bài giảng chi tiết máy

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
BỘ MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY VÀ ROBOT
BÀI GIẢNG MÔN HỌC
CHI TIẾT MÁY
1
MỞ ĐẦU
1. Khái niệm về chi tiết máy (CTM)
Máy bộ phận CTM
CTM: là phần tử hoàn chỉnh đầu tiên
để tạo thành máy
Phân loại:
- CTM có công dụng chung
- CTM có công dụng riêng

2
MỞ ĐẦU
CTM công dụng chung
- Dùng phổ biến trong
các máy khác nhau

- Không phụ thuộc vào
công dụng máy

- Ví dụ: bulong, đai ốc,
trục, ổ, bánh răng



CTM công dụng riêng
- Dùng trong một máy
hoặc một số máy

chuyên dụng
- Liên quan mật thiết
đến chức năng của
máy
- Ví dụ: trục khuỷu,
thanh truyền
3
MỞ ĐẦU
2. Môn học CTM
- Là môn học nghiên cứu, tính toán,
thiết kế hợp lý các CTM công dụng
chung
- Kết hợp chặt chẽ lý thuyết và thực
nghiệm
Lý thuyết: xây dựng trên cơ sở các môn học:
toán, vật lý, cơ lý thuyết, sbvl, nlm, vật liệu

4
MỞ ĐẦU
NỘI DUNG
1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế CTM
2. Các CTM ghép
3. Các CTM truyền động
4. Các CTM đỡ và nối
TÀI LIỆU
1. Nguyễn Trọng Hiệp
Chi tiết máy, Tập 1,2 NXB Giáo dục
2. Trịnh Chất, Lê Văn Uyển
Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, Tập 1,2
5

CHƢƠNG 1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế CTM
1. Các yêu cầu cơ bản đối với máy và CTM
a. Hiệu quả sử dụng
Hiệu suất cao, tốn ít năng lượng, độ chính xác
cao, chi phí vận hành thấp
b. Khả năng làm việc
Hoàn thành các chức năng yêu cầu mà vẫn giữ
được độ bền, không thay đổi kích thước
c. Độ tin cậy cao
Đảm bảo được các chỉ tiêu sử dụng trong thời
gian quy định. Độ tin cậy được đặc trưng bởi
xác suất làm việc không hỏng hóc trong thời
gian quy định


6
CHƢƠNG 1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế CTM
1. Các yêu cầu cơ bản đối với máy và CTM
d. An toàn trong sử dụng
rất cần thiết
e. Tính công nghệ và kinh tế
- Tính công nghệ:
+ Hình dạng, kết cấu, vật liệu phải phù hợp với
đk sản xuất
+ Càng ít chi tiết, càng dễ chế tạo càng tốt
- Tính kinh tế:
Kích thước nhỏ gọn, khối lượng nhỏ -> giá
thành giảm

7

CHƢƠNG 1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế CTM
2. Tải trọng và ứng suất
2.1. Tải trọng
- Tải trọng là lực, momen tác động lên
CTM trong quá trình làm việc (Kí hiệu Q)
- Phân loại:
• Tải trọng tĩnh: không đổi theo t/g
• Tải trọng động: thay đổi theo t/g
(phương, chiều, độ lớn, điểm đặt)
Tải trọng va đập: tăng mạnh và giảm
nhanh

8
CHƢƠNG 1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế CTM
Trong tính toán CTM: tải trọng danh nghĩa,
tải trọng tương đương, tải trọng tính toán.
-Tải trọng danh nghĩa (Q
dn
) là tải trọng tác
động lên máy hoặc CTM ở chế độ ổn định
Thường chọn tải trọng lớn hoặc tải trọng
tác động lâu dài nhất
- Với tải trọng thay đổi nhiều mức, thay
thế bằng tải trọng một mức Tải trọng
tương đương (Q
tđ
)
9
CHƢƠNG 1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế CTM
Tương đương về khả năng làm việc, tuổi

thọ, độ bền
Q
tđ
= Q
dn
.K
N
K
N
hệ số phụ thuộc vào
- Chế độ thay đổi tải trọng
- Việc chọn Q
dn


10
CHƢƠNG 1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế CTM
-Tải trọng tính toán (Q
t
) : là tải trọng có
xét đến ảnh hưởng của sự phân bố tải
trọng, mức độ chấn động, điều kiện làm
việc
Q
t
= Q
tđ
.K
t
K

t
:hệ số > 1, phụ thuộc nhiều yếu tố
11
CHƢƠNG 1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế CTM
2.2. Ứng suất
a. Các loại ứng suất
Kéo, nén, uốn, xuắn, ứng suất tiếp xúc
b. Ứng suất tiếp xúc
là ứng suất xuất hiện trên bề mặt của 2
vật tiếp xúc nhau nhưng diện tích tiếp
xúc rất nhỏ
US tiếp xúc được tính theo CT Herzt
12
CHƢƠNG 1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế CTM
13
- Tiếp xúc đường (trụ - trụ, trụ - mphẳng)




2
n
MH
q
Z
H

F
F
d

1
d
2
 
2
2
21
2
1
21
)1()1(
2
EE
EE
Z
M



EZ
M
591,0


Eq
n
H
415,0
CHƢƠNG 1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế CTM
14

-Tiếp xúc điểm (cầu – cầu, cầu - mphẳng)


3
2
2
288,0


EF
n
H

Theo thời gian mà phân loại:
+ Ứng suất tĩnh
+ Ứng suất thay đổi
(Chú ý: Vật liệu là thép)
CHƢƠNG 1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế CTM
15
c. Các đặc trưng của ứng suất thay đổi
 Chu trình ứng suất: là một vòng thay
đổi ứng suất qua giá trị giới hạn này đến
giá trị giới hạn khác rồi trở về giá trị ban
đầu
 Chu kỳ ứng suất: là thời gian thực hiện
một chu trình

CHƢƠNG 1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế CTM
16
c. Các đặc trưng của ứng suất thay đổi

 Ứng suất trung bình


 Biên độ ứng suất


 Hệ số tính chất chu trình

2
minmax
m


2
minmax
a


max
min
r



CHƢƠNG 1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế CTM
17
Căn cứ và r -> các dạng chu trình
- Chu trình đối xứng r = -1
- Chu trình mạch động r = 0
CHƢƠNG 1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế CTM

18
3. Độ bền mỏi
3.1 Hiện tƣợng phá hủy vì mỏi
Khi CTM chịu us thay đổi theo chu kỳ, sau
một số chu trình thì CTM bị phá hủy.
Sự phá hủy xảy ra đột ngột, không có biến
dạng dư.
Giá trị us gây ra phá hủy << giới hạn bền
của vật liệu

3.1 Hiện tượng phá hủy vì mỏi
Nguyên nhân: Do sự phát triển các vết nứt tế vi.
19
Vết gẫy do mỏi
Vết gẫy do us tĩnh
3.1 Hiện tƣợng phá hủy vì mỏi
 Khả năng CTM chống lại sự phá hủy vì
mỏi gọi là độ bền mỏi
 Đối với nhiều loại vật liệu, tồn tại giá trị
us giới hạn mà tác dụng với một số chu
trình rất lớn mà vẫn không phá hủy chi
tiết -> gọi là giới hạn mỏi
3.2 Đƣờng cong mỏi
 Đường cong mỏi thể hiện quan hệ
giữa us với số chu trình thay đổi us
(N) mà CTM chịu được cho đến khi
hỏng
 Đường cong mỏi được xây dựng bằng
thực nghiệm:
Cho 

i
tác động, sau N
i
chu trình thì
CTM bị phá hủy
21
3.2 Đƣờng cong mỏi
Phương trình đường cong mỏi

m
.N = const
 m : bậc của đường cong mỏi.
VD thép : m=6
 Khi 
i
tăng thì N
i
giảm
tức là tuổi thọ giảm
 Khi giảm 
i
< 
r
thì
mẫu không bị phá hỏng.

r
: giới hạn mỏi dài hạn
N
0

: số chu trình cơ sở
Ví dụ : thép N
0
= 10
6
 10
7


22
N


i


r

N
i
N
0

3.2 Đƣờng cong mỏi
Chú ý:
đường cong mỏi Veler
với vật liệu là thép
và us thay đổi đối xứng r=-1

r

= 
-1
Đối với kim loại màu :
Không có đoạn nằm ngang
Quy ước N
0
= 10
8
23
N


i


r

N
i
N
0

3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi
Trong thí nghiệm người ta sử dụng mẫu có:
 Đường kính d
0
= 7  10 mm
 Mẫu được mài nhẵn, không tăng bền bề mặt
 Không có tập trung ứng suất.
 Chu trình ứng suất là đối xứng.

Trong thực tế các chi tiết máy có hình dạng, kích
thước, độ nhám bề mặt khác mẫu. Để xác định
giới hạn mỏi của chi tiết máy -> các yếu tố ảnh
hưởng đến độ bền mỏi.
24
3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi
3.3.1 Ảnh hưởng của hình dạng kết cấu
CTM có hình dạng càng phức tạp thì giới hạn mỏi
Nguyên nhân: tại những nơi thay đổi hình dạng
có sự tập trung ứng suất. Ví dụ: trục
Hệ số tập trung ứng suất lý thuyết


,  là ứng suất trung bình tại mặt cắt có sự tập
trung ứng suất.


25




max




max