Chương 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY pps

Bải giảng Chi tiết máy
Chương 1
NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG TÍNH TOÁN
VÀ THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY
1. Các khái niệm cơ bản – môn học chi tiết máy
1.1 Khái niệm chi tiết máy
_ Khi chúng ta tháo rời một máy, một bộ phận máy sẽ nhận được những phần tử nhỏ
của máy, ví dụ như: bu lông, đai ốc, bánh răng, trục. Các phần tử này không còn có
thể tách rời được nữa và được gọi là chi tiết máy.
_ Có thể định nghĩa như sau: Chi tiết máy là phần tử cơ bản cấu thành nên máy, có
hình dạng và kích thước xác định, có công dụng nhất định trong máy.
_ Chi tiết máy có thể phân thành 2 nhóm:
+ Nhóm chi tiết máy có công dụng chung. Bao gồm các chi tiết máy được sử
dụng trong nhiều loại máy khác nhau. Trong các loại máy khác nhau, chi tiết máy có
hình dạng và công dụng như nhau. Ví dụ: bánh răng, khớp nối, trục, bu lông, ổ lăn …
+ Nhóm chi tiết máy có công dụng riêng. Bao gồm các chi tiết máy chỉ được sử
dụng trong một loại máy nhất định. Trong các lọai máy khác nhau, hình dạng hoặc
công dụng của chi tiết máy là khác nhau. Ví dụ: trục khuỷu, tua bin, vỏ hộp giảm tốc,
thân máy …
Ở đây, chúng ta chỉ nghiên cứu các chi tiết máy có công dụng chung.
1.2 Nhiệm vụ, tính chất, vị trí môn học Chi tiết máy
_ Chi tiết máy là khoa học về thiết kế hợp lý các chi tiết máy có công dụng chung.
_ Môn học chi tiết máy vừa mang tính chất lý thuyết vừa gắn liền với các kết quả thực
nghiệm.
_ Chi tiết máy là một trong những môn học cơ sở của chương trình đào tạo kỹ sư cơ
khí nói chung, là cầu nối giữa kiến thức khoa học cơ bản, cơ sở và các kiến thức
chuyên môn.
2. Tải trọng và các dạng ứng suất
2.1 Tải trọng
_ Tải trọng tác dụng lên máy và chi tiết máy bao gồm: lực, mô men và áp suất. Tải
trọng là đại lượng véc tơ, được xác định bởi các thông số: cường độ, phương, chiều,

điểm đặt và đặc tính của tải trọng. Trong đó:
Lực, được ký hiệu bằng chữ F, đơn vị đo là N, 1 N = 1 kg.m/s.
Mô men uốn, ký hiệu là M
u
, đơn vị đo là Nmm.
Mô men xoắn, ký hiệu là M
x
, đơn vị đo là Nmm.
Áp suất, ký hiệu là p, đơn vị đo là MPa, 1 MPa = 1 N/mm
2
.
_ Theo đặc tính thay đổi theo thời gian, ta có:
1 + Tải trọng không đổi (tĩnh): là tải trọng có phương, chiều, cường độ không
thay đổi theo thời gian, hoặc thay đổi không đáng kể, ví dụ bản thân trọng lượng của
chi tiết máy.
2 + Tải trọng thay đổi: là tải trọng có ít nhất một trong ba đại lượng (phương,
chiều, cường độ) thay đổi theo thời gian. Trong thực tế tính toán chi tiết máy, thường
gặp loại tải trọng có cường độ thay đổi.
Chương 1. Những vấn đề cơ bản trong tính toán và thiết kế chi tiết máy 1
Bải giảng Chi tiết máy
3 Sự thay đổi này có thể diễn ra dần dần hay đột ngột. Tải trọng đột nhiên tăng
mạnh rồi giảm ngay trong khoảnh khắc gọi là tải trọng va đập.
_ Tải trọng danh nghĩa: là tải trọng tác dụng lên chi tiết máy theo lý thuyết.
Hình 1. Các loại tải trọng
_ Tải trọng tính: là tải trọng lớn hơn tải trọng danh nghĩa. Phần tải trọng tăng thêm
này có thể do rung động, hoặc do tải trọng tập trung vào một phần của chi tiết máy.
Chi tiết máy phải được tính toán thiết kế sao cho phần chịu tải lớn hơn để không bị
thiếu bền, tải trọng này được gọi là tải trọng tính.
_ Tải trọng tương đương: là tải trọng không đổi quy ước, tương đương với chế độ tải
trọng thay đổi tác dụng lên chi tiết máy.

2.2 Ứng suất
_ Ứng suất là ứng lực xuất hiện trong các phần tử của chi tiết máy, khi nó chịu tác
dụng của tải trọng.
_ Ứng suất là đại lượng véc tơ, nó được xác định bởi phương, chiều, cường độ. Đơn vị
đo của ứng suất là MPa, 1 MPa = 1 N/mm
2
.
_ Tương ứng với các tải tác dụng, ứng suất được phân thành các loại:
+ Ứng suất kéo, ký hiệu là σ
k
,
+ Ứng suất nén, ký hiệu là σ
n
,
+ Ứng suất uốn, ký hiệu là σ
u
,
+ Ứng suất tiếp xúc, ký hiệu là σ
tx
, hoặc σ
H
,
+ Ứng suất dập, ký hiệu là σ
d
,
+ Ứng suất xoắn, ký hiệu là τ
x
,
+ Ứng suất cắt, ký hiệu là τ
c

.
_ Ngoài ra, ứng suất còn được phân thành ứng suất không đổi và ứng suất thay đổi:
+ Ứng suất không đổi (ứng suất tĩnh): là ứng suất có phương, chiều, cường độ
không thay đổi theo thời gian.
+ Ứng suất thay đổi: là ứng suất có ít nhất một đại lượng (phương, chiều,
cường độ) thay đổi theo thời gian. Ứng suất có thể thay đổi bất kỳ hoặc thay đổi có
chu kỳ.
_ Ưng suất thay đổi được đặc trưng bằng chu trình thay đổi ứng suất: một vòng thay
đổi ứng suất qua giá trị giới hạn này sang giá trị giới hạn khác rồi trở về giá trị ban
đầu được gọi là một chu trình ứng suất.
Thời gian thực hiện một chu trình ứng suất gọi là một chu kỳ ứng suất.
_ Một chu trình ứng suất được xác định bởi các thông số:
Ứng suất lớn nhất σ
max
Ứng suất nhỏ nhất σ
min
Chương 1. Những vấn đề cơ bản trong tính toán và thiết kế chi tiết máy 2
Bải giảng Chi tiết máy
Ứng suất trung bình σ
m
: σ
m
= (σ
max
+ σ
min
) / 2 ,
Hình 2. Các loại ứng suất
Biên độ ứng suất σ
a

: σ
a
= (σ
max
- σ
min
)/2 ,
Hệ số chu kỳ ứng suất r: r = σ
max
/ σ
min
,
hoặc r = σ
min
/ σ
max
, khi σ
min
= 0.
_ Căn cứ vào giá trị của hệ số chu kỳ ứng suất r, người ta chia ứng suất thành các loại:
+ Ứng suất thay đổi đối xứng, khi chu trình ứng suất có r = -1.
+ Ứng suất thay đổi không đối xứng, khi chu trình ứng suất có r ≠ 1, nếu σ
min
=
0 hay σ
max
= 0, chu trình ứng suất mạch động.
_ Với cùng một giá trị ứng suất như nhau, nhưng r khác nhau thì khả năng phá hủy vật
liệu của ứng suất cũng khác nhau. Chi tiết máy chịu ứng suất tĩnh có tuổi thọ cao hơn
chi tiết máy chịu ứng suất thay đổi mạch động, chi tiết máy chịu ứng suất thay đổi đối

xứng có tuổi thọ thấp nhất.
3. Những chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của chi tiết máy
3.1 Chỉ tiêu độ bền
a. Định nghĩa
_ Độ bền: là khả năng tiếp nhận tải trọng của chi tiết máy mà không bị phá hỏng.
Đây là chỉ tiêu quan trọng nhất đối với phần lớn chi tiết máy: nếu chi tiết máy
không đủ bền thì bên trong xuất hiện biến dạng dư đủ lớn làm thay đổi hình dạng chi
tiết máy, phá hoại điều kiện làm việc bình thường của máy, có thể phá hỏng ngay bản
thân của chi tiết máy: gãy, vỡ hoặc hư hại bề mặt làm việc.
_ Có hai dạng phá hỏng:
+ Phá hỏng tĩnh: do ứng suất làm việc vượt quá giới hạn bền tĩnh của vật liệu,
thường do quá tải đột ngột gây nên.
+ Phá hỏng mỏi: do tác dụng lâu dài của ứng suất thay đổi có giá trị vượt qua
giới hạn bền mỏi của vật liệu.
_ Nghiên cứu độ bền thường gắn với thời hạn phục vụ hay tuổi thọ của chi tiết máy.
b. Phương pháp tính
_ Thông dụng nhất là so sánh ứng suất tính toán với ứng suất cho phép.
Điều kiện bền có dạng:
[ ]
σ σ
≤

[ ]
τ τ
≤
trong đó,
,
σ τ
: là ứng suất sinh ra trong chi tiết máy khi chịu tải tính theo SBVL
Chương 1. Những vấn đề cơ bản trong tính toán và thiết kế chi tiết máy 3

Bải giảng Chi tiết máy
[ ] [ ]
,
σ τ
: là ứng suất cho phép
n: hệ số an toàn.
c. Cách xác định ứng suất cho phép
_ Xác định ứng suất cho phép bằng cách tra bảng. Bảng số liệu ứng suất cho phép
được thiết lập bằng cách thí nghiệm, hoặc bằng những kinh nghiệm đúc kết trong quá
trình sử dụng chi tiết máy. Cách xác định này cho kết quả khá chính xác.
_ Tính ứng suất cho phép theo công thức gần đúng:
[ ]
gh
n
σ
σ
=
[ ]
gh
n
τ
τ
=
,
gh gh
σ τ
: là ứng suất giới hạn
Tùy theo từng trường hợp cụ thể ứng suất giới hạn có thể là giới hạn chảy (σ
ch
,

τ
ch
), giới hạn bền (σ
b
, τ
b
), giới hạn mỏi (σ
r
, τ
r
), giới hạn mỏi ngắn hạn (σ
rN
, τ
rN
) của
vật liệu chế tạo chi tiết máy.
d. Hệ số an toàn:
_ Hệ số an toàn được xác định bằng cách tra bảng.
_ Hệ số có thể được xác định từ các hệ số an toàn thành phần:
1 2 3
. .n n n n=
Trong đó: n
1
: là hệ số xét đến mức độ chính xác trong việc xác định tải trọng và ứng
suất, n
1
=(1,2 ÷ 1,5).
n
2
: là hệ số xét đến độ đồng nhất về cơ tính của vật liệu. Đối với các chi tiết

máy bằng thép rèn hoặc cán lấy n
2
= 1,5 , các chi tiết máy bằng gang có thể lấy n
2
= (2
÷ 2,5).
n
3
: là hệ số xét đến những yêu cầu đặc biệt về an toàn, đối với các chi tiết máy
quan trọng trong máy, hoặc có liên quan trực tiếp đến an toàn lao động, lấy n
3
= (1,2 ÷
1,5).
_ Ứng suất cho phép cũng có thể được tính theo công thức thực nghiệm.
3.2 Chỉ tiêu độ cứng
a. Định nghĩa:
_ Độ cứng của chi tiết là khả năng của chi tiết máy cản lại biến dạng đàn hồi dưới tác
dụng của tải trọng. Có hai dạng độ cứng: độ cứng thể tích và độ cứng tiếp xúc.
b. Phương pháp tính
_ Độ cứng thể tích
Điều kiện : chuyển vị dài hoặc chuyển vị góc không vượt quá giá trị cho phép.
+ Chi tiết máy chịu tải trọng dọc trục:
]l[
EA
lF
l
a
∆≤=∆
F
a

- lực kéo dọc trục
l - chiều dài chi tiết
A - diện tích tiết diện
E – modun đàn hồi
Chương 1. Những vấn đề cơ bản trong tính toán và thiết kế chi tiết máy 4
Bải giảng Chi tiết máy
+ Chi tiết chịu tác dụng của moment uốn:
][
]f[f
θ≤θ
≤
+ Chi tiết chịu moment xoắn:
][
GJ
Tl
0
ϕ≤=ϕ
G – modun đàn hồi trượt
l - chiều dài tính
J
0
– moment quán tính độc cực
ϕ - góc xoắn tính toán
_ Độ cứng tiếp xúc
+ Độ cứng tiếp xúc biểu thị mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng tiếp xúc
+ Độ cứng tiếp xúc j được xác định theo công thức:
y
F
j
n

=
với : F
n
- lực nén
y - đại lượng biến dạng do tiếp xúc
* Con lăn tiếp xúc với mặt phẳng: được xác định theo công thức Héc - Belaev:
3
2
2
n
dE
F
55,1y
=
d : đường kính con lăn
+ Trường hợp bề mặt nhấp nhô tiếp xúc nhau, khi chịu tải trọng thì các nhấp nhô bị
biến dạng. Khi đó, độ cứng tiếp xúc được tính theo công thức Votinov:
y
Ap
j
0
=
p
0
– áp suất riêng tại chổ tiếp xúc
A - diện tích tiếp xúc
y - biến dạng tiếp xúc
m
0
Kpy =

Khi p
0
= 0,1 0,5 chỉ số m và hệ số K như sau:
K = 0,5 0,65; m = 0,5 khi cạo thô bề mặt
K = 0,25 0,3; m = 0,5 khi cạo thường
K = 0,15 0,2; m = 0,4 0,5 khi bào và mài tinh
3.2 Chỉ tiêu độ bền mòn
a. Định nghhĩa
Chương 1. Những vấn đề cơ bản trong tính toán và thiết kế chi tiết máy 5
Bải giảng Chi tiết máy
_ Mòn: là sự thay đổi dần kích thước, hình dạng của các bề mặt tiếp xúc trượt tương
đối với nhau do tác dụng của lực ma sát trong điều kiện bôi trơn không tốt.
_ Độ bền mòn: là khả năng của chi tiết máy có thể làm việc được trong một khoảng
thời gian nhất định mà lượng mòn không vượt quá trị số cho phép.
b. Phương pháp tính
_ Tính toán đảm bảo ma sát ướt: tính toán sao cho khi làm việc hai bề mặt luôn được
ngăn cách bởi một lớp bôi trơn.
_ Tính toán giới hạn áp suất:
Giữa áp suất p và quãng đường ma sát s có liên hệ theo hệ thức sau:
.
m
p S const=
Số mũ m phụ thuộc vào hệ số ma sát f của các bề mặt tiếp xúc.
Giá trị của m lấy như sau:
khi có ma sát nửa ướt (f = 0,01 ÷ 0,09) lấy m = 3,
ma sát nửa khô (f = 0,1 ÷ 0,3) lấy m = 2,
ma sát khô hoặc có hạt mài giữa hai bề mặt tiếp xúc (f = 0,4 ÷ 0,9) lấy m = 1.
_ Các chi tiết máy bị mòn khi làm việc sẽ gây một số hậu quả sau:
+ Làm việc không chính xác
+ Giảm hiệu suất

+ Giảm sức bền chi tiết máy
+ Gây tiếng ốn do va đập các bộ phận
c. Các phương pháp giảm mòn sau
+ Sử dụng vật liệu giảm ma sát: đồng thanh, gang chịu mài mòn
+ Giảm tải cho bề mặt chịu ma sát, phân bố tải trọng đều trên bề mặt tiếp xúc
tránh tập trung
+ Bôi trơn và làm nguội tốt, giảm độ nhám bề mặt, tính toán hợp lý vận tốc
trượt để hình thành lớp dầu bôi trơn trên bề mặt ma sát.
+ Hạn chế hạt mài rơi bề mặt ma sát bằng cách che chắn, hoặc trên bề mặt tạo
những rãnh chứa hạt mài sinh ra trong quá trình làm việc.
1 Ngoài ra để tránh ăn mòn điện hóa, những bề mặt không làm việc của chi tiết
máy cần được bảo vệ bằng cách phủ sơn chống gỉ, hoặc bằng phương pháp mạ.
3.3 Chỉ tiêu chịu nhiệt
a. Tác hại của nhiệt
Trong quá trình máy làm việc, công suất bị tổn hao do ma sát biến thành nhiệt
năng đốt nóng các chi tiết máy. Nhiệt độ làm việc cao quá giá trị cho phép, có thể gây
nên các tác hại sau đây:
+ Làm giảm cơ tính của vật liệu, dẫn đến làm giảm khả năng chịu tải của chi tiết
máy.
+ Làm giảm độ nhớt của dầu, mỡ bôi trơn, tăng khả năng mài mòn.
+ Chi tiết máy bị biến dạng nhiệt lớn làm thay đổi khe hở trong các liên kết động,
có thể dẫn đến kẹt tắc, hoặc gây nên cong vênh.
b. Phương pháp tính toán
Tính toán đon giản nhất là kiểm nghiệm điều kiện chịu nhiệt:
[ ]
θ θ
≤
Chương 1. Những vấn đề cơ bản trong tính toán và thiết kế chi tiết máy 6
Bải giảng Chi tiết máy
Trong đó: θ là nhiệt độ làm việc của máy, bộ phận máy.

[θ] là nhiệt độ cho phép của máy.
Nhiệt độ làm việc θ được xác định từ phương trình cân bằng nhiệt:
Ω = Ω
1
+ Ω
2
Trong đó: Ω là nhiệt lượng sinh ra trong một đơn vị thời gian, khi máy làm việc,
Ω = 860.(1 - η).P (kCal/h)
η : hiệu suất làm việc của máy,
P : công suất làm việc của máy, kW.
Ω
1
là nhiệt lượng tỏa ra môi trường trong một đơn vị thời gian, kCal/h.
Ω
1
= k
t
.A
t
.(θ - θ
0
) (kCal/h)
k
t
: hệ số tỏa nhiệt ra môi trường, có thể lấy k
t
= (7,5 . 15) kCal/m
2
h
0

C
A
t
: diện tích tỏa nhiệt của máy, tính bằng m
2
,
θ
0
: nhiệt độ môi trường làm việc của máy,
0
C.
Ω
2
là nhiệt lượng do thiết bị làm mát tải ra ngoài trong một giờ, kCal/h.
Thay vào phương trình cân bằng nhiệt, ta có công thức tính nhiệt độ làm việc θ
như sau:
2
860(1 )
t t
P
k A
η
θ
− − Ω
=
Khi chi tiết máy không đủ chỉ tiêu chịu nhiệt, có nghĩa là θ > [θ], lúc đó cần
tìm biện pháp xử lý. Có thể chọn lại chất bôi trơn để tăng nhiệt độ cho phép [θ]. Hoặc
là giảm nhiệt độ làm việc θ bằng cách:
+ Tăng diện tích bề mặt tỏa nhiệt A
t

, bằng cách dùng các gân, cánh tản nhiệt.
+ Tăng hệ số tỏa nhiệt k
t
, bằng cách dùng quạt gió, hoặc phun nước.
+ Dùng các thiết bị làm mát.
3.4 Chỉ tiêu ổn định dao động
a. Định nghĩa
_ Độ ổn định dao động: là khả năng chi tiết có thể làm việc trong phạm vi tốc độ nhất
định mà không bị rung quá giới hạn cho phép
b. Nguyên nhân và tác hại của dao động
_ Chi tiết không đủ độ cứng, tốc độ làm việc cao và không cân bằng vật quay.
_ Dao động gây nên tải trọng phụ làm chi tiết mau hỏng vì mỏi. Trong một số trường
hợp dao động làm giảm chất lượng làm việc của máy như: trên máy cắt kim loại nếu
bị dao động sẽ làm giảm độ chính xác gia công và độ nhẵn bóng bề mặt
c. Phương pháp tính toán
_ Chi tiết máy đủ chỉ tiêu chịu dao động, khi biên độ dao động của nó nhỏ hơn biên
độ cho phép. Trong thực tế, việc xác định chính xác biên độ dao động của một chi tiết
máy là rất khó khăn.
Do đó, việc tính toán chỉ tiêu ổn định dao động được thay thế bằng việc tìm các biện
pháp để hạn chế dao động của chi tiết máy:
1 + Triệt tiêu các nguồn gây dao động: bằng cách cân bằng máy, hạn chế sử dụng
các quy luật chuyển động qua lại trong máy, cách biệt máy với các nguồn rung động
xung quanh.
2 + Cho chi tiết máy làm việc với số vòng quay khác xa với số vòng quay tới hạn
(ứng với tần số riêng ω
0
) để tránh cộng hưởng.
Chương 1. Những vấn đề cơ bản trong tính toán và thiết kế chi tiết máy 7
Bải giảng Chi tiết máy
3 + Thay đổi tính chất động lực học của hệ thống, để làm thay đổi tần số riêng

ω
0
.
4 + Dùng các thiết bị giảm rung…
4. Độ bền mỏi
4.1 Hiện tượng phá hỏng do mỏi – độ bền mỏi
Đối với các chi tiết máy làm việc với ứng suất thay đổi theo thời gian, sau một
số chu kỳ sẽ có những vết nứt tế vi tại vùng chịu ứng suất lớn. Khi số chu kỳ làm việc
đến một giới hạn nào đó, số vết nứt và kích thước các vết nứt tăng lên dẫn đến phá
hủy chi tiết máy.
Đó là hiện tượng phá hủy mỏi và khả năng của chi tiết máy cản lại sự phá hủy
mỏi gọi là độ bền mỏi.
4.2 Đường cong mỏi
Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa giá trị ứng suất và số chu kỳ làm việc cho đến khi
hỏng của chi tiết máy gọi là đường cong mỏi.
Trong đó:
N
O
: là số chu kỳ cơ sở.
σ
r
: giới hạn mỏi của vật liệu.
m : mũ của đường cong mỏi.
σ
N
: giới hạn mỏi ngắn hạn:
σ
N
=K
N

σ
r .
K
N
: hệ số tăng giới hạn mỏi
ngắn hạn:
0
m
N
N
K
N
=
4.3 Những nhân tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy
a. Vật liệu
Vật liệu có ảnh hưởng lớn đến độ bền mỏi của chi tiết máy. Chi tiết máy được chế tạo
bằng vật liệu có cơ tính cao, độ bền mỏi của chi tiết sẽ cao. Vì vật liệu có cơ tính cao,
thì khả năng xuất hiện các vết nứt sẽ khó khăn hơn.
Chi tiết máy bằng thép có độ bền mỏi cao hơn bằng gang.
Chi tiết máy bằng thép hợp kim có độ bền mỏi cao hơn bằng thép các bon thường.
Trong các loại thép thường, chi tiết máy bằng thép có hàm lượng các bon càng cao, độ
bền mỏi của của chi tiết máy càng cao.
b. Kết cấu của chi tiết máy
Chi tiết máy có kết cấu phức tạp: có các bậc
thay đổi kích thước đột ngột, có các lỗ, các
rãnh, như trên Hình 1-10, sẽ làm giảm độ
bền mỏi của chi tiết máy. Lý do: tại những
chỗ này có tập trung ứng suất, vết nứt sớm
xuất hiện và phát triển khá nhanh.
c. Kích thước của chi tiết máy

Chương 1. Những vấn đề cơ bản trong tính toán và thiết kế chi tiết máy 8
Hình 3. Đường cong mỏi
Hình 4. Những nơi tập
trung ứng sất
Bải giảng Chi tiết máy
Qua thí nghiệm người ta thấy rằng: với vật liệu như nhau, khi tăng kích thước tuyệt
đối của chi tiết máy thì giới hạn bền mỏi của chi tiết máy giảm xuống.
Lý do: kích thước của chi tiết máy càng lớn, vật liệu càng không đồng đều, khả năng
xuất hiện các khuyết tật trong lòng chi tiết máy càng nhiều. Những vết nứt, rỗ xỉ, rỗ
khí trong lòng chi tiết máy là những điểm có tập trung ứng suất, là những điểm bắt
đầu cho sự phá hỏng vì mỏi.
d. Công nghệ gia công bề mặt chi tiết máy
_ Lớp bề mặt chi tiết máy thường là lớp chịu ứng suất lớn nhất, các vết nứt đầu tiên
cũng hay xảy ra ở đây.
_ Những chi tiết máy qua nguyên công gia công tinh, có độ bóng bề mặt cao sẽ có độ
bền mỏi cao hon những chi tiết máy chỉ qua nguyên công gia công thô
_ Các bề mặt được gia công tăng bền như phun bi, lăn ép sẽ san bằng các nhấp nhô và
làm chai cứng bề mặt, độ bền mỏi của chi tiết máy được nâng cao.
e. Trạng thái ứng suất
_ Chi tiết máy chịu ứng suất đơn có độ bền mỏi cao hơn khi chịu ứng suất phức tạp.
_ Trong các trạng thái ứng suất đơn, nếu σ
max
< 0 (trạng thái ứng suất nén) chi tiết máy
có độ bền mỏi cao nhất, kế đến là trạng thái ứng suất kéo (có σ
min
> 0), trạng thái ứng
suất vừa kéo vừa nén (r < 1) có độ bền mỏi thấp nhất.
4.4 Các biện pháp nâng cao sức bền mỏi của chi tiết máy
_ Tìm cách giảm giá trị tuyệt đối của biên độ ứng suất. Tránh cho chi tiết máy làm
việc với trạng thái ứng suất có hệ số chu kỳ ứng suất r < 1.

_ Kích thước của chi tiết máy không nên thay đổi một cách đột ngột, các bậc không
nên lệch nhau nhiều, tại bậc có kích thước thay đổi đột ngột nên làm cung lượn, bán
kính cung lượn càng lớn càng tốt. Tránh khoét lỗ, làm rãnh trên chi tiết máy, nếu như
không thật cần thiết.
_ Các bề mặt cần gia công với độ bóng cao, hoặc dùng các biện pháp tăng bền bề mặt.
Cần giữ cho bề mặt chi tiết máy không bị xước, không bị gỉ, không bị ăn mòn.
5. Vật liệu chế tạo chi tiết máy
5.1 Những yêu cầu đối với vật liệu chế tạo chi tiết máy
Khi chọn vật liệu chế tạo chi tiết máy, cần thỏa mãn 6 yêu cầu sau:
1 1. Vật liệu phải đảm bảo cho chi tiết máy có đủ khả năng làm việc: đủ bền, đủ
cứng, đủ điều kiện chịu nhiệt, đủ điều kiện chịu dao động, vv
2 2. Vật liệu phải thỏa mãn yêu cầu về khối lượng, kích thước của chi tiết máy và
của toàn máy.
3 3. Vật liệu phải có tính công nghệ thích ứng với hình dạng và phương pháp gia
công chi tiết máy, để công sức gia công là ít nhất.
4 4. Vật liệu dễ tìm, dễ cung cấp, ưu tiên sử dụng vật liệu sẵn có ở địa phương, hoặc
ở trong nước.
5 5. Trong một máy cần sử dụng hạn chế số loại vật liệu, để dễ dàng cung cấp và
bảo quản.
6 6. Vật liệu được chọn có lợi nhất về giá thành sản phẩm, sao cho tổng cộng giá vật
liệu, giá gia công, giá thiết kế và các phụ phí khác là thấp nhất
Chương 1. Những vấn đề cơ bản trong tính toán và thiết kế chi tiết máy 9
Bải giảng Chi tiết máy
5.2 Các vật liệu thường dùng trong ngành chế tạo máy
_ Kim loại đen: thép, gang
_ Hợp kim màu: babíc thiết, chì; hợp kim kẽm chịu ma sát; hợp kim nhôm, đồng
thanh, đồng thau
_ Kim loại gốm: BK6, BK8, BK10, BK15, BK20, BK25, BK10-KC, BK20-KC,
BK20K …
_ Vật liệu phi kim loại: chất dẻo, amiăng, gỗ, da, cao su …

6. Khái niệm chung về tính toán, thiết kế chi tiết máy
6.1 Đặc điểm thiết kế
_ Các công thức dùng trong tính toán thiết kế chi tiết máy có 3 loại: công thức chính
xác, công thức gần đúng, và công thức thực nghiệm.
+ Công thức chính xác, được xây dựng trên cơ sở lý thuyết Toán học và Vật lý
học. Sử dụng công thức chính xác, trong mọi trường hợp ta luôn nhận được kết quả
đúng. Trong lĩnh vực thiết kế chi tiết máy, các công thức loại này rất ít.
+ Công thức gần đúng, được xây dựng trên cơ sở phải đặt ra các giả thiết. Ví
du: giả thiết vật liệu đồng chất, đẳng hướng, hoặc cứng tuyệt đối. Kết quả tính toán
được coi là chính xác khi điều kiện của bài toán trùng với các giả thiết. Do đó, người
ta đưa vào các hệ số để điều chỉnh độ chính xác của kết quả tính Loại công thức này
rất phổ biến trong lĩnh vực thiết kế chi tiết máy.
+ Công thức thực nghiệm, hoặc công thức kinh nghiệm. Kết quả tính toán thiết
kế bằng công thức thực nghiệm chỉ được chấp nhận, khi điều kiện của bài toán trùng
với điều kiện thí nghiệm, hoặc trùng với kinh nghiệm sử dụng.
_ Thông thường phải tính sơ bộ trước, sau đó tính kiểm nghiệm lại.
_ Một chi tiết máy thường có rất nhiều kích thước, chỉ nên tính toán những kích thước
của các tiết diện chính (bao gồm các tiết diện tham gia lắp ghép, tiết diện có gía trị
ứng suất lớn, tiết diện hay xảy ra hỏng hóc). Các kích thước còn lại sẽ được chọn
trong quá trình vẽ kết cấu của chi tiết máy. Chọn theo điều kiện lắp ghép với các chi
tiết khác, theo tính hợp lý, tính thẩm mỹ của kết cấu, hoặc theo kinh nghiệm của
người thiết kế.
_ Trong mỗi bước tính thiết kế chi tiết máy, có thể có nhiều phương án cùng thỏa mãn
yêu cầu của đầu bài, chúng ta nên phân tích chọn 2 đến 3 phương án hợp lý nhất để
tính toán tiếp tục. Ở bước cuối cùng, cần so sánh, chọn ra phương án tốt nhất làm kết
quả thiết kế.
6.2 Vấn đề tiêu chuẩn hóa
a. Khái niện chung
“Tiêu chuẩn hóa là sự quy định hợp lý về quy cách, tính chất, hình dạng, kích thước
của các đối tượng, và thống nhất sử dụng trong một phạm vi nhất định”

Vấn đề tiêu chuẩn hóa có ý nghĩa rất lớn trong ngành chế tạo máy cũng như trong các
ngành kinh tế quốc dân khác. Tiêu chuẩn hóa giúp nâng cao chất lượng sản phẩm, tạo
điều kiện chuyên môn hóa, hợp tác hóa sản suất, giảm thời gian và công sức thiết kế,
sử dụng vật liệu hợp lý hơn …
b. Các đối tượng được tiêu chuẩn hóa trong ngành chế tạo máy
Hầu như tất cả các đối tượng trong ngành cơ khí chế tạo máy đã được tiêu
chuẩn hóa. Có thể kể ra một số đối tượng chính như:
Chương 1. Những vấn đề cơ bản trong tính toán và thiết kế chi tiết máy 10
Bải giảng Chi tiết máy
1. Các vấn đề chung: Ví dụ như dẫy số kích thước, dẫy số vòng quay, độ côn, các ký
hiệu và quy ước trên bản vẽ, vv
2- Vật liệu: ký hiệu, thành phần hóa học, tính chất cơ học, phương pháp nhiệt luyện.
3- Các đại lượng vật lý: ký hiệu, đơn vị đo, cách xác định.
4- Cấp chính xác gia công, cấp độ nhám bề mặt.
5- Hình dạng, kích thước của các chi tiết máy có công dụng chung.
6- Các thông số cơ bản về chất lượng của máy: như trọng tải, mức tiêu hao năng
lượng, năng suất, hiệu suất vv
7- Các tài liệu thiết kế, tài liệu công nghệ: như bản vẽ, thuyết minh, tài liệu hướng dẫn
sử dụng máy.
c. Các cấp tiêu chuẩn hóa
Có 6 cấp tiêu chuẩn hóa:
- Tiêu chuẩn quốc tế: phạm vi sử dụng thống nhất toàn thế giới. Ví dụ: tiêu chuẩn
quốc tế ISO, do tổ chức Tiêu chuẩn hóa quốc tế ban hành
- Tiêu chuẩn khu vực: sử dụng trong một nhóm các nước có hợp tác. Ví dụ tiêu chuẩn
EN do Ủy ban tiêu chuẩn hóa Châu âu ban hành
- Tiêu chuẩn quốc gia: thống nhất sử dụng trong từng nước. Ví dụ: tiêu chuẩn ΓOCT
của Liên bang Nga, tiêu chuẩn TCVN của Việt Nam.
- Tiêu chuẩn ngành: thống nhất sử dụng trong từng ngành, viết tắt là TCN. Ví dụ: tiêu
chuẩn 16TCN là tiêu chuẩn do Bộ cơ khí luyện kim ban hành.
- Tiêu chuẩn vùng: thống nhất sử dụng trong từng tỉnh, thành phố, viết tắt là TCV.

- Tiêu chuẩn cơ sở: thống nhất sử dụng trong từng cơ sở sản xuất, xí nghiệp, nhà máy,
viết tắt là TC.
Chương 1. Những vấn đề cơ bản trong tính toán và thiết kế chi tiết máy 11