Sổ tay thiết kế cơ khí - tập 1

Sổ tay thiết kế cơ khí tập 1

PGS HA VAN VUI

TS, NGUYEN CHI SANG Ths PHAN DANG PHONG

* TAY

PGS HA VAN VUI

TS NGUYEN CHi SANG TH.S PHAN DANG PHONG

Số tay THIẾT KẾ CƠ KHÍ

TẬP 1 (In lần thứ ba)

T7

NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT

HÀ NỘI 2006.

LOI NOI DAU

Cùng uới sự phát triển của ngành cở khí chế tạo máy, năm 1980 "Sổ tay thiết kế

cơ khí” gầm ð tập do các cán bộ khoa học của Việ Nghiên cứu cơ khí Bộ Công nghiệp biên soạn đã được Nhà xuất bản Khoa học uà Kỳ thuật lân lượt ến hành, Bộ sổ tay là tài liệu tham khảo thuận tiện cho các kỹ sự uà cán bộ hỹ thuật trong ngành cơ khí, Tuy

trên

"Sổ tay thiết bế cơ khí" gồm 3 tap:

Tập 1 có 9 chương bao hàm các nội dung uê các uấn đề kỹ thuật chung, thiết bế có

SE Irợ giúp của máy tính PC, uật liệu chế tạo máy, dung sai uà lắp ghép, nhám bê mặt, các yếu tố của hết cấu máy uà thiết bị, tính công nghệ của kết cấu, các chỉ tiết kẹp chặt,

các chỉ tiết uà bộ phân tiêu chuẩn va công nghệ phủ bê mặt kừm loại

Chương 1 do thạc sĩ Nguyễn Chỉ Sáng 0ù thạc sĩ Phan Đăng Phong biên soạn,

Chương 9, 3, 4, 6, 8 va 9 do PGS Ha Văn Vui biên soạn

Chương 6 0à 7 do thạc sĩ Nguyễn Chỉ Sáng biến soạn

Tập 2 gồm 9 chương giới thiệu các loại truyền động cơ khí va các yếu tố của truyền động như truyền động bánh răng uờ truc vit, truyền động xích, truyền động đai, truyền dong vit-dai 6c va truyền động bánh cóc, trục uà ổ trục, khớp trục, các mối ghép tháo

duoc (then, then hoa, v.v )

Tập 3 có 10 chương gồm các nội dung uê các mối ghép không tháo được (hèn, tán,

đán), đường ống uà phụ tùng đường ống, thiết bị thảy lực va khí nón, hộp giảm tốo, lò xo,

co cdu bit kin, uật liệu oà thiết bị bôi trơn, các thiết bị đo, diéu chỉnh được lắp uào thiết

bị nà động cơ điện

Các tự liệu đưa uào sổ tay là các tiêu chuẩn Việt Nam thuộc các chuyên ngành hỹ

thuật đã được đề cập Song cũng còn khá nhiều lĩnh oục kỹ thuật chưa có tiêu chuẩn Viét Nam (TCVN) Trong trường hợp này chúng tôi đã sử dụng các tiêu chuẩn I1SO hoặc các liêu chuẩn cơ khí của nhà nước của nước Cộng hòa liên bang Nga (TOCT) uì các tiêu chuẩn TOCT đã quá quen thuộc đối oới các cán bộ kỹ thuật cở khí của nước tạ Việc dua

ra các tiêu chuẩn TOVN, ISO va FOCT nhằm cùng cấp cho người thiết bế máy uà thiết bi

các thông số, kích thước cơ bắn uà yêu cầu kỹ thuật dùng để tham khảo, còn sự lựa chọn

thông tin là tùy thuộc uào người thiết kế,

Trong khuôn khổ một sổ tay tra cứu nên các thông tin, tử liệu được cho dưới dụng cdc bang va bang hét hợp uới bình uẽ, các phương pháp tính toán thiết kế hoặc kiểm tro, các yêu cầu hỹ thuật o.u Nhiều tiêu chuẩn TCVN, ISO oà TOCT đã được bạn hành từ rất lâu nhưng đến nay uẫn chưa có tiêu chuẩn mới thay thế uà,uẫn được sử dụng có hiệu

quả trong sản xuất,

“Sổ tay thiết kể cơ khí"' là tài liệu làm uiệc cho các kỹ sự uà cán bộ kỹ thuật cơ khí chế tạo máy, đông thời cũng lò tài liệu tham khảo cho cúc thày giáo, các sinh vién, học sinh ngành cơ khíchế tạo máy hoặc có liên quan đến cơ khí trong cóc trường đại học công nghệ, các trường cao đẳng uò trung học kỹ thuật cũng như các trường dạy nghề

Trong quá trình soạn thảo "Sổ tay thiết kế cơ khí”, chúng tôi đã nhận được sự giúp đỡ hết sức quí báu của Viện Nghiên cứu cơ khí Bộ Công nghiệp, của nhiều nhà khoa

học thuộc các trường đại học công nghệ uà các Viện nghiên cứu Chúng tôi xin chân thành cảm ơn uễ sự giúp đỡ chân tỉnh này Với hình nghiệm oè hiến thức đã tích lũy

được, chúng tôi đã cố gắng hêt súc để bộ sách đợt được mức chết lượng mà bạn đọc yêu

cầu Song do khả năng thu thập tài liệu va xử lý thông tin còn có những hạn chế nhất

định nên không thể tránh được những thiếu sót Xin bạn đọc xa gần chỉ bảo cho Thư từ góp ý xin gửi uê Nhà xuất bản Khoa học uà Kỹ thuật, 70 Trần Hưng Đạo Hà Nội Chúng

tôi xin trân trọng cảm ơn!

Các tác giả

Gia tốc Mét trên giây bình phương mis?

Tiếp bảng 1.1

Điện áp, hiệu điện thể, sức điện động Von

Bảng 1.2 Ước và bội thập phân của các đơn vị

Bảng 1.3 Quan

Ap suất, công, công suất

ệ giữa các đơn vị đo vận tốc, lực, momen lực,

Đơn vị đo thường được sử dụng Đơn vị đo theo hệ quốc tế SỈ

Quan hệ của đơn vị Tên gọi Ký hiệu Tên gọi Ký hiệu

Lực

Momen lực Kilôgam lực.mét | kG.m | Niutan-mét Nom h kG.m = 9,80665 N.m

Áp suất và ứng suất Kilôgam lực trên mét vuông kG/m? Pascal Pa (Nim?) |1 kG/m? = 9,80665 Pa

Kilôgam lực trên centimét vuông |_ kG/cm? nt nt 1 kGlem? = 98066,5 Pa

Kilogam lye tren milimét vuang | kG/mm? nt nt 4 kG/mm? = 9,80665.10° Pa Atmôtphe kỹ thuật at nt at 1 at = 98066,5 Pa

Mật độ hoặc khối lượng riêng Gam trên centimet khối g/cmê Kilögam trên kg/m° |1 g/em? = 10° kg/m?

mét khối Tấn trên mét khối tiem? nt at 1 Yim? = 10? kg/m?

Vận tốc (tốc độ) Met tren giay | mis | mét trên giây | mis |

Vận tốc góc (tốc độ góc)

Vòng trên phút vgíph Radian trên giầy rad/s |†vgíph*= 3g rad/s

Công và công suất Kilôgam lựe.mét kG.m Jun d(N.m) _ |1 kGm = 9,80665 J

Bảng 1.4 Chuyển đổi từ insơ sang milimet L" = 95,4 mm

Inso Inso Inso

Milimet Milimet Milimet Phân số Giá trị (mm) Phân số Gia tri (mm) Phân số Giá trị (mm)

của insơ | thập phẩn của insd | thập phân của insg Í thập phân

1/64 0,0156 0,397 23/64 0,3593 9.128 11/66 0,6875 17,482 1/32 0,0312 0,794 3/8 0,375 9,525 45/64 0/7031 17,859 3/64 0468 1,191 25/64 0,906 9,922 23/32 0.7187 18,256 1/16 0.0625 1,587 13/32 0.4062 10,318 47/64 0/7343 18,653 5/64 0,781 1,984 27/64 0.4218 10,716 3⁄4 0.75 19,05 3/32 0,0937 2,381 7/16 0.4375 11/112 49/64 0.7656 19.447

7164 0,1083 2.778 29/64 0.4531 11,509 25/32 0/7812 19.844 1/8 0,125 3175 15/32 0.4687 11,906 51/64 0.7868 20.241 9/64 0.1406 3,572 31/64 0.4843 12,303 13/16 0.8125 20,637 5/32 0.1562 3,969 1/2 05 12,70 53/64 0.8281 21,034 11/64 0/1718 4,366 33/64 0,5156 13,087 27/32 0,8437 21,431 3/16 0,1875 4,762 17/32 0,5312 13,494 55/64 0,8593 21,828 13/64 0.2031 5,159 35/64 0.5468 13,891 7/8 0,875 22.225

7132 0,2187 5,556 9/16 0.5625 14,287 57/64 0.8906 22,622 18/84 0/2343 5,953 37/84 0.67814 14,684 29/32 0.9082 23,019 1/4 0,26 6,35 19/32 0,5937 15,081 59/64 0.9218 23,416 17/84 0.2656 6747 39/84 0,6093 15.478 15/16 0/8375 23,812 9/32 0,2812 7,144 5/8 0,825 15,875 61/64 0,8531 24.209 19/64 0,2968 7,541 41/64 0.6406 46,272 31/32 0,9687 24,606 5/16 0,3125 7,937 21/32 0.6562 16,688 63/64 0,9843 25,003 21/84 0.3281 8,334 43/64 0,8718 17,066 1/0 1,0 25.40 11/32 0,3437 8,731 '

Hàng 1.5 Chuyển đổi từ độ sang rađian

Góc Cung rad Góc Cung rad Góc Cung rad Góc Cung rad

1" 0,000005 9 0,002618 17" 0,296706 39° 0,680678 2" 0,000010 10° 0,002908 18" 0,314159 40° 0.698132 3" 0.000015 20' 0,005818 18° 0331613 45" 0786398 4a" 0000019 30° 0,008727 20“ 0.349066 50" 0,872665 5" 0,000024 40" 9,011636 21° 0.366519 58" 0,959931 6" 0,000029 50° 0,014544 22" 0,383972 60" 1,047198 7" 0,000034 1" 0.017453 23" 0.401426 65° 1,134464 8" 0,000039 2" 0034907 24° 0.418879 70° 1,221730 8" 0,000044 3° 0,052360 26" 0,436332 75" 1,308997 10" 0,000048 4" 0,069813 26° 0,453786 80" 1,396263

43°14'28"

4 = 0,001164 rad

20" = 0,000097 rad 8" = 0,000039 rad’

2 Tinh ra độ cung 4,862 rad

Tit bang 1.5, xác định được:

= 0,754701 rad

4,862 tad 4.712389 rad 0.149611 rad 0.139626 rad 0,009985 rad 0,008727 rad 0,001258 rad 0.001164 rad 0,000094 rad 0,000048 rad 0,000046 rad 0,000044 rad

N GIA CAC TAM GIAC VA ĐA GIÁC

1 Tam giác vuông (hình 1.1)

Tìm œ,B,b,Ƒ |p= Ve”— #3 =.Í(6+a)(6—g) =ecosa=csinB;

F= Š (e*8)6=® = jae sin B

2 Tam giác thường

Cho a, b, a ang bsina gL TP Rg ee °

180 7 R - bán kinh vòng tran ngoại tiếp,

a IN r+ ban kinh vang tròn nội tiếp;

“* F - diện tích của đa giác

IN QUAN HỆ LƯỢNG GIÁC

Băng 1.7 Các công thức qui đổi lượng giác

cos + cos a Fsina - cos a + sina cos (+ a)

ig -tga Fetga tiga #clg œ tg (4a)

Bảng 1.8 Biểu thức của một hàm lượng giác thông qua hàm lượng giác khác

sin (a + B) = sin a cos B + cos a sin B;

cos (a + B) = cos a cosf F sin a sin B;

= 2 teosa) = 5 (sing) + issing );

IV CAC HINH PHANG

Các yếu tố của các hình phẳng: # - diện tích; P - một nửa chu vì; L - chu vi vòng trồn; n ạ số cạnh của đa giác; R - bán kính vòng tròn ngoại tiếp; r - bán kính vòng tròn nội tiếp; Ó - trọng tâm; p - bán kính cong; y„ và x„ - các đại lượng xác định vị trí của trọng tâm được giới thiệu trong bảng 1.9

Bang 1.9 Tính toán các yếu tổ của hình phẳng

Tiếp bang 1.9

P= ze +b+ o), khi đồ F= JPIP—alP bP —c) |

© - ở giao điểm của các trung tuyến;

© - ở tâm của vòng tròn;

Y= F

O - ở giao điểm của các trục;

y.= bị F,O = FO, = a2 — b2 Tntr=2a

bề

Nửa chuvi = F,M= —;

a Bán kính cong tại điểm P

V DIEN TICH BE MAT VA THE TICH CUA VAT THỂ

Bảng 1.10 Tính toán diện tích bề mặt và thể tích của vật thể

Hình” Diện tích bề mặt F, Khoảng cách tới trọng

A+h

„1 r ga 4° hth

Bảng 1.12 Momen quân tính doc, momen cản và bán kính quan tính của hình phẳng

Momen quan tinh dos, J, Momen cản W, Bản kính quản tính ¿,

Tiếp bằng 1.12

Hình dạng mặt cắt ngang Momen quan tinh doc, J,

em‡

Momen can W, cm?

Bản kính quản tính ¿,

cm

ý Khi tính toán ứng suất tại

điểm ở đáy trên

b 38(b +a) tại điểm ở đầy dưới: x fo? v4ba va)

hÈ(b +4ba + a?)

bra Hình thang

Băng 1.18 Đặc tính hình học của độ cứng vững và độ bền đổi với mặt cắt

Hình dạng mặt cắt ngang

của dầm

của đầm thẳng chịu xoắn

Momen quan tinh khi xoắn, ,,, cm" Momen cản khi xoắn, W,, cmf

W,= Ww, = «(1< 9) Ứng suất lớn nhất xuất

hiện tại tất cả các điểm trên chu vi ngoài của

Tiếp bằng 1.13

Vị trí của điểm có ứng suất

Hình dạng mat cắt ngang Momen quán tính Momen cản khi xoắn, lớn nhất

của dầm khi xoắn, dụ, cm* dị, cm te a kG fem?

h

h Ứng suất lớn nhất xuất hiện

aA gì 26 5-1) ở giữa mật cắt J= Œ 262-p k6 W===——P—— 8 h phẳng (điểm A) ảng (did;

Ứng suất lớn nhất xuất hiện

hiện ở giữa chiều dài

1 Tính toán sức bên kéo và nén

Khi tính toán thiết kế, diện tích mặt cắt ngang của chỉ tiết F được xác định:

Fe a ,em?

lø;]

trong đó

Ð - lực kéo hoặc nén, kG ;

[ø,J - ứng suất cho phép khi kéo, kG/emš

Khi tính toán kiểm tra, cần xác định ứng suất thực tế và so sánh với ứng suất cho phép

Pa? om tr]

trong đó

P - tai trong cat (trượt), kG ;

l+,] - ứng suất cho phép khi cắt, kG/em”,

Khi tính toán kiểm tra, cần xác định ứng suất cắt thực tế t, và so sánh với ứng suất cho phép

3 Tính toán sức bên xoắn

Khi có ngẫu lực tác dụng lên trục (hoặc đầm) tạo ra mômen xoắn M,, thì trong mặt cắt ngang của trục (đầm) sẽ xuất hiện ứng suất tiếp t Trị số lớn nhất của ứng suất tiếp đạt được trên bể mặt của trục:

4, - momen xoắn, kG.em;

dJ,- momen quán tính độc cực, em” ;

r - bắn kính của trục (đầm), em ;

W, = —2 ~momen cản khi xoắn, cm2,

r

Đối với mặt cắt tròn và mặt cắt có hình đạng đặc biệt khác, các công thức tinh J,

#„ W,, W, được giới thiệu trong bảng 1.13

Khi tính toán thiết kế trục:

trong đó

{t,] - ứng suất cho phép khi xoắn, kG/cm?

Đối với dầm có mặt cắt ngang tròn, W, x 0,3d°

Góc xoắn œ được xác định:

, độ trong đó

1 - chiều dài trục (đầm), em;

G - môđun trượt, kG/cm” Cảng 1.11)

4 Tính toán sức bên uốn

Khí chịu tải trọng uốn, đầm sẽ bị cong theo hướng của lực tác dụng Khi đó lớp vật liệu ở phía lỗi của đầm bị uốn cong sẽ chịu kéo, còn ở phía lõm - chịu nén Lớp vật liệu ở

giữa đầm không chịu kéo và chịu nén được gọi là lớp trung hòa Các công thức để xác

định momen uốn, phản lực gối tựa, độ võng và góc xoay của các dầm có mặt cắt ngang

không đổi với các sở dé kẹp chặt và chịu tải khác nhau được giới thiệu trong bảng 1.14 Các ứng suất kéo và nén, gã

ra bởi uốn, đạt được giá trị lớn nhất tại các lớp cách

xa lớp trung hòa nhất được xác định theo công thức:

[s4] - ứng suất uốn cho phép, kG/cm”

Khi tính toán kiểm tra, cần đảm bảo điểu kiện bền

% Tính toán dâm chịu biến dạng phức tạp

Biến dạng phức tạp là tổ hợp các biến dạng đơn giản (kéo hoặc nén cùng với uốn

hoặc xoắn, v.v ) khi chịu biến dạng phức tạp, trong đầm sẽ xuất hiện các trạng thái ứng suất phức tạp làm giảm đáng kể sức bền của chỉ tiết máy

32

sttkek2(39)

Trong trường hợp này, việc tính toán độ bền được tiến hành với ứng suất qui đổi hoặc công suất tương đương ơ„ Công thức xác định các ứng suất tương tương cho các loại biến đạng khác nhau đối với các vật liệu khác nhau được giới thiệu trong bảng 1.15

Bảng 1.1ð Ứng suất tương đương dụ của các dầm chịu biến dạng phức tạp

Tiếp bằng 1.15

sttkck2(41)

6 Tính toán đâm chịu uốn đọc

Khi tính toán các dầm dài chịu nén (hình 1.4), ngoài việc kiểm tra độ bền, cần

phải kiểm tra về uốn đọc theo công thức:

[ø„] - ứng suất cho phép chịu nén

Hệ số @ xét tới sự làm giảm ứng suất nén cho phép của đầm phụ thuộc vào độ đẻo

2 của đầm Giá trị ^ được xác định theo công thức:

ne

i trong đó:

1- chiều dài của dầm, cm;

¡ - bán kính quán tính nhỏ nhất của mặt cắt ngang

Jaon- Momen quán tính nhỏ nhất, em”;

E - điện tích mặt cắt ngang, cm

Hệ số ¡ phụ thuộc vào phương pháp ngàm dầm Khi các đầu mút dầm được kẹp

chặt bằng khớp bản lể (hình 1.4a), h = 1; khi một đầu mút được ngàm cứng còn dầu mút kia tu do (hinh 1.4b), « = 2; khi một đầu mút được ngàm cứng, còn dau mit kia khép bi (hinh 1.4¢), p= 0,7; khi ca hai dau mut dude ngam cứng (hinh 1.4d), p = 0,5

Giá trị của hệ số œ được cho trong bằng 1.16