Đất nước đang trên con đường công nghiệp hóa hiện đại hóa , trong đó ngành công nghiệp cơ khí đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong sự phát triển kinh tế. Các hệ thống máy móc, dây truyền tự động, ngày càng trở lên phổ biến và từng bước thay thế sức lao động của con người. Sửa chữa máy công cụ là một môn học cơ bản của sinh viên ngành cơ khí, môn học không những giúp cho sinh viên có cái nhìn cụ thể, thực tế hơn với những kiến thức đã học mà nó còn là cơ sở quan trọng cho các công việc chuyên ngành sau này. Nội dung của bài tập lớn bao gồm những vấn đề cơ bản về phương pháp tính toán, thiết kế , phán đoán các sai hỏng trong quá trình sửa chữa máy công cụ, sau đó đưa ra các phương án tối ưu nhất, tiết kiệm nhất để sửa chữa đảm bảo chất lượng và yêu cầu kỹ thuật tốt nhất.
Trang 1LỜI NÓI ĐẦU
Đất nước đang trên con đường công nghiệp hóa hiện đại hóa , trong đó ngànhcông nghiệp cơ khí đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong sự phát triển kinh tế.Các hệ thống máy móc, dây truyền tự động, ngày càng trở lên phổ biến và từng bướcthay thế sức lao động của con người
Sửa chữa máy công cụ là một môn học cơ bản của sinh viên ngành cơ khí, mônhọc không những giúp cho sinh viên có cái nhìn cụ thể, thực tế hơn với những kiếnthức đã học mà nó còn là cơ sở quan trọng cho các công việc chuyên ngành sau này Nội dung của bài tập lớn bao gồm những vấn đề cơ bản về phương pháp tínhtoán, thiết kế , phán đoán các sai hỏng trong quá trình sửa chữa máy công cụ, sau đóđưa ra các phương án tối ưu nhất, tiết kiệm nhất để sửa chữa đảm bảo chất lượng vàyêu cầu kỹ thuật tốt nhất
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy (cô) giáo trong vàngoài khoa, đặc biệt là thầy giáo TS Trần Đức Toàn đã hướng dẫn và cho em nhiều ýkiến quý báu để em hoàn thành bài tập lớn môn học này
Trong quá trình hoàn thành bài bài tập lớn do kinh nghiệm và kiến thức cònhạn chế nên không thể tránh khỏi sai sót, em kính mong nhận được sự phê bình, góp
ý từ thầy (cô) và các bạn để em hoàn thành những bài tập sau được tốt hơn
Em xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội, ngày 04 tháng 04 năm 2016 Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện
Trần Đức Toàn Phan Văn Đức
MỤC LỤC
Trang 2LỜI NÓI ĐẦU 2
I, TÌM HIỂU VỀ CÁC LOẠI MỐI LẮP GHÉP TRONG CƠ KHÍ 4
1, Khái niệm lắp ghép là gì ? 4
2, Phân loại 4
2.1, Lắp ghép di động 4
2.2, Lắp ghép có độ dôi ( lắp chặt) 5
II, CÁC DẠNG SAI HỎNG TRONG CƠ KHÍ 17
1, Hiện tượng mỏi 17
2, Hiện tượng mòn 19
3, Quá tải 21
4, Mất ổn định 22
5, Các nguyên nhân khác 23
5.1, Độ cứng 23
5.2 Độ chịu nhiệt 24
TÀI LIỆU THAM KHẢO 25
Trang 3I, TÌM HIỂU VỀ CÁC LOAI MỐI LẮP GHÉP TRONG CƠ KHÍ
1, Khái niệm lắp ghép là gì ?
Lắp ghép là sự phối hợp giữa hai hay nhiều chi tiết thành một cụm chi tiết hoặcmáy hoàn chỉnh có công dụng xác định Những bề mặt và kích thước mà dựa vào đócác chi tiết phối hợp với nhau gọi là bề mặt lắp ghép
2, Phân loại
2.1, Lắp ghép di động
Lắp ghép di động là lắp ghép trong đó kích thước lỗ luôn lớn hơn kích thước trục
và đảm bảo mối ghép có độ hở độ hở trong lắp ghép đặc trưng cho sự dịch chuyểntương đối giữ hai chi tiết trong lắp ghép
Cách tính các trị số của độ hở
Độ hở ký hiệu là S được tính bằng hiệu số giữa kích thước của lỗ và kích thướccủa trục
S = D – dỨng với các kích thước giới hạn ta có độ hở giới hạn
Smax = Dmax – dmin = ES – ei
Smin = Dmin – dmax = EI – es
Ta có độ hở trung bình Stb
Stb = (Smax + Smin)/2
Để đánh giá độ chính xác của mối ghép người ta dùng dung sai của lắp ghép đó làdung sai độ hở trong lắp ghép có độ hở và dung sai độ dôi trong lắp ghép có độ dôi
Trang 4Dung sai độ hở IT là hiệu số giữa độ hở lớn nhất và độ hở nhỏ nhất hoặc bằngtổng dung sai của lỗ và dung sai của trục
IT = Smax - Smin = ITD + ITd
2.2, Lắp ghép có độ dôi ( lắp chặt)
Lắp chặt là lắp ghép trong đó kích thước trục luôn lớn hơn kích thước lỗ và đảmbảo mối ghép có độ dôi hay nói cách khác lắp chặt là là lắp ghép mà các chi tiết lắpghép không chuyển động tương đối với nhau
Cách tính các trị số độ dôi
Độ hở ký hiệu là N được tính bằng hiệu số giữa kích thước của lỗ và kích thướccủa trục
N = d – DỨng với các kích thước giới hạn ta có độ hở giới hạn
Nmax = dmax – Dmin = es – EI
Nmin = dmin – Dmax = ei – ES
Ta có độ hở trung bình Stb
Nm = (Nmax + Nmin)/2Mối ghép cố định gồm 2 loại : mối ghép tháo được và mối ghép không tháo được + Mối ghép không tháo được : muốn tháo được các chi tiết buộc phải phá hỏngthành phần mối ghép
+ Mối ghép tháo được ( bu lông – đai ốc): có thể tháo rồi các chi tiết ở dạngnguyên vẹn
a,Mối ghép đinh tán
Trang 5Mối ghép đinh tán là mối ghép cố định không thể tháo được, dùng để ghép chặtcác chi tiết lại với nhau bằng đinh tán Nhất là trong những kết cấu chịu chấn độngmạnh như cầu, nồi hơi, vỏ máy bay…
Đặc điểm cấu tạo
Đặcđiểm: mối ghépcốđịnh, không tháođược
Cấutạo: Mốighépđinhtángồmcáctấmghépvàđinhtán
Đinh táncónhiềudạng:
Đinh tán gồm hai phần: Mũ đinh và đinh tán
- Thân đinh hình viên trụ
- Mũ đinh được gia công sẵn một đầu với các hình dạng như (hình 2) đầu còn lạiđược hình thành được hình thành sau khi tán vào mối ghép
+ Vật liệu làm đinh tán phải có tính dẻo, dễ tán, không ăn tôi do vậy thường dùngthép ít các bon như CT2 - CT5 hoặc thép 10, 15 trong điều kiện làm việc nhẹ dùngkim loại màu Cu như: l 62, B 65, 18 và Al
+ Tấm ghép được gia công lỗ lồng đinh bằng phương pháp khoan hoặc đột Đột lỗcho năng suất cao nhưng mép lỗ thường bị nứt do vậy với các chi tiết quan trọngngười ta thường dùng phương pháp khoan hoặc đột để lượng dư rồi khoan mở rộng
- Tán đinh có thể thực hiện bằng tay hoặc bằng máy với hai phương pháp tánnóng hoặc tán nguội
+ Tán nguội khi đinh tán có d ≥ 10 mm
Trang 6Nếu P ≤ Fms mối ghép chắc chắn không có hiện tượng trượt
Nếu P > Fms các tấm ghép có sự trượt với một khoảng bằng khe hở giữa lỗ lồngđinh và thân đinh làm cho đinh bị cắt, dập, uốn
Vậy để giảm biến dạng thân đinh chỉ cần nung nóng phần tạo mũ đinh như vậyviệc tạo mũ đinh đơn giản mà đảm bảo độ bền đinh và chất lượng mối ghép
Tán nguội
Trang 7Đặc điểm: Giữa lỗ lồng đinh và thân đinh có khe hở rất nhỏ
Khi có lực tác dụng thân đinh sẽ truyền tải ngay từ tấm 1 đến tấm 2
Dưới tác dụng của ngoại lực P thân đinh chủ yếu chịu biến dạng cắt tại bề mặttiếp xúc giữa các tấm
Ưu điểm:
Mối ghép chắc chắn, ổn định, chịu được tải trọng chấn động, va đập
Dễ kiểm tra chất lượng mối ghép, ít làm hỏng chi tiết khi cần tháo
Những mối ghép chịu tải lớn, rung động
Những mối ghép mà vật liệu không thể đốt nóng được, nếu đốt nóng vật liệu bịbiến dạng, cong vênh, chất lượng mối ghép giảm không thể hàn được
Những mối ghép bằng vật liệu không hàn được
b, Mối ghép ren (bulong – đai ốc)
Mối ghép ren là loại mối ghép có thể tháo được Cấu tạo gồm các chi tiết máyghép lại với nhau nhờ vào các tiết máy có ren như bulông và đai ốc, vít… Ghép bằngren được dùng khá phổ biến trong ngành chế tạo máy Trên 60% tổng số chi tiết máyđược ghép bằng ren trong các máy móc hiện đại
Trang 8Mối ghép ren được sử dụng phổ biến vì có những ưu điểm:
- Cấu tạo đơn giản
- Có thể tạo lực dọc trục đơn giản
- Có thể cố định các chi tiết ghép ở bất cứ vị trí nào nhờ vào khả năng tự hãm
- Dễ tháo lắp
- Giá thành thấp do được tiêu chuẩn hoá và chế tạo bằng các phương pháp cónăng suất cao
Nhược điểm chủ yếu:
Tập trung ứng suất tại chân ren do đó giảm độ bền mỏi của mối ghép
Ren được cấu tạo trên cơ sở một hình phẳng quét theo đường xoắn ốc trục hoặccôn và luôn nằm trong mặt phẳng qua trục tâm, các cạnh của hình quét sẽ tạo nên mặtren Hình phẳng có thể là tam giác, hình vuông, hình thang, hình bán nguyệt …
Các thông số hình học cơ bản của mối ghép ren:
- d: đường kính ngoài của ren Đây là đường kính danh nghĩa của ren
Đối với đai ốc: D
- d1: đường kính trong của ren Đối với đai ốc: D1
- d2: đường kính trung bình, là đường kính trụ phân đôi tiết diện ren, trên đóchiều rộng ren bằng chiều rộng rãnh
Trang 9- góc tiết diện ren:
- góc nâng ren, là góc tạo bởi tiếp tuyến của đường xoắn ốc trên hình trụ:trung bình và mặt phẳng vuông goác với trục ren
Trang 10Then bằng không có độ nghiêng, hai đầu của then làm tròn hoặc làm bằng
Then bằng được dùng để ghép các chi tiết máy lên trục truyền lực nhờ hai mặtbên của then Ghép then bằng không có lực căng ban đầu, then không bị đảo khi quay.Then bằng thường gặp trong mối ghép trục, bánh răng, bánh đai
Then vát
Then vát có một mặt nghiêng, then vát có đầu hoặc không có đầu như hình vẽ Khi ghép các chi tiết máy lên trục người ta phải đóng then để tạo lựck căng giữa mặttiếp xúc vơí moay ơ và then với rãnh trục Then vát truyền động được nhờ Fms ở mặttiếp xúc
Nhược đỉêm của mối ghép then vát:
Không đảm bảo độ đồng tâm giữa chi tiêt máy với trục quay do then có mặtnghiêng
Rãnh moay ơ cũng phải có mặt nghiêng nên khó gia công
Trang 11Loại thông dụng nhất là then bằng Điều kiện làm việc của then bằng và then bánnguyệt như nhau Then truuyền lực nhờ hai mặt bên dưới tác dụng của lực tiếp tuyếnthen chịu lực ở nửa mỗi mặt bên, đồng thời chịu căt ngang bởi mặt ngang N-N Do đó
để then đủ điều kiện làm việc phải thoả mãn hai điều kiện bền cắt và dập
2Mx
[ ]b.d.l
4Mx
[ ]d.h.l
Trong đó: Mx – Mô men xoắn (N)
l – Chiều dài then
b – Chiều rộng then
h – Chiều cao thenThen vát: then được đóng vào giữa chi tiết cà trục tạo nên lực ma sát giữa mặttrên và mặt dưới của then Để mối ghép làm việc được thì Fms phải lớn hơn lực tiếptuyến do Mx gây ra
Biểu diễn mối ghép dùng then
Trang 12Khái niệm: dùng trong cơ cấu có tải trọng nhỏ, trục lắp trượt hoặc lắp cố định với
lỗ Nếu trục lắp trượt với lỗ thì then được cố định trên trục bằng vít
Trang 13Chọn kích thước then bằng: Qui đinh trong TCVN 4216-86
Ưu điểm:
Tháo lắp dễ dàng, cấu tạo đơn giản , mối ghép chắc chắn nên được sử dụng rộngrãi trong công nghệ chế tạo máy
Nhược điểm:
Không truyền được mô men quay lớn
Không đảm bảo độ đồng tâm giữa trục và chi tiết quay nhất là với then vát
Tại mặt cắt ngang qua rãnh then, diện tích mặt cắt giảm đi đồng thời tại rãnh then
có sự tập trung ứng suất nên độ bền trục giảm nhất là với mối ghép then bán nguyệt
d, Mối ghép hàn
Khái niệm
Ghép bằng hàn là mối ghép không thể tháo được Các chi tiết hàn được đốt nóngcục bộ đến nhiệt độ nóng chảy hoặc biến dạng dẻo và gắn lại với nhau nhờ lực hútgiữa các phân tử kim loại
Trang 14Các phương pháp hàn
Theo hình thức công nghệ chia thành hai nhóm: hàn nung chảy và hàn áp lực.Hàn nung chảy: Là phương pháp hàn mà kim loại tại vùng hàn được nung nóngchảy và gắn lại với nhau nhờ lực hút giữa các phân tử kim loại không cần tới lực ép.Hàn nung chảy gồm hàn hồ quang điện, hàn tia laser, hàn hơi
Hàn áp lực: Là phương pháp hàn mà kim loại tại vùng hàn được nung tới trạngthái biến dạng dẻo rồi dùng áp lực ép chúng lại với nhau
Hàn áp lực gồm hàn điện tiếp xúc, hàn khí ép, hàn cao tần, hàn ren trong đóhàn tiếp xúc là phương pháp hàn phổ biến trong sản xuất hiện nay
Các loại mối hàn:
Mối hàn có nhiệm vụ truyền lực từ chi tiết máy này sang chi tiết máy khác đốivới mối ghép chắc chắn Đối với mối ghép kín thì chất lỏng và hơi không được thấmqua
Hàn giáp mối: Dùng để hàn ghép hai chi tiết giáp đầu, miệng cắt, miệng hàn cócác dạng khác nhau tuỳ theo chiều dày các tấm ghép
Miệng hàn chữ I cho tấm ghép mỏng (HA)
MiệnghànchữV, X chotấm ghépdày(HB)
Trang 15Hàn chồng: Dùng ghép hai chi tiết chồng lên nhau, mặt cắt của miệng hàn là tamgiác cân, mối hàn này ít dùng vì tốn nhiều kim loại hơn mối hàn giáp mối.
Mối hàn chồng mạch dọc: mạch hàn // với lực tác dụng
Trạng thái làm việc của mối ghép
Trong mối hàn có sự tập trung ứng suất và tồn tại ứng suất dư do vậy có sức bềnmỏi của mối hàn Vì vậy trong trường hợp mối ghép có tải trọng thay đổi tuỳ theohình dạng, kiểu mối hàn mà sức bền mỏi có trị số khác nhau Mối hàn giáp mối có sứcbền cao hơn tất cả vì tập trung ứng suất cao hơn so với các kiểu mối hàn khác
Để nâng cao sức bền mỏi của mối ghép hàn cần có các biện pháp sau:
Mối hàn phải có chiều dày đều nhau
Không nên để lượng mối hàn nóng chảy tập trung lớn mối hàn
Nâng cao sức bền mỏi băng phương pháp phun bi
Trang 16II, CÁC DẠNG SAI HỎNG TRONG CƠ KHÍ
1, Hiện tượng mỏi
a, Khái niệm
Độ bền mỏi hay sức bền mỏi là khả năng của chi tiết máy chống lại các phá hủymỏi như tróc rỗ bánh răng, rạn nứt bề mặt chi tiết
b, Quá trình phá hủy mỏi
Quá trình phá hủy mỏi xảy ra khi chi tiết máy chịu ứng suất thay đổi Quá trìnhphá hủy mỏi bắt đầu từ những vết nứt rất nhỏ (vết nứt tế vi) sinh ra từ vùng chi tiếtmáy chịu ứng suất tương đối lớn Khi số chu trình làm việc của chi tiết tăng lên thìcác vết nứt này cũng mở rộng dần, chi tiết máy ngày càng bị yếu và cuối cùng xảy ragãy hỏng chi tiết máy
Hiện tượng phá hủy mỏi được phát hiện ra từ giữa thế kỷ 19 và giới hạn mỏi đượccoi là một trong những chỉ tiêu tính toán chủ yếu để xác định kích thước chi tiết máy.Thực tiễn sử dụng máy cho thấy khoảng 90% các tổn thất của chi tiết do các vết nứtmỏi gây ra
c, Đường cong mỏi
Đường cong mỏi thể hiện mối quan hệ giữa ứng suất (ứng suất trung bình hoặcứng suất lớn nhất) và số chu kỳ thay đổi ứng suất N của chi tiết máy tới khi hỏng hoàntoàn
Trang 17e, Các yếu tố ảnh hưởng đến sự bền mỏi của chi tiết máy
+ Sự tập chung ứng suất do hình dạng kết cấu ( góc lượn, rãnh, then)
+ Sự tập chung ứng suất trên bề mặt kim loại ( không đủ độ cứng)
+ Khi có tăng bền bề mặt
+ Ảnh hưởng của kích thước tuyệt đối
f, Biện pháp khắc phục
Trang 18Để tránh những hiểm họa do độ bền mỏi của vật liệu mang đến, những bộphận, phối kiện và kết cấu dễ mỏi cần được sửa chữa, bảo dưỡng định kỳ, kịpthời thay thế chi tiết bị lão hóa, đồng thời cần nghiên cứu khai thác những loạivật liệu mới có khả năng chống mỏi cao hơn.
+ Biện pháp tăng kết cấu : tăng kích thước tại các tiết diện nguy hiểm đểgiảm trị số danh nghĩa của các ứng suất, sử dụng kết cấu hợp lý để giảm sự tậpchung ứng suất ( sử dụng góc lượn với bán kính lớn tại chỗ chuyển tiếp các kíchthước vát mép các bề mặt lắp ghép)
+ Biện pháp công nghệ: sử dụng các phương pháp gia công đặc biệt tăng bềnnhư: dùng nhiệt luyên và hóa nhiệt luyện với các chi tiết máy có sự tập chungứng suất , đánh bóng , mài nghiền để san bằng các gồ ghề tế vi làm giảm tậpchung ứng suất , gây biến dạng dẻo lớp bề mặt như phun bi, lăn nén gây cứngnguội bề mặt làm tăng độ bền mỏi
2, Hiện tượng mòn
a, Khái niệm
Mòn là kết quả tác dụng của ứng suất tiếp xúc hoặc áp suất khi các bề mặt tiếpxúc trượt tương đối với nhau trong điều kiện không đủ dầu bôi trơn ( trong thực tế cókhoảng 90% chi tiết máy có bề mặt làm việc tiếp xúc bị hỏng do mòn)
* Chi tiết máy bị mòn gây ra những hậu quả:
+ Làm việc không chính xác ( máy đo không báo chính xác kết quả đo domòn…)
Trang 19+ Giảm hiệu suất
+ Giảm độ bề của chi tiết máy ( do sự ăn mòn sẽ tăng sự tập chung ứng suất)+ Tăng tải trọng động , gây tiếng ồn lớn ( mòn làm khe hở giữu con lăn và vòngcách lớn sinh ra hiện tượng va đập và gây ra tiếng ồn lớn)
+ Tróc nhiệt: Là kết quả của quá trình nung nóng, làm mềm biến dạng và tiếp xúccủa bề mặt kim loại thuần khiết trong quá trình chịu ma sát với vận tốc lớn và áp suấtlớn
+ Phá hủy do mỏi ở vị trí tiếp xúc : ứng suất ở bề mặt tiếp xúc biến đổi theo chu
kỳ gây mỏi trên bề mặt tiếp xúc làm lớp kim loại trên bề mặt tiếp xúc tróc ra – bề mặtmòn dần
+ Xói mòn kim loại: là sự phá hủy bề mặt chi tiết dưới tác dụng lặp lại nhiều lầncủa dòng chất lỏng , chất khí hạt mài
+ Ăn mòn kim loại : là sự há hủy bề mặt tiếp xúc dưới tác dụng hóa và điện hóatrong môi trường
Trang 20+ Mòn tróc rỉ : là quá trình phá hủy bề mặt tiếp xúc khi đồng thời có hiện tượng
ăn mòn kim loại và sự di động tương đối của chi tiết sinh ra dao động với biên độ nhỏ
ở bề mặt tiếp xúc
c, Các biện pháp giảm mòn
+ Chọn kết cấu các các chi tiết tiếp xúc nhằm đảm bảo chế độ bôi trơn ma sát ướt + Trường hợp không thể tạo ra chế độ bôi trơn ma sát ướt tính toán về dộ bềnmòn dụa trên cơ sở hạn chế áp suất hoặc ứng suất tiếp xúc không cho vượt quá giá trịcho phép
+ Sử dụng vật liệu giảm ma sát ở những bộ phận có vận tốc lớn
+ Giảm tải cho bề mặt chịu ma sát
+ Bôi trơn và làm nguội tốt
+ Giảm lượng hạt mài rơi vào bên trong bề mặt ma sát bằng cách che chắn kín + Đảm bảo mòn đều cho các chi tiết
+ Chuyển mòn vào chi tiết ít ảnh hưởng đến độ chính xác của máy
+ Sử dụng két cấu điều chỉnh được khi mòn
3, Quá tải
a, Khái niệm
Quá tải sảy ra khi máy hoạt động quá công suất định mức cho phép trong quátrình làm việc Quá tải sẽ gây ra phá hủy các cơ cấu truyền động : trục vít, bánh răng
b, Các biện pháp phòng quá tải
+ Tính toán thiết kế tải trọng, ứng suất, hệ số an toàn phù hợp với từng loại máy