cơ sở thiết kế máy

Phần 1
NH
ỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN
V
Ề THIẾT KẾ CHI TIẾT
MÁY
Chương
Chương
1
1
Đ
Đ
Ạ
Ạ
I CƯƠNG V
I CƯƠNG V
Ề
Ề
THI
THI
Ế
Ế
T K
T K
Ế
Ế
M
M
Á
Á
Y

Y
V
V
À
À
CHI TI
CHI TI
Ế
Ế
T M
T M
Á
Á
Y
Y
1.1 Nội dung và trình tự thiết kế máy
1.1.1 N
ội dung thiết kế máy
N
ội dung TKM bao gồm các nội dung sau:
 Xác định nguyên tắc hoạt động và chế động làm việc
c
ủa máy.
 Lập sơ đồ chung toàn máy.
 Xác định tải trọng tác dụng lên máy.
 Chọn vât liệu chế tạo các chi tiết máy
 Tiến hành tính toán động học, động lực học máy.
 Xác định công nghệ chế tạo và lắp ráp.
 Lập hồ sơ kỹ thuật
1.1.2 Tr

1.1.2 Tr
ì
ì
nh t
nh t
ự
ự
thi
thi
ế
ế
t k
t k
ế
ế
Chi ti
Chi ti
ế
ế
t m
t m
á
á
y
y
Tiến hành theo trình tự sau:
 Lập sơ đồ tính toán chi tiết máy - sơ đồ hóa
kết cấu chi tiết máy.
 Đặt các tải trọng lên sơ đồ tính toán
 Chọn vật liệu chế tạo chi tiết máy.

 Tính toán các kích
 Chọn các kích thước khác và vẽ kết cấu của
chi tiết máy.
 Kiểm nghiệm chi tiết máy theo độ bền, độ
cứng, tính chịu nhiệt, tính chịu dao động.
 Lập bản vẽ chế tạo chi tiết máy
1.1.3 M
1.1.3 M
ộ
ộ
t s
t s
ố
ố
đ
đ
ặ
ặ
c đi
c đi
ể
ể
m trong thi
m trong thi
ế
ế
t k
t k
ế
ế

chi ti
chi ti
ế
ế
t m
t m
á
á
y
y
 Tải trọng tác dụng lên chi tiết máy rất phức tạp, khó
có thể xác định chính xác,
 Các công thức dùng trong tính toán thiết kế chi tiết
máy có 3 loại:
+ Công th
ức chính xác
+ Công th
ức gần đúng
+ Công th
ức thực nghiệm.
 Thiết kế chi tiết máy nhiều lúc phải tiến hành tính
toán sơ bộ sau đó kiểm nghiệm lại.
 Các kích thước chủ yếu tại tiết diện nguy hiểm
được xác định bằng tính toán.
 Có nhiều phương án thiết kế máy và chi tiết máy.
1.2 C
1.2 C
á
á
c yêu c

c yêu c
ầ
ầ
u đ
u đ
ố
ố
i v
i v
ớ
ớ
i m
i m
á
á
y v
y v
à
à
chi ti
chi ti
ế
ế
t m
t m
á
á
y
y
1.2.1 Các chi tiêu về hiệu quả sử dụng

1.2.2 Khả năng làm việc
1.2.3 Độ tin cậy cao
1.2.4 An toàn trong sử dụng
1.1.5 Tính công nghệ và tính kinh tế
• Kết cấu phù hợp với điều kiện và quy mô sản xuất
• K
ết cấu đơn giản và hợp lý
• C
ấp chính xác và độnhám đúng mức
• Ch
ọn phuong án chế tạo phôi hợp lý
1.3 T
1.3 T
ả
ả
i tr
i tr
ọ
ọ
ng v
ng v
à
à
ứ
ứ
ng su
ng su
ấ
ấ
t

t
1.3.1 Tải trọng
Tải trọng tác dụng lên máy và chi tiết máy bao
g
ồm 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
c
ủa tải trọng.
Theo tính ch
ất thay đổi theo thời gian ta chia tải
tr
ọng thành:
 Tải trọng tĩnh
 Tải trọng thay đổi
1.3 T
1.3 T
ả
ả
i tr
i tr
ọ
ọ
ng v
ng v
à
à
ứ
ứ
ng su

ng su
ấ
ấ
t
t
Trong tính toán ta phân thành:
 Tải trọng danh nghĩa: Q
dn
 Tải trọng tương đương: Q
tđ
= Q
dn
.k
N
 Tải trọng tính toán: Q
tt
Q
tt
= Q
tđ
k
tt
.k
đ
.k
đk
= Q
dn
. k
N

.k
tt
.k
đ
.k
đk

Trong đó: k
tt
Hệ số xét đến sự phân bố không đều tải
tr
ọng trên bề mặt tiếp xúc.
k
đ
-Hệ số tải trọng động
.
k
đk
-Hệ số phụ thuộc điều kiện làm việc
1.3.2
1.3.2
Ứ
Ứ
ng su
ng su
ấ
ấ
t
t
 Ứng suất là ứng lực xuất hiện trong các phần

t
ử của chi tiết máy, khi chi tiết máy chịu tải
tr
ọng.
 Ứng suất là đại lượng véc tơ, nó được xác
định bởi phương, chiều, cường độ.
 Ứng suất được chia thành:
 Ứng suất pháp ký hiệu là σ
 Ứng suất tiếp ký hiệu là τ
Tương ứng với các tải tác dụng, ứng suất được
phân thành các loại:
 Ứng suất kéo, ký hiệu là 
k
,
Ứng suất nén, ký hiệu là 
n
,
Ứng suất uốn, ký hiệu là 
u
,
Ứng suất tiếp xúc, ký hiệu là 
tx
, hoặc 
H
,
Ứng suất dập, ký hiệu là 
d
,
Ứng suất xoắn, ký hiệu là 
x

,
Ứng suất cắt, ký hiệu là 
c
.
1.3.2
1.3.2
Ứ
Ứ
ng su
ng su
ấ
ấ
t
t
 Ứng suất có thể phân thành ứng suất tĩnh
và
ứng suất thay đổi.
 Chu trình ứng suất: là một vòng thay đổi
ứng suất từ giới hạn này sang giới hạn
khác r
ồi trở về giá trị ban đầu.
 Chu kỳ ứng suất.
1.3.2
1.3.2
Ứ
Ứ
ng su
ng su
ấ
ấ

t
t
1.3.3
1.3.3
Ứ
Ứ
ng su
ng su
ấ
ấ
t ti
t ti
ế
ế
p x
p x
ú
ú
c
c
 Ứng suất tiếp xúc sinh ra khi các chi tiết máy
tr
ực tiếp tiếp xúc với nhau, có lực tác dụng tương
hỗ đối với nhau.
 Khi bề mặt tx rộng ứng suất tiếp xúc được gọi là
ứng suất dập hoặc áp suất.
 Ứng suất dập được xác định
theo điều kiện:
1.4
1.4

Đ
Đ
ộ
ộ
b
b
ề
ề
n m
n m
ỏ
ỏ
i c
i c
ủ
ủ
a chi ti
a chi ti
ế
ế
t m
t m
á
á
y
y
1.2.1 Hiện tượng phá hủy
 Phần lớn các chi tiết máy làm việc với ứng suất thay đổi và
trong thực tế các chi tiết máy này bị hỏng với ứng suất thấp
hơn nhiều so với khi làm việc với ứng suất tĩnh.

 Quá trình hỏng bắt đầu từ những vết nứt rất nhỏ trên chi tiết
máy. Khi số chu kỳ làm việc tăng thì các vết nứt này cũng
phát trển và cuối cng là phá hủy chi tiết. Đó là phá hủy mỏi.
Khả năng cản sự phá hủy mỏi của vật liệu gọi là sức bền mỏi
1.4.2
1.4.2
Đư
Đư
ờ
ờ
ng cong m
ng cong m
ỏ
ỏ
i
i
 N
O
: là số chu kỳ cơ sở.
 
r
: giới hạn mỏi của
v
ật liệu.
 m : mũ của đường
cong m
ỏi.
 
N
: giới hạn mỏi ngắn

h
ạn:

N
=K 
 K
N
: hệ số tăng giới
h
ạn mỏi
 Đồ thị ứng suất giới hạn:
Bi
ểu thị mối quan hệ giữa
ứng suất lớn nhất và ứng
su
ất nhỏ nhất với ứng suất
trung bình.
1.4.2
1.4.2
Đư
Đư
ờ
ờ
ng cong m
ng cong m
ỏ
ỏ
i
i
1.4.3 Nh

1.4.3 Nh
ữ
ữ
ng nhân t
ng nhân t
ố
ố
ả
ả
nh hư
nh hư
ở
ở
ng đ
ng đ
ế
ế
n
n
đ
đ
ộ
ộ
b
b
ề
ề
n m
n m
ỏ

ỏ
i c
i c
ủ
ủ
a chi ti
a chi ti
ế
ế
t m
t m
á
á
y
y
a. Vật liệu
 Chi tiết máy chế tạo bằng vật liệu kim loại có độ bền mỏi cao
hơn bằng vật liệu phi kim loại.
 Chi tiết máy được chế tạo bằng kim loại đen có độ bền mỏi
cao hơn so với bằng hợp kim màu.
 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. Hình dạng kết cấu
Chi ti
ết máy có kết cấu phức tạp: có các bậc
thay đổi kích thước đột ngột, có các lỗ, các rãnh,…

s
ẽ làm giảm độ bền mỏi của chi tiết máy
1.4.3 Nh
1.4.3 Nh
ữ
ữ
ng nhân t
ng nhân t
ố
ố
ả
ả
nh hư
nh hư
ở
ở
ng đ
ng đ
ế
ế
n đ
n đ
ộ
ộ
b
b
ề
ề
n m
n m

ỏ
ỏ
i c
i c
ủ
ủ
a chi ti
a chi ti
ế
ế
t m
t m
á
á
y
y
Trong tính toán, ảnh
hưởng của kết cấu đến
s
ức bền mỏi của chi tiết
má
y được kể đến bằng hệ
số điều chỉnh k
σ
, k
τ
, gọi
là h
ệ số tập trung ứng
su

ất.
c. Kích thước của chi tiết máy
 Qua thí nghiệm người ta thấy rằng: với vật
li
ệu như nhau, khi tăng kích thước tuyệt đối của
chi ti
ết máy thì giới hạn bền mỏi của chi tiết
máy gi
ảm xuống.
 Để kể đến ảnh hưởng của kích thước tuyệt đối,
trong tính toá
n người ta đưa vào hệ số điều
ch
ỉnh 

, 

, gọi là hệ số ảnh hưởng của kích
thước tuyệt đối.
1.4.3 Nh
1.4.3 Nh
ữ
ữ
ng nhân t
ng nhân t
ố
ố
ả
ả
nh hư

nh hư
ở
ở
ng đ
ng đ
ế
ế
n
n
đ
đ
ộ
ộ
b
b
ề
ề
n m
n m
ỏ
ỏ
i c
i c
ủ
ủ
a chi ti
a chi ti
ế
ế
t m

t m
á
á
y
y
d. Công nghệ gia công bề mặt chi tiết máy
 Công nghệ gia công bề mặt chi tiết máy quyết định trạng
thái b
ề mặt của chi tiết máy.
 Ảnh hưởng của công nghệ gia công lớp bề mặt đến độ bền
m
ỏi của chi tiết máy, được kể đến bằng hệ số trạng thái bề
mặt .
e. Tr
ạng 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 max< 0 (trạng thái
ứng suất nén) chi tiết máy có độ bền mỏi cao nhất, kế đến là
tr
ạng thái ứng suất kéo (có min> 0), trạng thái ứng suất
v
ừa kéo vừa nén (r < 1) có độ bền mỏi thấp nhất.
1.4.3 Nh
1.4.3 Nh
ữ
ữ
ng nhân t
ng nhân t
ố

ố
ả
ả
nh hư
nh hư
ở
ở
ng đ
ng đ
ế
ế
n
n
đ
đ
ộ
ộ
b
b
ề
ề
n m
n m
ỏ
ỏ
i c
i c
ủ
ủ
a chi ti

a chi ti
ế
ế
t m
t m
á
á
y
y
1.4.4 Bi
1.4.4 Bi
ệ
ệ
n ph
n ph
á
á
p nâng cao đ
p nâng cao đ
ộ
ộ
b
b
ề
ề
n m
n m
ỏ
ỏ
i

i
 Tìm cách giảm giá trị tuyệt đối của biên độ ứng suất.
 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 bê mặt. Cần giữ cho bề mặt chi
tiết máy không bị xước, không bị gỉ, không bị ăn mòn.
1.5
1.5
CH
CH
Ọ
Ọ
N V
N V
Ậ
Ậ
T LI
T LI
Ệ
Ệ
U
U
1.5.1 Nguyên tắc chung
Khi ch
ọn vật liệu chế tạo chi tiết máy, cần thỏa
mãn các yêu c

ầu sau:
 Vật liệu phải đảm bảo cho chi tiết máy có đủ
khả năng làm việc: đủ bền, đủ cứng, đủ điều
ki
ện chịu nhiệt, đủ điều kiện chịu dao động,
 Vật liệu phải thỏa mãn yêu cầu về khối lượng,
kí
ch thước của chi tiết máy và của toàn máy.
 Vật liệu phải có tính công nghệ thích ứng với
hình d
ạng và phương pháp gia công chi tiết
máy,
để công sức gia công là ít nhất.
1.5.1 Nguyên t
1.5.1 Nguyên t
ắ
ắ
c chung
c chung
 Vật liệu dễ tìm, dễ cung cấp, ưu tiên sử dụng vật
li
ệu sẵn có ở địa phương, hoặc ở trong nước.
 Trong một máy cần sử dụng hạn chế số loại vật
li
ệu, để dễ dàng cung cấp và bảo quản.
 Vật liệu được chọn có lợi nhất về giá thành sản
ph
ẩm, sao cho tổng cộng giá vật liệu, giá gia
công, giá thi
ết kế và các phụ phí khác là thấp

nh
ất.
1.5.2 C
1.5.2 C
á
á
c v
c v
ậ
ậ
t li
t li
ệ
ệ
u d
u d
ù
ù
ng trong ch
ng trong ch
ế
ế
t
t
ạ
ạ
o m
o m
á
á

y
y
Kim loại đen:
Thép
Thép là h
ợp chất của sắt với các bon, hàm
lượng các bon nhỏ hơn hoặc bằng 2,14%.
Gang
Gang là h
ợp chất của sắt và các bon, với
hà
m lượng các bon lớn hơn 2,14%
1.5.2 C
1.5.2 C
á
á
c v
c v
ậ
ậ
t li
t li
ệ
ệ
u d
u d
ù
ù
ng trong ch
ng trong ch

ế
ế
t
t
ạ
ạ
o m
o m
á
á
y
y
Kim loại màu:
Babit thiếc và chì
Đồng thanh, còn gọi là đồng Brông
Đồng thau còn gọi là đồng Latông
Hợp kim kẽm chịu ma sát
Hợp kim nhôm đúc
Hợp kim nhôm dẻo
Kim loại gốm:
Là vật liệu được chế tạo bằng cách nung
và ép b
ột kim loại với các chất phụ gia.
V
ật liệu phi kim loại:
Trong một số trường hợp đặc biệt, chi tiết
má
y được chế tạo bằng các vật liệu phi
kim lo
ại

1.5.2 C
1.5.2 C
á
á
c v
c v
ậ
ậ
t li
t li
ệ
ệ
u d
u d
ù
ù
ng trong ch
ng trong ch
ế
ế
t
t
ạ
ạ
o m
o m
á
á
y
y

1.6 V
1.6 V
ấ
ấ
n đ
n đ
ề
ề
tiêu chu
tiêu chu
ẩ
ẩ
n h
n h
ó
ó
a chi ti
a chi ti
ế
ế
t m
t m
á
á
y
y
Có thể định nghĩa TCH như sau: Tiêu chuẩn
hóa là s
ự quy định hợp lý về quy cách, tính chất,
hình d

ạng, kích thước của các đối tượng, và thống
nh
ất sử dụng trong một phạm vi nhất định.
1.6.1 Lợi ích của tiêu chuẩn hóa
Có 4 lợi ích:
 Sản xuất hàng loạt
 Nâng cao chất lượng, khả năng làm việc và
tu
ổi thọ.
 Sửa chữa giảm bớt
 Khối lượng thiết kế giảm.