Bài giảng Chi tiết máy - Chương 1: Những vấn đề cơ bản - Nguyễn Minh Quân

CHI TIẾT MÁY 1 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Cơ sở thiết kế máy - Trịnh Chất 2. Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí (1,2) – Trịnh Chất, Lê Văn Uyển 3. Chi tiết máy (1,2) – Nguyễn Trọng Hiệp 2 https://sites.google.com/site/quannm187/ Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ Chỉ tiêu: - Năng suất, độ tin cậy, tuổi thọ - Chi phí - An toàn 3 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ => Nội dung thiết kế máy: 1. Xác định nguyên tắc hoạt động, chế độ làm việc 2. Lập hồ sơ 3. Xác định tải trọng 4. Chọn vật liệu 5. Tính toán thiết kế => kích thước Xác định hình dạng kích thước cụ thể (khả năng làm việc, TC, ) 6. Lập thuyết minh, hướng dẫn Kinh tế Kỹ thuật 4 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 1. Khái niệm - Chi tiết máy: đơn vị nhỏ nhất hợp thành của máy (không nguyên công lắp ráp) 5 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ - Nhóm tiết máy: Σ các chi tiết Ưu điểm: - Dễ thay thế - Dễ chế tạo - Tiết kiệm kim loại quý - Bộ phận máy: Σ các chi tiết, nhóm tiết (Hộp giảm tốc) - Máy §1. Giới thiệu chung 6 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 2. Phân loại - CTM có công dụng chung - CTM có công dụng riêng 3. Học phần Chi tiết máy - Nguyên lý làm việc, kết cấu - Phương pháp tính toán thiết kế §1. Giới thiệu chung 7 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ §2. Tải trọng và ứng suất 1. Tải trọng Khái niệm P Tải trọng làm việc 8 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ Phân loại * Thay đổi theo thời gian - Tải trọng tĩnh - Tải trọng thay đổi - Tải trọng va đập * Tính toán - Tải trọng danh nghĩa - Tải trọng tương đương - Tải trọng tính toán §2. Tải trọng và ứng suất 9 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 2. Ứng suất Đặc tính thay đổi ứng suất Ứng suất không đổi Ứng suất thay đổi => chu kỳ ứng suất, chu trình thay đổi ứng suất Chế độ bình ổn Chế độ không bình ổn §2. Tải trọng và ứng suất 10 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ Loại ứng suất §2. Tải trọng và ứng suất 11 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ Ứng suất dập 𝜎𝑑 = 𝐹 𝑙. 𝑑 §2. Tải trọng và ứng suất 12 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ Ứng suất tiếp xúc 𝜎𝐻 = 𝑍𝑀 . 𝑞𝐻 2𝜌 𝑍𝑀 = 2𝐸1𝐸2 𝜋[𝐸1 1 − 𝜇2 2 + 𝐸2 1 − 𝜇1 2 𝜌 = 𝜌1𝜌2 𝜌1 ± 𝜌2 §2. Tải trọng và ứng suất 13 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 𝜎𝐻 = 0,388 3 𝐹𝑛𝐸2 𝜌2 §2. Tải trọng và ứng suất 14 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ §3. Các chỉ tiêu về khả năng làm việc 1. Độ bền - Khả năng tiếp nhận tải trọng của CTM mà không bị phá hỏng - Tác hại - 2 loại: + Độ bền tĩnh + Độ bền mỏi - Điều kiện đảm bảo độ bền: σ ≤ [σ] τ ≤ [τ] S ≥ [S] với [S] = σgh/[σ] - Biện pháp tăng bền 15 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 2. Độ cứng - Khả năng cản lại sự thay đổi hình dạng dưới tác dụng tải trọng - Tác hại - Điều kiện đảm bảo độ cứng: y ≤ [y] θ ≤ [θ] - Biện pháp tăng cứng §3. Các chỉ tiêu về khả năng làm việc 16 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 3. Độ bền mòn - Mòn: kết quả tác dụng của ứng suất tiếp xúc hay áp suất khi các bề mặt tiếp xúc trượt tương đối với nhau mà không đủ dầu bôi trơn - Tác hại - Điều kiện đảm bảo độ bền mòn §3. Các chỉ tiêu về khả năng làm việc 17 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 4. Độ chịu nhiệt - Khả năng chi tiết máy có thể làm việc trong phạm vi nhiệt độ cần thiết mà khong bị nung nóng quá mức cho phép - Tác hại + Làm cong vênh, thay đổi khe hở giữa các chi tiết + Giảm độ bền (giòn) + Giảm độ nhớt - Điều kiện đảm bảo độ chịu nhiệt §3. Các chỉ tiêu về khả năng làm việc 18 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 5. Độ ổn định dao động - Khả năng CTM có thể làm việc trong phạm vi vận tốc mà không bị rung quá mức cho phép - Tác hại - Điều kiện đảm bảo §3. Các chỉ tiêu về khả năng làm việc 19 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 1. Hiện tượng phá hủy mỏi 3 giai đoạn: - Xuất hiện vết nứt tế vi - Phát triển - Hỏng 20 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 2. Đường cong mỏi 𝜎𝑚𝑁 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 21 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 3. Đồ thị ứng suất giới hạn 22 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 4. Các yếu tố ảnh hưởng độ bền mỏi - Hình dạng kết cấu Thay đổi tiết diện => tập trung ứng suất hệ số tập trung ứng suất 𝛼𝜎 = 𝜎𝑚𝑎𝑥 𝜎 ;𝛼𝜏 = 𝜏𝑚𝑎𝑥 𝜎 𝑘𝜎 = 𝜎𝑟 𝜎𝑟𝑐 ; 𝑘𝜏 = 𝜏𝑟 𝜏𝑟𝑐 r 23 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ - Kích thước tuyệt đối Ảnh hưởng Hệ số kích thước tuyệt đối: 𝜀𝜎 = 𝜎𝑟𝑑 𝜎𝑟𝑑0 ; 𝜀𝜏 = 𝜏𝑟𝑑 𝜏𝑟𝑑0 24 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ - Công nghệ gia công bề mặt Hệ số trạng thái bề mặt β: tỉ số giữa giới hạn mỏi của mẫu có trạng thái bề mặt giống chi tiết và giới hạn mỏi của mẫu có bề mặt không được gia công tăng bền 25 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ - Trạng thái ứng suất Ảnh hưởng của ứng suất trung bình 26 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 5. Các biện pháp nâng cao độ bền mỏi Biện pháp kết cấu Biện pháp công nghệ 27 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 1. Khái niệm - Khả năng sản phẩm thực hiện chức năng và duy trì trong thời gian xác định - Không đảm bảo tin cậy => thiệt hại - Đặc biệt trong dây chuyền sản xuất 28 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 2. Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy - Xác suất làm việc không hỏng Xác suất không xảy ra hỏng hóc trong thời gian đã định 𝑅(𝑡) = 𝑁𝑡 𝑁𝑐 = 𝑁𝑐 −𝑁𝑐ℎ 𝑁𝑐 = 1 − 𝑄(𝑡) 𝑅(𝑡) = 𝑖=1 𝑛 𝑅𝑖(𝑡) 29 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ - Cường độ hỏng Tỉ số giữa số hỏng hóc trong 1 đơn vị thời gian và tổng số chi tiết sử dụng tại thời điểm đó 𝜆 𝑡 = Δ𝑁𝑡ℎ 𝑁𝑡Δ𝑡 30 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ - Tuổi thọ Khoảng thời gian hoạt động của chi tiết (máy) từ khi bắt đầu hoạt động cho đến khi hỏng γ = 100 R(t) (%) - Hệ số sử dụng Ks = tlv/T = tlv / (tlv + tc + tp) 31 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 3. Phương pháp nâng cao độ tin cậy Thiết kế Chế tạo Sử dụng 32 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 1. Đặc điểm - Thiết kế Kiểm nghiệm - Chọn trước thông số => thông số đặc trưng - Công thức lý thuyết + hệ số 33 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 2. Chọn vật liệu Yêu cầu - Chỉ tiêu về khả năng làm việc - Khối lượng, kích thước - Điều kiện sử dụng - Tính công nghệ phù hợp - Giá thành 34 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ Các loại vật liệu 35 Kim loại đen Kim loại gốm Phi kim Kim loại màu Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 3. Xác định ứng suất cho phép [σ] = σgh / S Xác định ứng suất giới hạn - Ứng suất tĩnh: + Vật liệu dẻo: σgh = σch (giới hạn chảy) + Vật liệu giòn: σgh = σb (giới hạn bền) - Ứng suất thay đổi ổn định N > N0: σgh = σr N < N0: 𝜎𝑔ℎ = 𝜎𝑟 . 𝑚 𝑁0 𝑁 36 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ - Ứng suất thay đổi không ổn định - NE ≥ N0: σgh = σr - NE < N0: 𝜎𝑔ℎ = 𝜎𝑟 . 𝑚 𝑁0 𝑁𝐸 '' 0 ' 1 1 ' ' 1 1 1 1 1 1 1 1 ) . ( n mmn n i i mi i i i i im m i ii i i i i n m m m m i i i r E m n E i i ii i co NN N N N N N N N N N nst N N                                      37 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ Xác định hệ số an toàn S = S1 S2 S3 Tải trọng, ứng suất 1,2 – 1,5 Cơ tính vật liệu 1,5 – 2,5 Mức độ quan trọng 1 – 1,5 38 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/