Thiết kế hệ thống truyền động cơ khí trên cơ sở độ tin cậy

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HUỲNH THỊ NGỌC TRINH THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ TRÊN CƠ SỞ ĐỘ TIN CẬY Chuyên ngành: Mã Số Ngành: CHẾ TẠO MÁY 2.01.00 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH - THÁNG 11 NĂM 2004 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Phòng Đào Tạo SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp, HCM ngày tháng năm 2004 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC VĂN Họ tên học viên: Huỳnh Thị Ngọc Trinh Ngày, tháng, năm sinh: 01/12/1974 Chuyên ngành: Chế Tạo Máy Phái: Nữ Nơi sinh: Tp HCM MSHV: CKCT13-019 I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ TRÊN CƠ SỞ ĐỘ TIN CẬY II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tính toán thiết kế hệ thống truyền động khí sở độ tin cậy - Tính toán chi tiết truyền động sở độ tin cậy - So sánh kết với phương pháp đơn định - Phân tích độ tin cậy hệ thống truyền động III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV NGAØY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN HỮU LỘC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS NGUYỄN HỮU LỘC TS PHẠM NGỌC TUẤN PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội đồng chuyên ngành thông qua Phòng Đào tạo SĐH Ngày tháng năm 2005 Khoa quản lý ngành CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN HỮU LỘC Cán chấm nhận xét 1: PGS TS ĐOÀN THỊ MINH TRINH Cán chấm nhận xét 2: TS NGUYỄN TUẤN KIỆT Luaän văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2005 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, nhận nhiều kiến thức quý báo từ thầy cô trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh truyền đạt cho năm học tập trường Tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến Thầy Cô Khoa Cơ Khí, Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh đặc biệt Thầy TS NGUYỄN HỮU LỘC tận tình dạy bảo, giúp đỡ truyền đạt kiến thức quý báu để hoàn tất luận văn Cuối xin chân thành cảm ơn đến người thân, tất bạn bè, đặc biệt bạn học viên CTMK13 tạo điều kiện giúp đỡ hoàn thành khóa học luận văn Tp, Hồ Chí Minh 11 / 2004 Tác giả Huỳnh Thị Ngọc Trinh TÓM TẮT LUẬN VĂN Qua luận văn trình bày: - Tính toán phân tích hệ thống truyền động khí sở độ tin cậy, kết so sánh với phương pháp thiết kế đơn định - Cơ sở để thiết kế phân tích hệ thống truyền động dựa vào phân bố ngẫu nhiên đại lượng thiết kế mà đại lượng bao gồm tải trọng, tính vật liệu, thành phần khác xem phân bố theo quy luật chuẩn - Dựa vào dạng hỏng chi tiết hệ thống để xây dựng cấu trúc dạng hỏng từ thiết kế dánh giá độ tin cậy hệ thống, đưa sơ đồ tính - Tính toán phân tích cho chi tiết điển hình hệ thống truyền động sáu cấp tốc độ trục, bánh răng, ổ lăn so sánh kết ABSTRACT Though thesis we want to represent - Calculation and analyzing reliability-based design of mechanical transmission system The result is compared to deterministic design procedure - Foundation to design and analyze machenical transmission system depend on the random variable of design characteristics which consists of the strength of the component, the applied load, and other parameters assumed to be dispensed a normal distribution - Relying on the failure modes of the machine elements in system to construct and analyze fault tree from which we can design and asses reliability of system, and result in calculating charts - Calculating and analyzing the typical characteristics of shaft, gear, bearing in the sixth-speed automotive transmission systerm, and comparing result MỤC LỤC LỜI CẢM ÔN TÓM TẮT NỘI DUNG CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 KHÁI NIỆM VỀ THIẾT KẾ THEO ĐỘ TIN CẬY 1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN & TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.3 NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN CHƯƠNG 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC ĐẠI LƯNG NGẪU NHIÊN TRONG THIẾT KẾ 2.1.1 Kích thước hình học chi tieát 11 2.1.2 Cơ tính vật liệu 13 2.1.3 Tải trọng tác dụng 15 2.2 CÁC BIỂU THỨC TỔNG QUÁT 16 2.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY 2.3.1 Tổng quát 17 2.3.2 Hàm số phụ thuộc vào nhiều biến số 21 2.4 TRÌNH TỰ THIẾT KẾ THEO ĐỘ TIN CẬY 23 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ VÀ PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CÂY HỎNG HÓC 3.1 KHÁI NIỆM PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CÂY HỎNG HÓC 27 3.2 PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CÂY HỎNG HÓC 30 3.3 CÁC DẠNG HỎNG 3.3.1 Hỏng hóc chi tiết 31 3.3.2 Các dạng hỏng hóc chi tiết hệ thống truyền động 32 3.4 ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CÂY HỎNG HÓC TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG 34 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THEO ĐỘ TIN CẬY 4.1 THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT CƠ KHÍ TRÊN CƠ SỞ ĐỘ TIN CẬY 40 4.2 THIẾT KẾ BÁNH RĂNG TRÊN CƠ SỞ ĐỘ TIN CẬY 4.2.1 Thiết kế sở độ tin cậy theo độ bền tiếp xúc 42 4.2.2 Thiết kế sở độ tin cậy theo độ bền uốn 45 4.3 THIẾT KẾ TRỤC TRUYỀN 47 4.4 CHỌN Ổ LĂN 52 4.5 PHÂN TÍCH ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG 4.5.1 Độ tin cậy trục 56 4.5.2 Độ tin cậy cụm bánh 57 4.5.3 Độ tin cậy nhóm bánh 57 CHƯƠNG KẾT QUẢ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ 5.1 THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG 5.1.1 Bánh 59 5.1.2 Truïc 63 5.1.3 Ổ lăn sở độ tin cậy 77 5.2 PHÂN TÍCH HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG 79 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 80 Chương CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 KHÁI NIỆM VỀ THIẾT KẾ TRÊN CƠ SỞ ĐỘ TIN CẬY Ngày nhu cầu cạnh tranh doanh nghiệp, để sản phẩm có chổ đứng thị trường đòi hỏi phải thỏa mãn tiêu chất lượng, an toàn đáng tin cậy Theo phương pháp thiết kế truyền thống, sản phẩm chi tiết máy đạt yêu cầu thiết kế phải chọn hệ số an toàn thích hợp Hệ số an toàn thường chọn theo kinh nghiệm Chính mà sản phẩm chế tạo có tiêu vượt yêu cầu nên giá thành sản xuất tăng, khả cạnh tranh thị trường Việc nâng cao khả làm việc sản phẩm khả chịu tải, nhiệt độ, tốc độ, độ xác, hiệu suất làm việc, mức độ tự động hóa, hệ số an toàn, … vấn đề cấp bách giới nước Nếu sản phẩm chế tạo không đáng tin cậy dẫn đến lãng phí vốn đầu tư, nguyên vật liệu, lượng, sức lao động toàn xã hội dẫn đến tâm lý bất an người tiêu dùng Do đó, xu hướng giới nghiên cứu, ứng dụng phương pháp tiến tiến để thiết kế chế tạo sản phẩm đạt chất lượng cao Phương pháp nghiên cứu lý thuyết ứng dụng phương pháp thiết kế xác suất bao gồm thiết kế bền vững phương pháp thiết kế dựa sở độ tin cậy áp dụng cho lãnh vực điện tử, khí, xây dựng, … phương pháp xét đến đặc tính biến thiên đại lượng thiết kế Trong ngành khí, việc vận dụng phương pháp thiết kế xác suất nhu cầu tất yếu nhằm thiết kế chi tiết hệ thống đạt tiêu mong muốn Chính mà đòi hỏi thời gian nổ lực toàn ngành nhằm đưa sản phẩm nước nhà sánh kịp nước giới Chương Hiện giới có nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng phương pháp vào nhiều lãnh vực khác Tuy nhiên, lãnh vực khí, đặc biệt thiết kế chi tiết máy ứng dụng hạn chế nên việc nghiên cứu đầy đủ độ tin cậy chi tiết truyền động ứng dụng để thiết kế hệ thống truyền động cụ thể cần thiết Cho nên đề tài nghiên cứu có ý nghóa thực tế Do hệ thống kỹ thuật phức tạp, hệ thống bao gồm nhiều cấu có quan hệ mật thiết với nhau, ý tưởng độ tin cậy trở thành nhân tố quan trọng thiết kế Khái niệm độ tin cậy hiểu tính chất đối tượng thực chức qua giai đoạn cụ thể điều kiện vận hành cụ thể Độ tin cậy vấn đề phân tích, bao gồm khía cạnh kỹ thuật xác suất Nó phải ý toàn chu kỳ sống sản phẩm Chính vậy, hệ thống gồm hàng ngàn chi tiết hư hỏng chi tiết kéo theo hư hỏng toàn hệ thống Các chi tiết khí thiết kế chế tạo cho hệ thống đặc biệt khó có độ tin cậy mong muốn Các thông số ảnh hưởng đến độ tin cậy bao gồm độ xác gia công, khác tính vật liệu, lực tác dụng lên chúng Giải vấn đề độ tin cậy nhằm nâng cao hiệu lao động, nhân lực mức sản xuất toàn xã hội Kỹ thuật độ tin cậy đề cập đến chất lượng sản phẩm Phần lớn tiêu độ tin cậy sản phẩm đánh giá định lượng số đo xác suất nên công cụ giải lý thuyết xác suất thống kê toán học Ngành khoa học nghiên cứu trình thay đổi chất lượng sản phẩm theo thời gian, thiết lập quy luật xuất hư hỏng đối tượng Chương 0,250 34,81659124 2,428631606 0,300 38,72211573 3,341028129 Căn vào kết tính toán bảng 5.6 ta dựng sơ đồ biểu diễn ảnh hưởng Đườ ng kính trụ c đại lượng ngẫu nhiên theo hệ số biến phân hình 5.11 50 40 30 20 10 Ả n h hưở ng tả i trọ n g Ả n h hưở ng sai số hình họ c Ả n h hưở ng vậ t liệ u 0.1 0.2 0.3 0.4 Hệ số biế n phâ n Hình 5.11 TRÊN TRỤC VỊ TRÍ (hình 5.5) Đại lượng ngẫu nhiên – tải trọng thay đổi với hệ số biến phân phạm vi từ 0,0001 đến 0,3 đại lượng ngẫu nhiên sai số hình học vật liệu không đổi (vσ = 0,1, vd = 0,001) Kết tính toán R = 0,99 với hai vị trí khác Bảng 5.7a Kết đường kính trục thay đổi chịu ảnh hưởng tải trọng HS b.phân vT Đường kính8 HS an toàn8 Đường kính4 HS an toàn 0,00010 32,29912936 1,390108083 33,13393784 1,386238129 0,00025 32,29912938 1,390108086 33,13393786 1,386238131 0,0005 32,29912948 1,390108099 33,13393794 1,386238141 0,0010 32,29912985 1,390108147 33,13393822 1,386238176 0,0025 32,29913247 1,390108485 33,13394021 1,386238426 0,0050 32,29914183 1,390109693 33,13394730 1,386239315 0,0100 32,29917928 1,390114529 33,13397567 1,386242877 0,0250 32,29944137 1,390148369 33,13417428 1,386267804 0,0500 32,30037717 1,390269201 33,13488345 1,386356817 0,1000 32,30411644 1,390752093 33,13771791 1,386712627 69 Chương 0,1500 32,31033466 1,391555366 33,14243416 1,387304794 0,2000 32,31901121 1392676722 33,14902052 1,388132051 0,2500 32,33011766 1,394112999 33,15746082 1,389192647 0,3000 32,34361811 1,395860195 33,16773456 1,390484358 Đại lượng ngẫu nhiên – sai số kích thước thay đổi phạm vi từ 0,0001 đến 0,3 đại lượng ngẫu nhiên tải trọng vật liệu không đổi (vσ = 0,1, vT = 0,1) Kết tính toán R = 0,99 Bảng 5.7b Kết đường kính trục thay đổi chịu ảnh hưởng sai số hình học HS b phân vd Đường kính8 HS an toàn8 Đường kính4 HS an toàn4 0,00010 32,30352723 1,390675994 33,13710432 1,386635599 0,00025 32,30355848 1,390680031 33,13713687 1,386639685 0,0005 32,30367008 1,390694444 33,13725309 1,386654275 0,0010 32,30411644 1,390752093 33,13771791 1,386712627 0,0025 32,30723840 1,391155351 33,14096899 1,387120811 0,0050 32,31835282 1,392591612 33,15254220 1,388574515 0,0100 32,36226880 1,398276323 33,19825823 1,394326806 0,0250 32,64838059 1,435691254 33,49565285 1,432135206 0,0500 33,46782763 1,546531221 34,34440530 1,543784522 0,1000 35,51097660 1,847412890 36,45148560 1,845713885 0,1500 37,54002194 2,182527314 38,53906719 2,181334542 0,2000 39,42811527 2,528681748 40,47991600 2,527769611 0,2500 41,17357945 2,879598868 42,27342224 2,878862369 0,3000 42,79326941 3,232976329 43,93732940 3,232359441 Đại lượng ngẫu nhiên – sai số kích thước với hệ số biến phân thay đổi phạm vi từ 0,0001 đến 0,3 đại lượng ngẫu nhiên sai số hình học tải trọng không đổi (vd = 0,001, vT = 0,1) Kết tính toán R = 0,99 Bảng 5.7c Kết đường kính trục thay đổi chịu ảnh hưởng tính vật liệu HS b phân vσ Đường kính8 HS an toàn8 Đường kính4 HS an toàn4 0,00010 30,92212697 1,219787555 31,70012993 1,213952817 70 Chương 0,00025 30,92213506 1,219788514 31,70013841 1,213953792 0,0005 30,92216398 1,219791936 31,70016871 1,213957273 0,0010 30,92227963 1,219805622 31,70028991 1,213971197 0,0025 30,92308910 1,219901419 31,70113821 1,214068656 0,0050 30,92597893 1,220243458 31,70416657 1,214416625 0,0100 30,93752057 1,221610161 31,71626002 1,215806860 0,0250 31,01754814 1,231114697 31,80005164 1,225468511 0,0500 31,29383456 1,264306783 32,08861158 1,259132574 0,1000 32,30411644 1,390752093 33,13771791 1,386712627 0,1500 33,84351737 1,599199335 34,72773255 1,596055412 0,2000 35,96144989 1,918614406 36,90901561 1,916090721 0,2500 38,90064354 2,428546812 39,93171170 2,426456228 0,3000 43,26448565 3,340956000 44,41608996 3,339178633 Theo bảng kết 5.7 a, b, c dựng biểu đồ quan hệ đại lượng ảnh ĐƯờ ng kính trụ c 2-vị trí hưởng hai vị trí lắp bánh 50 Ả nh hưở ng tả i trọ ng 40 30 Ả nh hưở ng sai số hình họ c 20 Ả nh hưở ng vậ t liệ u 10 0 0.1 0.2 0.3 Hệ số biế n phâ n Hình 5.12 a 71 0.4 ĐƯờ ng kính trụ c 2-vị trí Chương 50 Ả nh hưở ng tả i trọ ng 40 30 Ả nh hưở ng sai số hình họ c 20 Ả nh hưở ng vậ t liệ u 10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 Hệ số biế n phâ n Hình 5.12 b TRÊN TRỤC VỊ TRÍ (hình 5.2) Đại lượng ngẫu nhiên – tải trọng với hệ số biến phân thay đổi phạm vi từ 0,0001 đến 0,3 đại lượng ngẫu nhiên sai số hình học vật liệu không đổi (vσ = 0,1, vd = 0,001) Kết tính toán R = 0,99 Bảng 5.8a Kết đường kính trục thay đổi chịu ảnh hưởng tải trọng HS biến phân vT Đườngkính Hệ số an toàn 0,00010 28,94565821 1,332655633 0,00025 28,94565977 1,332655849 0,0005 28,94566531 1,332656614 0,0010 28,94568749 1,332659677 0,0025 28,94584275 1,332681122 0,0050 28,94639711 1,332757692 0,0100 28,94861280 1,333063762 0,0250 28,96404448 1,335196754 0,0500 29,01808064 1,342683649 0,1000 29,21950581 1,370838363 0,1500 29,51477532 1,412817595 0,2000 29,86933342 1,464347812 0,2500 30,25795981 1,522252078 0,3000 30,66442696 1,584426911 72 Chương Đại lượng ngẫu nhiên – sai số hình học với hệ số biến phân thay đổi phạm vi từ 0,0001 đến 0,3 đại lượng ngẫu nhiên tải trọng vật liệu không đổi (vσ = 0,1, vT = 0,1) Kết tính toán với R = 0,99 Bảng 5.8b Kết đường kính trục thay đổi chịu ảnh hưởng sai số hình học HS biến phân vd Đườngkính Hệ số an toàn 0,00010 29,21890579 1,370753915 0,00025 29,21893761 1,370758393 0,0005 29,21905127 1,370774390 0,0010 29,21950581 1,370838363 0,0025 29,22268459 1,371285811 0,0050 29,23399479 1,372878634 0,0100 29,27858748 1,379170670 0,0250 29,56580110 1,420157799 0,0500 30,36690978 1,538754896 0,1000 32,30238911 1,852130499 0,1500 34,19159617 2,196472534 0,2000 35,93781332 2,550483954 0,2500 37,54681898 2,908620743 0,3000 39,03705281 3,268878035 Đại lượng ngẫu nhiên – sai số kích thước với hệ số biến phân thay đổi phạm vi từ 0,0001 đến 0,3 đại lượng ngẫu nhiên sai số hình học tải trọng không đổi (vd = 0,001, vT = 0,1) Kết tính toán với R = 0,99 Bảng 5.8c Kết đường kính trục thay đổi chịu ảnh hưởng vật liệu HS biến phân vσ Đườngkính Hệ số an toàn 0,00010 27,80139574 1,180775816 0,00025 27,80140461 1,180776947 0,0005 27,80143627 1,180780980 0,0010 27,80156290 1,180797115 0,0025 27,80244918 1,180910046 73 Chương 0,0050 27,80561225 1,181313146 0,0100 27,81823035 1,182922105 0,0250 27,90510370 1,194039167 0,0500 28,19820200 1,232060126 0,1000 29,21950581 1,370838363 0,1500 30,71618152 1,592462913 0,2000 32,74341709 1,929032974 0,2500 35,55221130 2,469263892 0,3000 39,76271768 3,454584574 Hình 5.13 Đồ thị quan hệ đường kính theo đại lượng ảnh hưởng, Vậy theo đồ thị dựng từ ảnh hưởng đại lượng ngẫu nhiên thiết kế: sai số hình học, vật liệu, tải trọng tác dụng thay đổi thông số đầu đường kính trục phụ thuộc ảnh hưởng tính vật liệu tăng dần theo hệ số biến phân, ảnh hưởng sai số kích thước tăng rõ rệt cuối ảnh hưởng tải trọng Do đó, đặc tính thống kê thông số ngẫu nhiên thông thường xác định tính toán: - Mỗi giá trị trung bình đại lượng ngẫu nhiên sử dụng tài liệu liên quan - Khi chi tiết thử nghiệm hệ số biến phân xác định theo: + Sai lệch chuẩn thông số kích thước hình học xác định theo giá trị dung sai tiêu chuẩn 3σ, Xem giá trị dung sai 0,015x kích thước danh nghóa + Các sai lệch chuẩn đại lượng khí xác định qua hệ số biến phân 74 Chương + Sai lệch chuẩn tải trọng xác định thử nghiệm, + Sai lệch chuẩn tính vật liệu xác định theo thử nghiệm tài liệu liên quan + Hệ số biến phân đại lượng khác chọn (0,1 ÷ 0,15) Khi xác suất không hỏng R = 0,9; 0,99; 0,999 ứng với thay đổi tính vật liệu theo hệ số biến phân (0,0001 đến 0,3) so sánh: Bảng 5.9 Kết đường kính trục thay đổi với giá trị khác độ tin cậy (hệ số biến phân tính vật liệu thay đổi) HS biến phân vσ R = 0,9 R = 0,99 R = 0,999 0,0001 27,32017276 27,96617284 28,42065450 0,00025 27,32017717 27,96618161 28,42066694 0,0005 27,32019290 27,96621296 28,42071135 0,0010 27,32025583 27,96633832 28,42088899 0,0025 27,32069625 27,96721575 28,42213230 0,005 27,32226781 27,97034718 28,42657017 0,010 27,32853288 27,98283859 28,44428247 0,025 27,37148687 28,06881951 28,56661117 0,050 27,51416803 28,35866689 28,98425825 0,100 27,98649461 29,36620334 30,50108774 0,150 28,61565713 30,83663837 32,92208609 0,200 29,36179524 32,81679455 36,70206934 0,250 30,22259770 35,53631114 43,49821884 0,300 31,21278800 39,55245737 63,41166311 75 Đườ ng kính trụ c Chương 70 60 50 40 30 20 10 R = 0,9 R = 0,99 R = 0,999 0.1 0.2 0.3 0.4 Heä số biế n phâ n Hình 5.14 Đồ thị so sánh đường kính trục tính theo xác suất không hỏng Bảng 5.10 so sánh đường kính trục tính theo hai phương pháp truyền thống (với hệ số an toàn n = 2) độ tin cậy với xác suất không hỏng R=0,9; R=0,99; R=0,999 ứng với hệ số biến phân v = 0,001 Từ thấy chênh lệch vật liệu sử dụng hai phương pháp Bảng 5.10 Đường kính trục Đơn định R = 0,9 R = 0,99 R = 0,999 32,93725616 26,80589681 27,21512951 27,48419890 Hệ số an toàn n 1,058421552 1,107640601 1,140819402 Vật liệu Giảm 18,6% Giảm 17,3% Giảm 16,5% 5.1.3 CHỌN Ổ LĂN TRÊN CƠ SỞ ĐỘ TIN CẬY Theo độ tin cậy cho trước xác định điểm phân vị z1 Xác định hệ số an toàn từ điểm phân vị z1 Xác định khả tải động trung bình C Xác định khả tải động ổ với xác suất làm việc không hỏng 90% 76 Chương Bảng 5.14 trình bày ảnh hưởng khả tải động trung bình đến khả tải động ổ lăn lắp trục hệ số biến phân khả tải động thay đổi từ 0,001 đến 0,3 tương ứng với xác suất khônghỏng R = 0,9 Bảng 5.14 Hệ số biến phân vC C C90 0,001 51168,76650 33663,66218 0,005 51169,98564 33664,46423 0,010 51173,79594 33666,97101 0,025 51200,49025 33684,53305 0,050 51296,14538 33747,46406 0,100 51683,81420 34002,50935 0,150 52348,48814 34439,79482 0,200 53320,34322 35079,17317 0,250 54646,87965 35951,89450 0,300 56399,77115 37105,11260 Khi xác suất không hỏng R = 0,99 kết cho bảng 5.15 Bảng 5.15 Hệ số biến phân C C90 0,001 85663,06497 56357,27958 0,005 85669,26483 56361,35844 0,010 85688,64766 56374,11030 0,025 85824,68284 56463,60712 0,050 86315,65749 56786,61677 0,100 88363,76945 58134,05884 0,150 92111,91048 60599,94109 0,200 98219,89280 64618,35053 0,250 108094,3766 71114,72143 0,300 125131,1433 82323,12056 77 Chương Đồ thị so sánh khả tải động ứng với xác suất làm việc không hỏng 90% 90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 R = 0,9 0, 00 0, 00 0, 01 0, 02 0, 05 0, 10 0, 15 0, 20 0, 25 0, 30 R = 0,99 Hình 5.15 Vậy vào giá trị C90 vừa tìm được, tra bảng ứng với đường kính trục xác định cỡ ổ lăn cần cho trục Theo kết vữa phân tích xác suất không hỏng lớn giá trị C90 tăng nên ổ lăn chọn có thông số lớn so với R = 0,9 5.2 PHÂN TÍCH HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG Căn vào hệ thống truyền động trình bày chương sở lý thuyết chương 4, ứng với xác suất không hỏng chi tiết bánh theo điều kiện bền tiếp xúc bền uốn (R=0,9998), trục (R=0,999), ổ lăn (R=0,9) Độ tin cậy trục theo 4.66 Rtrục = Rtrục1Rtrục2Rtrục3 = 0,997002999 Độ tin cậy nhóm bánh ( )( )( = − (1 − R )(1 − R ) ) 2 Theo 4.68 R nhoùm1 = − − R12 − R 34 − R 56 = 0,9592347306 R nhoùm 2 10 −9 87 = 0,8815522329 Độ tin cậy hệ thống theo 4.65 Rhệ thống = 0,8430812080 Vậy để nâng cao độ tin cậy hệ thống ta nâng cao độ tin cậy vài phần tử hệ thống chẳng hạn nâng cao độ tin cậy phần tử dễ 78 Chương hỏng hệ thống Trong hệ thống truyền động khảo sát độ tin cậy ổ lăn tương đối thấp so với độ tin cậy chi tiết khác nên ảnh hưởng trực tiếp đến hệ thống truyền động Chính để nâng cao độ tin cậy ổ lăn ta cần tính đến phụ thuộc tỉ số tuổi thọ/ tuổi thọ xác suất làm việc L  ln R  không hỏng L90 a1 =  , hệ số giảm độ tin cậy ổ  L 90  ln 0,9  lăn tăng Tương ứng với việc chọn cỡ ổ lăn 5.1.3, độ tin cậy ổ tăng L giảm Vậy ổ phải lắp vị trí dễ dàng tháo lắp để sau thời gian tính toán thay ổ để đảm bảo độ tin cậy hệ thống theo yêu cầu Ngoài ta sử dụng kết cấu gồm phần tử lắp song song nâng cao độ tin cậy lên đáng kể, kết cấu phức tạp KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Có hai phương pháp thiết kế hệ thống truyền động khí: đơn định (truyền thống) xác suất ( bền vững độ tin cậy) Theo thiết kế sở độ tin cậy thông số thiết kế đại lượng ngẫu nhiên: tải trọng tác dụng, sai số hình học – dung sai, tính vật liệu xem phân bố theo quy luật chuẩn Các yếu tố thay đổi thông qua số gọi hệ số biến phân v = S Khi m tính toán, hệ số biến phân v = 0,0001 – 0,3, ảnh hưởng đến thông số đầu Do kết phương pháp thiết kế xác suất so sánh với phương pháp truyền thống có ưu điểm: truyền nhỏ gọn thông số đầu đường kính trục tiết diện nguy hiểm, bánh răng, giảm so với phương pháp thiết kế truyền thống, kết đạt độ xác cao (các kết dãy kết phụ thuộc vào ảnh hưởng hệ số biến phân) Với hệ 79 Chương số an toàn thông số đầu giảm so với phương pháp đơn định nên tiết kiệm vật liệu, chi phí sản xuất, Ngoài ra, phương pháp phân tích hệ thống truyền động theo độ tin cậy làm việc với xác suất hỏng không hỏng để có kế hoạch bảo trì, thay Phương pháp đánh giá thông qua cấu trúc dạng hỏng – đồ thị biểu diễn mối quan hệ chi tiết tạo thành hệ thống mà hỏng hóc chi tiết dẫn đến hỏng hóc hệ thống Do phương pháp phân tích đạt mức xác tương đối cao Phương pháp thiết kế dựa dạng hỏng chi tiết đại lượng ngẫu nhiên thiết kế, xác định thông qua giá trị trung bình sai lệch bình phương trung bình chúng, phải thử nghiệm giai đoạn thiết kế, chế tạo xử lý số liệu thử nghiệm mô hình xác suất thống kê Thiết kế xác suất bao gồm thiết kế sở độ tin cậy thiết kế bền vững Trong luận văn so sánh phương pháp thiết kế sở độ tin cậy với phương pháp thiết kế truyền thống mà không đề cập đến bền vững, phương pháp mô Monte Carlo, … Nên toán thiết kế cho thấy khác biệt hai phương pháp Các kết phân tích cho thấy: - Trong nhân tố ảnh hưởng đến độ tin cậy sản phẩm sai số hình học tính vật liệu ảnh hưởng lớn Do phương pháp hiệu để nâng cao độ tin cậy nâng cao tính vật liệu độ xác gia công, - Khi thiết kế theo độ tin cậy tiết kiệm vật liệu Ứng với xác suất không hỏng R = 0,9 đường kính trục thiết kế sở độ tin cậy giảm 18,6% vật liệu giảm 17,3% vật liệu tương ứng với xác suất không hỏng R = 0,99 giảm 16,5% ứng với xác suất không hỏng R = 0,999 so với phương pháp thiết kế truyền thống với hệ số an toàn n=2 80 Chương - Trong miền dung sai trục độ xác xem không ảnh hưởng đến độ tin cậy - Có thể thiết kế hệ thống truyền động sở độ tin cậy biết giá trị quy luật thay đổi ngẫu nhiên đại lượng thiết kế Do thời gian kiến thức có hạn nên luận văn không đề cập đến tối ưu hóa kết cấu theo tiêu làm việc, giá thành, khối lượng Đây vấn đề tương đối cần nghiên cứu sau để kết cấu hoàn hảo Các số liệu giới hạn mỏi vật liệu tra sổ tay hay tài liệu thiết kế máy nên đầy đủ Do để xác định xác độ tin cậy chi tiết máy thiết kế chúng cần xác định số liệu thực nghiệm, thời gian có hạn nên luận văn không nghiên cứu Các kết tính toán luận văn thực phần mềm Maple thực với bước tính trực quan, dễ dàng kiểm tra giao diện trình bày không rõ ràng (do việc sử dụng ký hiệu dễ trùng với ký hiệu phần mềm quy định) không thực nhanh Nên để phát triển thiết kế phân tích hệ thống truyền động sau cần thiết kế phần mềm chuyên dùng để kết tính toán nhanh chóng tổng quan 81 TÀI LIỆU THAM KHAÛO Carter A.D.S., Mechanical Reliability, John Wiley & Sons New York 1999 Collins Jack A., Mechanical design of machine elements and machines John Wiley & Sons 2003 Crowe D, Finberg A., Design for reliability, CRC Press, 2001 Dhillon B.S., Design reliability CRC Press, 1999 John Wiley & Sons 2001 G Q cao, I Elishakoff , Refined second-order reliability analysis Haugen E.B., Probalistic Approaches to Mechanical Design, Wiley N Chernov, Machine tools, Mir Publishers Moscow, 1989 Nguyễn Hữu Lộc, Bài tập chi tiết máy, NXB đại học quốc gia, 2003 Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, NXB đại học quốc gia, 2004 10 Nguyễn Hữu Lộc, Độ tin cậy thiết kế kỹ thuật, NXB đại học quốc gia, 2002 11 Nguyễn Hữu Lộc, Reliability-based design and robust design of machine elements, The 2003 International symposium on advanced engineering 12 Nguyễn Ngọc Cẩn, Thiết kế máy cắt kim loại, NXB đại học quốc gia, 2000 13 Pennel J A., Gear Reliability, A servey of the current state of the art British Gear Association, 1989 14 Phan Văn Khôi, Cơ sở đánh giá độ tin cậy , NXB khoa học kỹ thuật, 2003 15 P Martin, A review of mechanical reliability 16 Rao S.S Reliability , Based Design McGraw-Hill, 1992 17 Trịnh Chất, Cơ sở thiết kế máy chi tiết máy, NXB Khoa học kỹ thuật, 1999 18 Venton A.D.F and Harvey B.F., Reliability Assessment in Mechanical System Design, Proc Inst Mech Engrs 19 Y M Zhang, Practical reliability-based design of gear pairs, Mechanical design, 2003 LYÙ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: HUỲNH THỊ NGỌC TRINH Ngày, tháng, năm sinh: 01 – 12 – 1974 Nơi sinh: Tp Hồ Chí Minh Địa liên lạc: Trường CĐCN IV, Khoa Khoa học sở, 12 Nguyễn Văn Bảo, Q Gò Vấp, Tp HCM QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Từ 1993 đến 1998: học Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật QÚA TRÌNH CÔNG TÁC: Từ 2000 đến nay: cán giảng dạy Trường CĐCN IV Tp HCM ... TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ TRÊN CƠ SỞ ĐỘ TIN CẬY II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tính toán thiết kế hệ thống truyền động khí sở độ tin cậy - Tính toán chi tiết truyền động sở độ tin cậy. .. CHI TIẾT CƠ KHÍ TRÊN CƠ SỞ ĐỘ TIN CẬY 40 4.2 THIẾT KẾ BÁNH RĂNG TRÊN CƠ SỞ ĐỘ TIN CẬY 4.2.1 Thiết kế sở độ tin cậy theo độ bền tiếp xúc 42 4.2.2 Thiết kế sở độ tin cậy theo độ bền uốn... thiết kế độ tin cậy hệ thống truyền động theo quy luật phân bố chuẩn qua việc thiết kế phần tử truyền sở lý thuyết trình bày chương 4.1 THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT CƠ KHÍ TRÊN CƠ SỞ ĐỘ TIN CẬY Hệ thống