Chi tiết máy - Chương 1: Những vấn đề cơ bản cơ cấu, chi tiết máy trong tính toán thiết kế máy

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP CHƯƠNG 1 NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN CƠ CẤU, CHI TIẾT MÁY TRONG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY 1 Mục tiêu  Tính bậc tự do cơ cấu  Xếp loại (hạng) cơ cấu  Phân biệt tải trọng, ứng suất  Chỉ tiêu khả năng làm việc chi tiết máy 1.1 Cấu tạo cơ cấu 2  Bậc tự do: khả năng chuyển động độc lập, số thông số độc lập xác định vị trí. 3  Khâu: bộ phận có chuyển động tương đối với bộ phận khác. 4  Nối động: các khâu chuyển động tương đối  Khớp động: hai khâu nối động. 5 Tiếp xúc Hạn chế BTD  Tiếp xúc: Khớp loại thấp (mặt) Khớp loại cao (đường, điểm)  Bậc tự do hạn chế : 5 loại + Chuỗi động phẳng,không gian + Chuỗi động kín, hở 6  Chuỗi động: khâu nối với nhau bằng các khớp động. 7 B C A 1 2 3 Slider-crank  Bậc tự do cơ cấu 8  Bậc tự do cơ cấu phẳng ththtr WRRPxPnW  )2(3 45 W: bậc tự do n: số khâu động Pj: khớp loại j Rtr: ràng buột trùng Rth: ràng buột thừa Wth: bậc tự do thừa 9 Chú ý: cơ cấu phẳng thì ràng buột trùng chỉ có cơ cấu chêm khác không. 10 1 2 3 4 A B C D Tính bậc tự do cơ cấu 11  Xếp loại cơ cấu + Nhóm tĩnh định (Atxua): nhóm cân bằng/chuyển động, BTD=0 và phải tối giản. 12 + Nhóm tĩnh định khớp thấp 13 + Một số nhóm Atxua 14 + Những nhóm không chứa chuỗi động kín: 2, 3 + Nhóm có chuỗi động kín: số cạnh của chuỗi động kín đơn có nhiều cạnh nhất. 15 Tách nhóm tĩnh định phải theo nguyên tắc: + Chọn khâu dẫn, giá. + Khi tách, phần còn lại cơ cấu hòan chỉnh/khâu dẫn. + Tách ở xa khâu dẫn  nhóm ở gần hơn. + Tách nhóm đơn giản phức tạp. + Thay khớp loại 4 bằng khớp loại 5. 16 17 18 A B B A A B A A B B B A A A Thay thế khớp loại 4 bằng khớp loại 5 19 20 1.2 Chi tiết máy  Chi tiết máy: đơn vị hoàn chỉnh không thể tháo rời, ghép lại thành bộ phận hay máy để thực hiện nhiệm vụ. 21  Chi tiết máy công dụng chung  Chi tiết máy công dụng riêng 22 1.3 Tải trọng, ứng suất  Tải trọng, ứng suất: thông số đặt trưng chế độ làm việc CTM. Tải trọng tác dụng CTM  gây ra các ứng suất: keo, nén, uốn, xoắn... 23  Tải trọng: ngoại lực tác dụng lên CTM Tải trọng Tải trọng tĩnh Tải trọng động Tải trọng va đập 1.3.1 Tải trọng 24 Trong tính toán CTM Tải trọng Tải trọng danh nghĩa Tải trọng tương đương Tải trọng tính toán 25 +Tải trọng danh nghĩa Qdn: tải trọng tác dụng máy làm việc chế độ ổn định +Tải trọng tương đương Qtd: thay thế chế độ thay đổi liên tục .td dn EQ Q K KE: hệ số phụ thuộc chế độ tải trọng 26 +Tải trọng tính toán Qtt: cần thiết khi tính toán thiết kế CTM . . . . . . .tt td tt d dk dn E tt d dkQ Q K K K Q K K K K  Ktt: hệ số phân bố không đều Kd: hệ số tải động Kdk: hệ số điều kiện làm việc 27  Ứng suất: dưới tác dụng tải trọng  ứng suất sinh ra trong CTM Ứng suất Tải trọng tĩnh Tải trọng động 1.3.2 Ứng suất 28 Tải trọng tĩnh Tải trọng thay đổi Ứng suất tĩnh Ứng suất thay đổi Phá hủy tĩnh Phá hủy mỏi 29 Đặt trưng ứng suất thay đổi: chu kỳ Ứng suất cực đại Ứng suất cực tiểu Ứng suất trung bình Ứng suất biên độ max min 2 a      30 Hệ số tính chất chu kỳ min max r    1r  Chu kỳ đối xứng: 31 0r  Chu kỳ không đối xứng mạch động dương: 32 r   Chu kỳ không đối xứng mạch động âm 33 0r  Chu kỳ không đối xứng cùng dấu 34 0r  Chu kỳ không đối xứng trái dấu 35 Ứng suất không đổi 1r  36  Ứng suất tiếp xúc: bề mặt chi tiết máy tiếp xúc nhau khi làm việc Công thức Hetz 2 n H M q Z   37 ZM: hệ số cơ tính vật liệu 1 2 2 2 2 1 1 2 2 E (1- )+E (1- ) M E E Z        E: modun đàn hồi : hệ số poission : bán kính cong tương đương 38 1 2 1 1 1      Bán kính cong tương đương Nếu vật liệu kim loại: 1= 2=0,3 . 0, 418 2 n H q E    39  Ứng suất cho phép: gía trị giới hạn đảm bảo ứng suất phát sinh CTM không vượt quá giá trị cho phép. Ứng suất giới hạn: Ứ/s sinh ra trong CTM lúc vật liệu bắt đầu phá hủy. 40 Trường hợp ứng suất không đổi VL dẻo:         . . ,ch ch s s        VL giòn:         . . , . . b b s ss K s K            41 [], [] : ứng suất pháp, tiếp cho phép ch, ch : giới hạn chảy b, b : giới hạn bền  : hệ số kích thước (bảng 10.3) [s] : hệ số an toàn cho phép Ks, Ks : hệ số tập trung ứng suất 42 Trường hợp ứng suất thay đổi         lim lim. . . .. , . . . L LK K s K s K              Xác định đường cong 2 hình 10.2a lim, lim : giới hạn mỏi (hình 10.2a)  : hệ số tăng bề mặt K, K : hệ số tập trung ứng suất KL : hệ số tuổi thọ (Tính toán ứ/s cho phép bánh răng) 43 Hệ số an toàn Hệ số an toàn là tỷ số ứng suất giới hạn và ứng suất lớn nhất sinh ra trong CTM (>1). Ứng suất không đổi: max max . [ ] . [ ] . ch b s s s s s K            Vật liệu dẻo Vật liệu giòn 44 Ứng suất thay đổi: 1 a . . [ ] . s s K         Chu kỳ đối xứng Chu kỳ không đối xứng a [ ] ( / ). . r m s s K            : hệ số xét ảnh hưởng ứ/s trung bình 45 Ứng suất phức tạp: 2 2 . [ ] s s s s s s        1 2 3[ ] . .s s s sVới: (Tính chính xác trục) 46 Giới hạn mỏi, chu kỳ làm việc tương đương Đường cong mỏi . m N const  Ứ/s giới hạn Chu kỳ cơ sở 47 Từ đồ thị, tìm điểm chuyển tiếp 0. . m m N rN N const   0m N r N N    Điều kiện bền [ ]N  Với   . . [ ] . N N s K          . . [ ] . r N LK s K        0m L N K N  48 Chu kỳ tương đương + Tải tĩnh 60 .hN L n Lh: thời gian làm việc (h) n: số vòng quay (v/ph) 49 + Tải thay đổi theo bậc ' max 60 . . m i LE i i T N n t T         6 350 ' 9 350 khi HB m khi HB     Tính độ bền uốn Tính độ bền tiếp xúc ' 3m  50 + Tải thay đổi liên tục 60 .hN L n .LE EN N K KE: hệ số tải trọng 51 1.4 Chỉ tiêu về khả năng làm việc CTM  Độ bền: chống lại sự biến dạng dư lớn, gãy hỏng, bề mặt phá hỏng của CTM dưới tác dụng tải trọng. 52 Các dạng hỏng liên quan độ bền + Phá hủy do mỏi + Biến dạng dẻo + Hóa già + Phá hủy giòn 53 Hai loại độ bền CTM + Độ bền thể tích: kéo nén, uốn, xoắn .... + Độ bền tiếp xúc: tiếp xúc, dập 54 Khi tính toán độ bền cần chú ý: Ứng suất không đổi Ứng suất thay đổi Tính theo độ bền tĩnh Tính theo độ bền mỏi Điều kiện bền [ ], [ ]tt tt     55 +Kéo (nén) +Dập +Cắt +Uốn ( ) [ ]k n F A    [ ]d d F A    [ ]c c F A    [ ]F F M W    56 +Xoắn +Tiếp xúc +Phức tạp 0 [ ] T W    [ ] 2 n H M H q Z     2 2 2. [ ]chtd F ch               57 Theo độ bền có 3 bài toán cơ bản VD: xét thanh tròn đ/k d, chịu kéo lực F, []  Kiểm tra bền  Thiết kế  Tải trọng 2 4 [ ] F d      4 [ ] F d    2[ ] 4 d F    58  Độ cứng: chống lại sự biến đổi hình dáng, kích thước của CTM dưới tác dụng tải trọng.  Độ cứng thể tích  Độ cứng tiếp xúc (Tính toán SV tham khảo tài liệu [1] trang 51) 59  Độ bền mòn: khả năng CTM làm việc được trong khoảng thời gian nhất định mà lượng mòn không vượt quá trị số cho phép.  Giai đoạn I: mài rà  Giai đoạn II: ổ định  Giai đoạn III: phá hủy 60  Độ chịu nhiệt  Giảm khả năng tải  Phá vỡ màng dầu bôi trơn  Giảm độ chính xác  Thay đổi tính chất bề mặt 61  Độ ổn định dao động: khả năng CTM làm việc trong phạm vi vận tốc cần thiết mà không bị rung quá mức cho phép.  Dao động cưỡng bức  Tự dao động 62 Các dạng bài tập  Tính bậc tự do xếp loại cơ cấu  Xác định ứng suất cho phép CTM  Xác định hệ số an toàn CTM