Môn học chi tiết máy_Chương 1 và 2 docx

MÔN H C CHI TI T MÁY GI NG VIÊN: NGUY N VĂN TH NH B MÔN: THI T K MÁY KHOA CƠ KHÍ TRƯ NG ð I H C BÁCH KHOA TP.HCM CHƯƠNG VÀ CHƯƠNG - NH NG YÊU C U CHUNG C A MÁY - NH NG CH TIÊU THI T K MÁY VÀ CHI TI T MÁY 3/11/2011 GV:NGUY N VĂN TH NH 1.1 NHỮNG YÊU CẦU CHUNG CỦA MÁY (02) Bao g m yêu cầu chung thiết kế chế tạo vận hành 1.1.1 NHỮNG YÊU CẦU CHUNG VỀ THIẾT KẾ CHẾ TẠO: 1) 2) 3) 4) Đảm bảo khả làm việc Đảm bảo tính công nghệ cao Mức độ tiêu chuẩn hóa, qui cách hóa cao Mức độ tiêu hao nguyên vật liệu nhỏ 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) Năng suất máy cao Giá thành máy thấp Độ tin cậy cao Giá thành gia công hợp lý Chất lượng gia công cao6 Tỷ suất lợi nhuận Tính động máy 1.1.2 NHỮNG YÊU CẦU CHUNG VỀ VẬN HÀNH: • Ngoài yêu cầu máy thiết kế cần phải thỏa mãn yêu cầu khác như: an toàn, tiện lợi, thẩm mỹ không ảnh hưởng đến môi trường xung quanh (không ồn, không gây ô nhiễm môi trường) 3/11/2011 GV:NGUY N VĂN TH NH 1.2 KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY: Độ bền, Độ cứng, Độ bền mòn, Độ ổn định dao động, độ chịu nhiệt, độ xác 1.2.1 ĐỘ BỀN: 1.2.1.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN: • Độ bền khả bảo đảm cho máy chi tiết máy không bị biến dạng dư lớn, gãy hỏng hay bề mặt làm việc không bị phá hủy chịu tác dụng tải trọng trình làm việc • Những dạng hỏng chủ yếu liên quan đến độ bền chi tiết máy: • Biến dạng dẻo • Phá hủy mỏi • Phá hủy giòn • Hóa già (lão hóa) • Tùy theo dạng hỏng xảy cho khối vật thể hay bề mặt tiếp xúc người ta phân biệt loại độ bền: độ bền thể tích (độ bền kéo, nén, uốn, xoắn, cắt ) độ bền tiếp xúc (dập, tiếp xúc) • Khi tính toán độ bền thể tích hay tiếp xúc người ta ý đến tính chất thay đổi ứng suất sinh chi tiết máy: ứng suất không đổi (tải trọng tónh) ta tính theo độ bền tónh, ứng suất thay đổi ta tính theo độ bền mỏi 3/11/2011 GV:NGUY N VĂN TH NH 1.2.1.2 TẢI TRỌNG VÀ ỨNG SUẤT (1) a) Tải trọng (ký hiệu chung Q) + Lực, mômen chi tiết máy phận máy tiếp nhận trình làm việc + Tải trọng tác dụng lên chi tiết máy không đổi thay đổi: - Tải trọng không đổi (tải trọng tónh) : tải trọng không thay đổi tónh) theo thời gian thay đổi không đáng kể - Tải trọng thay đổi: tải trọng có phương, chiều hay cường độ thay đổi theo thời gian - Tải trọng va đập: tải trọng thay đổi đột ngột (đột nhiên tăng mạnh giảm tức khắc) Trong tính toán người ta phân biệt: tải trọng danh nghóa, tải trọng tương đương tải trọng tính toán 3/11/2011 GV:NGUY N VĂN TH NH - Tải trọng danh nghóa Qdn: Qdn: Là tải trọng chọn số tải trọng tác dụng lên máy chế độ làm việc ổn định (thường chọn tải trọng lớn hay tác dụng lâu dài làm tải trọng dang nghóa) - Tải trọng tương đương Qtd: Qtd: Giá trị tương đương không đổi tải trọng thay cho chế độ thay đổi tải trọng Qtd = Qdn Kn : Kn - Hệ số phụ thuộc vào chế độ tải trọng Tải trọng tính toán Qtt: Qtt: Là tải trọng dùng tính toán thiết kế máy chi tiết máy, phụ thuộc vào t/c thay đổi tải trọng, phân bố không tải trọng, điều kiện sử dụng Qtt = Qtd Ktt Kd Kdk = Qdn Kn Ktt Kd Kdk đó: Ktt- hệ số xét đến phân bố không không tải trọng; Kd- hệ số tải trọng động; Kdk- hệ số điều kiện làm việc 3/11/2011 GV:NGUY N VĂN TH NH b) Ứng suất: • Dưới tác dụng tải trọng chi tiết máy sinh ứng suất Phụ thuộc vào tính chất tải trọng ta có ứng suất tónh (ứng suất không thay đổi theo thời gian) hay ứng suất thay đổi (ứng suất có trị số hay chiều thay đổi theo thời gian) • ng suất thay đổi đặc trưng chu kỳ ứng suất • Chu kỳ ứng suất: vòng thay đổi ứng suất từ trị số giới hạn sang trị số giới hạn khác trở vị trí ban đầu Chu kỳ ứng suất đặc trưng bởi: - Biên đ ng su t - T s ng su t 3/11/2011 GV:NGUY N VĂN TH NH 3/11/2011 GV:NGUY N VĂN TH NH 3/11/2011 GV:NGUY N VĂN TH NH 3/11/2011 GV:NGUY N VĂN TH NH 10 c) Các phương pháp nâng cao độ bền mỏi chi tiết máy: • Độ bền mỏi chi tiết máy chịu ảnh hưởng nhân tố: Vật liệu phương pháp nhiệt luyện; hình dạng kết cấu chi tiết; kích thước chi tiết; công nghệ gia công bề mặt; đặc tính tải trọng; trạng thái ứng suất - Biện pháp kết cấu: tăng kích thước thiết diện nguy hiểm để giảm trị số danh nghóa ứng suất; sử dụng kết cấu hợp lý để giảm tập trung ứng suất (sự dụng góc lượn với bán kính lớn chỗ chuyển tiếp kích thước; vát mép bề mặt lắp ghép ) - Biện pháp công nghệ: sử dụng phương pháp gia công đặc biệt tăng bền như: dùng nhiệt luyện hóa nhiệt luyện với chi tiết máy có tập trung ứng suất; đánh bóng, mài nghiền để san băng gồ ghề tế vi làm giảm tập trung ứng suất; gây biến dạng dẻo lớp bề mặt phun bi, lăn nén gây cứng nguội bề mặt làm tăng độ bền mỏi 3/11/2011 GV:NGUY N VĂN TH NH 26 1.2.2 ĐỘ CỨNG: 1.2.2.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN: • Độ cứng khả chống lại biến đổi hình dạng kích thước chi tiết máy tác dụng tải trọng Nếu chi tiết máy không đủ độ cứng, làm việc bị biến dạng đàn hồi vượt trị số cho phép, phá hủy điều kiện làm việc bình thường chi tiết máy chi tiết lắp ghép (ví dụ: trục bị võng làm cho bánh tiếp xúc không tốt, làm mòn vẹt ổ) • Theo tính chất tải trọng tónh hay động ta có độ cứng tónh hay động • Người ta phân biệt độ cứng thể tích liên quan đến biến dạng toàn vật liệu chi tiết độ cứng tiếp xúc, liên quan đến biến dạng lớp bề mặt 3/11/2011 GV:NGUY N VĂN TH NH 27 1.2.2.2 TÍNH TOÁN ĐỘ CỨNG: • Tính toán độ cứng nhằm giới hạn biến dạng phạm vi cho phép, phụ thuộc vào tải trọng tác dụng a) Độ cứng thể tích: tích: • Tính toán độ cứng thể tích xuất phát từ điều kiện: chuyển vị thực (chuyển vị dài góc) không vượt giá trị cho phép b) Độ cứng tiếp xúc: • Độ cứng tiếp xúc thể mối quan hệ áp suất biến dạng chỗ tiếp xúc bề mặt Chỗ tiếp xúc điểm (ổ bi ), đường thẳng (cặp bánh răng, ổ đũa ) 3/11/2011 GV:NGUY N VĂN TH NH 28 1.2.2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO ĐỘ CỨNG: - Dùng vật liệu hợp lý: vật liệu có môđun đàn hồi cao, dễ dàng chế tạo chi tiết có hình dạng phức tạp thiết diện hợp lý Trong thực tế thường dùng thép, gang (vì có độ cứng tỷ lệ với môđun đàn hồi E,G) - Chọn hình dạng thiết diện ngang hợp lý: tốn vật liệu mà có độ cứng vững cao (vì độ cứng tỷ lệ với mômem quán tính thiết diện J hay mômen chống xoắn Wo Trong kết cấu tạo gân, sườn bên để tăng độ cứng uốn xoắn - Chọn kết cấu chịu tải hợp lý độ cứng: sử dụng kết cấu chịu tải đối xứng để tránh chuyển vị đàn hồi theo phương tác dụng tải trọng; cố gắng sử dụng nhiều tốt kết cấu chịu kéo, chịu nén độ cứng chúng lớn nhiều so với trường hợp uốn xoắn - Sử dụng phân bố ổ trục hợp lý số lượng thể loại để tăng độ cứng - Có thể tạo biến dạng ngược lại nhờ đối trọng để cân với biến dạng trọng lượng riêng phận máy gây - Đảm bảo cân hệ thống (dùng chi tiết có độ cứng không trênh lệch); giảm biến dạng cục 3/11/2011 GV:NGUY N VĂN TH NH 29 1.2.3 ĐỘ CHỊU MÒN 1.2.3.1 KHÁI NIỆM VỀ ĐỘ MÀI MÒN • Mòn kết tác dụng ứng suất tiếp xúc áp suất bề mặt tiếp xúc trượt tương điều kiện không đủ dầu bôi trơn (trong thực tế có khoảng 90% chi tiết máy có bề mặt làm việc tiếp xúc bị hỏng mòn) • Chi tiết máy bị mòn gây hậu quả: - Làm việc không xác (máy đo không báo xác kết đo mòn ) - Giảm hiệu suất (cặp Pittông-Xylanh bị mòn khiến máy làm việc không tốt ) - Giảm độ bền chi tiết máy (do bị mòn tăng tập trung ứng suất) - Tăng tải trọng động, gây ồn lớn (mòn làm khe hở lăn vòng cách lớn sinh tượng va đập gây tiếng ồn lớn) 3/11/2011 GV:NGUY N VĂN TH NH 30 1.2.3.2 CÁC DẠNG MÒN - Mòn hạt mài: bụi từ bên ngoài, dầu bôi trơn rơi vào; hạt kim loại trình - Mòn oxy hóa: ôxy không khí hay dung dịch bôi trơn tác dụng với kim loại tạo - mòn tạo thành lớp màng ôxy hóa bị tróc gây mòn Tróc dính: xảy ma sát trượt lớp kim loại khiết tiếp xúc trực tiếp với vận tốc tương đối nhỏ áp suất riêng vượt giới hạn chảy vùng tiếp xúc, kim loại bề mặt bị dính tróc khỏi chi tiết Tróc nhiệt: kết trình nung nóng, làm mềm biến dạng tiếp xúc bề mặt kim loại khiết trình chịu ma sát với vận tốc lớn áp suất riêng lớn Phá hủy mỏi vị trí tiếp xúc: ứng suất bề mặt tiếp xúc biến đổi theo chu kỳ gây mỏi bề mặt tiếp xúc làm lớp kim loại bề mặt tiếp xúc tróc - bề mặt mòn dần Xói mòn kim loại: phá hủy bề mặt chi tiết tác dụng lặp lại nhiều lần dòng chất lỏng, chất khí, hạt mài n mòn kim loại: phá huỷ bề mặt tiếp xúc tác dụng hóa điện hóa môi trường Mòn tróc rỉ: trình phá huỷ bề mặt tiếp xúc đồng thời có tượng ăn mòn kim loại di động tương đối chi tiết sinh dao động với biên độ nhỏ bề mặt tiếp xúc 3/11/2011 31 GV:NGUY N VĂN TH NH 1.2.3.3 CÁC BIỆN PHÁP GIẢM MÒN - Chọn kết cấu chi tiết tiếp xúc nhằm bảo đảm chế độ bôi trơn ma sát ướt Trường hợp tạo chế độ bôi trơn ma sát ướt, tính toán độ bền mòn dựa sở hạn chế áp suất ứng suất tiếp xúc không cho vượt giá trị cho phép: p ≤ [p] - Mối liên hệ áp suấp p quãng đường ma sát L xác định theo công thức:pm L = const đó: L- quãng đường ma sát; m- số mũ phụ thuộc điều kiện bôi trơn: masát khô m=1; masát nửa khô m=2; ướt m=3 • Ngoài phải ý đến biện pháp giảm mòn sau: sau: - Sử dụng vật liệu giảm ma sát (đồng ) phận có vận tốc lớn (bánh vít, ổ trượt ) - Giảm tải cho bề mặt chịu ma sát (dùng cấu tự lựa để phân tải bề mặt tiếp xúc, kết cấu bề mặt tiếp xúc cho không tiếp xúc nơi có ứng suất lớn) - Bôi trơn làm nguội tốt - Giảm lượng hạt mài rơi vào bề mặt ma sát cách che chắn kín - Đảm bảo mòn cho chi tiết - Chuyển mòn vào chi tiết ảnh hưởng đến độ xác máy - Sử dụng kết cấu điều chỉnh mòn 3/11/2011 GV:NGUY N VĂN TH NH 32 1.2.4 ĐỘ CHỊU NHIỆT • Là khả chi tiết máy làm việc phạm vi nhiệt độ cần thiết mà không bị nung nóng giá trị cho phép Nhiệt sinh thường ma sát cấu, phận máy • Nhiệt độ cao chi tiết sinh số tượng có hại: - Làm giảm khả tải chi tiết máy (do thay đổi đặc tính vật liệu): với vật liệu thép, t >300÷400oC; với vật liệu chất dẻo, t ≥ 100÷150oC - Giảm khả bảo vệ màng dầu (giảm độ nhớt dầu) - Làm thay đổi khe hở chi tiết lắp ghép - Làm thay đổi tính chất bề mặt làm việc (giảm hệ số ma sát phận hãm ) - Làm giảm độ xác máy • Tính toán nhiệt nhằm xác định nhiệt độ sinh trình làm việc biện pháp hạn chế phạm vi cho phép:t ≤ [t] • Để nâng cao khả chịu nhiệt chi tiết máy cần chế tạo vật liệu chịu nhiệt, áp dụng biện pháp bôi trơn làm maùt 3/11/2011 GV:NGUY N VĂN TH NH 33 1.2.5 ĐỘ N ĐỊNH DAO ĐỘNG • Là khả chi tiết máy làm việc phạm vi vận tốc cần thiết mà không bị rung mức cho phép Dao động xuất tiết máy quay không cân bằng, không đủ độ cứng, làm việc với vận tốc cao • Dao động cưỡng (do lực tuần hoàn từ bên ngoài, chi tiết không cân bằng, sai số chế tạo, lực thay đổi máy có pitông) hay tự dao động lực nhiễu gây nên dao động (ví dụ: dao động masát giảm ma sát tăng vận tốc nhân tố khác) • Dao động gây nên ứng suất phụ thay đổi theo chu kỳ dẫn đến hỏng mỏi; gây ồn lớn; giảm độ xác chi tiết máy • Tính toán dao động nhằm xác định tần số dao động riêng máy, cấu để tránh cộng hưởng hay hạn chế biên độ phạm vi cho phép • Các biện pháp chống rung: triệt tiêu ngoại lực gây dao động; thay đổi tính chất động lực hệ thống; dùng thiết bị giảm rung, giảm va đập 3/11/2011 GV:NGUY N VĂN TH NH 34 1.3 ĐỘ TIN CẬY VÀ TUỔI THỌ CỦA MÁY 1.3.1 KHÁI NIỆM VỀ ĐỘ TIN CẬY • Độ tin cậy khả máy chi tiết máy thực chức trì chức năng, nhiệm vụ suốt thời hạn định (độ tin cậy đặc trưng cho khả làm việc máy xác suất trì khả suốt thời hạn quy định) 1.3.2 CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA MÁY 1) Xác suất làm việc không hỏng R(t): xác suất không xảy hỏng hóc chi tiết máy máy thời hạn định 2) Mật độ phân phối hỏng f(t): xác suất hỏng đơn vị thời gian 3) Cường độ hỏng λ(t): số hỏng hóc đơn vị thời gian đơn vị sản phẩm 4) Tuổi thọ: khoảng thời gian làm việc chi tiết máy từ bắt đầu làm hoạt động đạt trạng thái tới hạn, tức bị hỏng cần sửa chữa, phục hồi 5) Hệ số sử dụng Ks: tỉ số thời gian làm việc tlv với tổng thời gian th chu kỳ làm việc chi tiết máy 3/11/2011 GV:NGUY N VĂN TH NH 35 1.3.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA MÁY - Khi thiết kế tận dụng khả sử dụng thiết bị với số lượng chi tiết ít, đơn giản, độ tin cậy gần - Có biện pháp dung hòa giảm cường độ chịu tải (tăng độ tin cậy) với giảm khối lượng kích thước chi tiết máy: sử dụng vật liệu có độ bền cao, nhiệt luyện hóa nhiệt luyện, biện pháp công nghệ phun bi, lăn nén - Bôi trơn tốt: chọn loại dầu, thiết kế hệ thống bôi trơn hợp lý - Sử dụng hệ thống tự cân (các khuyết tật chế tạo ảnh hưởng đến phân bố tải trọng hơn); dùng ly hợp an toàn hay rơle với máy hay xuất tải ngẫu nhiên - Sử dụng rộng rãi chi tiết, kết cấu tiêu chuẩn tạo sản phẩm có chất lượng cao, dễ sửa chữa thay 3/11/2011 GV:NGUY N VĂN TH NH 36 1.4 TIÊU CHUẨN HÓA CHI TIẾT MÁY • Tiêu chuẩn hóa việc quy định tiêu chuẩn quy phạm hợp lý, thống hình thức, loại, chất lượng, phương pháp thí nghiệm chế tạo chi tiết máy máy • Tiêu chuẩn hóa có ý nghóa kinh tế kỹ thuật quan trọng thể điểm sau: - Hạn chế chủng loại, kích thước sản phẩm loại, tên nên sử dụng phương pháp tiên tiến để chế tạo hàng loạt chi tiết máy tiêu chuẩn chất lượng cao, hạ giá thành (giảm sức lao động, tiết kiệm nguyên vật liệu, giảm đầu tư thiết bị ) - Đảm bảo tính đổi lẫn chi tiết máy, nhờ tạo dễ dàng cho công việc sửa chữa, thay - Giảm bớt thời gian, công sức thiết kế • Hiện nước ta sử dụng tiêu chuẩn: - Tiêu chuẩn nhà nước Việt Nan: TCVN - Tiêu chuẩn ngành: TCN - Tiêu chuẩn tỉnh, thành phố: TCV - Tiêu chuẩn sở: TC • ðồng thời áp dụng nhiều tiêu chuẩn tổ chức tiêu chuẩn hóa giới ISO 3/11/2011 GV:NGUY N VĂN TH NH 37 1.5 NỘI DUNG, TRÌNH TỰ THIẾT KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY 1.5.1 NỘI DUNG THIẾT KẾ MÁY: Thiết kế máy bao gồm nội dung: 1) Xác định nguyên lý hoạt động chế độ làm việc máy dự định thiết kế 2) Lập sơ đồ chung toàn máy phận máy thỏa mãn yêu cầu cho trước Đánh giá phương án để tìm phương án thích hợp nhất, đáp ứng tốt yêu cầu đặt 3) Xác định trị số đặc tính tải trọng tác dụng lên phận máy 4) Chọn vật liệu thích hợp nhằm nâng cao hiệu độ tin cậy làm việc máy 5) Tiến hành tính toán động học, động lực học tính toán thiết kế nhằm định kích thước gần chi tiết máy thỏa mãn tiêu chủ yếu khả làm việc chúng Sau kết hợp với yêu cầu tiêu chuẩn hóa, lắp ghép, công nghệ để xác định lần cuối kích thước chi tiết máy, phận máy toàn máy 6) Lập thuyết minh, hướng dẫn sử dụng, bảo dưỡng sửa chữa máy 3/11/2011 GV:NGUY N VĂN TH NH 38 1.5.2 TRÌNH TỰ THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY Thiết kế chi tiết máy phần qui trình thiết kế máy tiến hành theo trình tự sau: 1) Lập sơ đồ tính toán (các kết cấu đơn giản hóa, lực tập trung hay phân bố theo qui luật đó) 2) Xác định tải trọng tác dụng lên chi tiết máy (docï trục Fa, hướng tâm Fr, lực vòng Ft) 3) Chọn vật liệu thích hợp với điều kiện làm việc chi tiết máy, khả gia công có xét đến yếu tố kinh tế 4) Tính toán kích thước theo tiêu khả làm việc 5) Tiến hành kiểm nghiệm theo tiêu khả làm việc (như hệ số an toàn tiết diện nguy hiểm ) so sánh với trị số cho phép không thỏa phải xác định lại kích thước 6) Dựa theo tính toán điều kiện chế tạo lắp ghép vẽ đầy đủ kết cấu chi tiết máy với kích thước, dung sai, độ nhám bề mặt, yêu cầu công nghệ 3/11/2011 GV:NGUY N VĂN TH NH 39 H T CHƯƠNG VÀ CHƯƠNG 3/11/2011 GV:NGUY N VĂN TH NH 40 ... s ng su t 3 /11 /2 011 GV:NGUY N VĂN TH NH 3 /11 /2 011 GV:NGUY N VĂN TH NH 3 /11 /2 011 GV:NGUY N VĂN TH NH 3 /11 /2 011 GV:NGUY N VĂN TH NH 10 3 /11 /2 011 GV:NGUY N VĂN TH NH 11 • ng suất chi tiết máy thay... công thức Hetz: 3 /11 /2 011 GV:NGUY N VĂN TH NH 13 3 /11 /2 011 GV:NGUY N VĂN TH NH 14 3 /11 /2 011 GV:NGUY N VĂN TH NH 15 3 /11 /2 011 GV:NGUY N VĂN TH NH 16 1. 2 .1. 3 ỨNG SUẤT CHO PHÉP VÀ HỆ SỐ AN TOÀN:... TH NH 18 3 /11 /2 011 GV:NGUY N VĂN TH NH 19 1. 2 .1. 4 TÍNH BỀN TRONG TRƯỜNG HP TẢI TRỌNG TĨNH: 3 /11 /2 011 GV:NGUY N VĂN TH NH 20 1. 2 .1. 5 TÍNH BỀN TRONG TRƯỜNG HP TẢI TRỌNG THAY ĐỔI • a) Chi tiết máy