bài giảng môn học chi tiết máy

Bài ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY Bm.CNKL Trung úy Ks Lê Văn Nhân I NỘI DUNG VÀ TRÌNH TỰ THIẾT KẾ MÁY Nội dung thiết kế máy  Xác định nguyên tắc tắc hoạt động chế độ làm việc máy thiết kế  Lập sơ đồ chung cho toàn máy phận máy, thỏa mãn yêu cầu cho trước    Xác định lực, moment tác dụng lên phận máy đặc tính thay đổi tải trọng theo thời gian Chọn vật liệu chế tạo chi tiết máy Tiến hành tính tốn động học, động lực học, khả làm việc, tính tốn kinh tế…, đinh hình dạng, kích thước tất phận chi tiết máy  Lập qui trình chế tạo chi tiết máy lắp ráp phận máy  Lập tài liệu thiết kế: thuyết minh, hướng dẫn sử dụng, bảo dưỡng sửa chữa máy I NỘI DUNG VÀ TRÌNH TỰ THIẾT KẾ MÁY Trình tự thiết kế chi tiết máy  Lập sơ đồ tính tốn  Xác định lực tác dụng lên chi tiết máy  Chọn vật liệu  Tính tốn kích thước theo tiêu khả làm việc  Trên sở tính tốn gần đúng, kết hợp u cầu tiêu chuẩn hóa, lắp ghép, cơng nghệ chế tạo…  Kiểm nghiệm tiêu khả làm việc II KHÁI QUÁT CÁC YÊU CẦU Các tiêu hiệu sử dụng  Năng suất cao hiệu suất cao  Tốn lượng  Độ xác cao  Chi phí thấp lao động vận hành máy  Kích thước trọng lượng nhỏ gọn II KHÁI QUÁT CÁC YÊU CẦU Khả làm việc  Hoàn thành chức giả định điều kiện làm việc  Đảm bảo tiêu  Độ bền  Độ cứng  Độ ổn định  Độ bền mòn  Độ ổn định dao động  Khả chịu nhiệt  Độ xác… II KHÁI QUÁT CÁC YÊU CẦU Độ tin cậy cao  Máy hoạt động tốt, đảm bảo tiêu kỹ thuật theo thiết kế  Trong suốt q trình sử dụng, máy hỏng hóc, thời gian chi phí cho việc sửa chữa thấp An tồn sử dụng  Khơng gây nguy hiểm cho người sử dụng  Không gây nguy hại cho thiết bị nhà cửa đối tượng khác xung quanh II KHÁI QUÁT CÁC U CẦU Tính cơng nghệ tính kinh tế a) Tính cơng nghệ Kết cấu máy phải phù hợp với điều kiện qui mô sản xuất, kết cấu chi tiết máy đơn giản hợp lý, cấp xác độ nhám mức, chọn phương án chế tạo phơi hợp lý b) Tính kinh tế Cơng sức phí tổn cho thiết kế nhất, vật liệu chế tạo chi tiết máy rẻ tiền, dể cung cấp, dễ gia cơng, chi phí cho chế tạo nhất, giá thành máy thấp III Tải trọng ứng suất Tải trọng Tải trọng ngoại lực tác động lên chi tiết, nguyên nhân gây ứng suất TẢI TRỌNG Tải trọng tĩnh Tải trọng thay đổi Tải trọng va đập III Tải trọng ứng suất Tải trọng Trong tính tốn chi tiết máy, ta chia ra: TẢI TRỌNG Tải trọng Tải trọng Tải trọng danh nghĩa Tương đương Tính tốn III Tải trọng ứng suất `  Tải trọng Tải trọng danh nghĩa Qdn: tải trọng chọn số tải trọng tác dụng lên máy chế độ làm việc ổn định  Tải trọng tương đương Qtđ: tải trọng có giá trị khơng đổi thay cho chế độ thay đổi liên tục thay đổi theo bậc Qtd = Qdn k N kN hệ số tuổi thọ 10 III Tải trọng ứng suất Ứng suất tiếp xúc Xét hai hình trụ có trục song song tiếp xúc Công thức Hetz: σ H = ZM qn 2ρ qn tải trọng phân bố Hệ số xét đến tính vật liệu ZM = E1E2 π  E2 (1 − µ12 ) + E1 (1 − µ 22 )  17 III Tải trọng ứng suất Ứng suất tiếp xúc qn σ H = ZM 2ρ ZM = E1 E2 π  E2 (1 − µ12 ) + E1 (1 − µ 22 )  Thay giá trị vào công thức Hetz ta được: qn E σ H = 0, 418 ρ E= 2E1 E2 E1 + E2 18 IV CHỌN VẬT LIỆU VÀ VẤN ĐỀ TIÊU CHUẨN HÓA Những nguyên tắc chọn vật liệu chế tạo chi tiết máy Các vật liệu dùng dùng chế tạo máy Vấn đề tiêu chuẩn hóa (Học viên tự đọc tài liệu) 19 IV ĐỘ BỀN MỎI CỦA CHI TIẾT MÁY Hiện tượng phá hủy mỏi  Phần lớn chi tiết máy làm việc với ứng suất thay đổi theo thời gian  Sau số chu kỳ ứng suất, bề mặt chi tiết xuất vết nứt tế vi  Theo thời gian, vết nứt mở rộng dần phát triển sâu vào bên làm cho chi tiết ngày yếu đi, giảm dần diện tích chịu tải → tăng giá trị ứng suất cuối xảy tượng gãy mỏi 20 IV ĐỘ BỀN MỎI CỦA CHI TIẾT MÁY Hiện tượng phá hủy mỏi  Đó phá hủy mỏi Khả kim loại cản lại phá hủy mỏi gọi độ bền mỏi  Màu sắc vùng gãy không đồng nhất, vùng bên màu sáng vùng bên   Vùng (hỏng mỏi): hạt nhỏ, mịn Vùng (vùng hỏng tĩnh): gồ ghề, hạt to có thớ 21 IV ĐỘ BỀN MỎI CỦA CHI TIẾT MÁY Đường cong mỏi a) Thí nghiệm mỏi 22 IV ĐỘ BỀN MỎI CỦA CHI TIẾT MÁY Đường cong mỏi a) Thí nghiệm mỏi σ m N=const Nhận xét:  Khi ứng suất tăng tuổi thọ giảm  Nếu giảm ứng suất tới giới hạn σr số loại vật liệu, tuổi thọ N tăng lên lớn mà mẫu thử không bị gãy hỏng Trị số σr gọi giới hạn bền mỏi vật liệu 23 IV ĐỘ BỀN MỎI CỦA CHI TIẾT MÁY Đường cong mỏi a) Thí nghiệm mỏi Phương trình đường cong mỏi σ N = const m m bậc của đường cong mỏi N số chu kỳ thay đổi ứng suất ứng với σ N Từ đồ thị σ N = σ N = const m N m r N0 σN = σr N m 24 IV ĐỘ BỀN MỎI CỦA CHI TIẾT MÁY Đường cong mỏi a) Thí nghiệm mỏi Điều kiện bền σ ≤ [σ ]N σ r ε σ β [σ ]N = K L [s ].Kσ Với: KL = m N0 N β - hệ số tăng bền bề mặt (hình 2.7, trang 41, tài liệu [1]) εσ - hệ số kích thước (hình 2.6, trang 40, tài liệu [1]) s - hệ số an toàn cho phép Kσ - hệ số tập trung ứng suất tải trọng tĩnh (bảng 10.5÷10.8 , tài liệu [1]) KL - hệ số tuổi thọ Lưu ý: Đối với vật liệu thép, N≥N0 ta chọn N=N0 Do KL=1 25 IV ĐỘ BỀN MỎI CỦA CHI TIẾT MÁY Đường cong mỏi b) Số chu kỳ tương đương  Trường hợp tải trọng tĩnh Số chu kỳ tương đương tính theo công thức sau: N = 60.n.K ng 24.K n 365.L Hay N = 60.n.Lh Trong đó: n- số vòng quay chi tiết phút, L- thời gian làm việc tính năm, Lh - thời gian làm việc tính Kng - hệ số làm việc ngày (Kng ≤ 1), Kn- hệ số làm việc năm (K n≤ 1) 26 IV ĐỘ BỀN MỎI CỦA CHI TIẾT MÁY Đường cong mỏi b)  Số chu kỳ tương đương Trường hợp tải trọng thay đổi theo bậc Số chu kỳ tương đương tính theo T max: m' N LE  Ti  = 60.∑  ÷ ni ti  Tmax  27 IV ĐỘ BỀN MỎI CỦA CHI TIẾT MÁY Đường cong mỏi b) Số chu kỳ tương đương  Trường hợp tải trọng thay đổi liên tục Số chu kỳ tương đương tính theo cơng thức: N LE = N K E Trong N=60.n.Lh KE hệ số chế độ tải trọng (bảng 6.14, tài liệu [1]) 28 IV ĐỘ BỀN MỎI CỦA CHI TIẾT MÁY Đường cong mỏi c) Các biện pháp nâng cao độ bền mỏi Những nhân tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi:  Vật liệu phương pháp nhiệt luyện  Hình dạng kết cấu chi tiết  Kích thước chi tiết  Cơng nghệ gia cơng bề mặt  Đặc tính tải trọng  Trạng thái ứng suất  …………………… 29 IV ĐỘ BỀN MỎI CỦA CHI TIẾT MÁY Đường cong mỏi c) Các biện pháp nâng cao độ bền mỏi Để nâng cao độ bền mỏi, ta cần lưu ý đến phương pháp thiết kế công nghệ  Về thiết kế: thiết kế kết cấu hình dạng chi tiết hợp lý, giảm tập trung ứng suất  Về cơng nghệ:   Nhiệt luyện, hóa luyện bề mặt chi tiết Dùng phương pháp gia công đặc biệt để tạo cấu tạo hạt nhỏ, có độ bền cao, tạo lớp bề mặt có ứng suất dư nén  Gia công tinh bề mặt chi tiết phun bi, lăn ép…làm tăng độ rắn bề mặt, lớp bề mặt có ứng suất dư nén 30 Hết Thank you! ... chế tạo chi tiết máy Các vật liệu dùng dùng chế tạo máy Vấn đề tiêu chuẩn hóa (Học viên tự đọc tài liệu) 19 IV ĐỘ BỀN MỎI CỦA CHI TIẾT MÁY Hiện tượng phá hủy mỏi  Phần lớn chi tiết máy làm việc... tất phận chi tiết máy  Lập qui trình chế tạo chi tiết máy lắp ráp phận máy  Lập tài liệu thiết kế: thuyết minh, hướng dẫn sử dụng, bảo dưỡng sửa chữa máy I NỘI DUNG VÀ TRÌNH TỰ THIẾT KẾ MÁY Trình... vật liệu chế tạo chi tiết máy rẻ tiền, dể cung cấp, dễ gia cơng, chi phí cho chế tạo nhất, giá thành máy thấp III Tải trọng ứng suất Tải trọng Tải trọng ngoại lực tác động lên chi tiết, nguyên nhân