Các loai truyền động trong cơ khí

1C.3 CÁC LOẠI TRUYỀN ĐỘNG TRONG CƠ KHÍ General Mechanical Engineering 3.01 HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long §1. Khái niệm chung General Mechanical Engineering 3.02 - Có 2 loại chuyển động cơ bản trong cơ khí + Chuyển động quay quanh một trục + Chuyển động tịnh tiến theo một phương - Hai chuyển động cơ bản trên rất dễ thực hiện trên thực tế - Tất cả các chuyển động phức tạp đều được thực hiện dựa vào việc phối hợp hai chuyển động cơ bản nói trên - Ví dụ: gia công mặt cầu - Chú ý nếu đổi chiều trong chuyển động tịnh tiến→ sinh ra lực quán tính lớn HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long 2§2. Các loại truyền động General Mechanical Engineering 3.03 I. Truyền chuyển động quay - Truyền chuyển động quay từ trục này sang trục khác - Yêu cầu tỉ số truyền cố định - Một vài hình thức truyền chuyển động quay Trục vít - Bánh vít BR côn thẳng BR trụ răng nghiêng BR trụ chéo Bộ truyền xích ống con lăn Bộ truyền đai thang HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long General Mechanical Engineering 3.04 II. Biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến Vít - Đai ốc Bánh răng - Thanh răng HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long 3General Mechanical Engineering 3.05 A B C e 1B 2B 1 2 3 1ω Cơ cấu tay quay - con trượt Động cơ đốt trong Máy dập trục khủy HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long General Mechanical Engineering 3.06 Mâm cặp ba chấu HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long 4General Mechanical Engineering 3.07 III. Phối hợp các chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long General Mechanical Engineering 3.08 IV. Trục quay - Trục dùng đỡ các tiết máy quay như bánh răng, đĩa xích, …; để truyền moment xoắn hoặc để thực hiện cả hai nhiệm vụ trên - Yêu cầu - Cấu tạo + Tâm quay chính xác trong quá trình chuyển động + Lắp ghép chính xác với phần cố định: ổ quay + Định vị chính xác các phần gắn trên trục + Truyền động lực (moment): then, then hoa + Có bậc cho các chỗ lắp ghép + Độ chính xác kích thước, hình dáng cao nơi lắp ghép + Độ đồng tâm cao ở các bậc lắp ghép HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long 5General Mechanical Engineering 3.09 Một số ví dụ kết cấu trục quay thông dụng HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long General Mechanical Engineering 3.10 V. Ổ quay Nhiệm vụ tạo khớp quay cho trục. Gồm hai loại ổ lăn và ổ trượt 1. Ổ lăn (ball/roller bearing) Cấu tạo ổ lăn - Gồm 4 bộ phận chính: vòng ngoài, vòng trong, con lăn và vòng cách HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long 6General Mechanical Engineering 3.11 - Con lăn có các dạng sau: bi (ball), đũa trụ (cylindrical roller), đũa côn (taper roller), đũa hình trống đối xứng hoặc không đối xứng (spherical roller), đũa kim (needle roller) ball cylindrical roller taper roller needle rollerspherical roller HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long General Mechanical Engineering 3.12 - Phân loại + theo hình dạng con lăn , ổ đũa: ổ bi HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long 7General Mechanical Engineering 3.13 + theo khả năng chịu lực , ổ chặn: ổ đỡ , ổ đỡ chặn, ổ chặn đỡ + theo hình dạng con lăn , ổ đũa: ổ bi - Phân loại HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long General Mechanical Engineering 3.14 + theo khả năng chịu lực , ổ chặn: ổ đỡ , ổ đỡ chặn, ổ chặn đỡ + theo hình dạng con lăn , ổ đũa: ổ bi + theo số dãy con lăn : một dãy, hai dãy - Phân loại HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long 8General Mechanical Engineering 3.15 - Phân loại + theo khả năng chịu lực , ổ chặn: ổ đỡ , ổ đỡ chặn, ổ chặn đỡ + theo hình dạng con lăn , ổ đũa: ổ bi + theo số dãy con lăn : một dãy, hai dãy + theo đường kính ngoài : đặc biệt nhẹ , trung bình, rất nhẹ , nặng, … + theo cỡ chiều rộng : ổ hẹp , rộng, bình thường , rất rộng, … HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long General Mechanical Engineering 3.16 - Một số loại ổ lăn thường dùng HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long 9General Mechanical Engineering 3.17 - Vỏ ổ lăn (bearing house) Một số loại vỏ ổ thường dùng HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long General Mechanical Engineering 3.18 - Ổ tự lựa thường dùng HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long 10 General Mechanical Engineering 3.19 - Ổ tự lựa thường dùng và một số ứng dụng HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long General Mechanical Engineering 3.20 HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Ưu nhược điểm của ổ lăn + Ưu điểm + Nhược điểm
Ma sát nhỏ (ổ bi: f = 0,00012~0,0015, ổ đũa: f = 0,002~0,006)
Chăm sóc và bôi trơn đơn giản
Kích thước chiều rộng ổ nhỏ
Mức độ tiêu chuẩn hoá cao, giá thành rẻ
Kích thước hướng kính lớn
Lắp ghép tương đối khó khăn
Làm việc có nhiều tiếng ồn, khả năng giảm chấn kém - Lắp ghép ổ lăn + Chọn kiểu lắp ghép ổ lăn phụ thuộc vào: điều kiện chịu tải, chế độ làm việc, loại và kích thước ổ, … + Ví dụ trường hợp trục quay, phương lực tác dụng không đổi: vòng trong chịu tải tuần hoàn, vòng ngoài chịu tải cục bộ→ vòng trong lắp có độ dôi với trục, vòng ngoài lắp có khe hở hoặc trung gian với lổ của vỏ hộp 11 General Mechanical Engineering 3.21 - Định vị ổ lăn + Ổ lăn phải được định vị sao cho ổ không di động hướng tâm và dọc theo trục. Kết cấu gối đỡ phải loại trừ được khả năng gây kẹt con lăn do trục bị giãn nở nhiệt hay do sai số chế tạo, sinh ra tải dọc trục + Thường dùng hai phương pháp sau để định vị ổ lăn trong vỏ máy
Trục được định vị ở cả hai gối đỡ ở hai đầu trục
Cố định một đầu trục và để đầu trục còn lại tùy động HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long General Mechanical Engineering 3.22 + Phương pháp 1: Cố định một đầu trục và để đầu trục còn lại tùy động
Ổ tùy động chỉ chịu lực hướng tâm, thường dùng ổ bi hoặc ổ đũa đỡ
Thường dùng cho các kết cấu trục có chiều dài tương đối lớn → Để tăng độ cứng vững, có thể dùng hai ổ tại gối đỡ cố định và điều chỉnh hai ổ để giảm thấp nhất sự dịch chuyển hướng tâm và dọc trục của trục đầu ổ cố định đầu ổ tùy động
Nhược điểm của phương pháp này là độ cứng vững của trục thấp HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long 12 General Mechanical Engineering 3.23 + Phương pháp 2: Trục được định vị ở cả hai gối đỡ ở hai đầu trục
Được dùng rộng rãi đối với các trục tương đối ngắn - Bôi trơn và che kín ổ lăn + Bôi trơn có tác dụng ngăn gỉ, giảm ma sát, làm nguội ổ, giảm tiếng ồn. Chất bôi trơn: mỡ, dầu khoáng, … + Che kín ổ lăn nhằm ngăn bụi từ ngoài vào ổ, ngăn dầu, mỡ bôi trơn chảy ra ngoài HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long General Mechanical Engineering 3.24 + Một số phương pháp che kín ổ lăn HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long 13 General Mechanical Engineering 3.25 2. Ổ trượt (plain bearing) - Ổ trượt dùng để đỡ / chặn các trục quay ω Q r Q r ω - Phân loại: + ổ đỡ chịu lực hướng tâm + ổ chặn chịu lực dọc trục + ổ đỡ chặn vừa chịu lực hướng tâm vừa chịu lực dọc trục - Ma sát trên ổ trượt lớn hơn nhiều so với ổ lăn HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long General Mechanical Engineering 3.26 - Ưu nhược điểm + Ưu điểm
Chịu tải lớn do tiếp xúc mặt + Nhược điểm
Khi có tải trọng va đập và dao động, ổ trượt làm việc tốt nhờ khả năng giảm chấn của màng dầu
Khi cần phải dùng ổ ghép để dễ tháo lắp (ví dụ đối với trục khủy), điều này không thực hiện được đối với ổ lăn
Masát lớn (f = 0,08~0,10)
Kích thước chiều rộng ổ lớn - Phạm vi sử dụng
Khi trục quay với vận tốc rất cao
Yêu cầu độ chính xác cao
Dùng trong trường hợp đặc biệt vì dễ chế tạo ổ có vật liệu phù hợp với môi trường
Đường kính trục khá lớn (d >1m)
Trong các cơ cấu có vận tốc thấp, không quan trọng, rẻ tiền HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long 14 General Mechanical Engineering 3.27 - Kết cấu ổ trượt + Gồm thân ổ, lót ổ, ngoài ra còn có bộ phận cho dầu và bảo vệ ổ + Thân ổ có thể là ổ nguyên hoặc ổ ghép
Ổ nguyên chế tạo đơn giản nhưng có nhược điểm: không thể điều chỉnh để giảm độ rơ khi mòn, không lắp được trên trục khi lắp ổ vào ngỗng giữa. Ổ nguyên thường dùng trong các máy làm việc gián đoạn, vận tốc thấp, tải trọng nhỏ, …
Ổ ghép khắc phục được các nhược điểm trên + Lót ổ được chế tạo bằng vật liệu có hệ số ma sát thấp, có khả năng mòn và chống dính, thường là kim loại màu đắt tiền (ví dụ đồng thau). Lót ổ có thể có dạng ống tròn, hai nữa hay ống tròn có xẻ rãnh HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long General Mechanical Engineering 3.28 - Bôi trơn ổ trượt + Dầu bôi trơn là vật liệu bôi trơn chủ yếu: dầu khoáng, dầu động vật, dầu thực vật + Mỡ bôi trơn là hỗn hợp của dầu khoáng và chất làm đặc. Được dùng cho các ổ không được che kín hoặc khó che kín, các ổ cần che rất kín, các ổ khó cho dầu thường xuyên, … HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long 15 General Mechanical Engineering 3.29 VI. Ổ tịnh tiến - Nhiệm vụ tạo phương chuyển động tịnh tiến cho môt chi tiết / cụm chi tiết - Phân loại theo dạng ma sát trượt hay lăn - Một số ví dụ sống trượt ma sát trượt sống trượt chữ V sống trượt mang cá sống trượt trụ sống trượt mang cá dùng trong máy phay HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long General Mechanical Engineering 3.30 - Một số ví dụ sống trượt ma sát lăn sống trượt bi sống trượt bi dùng trong máy công cụ HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long 16 General Mechanical Engineering 3.31 VII. Tổn thất trong truyền động cơ khí - Tổn thất chủ yếu là do ma sát trong các bộ truyền - Đánh giá bằng hiệu suất d ms d msd d ci A A A AA A A −= − =≡ 1η - Hiệu suất η là tỉ số giữa công có ích và tổng công mà máy tiêu thụ Aci :công có ích Ad : công phát động (công mà máy tiêu thụ) Ams: công của lực ma sát - Trong các truyền động cơ khí: η = 0,7~0,9. Truyền động có ma sát càng lớn thì hiệu suất càng giảm - Ví dụ, cặp bánh răng có hiệu suất η = 0,9 → hiệu suất 3 cặp bánh răng nối tiếp là η3 = 0,93 = 0,73 HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long §3. Các yêu cầu về độ chính xác của chi tiết và bộ phận truyền động General Mechanical Engineering 3.32 I. Chất lượng bề mặt - Chất lượng bề mặt gia công được đánh giá bằng hai yếu tố đặc trưng + Tính chất vật liệu gia công + Tính chất cơ lý của lớp kim loại bề mặt + Độ nhám bề mặt - Chất lượng bề mặt được tạo thành bởi tính chất kim loại và phương pháp gia công cơ. Trong quá trình gia công cơ, lớp bề mặt bị biến dạng dẻo và tạo thành biến cứng, đồng thời xuất hiện ứng suất dư - Độ nhám bề mặt được tạo thành bằng những vết lồi, lõm dưới tác dụng của lưỡi cắt - Chất lượng bề mặt gia công phụ thuộc vào các yếu tố + Phương pháp gia công + Chế độ cắt + Độ cứng vững của hệ thống công nghệ: Máy-Dao-Đồ gá-Chi tiết + Thông số hình học của dao cắt + Dung dịch trơn nguội 1. Khái niệm về chất lượng bề mặt gia công HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long 17 General Mechanical Engineering 3.33 2. Độ nhám bề mặt l m m in 1h m in 1 H m in 2 H m a x 1 H m ax 1h m in 2 h m ax 2 h m a x 5 h m in 5 h m in 5 H m a x 2 H m a x 5 H - Xét hình prôfin của bề mặt chi tiết trong giới hạn chiều dài chuẩn l - Đường trung bình m của prôfin được xác định sao cho tổng diện tích các phần lồi bằng tổng diện tích các phần lõm - Độ nhám bề mặt là tập hợp những mấp mô có bước tương đối nhỏ trên bề mặt thực của chi tiết được xét trong phạm vi chiều dài chuẩn HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long General Mechanical Engineering 3.34 - Độ nhám bề mặt được đánh giá theo hai chỉ tiêu: Ra và Rz ∑∫ = ≈= n i i l a h n dxxh l R 10 || 1 |)(| 1 )( 5 1 5 1 min 5 1 max ∑∑ += iiz HHR + Sai lệch trung bình số học của prôfin Ra
Chiều cao mấp mô của prôfin theo 10 điểm Rz l m m in 1h m in 1 H m in 2 H m a x 1 H m ax 1h m in 2 h m ax 2 h m a x 5 h m in 5 h m in 5 H m a x 2 H m a x 5 H HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long 18 General Mechanical Engineering 3.35 - TCVN 2511:1995 quy định 14 cấp độ nhám và trị số của thông số nhám Ra và Rz HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long General Mechanical Engineering 3.36 - Phương pháp gia công cơ và độ bóng tương ứng HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long 19 General Mechanical Engineering 3.37 - Ký hiệu độ nhám bề mặt 3. Ảnh hưởng của độ nhám đến tính chất sử dụng của chi tiết máy - Ma sát và độ mòn của chi tiết máy phụ thuộc nhiều vào chiều cao và hình dáng của độ nhám bề mặt và phương của vết gia công - Độ nhám bề mặt tăng→ ảnh hưởng xấu đến độ bền của mối lắp chặt - Độ nhám bề mặt giảm → nâng cao độ bền mỏi của chi tiết - Độ nhám bề mặt càng thấp→ chi tiết càng ít bị ăn mòn hoá học - Cách ghi độ nhám bề mặt 20zR 63,0 độ nhám bề mặt theo Ra ≤ 0,63 µm độ nhám bề mặt theo Rz ≤ 20 µm HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long General Mechanical Engineering 3.38 4. Ảnh hưởng của biến cứng bề mặt tới tính chất sử dụng của chi tiết máy - Bề mặt biến cứng có thể tăng - Chiều sâu và mức độ biến cứng của lớp bề mặt đều có ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy: hạn chế khả năng gây ra các vết nứt làm hỏng chi tiết - Tuy nhiên nếu bề mặt quá cứng (mức độ biến cứng quá cao) → giảm độ bền mỏi của chi tiết máy + độ bền mỏi của chi tiết lên khoảng 20% + độ độ chống mòn của chi tiết lên 2~3 lần 5. Ảnh hưởng ứng suất dư bề mặt tới tính chất sử dụng của chi tiết máy - Ứng suất dư nén trên lớp bề mặt→ tăng độ bền mỏi của chi tiết - Ứng suất dư kéo trên lớp bề mặt→ giảm độ bền mỏi của chi tiết - Ví dụ, đối với chi tiết làm từ thép + khi có ứng suất dư nén→ độ bền mỏi tăng 50% + khi có ứng suất dư kéo→ độ bền mỏi giảm 30% HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long 20 General Mechanical Engineering 3.39 II. Độ chính xác 1. Độ chính xác kích thước - Các loại kích thước danh nghĩa biểu hiện bởi khoảng kích thước cho phép với hai giới hạn max, min + Kích thước max – Kích thước min = dung sai + Dung sai càng nhỏ, độ chính xác kích thước cao, càng khó chế tạo φmi n φ m ax φ - Thể hiện Kích thước danh nghĩa sai lệch trên sai lệch dưới 1,0 2,030 + −φ + Sai lệch trên = Kích thước max – Kích thước danh nghĩa + Sai lệch dưới = Kích thước danh nghĩa – Kích thước min + Dung sai = Sai lệch trên – Sai lệch dưới + Sai lệch = 0 có thể không ghi, ví dụ 1,01,00 30~30 ++− φφ + Sai lệch có giá trị bằng nhau thì ghi chung với dấu ±, ví dụ 1,030±φ HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long General Mechanical Engineering 3.40 - Cấp chính xác TCVN 2224:1999 qui định 20 cấp chính xác theo thứ tự độ chính xác giảm dần: 0,1 0 1 2 … 18 + Cấp chính xác 0,1 ~ 5 dùng cho calíp, dụng cụ đo + Cấp chính xác dùng cho kích thước tự do + Cấp chính xác dùng cho kích thước lắp của các mối ghép 2. Độ chính xác hình dạng - Độ chính xác hình dạng được quy định bởi dung sai hình dạng - Dung sai hình dạng là dung sai của bề mặt thực của chi tiết so với bề mặt hình học lý tưởng (là bề mặt được xác định bởi các kích thước trên bản vẽ) HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long 21 General Mechanical Engineering 3.41 a. Sai lệch hình dạng bề mặt trụ + Sai lệch độ phân cạnh: sai lệch về độ tròn mà prôfin thực là hình nhiều cạnh - Độ chính xác prôfin theo mặt cắt ngang bao gồm các dạng Độ phân cạnh Ký hiệu ∆ 2/)( minmax dd −=∆ maxd m in d ∆ Độ ôvanĐộ tròn + Sai lệch độ tròn: khoảng cách lớn nhất ∆ từ các điểm của prôfin thực đến vòng tròn áp + Sai lệch độ ôvan: sai lệch về độ tròn mà prôfin thực là hình ôvan HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long General Mechanical Engineering 3.42 - Độ chính xác prôfin theo mặt cắt dọc trục: khoảng cách lớn nhất ∆ từ các điểm trên prôfin thực đến phía tương ứng của prôfin áp Ký hiệuSai lệch prôfin theo mặt cắt dọc trục ∆ HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long 22 General Mechanical Engineering 3.43 - Độ chính xác prôfin theo mặt cắt dọc trục bao gồm các dạng Độ thắt Ký hiệuĐộ phìnhĐộ côn + Độ côn: sai lệch của prôfin mặt cắt dọc mà các đường sinh là những đường thẳng nhưng không song song với nhau 2/)( minmax dd −=∆ m in d m a x d + Độ phình: sai lệch prôfin mặt cắt dọc mà các đường sinh không thẳng và các đường kính tăng lên từ mép biên đến giữa mặt cắt 2/)( minmax dd −=∆ m in d m a x d 2/)( minmax dd −=∆ m in d m a x d + Độ thắt: sai lệch của prôfin mặt cắt dọc mà các đường sinh không thẳng và đường kính giảm từ mép biên đến giữa mặt cắt HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long General Mechanical Engineering 3.44 b. Sai lệch hình dạng phẳng - Độ phẳng: khoảng cách lớn nhất ∆ từ các điểm của bề mặt thực đến mặt phẳng áp, trong giới hạn phần chuẩn Độ thẳng Ký hiệuKý hiệuĐộ phẳng - Độ thẳng: khoảng cách lớn nhất ∆ từ các điểm của prôfin thực đến đường thẳng áp, trong giới hạn phần chuẩn 1L 2L ∆ 1L ∆ HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long 23 General Mechanical Engineering 3.45 3. Độ chính xác vị trí - Độ chính xác vị trí được quy định bởi dung sai vị trí - Dung sai vị trí là dung sai vị trí danh nghĩa của bề mặt (đường trục hay mặt phẳng đối xứng) so với chuẩn, hay dung sai vị trí danh nghĩa giữa các bề mặt của chi tiết - Vị trí danh nghĩa được xác định bởi kích thước danh nghĩa giữa các bề mặt được khảo sát - Các chi tiết máy là những vật thể được giới hạn bởi các bề mặt phẳng phẳng, trụ, cầu, … Các bề mặt ấy phải có vị trí tương quan chính xác mới đảm bảo chức năng của chúng HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long General Mechanical Engineering 3.46 - Độ song song của mặt phẳng: hiệu ∆ khoảng cách lớn nhất và nhỏ nhất giữa các mặt phẳng áp trong giới hạn của phần chuẩn Ký hiệuĐộ song song của mặt phẳng 1L 2L b a HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long 24 General Mechanical Engineering 3.47 Độ song song của đường tâm Ký hiệu - Độ song song các đường tâm: tổng hình học các sai lệch về độ song song song các hình chiếu đường tâm lên hai mặt phẳng vuông góc, một trong hai mặt phẳng này là mặt phẳng chung của đường tâm L a y ∆ x∆ ∆ bax −=∆ 22 yx ∆+∆=∆ HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long General Mechanical Engineering 3.48 - Độ vuông góc các mặt phẳng: sai lệch góc giữa các mặt phẳng so với góc vuông, biểu thị bằng đơn vị dài ∆ trên chiều dài phần chuẩn Ký hiệuĐộ vuông góc các mặt phẳng ∆ 090 L HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long 25 General Mechanical Engineering 3.49 Ký hiệu - Độ vuông góc của mặt phẳng hoặc đường tâm đối với đường tâm: sai lệch góc giữa mặt phẳng hoặc đường tâm và đường tâm chuẩn so với góc vuông, biểu thị bằng đơn vị dài ∆ trên chiều dài của phần chuẩn ∆ 090 L Độ vuông góc của mặt phẳng hoặc đường tâm đối với đường tâm HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long General Mechanical Engineering 3.50 Ký hiệuĐộ đồng tâm đối với đường tâm bề mặt chuẩn - Độ đồng tâm đối với đường tâm bề mặt chuẩn: khoảng cách lớn nhất nhất giữa đường tâm của bề mặt quay được khảo sát và đường tâm của bề mặt chuẩn trên chiều dài phần chuẩn ∆ L HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long 26 General Mechanical Engineering 3.51 Ký hiệuĐộ đảo hướng kính - Độ đảo hướng kính: hiệu khoảng cách lớn nhất và nhỏ nhất từ các điểm của prôfin thực của bề mặt quay tới đường tâm chuẩn trong mặt cắt vuông góc với đường tâm chuẩn ∆ đường tâm chuẩn HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long §4. Vật liệu và bền General Mechanical Engineering 3.52 I. Vật liệu - Kim loại và phi kim dùng trong chế tạo máy (gốm, nhựa …) - Yêu cầu chính: + Vật liệu phải đảm bảo cho các chi tiết máy có đủ khả năng làm việc (đủ độ bền, độ cứng, độ bền mòn, …) + Thỏa mãn yêu cầu về khối lượng và kích thước chi tiết máy và máy + Vật liệu phải có tính công nghệ thích ứng với hình dạng và phương pháp gia công, tốn ít công sức chế tạo nhất + Có lợi nhất về phương diện giá thành sản phẩm, vật liệu dễ tìm, ít tốn kém trong vấn đề cung cấp + Ngoài ra khi chọn vật liệu cần hạn chế số lượng các loại vật liệu để giảm bớt khó khăn trong việc cung cấp và bảo quản HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long 27 General Mechanical Engineering 3.53 II. Độ bền - Yêu cầu về độ bền: để đảm bảo cho máy và chi tiết máy có thể làm việc được, mỗi chi tiết máy phải đủ độ bền, nghĩa là khi chịu tác dụng của tải trọng trong quá trình làm việc, chi tiết máy không bị biến dạng dư lớn hoặc gãy hỏng, hoặc bề mặt làm việc bị phá hủy (tróc rỗ, dập, dính, …) - Phương pháp tính độ bền: phương pháp tính độ bền thông dụng nhất hiện nay được tiến hành theo cách so sánh ứng suất pháp σ và ứng suất tiếp τ sinh ra khi tiết máy chịu tải, với ứng suất cho phép, [σ ] và [ τ ] Điều kiện bền được viết σ ≤ [σ ] và τ ≤ [ τ ] HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long General Mechanical Engineering 3.54 1. Độ bền mòn - Một số lớn chi tiết máy bị hỏng vì mòn p ≤ [p ] hay p.v ≤ [p.v ] - Mòn là kết quả tác dụng của ứng suất tiếp xúc hoặc của áp suất khi các bề mặt tiếp xúc trượt tương đối đối với nhau trong điều kiện bôi trơn kém - Do bị mòn, kích thước chi tiết máy giảm xuống, khe hở lớn, tải trọng động phụ xuất hiện, độ chính xác, độ tin cậy, … bị giảm - Nếu bị mòn khá nhiều có thể gây phá hỏng chi tiết máy - Để đảm bảo sự làm việc bình thường, lượng mòn của chi tiết không được vượt quá trị số cho phép - Để nâng cao độ bền mòn, cần bôi trơn bề mặt tiếp xúc, dùng vật liệu giảm ma sát, nhiệt luyện bề mặt, … p : áp suất tiếp xúc v : vận tốc trượt tương đối [* ]: giá trị cho phép, xác định từ thực nghiệm HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long 28 General Mechanical Engineering 3.55 2. Độ cứng - Chỉ tiêu này đòi hỏi chi tiết máy khi chịu tác dụng của ngoại lực không được biến dạng đàn hồi quá một giới hạn cho phép - Trong nhiều trường hợp, độ cứng ảnh hưởng đến độ chính xác gia công - Để đảm bảo sự làm việc bình thường, độ chuyển vị, độ biến dạng của chi tiết không được vượt quá trị số cho phép - Trị số chuyển vị thực được xác định dựa theo các công thức của Sức bền vật liệu [* ]: giá trị cho phép, xác định từ thực nghiệm Δl ≤ [∆l ] ∆l : độ giãn dài f ≤ [ f ] f : độ võng θ ≤ [θ ] θ : góc xoay của tiết diện khi bị uốn φ ≤ [φ ] φ : góc xoắn - Các trị số chuyển vị, biến dạng cho phép được xác định theo điều kiện làm việc cụ thể của chi tiết máy trong mỗi loại máy HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long General Mechanical Engineering 3.56 3. Khả năng chịu nhiệt - Trong quá trình làm việc và do ma sát trong cơ cấu, máy hay bộ phận máy bị nóng lên - Nhiệt sinh ra có thể gây các tác hại + Giảm độ nhớt của dầu bôi trơn do đó làm tăng mòn hoặc dính [* ]: giá trị cho phép, xác định từ thực nghiệm t o ≤ [ t o ] t : nhiệt độ + Giảm khả năng chịu tải của chi tiết máy + Biến dạng nhiệt gây cong vênh chi tiết máy hoặc làm thay đổi khe hở trong các liên kết động - Đối với chi tiết máy làm việc ở nhiệt độ cao, để đảm bảo sự làm việc bình thường, cần phải chọn vật liệu có tính chịu nhiệt để chế tạo - Điều kiện kiểm nghiệm: nhiệt độ trung bình của chi tiết máy không được vượt quá nhiệt độ cho phép HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long 29 General Mechanical Engineering 3.57 4. Độ ổn định dao động - Dao động sinh ra do các nguyên nhân: chi tiết máy không đủ độ cứng, không cân bằng vật quay, tốc độ làm việc cao, … - Dao động gây ứng suất thay đổi có chu kỷ, có thể làm chi tiết bị gãy, giảm chất lượng làm việc của máy, giảm độ chính xác gia công, … → Cụ thể là xác định tần số dao động riêng của máy để tránh cộng hưởng hoặc tính biên độ dao động để xét xem có quá trị số cho phép hay không - Để đảm bảo yêu cầu về độ ổn định dao động, phải tính toán thiết kế máy sao cho máy có thể làm việc trong một phạm vi tốc độ cần thiết mà không bị rung quá giới hạn cho phép HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long General Mechanical Engineering 3.58 5. Độ bền mỏi - Mỏi là do ứng suất thay đổi dấu - Yếu tố ảnh hưởng: vật liệu, kết cấu vật liệu chịu tải gây ứng suất tập trung, … - Để đảm bảo yêu cầu về độ ổn định dao động, phải tính toán thiết kế máy sao cho máy có thể làm việc trong một phạm vi tốc độ cần thiết mà không bị rung quá giới hạn cho phép - Chú ý ngay cả khi độ bền thỏa, tức σ ≤ [σ ] và τ ≤ [ τ ], chi tiết máy vẫn có thể bị phá hủy do mỏi HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long 30 General Mechanical Engineering 3.59 6.1 Bài toán kéo nén đúng tâm + Điều kiện bền 6. Thí dụ ZN l l∆ ZN F NZ Z =σ EF lN l Z=∆ + Ứng suất + Biến dạng ZN : nội lực : tiết diện ngangF E : mođun đàn hồi l : chiều dài ][ ll ∆≤∆ ][ ZZ σσ ≤ HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long General Mechanical Engineering 3.60 6.2 Bài toán uốn ngang phẳng HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long - Thanh chịu uốn là thanh có trục bị uốn cong bởi ngoại lực - Những thanh chủ yếu chịu uốn gọi là dầm - Nếu trục của thanh sau khi uốn vẫn nằm trong mặt phẳng chính trung tâm gọi là thanh chịu uốn phẳng 31 General Mechanical Engineering 3.61 - Đối với dầm chịu lực như hình vẽ HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long + Biểu đồ moment uốn Mx || || y J M x x z ±=σ b S J Q x x y yzzy ==ττ a P r yQ xM Pa + Biểu đồ lực cắt Qy + Trên mặt cắt ngang bất kỳ, nội lực gồm: lực cắt Qy và moment uốn Mx
ứng suất pháp xJ : momen quán tính mặt cắt ngang đối với trục x : momen tĩnh phần diện tích bị cắt đối với trục x xS minσ maxσ x y maxτ b z
ứng suất tiếp + Điều kiện bền    ≤ ≤ ][ ][ max max ττ σσ General Mechanical Engineering 3.62 6.3 Bài toán xoắn thuần túy HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long - Thanh chịu xoắn thuần túy khi trên mọi mặt cắt ngang của thanh chỉ xuất hiện thành phần nội lực là momen xoắnMz - Khi thanh tròn chịu xoắn, biến dạng của thanh được thể hiện bởi sự xoay của mặt cắt ngang quanh trục của nó z x y zM - Góc xoay giữa hai mặt cắt được gọi là góc xoắn của đoạn thanh giới hạn bởi các mặt cắt đó 32 General Mechanical Engineering 3.63 HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long - Ứng suất tiếp trên mặt cắt ngang tại điểm đang xét có bán kính ρ ρτ ρJ M z= - Chuyển vị (góc xoay) của thanh chịu xoắn ρJ : momen quán tính độc cực của mặt cắt ngang ρ maxτ - Điều kiện bền ][max ττ ≤ θ ρθ ρJG M z= G : momen chống xoắn của mặt cắt ngang - Điều kiện cứng ][max θθ ≤ z x y zM General Mechanical Engineering 3.64 HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien - Phan Hoang Long 6.4 Bài toán tổng quát ?