Cơ sở thiết kế máy - Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy

Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 1 Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc 2.1 Yêu cầu chung của máy TK 2.2 Độ bền 2.3 Độ cứng 2.4 Độ bền mòn 2.5 Khả năng chịu nhiệt 2.6 Dao động và tiếng ồn 2.7 Độ tin cậy 2.8 Tối ưu hóa kết cấu 2.9 Lựa chọn vật liệu trong TKM Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 2 2.10 Tính công nghệ của CTM 2.11 Dung sai và lắp ghép 2.12 Độ nhám bề mặt 2.13 Tiêu chuẩn hóa trong TKM Chương 2 Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc 2.1 Yêu cầu chung của máy thiết kế: Những yêu cầu chung về thiết kế chế tạo: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 3 Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc Những yêu cầu chung về vận hành: Những yêu cầu chung về xã hội:  Độ tin cậy cao  Năng suất máy  Giá thành máy  Giá thành gia công  Chất lượng gia công  Tỷ suất lợi nhuận  Tính cơ động của máy  Bảo đảm khả nă làm việc Tính công nghệ cao Mức độ quy cách hóa, tiêu chuẩn hóa cao Mức độ tiêu hao nguyên vật liệu Khả nă g phát minh sáng chế An toàn Thuận tiện Thẩm mỹ Môi trường 2.2 Độ bền: 2.2.1 Khái niệm cơ bản: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 4 Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc Những dạng hỏng chủ yếu liên quan đến độ bền của chi tiết máy:  Phá hủy mỏi  Biến dạng dẽo  Lão hóa  Phá hủy giòn Phân loại độ bền của chi tiết máy theo vị trí:  Độ bền thể tích  Độ bền tiếp xúc Phân loại độ bền của chi tiết máy theo tính chất tải trọng ngoài:  Độ bền tĩnh  Độ bền mỏi 2.2 Độ bền: 2.2.1 Khái niệm cơ bản: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 5 Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc Các phương pháp tính toán độ bền của chi tiết máy:  Theo ứng suất cho phép  Theo hệ số an toàn  Theo độ tin cậy Điều kiện bền cơ bản: Ba bài toán cơ bản liên quan đến độ bền:  Kiểm tra bền  Thiết kế  Xác định khả năng chịu tải 2.2 Độ bền: 2.2.2 Tải trọng và ứng suất: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 6 Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc Phân loại tải trọng theo thời gian:  Tải không đổi  Tải thay đổi  Tải va đập Phân loại tải trọng trong tính toán:  Tải danh nghĩa  Tải tương đương  Tải tính toán 2.2 Độ bền: 2.2.2 Tải trọng và ứng suất: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 7 Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc Phân loại ứng suất theo tính chất tải trọng ngoài:  Ứng suất tĩnh  Ứng suất thay đổi Chu kỳ ứng suất:  Không đổi (ổn định), các đặc trưng:  Biên độ ứng suất  Giá trị trung bình  Tỷ số ứng suất  Thay đổi (không ổn định) 2.2 Độ bền: 2.2.2 Tải trọng và ứng suất: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 8 Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc Ứng suất tiếp xúc:  Ứng suất tiếp xúc  Ứng suất dập  Bề mặt tiếp xúc  Sự phân bố của ứng suất tiếp xúc Ứng suất tiếp xúc:  Công thức Hertz  Với vật liệu kim loại  Hình trụ tiếp xúc với mặt phẳng  Hình cầu tiếp xúc với mặt phẳng Chu kỳ của ứng suất tiếp xúc và hiện tượng tróc rỗ bề mặt. 2.2 Độ bền: 2.2.3 Ứng suất cho phép và hệ số an toàn: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 9 Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc Ứng suất cho phép và tính toán thiết kế theo ứng suất cho phép Ứng suất giới hạn (bền, chảy và mỏi) và tính toán thiết kế theo độ tin cậy Trường hợp ứng suất không đổi:  Công thức tính ứng suất cho phép  Công thức gần đúng tính ứng suất cho phép Trường hợp ứng suất thay đổi:  Công thức tính ứng suất cho phép  Công thức tính giới hạn mỏi theo tính chất của chu kỳ ứng suất 2.2 Độ bền: 2.2.3 Ứng suất cho phép và hệ số an toàn: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 10 Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc Hệ số tuổi thọ:  Công thức tính hệ số tuổi thọ  Khi số chu kỳ làm việc lớn hơn số chu kỳ cơ sở Hệ số an toàn: là tỉ số giữa ứng suất giới hạn và ứng suất lớn nhất  Khi ứng suất không đổi  Khi ứng suất thay đổi  Với trạng thái ứng suất phức tạp 2.2 Độ bền: 2.2.4 Giới hạn mỏi và số chu kỳ làm việc tương đương: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 11 Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc Các biện pháp công nghệ:  Tạo phôi đặc biệt tạo lớp bề mặt có ứng suất dư nén  Nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện bề mặt  Gia công đặt biệt tạo lớp bề mặt có ứng suất dư nén Đồ thị tương quan giữa giới hạn mỏi và số chu kỳ làm việc tương đương Số chu kỳ làm việc tương đương:  Ứng suất không đổi theo thời gian  Ứng suất thay đổi theo thời gian  Ứng suất thay đổi liên tục theo thời gian 2.2.5 Các phương pháp nâng cao độ bền mỏi: Các biện pháp kết cấu thiết kế: giảm hiện tượng tập trung ứng suất 2.3 Độ cứng: 2.3.1 Khái niệm cơ bản: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 12 Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc Vai trò của chỉ tiêu độ cứng trong thiết kế chi tiết máy Độ cứng thể tích Độ cứng tiếp xúc Độ cứng thể tích Độ cứng tiếp xúc:  Giữa con lăn và mặt phẳng (công thức Belaev)  Có tính đến nhấp nhô tế vi (công thức Votinov) 2.3.2 Tính toán độ cứng: 2.3 Độ cứng: 2.3.3 Các phương pháp nâng cao độ cứng: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 13 Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc Dùng vật liệu hợp lý (Module đàn hồi tỉ lệ thuận với độ cứng) Chọn hình dạng tiết diện ngang hợp lý Chọn kết cấu chịu tải hợp lý (kết cấu đối xứng, ưu tiên kéo nén) Sử dụng và phân bố các ổ trục hợp lý để tăng độ cứng tiếp xúc Dùng đối trọng để tạo biến dạng ngược bù trừ Phối hợp hợp lý về độ cứng của các chi tiết máy trong cùng hệ thống Giảm biến dạng cục bộ của các chi tiết vỏ, thân hộp 2.4 Độ bền mòn: 2.4.1 Khái niệm cơ bản: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 14 Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc Đường cong mòn theo thời gian Đại lượng đặc trưng cho quá trình mòn:  Lượng mòn  Cường độ mòn  Cường độ mòn đối với các bộ truyền ăn khớp Tác hại lên chi tiết máy của quá trình mòn:  Giảm độ chính xác  Giảm hiệu suất  Giảm độ bền  Tăng tiếng ồn 2.4 Độ bền mòn: 2.4.2 Tính toán độ bền mòn: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 15 Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc Theo áp suất cho phép Đường cong mòn Sử dụng vật liệu hợp lý Giảm tải ở các bề mặt chịu ma sát Bôi trơn, làm nguội tốt Giảm lượng hạt mài rơi vào vùng ma sát Thay ma sát trượt bằng ma sát lăn Bảo đảm mòn đều ở các chi tiết trong cùng hệ thống Chuyển mòn vào các chi tiết rẻ tiền, dễ điều chỉnh hoặc thay thế Sử dụng các kết cấu để điều chỉnh khe hở khi mòn 2.4.3 Các biện pháp giảm mòn: 2.5 Khả năng chịu nhiệt: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 16 Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc Nguồn sinh nhiệt trong máy móc Tác hại của nhiệt trên máy móc, thiết bị:  Giảm độ bền  Giảm tính năng bôi trơn của dầu bôi trơn  Thay đổi các khe hở làm việc  Thay đổi tính chất của bề mặt làm việc  Giảm độ chính xác của máy Các biện pháp nâng cao khả năng chịu nhiệt của chi tiết máy:  Tính toán cân bằng nhiệt cho máy  Sử dụng vật liệu chịu nhiệt  Sử dụng hệ thống bôi trơn, làm mát 2.6 Dao động và tiếng ồn: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 17 Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc Ảnh hưởng của dao động trên hoạt động của thiết bị Tính toán tần số riêng phải được tiến hành cho toàn hệ thống chứ không cho từng chi tiết máy riêng lẻ Các biện pháp chống ồn cho máy móc thiết bị:  Tăng độ chính xác và chất lượng gia công  Sử dụng các kết cấu có khả năng giảm hiện tượng va đập  Sử dụng vật liệu có ma sát nội cao  Sử dụng các bộ phận giảm chấn Tiếng ồn sinh ra do va đập với nhau của các bộ phận trong máy móc thiết bị 2.7 Độ tin cậy: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 18 Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc Cơ sở để tính toán độ tin cậy bằng lý thuyết xác suất Chỉ tiêu độ tin cậy rất quan trọng đối với các máy hoặc dây chuyền mà sự hỏng hóc của một chi tiết sẽ dẫn đến ngưng trệ cho toàn hệ thống Các biện pháp nâng cao độ tin cậy:  Máy càng đơn giản ít chi tiết càng tốt  Các chi tiết máy của hệ thống nên có độ tin cậy gần bằng nhau  Sử dụng các chi tiết tiêu chuẩn (độ phân tán tuổi thọ nhỏ, chất lượng cao, dễ tìm cho việc thay thế)  Thiết kế các chi tiết dễ hỏng sao cho dễ thay thế, sửa chữa Các tính toán kinh tế dựa trên độ tin cậy của thiết bị 2.8 Tối ưu hóa kết cấu: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 19 Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc Thí dụ về tạo phôi Thí dụ về gia công vừa đúng các bề mặt cần thiết Thí dụ về giảm nguyên công trong gia công phẳng Thí dụ về giảm nguyên công trong gia công lỗ Thí dụ về lắp ráp 2.9 Lựa chọn vật liệu trong thiết kế máy: 2.10 Tính công nghệ của chi tiết máy: 2.11 Dung sai và lắp ghép: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 20 Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc Dung sai Lắp ghép Biểu diễn lỗ Biểu diễn trục Hệ thống lỗ Hệ thống trục Lắp có độ dôi Lắp có khe hở Lắp trung gian 25 +0,025 -0,005 H7/k6 H7/k6 H7/k6 A D H S U a d h s u H7/k6, H9/d9, H7/h6 D11/h11, P9/h9, E9/f8 H7/p6, H7/r6, H7/u8 H7/e8, H7/g6, H7/h6 H7/js6, H7/k6, H7/n6 2.12 Độ nhám bề mặt: Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 21 Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc Các cấp độ nhám bề mặt 2.13 Tiêu chuẩn hóa trong thiết kế: Những lợi điểm của tiêu chuẩn hóa:  Giảm chủng loại chi tiết máy thiết kế  Tăng chất lượng sản phẩm, tuổi thọ chi tiết máy  Bảo đảm tính lắp lẫn  Giảm công sức thiết kế Các cấp tiêu chuẩn tại Việt Nam:  Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN  Tiêu chuẩn ngành TCN  Tiêu chuẩn vùng TCV  Tiêu chuẩn cơ sở TC Cấp độ nhám Ra Rz 1 320 2 160 3 80 4 40 5 (5) 20 6 2,5 7 1,25 8 0,63 9 0,32 10 (0,16) 0,63 11 0,32 12 0,16 13 0,08 14 0,04