Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy
Slide 1
Trần Thiên Phúc
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy
Chương 2
Slide 2
2.1 Yêu cầu chung của máy TK
2.2 Độ bền
2.3 Độ cứng
2.4 Độ bền mòn
2.5 Khả năng chịu nhiệt
2.6 Dao động và tiếng ồn
2.7 Độ tin cậy
2.8 Tối ưu hóa kết cấu
2.9 Lựa chọn vật liệu trong TKM
2.10 Tính công nghệ của CTM
2.11 Dung sai và lắp ghép
2.12 Độ nhám bề mặt
2.13 Tiêu chuẩn hóa trong TKM
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy
Trần Thiên Phúc
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy
Slide 3
2.1 Yêu cầu chung của máy thiết kế:
Những yêu cầu chung về thiết kế chế tạo:
Bảo yêu
Những
đảmcầu
khảchung
năng về
làmvận
việchành:
Tính
Độ tincông
cậy cao
nghệ cao
Những yêu cầu chung về xã hội:
Mức
Năngđộ
suất
quymáy
cách hóa, tiêu chuẩn hóa cao
An
Mức
Giátoàn
thành
máy
độ tiêu
hao nguyên vật liệu
Thuận
tiệnphát
Khả
Giá thành
gia công
năng
minh sáng chế
mỹ gia công
Thẩm
Chất lượng
trường
Môi
Tỷ suất
lợi nhuận
Tính cơ động của máy
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy
Trần Thiên Phúc
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy
Slide 4
2.2 Độ bền:
2.2.1 Khái niệm cơ bản:
Những dạng hỏng chủ yếu liên quan đến độ bền của chi tiết máy:
Phá hủy mỏi
Biến dạng dẽo
Lão hóa
Phá hủy giòn
Phân loại độ bền của chi tiết máy theo vị trí:
Độ bền thể tích
Độ bền tiếp xúc
Phân loại độ bền của chi tiết máy theo tính chất tải trọng ngoài:
Độ bền tĩnh
Độ bền mỏi
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy
Trần Thiên Phúc
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy
Slide 5
2.2 Độ bền:
2.2.1 Khái niệm cơ bản:
Các phương pháp tính toán độ bền của chi tiết máy:
Theo ứng suất cho phép
Theo hệ số an toàn
Theo độ tin cậy
Điều kiện bền cơ bản:
Ba bài toán cơ bản liên quan đến độ bền:
Kiểm tra bền
Thiết kế
Xác định khả năng chịu tải
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy
Trần Thiên Phúc
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy
Slide 6
2.2 Độ bền:
2.2.2 Tải trọng và ứng suất:
Phân loại tải trọng theo thời gian:
Tải không đổi
Tải thay đổi
Tải va đập
Phân loại tải trọng trong tính toán:
Tải danh nghĩa
Tải tương đương
Tải tính toán
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy
Trần Thiên Phúc
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy
Slide 7
2.2 Độ bền:
2.2.2 Tải trọng và ứng suất:
Phân loại ứng suất theo tính chất tải trọng ngoài:
Ứng suất tĩnh
Ứng suất thay đổi
Chu kỳ ứng suất:
Không đổi (ổn định), các đặc trưng:
Biên độ ứng suất
Giá trị trung bình
Tỷ số ứng suất
Thay đổi (không ổn định)
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy
Trần Thiên Phúc
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy
Slide 8
2.2 Độ bền:
2.2.2 Tải trọng và ứng suất:
Ứng suất tiếp xúc:
Ứng suất tiếp xúc
Ứng suất dập
Bề mặt tiếp xúc
Sự phân bố của ứng suất tiếp xúc
Ứng suất tiếp xúc:
Công thức Hertz
Với vật liệu kim loại
Hình trụ tiếp xúc với mặt phẳng
Hình cầu tiếp xúc với mặt phẳng
Chu kỳ của ứng suất tiếp xúc và hiện tượng tróc rỗ bề mặt.
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy
Trần Thiên Phúc
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy
Slide 9
2.2 Độ bền:
2.2.3 Ứng suất cho phép và hệ số an toàn:
Ứng suất cho phép và tính toán thiết kế theo ứng suất cho phép
Ứng suất giới hạn (bền, chảy và mỏi) và tính toán thiết kế theo độ tin
cậy
Trường hợp ứng suất không đổi:
Công thức tính ứng suất cho phép
Công thức gần đúng tính ứng suất cho phép
Trường hợp ứng suất thay đổi:
Công thức tính ứng suất cho phép
Công thức tính giới hạn mỏi theo tính chất của chu kỳ ứng suất
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy
Trần Thiên Phúc
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy
Slide 10
2.2 Độ bền:
2.2.3 Ứng suất cho phép và hệ số an toàn:
Hệ số tuổi thọ:
Công thức tính hệ số tuổi thọ
Khi số chu kỳ làm việc lớn hơn số chu kỳ cơ sở
Hệ số an toàn: là tỉ số giữa ứng suất giới hạn và ứng suất lớn nhất
Khi ứng suất không đổi
Khi ứng suất thay đổi
Với trạng thái ứng suất phức tạp
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy
Trần Thiên Phúc
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy
Slide 11
2.2 Độ bền:
2.2.4 Giới hạn mỏi và số chu kỳ làm việc tương đương:
Đồ thị tương quan giữa giới hạn mỏi và số chu kỳ làm việc tương đương
Số chu kỳ làm việc tương đương:
Ứng suất không đổi theo thời gian
Ứng suất thay đổi theo thời gian
Ứng suất thay đổi liên tục theo thời gian
2.2.5 Các phương pháp nâng cao độ bền mỏi:
Các biện pháp kết cấu thiết kế: giảm hiện tượng tập trung ứng suất
Các biện pháp công nghệ:
Tạo phôi đặc biệt tạo lớp bề mặt có ứng suất dư nén
Nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện bề mặt
Gia công đặt biệt tạo lớp bề mặt có ứng suất dư nén
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy
Trần Thiên Phúc
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy
Slide 12
2.3 Độ cứng:
2.3.1 Khái niệm cơ bản:
Vai trò của chỉ tiêu độ cứng trong thiết kế chi tiết máy
Độ cứng thể tích
Độ cứng tiếp xúc
2.3.2 Tính toán độ cứng:
Độ cứng thể tích
Độ cứng tiếp xúc:
Giữa con lăn và mặt phẳng (công thức Belaev)
Có tính đến nhấp nhô tế vi (công thức Votinov)
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy
Trần Thiên Phúc
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy
Slide 13
2.3 Độ cứng:
2.3.3 Các phương pháp nâng cao độ cứng:
Dùng vật liệu hợp lý (Module đàn hồi tỉ lệ thuận với độ cứng)
Chọn hình dạng tiết diện ngang hợp lý
Chọn kết cấu chịu tải hợp lý (kết cấu đối xứng, ưu tiên kéo nén…)
Sử dụng và phân bố các ổ trục hợp lý để tăng độ cứng tiếp xúc
Dùng đối trọng để tạo biến dạng ngược bù trừ
Phối hợp hợp lý về độ cứng của các chi tiết máy trong cùng hệ thống
Giảm biến dạng cục bộ của các chi tiết vỏ, thân hộp
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy
Trần Thiên Phúc
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy
Slide 14
2.4 Độ bền mòn:
2.4.1 Khái niệm cơ bản:
Đường cong mòn theo thời gian
Đại lượng đặc trưng cho quá trình mòn:
Lượng mòn
Cường độ mòn
Cường độ mòn đối với các bộ truyền ăn khớp
Tác hại lên chi tiết máy của quá trình mòn:
Giảm độ chính xác
Giảm hiệu suất
Giảm độ bền
Tăng tiếng ồn
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy
Trần Thiên Phúc
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy
Slide 15
2.4 Độ bền mòn:
2.4.2 Tính toán độ bền mòn:
Theo áp suất cho phép
Đường cong mòn
2.4.3 Các biện pháp giảm mòn:
Sử dụng vật liệu hợp lý
Giảm tải ở các bề mặt chịu ma sát
Bôi trơn, làm nguội tốt
Giảm lượng hạt mài rơi vào vùng ma sát
Thay ma sát trượt bằng ma sát lăn
Bảo đảm mòn đều ở các chi tiết trong cùng hệ thống
Chuyển mòn vào các chi tiết rẻ tiền, dễ điều chỉnh hoặc thay thế
Sử dụng các kết cấu để điều chỉnh khe hở khi mòn
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy
Trần Thiên Phúc
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy
Slide 16
2.5 Khả năng chịu nhiệt:
Nguồn sinh nhiệt trong máy móc
Tác hại của nhiệt trên máy móc, thiết bị:
Giảm độ bền
Giảm tính năng bôi trơn của dầu bôi trơn
Thay đổi các khe hở làm việc
Thay đổi tính chất của bề mặt làm việc
Giảm độ chính xác của máy
Các biện pháp nâng cao khả năng chịu nhiệt của chi tiết máy:
Tính toán cân bằng nhiệt cho máy
Sử dụng vật liệu chịu nhiệt
Sử dụng hệ thống bôi trơn, làm mát
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy
Trần Thiên Phúc
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy
Slide 17
2.6 Dao động và tiếng ồn:
Ảnh hưởng của dao động trên hoạt động của thiết bị
Tính toán tần số riêng phải được tiến hành cho toàn hệ thống chứ
không cho từng chi tiết máy riêng lẻ
Tiếng ồn sinh ra do va đập với nhau của các bộ phận trong máy móc
thiết bị
Các biện pháp chống ồn cho máy móc thiết bị:
Tăng độ chính xác và chất lượng gia công
Sử dụng các kết cấu có khả năng giảm hiện tượng va đập
Sử dụng vật liệu có ma sát nội cao
Sử dụng các bộ phận giảm chấn
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy
Trần Thiên Phúc
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy
Slide 18
2.7 Độ tin cậy:
Cơ sở để tính toán độ tin cậy bằng lý thuyết xác suất
Chỉ tiêu độ tin cậy rất quan trọng đối với các máy hoặc dây chuyền mà
sự hỏng hóc của một chi tiết sẽ dẫn đến ngưng trệ cho toàn hệ thống
Các tính toán kinh tế dựa trên độ tin cậy của thiết bị
Các biện pháp nâng cao độ tin cậy:
Máy càng đơn giản ít chi tiết càng tốt
Các chi tiết máy của hệ thống nên có độ tin cậy gần bằng nhau
Sử dụng các chi tiết tiêu chuẩn (độ phân tán tuổi thọ nhỏ, chất
lượng cao, dễ tìm cho việc thay thế)
Thiết kế các chi tiết dễ hỏng sao cho dễ thay thế, sửa chữa
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy
Trần Thiên Phúc
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy
Slide 19
2.8 Tối ưu hóa kết cấu:
2.9 Lựa chọn vật liệu trong thiết kế máy:
2.10 Tính công nghệ của chi tiết máy:
Thí dụ về tạo phôi
Thí dụ về gia công vừa đúng các bề mặt cần thiết
Thí dụ về giảm nguyên công trong gia công phẳng
Thí dụ về giảm nguyên công trong gia công lỗ
Thí dụ về lắp ráp
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy
Trần Thiên Phúc
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy
2.11 Dung sai và lắp ghép:
Dung sai
+0,025
25 -0,005
Lắp ghép
H7/k6
Biểu diễn lỗ
Slide 20
A
u
D
s
H
H7/k6
h
Biểu diễn trục H7/k6
Hệ thống lỗ
H7/k6, H9/d9, H7/h6
Hệ thống trục D11/h11, P9/h9, E9/f8
Lắp có độ dôi
d
a
S
U
H7/p6, H7/r6, H7/u8…
Lắp có khe hở H7/e8, H7/g6, H7/h6…
Lắp trung gian H7/js6, H7/k6, H7/n6…
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy
Trần Thiên Phúc
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy
Slide 21
2.12 Độ nhám bề mặt:
Cấp độ nhám
Các cấp độ nhám bề mặt
Ra
Rz
1
320
2
160
2.13 Tiêu chuẩn hóa trong thiết kế:
Những lợi điểm của tiêu chuẩn
hóa:
3
80
Giảm chủng loại chi tiết 4máy thiết kế
40
5
(5)
Tăng chất lượng sản phẩm,
tuổi thọ chi tiết máy
20
Bảo đảm tính lắp lẫn
6
2,5
7
1,25
Giảm công sức thiết kế 8
9
Các cấp tiêu chuẩn tại Việt Nam:
10
Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN
0,63
0,32
(0,16)
0,63
11
0,32
Tiêu chuẩn ngành TCN 12
0,16
13
0,08
14
0,04
Tiêu chuẩn vùng TCV
Tiêu chuẩn cơ sở TC
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy
Trần Thiên Phúc