Bài giảng Thiết kế máy 1

Là kh ả năng của chi tiết máy có thể l àm vi ệc trong một phạm vi nhiệt độ cần thiết. mà không b ị nu ng nóng quá m ột giá trị cho phép.[r]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ BỘ MƠN CƠ KHÍ

GV: ThS NGUYỄN HOÀNG LĨNH

BÀI GIẢNG

THIẾT KẾ MÁY 1

DAØNH CHO BẬC ĐẠI HỌC

MỤC LỤC Lời nói đầu

PHẦN I: CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY

Chương ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY

1.1 Các vấn đề chung máy chi tiết máy

1.2 Tải trọng ứng suất

1.3 Độ bền mỏi chi tiết máy

Chương NHỮNG CHỈ TIÊU CHỦ YẾU VỀ KHẢ NĂNG LÀM

VIỆC CỦA CHI TIẾT

2.1 Độ bền 2.2 Độ bền mòn

2.3 Độ cứng

2.4 Tính chịu nhiệt

2.5 Tính chịu dao động

PHẦN II TRUYỀN ĐỘNGCƠ KHÍ

Chương TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG

3.1 Khái niệm chung

3.2 Các thông số hình học chủ yếu truyền động bánh

3.3 Các dạng hỏng tiêu tính tốn truyền động bánh

3.4 Tính tốn truyền động bánh

3.5 Kiểm nghiệm độ bền bị tải

3.6 Vật liệu chế tạo bánh ứng suất cho phép

3.7 Trình tự thiết kế truyền bánh

Chương TRUYỀN ĐỘNG TRỤC VÍT

4.1 Khái niệm chung

4.2 Cơ học truyền động trục vít

4.3 Tính tốn độ bền truyền động trục vít

4.4 Vật liệu chế tạo ứng suất cho phép

4.5 Trình tự thiết kế truyền động trục vít

Chương TRUYỀN ĐỘNG XÍCH

5.1 Khái niệm chung

5.2 Cơ học truyền động xích

5.3 Tính tốn truyền động xích 5.4 Trình tự thiết kế truyền xích

Chương TRUYỀN ĐỘNG ĐAI

6.1 Khái niệm chung 6.2 Cơ học truyền động đai

6.3 Tính tốn truyền động đai

6.4 Trình tự thiết kế truyền động đai

Chương TRUYỀN ĐỘNG VÍT - ĐAI ỐC

7.1 Khái niệm chung

7.2 Tính tốn truyền động vít - đai ốc

7.3 Trình tự thiết kế truyền động vít - đai ốc Tài liệu tham khảo

LỜI NÓI ĐẦU

Bài giảng Thiết kế máy biên soạn theo nội dung phân phối chương trình trường Đại học Phạm Văn Đồng xây dựng Nội dung

biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu Các kiến thức tồn giảng có mối

liên hệ lôgic chặt chẽ Tuy giảng phần nội dung

chuyên ngành đào tạo người dạy, người học cần tham khảo thêm tài liệu có liên quan với ngành học để sử dụng có hiệu

Thiết kế máy 1 môn học sở nội dung đào tạo ngành Công nghệ kỹ thuật khí. Nhằm trang bị cho đối tượng sinh viên đại học kiến thức cần thiết ứng dụng học kỹ thuật chi tiết thông dụng lĩnh vực khí Mục đích để nâng cao trình độ kỹ thuật, bảo quản trang thiết bị, đồng thời phục vụ cho việc tiếp thu mơn chun ngành

Nội dung giảng có dung lượng 45 tiết, gồm hai phần: Phần I: Cơ sở thiết kế máygồm chương đến chương Phần II: Truyền động khígồm chương đến chương

Khi biên soạn thân cố gắng cập nhật kiến thức có liên quan đến mơn học phù hợp với đối tượng sử dụng, gắn liền nội dung lý thuyết với vấn đề thực tế sản xuất để giảng có tính thực tiễn

Trong trình sử dụng, tuỳ theo yêu cầu cụ thể có thểđiều chỉnh số

tiết chương cho phù hợp

Mặc dù hạn chế để tránh sai sót lúc biên soạn không tránh khỏi khiếm khuyết Rất mong nhận ý kiến đóng góp người sử dụng để lần sau hồn chỉnh Mọi ý kiến đóng góp xin liên hệ qua email: nhlinh@pdu.edu.vn.

Khoa Kỹ thuật Công nghệ

Người soạn

PHẦN I CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY

Chương ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MAÙY

1.1 Các vấn đề chung máy chi tiết máy

1.1.1 Máy chi tiết máy

1 Máy: Là tập hợp vật thể có chuyển động theo quy luật định nhằm

biến đổi sử dụng lượng để làm cơng ích

Máy chia làm loại:Máy lượng, máy công tác, máy tổ hợp

Ví dụ 1: máy phát điện, máy nén khí, máy vận chuyển, máy gia công kim loại,

máy dệt, …

2 Bộ phận máy: phần máy, gồm hai hay nhiều chi tiết máy liên kết

với theo nguyên lý định

Mỗi máy cấu tạo nhiều phận máy Mỗi phận máy lại gồm nhiều

chi tiết máy

Ví dụ 2: Bàn máy, mâm cặp, ụ động, …

3 Cơ cấu máy: là tập hợp vật thể có chuyển động tương theo quy luật chuyển động định, có nhiệm vụ truyền chuyển động biến đổi

chuyển động

Ví dụ 3: cơ cấu bánh răng, cấu cam, …

4 Chi tiết máy: là đơn vị nhỏ hoàn chỉnh máy Trên quan điểm thiết kế, chi tiết máy phân thành hai nhóm:

- Chi tiết máy có cơng dụng chung: Bu lông, bánh răng, trục, ổ trục, … (chi tiết máy dùng phổ biến loại máy khác nhau)

- Chi tiết máy có cơng dụng riêng: trục khuỷu, van, cam, … (chỉ dùng số loại máy định)

1.1.2 Những yêu cầu chủ yếu máy, chi tiết máy

1 Có hiệu sử dụng cao

- Năng suất hiệu suất cao

- Tiêu thụ lượng, độ xác cao

- Chi phí lao động vận hành máy thấp

- Kích thước, trọng lượng nhỏ gọn v.v

Hoàn thành chức định, bảo đảm độ bền, tính bền mịn, khơng

thay đổi kích thước hình dạng (đủ độ cứng), chịu nhiệt, chịu dao động v.v

3 Có độ tin cậy cao

Máy gọi có độ tin cậy cao thực chức

nhiệm vụ định, đồng thời tiêu sử dụng (như suất, độ xác, hiệu

suất, mức độ tiêu thụ lượng …) trì mức độ cho phép suốt

thời hạn sử dụng

4 An toàn sử dụng

Trong điều kiện sử dụng bình thường hay có cố, khơng gây nguy hiểm cho người sử dụng, không gây hư hại cho thiết bị, nhà cửa đối tượng khác xung

quanh

5 Có tính cơng nghệ cao

Một mặt, chi tiết máy phải thỏa mãn tiêu chủ yếu khả làm việc

độ tin cậy, mặt khác điều kiện sản xuất sẵn có phải dễ chế tạo, tốn nguyên vật

liệu thời gian

-Yêu cầu chủ yếu tính cơng nghệ

 Kết cấu phải phù hợp với điều kiện quy mô sản xuất

Ví dụ 4: sản xuất đơn chiếc, vỏ hộp giảm tốc hợp lý hàn từ

tấm đơn giản, sản xuất hàng loạt lớn nên đúc khuôn kim loại, cán định

hình …

 Kết cấu hình dạng phải hợp lý theo quan điểm cơng nghệ

Ví dụ 5: kết cấu phải đơn giản, dễ chế tạo, dễ lắp ráp, bề mặt gia công nên bề mặt đơn giản mặt phẳng, mặt trụ trịn, số lượng bề mặt gia cơng ít, diện tích

cần gia cơng nhỏ gia cơng phương pháp có suất cao …  Cấp xác độ nhám bề mặt

Cấp xác độ nhám bề mặt chi tiết máy cao, phí tổn gia cơng

tăng phải dùng thiết bị đặc biệt để gia công Tuy nhiên, không hạ thấp

Phương pháp tạo phôi phải phù hợp với đặc điểm hình dạng kết cấu chi

tiết máy

Ví dụ 6:phương pháp đúc dùng cho chi tiết máy có hình dạng phức tạp,

thích hợp với sản xuất hàng loạt lớn

Phương pháp hàn thường dùng để chế tạo kết cấu gồm từ tấm, thanh,

thép góc, thép định hình …

6 Có tính kinh tế cao

- Thời gian cơng sức thiết kế

- Kích thước gọn nhẹ, khối lượng nhỏ, giá thành hạ

- Vật liệu rẻ tiền, dễ cung cấp - Giá thành chế tạo thấp

- Năng suất, hiệu suất cao, chi phí lượng thấp, chi phí bơi trơn, bảo dưỡng sửa chữa thấp

1.1.3 Các bước thiết kế máy

Máy thiết kế phải thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật suất, độ tin

cậy tuổi thọ, giá thành trọng lượng máy Ngoài ra, tùy trường hợp cụ thể cịn phải: có khn khổ, kích thước nhỏ gọn, chuyển động ổn định, làm việc không ồn, thao tác sử dụng dễ dàng, hình thức đẹp … Có thể tiến hành theo bước sau đây:

- Xác định nguyên tắc hoạt động chế độ làm việc máy

- Lập sơ đồ chung toàn máy phận máy, thỏa mãn yêu cầu cho trước

- Xác định trị số đặc tính tải trọng tác dụng lên phận máy

- Tiến hành tính tốn động học, động lực học tồn máy, tính tốn thiết kế

các chi tiết máy, tính tốn kinh tế …

- Lập quy trình cơng nghệ chế tạo chi tiết máy

- Lập quy trình cơng nghệ lắp ráp phận máy lắp ráp toàn máy - Lập thuyết minh hướng dẫn sử dụng, bảo dưỡng sửa chữa máy 1.1.4 Các bước thiết kế chi tiết máy

Thiết kế chi tiết máy phần cơng việc q trình thiết kế máy, thường

- Lập sơ đồ tính tốn: kết cấu chi tiết máy đơn giản hóa, lực tác dụng coi tập trung phân bố theo quy luật

- Xác định tải trọng tác dụng lên chi tiết máy

- Chọn vật liệu thích hợp để chế tạo chi tiết máy

- Tính tốn kích thước chi tiết máy theo tiêu chủ yếu khả làm việc (bước gần đúng, dựa sơ đồ đơn giản hóa chưa đánh giá cách xác nhân tố tải trọng ứng suất)

- Trên sở tính tốn gần đúng, kết hợp với yêu cầu tiêu chuẩn hóa,

lắp ghép, công nghệ chế tạo yêu cầu cụ thể khác để xây dựng kết cấu cụ thể

của chi tiết máy, với đầy đủ kích thước, dung sai, độ nhẵn bề mặt, yêu cầu kỹ thuật

khác

- Kiểm nghiệm theo tiêu chủ yếu khả làm việc: xác định hệ số an

toàn tiết diện nguy hiểm, xác định biến dạng, nhiệt độ phần máy

v.v so sánh với trị số cho phép Nếu không thỏa mãn, phải sửa đổi lại kích thước kiểm nghiệm lại

1.1.5 Một sốđiểm cần ý thiết kế chi tiết máy 1 Kết cấu điều kiện làm việc chi tiết máy

Kết cấu điều kiện làm việc chi tiết máy phức tạp, tải trọng tác dụng

lên chi tiết máy khó xác định xác gây khó khăn thiết lập cơng thức lý

thuyết xác để tính tốn chi tiết máy Do vậy, thường dùng giả thiết để đơn

giản hóa tốn , xây dựng công thức gần và bổ sung vào công thức hệ số điều chỉnh để kể đếncác đặc điểm kết cấu chi tiết máy yếu tố ảnh hưởng đến khả làm việc

Ngồi ra, cịn có cơng thức thực nghiệm, công thức kinh nghiệm

lập sở thống kê kết thu từ thực nghiệm từ kinh nghiệm

sử dụng máy

2 Tính tốn kích thước chi tiết máy

Tính tốn xác định kích thước chi tiết máy nhiều phải tiến hành theo hai

Lý do: thường lúc đầu chưa biết xác lực tác dụng phải dùng bước tính

sơ để xác định cách gần kích thước chi tiết máy, từ xây dựng kết

cấu chi tiết máy, tính xác trị số ứng suất tiến hành kiểm nghiệm

Khi kiểm nghiệm, ứng suất sinh lớn ứng suất cho phép ta phải thay đổi kết cấu tính lại đến phù hợp

3 Tính tốn kích thước chi tiết máy khác

Mỗi chi tiết máy có nhiều kích thước, tính tốn kích thước chủ yếu

tại tiết diện nguy hiểm (chịu ứng suất lớn), kích thước cịn lại xác định theo điều kiện kết cấu, công nghệ, lắp ghép … (dựa vào kinh nghiệm hay hướng dẫn

trong sổ tay thiết kế)

4 Chọn phương án thiết kế

Cùng nội dung thiết kế, có nhiều giải pháp thực nên chọn đồng thời số phương án để tính tốn, từ đóso sánh để chọn phương án tốt đáp ứng yêu cầu kỹ thuật đề

1.2 Tải trọng ứng suất

1.2.1 Tải trọng tác dụng lên máy chi tiết máy

- Tải trọng gồm lực, momen tác dụng lên máy hay phận máy trình làm việc (và gọi tải trọng làm việc)

- Theo đặc tính thay đổi theo thời gian, phân thành:

 Tải trọng tĩnh tải trọng không thay đổi theo thời gian thay đổi không đáng kể

 Tải trọng thay đổi là tải trọng có cường độ, phương chiều thay đổi theo

thời gian

Tải trọng vađập là tải trọng tăng mạnh giảm tức khắc

- Khi tính tốn thiết kế chi tiết máy, cần phân biệt tải trọng danh nghĩa, tải trọng tương đương tải trọng tính tốn

 Tải trọng danh nghĩa Qdn:là tải trọng chọn số tải trọng tác dụng lên máy chế độ làm việc ổn định, thường tải trọng lớn hay tải trọng tác dụng

Hình 1.1 Sơ đồ tải trọng

 Tải trọng tương đương Qtđ: máy làm việc với chế độ tải trọng thay đổi nhiều mức (hình 1.1), để tính tốn thiết kế, ta thay chế độ tải trọng mức (không đổi) gọi tải trọng tương đương

Qtđ = kN Qdn (1-1) kN : hệ số tuổi thọ, phụ thuộc đồ thị thay đổi tải trọng tải trọng tải trọng thay đổi chọn làm tải trọng danh nghĩa

 Tải trọng tính tốn Qn tải trọng tương đương, có kể thêm ảnh hưởng đặc tính phân bổ khơng tải trọng bề mặt tiếp xúc, tính chất tải trọng (tải

trọng thay đổi hay tải trọng tĩnh), điều kiện làm việc thực tế …

Qn = Qtd Kn Kd Kđk (1-2) Kn : hệ số xét đến phân bố không tải trọng bề mặt tiếp xúc

Kd : hệ số tải trọng động

Kđk : hệ số phụ thuộc vào điều kiện làm việc thực tế

1.2.2 Ứng suất

- Dưới tác dụng tải trọng, chi tiết máy xuất ứng suất

- Ứng suất ứng suất tĩnh(khơng thay đổi theo thời gian, trị số thay đổi không đáng kể) ứng suất thay đổi (trị số chiều trị số chiều thay đổi theo thời gian)

- Ứng suất thay đổi đặc trưng chu trình thay đổi ứng suất Một vòng

thay đổi ứng suất qua giá trị lớn nhất, nhỏ giá trị ban đầu gọi

chu trình ứng suất Thời gian thực chu trình gọi chu kỳ ứng suất (hình 1.2)

Biên độ ứng suất: ax

2 m a

 

   (1-3)

Ứng suất trung bình: ax

2 m m

 

   (1-4)

 Hệ số chu trình ứng suất: m ax

r 



 (1-5)

Khi r = 0: chu trình khơng đối xứng min = ; ax m m a



   (1-6)

Khi r > 0: chu trình ứng suất không đối xứng dấu

Khi r < 0: chu trình ứng suất khơng đối xứng khác dấu

Khi r = -1: chu trình đối xứng max =-min ; a maxm =

a)Ứng suất tĩnh b)Ứng suất thay đổi

Hình 1.2 Chu kỳ ứng suất

- Ứng suất thay đổi ổn định (a m không thay đổi theo thời gian) hay không ổn định (a m hai đại lượng thay đổi theo thời gian)

- Tải trọng tác dụng gây chi tiết máy loại ứng suất: ứng suất pháp

(kéo k, nén n, uốn u), ứng suất tiếp (cắt c, xoắn ), ứng suất dập d, ứng suất tiếp xúc H, …

Ứng suất kéo, nén, uốn, cắt, xoắn xuất chi tiết, ứng suất dập

tiếp xúc xuất chỗ tiếp xúc diện tích tiếp xúc nhỏ so với kích thước

chi tiết

1.3 Độ bền mỏi chi tiết máy

1.3.1 Hiện tượng phá hỏng mỏi

khuyết tật vật liệu Khi số chu trình làm việc tăng lên, vết nứt mỏi phát triển

dần bề rộng lẫn chiều sâu, làm giảm dần diện tích chịu tải cho tiết máy, làm tăng giá trị ứng suất, chi tiết máy khơng cịn đủ sức bền tĩnh bị

phá hỏng

Hiện tượng nói gọi tượng phá hủy mỏi khả chi tiết máy

cản lại phá hủy mỏi gọi độ bền mỏi

Vết gãy mỏi thường bao gồm hai vùng (hình 1.3): vùng tương đối mịn,

hạt nhỏ vùng phát sinh phát triển vết nứt tốc độ chậm sau số lớn chu kỳ chịu

tải, cịn vùng thơ hơn, hạt to có thớ, phát triển nhanh sau số nhỏ chu

kỳ giai đoạn trình phá hủy mỏi

Hình 1.3 Vết gãy mỏi Hình 1.4 Đồ thị đường cong mỏi

- Bằng thực nghiệm, người ta xây dựng đường cong biểu diễn quan hệ ứng suất (biên độ ứng suất m hay ứng suất lớn max) số chu kỳ thay đổi ứng suất N mà chi tiết máy hay mẫu thử chịu bị phá hủy Đường cong nói gọi đường cong mỏi (hình 1.4)

Phương trình đường cong mỏi có dạng: m.N = const (1-7) Với m bậc đường cong mỏi

Dựa vào đường cong mỏi, ta thấy rằng:

 Khi ứng suất sinh chi tiết máy K bị phá hủy sau NK chu kỳ chịu tải NKđược gọi tuổi thọ ứng với mức ứng suất K

 Khi ứng suất sinh chi tiết máy lớn tuổi thọ chi tiết máy giảm

 Khi K giảm xuống đến giá trị , số chu kỳ làm việc NK tăng lên lớn mà mẫu thử không bị gãy hỏng, r gọi giới hạn mỏi dài hạn vật liệu Số chu kỳ thay đổi ứng suất N0ứng với giới hạn mỏi dài hạn r, gọi số chu kỳ sở

- Bằng thực nghiệm, xây dựng đồ thị ứng suất giới hạn (hình 1.5) biểu thị quan hệ trị số giới hạn ứng suất lớn max ứng suất nhỏ min chu trình ứng suất với ứng suất trung bình m Đồ thị có đặc điểm: đường mm biểu thị ứng suất trung bình, đường AB biểu thị trị số giới hạn

max, đường CD biểu thị trị số giới hạn min Miền nằm hai nhánh AB CD trị số ứng suất không làm hỏng vật liệu Các giao điểm AB CD với trục tung trị số max min chu trình đối xứng, ký hiệu -1 Các tung độ tính từ đường mm AB CD giá trị biên độ ứng suất a

Hình 1.5 Đồ thị các ứng suất giới hạn

1.3.2 Những nhân tố ảnh hưởng đến sức bền mỏi chi tiết máy 1 Vật liệu

- Thép có độ bền mỏi cao vật liệu khác

- Thép hàm lượng cacbon tương đối cao có độ bền mỏi lớn thép có hàm lượng bon thấp

- Thép lẫn nhiều tạp chất phi kim loại, độ bền mỏi giảm

- Gang có độ bền mỏi thấp thép

2 Hình dạng kết cấu

- Tại chỗ thay đổi tiết diện chi tiết máy góc lượn, vai trục, rãnh, rãnh then, lỗ … (hình 1.6) có tập trung biến dạng, xảy tập trung ứng suất, làm cho ứng

suất thực tế lớn ứng suất danh nghĩa, xuất sớm vết nứt mỏi vết nứt

phát triển nhanh, làm giảm độ bền mỏi chi tiết máy

Hình 1.6 Kết cấu trục

3 Kích thước tuyệt đối

- Kích thước tuyệt đối chi tiết máy lớn làm cho độ bền mỏi giảm

xuống (do khơng đồng tính vật liệu tăng lên, chi tiết máy có

nhiều khuyết tật hơn, đồng thời chiều dày tương đối lớp bề mặt tăng

bền nhiệt luyện, phun bi, lăn ép giảm xuống)

- Trong tính tốn, để kể đến ảnh hưởng yếu tố dùng hệ số ảnh hưởng

của kích thước tuyệt đối:

0 rd rd



 



 hay :

0 rd rd



 



 (1-8)

Trong đó: rd: giới hạn mỏi dài hạn chi tiết máy nhẵn, có đường kính d

rd

 : giới hạn mỏi dài hạn mẫu nhẵn, có đường kính d0=7–10mm Các hệ số  τđược tra bảng hay dùng công thức kinh nghiệm sổ tay thiết kế

4 Công nghệ gia công bề mặt

- Lớp bề mặt chi tiết máy thường lớp chịu ứng suất lớn nhất, vết nứt mỏi thường xuất từ lớp bề mặt chi tiết máy Mọi tổn hại bề mặt chi tiết máy

vết xước gia công, khuyết tật kim loại, vết rỉ, mấp mô bề mặt … gây

nên tập trung ứng suất, nguồn phát sinh vết nứt mỏi, làm giảm độ bền mỏi

Các bề mặt có độ nhẵn cao (mài) gia cơng tăng bền (phun bi, lăn ép, nhiệt

- Trong tính tốn, để kể đến ảnh hưởng yếu tố người ta dùng hệ số

trạng thái bề mặt: = r chi tiết máy/r mẫu nhẵn, không tăng bền Hệ số được tra bảng sổ tay thiết kế

5 Trạng thái ứng suất

- Với ứng suất thay đổi theo thời gian biên độ ứng suất a thành phần chủ yếu gây nên phá hủy mỏi Tuy nhiên thực nghiệm cho thấy trị số ứng suất trung

bình m có ảnh hưởng đến độ bền mỏi chi tiết máy

- Dựa vào đồ thị ứng suất giới hạn hình 1.5, ta thấy: ứng suất trung

bình kéo (m > 0) lớn trị số giới hạn biên độ ứng suất a giảm, tức với a nhỏ gây nên phá hủy mỏi

1.3.3 Các biện pháp nâng cao độ bền mỏi chi tiết máy

Nhân tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi bao gồm: vật liệu phương pháp nhiệt

luyện, hình dáng kích thước chi tiết, đặc tính tải trọng ứng suất Các phương pháp nâng cao độ bền mỏi gồm: phương pháp thiết kếvà phương pháp công nghệ

1 Phương pháp thiết kế:

- Kết cấu hình dáng chi tiết hợp lý - Giảm tập trung ứng suất

2 Phương pháp công nghệ:

- Dùng phương pháp gia công đặc biệt để tạo cấu trúc tinh thể vật liệu có hạt nhỏ

mịn, tạo bề mặt ứng suất dư nén

- Nhiệt, hoá luyện bề mặt

- Dùng phương pháp gia công đặc biệt: phun bi, lăn ép, lăn ép rung tạo bề

mặt cứng nguội (ứng suất dư nén)

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1

1 Thế máy, phận máy chi tiết máy? Máy chia làm loại công dụng chúng?

2 Các bước thiết kế chi tiết máy, máy?

Chương NHỮNG CHỈ TIÊU CHỦ YẾU VỀ KHẢ NĂNG LÀM VIỆC

CỦA CHI TIẾT MÁY

Khả làm việc chi tiết máy đánh giá tiêu chủ yếu sau đây:

- Độ bền

- Độ cứng

- Độ bền mòn

- Khả chịu nhiệt

- Độ ổn định dao động

Vật liệu, hình dạng, kích thước chi tiết máy xác định theo hay nhiều tiêu, tùy theo điều kiện làm việc chi tiết máy

2.1 Độ bền

2.1.1 Khái niệm độ bền

Độ bền khả tiếp nhận tải trọng chi tiết máy mà không bị phá hỏng Độ bền tiêu quan trọng phần lớn chi tiết máy

- Nếu chi tiết máy khơng đủ độ bền bên xuất biến dạng dư

lớn làm thay đổi hình dạng chi tiết máy, phá hoại điều kiện làm việc bình

thường phận máy, đồng thời phá hỏng thân chi tiết máy (gãy, vỡ

hoặc hư hỏng bề mặt)

- Người ta phân biệt hai dạng phá hỏng: phá hỏng tĩnh phá hỏng mỏi liên quan

đến độ bền tĩnh độ bền mỏi

 Phá hỏng tĩnh: ứng suất làm việc vượt giới hạn bền tĩnh vật liệu (thường tải đột ngột gây nên)

 Phá hỏng mỏi: tác dụng lâu dài ứng suất thay đổi có giá trị vượt giới

hạn bền mỏi vật liệu

2.1.2 Phương pháp tính độ bền

- Phương pháp tính thơng dụng độ bền so sánh ứng suất tính tốn với ứng

suất cho phép Điều kiện bền có dạng:

 [] hay  [] (2-1)

- Đơi tính độ bền xuất phát từ điều kiện bảo đảm hệ số an toàn lớn

hệ số an toàn cho phép: s  [s] (2-2) s: hệ số an toàn;

[s]: hệ số an tồn cho phép

2.2 Độ bền mịn 2.2.1 Khái niệm

Sự mài mòn: thay đổi dần hình dáng, kích thước bề mặt tiếp xúc

trượt tương nhau, tác dụng lực ma sát điều kiện bơi trơn khơng tốt

Mịn dẫn đến phá vỡ điều kiện làm việc bình thường cấu, máy

làm cho chi tiết bị phá hỏng

Độ bền mòn: khả chi tiết máy làm việc

khoảng thời gian định mà lượng mịn khơng vượt trị số cho phép

Hình 2.1 Đồ thị biểu thị lượng mòn theo thời gian

Giai đoạn (I) giai đoạn mòn ban đầu: hai bề mặt có chuyển động tương đối xảy tượng trượt dẻo đỉnh nhấp nhơ, đỉnh mịn

nhanh làm tăng khe hở lắp ghép

Giai đoạn (II) giai đoạn mòn ổn định: sau giai đoạn mài mòn ban đầu q trình mài mịn trở nên ổn định chậm

Giai đoạn (III) giai đoạn phá hủy: bề mặt tiếp xúc bị tróc thay đổi điều

Hiện tượng mịn khơng xảy hai bề mặt tiếp xúc tồn lớp dầu

bôi trơn Nếu không tạo lớp dầu bơi trơn phải khống chế áp suất bề mặt

tiếp xúc nhỏ giá trị cho phép

Chúng ta có phương pháp giảm mòn sau:

-Sử dụng vật liệu giảm ma sát: đồng thanh, gang chịu mài mòn;

- Giảm tải cho bề mặt chịu ma sát, phân bố tải trọng bề mặt tiếp xúc

tránh tập trung;

- Bôi trơn làm nguội tốt, giảm độ nhám bề mặt, tính tốn hợp lý vận tốc trượt để hình thành lớp dầu bơi trơn bề mặt ma sát;

- Hạn chế hạt mài rơi bề mặt ma sát cách che chắn, bề mặt tạo

những rãnh chứa hạt mài sinh trình làm việc 2.2.2 Phương pháp tính tốn: có hai phương pháp

- Tính tốn đảm bảo ma sát ướt: tính tốn cho làm việc hai bề mặt ngăn cách lớp bơi trơn

- Tính tốn giới hạn áp suất:

Giữa áp suất quãng đường ma sát có hệ thức liên hệ:

pm.S= const (2-3)

p: áp suất; S: quãng đường ma sát; m: số mũ phụ thuộc vào chế độ ma sát

Dựa vào hệ thức trên, ta thấy để đảm bảo độ bền mòn định (S chọn

trước) cần giới hạn áp suất

Điều kiện tính tốn: p ≤ [p] (2-4) Nếu xét đến ảnh hưởng vận tốc trượt đến độ bền mòn sinh nhiệt, dung

điều kiện: p.v ≤ [pv] (2-5)

Các giá trị cho phép [p], [pv] xác định từ thực nghiệm tra bảng

2.3 Độ cứng

2.3.1 Khái niệm

Độ cứng khả chi tiết máy cản lại thay đổi hình dạng tác dụng

của tải trọng

- Nếu chi tiết máy không đủ độ cứng, làm việc chi tiết máy bị biến dạng đàn hồi vượt trị số cho phép, phá hoại điều kiện làm việc bình thường chi tiết

Hình 2.2 Sơ đồ trục bị biến dạng

Ví dụ 1: trục bị võng nhiều (hình 2.2) làm bánh tiếp xúc khơng tốt,

làm mòn vẹt mép ổ Đối với máy cơng cụ, biến dạng trục chính, ổ lăn, đồ gá

… làm giảm độ xác chi tiết gia cơng

- Độ cứng cịn chi phối việc chọn vật liệu chi tiết: để có kích thước chi tiết nhỏ

gọn ta chọn vật liệu có độ bền cao Tuy nhiên với thép chẳng hạn, tính tăng, mơđun đàn hồi khơng đổi, kích thước chi tiết xác định theo điều kiện độ bền

có thể khơng đảm bảo độ cứng Cũng có trường hợp, giảm độ cứng làm tăng độ

bền mỏi bánh

- Phân biệt hai loại độ cứng: độ cứng thể tích liên quan đến biến dạng tồn

vật liệu chi tiết độ cứng tiếp xúc liên quan đến biến dạng lớp bề mặt 2.3.2 Phương pháp tính tốn

- Tính tốn độ cứng thể tích xuất phát từ điều kiện chuyển vị thực không vượt

quá giá trị cho phép

l  [l] (độ dãn dài) f  [f] (đọ võng)

 [] (góc xoay tiết diện bị uốn)

 [] (góc xoắn)

Tính tốn độ cứng tiếp xúc theo điều kiện biến dạng bề mặt tiếp xúc không vượt giá trị cho phép h  [h] với h biến dạng bề mặt tiếp xúc 2.4 Tính chịu nhiệt

2.4.1 Khái niệm

Là khả chi tiết máy làm việc phạm vi nhiệt độ cần thiết

mà khơng bị nung nóng q giá trị cho phép Nhiệt sinh thường ma sát

Khi làm việc, ma sát cấu, phận máy làm cho chi tiết máy bị

nóng lên (nhất chỗ bị trượt nhiều truyền trục vít …)

Nung nóng chi tiết máy gây tác hại sau:

- Làm giảm khả chịu tải chi tiết máy (khi nhiệt độ tăng lên cao,

tính vật liệu giảm xuống Với thép: nhiệt độ lớn 3000C  4000C, với

hợp kim màu nhiệt độ lớn 500C  1000C làm giới hạn mỏi giảm, vật liệu trở

nên dòn xảy tượng từ biến

- Làm giảm độ nhớt dầu bôi trơn, làm tăng mịn hay dính

- Biến dạng nhiệt làm cong vênh chi tiết máy hay thay đổi khe hở

liên kết động (khi khe hở ổ trượt bị giảm hay ngõng trục bị kẹt

trong lót ổ …)

- Làm thay đổi tính chất bề mặt tiếp xúc như: làm giảm hệ số ma sát

trong phận hãm

- Làm giảm độ xác máy

Do vậy, với chi tiết máy bị trượt nhiều, thiết kế cần phải tính tốn nhiệt 2.4.2 Phương pháp tính tốn nhiệt

- Xác định nhiệt độ trung bình sinh sử dụng máy hạn chế khơng cho vượt giá trị cho phép: t  [t] (2-6)

Trong đó: t: nhiệt độ ổn định trung bình sử dụng máy;

[t]: nhiệt độ cho phép

- Nhiệt độ ổn định trung bình t xác định từ phương trình cân nhiệt:

 = 1 + 2 (2-7)

: nhiệt lượng sinh đơn vị thời gian máy làm việc;

1: nhiệt lượng tỏa môi trường đơn vị thời gian;

2: nhiệt lượng thiết bị làm mát tải

- Để nâng cao khả chịu nhiệt chi tiết máy, cần chế tạo chi tiết máy

vật liệu chịu nhiệt, tìm cách tăng diện tích nhiệt phận máy hay dùng biện pháp bôi trơn làm mát

2.5 Tính chịu dao động: