Bài giảng cơ sở thiết kế máy đại học thủy lợi

QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY. Quá trình thiết kế máy bao gồm: • Xác định nhu cầu thị trường • Xác định yêu cầu kỹ thuật • Xác định nguyên lý hoạt động cho máy • Lập sơ đồ động

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

Khoa Cơ khí – Bộ môn Công nghệ cơ khí

CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY

Giảng viên: ThS.Phạm Thanh Tùng

Mobile : 0987140792

Trang 2

CHƯƠNG 1: QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ MÁY

NỘI DUNG

1 KHÁI NIỆM THIẾT KẾ MÁY

2 QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ

3 CƠ CẤU – MÁY

4 NỘI DUNG THIẾT KẾ MÁY

5 QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ MÁY

6 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ

7 HỆ ĐƠN VỊ DÙNG TRONG THIẾT KẾ MÁY

Trang 3

1 KHÁI NIỆM VỀ THIẾT KẾ MÁY

 Thiết kế là quá trình sáng tạo và truyền đạt ý tưởng đến người

khác

 Vị trí của thiết kế máy trong khái niệm thiết kế nói chung.

Trang 4

1 KHÁI NIỆM VỀ THIẾT KẾ MÁY

 Thiết kế là quá trình sáng tạo và truyền đạt ý tưởng đến người

khác

Trang 5

2 QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ.

Là quá trình liên quan đến toàn bộ

hoạt động sản xuất từ nhận đặt

hàng đến xuất xưởng sản phẩm.

Trang 6

3 CHI TIẾT MÁY - MÁY.

Máy công tác Máy truyền động

Máy điều khiển Máy năng lượng

Trang 7

4 MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG MÔN HỌC.

 Mục tiêu: Khảo sát cơ sở tính toán các chi tiết máy công dụng chung, kết cấu của các cụm chi tiết máy thông dụng.

 Nội dung: Nghiên cứu kết cấu và tính toán các chi tiết máy, cụm chi tiết máy theo các chỉ tiêu khả năng làm việc Nghiên cứu nguyên lý làm việc, phương pháp tính toán cho sự phối hợp làm việc của các chi tiết máy.

 Các môn học liên quan:

Trang 8

5 QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY.

 Quá trình thiết kế máy bao gồm:

• Xác định nhu cầu thị trường

• Xác định yêu cầu kỹ thuật

• Xác định nguyên lý hoạt động cho máy

• Lập sơ đồ động máy

• Tính toán bộ phận cung cấp năng lượng – phân phối tỉ số truyền

• Chọn vật liệu cho các chi tiết máy

• Tính toán động học, động lực học cho các chi tiết máy

• Sản xuất mẫu thử, điều chỉnh, sửa lại thiết kế

• Lập tài liệu thiết kế

Trang 9

6 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ.

Trang 10

7 HỆ ĐƠN VỊ.

Trang 11

Mobile : 0987140792

Trang 12

CHƯƠNG 2: CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ MÁY

Trang 13

1 YÊU CẦU CHUNG CỦA THIẾT KẾ MÁY

1.1 Những yêu cầu về THIẾT KẾ CHẾ TẠO:

 Bảo đảm khả năng làm việc

 Tính công nghệ cao

 Mức độ quy cách hóa, tiêu chuẩn hóa cao

 Mức độ tiêu hao nguyên vật liệu

 Khả năng phát minh sáng chế

Trang 14

1.2 Những yêu cầu về VẬN HÀNH:

 Độ tin cậy cao

 Năng suất máy

 Giá thành máy

 Giá thành gia công

 Chất lượng gia công

 Tỷ suất lợi nhuận

 Tính cơ động của máy

1 YÊU CẦU CHUNG CỦA THIẾT KẾ MÁY

Trang 15

1.3 Những yêu cầu về XÃ HỘI:

Trang 16

2 TẢI TRỌNG VÀ ỨNG SUẤT

a) Định nghĩa: là lực, mô men tác dụng lên chi tiết hay bộ phận

máy trong quá trình làm việc.

2.1 Tải trọng

Trang 17

TẢI TRỌNG TÁC

DỤNG

TẢI TRỌNG TĨNH Làhoặc thay đổi không đáng kể tải trọng không thay đổi

theo thời gian.

TẢI TRỌNG ĐỘNG

Tải trọng có phương, chiều,

cường độ thay đổi theo thời

Trang 18

 Phân loại tải trọng trong tính toán:

Trang 19

 Phân loại ỨNG SUẤT

ƯS không đổi

Ứng suất

ƯS thay đổi

CT đối xứng CT không đối xứng CT mạch động

CT mạch động + CT mạch động

-2.2 Ứng suất

CT: Chu trình

Trang 20

Trang 21

 Các đại lượng đặc trưng

max

a

m

min

 Ứng suất cực đại: σmax

 Ứng suất cực tiểu: σmin

Trang 22

 Khái niệm: là ứng suất sinh ra khi các

bề mặt làm việc của chi tiết máy tiếp

xúc trực tiếp với nhau

Trang 23

3 [σ] VÀ [s]

3.1 Ứng suất giới hạn của vật liệu

 Khi chịu ứng suất không đổi

 Ứng suất giới hạn (σ lim ): giá trị ứng suất làm vật liệu chi tiết bắt đầu bị phá

hỏng

Trang 24

 Khi chịu ứng suất thay đổi

 Hiện tượng chi tiết bị hỏng khi ứng suất thay đổi theo chu kì

Xuất hiện vết nứt

vi Sau đó phát triển dần đến khi xảy ra

hiệntượng phá hủy chi tiết.

Vết nứt tế vi xuất hiện ở những vị trí tập

trung ứng suất , do vết xước trên bề mặt,

do khuyết tật trong chi tiết

3 [σ] VÀ [s]

Trang 25

 Phương trình đường cong mỏi

3 [σ] VÀ s

Trang 26

(*) Giới hạn mỏi, chu trình đối xứng, ký hiệu: σ -1 , chu trình mạch động: σ 0 ,

chu trình không đối xứng: σ r

3.2 Ứng suất cho phép và hệ số an toàn

 Ứng suất cho phép ([σ], [τ]): là giá trị giới hạn, khi làm việc, ứng suất

trong chi tiết không được vượt quá giá trị này

3 [σ] VÀ s

Trang 27

 Xác định ỨNG SUẤT CHO PHÉP

3 [σ] VÀ s

Trang 28

3 [σ] VÀ s

Trang 29

 Hệ số an toàn

3 [σ] VÀ s

Trang 30

 Hệ số an toàn

3 [σ] VÀ s

Trang 31

 Hệ số an toàn cho phép

[s]=s1s2s3

3 [σ] VÀ s

Trang 32

 Những dạng hỏng chủ yếu liên quan đến độ bền của chi tiết máy:

Trang 33

 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi

Trang 34

(*) Hiện tượng tập trung ứng suất

 Là hiện tượng quy luật phân bố ứng suất

và giá trị ứng suất thay đổi tùy thuộc vào

hình dạng và kết cấu của chi tiết

 Ảnh hưởng rất lớn đến độ bền mỏi

của chi tiết

 Ở những chỗ tiết diện của chi tiết

máy thay đổi (bậc trục, rãnh then…)

sẽ xảy ra TTƯS

4 ĐỘ BỀN.

Trang 35

 Phương pháp nâng cao độ bền mỏi

Trang 37

 Phương pháp nâng cao độ cứng.

 Dùng vật liệu hợp lý.

 Dùng chọn hình dáng tiết diện ngang hợp lí

 Chọn kết cấu chịu tải hợp lí….

5 ĐỘ CỨNG

Trang 38

6 ĐỘ BỀN MÒN

 Độ bền mòn: Do tác dụng của ứng suất tiếp xúc hoặc áp suất khi các

bề mặt tiếp xúc trượt với nhau trong điều kiện không có ma sát ướt.

- G iai đoạn chạy rà (các mấp mô bề mặt bị mài mòn) - I, quá trình mài mòn ổn định (lượng hao mòn tỉ lệ với thời gian sử dụng) - II, giai đoạn mòn với cường độ mạnh - III

Trang 39

6 ĐỘ BỀN MÒN

 Ảnh hưởng của mòn: Kích thước chi tiết giảm xuống, khe hở lớn gây ra tải trọng động phụ Độ chính xác, độ tin cậy, hiệu suất giảm…

Trang 40

 Phương pháp nâng cao độ bền mòn: Bôi trơn tốt, dùng vật liệu giảm

ma sát, nhiệt luyện tăng cứng bề mặt….

 Phương pháp tính độ bền mòn

p0: Áp suất sinh ra trên bề mặt [p0]: Áp suất cho phép

6 ĐỘ BỀN MÒN

Trang 41

 Tác hại của nhiệt trên máy móc, thiết bị:

 Giảm độ bền

 Giảm tính năng bôi trơn của dầu bôi

trơn

 Thay đổi các khe hở làm việc

 Thay đổi tính chất của bề mặt làm việc

 Giảm độ chính xác của máy

 Các biện pháp nâng cao khả năng chịu nhiệt của chi tiết máy:

 Tính toán cân bằng nhiệt cho máy

 Sử dụng vật liệu chịu nhiệt hệ thống bôi trơn, làm mát

7 KHẢ NĂNG CHỊU NHIỆT

Trang 42

8 ĐỘ TIN CẬY

 Độ tin cậy: là tính chất của đối tượng thực hiện được chức năng, nhiệm

vụ đã định, duy trì được trong khoảng thời gian quy định tương ứng với điều kiện cụ thể

Trang 43

 Đánh giá độ tin cây, thường dùng các chỉ tiêu: Xác suất làm việc không

hỏng R(t), mật độ hỏng f(t), phân bố hỏng F(t) hoặc Q(t), cường độ

hỏng h(t), thời gian làm việc trung bình cho đến hỏng

8 ĐỘ TIN CẬY

Trang 44

8 ĐỘ TIN CẬY

 Các biện pháp nâng cao độ tin cậy:

 Sử dụng số lượng chi tiết ít, đơn giản.

 Sử dụng các loại vật liệu có độ bền cao.

 Chọn loại dầu và chế độ bôi trơn hợp lý.

 Sử dụng các hệ thống an toàn.

 Các chi tiết máy của hệ thống nên có độ tin cậy gần bằng nhau

 Sử dụng các chi tiết tiêu chuẩn (độ phân tán tuổi thọ nhỏ, chất lượng cao, dễ tìm cho việc thay thế)

 Thiết kế các chi tiết dễ hỏng sao cho dễ thay thế, sửa chữa

Trang 46

Mobile : 0987140792

Trang 47

CHƯƠNG 3: BỘ TRUYỀN ĐAI

1 KHÁI NIỆM CHUNG

2 VẬT LIỆU VÀ KẾT CẤU ĐAI

3 THÔNG SỐ HÌNH HỌC BỘ TRUYỀN

4 VẬN TỐC VÀ TỈ SỐ TRUYỀN

Trang 48

 Chuyển động quay của bánh dẫn được truyềnđến bánh bị dẫn thông qua lực ma sát giữadây đai và các bánh đai

• Các trục song song (cùng chiều, ngượcchiều)

• Các trục chéo nhau

 Phạm vi sử dụng:

 Cấu tạo:

Trang 49

1.1 PHÂN LOẠI CƠ CẤU ĐAI

 Phân loại theo tiết diện đai

Đai dẹt Đai thang

Đai hình lược Đai tròn

Trang 50

 Phân loại theo cách mắc đai

Thẳng cùng chiều Thẳng ngược chiều

Chéo nhau

Trang 51

a) Ưu điểm

 Khả năng truyền động giữa các trục xa nhau (truyền động gián tiếp)

 Làm việc êm, không ồn

 Tránh dao động do tải trọng thay đổi

 Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, giá thành rẻ

 Tuổi thọ bộ truyền thấp (đặc biệt khi vận tốc lớn)

 Đề phòng được quá tải (trượt)

1.2 ƯU-NHƯỢC ĐIỂM

Trang 52

 Các phương pháp căng đai:

 Bánh căng đai

 Định kỳ

 Tự điều chỉnh (sử dụng khối lượng đ/c)

 Điều chỉnh theo tải trọng

Trang 53

(*) Sử dụng vật liệu đủ độ bền mỏi, độ bền mòn, hệ số ma sát và tính đàn hồi cao.

 Tiết diện hình chữ nhật, bánh đai hình trụ tròn

hay tang trống Ma sát giữa đai và bánh đai

nhỏ, khả năng tải thấp

 Vật liệu đai: Vải, len, vải cao su, sợi tổng

hợp…

 Đai được chế tạo thành cuộn (chiều rộng b và

chiều dày δ được tiêu chuẩn) Khi cần, cắt đủ

chiều dài đai, nối lại bằng khâu hoặc dùng bu

lông kẹp chặt

2.1 ĐAI DẸT

Trang 54

ĐAI DẸT

Trang 55

2.2 ĐAI THANG

 Tiết diện hình thang, bánh đai có rãnh

hình thang, mặt làm việc là 2 mặt bên,

cho phép truyền tải lớn hơn đai dẹt

 Thường dùng đai vải cao su Gồm lớp

sợi bện chịu kéo, lớp vải bọc ngoài

giảm mòn cho đai, cao su tăng độ dẻo

và lực ma sát

 Đai được chế tạo thành vòng kín theo

các kích thước tiêu chuẩn

Trang 56

f f

φ: góc chêm, từ 340 đến 400

Trang 57

2.3 ĐAI RĂNG

 Dây đai có răng, bánh đai có rãnh như bánh răng

Truyền động bằng ăn khớp giữa đai và bánh đai,

tỉ số truyền chính xác

 Cấu tạo đai gồm các sợi thép bện chịu tải Nền và

răng bằng cao su hoặc chất dẻo Đai bọc vải

nylon để tăng độ bền mòn

 Răng của đai được tiêu chuẩn hóa theo mô đun

m Đai được chế tạo thành vòng kín giống đai

thang

Trang 58

2.4 ĐAI HÌNH LƯỢC

Trang 59

• Thường được bố trí ở cấp tốc độ nhanh.

Trang 60

3 THÔNG SỐ HÌNH HỌC BỘ TRUYỀN ĐAI

Trang 61

Trang 62

 Góc ôm bánh đai nhỏ:

• Với đai dẹt: nối đai thêm 1 lượng ΔL (tùy cách nối đai)

• Với đai thang: chiều dài đai được chọn tiêu chuẩn, tính lại khoảngcách trục

(*) α1≥1200 vớiđai thang, 1400

với đai dẹt

 Chiều dài dây đai:

Trang 63

4 VẬN TỐC VÀ TỈ SỐ TRUYỀN

Trang 64

5 LỰC VÀ ỨNG SUẤT

Fr Fr

5.1 LỰC

Trang 66

5 LỰC VÀ ỨNG SUẤT

 Lực tác dụng lên trục: F =2F sin(α /2)

Trang 67

F A

 

A: diện tích tiết diện đai (mm2)

Trang 68

6 HIỆN TƯỢNG TRƯỢT

 Trượt hình học

 Trượt đàn hồi

 Trượt trơn

Trang 69

6 HIỆN TƯỢNG TRƯỢT

Trang 71

7 CÁC DẠNG HỎNG VÀ CHỈ TIÊU TÍNH

Tính theo tuổi thọ: dựa trên số vòng chạy trong 1s

(Để hạn chế i ta giới hạn chiều dài đai L min và khoảng cách trục a min,

giá trị i với đai thang 3 – 5 s-1, đai dẹt 10 – 20 s-1)

Tính theo khả năng kéo và kiểm tra các thông số để đảmbảo tuổi thọ (v, L, d1, δ hoặc h)

Trang 72

8 TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN ĐAI

(*) Đai được tính theo khả năng kéo là chính, đồng thời chọn các

thông số hợp lý đảm bảo tuổi thọ đai.

Kd: hệ số tải trọng động

Ft: lực kéo

[σt]: ứng suất kéo cho phép

P1: công suất trên trục dẫn (kW)v: vận tốc đai (m/s)

Trang 73

 Chọn loại đai

Trang 74

 Tính toán các loại bộ truyền thang

(1) Chọn loại đai (tiết diện đai)

(2) Tính đường kình bánh đai nhỏ và bánh đai lớn, chọn theo tiêuchuẩn Tính lại tỉ số truyền thực Δu<4%

(3) Xác định khoảng cách trục a, kiểm nghiệm0.55(d1+d2)+h≤a≤2.(d1+d2)

(4) Tính chiều dài L theo a, chọn theo tiêu chuẩn, thỏa mãn

Lmin≥v/i Tính lại a theo L tiêu chuẩn(5) Tính góc ôm α1 và kiểm nghiệm điều kiện α1>1200

(6) Xác định số đai cần thiết(7) Tính chiều rộng bánh đai

Trang 75

Mobile : 0987140792

Trang 76

3 THÔNG SỐ HÌNH HỌC BỘ TRUYỀN

4 ĐỘNG HỌC BỘ TRUYỀN XÍCH

2 KẾT CẤU XÍCH TRUYỀN ĐỘNG

Trang 77

 Bộ truyền xích truyền chuyển động từ đĩa xích dẫnsang đĩa xích bị dẫn nhờ sự ăn khớp của các mắtxích với răng đĩa xích

 Cấu tạo:

• Dây xích

• Đĩa xích dẫn

• Đĩa xích bị dẫn

Trang 79

 Phân loại xích truyền động

Xích ống Xích con lăn

Xích răng

Trang 80

a) Ưu điểm

• Có thể truyền động giữa các trục cách

nhau tương đối xa

• Kích thước bộ truyền nhỏ hơn bộ

truyền đai cùng công suất, hiệu suấtcao hơn

• Lực tác dụng lên trục nhỏ hơn so với bộ truyền đai

• Có thể cùng lúc truyền chuyển động và công

suất cho nhiều trục

1.2 Ưu nhược điểm

Trang 81

b) Nhược điểm

• Có nhiều tiếng ồn khi làm việc

• Vận tốc tức thời của xích và đĩa

xích không ổn định

• Yêu cầu chăm sóc thường xuyên

• Chóng mòn (nhất là khi làm việc

nơi nhiều bụi, bôi trơn không tốt)

• Tỉ số truyền tức thời thay đổi

Trang 82

2 KẾT CẤU TRUYỀN ĐỘNG XÍCH

2.1 XÍCH CON LĂN

• Má trong 1 xen kẽ với má ngoài 2

có thể xoay tương đối với nhau, má

trong lắp chặt với ống 3, má ngoài

lắp chặt với chốt 4, ống 3 và chốt 4

có khe hở, có thể xoay tương đối

Để giảm mài mòn, phía ngoài ống

có lắp con lăn 5

• Xích ăn khớp với đĩa xích thông

qua con lăn 5, được lắp lỏng với

ống 3

Trang 83

• Thường dùng số mắt xích chẵn

(dùng má cong để nối khi số mắt

xích lẻ)

Trang 84

2.2 XÍCH ỐNG

• Cấu tạo giống xích ống con lăn nhưng không có con lăn 5, ma

sát giữa xích và đĩa xích là ma sát trượt

Trang 85

(*) Xích răng làm việc êm, truyền

được tải trọng cao hơn nhưng

nặng hơn xích ống con lăn

Trang 86

2.4 ĐĨA XÍCH

a) Xích ống, xích con lăn

• Đĩa xích có kết cấu liền khối (kích thước nhỏ) hoặc gồmđĩa và may ơ riêng và ghép lại bằng mối ghép hàn hoặcmối ghép bu lông

Trang 87

• Kết cấu tương tự như đĩa xích ống tuy nhiên có biên dạng răng là hình

thang

• Biên dạng răng gồm lồi, lõm, thẳng, thường sử dụng dạnglõm

b) Xích răng

Trang 88

3 THÔNG SỐ HÌNH HỌC

Trang 89

a) Bước xích

• Khoảng cách giữa hai bản

lề xích

• Bước xích càng lớn, khả năng tải càng cao nhưng tải trọng động, va

đập, tiếng ồn tăng (đặc biệt khi vận tốc cao)

• Khi vận tốc cao sử dụng bước xích nhỏ, tăng số dãy xích (xích

con lăn) chiều rộng xích (xích răng) để đảm bảo khả năng tải

• Ký hiệu: pc

Trang 90

• Zmin=19 với bộ truyền xích có v≥2 (m/s)

• Zmin=13-15 với bộ truyền có v<2 (m/s)

• Z

Z1=29-2u Z2=uZ1 u: Tỉ số truyền

Trang 91

 Số răng đĩa xích lớn nhất

• Zmax=100-120 đối với xích con lăn

• Zmax=120-140 đối với xích răng

(*) Nên chọn Z lẻ! vì số mắt xích chọn chẵn, răng xích sẽ ăn khớp lần lượt với từng mắt xích, các bản lề và răng xích sẽ mòn đều hơn)

Trang 93

4 ĐỘNG HỌC BỘ TRUYỀN XÍCH

 Vận tốc trung bình của xích

Z: số răng đĩa xíchn: tốc độ quay (vg/ph)

pc: bước xích (mm)

(*) Vận tốc xích lớn: chóng mòn, tải trọng động tăng lên, xích làm việc ồn=>thường lấy v≤15 m/s

 Tỉ số truyền trung bình

Trang 96

5 ĐỘNG LỰC HỌC BỘ TRUYỀN XÍCH

• Lực căng do lực ly tâm gây nên

qm=ρA khối lượng 1m xích (kg/m)v: vận tốc (m/s)

• Lực căng ban đầu (do trọng lượng xích)

a: khoảng cách trục (m)

ky: hệ số phụ thuộc vào độ võng xích

Trang 98

5 ĐỘNG LỰC HỌC BỘ TRUYỀN XÍCH

5.2 TẢI TRỌNG ĐỘNG

• Vận tốc xích thay đổi theo chu kỳ (lực quán tính) gây ra dao động ngang

trong các nhánh xích và va đập giữa bản lề với răng đĩa xích

• Số răng đĩa xích càng nhỏ, tải trọng động càng lớn

5.3 VA ĐẬP

• Tại thời điểm vào khớp, vận tốc của bản lề và

răng đĩa xích khác nhau gây nên va đập

• Động năng va đập tăng khi bước xích và tần

số quay của đĩa dẫn tăng

Trang 99

6.1 CÁC DẠNG HỎNG

 Nguyên nhân

• Ứng suất tiếp xúc khi làm việc

• Sự xoay tương đối giữa chốt vàống

a) Mòn bản lề xích

Trang 101

b) Các chi tiết bị hỏng do mỏi

Trang 102

6.2 TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN XÍCH

 Chỉ tiêu tính: Bộ truyền xích được tính theo độ bền mòn

Ft: lực vòng (N)A=d0b0: diện tích tính toán của bản lề xích (mm2)K: hệ số điều kiện sử dụng xích

Kx: hệ số xét đến số dãy xích[p]: áp suất cho phép (MPa)

Trang 103

 Trình tự tính toán bộ truyền xích

(1) Chọn loại xích

(2) Chọn số răng đĩa xích Z1=29-2u, đảm bảo Z1>Zmin

và Z2<Zmax

(3) Xác định bước xích, kiểm nghiệm giá trị bước xích

(4) Định sơ bộ khoảng cách trục sau đó tính số mắt xích Tínhchính xác lại khoảng cách trục (giảm bớt 1 lượng

Định dạng
Số trang	305
Dung lượng	12,31 MB