Nội dung - Xác định nguyên tắc hoạt động và chế độ làm việc của máy được thiết kế - Lập sơ đồ chung toàn máy và các bộ phận máy, thỏa mãn các yêu cầu cho trước - Xác định lực, mômen tác
Trang 1CHI TIẾT MÁY
1.1 Khái niệm cơ bản
1.1.1 Máy
- Là công cụ lao động phức tạp thực hiện một chức năng nhất định phục vụ cho lợi ích của con người
- Có thể chia máy làm 4 nhóm:
+ Nhóm máy công tác: Máy hoạt động theo sự điều khiển của con người
+ Nhóm máy tự động: Máy hoạt động tự động theo 1 chương trình có sẵn do con người lập trình
+ Nhóm máy liên hợp: Là tập hợp của vài máy công tác, để thực hiện hoàn chỉnh 1 công việc nào đó
+ Nhóm máy biến đổi năng lượng: Biến năng lượng từ dạng này sang dạng khác
VD: Động cơ điện biến điện năng thành cơ năng
Máy phát điện biến cơ năng thành điện năng
Trang 2CHI TIẾT MÁY
1.1.2 Bộ phận máy
Mỗi máy công tác thường gồm 3 bộ phận chính:
+ Bộ phận phát động 1
+ Bộ phận công tác 2
+ Bộ phận truyền dẫn động 3
Trang 3CHI TIẾT MÁY
1.1.3 Chi tiết máy
- Chi tiết máy là phần tử cơ bản đầu tiên cấu thành nên máy, có hình dạng và kích thước xác định, có công dụng nhất định trong máy
- Chi tiết máy có thể phân thành 2 nhóm:
+ Nhóm chi tiết máy có công dụng chung: Các chi tiết máy được sử dụng trong nhiều loại máy khác nhau với hình dạng và công dụng như nhau
VD: Bánh răng, trục, ổ lăn
+ Nhóm chi tiết máy có công dụng riêng: Các chi tiết máy được sử dụng trong 1 loại máy nhất định Trong các loại máy khác nhau thì hình dạng hoặc công dụng của chi tiết máy là khác nhau
VD: Thân máy, trục khuỷu, vỏ hộp giảm tốc
Trang 41.2 Nội dung và trình tự thiết kế máy
1.2.1 Nội dung
- Xác định nguyên tắc hoạt động và chế độ làm việc của máy được thiết kế
- Lập sơ đồ chung toàn máy và các bộ phận máy, thỏa mãn các yêu cầu cho trước
- Xác định lực, mômen tác dụng lên các bộ phận máy và đặc tính thay đổi của tải trọng theo thời gian
- Chọn vật liệu chế tạo các chi tiết máy
- Tiến hành tính toán về động học, động lực học, về khả năng làm việc, tính toán kinh tế
…, định hình dạng, kích thước tất cả các bộ phận và chi tiết máy
- Quy định công nghệ chế tạo các chi tiết máy và lắp ráp các bộ phận máy
- Lập thuyết minh và các chỉ dẫn về sử dụng và sửa chữa máy
Trang 51.2.2 Trình tự thiết kế chi tiết máy
- Lập sơ đồ tính toán chi tiết máy
+ Sơ đồ hóa kết cấu chi tiết máy
+ Các lực tác dụng coi như tập trung hoặc phân bố theo 1 quy luật nào đó
- Xác định tải trọng tác dụng lên chi tiết máy
- Chọn vật liệu chế tạo chi tiết máy
+ Điều kiện làm việc cụ thể
+ Khả năng gia công
+ Kinh tế
- Tính toán các kích thước chính của chi tiết máy theo các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc
+ Tính theo điều kiện bền
+ Tính theo điều kiện cứng
Trang 6- Vẽ kết cấu cụ thể của chi tiết máy với đầy đủ kích thước, dung sai, độ nhám bề mặt và các yêu cầu về công nghệ
- Kiểm nghiệm chi tiết máy theo độ bền, độ cứng, tính chịu nhiệt và tính chịu dao động
1.2.3 Các yêu cầu đối với máy và chi tiết máy
a Các chỉ tiêu về hiệu quả sử dụng
- Tiêu tốn ít năng lượng cho 1 sản phẩm gia công trên máy
- Năng suất và độ chính xác của sản phẩm gia công trên máy cao
- Chi phí sử dụng máy thấp
- Kích thước, trọng lượng cần cố gắng thật nhỏ, gọn
b Khả năng làm việc
- Máy có thể hoàn thành được các chức năng đã định trong điều kiện làm việc của cơ sở sản xuất
Vẫn giữ được độ bền, độ bền mòn, độ cứng và độ chịu rung động
Trang 7- Chịu được nhiệt độ và độ ẩm của môi trường
c Độ tin cậy cao
- Máy phải luôn luôn hoạt động tốt, đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật theo thiết kế
- Trong suốt thời gian sử dụng, máy ít bị hỏng hóc, thời gian và chi phí cho việc sửa chữa thấp
d An toàn trong sử dụng
Trong quá trình làm việc: Không gây ra tai nạn nguy hiểm cho người sử dụng, cho các máy và các bộ phận khác, khi máy làm việc bình thường cũng như khi xảy ra sự cố
e Tính công nghệ và tính kinh tế
- Tính công nghệ
+ Kết cấu phải đơn giản, hợp lý, phù hợp với điều kiện và quy mô sản xuất
+ Cấp chính xác và độ nhám đúng mức
+ Chọn phương pháp chế tạo phôi hợp lý
Trang 8- Tính kinh tế
+ Công sức và chi phí cho việc thiết kế là ít nhất
+ Vật liệu chế tạo các chi tiết máy rẻ tiền, dễ cung cấp
+ Chế tạo chi tiết tốn ít công sức nhất, chi phí về chế tạo thấp nhất
+ Giá thành máy là thấp nhất
Trang 91.3 Tải trọng và ứng suất
1.3.1 Tải trọng
- Tải trọng tác dụng lên máy và chi tiết máy bao gồm: Lực, mômen và áp suất
- Tải trọng là 1 đại lượng vectơ, được xác định bởi các thông số: Cường độ, phương, chiều, điểm đặt và đặc tính của tải trọng
Trang 10- Phân loại tải trọng
+ Tải trọng không đổi hay tải trọng tĩnh: Là tải trọng có phương, chiều và cường độ
không thay đổi theo thời gian
+ Tải trọng thay đổi: Là tải trọng có ít nhất 1 trong 3 đại lượng ( phương, chiều và
cường độ ) thay đổi theo thời gian
+ Tải trọng danh nghĩa: Là tải trọng tác dụng lên chi tiết máy theo lý thuyết
+ Tải trọng tương đương: Khi tính toán chi tiết máy làm việc với chế độ tải trọng thay
đổi, người thiết kế thường thay thế chế độ tải trọng này bằng 1 chế độ tải trọng không đổi tương đương với chế độ tải trọng thay đổi về mặt tuổi thọ và sức bền của chi tiết máy
Qtđ = Qdn kN
KN: Hệ số tuổi thọ
+ Tải trọng tính toán: Là tải trọng lớn hơn tải trọng danh nghĩa
Trang 111.3.2 Ứng suất
- Ứng suất là ứng lực xuất hiện trong các phần tử của chi tiết máy, khi chi tiết máy chịu tải trọng.
- Ứng suất là 1 đại lượng vectơ được đặc trưng bởi phương, chiều và cường độ
- Tùy theo điều kiện làm việc cụ thể, tải trọng tác dụng lên chi tiết máy có thể gây nên các loại ứng suất: Ứng suất kéo, ứng suất nén, ứng suất uốn …
- Ứng suất không đổi hay ứng suất tĩnh: Là ứng suất có phương, chiều và cường
độ không thay đổi theo thời gian
- Ứng suất thay đổi là ứng suất có ít nhất 1 trong 3 đại lượng (phương, chiều, cường độ) thay đổi theo thời gian
Trang 12- Một vòng thay đổi ứng suất qua trị số giới hạn này sang trị số giới hạn khác
rồi trở về vị trí ban đầu được gọi là 1 chu trình ứng suất
- Thời gian thực hiện 1 chu trình ứng suất gọi là 1 chu kỳ ứng suất
- Chu trình ứng suất được đặc trưng bởi các yếu tố:
+ Biên độ ứng suất: σa= (σmax - σmin)/2
+ Ứng suất trung bình: σm= (σmax + σmin)/2
+ Hệ số tính chất chu trình: r = σmax/σmin hoặc r = σmin/σmax với σmin=0.
Trang 13- Có 2 loại chu trình ứng suất: Chu trình đối xứng và chu trình không đối xứng
+ Chu trình đối xứng: Các giới hạn ứng suất bằng nhau về trị tuyệt đối nhưng ngược
dấu
+ Chu trình không đối xứng: Các giới hạn ứng suất không bằng nhau về trị số
Trang 141.4 Độ bền mỏi của chi tiết máy
1.4.1 Hiện tượng phá hỏng do mỏi
- Sau một số chu kỳ ứng suất nhất định, tại những chỗ có tập trung ứng suất trên chi tiết máy sẽ xuất hiện các vết nứt nhỏ
- Vết nứt này phát triển lớn dần lên, làm giảm dần diện tích tiết diện chịu tải của chi tiết máy, do đó làm tăng giá trị ứng suất
- Cho đến khi chi tiết máy không đủ sức bền tĩnh thì nó bị phá hỏng
Trang 151.4.2 Đường cong mỏi
Dựa trên các thí nghiệm xác định mối quan hệ giữa giá trị ứng suất và số chu
kỳ làm việc cho đến khi hỏng của chi tiết máy, người ta lập được đồ thị có dạng đường cong Đường cong này được gọi là đường cong mỏi
Qua đồ thị đường cong mỏi ta thấy:
- Khi ứng suất càng cao thì tuổi thọ
càng giảm
- σr: Giới hạn bền mỏi của vật liệu
- N0: Số chu kỳ cơ sở của vật liệu
Trang 161.4.3 Những nhân tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy
a Vật liệu
- Vật liệu có ảnh hưởng lớn đến độ bền mỏi của chi tiết máy
- Chi tiết máy được chế tạo bằng vật liệu có cơ tính cao thì sức bền mỏi của chi tiết
sẽ cao
+ Chi tiết máy chế tạo bằng vật liệu kim loại có độ bền mỏi cao hơn bằng vật liệu phi kim loại
+ Chi tiết máy được chế tạo bằng kim loại đen có độ bền mỏi cao hơn kim loại màu + Chi tiết bằng thép có độ bền mỏi cao hơn chi tiết bằng gang
+ Chi tiết máy bằng thép hợp kim có độ bền mỏi cao hơn chi tiết bằng thép cacbon thường
+ Chi tiết máy bằng thép có hàm lượng cacbon càng cao thì độ bền mỏi của chi tiết càng cao
Trang 17b Hình dạng kết cấu
- Hình dạng kết cấu có ảnh hưởng lớn đến độ bền mỏi, ảnh hưởng đến khả năng làm việc của chi tiết máy khi chịu ứng suất thay đổi
- Các chi tiết máy có kết cấu phức tạp: Có bậc thay đổi đột ngột, có rãnh then, có lỗ sẽ làm giảm độ bền mỏi của chi tiết máy
Nguyên nhân: Do những chỗ này có sự tập trung ứng suất, các vết nứt sớm xuất hiện và phát triển nhanh
c Kích thước tuyệt đối
- Với cùng 1 loại vật liệu, nếu tăng kích thước tuyệt đối của chi tiết máy thì giới hạn bền mỏi của chi tiết máy giảm xuống
- Nguyên nhân:
+ Kích thước của chi tiết máy càng lớn, vật liệu càng không đồng đều, khả năng xuất hiện các khuyết tật bên trong của chi tiết máy càng nhiều
+ Những vết nứt, rỗ xỉ, rỗ khí bên trong chi tiết máy là nơi tập trung ứng suất, sẽ làm giảm độ bền mỏi của chi tiết máy
Trang 18d Công nghệ gia công bề mặt
- Quyết định trạng thái bề mặt của chi tiết máy
- Bề mặt chi tiết máy là nơi chịu ứng suất lớn nhất, các vết nứt thường xuất hiện tại đây + Những chi tiết có độ bóng bề mặt cao sẽ có độ bền cao
+ Những chi tiết trên bề mặt có độ nhám sẽ có độ bền mỏi giảm do đáy những nhấp nhô
là nơi tập trung ứng suất, xuất hiện các vết nứt
+ Tăng độ biến cứng bề mặt bằng cách lăn ép hay phun bi sẽ làm tăng độ bền mỏi của chi tiết máy
Trang 191.4.4 Các biện pháp nâng cao độ bền mỏi
+ Nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện đối với các chi tiết máy có tập trung ứng suất
+ Tùy theo điều kiện cụ thể, người ta tiến hành: tôi cải thiện, thường hóa, tôi và ram thấp, thấm than, thấm Nitơ để tăng độ cứng lớp bề mặt
+ Giảm tập trung ứng suất, tăng độ bền mỏi của chi tiết máy bằng cách gia công tinh các bề mặt ( đánh bóng, mài nghiền )
+ Gia công biến dạng dẻo lớp bề mặt có tác dụng tăng độ bền mỏi của chi tiết máy do làm chắc bề mặt, gây cứng nguội lớp bề mặt, độ cứng lớp bề mặt tăng lên