Cơ khí đại cương - Chương 1,2,3

Chơng 1
những khái niệm cơ bản về sản xuất cơ khí
1. Khái niệm về sản phẩm, chi tiết máy, bộ phận máy, cơ cấu
máy, phôi
1.1. Sản phẩm
Trong sản xuất cơ khí cũng nh trong các lĩnh vực cơ khí khác, sản phẩm là
một danh từ quy ớc chỉ vật phẩm đợc tạo ra ở giai đoạn chế tạo cuối cùng của
một cơ sở sản xuất. Sản phẩm không chỉ là máy móc hoàn chỉnh đem sử
dụng đợc mà còn có thể là cụm máy hay chi tiết máy. Ví dụ: nhà máy sản
xuất xe đạp có sản phẩm là xe đạp, nhà máy sản xuất ôtô có sản phẩm là ôtô,
nhng nhà máy sản xuất ổ bi thì sản phẩm lại là các ổ bi.
1.2. Chi tiết máy
Đây là đơn vị nhỏ nhất và hoàn chỉnh của máy, đặc trng của nó là không
thể tách ra đợc và đạt mọi yêu cầu kỹ thuật. Ví dụ: bánh răng, trục xe đạp,
bulông, đai ốc...
Có thể xếp các chi tiết máy thành hai nhóm:
- Chi tiết máy có công dụng chung: là các chi tiết máy dùng đợc trong
nhiều máy khác nhau.Ví dụ: bulông, bánh răng, trục...
- Chi tiết máy có công dụng riêng: là các chi tiết máy chỉ đợc dùng trong
một số máy nhất định. Ví dụ: trục khuỷu, trục cam, van...
1.3. Bộ phận máy
Đây là một phần của máy, bao gồm hai hay nhiều chi tiết máy đợc liên kết
với nhau theo những nguyên lý máy nhất định có thể là liên kết động hay liên
kết cố định. Ví dụ: moay ơ trớc, moay ơ sau của xe đạp, hộp giảm tốc...
Có rất nhiều loại máy khác nhau về tính năng, hình dáng, kích thớc... Tuy
nhiên bất kỳ máy nào cũng đều cấu tạo bởi nhiều bộ phận máy. Ví dụ: máy
tiện gồm các bộ phận máy nh bàn máy, ụ động, ụ đứng, hộp tốc độ, bàn
dao...
1.4. Cơ cấu máy
Đây là một phần của máy hoặc của bộ phận máy có chức năng nhất định
trong máy. Ví dụ: đĩa, xích, líp của xe đạp tạo thành cơ cấu chuyển động

xích trong xe đạp.
Một cơ cấu có thể là một bộ phận máy, nhng các chi tiết trong một cơ cấu
có thể nằm ở nhiều bộ phận máy khác nhau.
1.5. Phôi
1
Đó là một từ kỹ thuật có tính chất quy ớc dùng để chỉ một vật phẩm đợc
tạo ra từ một quá trình sản xuất này chuyển sang một quá trình sản xuất
khác. Ví dụ: kết thúc quá trình đúc, ta nhận đợc một vật đúc có hình dáng,
kích thớc theo yêu cầu, những vật đúc này có thể là:
- Sản phẩm của quá trình đúc.
- Chi tiết đúc, nếu nh không cần gia công gì thêm.
- Phôi đúc, nếu vật đúc phải qua gia công cắt gọt nh tiện, phay, bào... Nh
vậy trong trờng hợp này, sản phẩm của quá trình đúc đợc gọi là phôi đúc.
Hiện nay các phơng pháp chế tạo phôi trong sản xuất cơ khí bao gồm đúc,
gia công áp lực, hàn và cắt kim loại bằng khí, hộp quang điện, tia lửa điện.
2. Khái niệm về chất lợng bề mặt của sản phẩm
2.1. Độ nhẵn bề mặt (độ nhấp nhô bề mặt)
Bề mặt chi tiết sau khi gia công thờng không bằng phẳng một cách lý tởng
nh trên bản vẽ mà có những nhấp nhô. Những nhấp nhô là do vết dao để lại,
do rung động trong quá trình cắt và do nhiều nguyên nhân khác nữa.
2.1.1. Các khái niệm và định nghĩa
* Bề mặt hình học là bề mặt đợc xác định bởi các kích thớc trên bản vẽ
không có nhấp nhô và sai lệch về hình dáng.
* Bề mặt thực là bề mặt giới hạn của vật thể, ngăn cách nó với không gian
xung quanh.
* Bề mặt đo đợc là bề mặt nhận đợc khi đo bề mặt thực bằng các dụng cụ
đo.
* Chiều dài chuẩn L là chiều dài phần bề mặt đợc chọn để đánh giá độ
nhấp nhô bề mặt (hình 1.1)
Hình 1.1 Các thông số của prôfin thực tế các bề mặt

* Độ nhẵn bề mặt là tập hợp những nhấp nhô có bớc tơng đối nhỏ trên bề
mặt thực, đợc xét trong phạm vi chiều dài chuẩn L.
* Chiều dài đo là chiều dài tối thiểu của phần bề mặt cần thiết để xác định
một cách tin cậy nhấp nhô bề mặt, nó bao gồm một số chiều dài chuẩn.
* Đờng trung bình của prôfin là đờng chia prôfin đo đợc sao cho tổng
bình phơng khoảng cách từ các điểm của prôfin đến đờng đó (y
1
, y
2
,..., y
n
) là
nhỏ nhất trong giới hạn chiều dài chuẩn (hình 1.1). Đờng trung bình của
prôfin đợc dùng làm chuẩn để xác định các trị số của nhấp nhô bề mặt.
2
Đờng trung bình trên biểu đồ prôfin phải chia prôfin sao cho tổng diện tích
các phần nằm giữa prôfin và đờng trung bình ở hai phía của đờng trung bình
là bằng nhau trong phạm vi chiều dài chuẩn.
F
1
+ F
3
+...+ F
n-1
= F
2
+ F
4
+...+ F
n

* Sai lệch trung bình số học R
a
là chỉ số trung bình các khoảng cách từ
những điểm của prôfin đến đờng trung bình của nó trong giới hạn chiều dài
chuẩn.
dxy
L
R
L
a

=
0
1
hoặc tính gần đúng:

=
=
n
i
ia
y
n
R
1
1
* Chiều cao nhấp nhô trung bình R
z
là trị số trung bình của những khoảng
cách từ 5 đỉnh cao nhất đến 5 đáy thấp nhất của prôfin đo đợc trong giới hạn

chiều dài chuẩn.
5
)...()...(
1042931
hhhhhh
R
z
++++++
=
Trong đó h
1
, h
3
,..., h
9
và h
2
, h
4
,..., h
10
là khoảng cách từ các đỉnh cao nhất và
các đày thấp nhất của prôfin đến một đờng bất kỳ song song với đờng trung
bình (hình 1.1).
2.1.2. Phân cấp và ký hiệu đỗ nhẵn bề mặt
Độ nhẵn bề mặt đợc xác định bằng một trong hai chỉ tiêu sau:
- Sai lệch trung bình số học R
a
- Chiều cao nhấp nhô trung bình R
z

.
Tiêu chuẩn Nhà nớc Việt Nam TCVN 2511-78 quy định 14 cấp độ nhẵn bề
mặt (bảng 1.1).
Đối với các cấp từ 6
ữ
12 chủ yếu dùng thông số R
a
, còn đối với các cấp từ
1
ữ
5 và cấp 13, 14 chủ yếu dùng thông số R
z
.
Để ký hiệu độ nhấp nhô bề mặt, quy định dùng dấu hiệu

ghi trên bề mặt
chi tiết kèm theo trị số R
z
hoặc R
a
tính theo
m
à
.
3
Bảng 1.1 Các giá trị số của các thông số độ nhẵn bề mặt theo TCVN 2511-78
Độ nhẵn bề mặt
Sai lệch trung
bình số học R
a

Chiều cao nhấp
nhô của profin
theo 1 điểm R
z
Không lơn hơn àm
Chiều dài chuẩn
L (mm)
Cấp 1 - 320
2 - 160 8
3 - 80
4 - 40 2,5
5 - 20
6 2,5 -
7 1,25 - 0,8
8 0,63 -
9 0,32 -
10 0,16 - 0,25
11 0,08 -
12 0,04 -
13 - 0,1 0,08
14 - 0,05
4
Bảng 1.2 Giới thiệu độ nhẵn bề mặt nhận đợc từ các phơng pháp gia
công khác nhau
Phơng pháp gia công Cấp độ nhẵn bề mặt
Gia công mặt trụ ngoài
Tiện ngoài:
- Thô 2-3
- Nửa tinh 3-5
- Tinh 4-6

- Siêu tinh 7-8
Mài tròn ngoài
- Thô 6-7
- Tinh 7-8
- Siêu tinh 8-10
Mài rà, supefinis 8-10
Lăn bề mặt, miết phẳng kim cơng 7-11
Gia công lỗ
Khoan 3-5
Khoét
- Thô 3-4
- Nửa tinh và tinh 4-5
Doa
- Bình thờng 6
- Chính xác 7
- Siêu tinh 8
Chuốt
- Thô 6
- Tinh 7-8
Tiện lỗ
- Thô 3-4
- Tinh 5-6
- Siêu tinh 7-9
Mài lỗ
- Thô 6
- Tinh 7-8
- Siêu tinh 8-10
Mài rà, mài doa 9-12
Miết lỗ, miết phẳng kim cơng 8-11
Gia công mặt phẳng

Phay và bào:
-Thô 3-4
2.2. Tính chất cơ lý của lớp bề mặt kim loại
Nếu chỉ đánh giá chất lợng bề mặt chi tiết qua độ nhẵn bề mặt thì cha đủ
mà còn phải chú ý đến tính chất cơ lý của lớp bề mặt. Tính chất cơ lý biểu
hiện dới dạng các thông số cơ lý nh độ cứng tế vi của lớp bề mặt, trị số và
dấu của ứng suất d bề mặt và cấu trúc tế vi của bề mặt.
5
Cấu trúc của lớp bề mặt kim loại sau khi gia công cơ bao gồm các lớp sau:
(hình 1.2)
Hình 1.2 Cấu tạo bề mặt kim loại sau gia công cơ
* Lớp thứ nhất là một màng khí hấp thụ trên bề măt, lớp này tạo thành rất
nhanh chóng khi tiếp xúc với không khí và cũng rất dễ mất đi khi bị nung
nóng. Chiều dày lớp này khoảng 2
ữ
3 A
0
(một A
0
=10
-8
cm).
* Lớp thứ hai là lớp bị ôxi hoá, lớp này có chiều dày khoảng 40
ữ
80A
0
.
* Lớp thứ ba là lớp kim loại bị biến dạng có chiều dày khá lớn 50 000A
0
,

mức độ biến dạng giảm dần theo chiều sâu của lớp. Lớp này có độ cứng khá
cao, độ cứng tăng khi mức độ biến dạng của lớp tăng, lớp này đợc gọi là lớp
cứng nguội.
3. Khái niệm về độ chính xác gia công cơ khí
3.1. Khái niệm về tính lắp lẫn và dung sai
Hiện nay trong các ngành công nghiệp nói chung và ngành cơ khí nói
riêng một sản phẩm máy móc có thể đợc chế tạo từ nhiều cơ sở sản xuất khác
nhằm chuyên môn hoá để tăng năng suất. Tuy nhiên các chi tiết cùng loại
phải có khả năng thay thế cho nhau.
Ví dụ:
- Các đai ốc cung cỡ ren phải vặn vào đợc với bulông cùng cỡ ren đó.
- Những vòng bi cùng số hiệu phải lắp vừa vào trục vào ổ của máy nhất
định.
Điều đó có nghĩa rằng các chi tiết cùng loại muốn thay thế đợc cần đạt hai
yêu cầu sau:
+ Khi thay thế cho nhau không cần lựa chọn mà lấy một chi tiết bất kỳ
trong các chi tiết cùng loại.
+ Khi thay thế không cần sửa chữa hoặc gia công gì thêm.
Những chi tiết đạt hai yêu cầu trên thì có tính lắp lẫn. Nh vậy các chi tiết
lắp lẫn phải bảo đảm yêu cầu kỹ thuật cho trong bản vẽ thiết kế. Nói cách
khác là kích thớc của các chi tiết lắp lẫn chỉ đợc sai lệch trong phạm vi cho
phép nào đó, phạm vi cho phép đó gọi là dung sai

(hình 1.3)
6
Để đảm bảo yêu cầu làm
việc, kích thớc của chi tiết phải
nằm giữa hai kích thớc giới
hạn cho phép, hiệu hai kích th-
ớc này là dung sai:

= D
max
-
D
min
hoặc có thể viết:
IT=ES(e
s
)+EI(e
i
). Trong đó IT,
ES, es, EI, ei là ký hiệu dung
sai, sai lệch trên, sai lệch dới
theo tiêu chuẩn ISO. ES, EI
biểu thị cho lỗ còn e
s
, e
i
biểu
thị cho trục.
Để thuận tiện cho sử dụng,
trên các bản vẽ kỹ thuật thờng
ghi kích thớc danh nghĩa của chi tiết có kèm dung sai.
Kích thớc danh nghĩa sử dụng trong thiết kế phải đợc chọn tơng ứng với
kích thớc trong TCVN. Việc chọn kích thớc danh nghĩa theo tiêu chuẩn cho
phép giảm số lợng, chủng loại các dụng cụ cắt gọt và đo lờng, tạo điều kiện
phân loại các quá trình công nghệ và đơn giản hoá sản xuất.
Để thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật đối với các chi tiết riêng biệt và để lắp
ghép chúng theo yêu cầu của mối ghép, mỗi kích thớc danh nghĩa cần có một

dãy các trị sô dung sai và sai lệch cơ bản đặc trng cho vị trí của các dung sai
này so với kích thớc danh nghĩa (đờng không ở hình 1.4).
Dung sai có trị số phụ thuộc vào kích thớc danh nghĩa, cấp chính xác và đ-
ợc ký hiệu bằng các chữ số. TCVN quy định 19 cấp chính xác theo thứ tự độ
chính xác giảm dần: 01, 0, 1, 2,..., 17. Sai lệch trên (và dới) là hiệu đại số
giữa kích thớc giới hạn lớn nhất (và nhỏ nhất) với kích thớc danh nghĩa. Sai
lệch cơ bản là sai lệch trên hoặc dới gần với đờng không (hình 1.4)
Các sai lệch cơ bản theo TCVN và ISO đợc ký hiệu bởi một chữ cái (hoặc
trong một số trờng hợp bởi hai chữ cái), chữ in hoa dùng cho lỗ, chữ in thờng
dùng cho trục.
* Trị số dung sai và sai lệch cơ bản xác định miền dung sai:
Miền dung sai theo TCVN và ISO đợc ký hiệu bởi một chữ (ký hiệu sai
lệch cơ bản và một số (ký hiệu dung sai). Ví dụ: đối với lỗ H7, H11, D6...
còn đối với trục g6, f5, e6.....
Trên các bản vẽ kỹ thuật, mỗi kích thớc cần quy định dung sai theo TCVN
và ISO đợc ký hiệu nh sau: 18H7, 40g6, 40H11... trong đó số đầu là kích th-
ớc danh nghĩa, chữ và số tiếp theo là ký hiệu miền dung sai.
Mối ghép đợc hình thành do sự lắp ghép của hai chi tiết. Tính chất của mối
ghép đợc đặc trng bởi hiệu các kích thớc của hai chi tiết trớc khi lắp ghép
nghĩa là bởi trị số của độ hở hoặc độ dôi của mối ghép.
7
Hình 1.3 Sơ đồ biểu diễn kích thước và dung sai
Đường tâm chi tiết
Kích thước bé nhất D
min
Kích thước lớn nhất D
max
Kích thước danh nghĩa D
n
Hình 1.4 Miền dung sai của hệ trục và lỗ

Trục là tên gọi đợc dùng để ký hiệu các bề mặt trụ ngoài bị bao của chi
tiết.
Lỗ là tên gọi đợc dùng để ký hiệu các bề mặt trụ trong của chi tiết.
Trục cơ bản là trục mà sai lệch trên của nó bằng không.
Lỗ cơ bản là lỗ mà sai lệch dới của nó bằng không.
Kích thớc danh nghĩa của mối ghép là kích thớc danh nghĩa chung cho cả
lỗ và trục. Dung sai lắp ghép là tổng dung sai của lỗ và trục.
Độ hở là hiệu giữa các kích thớc của lỗ và trục nếu kích thớc của lỗ lớn
hơn kích thớc của trục. Lắp ghép này đợc gọi là lắp ghép lỏng.
Độ dôi là hiệu giữa các kích thớc của trục và lỗ nếu kích thớc củaổtục lớn
hơn kích thớc của lỗ. Lắp ghép này đợc gọi là lắp ghép chặt.
3.2 Khái niệm về độ chính xác gia công
8
Kích thước danh nghĩa Kích thước danh nghĩa
Độ chính xác gia công của chi tiết là đặc tính cơ bản của ngành chế tạo máy
nhằm đáp ứng yêu cầu của máy móc là cần độ chính xác để chịu đợc tải
trọng lớn, tốc độ cao, áp lực và nhiệt độ lớn ...
Độ chính xác gia công là mức độ đạt đợc độ chính xác thiết kế đề ra khi
gia công chi tiết. Độ chính xác gia công đợc biểu thị bằng sai lẹch về kích th-
ớc và sai lệch về hình dáng. Sai lệch gia công càng lớn tức là độ chính xác
gia công càng kém.
Sai lệch kích thớc đợc biểu thị bằng dung sai, còn sai lệch hình dáng đợc
chia làm 3 loại:
* Sai lệch hình dáng hình học là sự sai lệch về hình dáng thực của chi tiết
gia công so với hình dáng chi tiết thiết kế. Ví dụ: độ phẳng, độ côn, độ ô van.
* Sai lệch về vị trí tơng quan giữa các yếu tố hình học của chi tiết. Ví dụ:
độ không song song giữa các đờng tâm của các bề mặt hình trụ, độ không
vuông góc giữa mặt đầu và đờng tâm, v.v...
* Độ chính xác của hình dáng hình học tế vi (độ nhẵn bề mặt).
Hình 1.5 Ký hiệu quy ớc về sai số tơng quan và cách ghi trên bản vẽ

9
chơng 2
vật liệu dùng trong cơ khí
1. Tính chất chung của kim loại và hợp kim
1.1. Cơ tính
Là những đặc trng cơ học biểu thị khả năng của kim loại hay hợp kim chịu
tác dụng của tải trọng. Các đặc trng đó bao gồm:
1.1.1. Độ bền
Độ bền là khả năng của vật liệu chịu tác dụng của ngoại lực mà không bị
phá huỷ. Độ bền đợc ký hiệu bằng chữ

(xích ma).
Tuỳ theo dạng khác nhau của ngoại lực mà ta có các loại độ bền sau: độ
bền kéo (

k
); độ bền uốn(

u
); độ bền nén (

n
) v.v...
Hình 2.1 Sơ đồ mẫu đo độ bền kéo
Trên hình 2.1 giới thiệu sơ đồ đo độ bền kéo khi đặt ngoại lực P(N) trên
một thanh kim loại có diện tích tiết diện ngang F
0
(mm
2
). Giá trị độ bền kéo

tính theo công thức:
( )
2
0
/ mmN
F
P
k
=

Khi P đạt đến một giá trị nào đó làm thanh kim loại bị đứt sẽ ứng với độ
bền kéo của vật liệu đó.
Tơng tự ta cũng đo đợc độ bền uốn và độ bền nén.
1.1.2. Độ cứng
Độ cứng là khả năng của vật liệu chống lại biến dạng deo cục bộ khi có
ngoại lực tác dụng thông qua vật nén. Nếu cùng một giá trị lực nén, lõm biến
dạng trên vật đo càng lớn, càng sâu thì độ cứng của mẫu đô càng thấp.
a.Độ cứng Brinen
Để đo độ cứng Brinen ta dùng tải trọng P để ấn lên viên bi bằng thép đã
nhiệt luyện có đờng kính D lên bề mặt vật liệu muốn thử (hình 2.2).
Hình 2.2 Sơ đồ đo độ cứng Brinen
10
Đơn vị đo độ cứng Brinen HB là KG/mm
2
.
Tuỳ theo chiều dày của mẫu thử mà chọn đờng kính viên bi D = 10mm,
D=5mm hoặc D = 0,25mm (Bảng 2.1), đồng thời tuỳ theo tính chất của vật
liệu mà chọn tải trọng P cho thích hợp:
- Đối với thép và gang P = 30D
2

.
Ví dụ viên bi có D = 10mm thì P = 30.10
2
=3000KG.
- Đối với đồng và kim loại đồng P = 10D
2
.
- Đối với nhôm, babit và các hợp kim mềm khác P = 2,5D
2
.
Độ cứng Brinen đợc tính theo công thức
F
P
HB
=
trong đó F là diện tích mặt cầu của vết lõm (mm
2
)
22
2
22
dD
DD
F =

và

=
2
2
11
2
D
d
D
P
HB

trong đó D là đờng kính viên bi (mm); d là đờng kính của vết lõm (mm).
Độ cứng HB của vật liệu đợc kiểm tra không lớn hơn 450KG/mm

2
.
b. Độ cứng Rôcoen
Độ cứng Rôcoen đợc xác định bằng cách dùng tải trọng P ấn lên viên bi
bằng thép đã nhiệt luyện có đờng kính 1/16 tức là 1,587mm (thang B) hoặc
mũi côn bằng kim cơng có góc ở đỉnh 120
0
(thang C hoặc A) lên bề mặt vật
liệu thử.
Trong khi thử trị số độ cứng đợc chỉ trực tiếp ngay bằng kim đồng hồ.
Viên bi thép dùng để thử những vật liệu ít cứng còn mũi côn kim cơng
dùng để thử các vật liệu có độ cứng cao nh thép đã nhiệt luyện. Tải trọng thử
đợc tác dụng hai lần: tải trọng sơ bộ P
0
=10KG, sau đó đến tải trọng chính P.
Đối với viên bi thép thì P=100KG (xem bảng 2.1, thang B trên đồng hồ, màu
đỏ); còn đối với mũi côn kim cơng thì P=60KG (xem thang A trên đồng hồ,
màu đen).
11