Bài giảng Chi tiết máy Tiến sĩ Phan Tấn Tùng ĐH Bách Khoa TPHCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Khoa Cơ Khí – Bộ môn Thiết Kế Máy

Bài giảng

CHI TIẾT MÁY
TS Phan Tấn Tùng
2008


Chi tiết máy

Chương trình

Chương 1. Quá trình và phương pháp thiết kế máy
Chương 2. Các chỉ tiêu thiết kế.
Chương 3 . Truyền dẫn cơ khí trong máy
Chương 4 . Truyền động đai
Chương 5 .Truyền động xích
Chương 6 . Truyền động bánh răng
Chương 7 . Truyền động trục vít
Chương 8. Vít truyền động
Chương 9 . Trục
Chương 10 . Ổ lăn
Chương 11. Ổ trượt
Chương 12. Hệ thống bôi trơn và làm mát
Chương 13 . Lò xo
Chương 14 . Khớp nối
Chương 15. Chi tiết máy ghép

TS Phan Tấn Tùng

Chi tiết máy

TS Phan Tấn Tùng

Tài liệu tham khảo
1. Giáo trình chính
[1] Cơ sở thiết kế máy – Nguyễn Hữu Lộc – NXB Đại Học Quốc Gia
Tp.HCM – 2004
2. Sách tham khảo
[2] Bài tập Chi Tiết Máy – Nguyễn Hữu Lộc – NXB Đại Học Quốc Gia
Tp.HCM – 2003
[3] Chi Tiết Máy (tập 1&2)– Nguyễn Trọng Hiệp – NXB Giáo Dục – 2003
[4] Fundamentals of Machine Elements – NXB Mc Graw-Hill – 1999
[5] Fundamentals of Machine Design (vol. 1-5) – P. Orlov – NXB Mir
Moscow – 1980


Chi tiết máy

TS Phan Tấn Tùng

Điểm tổng kết
Kiểm tra giữa kỳ: 25% (thi viết – đề mở)
Thi cuối kỳ:
65% (thi viết – đề mở)
Chuyên cần:
10%

Chi tiết máy

TS Phan Tấn Tùng

Chương 1 QUÁ TRÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MÁY
1. Ý nghĩa của thiết kế
•

Thiết kế là quá trình biến đổi các ý tưởng sáng tạo thành sản phẩm
máy móc

•

Là một khâu quan trọng trong quá trình sản xuất, chế tạo sản phẩm

•

Đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế của sản phẩm

2. Định nghĩa thiết kế kỹ thuật cơ khí
•

Xác định ý tường thiết kế

•

Thiết kế nguyên lý

•

Thiết kế theo sức bền

•

Thiết kế kết cấu

•

Chế tạo và đánh giá thử nghiệm

•

Thiết kế hoàn chỉnh
1


Chi tiết máy

TS Phan Tấn Tùng

3. Các giai đoạn quá trình thiết kế
• Xác định nhu cầu sản phẩm
• Thiết kế ý tưởng
• Thiết kế phân tích kỹ thuật
• Thiết kế theo các chỉ tiêu thiết kế
• Chế tạo và đánh giá thử nghiệm
• Thiết kế hoàn chỉnh
• Sản xuất sản phẩm
4. Các phương pháp thiết kế

• Thiết kế đơn định
• Thiết kế theo độ tin cậy
• Thiết kế bền vững
2


Chi tiết máy

TS Phan Tấn Tùng

5. Các chỉ tiêu thiết kế
• Chỉ tiêu sức bền
• Chỉ tiêu độ cứng
• Chỉ tiêu độ bền mòn
• Chỉ tiêu độ chịu nhiệt
• Chỉ tiêu độ chịu dao động
• Chỉ tiêu độ tin cậy
6. Hệ số an toàn
• Đánh giá đến các yếu tố ngẫu nhiên phát sinh thêm
• Đánh giá đến mức độ quan trọng của chi tiết
• Đánh giá đến mức độ chính xác của số liệu sử dụng
7. Độ tin cậy
• Đánh giá khả năng hỏng của chi tiết
• Phù hợp với mức độ quan trong của sản phẩm

3


Chi tiết máy

TS Phan Tấn Tùng

8. Tính kinh tế
•

Hiệu suất cao trong vận hành

•

Chi phí sản xuất thấp
1. Sử dụng hơp lý vật liệu
2. Tính công nghệ cao
3. Phương pháp gia công tiên tiến
4. Năng suất lao động cao
5. Tổ chức sản xuất hợp lý

9. Vấn đề tiêu chuẩn hoá
•

Hạn chế chủng loại chi tiết

•

Nâng cao chất lương thử nghiệm, kiểm tra

•

Giảm công sức thiết kế

•

Giảm chi phí trong sản xuất và vận hành
4


Chi tiết máy

TS Phan Tấn Tùng

10. Hệ thống đơn vị
•

Hệ mét (hệ SI) – Hệ thống chính thức sử dụng tại Việt nam nên phải áp
dụng cho thiết kế mới

•

Hệ Anh – chỉ áp dụng cho thiết kế sữa chữa

11. Trình tự thiết kế máy
•

Là thiết kế lặp do có 1 số yếu tố không xác định chính xác được từ
ban đầu

•

Qua các bước sau
1. Xác định nhu cầu của thị trường
2. Xác định yêu cầu kỹ thuật

3. Xác định nguyên lý hoạt động
4. Chọn sơ đồ động
5. Xác định tải trọng - Tính công suất
6. Chọn vật liệu

5


Chi tiết máy

TS Phan Tấn Tùng

7. Tính động học và động lực học
8. Sản xuất thử và thử nghiệm
9. Lập tài liệu thiết kế
12. Trình tự thiết kế chi tiết máy
•

Là 1 phần trong trình tự thiết kế máy

•

Qua các bước sau
1. Lập sơ đồ tính
2. Xác định lực tác dụng lên chi tiết máy
3. Chọn vật liệu
4. Xác định kích thước chủ yếu theo các chỉ tiêu thiết kế
5. Thiết kế kết cấu
6. Sản xuất thử nghiệm
7. Thiết kế công nghệ (chế tạo và lắp ráp)

HẾT CHƯƠNG 1

6


Chi tiết máy

Chương 2

TS Phan Tấn Tùng

CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ

1. Độ bền
1.1 Tải trọng
•

Tải trọng không đổi: phương, chiều, độ lớn không đổi theo thời gian

•

Tải trong thay đổi: ít nhất một trong ba yếu tố trên thay đổi theo thời
gian. Tải thay đổi có thể liên tục hoặc theo bậc

•

Tải va đập

•

Tải danh nghĩa

•

Tải trọng tương đương

•

Tải trọng qui đổi

1.2 Ứng suất
•

Ứng suất tĩnh: giá trị không đổi theo thời gian →phá huỷ tĩnh

•

Ứng suất thay đổi: giá trị thay đổi theo thời gian→phá huỷ mõi
1


Chi tiết máy
•

TS Phan Tấn Tùng

Chu kỳ ứng suất

5 đặc trưng của 1 chu kỳ ứng suất

σ max τ max
σ min τ min

1. Ứng suất cực đại
2. Ứng suất cực tiểu
3. Ứng suất trung bình

σm =

σ max + σ min
2

τm =

τ max + τ min
Chu kỳ ứng suất

2

4. Ứng suất biên độ

σa =

σ max − σ min
2

τa =

τ max − τ min
2

5. Hệ số tính chất chu kỳ

σ
r = min
σ max

r=

τ min
τ max
2


Chi tiết máy

TS Phan Tấn Tùng

• Chu kỳ đối xứng σ max = −σ min

τ max = −τ min

r=

σ ,τ
ứng suất tĩnh
σ −1 ,τ −1 ứng suất mõi ứng với chu kỳ đối xứng

•Chu kỳ mạch động dương

σ min

= 0 τ min = 0

r=

σ min
= −1
σ max

σ min
=0
σ max

σ 0 ,τ 0 ứng suất mõi ứng với chu kỳ mạch động dương

3


Chi tiết máy

TS Phan Tấn Tùng

• Thí nghiệm lập đường cong
mõi

Mẫu thử mõi

Máy thử mõi

4


Chi tiết máy

TS Phan Tấn Tùng

• Đường cong mõi

σ r :giới hạn mõi dài hạn
N 0 :số chu kỳ cơ sở
N ≥ N 0 :chế độ làm việc dài hạn
N < N 0 :chế độ làm việc ngắn hạn
• Ứng suất mõi

σ N =σr m

N0
= σ lim K L với K L ≥ 1
N

Khi tính ứng suất uốn cho vật liệu thép N 0 = 5.10 6chu kỳ

m = mF = 6 khi HB ≤ 350 và m = mF = 9 khi HB > 350
2.4
(
)
N
=
30

×
HB
Khi tính ứng suất tiếp xúc cho vật liệu thép 0
và m = mH = 6
Giá trị σlim

σ −1F = (0.4 ÷ 0.5)σ b σ 0 F = (1.4 ÷ 1.6)σ −1F
τ −1 = (0.22 ÷ 0.25)σ b τ 0 = 0.3 σ ch
σ −1K = 0.33 σ b
σ 0 K = 0.5 σ b

5


Chi tiết máy

TS Phan Tấn Tùng

• Số chu kỳ làm việc tương đương
Tải trọng không đổi

N = 60 Lh n
Với Lh: tuổi thọ (giờ)
n : số vòng quay (vg/ph)
Tải trọng thay đổi theo bậc
m'

N LE

⎛ Ti ⎞

⎟⎟ ti ni
= 60∑ ⎜⎜
⎝ Tmax ⎠

Chế độ tải trọng không đổi

Khí tính ứng suất uốn cho vật liệu thép

m' = mF = 6 khi HB≤350
m' = mF = 9 khi HB>350
Khí tính ứng suất tiếp xúc cho vật liệu thép

m' =

mH
=3
2

6

Chế độ tải trọng thay đổi theo bậc


Chi tiết máy

TS Phan Tấn Tùng

Ti : tải trọng chế độ thứ i
ni : số vòng quay chế độ thứ i (vg/ph)
ti : thời gian làm việc chế độ thứ i (giờ)

Tải trong thay đổi liện tục

N LE = K E N
Vớ KE tra bảng 6.14

Chế độ tải trọng thay đổi liên tục

7


Chi tiết máy

TS Phan Tấn Tùng

• Ứng suất tiếp xúc
• Công thức Hetz áp dụng cho 2 hình trụ tiếp xúc
ngoài (sử dụng khi tính bền cho bộ truyền bánh
răng)
q

σ H = ZM

n

2ρ

•Với qn : tải trọng phân bố

ZM =

2 E1 E 2

π [ E 2 (1 −

µ12 ) +

1

=

E1 (1 − µ 22 )

ρ

σ H = 0.3883

Fn E 2

1

ρ1

±

1

ρ2

•Cộng thức Hetz áp dụng cho tiếp xúc của hai mặt cầu (khi tính ổ lăn)

ρ2

• Công thức Hetz áp dụng cho tiếp xúc của mặt trụ và mặt phẳng (khi tính
bộ truyền trục vít)

σ H = 0.418

qn E

ρ

8


Chi tiết máy

TS Phan Tấn Tùng

1.3 Ứng suất cho phép & hệ số an toàn
1.3.1 Ứng suất cho phép
• Ứng suất tĩnh
Vật liệu dẽo

[σ ] = σ chε σ
[s ]

[τ ] = τ chε τ
[s ]

Vật liệu dòn

[σ ] =

σ bε σ

[τ ] =

[s ]

τ bε τ

[s]

• Ứng suất mõi

[σ ] =

σ lim ε σ β

[τ ] =

τ lim ε τ β

[ s ]K σ

[ s ]Kτ

KL

KL

9


Chi tiết máy

TS Phan Tấn Tùng

10


Chi tiết máy

TS Phan Tấn Tùng

11


Chi tiết máy

TS Phan Tấn Tùng

12


Chi tiết máy

TS Phan Tấn Tùng

13

Chi tiết máy

TS Phan Tấn Tùng

14


Chi tiết máy

TS Phan Tấn Tùng

1.3.2 Hệ số an toàn

s ≥ [s]

Kiểm tra hệ số an toàn
• Ứng suất tĩnh
Vật liệu dẽo
Vật liệu dòn

σ ch ε
s=
≥ [s]
σ max
σ bε
s=
≥ [s]
σ max K Sσ

• Ứng suất mõi
Chu kỳ ứng suất đối xứng

σ −1ε σ β
s=
≥ [s]
Kσ σ a

Chu kỳ ứng suất không đối xứng

sσ =

σr
Kσ

εσ β

≥ [s ]

σ a +ψ σ σ m
15