Bài giảng Nguyên lý và Chi tiết máy 2 - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định

BỘ LAO ĐỘNG – THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT NAM ĐỊNH TẬP BÀI GIẢNG NGUYÊN LÝ – CHI TIẾT MÁY Mã số: TB2015-01-11 Ban biên soạn: Chủ biên: ThS Nguyễn Mạnh Chất Thành viên: ThS Lê Thanh NAM ĐỊNH, NĂM 2015 LỜI MỞ ĐẦU Nguyên lý máy chi tiết máy hai môn học tảng giảng dạy trường Đại học, cao đẳng kỹ thuật Nó sở cho hàng loạt môn chun ngành khí mà cịn xây dựng tiềm lực tư khoa học cho kỹ sư cán khoa học tương lai Ngày nay, để đáp ứng đòi hỏi chất lượng đào tạo đạt chuẩn khu vực đặc biệt đào tạo giáo viên dạy nghề (RAVTE) Trường ĐHSPKT Nam Định đạo tiến hành cải cách cách sâu rộng việc giảng dạy, học tập theo quy trình đào tạo (hệ thống tín chỉ), học phần Ngun lý – Chi tiết máy đưa vào giảng dạy cho sinh viên học chuyên ngành khí, sau h ọc xong môn học bản, Hình họa – vẽ kỹ thuật, Dung sai – đo lường, Cơ học 1, Vật liệu kỹ thuật 1, Nguyên lý – Chi tiết máy Tập giảng Nguyên lý – Chi tiết máy biên soạn với khối lượng tín gồm ba phần: Phần Những vấn đề thiết kế máy chi tiết máy Phần Các chi tiết máy truyền động Phần Các chi tiết máy đỡ, nối Tập giảng Nguyên lý – Chi tiết máy tài liệu phục vụ cho cơng tác giảng dạy giảng viên học tập sinh viên đại học ngành Cơ khí trường ĐHSPKT Nam Định Trong q trình biên soạn, nhóm tác giả cố gắng sử dụng hiểu biết kinh nghiệm th ực tế Việt Nam tích lũy đư ợc hàng chục năm công tác giảng dạy thực tiễn, đồng thời tham khảo chương trình giảng dạy sách giáo khoa Nguyên lý máy chi tiết máy trường đại học xuất năm gần Nhằm ngày hoàn thiện nội dung tập giảng Nguyên lý – Chi tiết máy chúng tơi mong nhận nhiều góp ý độc giả, xin gửi địa chỉ: Bộ môn Kỹ thuật sở, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định NHÓM TÁC GIẢ i MỤC LỤC CHƯƠNG 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY 1.1 Nội dung trình tự thiết kế máy .1 1.1.1 Máy, phận máy chi tiết máy 1.1.2 Những yêu cầu chủ yếu máy chi tiết máy .2 1.1.3 Các bước thiết kế máy .3 1.1.4 Các bước thiết kế chi tiết máy 1.2 Khái quát yêu cầu máy chi tiết máy 1.3 Tải trọng ứng suất 1.3.1 Tải trọng tác dụng lên máy chi tiết máy 1.3.2 Ứng suất 1.4 Độ bền mỏi chi tiết máy 1.4.1 Hiện tượng phá hỏng mỏi 1.4.2 Những nhân tố ảnh hưởng đến sức bền mỏi chi tiết máy 10 1.4.3 Các biện pháp nâng cao sức bền mỏi chi tiết máy 12 1.5 Chọn vật liệu .12 1.5.1 Những yêu cầu vật liệu chế tạo chi tiết máy 12 1.5.2 Các vật liệu thường dùng ngành chế tạo máy .12 1.6 Vấn đề tiêu chuẩn hóa chi tiết máy .15 1.6.1 Khái niện chung 15 1.6.2 Các đối tượng tiêu chuẩn hóa ngành chế tạo máy 15 1.6.3 Các cấp tiêu chuẩn hóa 15 1.6.4 Ích lợi tiêu chuẩn hóa .16 CHƯƠNG 2: CÁC CHỈ TIÊU KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CHỦ YẾU CỦA CHI TIẾT MÁY 18 2.1 Độ bền 18 2.1.1 Yêu cầu độ bền .18 2.1.2 Cách xác định ứng suất sinh chi tiết máy .18 2.1.3 Cách xác định ứng suất cho phép 19 2.2 Độ bền mỏi 20 2.3 Độ cứng .21 2.3.1 Yêu cầu độ cứng 21 2.3.2 Cách đánh giá tiêu độ cứng chi tiết máy 21 2.4 Khả chịu nhiệt 22 2.4.1 Yêu cầu tiêu chịu nhiệt .22 2.4.2 Cách đánh giá tiêu chịu nhiệt máy 22 2.5 Độ ổn định dao động 23 CHƯƠNG 3: BỘ TRUYỀN ĐAI 26 ii 3.1 Khái niệm chung 26 3.2 Các loại đai bánh đai .27 3.3 Các thông số hình học .28 3.3.1 Thông số làm việc chủ yếu truyền đai .28 3.3.2 Thơng số hình học chủ yếu truyền đai .29 3.4 Cơ học truyền động đai .29 3.4.1 Lực tác dụng truyền đai 29 3.4.2 Ứng suất dây đai .30 3.4.3 Sự trượt truyền đai .31 3.4.4 Đường cong trượt đường cong hiệu suất 32 3.5 Tính truyền động đai 33 3.5.1 Các dạng hỏng truyền đai tiêu tính tốn .33 3.5.2 Tính truyền đai theo ứng suất có ích .34 3.5.3 Tính đai theo độ bền lâu .35 3.5.4 Tính đai theo khả kéo 36 3.6 Trình tự thiết kế truyền đai Thí dụ 36 3.6.1 Trình tự thiết kế truyền đai dẹt 36 3.6.2 Trình tự thiết kế truyền đai thang 38 3.7 Thí dụ………… ………………………………………… ………………….38 CHƯƠNG 4: BỘ TRUYỀN BÁNH MA SÁT 44 4.1 Khái niệm chung 44 4.1.1 Giới thiệu truyền bánh ma sát 44 4.1.2 Phân loại truyền bánh ma sát 45 4.1.3 Thông số làm việc chủ yếu truyền bánh ma sát 46 4.1.4 Thơng số hình học chủ yếu truyền bánh ma sát 46 4.2 Cơ học truyền động ma sát 47 4.2.1 Lực tác dụng truyền bánh ma sát 47 4.2.2 Sự trượt truyền bánh ma sát 48 4.3 Tính truyền bánh ma sát .49 4.3.1 Các dạng hỏng tiêu tính tốn 49 4.3.2 Tính truyền bánh ma sát vật liệu kim loại 50 4.3.3 Tính truyền bánh ma sát vật liệu phi kim loại 51 4.4 Vật liệu ứng suất cho phép .52 4.4.1 Vật liệu 52 4.4.2 Ứng suất cho phép 52 4.5 Bộ biến tốc vô cấp .53 CHƯƠNG 5: BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 55 iii 5.1 Khái niệm chung 55 5.1.1 Giới thiệu truyền bánh .55 5.1.2 Phân loại truyền bánh 56 5.1.3 Thông số hình học truyền bánh trụ thẳng 57 5.1.4 Thơng số hình học truyền bánh trụ nghiêng .59 5.1.5 Thơng số hình học truyền bánh nón thẳng 60 5.1.6 Thơng số làm việc chủ yếu truyền bánh 61 5.1.7 Độ xác truyền bánh 62 5.2 Tải trọng truyền động bánh .63 Lực tác dụng lên trục ổ mang truyền bánh 64 5.3 Các dạng hỏng tiêu tính tốn truyền bánh 66 5.4 Tính tốn độ bền truyền bánh trụ 67 5.4.1 Tính truyền bánh trụ thẳng theo sức bền tiếp xúc 67 5.4.2 Tính truyền bánh trụ thẳng theo sức bền uốn 69 5.4.3 Tính truyền bánh trụ nghiêng chữ V 71 5.5 Truyền động bánh côn 74 5.5.1 Khái niệm chung 74 5.5.2 Tính truyền bánh nón thẳng 75 5.5.2 Kiểm tra bền truyền bánh theo tải trọng tải 78 5.6 Vật liệu, nhiệt luyện ứng suất cho phép 78 5.7 Trình tự thiết kế truyền bánh 80 5.8 Truyền động bánh trụ chéo truyền động bánh côn chéo 81 5.9 Thí dụ 81 CHƯƠNG 6: BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT 90 6.1 Khái niệm chung 90 6.1.1 Giới thiệu truyền trục vít 90 6.1.2 Phân loại truyền trục vít 91 6.1.3 Thông số hình học chủ yếu truyền trục vít 92 6.1.4 Độ xác truyền trục vít 94 6.1.5 Tải trọng ứng suất truyền trục vít 95 6.1.6 Kết cấu trục vít, bánh vít 95 6.2 Cơ học truyền động trục vít 96 6.2.1 Thông số làm việc chủ yếu truyền trục vít 96 6.3 Tính độ bền truyền trục vít 98 6.3.1 Các dạng hỏng tiêu tính tốn truyền trục vít .98 6.3.2 Tính truyền trục vít theo sức bền tiếp xúc .99 6.3.3 Tính truyền trục vít theo sức bền uốn 100 iv 6.3.4 Tính trục vít theo điều kiện ổn định 101 6.3.5 Kiểm tra truyền trục vít theo tải trọng tải .101 6.4 Vật liệu ứng suất cho phép 102 6.5 Tính tốn nhiệt, làm nguội bôi trơn 103 6.6 Trình tự thiết kế truyền trục vít 104 6.7 Truyền động trục vít lõm 104 6.8 Thí dụ 105 CHƯƠNG 7: BỘ TRUYỀN XÍCH 111 7.1 Khái niệm chung .111 7.1.1 Giới thiệu truyền xích 111 7.2 Các loại xích truyền động đĩa xích .112 7.2.1 Các loại xích truyền động 112 7.2.2 Đĩa xích .113 7.3 Các thơng số hình học .114 7.4 Cơ học truyền động xích 115 7.4.1 Vận tốc tỉ số truyền 115 7.4.2 Lực tác dụng truyền xích 115 7.5 Tính tốn truyền động xích .117 7.5.1 Các dạng hỏng tiêu tính tốn truyền xích 117 7.5.2 Tính truyền xích ống lăn 118 7.6 Trình tự thiết kế truyền xích .119 7.7 Thí dụ 119 CHƯƠNG 8: BỘ TRUYỀN VÍT - ĐAI ỐC 124 8.1 Khái niệm chung .124 8.1.1 Giới thiệu truyền vít - đai ốc 124 8.1.2 Phân loại truyền vít - đai ốc 125 8.1.3 Thông số hình học chủ yếu truyền vít - đai ốc 126 8.1.4 Thông số làm việc chủ yếu truyền vít - đai ốc .127 8.2 Tính truyền vít - đai ốc .128 8.2.1 Các dạng hỏng truyền vít - đai ốc tiêu tính tốn 128 8.2.2 Tính truyền vít - đai ốc theo độ bền mòn 128 8.2.3 Tính truyền vít - đai ốc theo điều kiện ổn định .129 8.2.4 Tính truyền vít đai ốc theo độ bền 129 8.2.5 Trình tự thiết kế truyền vít - đai ốc 130 CHƯƠNG 9: PHÂN TÍCH CHỌN BỘ TRUYỀN 132 9.1 Bộ truyền bánh 132 9.1.1 Ưu điểm truyền bánh .132 v 9.1.2 Nhược điểm truyền bánh .132 9.1.3 Phạm vi sử dụng truyền bánh 132 9.2 Bộ truyền đai .132 9.2.1 Ưu điểm truyền đai 132 9.2.2 Nhược điểm truyền đai 133 9.2.3 Phạm vi sử dụng truyền đai 133 9.3 Bộ truyền xích 133 9.3.1 Ưu điểm truyền xích 133 9.3.2 Nhược điểm truyền xích 133 9.3.3 Phạm vi sử dụng truyền xích 133 9.4 Bộ truyền trục vít 134 9.4.1 Ưu điểm truyền trục vít 134 9.4.2 Nhược điểm truyền trục vít .134 9.4.3 Phạm vi sử dụng truyền trục vít 134 9.5 Bộ truyền bánh ma sát .134 9.5.1 Ưu điểm truyền bánh ma sát 134 9.5.2 Nhược điểm truyền bánh ma sát .134 9.5.3 Phạm vi sử dụng truyền bánh ma sát 135 9.6 Bộ truyền vít - đai ốc .135 9.6.1 Ưu điểm truyền vít - đai ốc .135 9.6.2 Nhược điểm truyền vít - đai ốc .135 9.6.3 Phạm vi sử dụng truyền vít - đai ốc 135 CHƯƠNG 10: CÁC CHI TIẾT MÁY ĐỠ 137 10.1 Trục 137 10.1.1 Những vấn đề chung 137 10.1.2 Tính trục 141 10.2 Ổ trượt .149 10.2.1 Những vấn đề chung 149 10.2.2 Tính ổ trượt .156 10.3 Ổ lăn 160 10.3.1 Những vấn đề chung 160 10.3.2 Tính ổ lăn 167 10.4 Khớp nối 172 10.4.1 Những vấn đề chung 172 10.4.2 Tính khớp nối 178 10.5 Lò xo .182 10.5.1 Những vấn đề chung 182 vi 10.5.2 Tính lị xo 184 TÀI LIỆU THAM KHẢO 190 vii CHƯƠNG ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY 1.1 Nội dung trình tự thiết kế máy 1.1.1 Máy, phận máy chi tiết máy a Máy Trong đời sống hàng ngày, gặp nhiều loại máy khác Ví dụ: máy bay, máy cày, máy bơm, máy khoan, máy mài, xe máy, ô tô, tàu hỏa, cần trục, máy phát điện, động đ iện, tay máy, người máy, máy gặt đập liên hợp, Mỗi máy thực chức định, phục vụ cho lợi ích người sử dung Có thể định nghĩa sau: Máy công cụ lao động phức tạp thực chức định , phục vụ cho lợi ích người Chúng ta chia máy thành nhóm: - Nhóm máy cơng tác Mỗi máy thực công việc định, thay lao động thủ công người, máy hoạt động theo điều khiển người sử dụng Ví dụ như: máy cày, máy mài, ô tô, máy bay, xe máy - Nhóm máy tự động Bao gồm máy cơng tác, họat động tự động theo chương trình có sẵn người điều chỉnh Ví dụ: dây chuyền đóng nắp chai bia tự động, máy tiện tự động, người máy, máy phay CNC - Nhóm máy liên hợp Mỗi máy tập hợp vài máy công tác, để thực hồn chỉnh cơng việc Ví dụ: máy gặt đập liên hợp, bao gồm máy cắt, máy đập máy phân loại, ba máy liên kết với tạo thành máy - Nhóm máy biến đổi lượng Đó máy biến lượng từ dạng sang dạng khác Ví dụ: động điện biến điện thành năng, máy phát điện biến thành điện Trong giảng Nguyên lý - Chi tiết máy nghiên cứu nhóm máy cơng tác b Bộ phận máy Mỗi máy cô ng tác thường có phận (H ình 1-1): Hình 1-1: Sơ đồ phận máy - Bộ phận phát động 1, cung cấp nguồn động lực cho máy họat động Bộ phận phát động động điện, động đốt trong, tay quay, bàn đạp Đây phận thiếu máy - Bộ phận công tác 2, phận thực chức quy định máy, máy khác có phận cơng tác khác Ví dụ: lưỡi cày máy cày, trục đá mài máy mài, trục bàn xe dao máy tiện Các máy khác có phận cơng tác khác Đây phận thiếu máy - Bộ phận truyền dẫn động 3, phận nối phận phát động phận công tác Bộ phận truyền dẫn động có nhiệm vụ thay đổi tốc độ chuyển động, biển đổi quy luật chuyển động, thay đổi chiều chuyển động đảm bảo khoảng cách định phận phát động phận cơng tác Ví dụ: truyền đai, truyền xích, hộp tốc độ Trong số loại máy đơn giản khơng có phận truyền dẫn động c Chi tiết máy Khi tháo rời máy, phận máy nhận phần tử nhỏ máy, ví dụ như: bu lơng, đai ốc, bánh răng, trục Nếu tiếp tục tách rời phần tử khơng cịn cơng dụng Các phần tử nhỏ máy gọi chi tiết máy Có thể định nghĩa sau: Chi tiết máy phần tử cấu thành nên máy, có hình dạng kích thước xác định, có cơng dụng định máy Chi tiết máy phân thành nhóm: - Nhóm chi tiết máy có cơng dụng chung Bao gồm chi tiết máy sử dụng nhiều loại máy khác Trong loại máy khác nhau, chi tiết máy có hình dạng cơng dụng Ví dụ: bánh răng, khớp nối, trục, bu lơng, ổ lăn - Nhóm chi tiết máy có công dụng riêng Bao g ồm chi tiết máy sử dụng loại máy định Trong lọai máy khác nhau, hình dạng cơng dụng chi tiết máy khác Ví dụ: trục khuỷu, tua bin, vỏ hộp giảm tốc, thân máy Trong giảng Nguyên lý - Chi tiết máy 2, nghiên cứu chi tiết máy có công dụng chung 1.1.2 Những yêu cầu chủ yếu máy chi tiết máy Trước nghiên cứu thiết kế máy, chi tiết máy, cần biết máy tốt Để làm điều đó, cần biết thơng số đánh giá chất lượng máy, hay yêu cầu chủ yếu máy chi tiết máy Một thiết kế máy chi tiết máy gọi hợp lý, máy thỏa mãn yêu cầu chủ yếu sau: - Máy có hiệu sử dụng cao, thể chỗ: ... 21 2. 3 .2 Cách đánh giá tiêu độ cứng chi tiết máy 21 2. 4 Khả chịu nhiệt 22 2. 4.1 Yêu cầu tiêu chịu nhiệt .22 2. 4 .2 Cách đánh giá tiêu chịu nhiệt máy 22 2. 5 Độ... dụng chi tiết máy khác Ví dụ: trục khuỷu, tua bin, vỏ hộp giảm tốc, thân máy Trong giảng Nguyên lý - Chi tiết máy 2, nghiên cứu chi tiết máy có cơng dụng chung 1.1 .2 Những u cầu chủ yếu máy chi tiết. .. KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY 1.1 Nội dung trình tự thiết kế máy 1.1.1 Máy, phận máy chi tiết máy a Máy Trong đời sống hàng ngày, gặp nhiều loại máy khác Ví dụ: máy bay, máy cày, máy bơm, máy khoan, máy