để có

thể tổ chức sản xuất hàng loạt với quy mô lớn trên các máy tự

động);

 Giảm các chi phí gián tiếp (giảm số thợ và nhân viên không trực

tiếp sản suất);

 Giảm chi phí về vật liệu (sử dụng phôi liệu thích hợp, chọn vật

liệu theo nguyên tắc cục bộ có chú ý đến việc giảm lượng kim

loại quý hiếm);

 Chọn phương pháp công nghệ - thiết bị phù hợp (có phụ tải

tương xứng với đặc tính - khối lượng - kích thước của chi tiết

máy, quy mô và điều kiện sản xuất)

2.6.2 Yêu cầu tính kinh tế trong chế tạo (3/3)

2.6.3 Yêu cầu tính kinh tế trong sử dụng thiết bị

- Năng suất cao;

- Chi phí về năng lượng thấp, hiệu suất cao;

- Chi phí về nhiên liệu, bôi trơn (vật liệu và thiết bị bôi trơn)

thấp;

- Chi phí về bảo dưỡng và sửa chữa thiết bị thấp

H ẾT CHƯƠNG 2

CẢM ƠN ĐÃ THEO DÕI!