BÀI GIẢNG CHI TIẾT máy CHƯƠNG 2

- Chi tiết máy không đủ bền có thể bị gãy gây nguy hiểm, gây ra các tai nạn lao động - Bề mặt của chi tiết máy bị phá hỏng sẽ gây ra các sai lệch hình dạng, ảnh hưởng lớn đến sự phân bố

2.1 Độ bền

2.1.1 Yêu cầu về độ bền

Chi tiết máy không đủ bền nó sẽ bị hỏng do gẫy, vỡ, đứt ,cong, vênh, mòn, dập, rỗ bề mặt, vv… Chi tiết máy không còn tiếp tục làm việc được nữa

- Chi tiết máy bị biến dạng nhiều quá có thể phá hỏng sự làm việc bình thường của máy

- Chi tiết máy không đủ bền có thể bị gãy gây nguy hiểm, gây ra các tai nạn lao động

- Bề mặt của chi tiết máy bị phá hỏng sẽ gây ra các sai lệch hình dạng, ảnh hưởng lớn đến sự phân bố tải trọng giữa các bề mặt tiếp xúc, sinh nhiệt cao

- Tùy theo các dạng hỏng người ta chia độ bền làm 2 loại: Độ bền thể tích và độ bền bề mặt.

- Để tránh biến dạng dư lớn hoặc gãy hỏng, chi tiết máy cần có đủ độ bền thể tích

- Để tránh phá hỏng bề mặt làm việc chi tiết máy phải có đủ độ bền bề mặt

2.1.2 Phương pháp tính độ bền

- So sánh ứng suất sinh ra khi chi tiết máy chịu tải với ứng suất cho phép

- Chi tiết máy được đánh giá có đủ độ bền, khi nó thỏa mãn các điều kiện bền

σ ≤ [σ]

τ ≤ [τ]

S ≤ [S]

Trong đó : τ và σ là ứng suất sinh ra trong chi tiết máy khi chịu tải

[σ] và [τ] là ứng suất cho phép của chi tiết máy

S là hệ số an toàn tính toán của chi tiết máy

2.1.3 Cách xác định ứng suất sinh ra trong chi tiết máy

a Đối với các chi tiết máy chịu tải trọng không đổi

- Trường hợp trong chi tiết máy có trạng thái ứng suất đơn (chỉ có σ, hoặc chỉ có τ)

ứng suất sinh ra trong chi tiết máy tính theo công thức của sức bền vật liệu

Ví dụ: Tính ứng suất kéo sinh ra trong thanh chịu lực F:

- Trường hợp chi tiết máy có ứng suất phức tạp (có cả τ và cả σ ), lúc đó ứng suất sinh ra trong chi tiết máy được lấy theo ứng suất tương đương σtđ

Hoặc:

k

F A

 =

t

 =  + 

t

 =  + 

- Trường hợp diện tích tiếp xúc giữa hai bề mặt khá lớn, ứng suất sinh ra được tính theo ứng suất dập

- Nếu diện tích tiếp xúc giữa hai bề mặt rất nhỏ (ban đầu tiếp xúc theo đường hoặc theo điểm ), ứng suất sinh ra là ứng suất tiếp xúc cực đại tại tâm của vùng tiếp xúc, được tính theo công thức Héc σH.

b Đối với các chi tiết máy chịu tải trọng thay đổi

- Xét một chi tiết máy làm việc với chế độ tải trọng thay đổi

Chế độ tải trọng tương đương thường được chọn như sau :

Mtđ = M1

M1 : Tải trọng lớn nhất trong chế độ tải trọng thay đổi

- Tuổi bền tương đương của chi tiết máy, trong đa số các trường hợp, được tính theo công thức:

Trong trường hợp để xác định số chu kỳ ứng suất tiếp xúc, tuổi bền tương đương được tính theo công thức:

Trong đó m là mũ của đường cong mỏi.

- Giá trị ứng suất: Được tính theo tải trọng Mtđ hoặc theo tải trọng M1

- Số chu kỳ ứng suất sẽ được tính theo ttđ

d

( )

n

m i

i

M

M

=

= 

2 d

( )

m n

i

i

M

M

=

= 

2.2 Độ bền mòn

2.2.1 Ý nghĩa của độ bền mòn

- Độ bền mòn: Là khả năng chống lại sự suy giảm chiều dày lớp bề mặt tiếp xúc của CTM

- Mòn thường xảy ra đối với các chi tiết máy làm việc trong điều kiện không có ma sát ướt

- Tác hại của mòn:

+ Làm giảm độ chính xác của máy, đặc biệt là các dụng cụ đo

+ Giảm hiệu suất của máy, đặc biệt là các thiết bị động lực với hệ thống Pittông – xy lanh

+ Giảm độ bền do chất lượng lớp bề mặt bị kém đi

VD: Lớp nhiệt luyện, phun phủ …

+ Làm tăng khe hở của các liên kết động, dẫn tới tải trọng động tăng và gây ồn

+ Mòn quá nhiều có thể phá hỏng CTM, làm cho CTM không hoạt động được

- Để máy có thể làm việc được bình thường thì lượng mòn của CTM không được vượt quá trị số cho phép của từng loại máy

- Cường độ mòn và thời gian sử dụng của CTM phụ thuộc:

+ ƯS tiếp xúc và áp suất

+ Vận tốc trượt

+ Sự bôi trơn

+ Hệ số ma sát và tính chống mòn của vật liệu

- Biện pháp nâng cao độ bền mòn:

+ Bôi trơn bề mặt tiếp xúc

+ Dùng các loại vật liệu giảm ma sát

+ Thay đổi cơ tính bề mặt CTM như nhiệt luyện, phun phủ… để tăng độ cứng bề mặt làm việc

2.2.2 Phương pháp tính độ bền mòn

- Tính toán độ bền mòn xuất phát từ điều kiện bảo đảm chế độ ma sát ướt

- Giữa áp suất ( ứng suất tiếp xúc ) và quãng đường ma sát có hệ thức:

Pm s = Const

Trong đó:

P- Áp suất ( ứng suất tiếp xúc ) s- Quãng đường ma sát

m – Số mũ phụ thuộc vào hệ số ma sát f của bề mặt tiếp xúc

+ Ma sát nửa ướt ( f = 0,01-0,09 ) lấy m=3

+ Ma sát nửa khô ( f = 0,1-0,3 ) lấy m=2

+ Ma sát khô hoặc có hạt mài giữa 2 bề mặt tiếp xúc ( f = 0,4-0,9 ) lấy m=1

- Nhận xét: + P càng lớn thì tuổi thọ của CTM càng tăng

+ Số mũ m càng lớn thì tuổi thọ của CTM tăng.

- Để đảm bảo độ bền mòn, CTM được tính theo công thức thực nghiệm sau:

p ≤ [ p ] p.v ≤ [ p.v ] Trong đó:

p- Áp suất trên bề mặt tiếp xúc

v- Vận tốc trượt tương đối giữa 2 bề mặt

2.3 Độ cứng

2.3.1 Yêu cầu về độ cứng

- Chi tiết máy được coi là không đủ độ cứng, khi lượng biến dạng đàn hồi của nó vượt quá giá trị cho phép

Trong 1 số trường hợp kích thước CTM xác định theo độ bền thì khá nhỏ nhưng vẫn phải lấy tăng lên để thỏa mãn điều kiện cứng

- Khi CTM không đủ cứng, độ chính xác làm việc sẽ giảm Ảnh hưởng đến chất lượng làm việc của các CTM ghép khác với nó

2.3.2 Phương pháp tính toán về độ cứng

- CTM đủ chỉ tiêu độ cứng khi nó thỏa mãn các điều kiện cứng sau:

Δl ≤ [Δl]

y ≤ [y]

θ ≤ [θ]

φ ≤ [φ]

Trong đó:

Δl: Độ giãn dài của CTM khi chịu tải y: Độ võng của CTM bị uốn

θ: Góc xoay của CTM bị uốn φ: Góc xoắn của CTM bị xoắn

Các giá trị Δl, y, θ, φ được tính theo công thức trong “ Sức bền vật liệu ”

[Δl], [y], [θ], [φ] được tra trong các sổ tay thiết kế cơ khí

- Để đánh giá khả năng chống biến dạng của CTM, dùng hệ số độ cứng C

Hệ số độ cứng C là tỷ số giữa tải trọng tác dụng ( lực, mômen ) với biến dạng

do chúng gây ra

2.4 Khả năng chịu nhiệt

2.4.1 Yêu cầu về khả năng chịu nhiệt

- Trong quá trình làm việc do ma sát trong các cơ cấu, máy hoặc các bộ phận máy bị nóng lên

- Nhiệt độ làm việc cao quá trị số cho phép, có thể gây ra các tác hại sau:

+ Làm giảm cơ tính của vật liệu, dẫn đến làm giảm khả năng chịu tải của CTM

+ Làm giảm độ nhớt của dầu, mỡ bôi trơn, làm tăng khả năng mài mòn

+ Biến dạng nhiệt gây nên cong vênh các CTM hoặc làm thay đổi khe hở trong các liên kết động

2.4.2 Phương pháp tính toán về nhiệt

Máy hoặc bộ phận máy được coi là đủ chỉ tiêu chịu nhiệt, khi nó thỏa mãn điều kiện chịu nhiệt:

t0 ≤ [t]

t: Nhiệt độ làm việc của máy

- Nhiệt độ làm việc t của máy được xác định từ phương trình cân bằng nhiệt.

Ω = Ω1 + Ω2 Ω: Nhiệt lượng sinh ra trong 1 đơn vị thời gian

Ω= 860.(1- η ).p (kCal/h) η: Hiệu suất làm việc của máy

p: Công suất làm việc của máy

Ω1 : Nhiệt lượng tỏa ra môi trường trong 1 đơn vị thời gian

Ω1 = At kt ( t- t0 ) ( kCal/h )

At : Diện tích tỏa nhiệt của máy (m2)

kt : Hệ số thoát nhiệt

t: Nhiệt độ của dầu ( ≤ 75 – 900 )

t0 : Nhiệt độ môi trường xung quanh

Ω2 : Nhiệt độ do thiết bị làm mát thải ra ngoài trong 1 giờ ( kCal/h )

- Thay các giá trị vào phương trình cân bằng nhiệt:

860.(1- η ).p= At kt ( t- t0 ) + Ω2

2.5 Độ ổn định dao động

2.5.1 Nguyên nhân và tác hại của dao động

- Dao động sinh ra do các nguyên nhân sau: CTM không đủ độ cứng, không cân bằng vật quay, tốc độ làm việc cao …

- Dao động có thể làm cho CTM bị gãy

- Làm giảm chất lượng làm việc của máy

2.5.2 Phương pháp tính toán về dao động

- Xác định tần số dao động riêng của máy để tránh cộng hưởng

- Tính biên độ dao động để xét xem có quá trị số cho phép không