LỰA CHỌN VẬT LIỆU CHẾ TẠO MỘT SỐ CHI TIẾT

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Báo Cáo Bài Tập Lớn
CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY

Đề tài:
LỰA CHỌN VẬT LIỆU CHẾ TẠO MỘT SỐ CHI
TIẾT
CBHD: Thầy Hoàng Trung Ngôn
Nhóm 5:
Sinh viên:

1


Nội Dung
Lựa chọn vật liệu để thiết kế:
•

Lò xo

•

Khớp bản lề

•

Thanh tạo dấu

•

Cấu trúc chịu uốn cho polymer giòn

•

Bình áp lực

•

Cấu trúc giảm rung cho máy sàng

•

Lớp cách nhiệt
2


Lò Xo
Lò xo có nhiều hình dạng khác nhau

3


spiral springs

torsion bars

helical springs

axial springs (rubber band)

leaf springs

4


•

Năng lượng đàn hồi trên 1đơn vị thể tích:

Wv =
•

Năng lượng tối đa có thể đạt được:
Lò xo lá:
Thanh xoắn:

•

Wv =
Wv =
Wv =

Lò xo tốt nhất chỉ cần có giá trị M1 lớn nhất

M1 =
Nếu khối lượng được coi là đáng kể thì

M2 =

5

6


Vật liệu

M1 =

Chú thích
(MJ/m )
3

Hợp kim Ti

4-12

đắt, chống ăn mòn

CFRP

6-10

có thể so sánh hiệu suất với thép, đắt

Thép đàn hồi

3-7

sự lựa chọn truyền thống: dễ tạo dáng và gia công nhiệt

Nylon

1.5-2.5

rẻ và dễ định hình nhưng hệ số tổn thất cao

Cao su

20-50

tốt hơn thép đàn hồi nhưng hệ số tổn thất cao

7


8


Vật liệu

M2 =
(kJ/kg)

Chú thích

Hợp kim Ti
CFRP
 

0.9-2.6
3.9-6.5

tốt hơn thép, chống ăn mòn, đắt
tốt hơn thép, đắt

GFRP
 

1.0-1.8

tốt hơn thép đàn hồi, không đắt hơn
CFRP

Thép đàn hồi
 

0,4-0,9

không tốt do khối lượng riêng cao

Gỗ
 

0.3-0.7

ở khối lượng cơ bản , gỗ có khả năng đàn
hồi

Nylon

1.3-2.1

khả năng tương tự như thép nhưng hệ số
tổn thất cao
 

Cao su

18-45

nổi bật hơn 20 lần so với thép đàn hồi
nhưng hệ số tổn thất cao

9


Khớp Bản Lề

10


• Lực biến dạng được tính theo công thức
• Ứng suất pháp tối đa cho phép là
• Vậy để khớp không bị phá huỷ thì bán kính
nhỏ nhất cho phép là

11

12


Vật liệu

M ( x 10-3)

Nhận xét

polyethylene

32

Tốt, rẻ, thường được sử dụng cho các nắp
chai

polypropylence

30

Cứng hơn polyethylene, dễ đúc

Nylon

30

Cứng hơn polyethylene, dễ đúc

PTFE

35

Rất bền nhưng mắc hơn PE, PP,…

Elastomers

100-1000

Rất tốt nhưng giá trị E khá thấp

High strength copper alloys

4

Giá trị M nhỏ hơn polymer. Được sử dụng
khi cần độ cứng cao

Spring steel

6

13


Thanh Tạo Dấu

14


Ta thiết lập được các biểu thức tính toán sau:

Do thanh tạo dấu phải đàn hồi được nên ta có thêm điều kiện

Ta xét haai thông số để chọn vật liệu

15


16


Vật liệu

M1

Nhận xét

Elastomeric EVA

0,7-1

Kém bền với nhiệt và một số dung môi

Polyurethanes

2-5

Được sử dụng rộng rãi

Silicone rubbers

0,2-0,5

Trơ về mặt hoá học và bền nhiệt hơn các
loại polymer có chuỗi carbon

PTFE

0,05-0,1

Chịu nhiệt cao, bền hoá học nhưng đắt
tiền

Polyethylenes

0,02-0,05

Rẻ tiền

Polypropylenes

0,2-0,0

Rẻ tiền

Nylons

0,02-0,03

Giá trị ứng suất cho phép quá gần với

mức giới hạn

Cork

0,03-0,06

Ứng suất thấp, bền hoá học

Polymer foams

Lớn hơn 0,03

Ứng suất rất thấp, thường dùng làm các
thanh tạo dấu tinh xảo
17


Cấu trúc chịu uốn cho polymer giòn
Khi vật liệu giòn bị biến dạng, nó sẽ chệch hướng đàn hồi cho
đến khi bị phá vỡ. Ứng suất tại đó:
Kc: độ bền cơ tương thích
ac: chiều dài của vết nứt lớn nhất trên bề mặt vật liệu
C: hằng số phụ thuộc vào hình dạng vật liệu

Mục tiêu

Yêu cầu thiết kế
Chống lại nứt gãy
Thiết kế tải trọng lý thuyết, năng lượng lý
thuyết, độ uốn lý thuyết

Tối thiểu thể tích ( khối lượng, chi phí)

Giá trị tự do

chọn theo vật liệu

Chức năng
Ràng buộc

18


Mô hình
• Việc thiết kế tải trọng giới hạn lựa chọn vật liệu tốt nhất
phải có giá trị K1c=M1 lớn để đạt đc thể tích thiết kế là
nhỏ nhất.

19


• Việc thiết kế năng lượng giới hạn: năng
lượng được cực đại hóa bằng cách lựa chọn
vật liệu có giá trị M2 lớn với Jc là độ bền

20


• Việc thiết kế khoảng dịch chuyển giới hạn: loại vật
liệu tốt nhất để sử dụng trong việc thiết kế khoảng
dịch chuyển cần có giá trị M3 lớn.

21


22


Loại thiết kế và quy tắc kinh nghiệm
Thiết kế giới hạn gãy của
vật liệu
Thiết kế tải trọng giới hạn:
K1C > 15 MPa.m1/2
Thiết kế năng lượng giới
hạn:
JC > 1 kJ/m2
Thiết kế khoảng dịch chuyển
giới hạn:
K1C/E > 10-3 m1/2

Vật liệu
Kim loại, polymer-matrix
composites
Kim loại, composite,
polymer
Polymer, elastomer, kim loại
tính dẻo cao

23

Bình áp lực
Yêu cầu thiết kế cho bình
chịu áp an toàn
Chức
năng

bình áp lực ( bao gồm áp suất
p an toàn)

Ràng
buộc

bán kính R

Mục
tiêu

an toàn tối đa sử dụng tiêu
chuẩn cong (oằn)/ rò rỉ trước
khi vỡ

Giá trị
tự do

chọn theo vật liệu

24


Mô hình

Ứng suất trong thành
mỏng của bình áp lực
hình cầu có bán kính R:
 

25