BÀI GIẢNG CHI TIẾT máy CHƯƠNG 1

CHƯƠNG I ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY 1.1 Khái niệm 1.1.1 Máy - Là công cụ lao động phức tạp thực chức định phục vụ cho lợi ích người - Có thể chia máy làm nhóm: + Nhóm máy cơng tác: Máy hoạt động theo điều khiển người + Nhóm máy tự động: Máy hoạt động tự động theo chương trình có sẵn người lập trình + Nhóm máy liên hợp: Là tập hợp vài máy công tác, để thực hồn chỉnh cơng việc + Nhóm máy biến đổi lượng: Biến lượng từ dạng sang dạng khác VD: Động điện biến điện thành Máy phát điện biến thành điện CHƯƠNG I ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY 1.1.2 Bộ phận máy Mỗi máy cơng tác thường gồm phận chính: + Bộ phận phát động + Bộ phận công tác + Bộ phận truyền dẫn động CHƯƠNG I ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY 1.1.3 Chi tiết máy - 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: Các chi tiết máy sử dụng nhiều loại máy khác với hình dạng công dụng VD: Bánh răng, trục, ổ lăn + Nhóm chi tiết máy có cơng dụng riêng: Các chi tiết máy sử dụng loại máy định Trong loại máy khác hình dạng cơng dụng chi tiết máy khác VD: Thân máy, trục khuỷu, vỏ hộp giảm tốc CHƯƠNG I ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY 1.2 Nội dung trình tự thiết kế máy 1.2.1 Nội dung - Xác định nguyên tắc hoạt động chế độ làm việc máy thiết kế - Lập sơ đồ chung toàn máy phận máy, thỏa mãn yêu cầu cho trước - Xác định lực, mômen 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 …, định hình dạng, kích thước tất phận chi tiết máy - Quy định công nghệ chế tạo chi tiết máy lắp ráp phận máy - Lập thuyết minh dẫn sử dụng sửa chữa máy CHƯƠNG I ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY 1.2.2 Trình tự thiết kế chi tiết máy - Lập sơ đồ tính tốn chi tiết máy + Sơ đồ hóa kết cấu chi tiết máy + Các lực tác dụng coi tập trung phân bố theo quy luật - Xác định tải trọng tác dụng lên chi tiết máy - Chọn vật liệu chế tạo chi tiết máy + Điều kiện làm việc cụ thể + Khả gia công + Kinh tế - Tính tốn kích thước chi tiết máy theo tiêu chủ yếu khả làm việc + Tính theo điều kiện bền + Tính theo điều kiện cứng CHƯƠNG I ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY - Vẽ kết cấu cụ thể chi tiết máy với đầy đủ kích thước, dung sai, độ nhám bề mặt yêu cầu công nghệ - Kiểm nghiệm chi tiết máy theo độ bền, độ cứng, tính chịu nhiệt tính chịu dao động 1.2.3 Các yêu cầu máy chi tiết máy a Các tiêu hiệu sử dụng - Tiêu tốn lượng cho sản phẩm gia công máy - Năng suất độ xác sản phẩm gia cơng máy cao - Chi phí sử dụng máy thấp - Kích thước, trọng lượng cần cố gắng thật nhỏ, gọn b Khả làm việc - Máy hồn thành chức định điều kiện làm việc sở sản xuất Vẫn giữ độ bền, độ bền mòn, độ cứng độ chịu rung động CHƯƠNG I ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY - Chịu nhiệt độ độ ẩm môi trường c Độ tin cậy cao - Máy phải luôn hoạt động tốt, đảm bảo tiêu kỹ thuật theo thiết kế - Trong suốt thời gian sử dụng, máy bị hỏng hóc, thời gian chi phí cho việc sửa chữa thấp d An toàn sử dụng Trong q trình làm việc: Khơng gây tai nạn nguy hiểm cho người sử dụng, cho máy phận khác, máy làm việc bình thường xảy cố e Tính cơng nghệ tính kinh tế - Tính cơng nghệ + Kết cấu phải đơn giản, hợp lý, phù hợp với điều kiện quy mơ sản xuất + Cấp xác độ nhám mức + Chọn phương pháp chế tạo phôi hợp lý CHƯƠNG I ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY - Tính kinh tế + Cơng sức chi phí cho việc thiết kế + Vật liệu chế tạo chi tiết máy rẻ tiền, dễ cung cấp + Chế tạo chi tiết tốn cơng sức nhất, chi phí chế tạo thấp + Giá thành máy thấp CHƯƠNG I ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY 1.3 Tải trọng ứng suất 1.3.1 Tải trọng - Tải trọng tác dụng lên máy chi tiết máy bao gồm: Lực, mômen áp suất - Tải trọng đại lượng vectơ, xác định thông số: Cường độ, phương, chiều, điểm đặt đặc tính tải trọng CHƯƠNG I ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY - Phân loại tải trọng + Tải trọng không đổi hay tải trọng tĩnh: Là tải trọng có phương, chiều cường độ không thay đổi theo thời gian + Tải trọng thay đổi: Là tải trọng có đại lượng ( phương, chiều cường độ ) thay đổi theo thời gian + Tải trọng danh nghĩa: Là tải trọng tác dụng lên chi tiết máy theo lý thuyết + Tải trọng tương đương: Khi tính toán chi tiết máy làm việc với chế độ tải trọng thay đổi, người thiết kế thường thay chế độ tải trọng chế độ tải trọng không đổi tương đương với chế độ tải trọng thay đổi mặt tuổi thọ sức bền chi tiết máy Qtđ = Qdn kN KN: Hệ số tuổi thọ + Tải trọng tính tốn: Là tải trọng lớn tải trọng danh nghĩa CHƯƠNG I ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY 1.3.2 Ứng suất - Ứng suất ứng lực xuất phần tử chi tiết máy, chi tiết máy chịu tải trọng - Ứng suất đại lượng vectơ đặc trưng phương, chiều cường độ - Tùy theo điều kiện làm việc cụ thể, tải trọng tác dụng lên chi tiết máy gây nên loại ứng suất: Ứng suất kéo, ứng suất nén, ứng suất uốn … - Ứng suất không đổi hay ứng suất tĩnh: Là ứng suất có phương, chiều cường độ không thay đổi theo thời gian - Ứng suất thay đổi ứng suất có đại lượng (phương, chiều, cường độ) thay đổi theo thời gian CHƯƠNG I ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY - Một vòng thay đổi ứng suất qua trị số giới hạn sang trị số giới hạn khác trở vị trí ban đầu gọi chu trình ứng suất - Thời gian thực chu trình ứng suất gọi chu kỳ ứng suất - Chu trình ứng suất đặc trưng yếu tố: + Biên độ ứng suất: σa= (σmax - σmin)/2 + Ứng suất trung bình: σm= (σmax + σmin)/2 + Hệ số tính chất chu trình: r = σmax/σmin r = σmin/σmax với σmin=0 CHƯƠNG I ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY - Có loại chu trình ứng suất: Chu trình đối xứng chu trình khơng đối xứng + Chu trình đối xứng: Các giới hạn ứng suất trị tuyệt đối ngược dấu + Chu trình khơng đối xứng: Các giới hạn ứng suất không trị số CHƯƠNG I ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY 1.4 Độ bền mỏi chi tiết máy 1.4.1 Hiện tượng phá hỏng mỏi - Sau số chu kỳ ứng suất định, chỗ có tập trung ứng suất chi tiết máy xuất vết nứt nhỏ - Vết nứt phát triển lớn dần lên, làm giảm dần diện tích tiết diện chịu tải chi tiết máy, làm tăng giá trị ứng suất - Cho đến chi tiết máy khơng đủ sức bền tĩnh bị phá hỏng CHƯƠNG I ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY 1.4.2 Đường cong mỏi Dựa thí nghiệm xác định mối quan hệ giá trị ứng suất số chu kỳ làm việc hỏng chi tiết máy, người ta lập đồ thị có dạng đường cong Đường cong gọi đường cong mỏi Qua đồ thị đường cong mỏi ta thấy: - Khi ứng suất cao tuổi thọ giảm - σr: Giới hạn bền mỏi vật liệu - N0: Số chu kỳ sở vật liệu CHƯƠNG I ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY 1.4.3 Những nhân tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi chi tiết máy a Vật liệu - Vật liệu có ảnh hưởng lớn đến độ bền mỏi chi tiết máy - Chi tiết máy chế tạo vật liệu có tính cao sức bền mỏi chi tiết cao + Chi tiết máy chế tạo vật liệu kim loại có độ bền mỏi cao vật liệu phi kim loại + Chi tiết máy chế tạo kim loại đen có độ bền mỏi cao kim loại màu + Chi tiết thép có độ bền mỏi cao chi tiết gang + Chi tiết máy thép hợp kim có độ bền mỏi cao chi tiết thép cacbon thường + Chi tiết máy thép có hàm lượng cacbon cao độ bền mỏi chi tiết cao CHƯƠNG I ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY b Hình dạng kết cấu - Hình dạng kết cấu có ảnh hưởng lớn đến độ bền mỏi, ảnh hưởng đến khả làm việc chi tiết máy chịu ứng suất thay đổi - Các chi tiết máy có kết cấu phức tạp: Có bậc thay đổi đột ngột, có rãnh then, có lỗ làm giảm độ bền mỏi chi tiết máy Nguyên nhân: Do chỗ có tập trung ứng suất, vết nứt sớm xuất phát triển nhanh c Kích thước tuyệt đối - Với loại vật liệu, tăng kích thước tuyệt đối chi tiết máy giới hạn bền mỏi chi tiết máy giảm xuống - Nguyên nhân: + Kích thước chi tiết máy lớn, vật liệu không đồng đều, khả xuất khuyết tật bên chi tiết máy nhiều + Những vết nứt, rỗ xỉ, rỗ khí bên chi tiết máy nơi tập trung ứng suất, làm giảm độ bền mỏi chi tiết máy CHƯƠNG I ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY d Công nghệ gia công bề mặt - Quyết định trạng thái bề mặt chi tiết máy - Bề mặt chi tiết máy nơi chịu ứng suất lớn nhất, vết nứt thường xuất + Những chi tiết có độ bóng bề mặt cao có độ bền cao + Những chi tiết bề mặt có độ nhám có độ bền mỏi giảm đáy nhấp nhô nơi tập trung ứng suất, xuất vết nứt + Tăng độ biến cứng bề mặt cách lăn ép hay phun bi làm tăng độ bền mỏi chi tiết máy CHƯƠNG I ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY 1.4.4 Các biện pháp nâng cao độ bền mỏi + Nhiệt luyện hóa nhiệt luyện chi tiết máy có tập trung ứng suất + Tùy theo điều kiện cụ thể, người ta tiến hành: cải thiện, thường hóa, tơi ram thấp, thấm than, thấm Nitơ để tăng độ cứng lớp bề mặt + Giảm tập trung ứng suất, tăng độ bền mỏi chi tiết máy cách gia công tinh bề mặt ( đánh bóng, mài nghiền ) + Gia cơng biến dạng dẻo lớp bề mặt có tác dụng tăng độ bền mỏi chi tiết máy làm bề mặt, gây cứng nguội lớp bề mặt, độ cứng lớp bề mặt tăng lên ... KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY 1. 1.3 Chi tiết máy - 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. .. phận máy - Lập thuyết minh dẫn sử dụng sửa chữa máy CHƯƠNG I ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY 1. 2.2 Trình tự thiết kế chi tiết máy - Lập sơ đồ tính tốn chi tiết máy + Sơ đồ hóa kết cấu chi. .. liệu CHƯƠNG I ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY 1. 4.3 Những nhân tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi chi tiết máy a Vật liệu - Vật liệu có ảnh hưởng lớn đến độ bền mỏi chi tiết máy - Chi tiết máy