Bài giảng Cơ sở thiết kế máy - Phần I: Những vấn đề cơ bản trong thiết kế máy và chi tiết máy - Chương 1,2,3

Nội dung text: Bài giảng Cơ sở thiết kế máy - Phần I: Những vấn đề cơ bản trong thiết kế máy và chi tiết máy - Chương 1,2,3

1. §¹i häc ®µ n½ng TR¦êng ®¹i häc b¸ch khoa khoa s− ph¹m kü thuËt ¶ · Bµi gi¶ng C¬ së thiÕt kÕ m¸y PhÇn I dïng cho sinh viªn CHUY£N NGµNH C¥ KHÝ CHÕ T¹O M¸Y (L¦U HµNH NéI Bé) Biªn so¹n : L£ CUNG - bé m«n nguyªn lý – chi tiÕt m¸y F ®µ n½ng 2007 G
2. PHÁÖN I NHÆÎNG VÁÚN ÂÃÖ CÅ BAÍN TRONG THIÃÚT KÃÚ MAÏY VAÌ CHI TIÃÚT MAÏY CHÆÅNG I ÂAÛI CÆÅNG VÃÖ THIÃÚT KÃÚ MAÏY VAÌ CHI TIÃÚT MAÏY 1.1. Caïc váún âãö chung 1. Maïy, bäü pháûn maïy vaì chi tiãút maïy Mçi m¸y ®−îc cÊu t¹o bëi nhiÒu bé phËn m¸y. Mçi bé phËn m¸y l¹i gåm nhiÒu chi tiÕt m¸y. Chi tiÕt m¸y lµ phÇn tö cÊu t¹o ®Çu tiªn hoµn chØnh cña m¸y. VÝ dô : M¸y tiÖn gåm nhiÒu bé phËn m¸y nh− bµn m¸y, ô ®øng, ô ®éng, hép tèc ®é, bµn dao, c¬ cÊu truyÒn dÉn tõ ®éng c¬ ®Õn hép tèc ®é ô ®øng m¸y tiÖn gåm c¸c chi tiÕt m¸y nh− ô, trôc chÝnh, æ trôc, b¸nh r¨ng, trôc Trªn quan ®iÓm thiÕt kÕ, chi tiÕt ®−îc ph©n thµnh hai nhãm : - Chi tiÕt m¸y cã c«ng dông chung : bu l«ng, b¸nh r¨ng, trôc, æ trôc (chi tiÕt m¸y ®−îc dïng phæ biÕn trong c¸c lo¹i m¸y kh¸c nhau) - Chi tiÕt m¸y cã c«ng dông riªng : trôc khuûu, van, cam, b¸nh tuabin (chØ ®−îc dïng trong mét sè lo¹i m¸y nhÊt ®Þnh). M«n häc Chi tiÕt m¸y chØ nghiªn cøu c¸c chi tiÕt m¸y cã c«ng dông chung. 2. Nhæîng yãu cáöu chuí yãúu âäúi våïi maïy vaì chi tiãút maïy a) Coï hiãûu quaí sæí duûng cao - Nàng suáút cao - Hiãûu suáút cao - Tiãu thuû êt nàng læåüng - Âäü chênh xaïc cao - Chi phê vãö lao âäüng váûn haình maïy tháúp - Kêch thæåïc, troüng læåüng nhoí goün v.v. b) Yãu cáöu vãö khaí nàng laìm viãûc Hoaìn thaình caïc chæïc nàng âaî âënh, baío âaím âæåüc âäü bãön, coï tênh bãön moìn, khäng thay âäøi vãö kêch thæåïc vaì hçnh daûng (âuí âäü cæïng), chëu âæåüc nhiãût, chëu âæåüc dao âäüng v.v. c) Coï âäü tin cáûy cao Maïy âæåüc goüi laì coï âäü tin cáûy cao nãúu nhæ coï thãø thæûc hiãûn âæåüc caïc chæïc nàng nhiãûm vuû âaî âënh, âäöng thåìi caïc chè tiãu vãö sæí duûng (nhæ nàng suáút, âäü chênh xaïc, hiãûu suáút, mæïc âäü tiãu thuû nàng læåüng ) váùn âæåüc duy trç åí mæïc âäü cho pheïp trong suäút thåìi haûn sæí duûng. d) An toaìn trong sæí duûng Trong âiãöu kiãûn sæí duûng bçnh thæåìng hay khi coï sæû cäú, khäng gáy nguy hiãøm cho ngæåìi sæí duûng, khäng gáy hæ haûi cho caïc thiãút bë, nhaì cæía vaì caïc âäúi tæåüng khaïc xung quanh. e) Coï tênh cäng nghãû cao
3. Mäüt màût, chi tiãút maïy phaíi thoía maîn caïc chè tiãu chuí yãúu vãö khaí nàng laìm viãûc vaì âäü tin cáûy, màût khaïc, trong âiãöu kiãûn saín xuáút sàôn coï phaíi dãù chãú taûo, êt täún nguyãn váût liãûu vaì thåìi gian. Yãu cáöu chuí yãúu cuía tênh cäng nghãû ƒ Kãút cáúu phaíi phuì håüp våïi âiãöu kiãûn vaì quy mä saín xuáút Vê duû, trong saín xuáút âån chiãúc, voí häüp giaím täúc håüp lyï nháút laì âæåüc haìn tæì caïc táúm âån giaín; trong saín xuáút haìng loaût låïn nãn âuïc trong khuän kim loaûi hay haìn tæì caïc chi tiãút dáûp vaì caïn âënh hçnh ƒ Kãút cáúu vaì hçnh daûng phaíi håüp lyï theo quan âiãøm cäng nghãû Vê duû, kãút cáúu phaíi âån giaín, dãù chãú taûo, dãù làõp raïp; caïc bãö màût gia cäng nãn laì caïc bãö màût âån giaín nhæ màût phàóng, màût truû troìn; säú læåüng bãö màût gia cäng nãn êt, diãûn têch cáön gia cäng nhoí vaì coï thãø gia cäng bàòng caïc phæång phaïp coï nàng suáút cao ƒ Cáúp chênh xaïc vaì âäü nhàôn âuïng mæïc Cáúp chênh xaïc vaì âäü nhàôn bãö màût chi tiãút maïy caìng cao ⇒ phê täøn gia cäng caìng tàng vaì coï thãø phaíi duìng caïc thiãút bë âàûc biãût âãø gia cäng. Tuy nhiãn, khäng âæåüc haû tháúp cáúp chênh xaïc so våïi yãu cáöu cuía âiãöu kiãûn laìm viãûc cuía chi tiãút maïy. ƒ Choün phæång phaïp taûo phäi håüp lyï Phæång phaïp taûo phäi phaíi phuì håüp våïi âàûc âiãøm vãö hçnh daûng vaì kãút cáúu cuía chi tiãút maïy. Vê duû, phæång phaïp âuïc âæåüc duìng cho caïc chi tiãút maïy coï hçnh daûng phæïc taûp, thêch håüp våïi saín xuáút haìng loaût låïn. Phæång phaïp haìn thæåìng duìng âãø chãú taûo caïc kãút cáúu gäöm tæì caïc táúm, thanh, theïp goïc, theïp âënh hçnh f) Coï tênh kinh tãú cao + Thåìi gian vaì cäng sæïc thiãút kãú êt nháút + Kêch thæåïc goün nheû, khäúi læåüng nhoí, do âoï giaï thaình haû + Váût liãûu reí tiãön, dãù cung cáúp + Giaï thaình chãú taûo tháúp nháút + Nàng suáút, hiãûu suáút cao, chi phê vãö nàng læåüng tháúp, chi phê vãö bäi trån, baío dæåîng vaì sæía chæîa tháúp 3. Caïc bæåïc thiãút kãú mäüt maïy Maïy âæåüc thiãút kãú phaíi thoía maîn caïc yãu cáöu vãö kyî thuáût nhæ nàng suáút, âäü tin cáûy vaì tuäøi thoü, giaï thaình vaì troüng læåüng maïy. Ngoaìi ra, tuìy træåìng håüp cuû thãø coìn phaíi: Coï khuän khäø, kêch thæåïc nhoí goün; chuyãøn âäüng äøn âënh; laìm viãûc khäng äön; thao taïc sæí duûng dãù daìng; hçnh thæïc âeûp Coï thãø tiãún haình theo caïc bæåïc sau âáy : + Xaïc âënh nguyãn tàõc hoaût âäüng vaì chãú âäü laìm viãûc cuía maïy + Láûp så âäö chung toaìn maïy vaì caïc bäü pháûn maïy, thoaí maîn caïc yãu cáöu cho træåïc + Xaïc âënh trë säú vaì âàûc tênh taíi troüng taïc duûng lãn caïc bäü pháûn maïy + Tiãún haình tênh toaïn vãö âäüng hoüc, vãö âäüng læûc hoüc toaìn maïy; tênh toaïn thiãút kãú caïc chi tiãút maïy, tênh toaïn kinh tãú + Láûp quy trçnh cäng nghãû chãú taûo caïc chi tiãút maïy + Láûp quy trçnh cäng nghãû làõp raïp caïc bäü pháûn maïy vaì laïp raïp toaìn maïy + Láûp thuyãút minh hæåïng dáùn sæí duûng, baío dæåîng vaì sæía chæîa maïy 4. Caïc bæåïc thiãtú kãú mäüt chi tiãút maïy Baìi giaíng Cå såí thiãút kãú maïy - Pháön I - Lã Cung - Bäü män Nguyãn lyï Chi tiãút maïy - Khoa Sæ phaûm kyî thuáût 2
4. Thiãút kãú chi tiãút maïy laì mäüt pháön cäng viãûc cuía quaï trçnh thiãút kãú maïy, thæåìng tiãún haình theo trçnh tæû sau: + Láûp så âäö tênh toaïn: kãút cáúu chi tiãút maïy âæåüc âån giaín hoïa, læûc taïc duûng coi nhæ táûp trung hoàûc phán bäú theo mäüt quy luáût naìo âoï. + Xaïc âënh taíi troüng taïc duûng lãn chi tiãút maïy. + Choün váût liãûu thêch håüp âãø chãú taûo chi tiãút maïy. + Tênh toaïn caïc kêch thæåïc chênh cuía chi tiãút maïy theo caïc chè tiãu chuí yãúu vãö khaí nàng laìm viãûc (bæåïc naìy chè laì gáön âuïng, båíi vç chè dæûa trãn caïc så âäö âaî âån giaín hoïa vaì chæa âaïnh giaï mäüt caïch chênh xaïc caïc nhán täú vãö taíi troüng vaì æïng suáút). + Trãn cå såí tênh toaïn gáön âuïng, kãút håüp våïi caïc yãu cáöu vãö tiãu chuáøn hoïa, vãö làõp gheïp, vãö cäng nghãû chãú taûo vaì caïc yãu cáöu cuû thãø khaïc ⇒ xáy dæûng kãút cáúu cuû thãø cuía chi tiãút maïy, våïi âáöy âuí kêch thæåïc, dung sai, âäü nhàôn bãöì màût, caïc yãu cáöu kyî thuáût khaïc. + Kiãøm nghiãûm theo caïc chè tiãu chuí yãúu vãö khaí nàng laìm viãûc: xaïc âënh hãû säú an toaìn taûi caïc tiãút diãûn nguy hiãøm, xaïc âënh biãún daûng, nhiãût âäü trong caïc bäü pháûn maïy v.v. vaì so saïnh våïi caïc trë säú cho pheïp. Nãúu khäng thoía maîn, phaíi sæía âäøi laûi kêch thæåïc vaì kiãøm nghiãûm laûi. 5. Mäüt säú âàûc âiãøm khi tênh toaïn thiãút kãú chi tiãút maïy a) Kãút cáúu vaì âiãöu kiãûn laìm viãûc cuía chi tiãút maïy khaï phæïc taûp, taíi troüng taïc duûng lãn chi tiãút maïy khoï xaïc âënh chênh xaïc ⇒ khoï thiãút láûp âæåüc caïc cäng thæïc lyï thuyãút chênh xaïc âãø tênh toaïn chi tiãút maïy. Do váûy, thæåìng duìng caïc giaí thiãút âãø âån giaín hoïa baìi toaïn ⇒ xáy dæûng caïc cäng thæïc gáön âuïng vaì bäø sung vaìo caïc cäng thæïc naìy caïc hãû säú âiãöu chènh âãø kãø âãøn caïc âàûc âiãøm vãö kãút cáúu cuía chi tiãút maïy vaì caïc yãúu täú aính hæåíng âãún khaí nàng laìm viãûc cuía noï. Ngoaìi ra, coìn coï caïc cäng thæïc thæûc nghiãûm, hoàûc cäng thæïc kinh nghiãûm âæåüc láûp ra trãn cå såí thäúng kã nhæîng kãút quaí thu âæåüc tæì thæûc nghiãûm, hoàûc tæì kinh nghiãûm sæí duûng maïy. b) Tênh toaïn xaïc âënh kêch thæåïc chi tiãút maïy nhiãöu khi phaíi tiãún haình theo hai bæåïc : Tênh toaïn så bäü, sau âoï tênh toaïn kiãøm nghiãûm. Lyï do : thæåìng luïc âáöu chæa biãút chênh xaïc læûc taïc duûng ⇒ phaíi duìng bæåïc tênh så bäü âãø xaïc âënh mäüt caïch gáön âuïng kêch thæåïc cuía chi tiãút maïy ⇒ xáy dæûng kãút cáúu chi tiãút maïy ⇒ tênh chênh xaïc trë säú æïng suáút ⇒ tiãún haình kiãøm nghiãûm. Khi kiãøm nghiãûm, nãúu æïng suáút sinh ra nhoí hån æïng suáút cho pheïp ⇒ phaíi thay âäøi kãút cáúu vaì tênh laûi âãún khi phuì håüp. c) Mäùi chi tiãút maïy coï nhiãöu kêch thæåïc ⇒ chè tênh toaïn caïc kêch thæåïc chuí yãúu taûi caïc tiãút diãûn nguy hiãøm (chëu æïng suáút låïn), caïc kêch thæåïc coìn laûi xaïc âënh theo âiãöu kiãûn vãö kãút cáúu, cäng nghãû, làõp gheïp (dæûa vaìo kinh nghiãûm hay hæåïng dáùn trong caïc säø tay thiãút kãú). d) Cuìng mäüt näüi dung thiãút kãú, coï thãø coï nhiãöu giaíi phaïp thæûc hiãûn ⇒ nãn choün âäöng thåìi mäüt säú phæång aïn âãø tênh toaïn ⇒ so saïnh âãø choün ra phæång aïn täút nháút âaïp æïng caïc yãu cáöu kyî thuáût âãö ra. 1.2. Taíi troüng vaì æïng suáút 1. Taíi troüng taïc duûng lãn maïy vaì chi tiãút maïy ƒ Taíi troüng gäöm læûc, momen taïc duûng lãn maïy hay bäü pháûn maïy trong quaï trçnh laìm viãûc (vaì âæåüc goüi laì taíi troüng laìm viãûc). ƒ Theo âàûc tênh thay âäøi theo thåìi gian, phán thaình : Baìi giaíng Cå såí thiãút kãú maïy - Pháön I - Lã Cung - Bäü män Nguyãn lyï Chi tiãút maïy - Khoa Sæ phaûm kyî thuáût 3
5. - Taíi troüng ténh laì taíi troüng khäng thay âäøi theo thåìi gian hoàûc thay âäøi khäng âaïng kãø. - Taíi troüng thay âäøi laì taíi troüng coï cæåìng âäü, phæång hoàûc chiãöu thay âäøi theo thåìi gian. - Taíi troüng va âáûp laì taíi troüng âäüt nhiãn tàng maûnh räöi giaím ngay tæïc khàõc. ƒ Khi tênh toaïn thiãút kãú chi tiãút maïy, coìn cáön phán Q biãût taíi troüng danh nghéa, taíi troüng tæång âæång vaì taíi Q1 Hçnh 1.1 troüng tênh toaïn: - Taíi troüng danh nghéa Q laì taíi troüng âæåüc choün Q2 dn Qtd trong säú caïc taíi troüng taïc duûng lãn maïy trong chãú âäü laìm viãûc äøn âënh, thæåìng laì taíi troüng låïn hay taíi troüng Qn taïc duûng láu daìi nháút. t1 t2 tn - Taíi troüng tæång âæång Qtâ: Khi maïy laìm viãûc våïi t chãú âäü taíi troüng thay âäøi nhiãöu mæïc (hçnh 1.1) ⇒ âãø tênh toaïn thiãút kãú, ta thay thãú bàòng chãú âäü taíi troüng mäüt mæïc (khäng âäøi) vaì goüi laì taíi troüng tæång âæång : Qtd = kN . Qdn kN : hãû säú tuäøi thoü, phuû thuäüc âäö thë thay âäøi taíi troüng vaì taíi troüng naìo trong caïc taíi troüng thay âäøi âæåüc choün laìm taíi troüng danh nghéa. - Taíi troüng tênh toaïn Qtt laì taíi troüng tæång âæång, coï kãø thãm aính hæåíng cuía âàûc tênh phán bäú khäng âãöu cuía taíi troüng trãn caïc bãö màût tiãúp xuïc, tênh cháút taíi troüng (taíi troüng thay âäøi hay taíi troüng ténh), âiãöu kiãûn laìm viãûc thæûc tãú Qtt = Qtâ . Ktt . Kâ . Kâk Ktt : hãû säú xeït âãún sæû phán bäú khäng âãöu cuía taíi troüng trãn caïc bãö màût tiãúp xuïc. Kâ : hãû säú taíi troüng âäüng. Kâk : hãû säú phuû thuäüc vaìo âiãöu kiãûn laìm viãûc thæûc tãú. 2. ÆÏng suáút ƒ Dæåïi taïc duûng cuía taíi troüng, trong chi tiãút maïy xuáút hiãûn æïng suáút. σ ƒ ÆÏng suáút coï thãø laì æïng suáút ténh (khäng thay âäøi theo thåìi gian, hoàûc trë σa σ σ säú thay âäøi khäng âaïng kãø) hoàûc æïng max m σ suáút thay âäøi (trë säú hoàûc chiãöu hoàûc caí a trë säú vaì chiãöu thay âäøi theo thåìi gian). Hçnh 1.2 t ƒ ÆÏng suáút thay âäøi âæåüc âàûc træng σmin bàòng chu trçnh thay âäøi æïng suáút. Mäüt voìng thay âäøi æïng suáút qua giaï trë låïn T nháút, nhoí nháút räöi vãö giaï trë ban âáöu âæåüc goüi laì mäüt chu trçnh æïng suáút. Thåìi gian thæûc hiãûn mäüt chu trçnh âæåüc goüi laì mäüt chu kyì æïng suáút (hçnh 1.2). Chu trçnh æïng suáút âæåüc âàûc træng bàòng : σ −σ + Biãn âäü æïng suáút : σ= max min a 2 σ +σ + ÆÏng suáút trung bçnh : σ= max min m 2 Baìi giaíng Cå såí thiãút kãú maïy - Pháön I - Lã Cung - Bäü män Nguyãn lyï Chi tiãút maïy - Khoa Sæ phaûm kyî thuáût 4
6. σ + Hãû säú chu trçnh æïng suáút : r = min σmax Khi r = -1 ⇒ chu trçnh âäúi xæïng (hçnh 1.3) ⇒ σm = 0 ; σa = σmax = - σmin σ Khi r = 0 ⇒ chu trçnh maûch âäüng (hçnh 1.4) ⇒ σ = 0 ; σ=σ= max min ma 2 Khi r > 0 ⇒ chu trçnh æïng suáút khäng âäúi xæïng cuìng dáúu. Khi r < 0 ⇒ chu trçnh æïng suáút khäng âäúi xæïng khaïc dáúu. Khi r = 0 ⇒ æïng suáút khäng thay âäøi. σ σ σ max σmax σa t σa σm σm σa σa σmin σmin Hçnh 1.3 Hçnh 1.4 t T T ƒ ÆÏng suáút coï thãø thay âäøi äøn âënh (σa va ì σm khäng thay âäøi theo thåìi gian) hay khäng äøn âënh (σa va ì σm hoàûc mäüt trong hai âaûi læåüng naìy thay âäøi theo thåìi gian). ƒ Taíi troüng taïc duûng gáy ra trong chi tiãút maïy caïc loaûi æïng suáút: æïng suáút phaïp (keïo σk , neïn σn , uäún σF), æïng suáút tiãúp (càõt τc , xoàõn τ), æïng suáút dáûp σd, æïng suáút tiãúp xuïc σH , ÆÏng suáút keïo, neïn, uäún, càõt, xoàõn xuáút hiãûn trãn tæìng chi tiãút, coìn æïng suáút dáûp vaì æïng suáút tiãúp xuïc xuáút hiãûn khi caïc chi tiãút maïy træûc tiãúp tiãúp xuïc vaì coï taïc duûng tæång häù våïi nhau. ÆÏng suáút dáûp xuáút hiãûn taûi chäù tiãúp xuïc coï diãûn têch tiãúp xuïc låïn, coìn æïng suáút tiãúp xuïc xuáút hiãûn taûi chäù tiãúp xuïc khi diãûn têch tiãúp xuïc nhoí so våïi kêch thæåïc cuía caïc chi tiãút. 1.3. Âäü bãön moíi cuía chi tiãút maïy 1. Hiãûn tæåüng phaï huyí do moíi σ σK σm.N = const σr Hçnh 1.6 N NK N0 Hçnh 1.5 ƒ Quan saït caïc chi tiãút maïy chëu æïng suáút thay âäøi theo thåìi gian seî tháúy quaï trçnh phaï huíy moíi bàõt âáöu tæì caïc vãút næït tãú vi taûi vuìng chëu æïng suáút låïn hoàûc nhæîng nåi coï khuyãút táût cuía váût liãûu. Khi säú chu trçnh laìm viãûc tàng lãn ⇒ caïc vãút næït vç moíi phaït triãøn dáön caí bãö räüng láùn Baìi giaíng Cå såí thiãút kãú maïy - Pháön I - Lã Cung - Bäü män Nguyãn lyï Chi tiãút maïy - Khoa Sæ phaûm kyî thuáût 5
7. bãö sáu, laìm giaím dáön diãûn têch chëu taíi cuía cho tiãút maïy, do âoï laìm tàng giaï trë æïng suáút, cho âãún khi chi tiãút maïy khäng coìn âuí sæïc bãön ténh thç noï bë phaï hoíng. Hiãûn tæåüng noïi trãn goüi laì hiãûn tæåüng phaï huyí moíi vaì khaí nàng cuía chi tiãút maïy caín laûi sæû phaï huíy moíi âæåüc goüi laì âäü bãön moíi. Vãút gaîy do moíi thæåìng bao gäöm hai vuìng (hçnh 1.5): Mäüt vuìng tæång âäúi mën, haût nhoí laì vuìng phaït sinh vaì phaït triãøn vãút næït våïi täúc âäü cháûm sau mäüt säú låïn chu kyì chëu taíi, coìn vuìng kia thä hån, haût to hoàûc coï thåï, phaït triãøn nhanh chè sau mäüt säú nhoí chu kyì åí giai âoaûn cuäúi cuía quaï trçnh phaï huíy moíi. ƒ Bàòng thæûc nghiãûm, ngæåìi ta xáy dæûng âæåüc âæåìng cong biãøu diãùn quan hãû giæîa æïng suáút (biãn âäü æïng suáút σm hay æïng suáút låïn nháút σmax ) vaì säú chu kyì thay âäøi æïng suáút N maì chi tiãút maïy hay máùu thæí coï thãø chëu âæåüc cho âãún khi bë phaï huyí. Âæåìng cong noïi trãn âæåüc goüi laì âæåìng cong moíi (hçnh 1.6). Phæång trçnh âæåìng cong moíi coï daûng: σ=m.N const Våïi m laì báûc cuía âæåìng cong moíi. Dæûa vaìo âæåìng cong moíi, ta tháúy ràòng: + Khi æïng suáút sinh ra trong chi tiãút maïy bàòng σK thç noï seî bë phaï huíy sau NK chu kyì chëu taíi ⇒ NK âæåüc goüi laì tuäøi thoü æïng våïi mæïc æïng suáút σK. + Ngæåüc laûi, âãø chi tiãút maïy khäng bë phaï huíy sau NK chu kyì chëu taíi thç æïng suáút sinh ra trong chi tiãút maïy phaíi nhoí hån hoàûc bàòng σK ⇒ σK âæåüc goüi la ì giåïi haûn moíi ngàõn haûn æïng våïi tuäøi thoü NK. + Khi æïng suáút sinh ra trong chi tiãút maïy caìng låïn thç tuäøi thoü chi tiãút maïy caìng giaím. + Khi σK giaím xuäúng âãún mäüt giaï trë σr naìo âoï thç säú chu kyì laìm viãûc NK coï thãø tàng lãn khaï låïn maì máùu thæí váùn khäng bë gaîy hoíng. σr âæåüc goüi laì giåïi haûn moíi daìi haûn cuía váût liãûu. Säú chu kyì thay âäøi æïng suáút N0 æïng våïi giåïi haûn moíi daìi haûn σr âæåüc goüi laì säú chu kyì cå såí. ƒ Bàòng thæûc nghiãûm, coìn xáy dæûng âæåüc âäö thë σ caïc æïng suáút giåïi haûn (hçnh 1.7) biãøu thë quan hãû m giæîa caïc trë säú giåïi haûn cuía æïng suáút låïn nháút σmax B σmax vaì æïng suáút nhoí nháút σmin cuía chu trçnh æïng σ-1 suáút våïi æïng suáút trung bçnh σm . Âäö thë naìy coï âàûc σa âiãøm: âæåìng mm biãøu thë æïng suáút trung bçnh, A D âæåìng AB biãøu thë caïc trë säú giåïi haûn cuía σmax , σm σm âæåìng CD biãøu thë caïc trë säú giåïi haûn cuía σmin . σ 45° a σb Miãön nàòm giæîa hai nhaïnh AB vaì CD laì nhæîng trë säú æïng suáút khäng laìm hoíng váût liãûu. Caïc giao âiãøm σ-1 Hçnh 1.7 m σmin cuía AB vaì CD våïi truûc tung laì trë säú σmax vaì σmin C cuía chu trçnh âäúi xæïng, kyï hiãûu σ−1 . Caïc tung âäü tênh tæì âæåìng mm âãún AB vaì CD laì caïc giaï trë cuía biãn âäü æïng suáút σa . 2. Nhæîng nhán täú aính hæåíng âãún âäü bãön moíi cuía chi tiãút maïy a) Váût liãûu + Theïp coï âäü bãön moíi cao hån caïc váût liãûu khaïc + Theïp haìm læåüng caïcbon tæång âäúi cao seî coï âäü bãön moíi låïn hån theïp coï haìm læåüng caïc bon tháúp hån Baìi giaíng Cå såí thiãút kãú maïy - Pháön I - Lã Cung - Bäü män Nguyãn lyï Chi tiãút maïy - Khoa Sæ phaûm kyî thuáût 6
8. + Theïp håüp kim coï âäü bãön moíi cao hån theïp caïc bon thäng thæåìng + Theïp láùn nhiãöu taûp cháút phi kim loaûi, âäü bãön moíi seî giaím + Gang coï âäü bãön moíi tháúp hån theïp. b) Hçnh daûng kãút cáúu ƒ Taûi chäù thay âäøi tiãút diãûn cuía chi tiãút maïy nhæ goïc læåün, vai truûc, raînh, raînh then, läù (hçnh 1.8) coï sæû táûp trung biãún daûng ⇒ xaíy ra táûp trung æïng suáút ⇒ laìm cho æïng suáút thæûc tãú låïn hån æïng suáút danh nghéa ⇒ xuáút hiãûn såïm caïc vãút næït vç moíi vaì vãút næït phaït triãøn khaï nhanh ⇒ laìm giaím âäü bãön moíi cuía chi tiãút maïy. ƒ Trong tênh toaïn, âãø kãø âãún aính hæåíng cuía yãúu täú naìy ⇒ duìng hãû säú aính hæåíng cuía kêch thæåïc σ τ tuyãût âäúi : ε= rd hay : ε= rd σ σ τ τ rd0 rd0 våïi : σrd : giåïi haûn moíi daìi haûn cuía chi tiãút maïy nhàôn, coï âæåìng kênh d. σ : giåïi haûn moíi daìi haûn cuía máùu nhàôn, coï âæåìng kênh d0 = 7 - 10 mm. rd0 Caïc hãû säú εσ vaì ετ âæåüc tra baíng hay duìng cäng thæïc kinh nghiãûm trong säú tay thiãút kãú. Raînh trãn truûc Vai truûc Läù trãn truûc Raînh then Hçnh 1.8 c) Kêch thæåïc tuyãût âäúi ƒ Kêch thæåïc tuyãût âäúi cuía chi tiãút maïy caìng låïn ⇒ âäü bãön moíi seî giaím xuäúng (do sæû khäng âäöng âãöu vãö cå tênh cuía váût liãûu tàng lãn, trong chi tiãút maïy coï nhiãöu khuyãút táût hån, âäöng thåìi coìn do chiãöu daìy tæång âäúi cuía låïp bãö màût âæåüc tàng bãön bàòng nhiãût luyãûn, phun bi, làn eïp giaím xuäúng). ƒ Trong tênh toaïn, âãø kãø âãún aính hæåíng cuía yãúu täú naìy ⇒ duìng hãû säú aính hæåíng cuía kêch thæåïc σ τ tuyãût âäúi : ε= rd hay : ε= rd σ σ τ τ rd0 rd0 våïi : σrd : giåïi haûn moíi daìi haûn cuía chi tiãút maïy nhàôn, coï âæåìng kênh d. σ : giåïi haûn moíi daìi haûn cuía máùu nhàôn, coï âæåìng kênh d0 = 7 - 10 mm. rd0 Caïc hãû säú εσ vaì ετ âæåüc tra baíng hay duìng cäng thæïc kinh nghiãûm trong säú tay thiãút kãú. d) Cäng nghãû gia cäng bãö màût ƒ Låïp bãö màût chi tiãút maïy thæåìng laì låïp chëu æïng suáút låïn nháút, caïc vãút næït vç moíi thæåìng xuáút hiãûn tæì låïp bãö màût chi tiãút maïy. Moüi täøn haûi trãn bãö màût chi tiãút maïy nhæ vãút xæåïc do gia cäng, caïc khuyãút táût kim loaûi, caïc vãút rè, caïc máúp mä bãö màût gáy nãn táûp trung æïng suáút ⇒ nguäön phaït sinh caïc vãút næït vç moíi ⇒ laìm giaím âäü bãön moíi. Baìi giaíng Cå såí thiãút kãú maïy - Pháön I - Lã Cung - Bäü män Nguyãn lyï Chi tiãút maïy - Khoa Sæ phaûm kyî thuáût 7
9. Caïc bãö màût coï âäü nhàôn cao (maìi) hoàûc âæåüc gia cäng tàng bãön (phun bi, làn eïp, nhiãût luyãûn bãö màût ) ⇒ âäü bãön moíi seî cao. Caïc bãö màût âæåüc tiãûn, phay, baìo hay khäng gia cäng ⇒ âäü bãön moíi seî tháúp hån. ƒ Trong tênh toaïn, âãø kãø âãún aính hæåíng cuía yãúu täú naìy ⇒ duìng hãû säú traûng thaïi bãö màût : β = σr cuía chi tiãút maïy/σr cuía máùu nhàôn, khäng âæåüc tàng bãön Hãû säú β âæåüc tra baíng trong säø tay thiãút kãú. e) Traûng thaïi æïng suáút ƒ Våïi æïng suáút thay âäøi theo thåìi gian thç biãn âäü æïng suáút σa laì thaình pháön chuí yãúu gáy nãn phaï huíy moíi. Tuy nhiãn thæûc nghiãûm cho tháúy trë säú cuía æïng suáút trung bçnh σm cuîng coï aính hæåíng âãún âäü bãön moíi cuía chi tiãút maïy. ƒ Dæûa vaìo âäö thë caïc æïng suáút giåïi haûn trãn hçnh 1.7, ta tháúy : Khi æïng suáút trung bçnh laì keïo (σm > 0) caìng låïn ⇒ trë säú giåïi haûn cuía biãn âäü æïng suáút σa caìng giaím, tæïc laì våïi σa tuy nhoí cuîng coï thãø gáy nãn phaï huíy moíi. Khi æïng suáút trung bçnh laì neïn (σm < 0) ⇒ trë säú giåïi haûn cuía biãn âäü æïng suáút σa khaï låïn, låïn hån giåïi haûn moíi σ-1 trong chu trçnh âäúi xæïng. 3. Caïc biãûn phaïp náng cao âäü bãön moíi cuía chi tiãút maïy a) Biãûn phaïp vãö kãút cáúu D Giaím trë säú danh nghéa cuía caïc æïng suáút (σam,σ ) bàòng caïch tàng kêch thæåïc cuía chi tiãút maïy taûi caïc tiãút diãûn nguy hiãøm, tàng diãûn têch tiãúp xuïc âäúi våïi caïc chi tiãút maïy chëu æïng suáút tiãúp xuïc thay âäøi, bäú trê håüp lyï vë trê caïc äø truûc D Giaím táûp trung æïng suáút, vê duû : taûi caïc chäù chuyãøn tiãúp kêch thæåïc, hçnh daûng chi tiãút cáön coï sæû thay âäøi âãöu âàûn, thay chäù sàõc caûnh bàòng goïc læåün våïi baïn kênh låïn nháút coï thãø, vaït meïp bãö màût làõp gheïp, khi gia cäng raînh then duìng dao phay ngoïn thay vç duìng dao phay âéa D Duìng caïc liãn kãút âaìn häöi âãø giaím båït biãn âäü taïc duûng cuía taíi troüng chu kyì (vê duû duìng khåïp näúi âaìn häöi giæîa caïc chi tiãút maïy chëu momen xoàõn coï thãø laìm giaím biãn âäü dao âäüng cuía momen xoàõn thay âäøi theo chu kyì ). b) Biãûn phaïp vãö cäng nghãû Thæûc cháút cuía caïc biãûn phaïp cäng nghãû laì sæí duûng caïc phæång phaïp gia cäng âàûc biãût âãø tàng bãön cho chi tiãút maïy nhåì taûo ra cáúu taûo tinh thãø haût nhoí coï âäü bãön cao, taûo ra låïp bãö màût coï æïng suáút dæ neïn : D Gia cäng nhàôn bãö màût (bàòng âaïnh boïng, maìi nghiãön ) ⇒ san phàóng caïc máúp mä tãú vi ⇒ laìm giaím táûp trung æïng suáút. D Duìng nhiãût luyãûn vaì hoïa nhiãût luyãûn ⇒ cho hiãûu quaí cao âäúi våïi caïc chi tiãút maïy coï táûp trung æïng suáút. D Gáy biãún daûng deío låïp bãö màût nhæ phun bi, làn neïn ⇒ gáy nãn låïp cæïng nguäüi bãö màût, âäü ràõn bãö màût tàng lãn, trong låïp bãö màût coï låïp æïng suáút dæ neïn. 1.4. Váût liãûu chãú taûo chi tiãút maïy 1. Nhæîng yãu cáöu âäúi våïi váût liãûu chãú taûo chi tiãút maïy - Phuì håüp våïi caïc chè tiãu chuí yãúu vãö khaí nàng laìm viãûc cuía chi tiãút maïy (nhæ âäü bãön, âäü cæïng, âäü bãön moìn, âäü chëu nhiãût ) - Âaïp æïng caïc yãu cáöu vãö khäúi læåüng, kêch thæåïc cuía chi tiãút maïy vaì maïy Baìi giaíng Cå såí thiãút kãú maïy - Pháön I - Lã Cung - Bäü män Nguyãn lyï Chi tiãút maïy - Khoa Sæ phaûm kyî thuáût 8
10. - Baío âaím caïc yãu cáöu liãn quan âãún cäng duûng vaì âiãöu kiãûn sæí duûng (chäúng àn moìn, giaím ma saït, caïch âiãûn ) - Coï tênh cäng nghãû phuì håüp våïi hçnh daûng vaì phæång phaïp gia cäng chi tiãút maïy (vê duû : chi tiãút maïy coï hçnh daûng phæïc taûp âæåüc gia cäng bàòng phæång phaïp âuïc ⇒ váût liãûu phaíi coï tênh âuïc, chi tiãút maïy cáön gia cäng càõt goüt ⇒ váût liãûu phaíi càõt goüt âæåüc ). - Coï låüi nháút vãö phæång diãûn giaï thaình saín pháøm (giaï váût liãûu vaì giaï thaình chãú taûo) - Váût liãûu dãù tçm, dãù cung æïng, æu tiãn váût liãûu coï sàôn trong næåïc. Haûn chãú säú læåüng caïc loaûi váût liãuû âãø dãù cung æïng vaì baío quaín - Âäi khi duìng nguyãn tàõc cháút læåüng cuûc bäü âãø choün váût liãûu caïc pháön khaïc nhau cuía chi tiãút maïy (vê duû vaình baïnh vêt bàòng âäöng thanh gheïp våïi moayå bàòng gang , loït äø gäöm hai thæï kim loaûi : låïp traïng bàòng baïcbêt trãn nãön âäöng thanh bàòng gang). 2. Caïc loaûi váût liãûu thæåìng duìng trong ngaình chãú taûo maïy Bao gäöm : kim loaûi âen, kim loaûi maìu, kim loaûi gäúm vaì váût liãûu khäng kim loaûi. a) Kim loaûi âen Gang : håüp cháút cuía sàõt vaì cacbon (C > 2,14%). Theïp : håüp cháút cuía sàõt vaì cacbon (C ≤ 2,14%). Ngoaìi ra trong gang vaì theïp coìn coï caïc taûp cháút khaïc hoàûc caïc nguyãn täú håüp kim. Gang vaì theïp laì váût liãûu thäng duûng nháút nhåì âäü bãön, âäü cæïng cao, reí tiãön hån håüp kim maìu. Nhæåüc âiãøm chênh laì khäúi læåüng riãng låïn, chäúng rè keïm. Âãø caíi thiãûn tênh cháút cuía gang vaì theïp ⇒ saín xuáút gang håüp kim vaì theïp håüp kim, âäöng thåìi sæí duûng räüng raîi caïc phæång phaïp nhiãût luyãûn vaì hoïa nhiãût luyãûn, tàng bãön bàòng biãún daûng deío ƒ Gang Gang coï tênh âuïc täút, giaï tæång âäúi tháúp, khaï bãön ⇒ thæåìng duìng cho caïc chi tiãút maïy coï hçnh daûng phæïc taûp, nháút laì voí maïy, thán maïy. Gäöm caïc loaûi chênh : + Gang xaïm: vê duû GX-15-32 : gang xaïm coï giåïi haûn bãön keïo min bàòng 15 Kg/mm2 vaì giåïi haûn bãön uäún min laì 32 Kg/mm2. + Gang âuïc: coï kê hiãûu tæì GD0, GD1, GD2, GD3, GD4. Säú thæï tæû 0÷4 chè haìm læåüng Silic trong gang (säú thæï tæû caìng tàng thç haìm læåüng Silic caìng giaím). + Gang håüp kim: vê duû GNi15Cu7Cr2 : 15%Ni, 7% Cu, 2% Cr ƒ Theïp kãút cáúu Theïp kãút cáúu laì loaûi váût liãûu thäng duûng nháút âãø chãú taûo chi tiãút maïy, gäöm caïc loaûi: theïp caïcbon thäng thæåìng, theïp caïc bon cháút læåüng täút, theïp caïcbon duûng cuû, theïp håüp kim. + Theïp cacbon thäng thæåìng : vê duû CT38, CT42 (chæî säú keìm theo chè roî giåïi haûn bãön keïo min, Kg/mm2) + Theïp cacbon cháút læåüng täút : vê duû C45: 0,45% C; C45Mn: 0,45% C 0,7÷1% Mn + Theïp håüp kim : vê duû 10Cr12Ni12 : 0,1% C 12% Cr 12% Ni b) Håüp kim maìu Thaình pháön chuí yãúu laì caïc kim loaûi maìu (âäöng, chç, keîm thiãúc, nhäm ). Håüp kim maìu âàõt hån kim loaûi âen ⇒ chè duìng khi coï yãu cáöu âàûc biãût nhæ khäúi læåüng nhoí, coï tênh giaím ma saït, chäúng rè Thæåìng duìng caïc loaûi: håüp kim âäöng, baïc bêt vaì håüp kim nheû. ƒ Håüp kim âäöng Håüp kim âäöng coï tênh chäúng rè vaì giaím ma saït, bao gäöm: Baìi giaíng Cå såí thiãút kãú maïy - Pháön I - Lã Cung - Bäü män Nguyãn lyï Chi tiãút maïy - Khoa Sæ phaûm kyî thuáût 9
11. + Âäöng thanh (bräng): håüp kim âäöng våïi nguyãn täú håüp kim chuí yãúu khäng phaíi laì keîm. + Âäöng thau (latäng): håüp kim âäöng våïi nguyãn täú håüp kim chuí yãúu laì keîm. ƒ Baïcbêt Håüp kim thæåìng gäöm caïc nguyãn täú cå baín laì thiãúc vaì chç, duìng trong äø træåüt, coï tênh giaím ma saït ráút täút. ƒ Håüp kim nheû Håüp kim coï khäúi læåüng riãng γ≤4,5kg / cm3 , trãn cå såí nhäm, manhãdi, titan vaì caïc nguyãn täú khaïc nhæ Cu, Mn, Si Âäü bãön khaï cao, duìng chuí yãúu åí nhæîng chäù cáön giaím khäúi læåüng, cáön giaím båït læûc quaïn tênh. Thæåìng duìng : + Håüp kim nhäm âuïc (silumin) : håüp kim nhäm våïi Silic, coï âäü bãön cao, chäúng gè täút + Håüp kim nhäm biãún daûng (duralumin) : håüp kim nhäm våïi Manhãdi, coï âäü bãön riãng vaì cå tênh cao. c) Kim loaûi gäúm ƒ Chãú taûo bàòng caïch nung vaì eïp bäüt kim loaûi våïi caïc cháút phuû gia åí aïp suáút vaì nhiãût âäü cao, khäng cáön qua càõt goüt. Æu âiãøm: khoï noïng chaíy, xäúp, hãû säú ma saït tháúp. Nhæåüc âiãøm: giaï thaình cao nãúu chãú taûo våïi säú læåüng êt, kêch thæåïc bë haûn chãú båíi âiãöu kiãûn chãú taûo. ƒ Thæåìng duìng kim loaûi gäúm bàòng bäüt sàõt âãø chãú taûo baûc, äø træåüt, baïnh ràng chëu taíi nhoí Váût liãûu gäúm sàõt graphêt (bäüt sàõt + 2% graphêt), duìng âãø chãú taûo äø træåüt, tênh giaím ma saït täút nhåì graphêt vaì caïc läù häøng âãø dáöu chui vaìo bäi trån bãö màût træåüt. d) Váût liãûu phi kim loaûi Bao gäöm caïc loaûi : gäù, da, cao su, amiàng, cháút deío Cháút deío laì váût liãûu cao phán tæí, coï caïc tênh cháút : nheû, bãön, dãù chãú taûo, dãù càõt goüt, caïch nhiãût vaì caïch âiãûn, chäúng àn moìn, giaím hay tàng ma saït, giaím cháún Cháút deío dãù taûo hçnh nhåì biãún daûng deío trong âiãöu kiãûn nhiãût âäü vaì aïp suáút khäng cao làõm. Nhæåüc : noïi chung âäü bãön tháúp hån kim loaûi, âäü ràõn vaì âäü cæïng tháúp, dáùn nhiãût keïm vaì tênh chëu nhiãût khäng cao. 1.5. Váún âãö tiãu chuáøn hoïa trong thiãút kãú maïy 1. Âënh nghéa tiãu chuáøn hoaï Tiãu chuáøn hoïa laì sæû quy âënh thäúng nháút nhæîng tiãu chuáøn vaì quy phaûm håüp lyï vaì thäúng nháút vãö hçnh thæïc, loaûi, thäng säú, cháút læåüng, phæång phaïp thê nghiãûm vaì chãú taûo v .v. cuía chi tiãút maïy vaì maïy. 2. Låüi êch cuía tiãu chuáøn hoaï ƒ Tiãu chuáøn hoaï haûn chãú âæåüc ráút nhiãöu chuíng loaûi vaì kêch thæåïc cuía caïc saín pháøm cuìng loaûi, cuìng tãn ⇒ coï thãø aïp duûng caïc phæång phaïp gia cäng tiãn tiãún, nàng suáút cao âãø chãú taûo haìng loaût caïc chi tiãút maïy tiãu chuáøn, coï thãø táûp trung saín xuáút haìng loaût trong caïc nhaì maïy chuyãn män, nhåì âoï âæåüc giaím cäng sæïc chãú taûo, tiãút kiãûm nguyãn váût liãûu ⇒ giaím âæåüc giaï thaình. ƒ Tiãu chuáøn hoaï âiãöu kiãûn vaì phæång phaïp thæí taûo âiãöu kiãûn náng cao cháút læåüng, khaí nàng laìm viãûc vaì tuäøi thoü cuía chi tiãút maïy. ƒ Tiãu chuáøn hoaï baío âaím âæåüc tênh âäøi láùn ⇒ taûo âiãöu kiãûn dãù daìng cho viãûc sæía chæîa, thay thãú caïc chi tiãút maïy bë hoíng. ƒ Tiãu chuáøn hoaï chi tiãút maïy vaì bäü pháûn maïy ⇒ giaím båït thåìi gian vaì cäng sæïc thiãút kãú. Baìi giaíng Cå såí thiãút kãú maïy - Pháön I - Lã Cung - Bäü män Nguyãn lyï Chi tiãút maïy - Khoa Sæ phaûm kyî thuáût 10
12. Trong thiãút kãú, cáön aïp duûng triãût âãø tiãu chuáøn vaìo viãûc xaïc âënh loaûi, kiãøu, hçnh daûng, kêch thæåïc cuía chi tiãút maïy. 3. Caïc âäúi tæåüng âæåüc tiãu chuáøn hoïa - Caïc váún âãö chung : daîy säú, kêch thæåïc, säú voìng quay, âäü cän, kyï hiãûu vaì quy æåïc trãn baín veî - Váût liãûu vaì thaình pháön hoïa hoüc, cå tênh chuí yãúu, phæång phaïp nhiãût luyãûn - Thuáût ngæî, kyï hiãûu - Âån vë âo læåìng - Cáúp chênh xaïc, cháút læåüng bãö màût chi tiãút maïy - Hçnh daûng, kêch thæåïc chi tiãút maïy thäng duûng (äø làn, bu läng, then, xêch, âai, khåïp näúi ) - Caïc thäng säú cå baín vaì caïc chè tiãu vãö cháút læåüng cuía maïy, thiãút bë (taíi troüng, nàng suáút, âäü âaío hæåïng kênh cuía maïy tiãûn ) - Caïc taìi liãûu thiãút kãú, taìi liãûu cäng nghãû. 4. Cäng taïc tiãu chuáøn åí næåïc ta - Hiãûn nay sæí duûng Tiãu chuáøn Nhaì næåïc Viãût nam, kyï hiãûu TCVN, keìm theo säú thæï tæû vaì nàm ban haình. - Hiãûn nay chuïng ta âaî nghiãn cæïu vaì aïp duûng nhiãöu tiãu chuáøn cuía täø chæïc tiãu chuáøn thãú giåïi I.S.O (International Standard Organization) - Tiãu chuáøn cuía mäüt säú næåïc : Phaïp : AFNOR ; Liãn xä : GOST (ΓΟCT) ; Myî : ANSI, AISI, SAE Baìi giaíng Cå såí thiãút kãú maïy - Pháön I - Lã Cung - Bäü män Nguyãn lyï Chi tiãút maïy - Khoa Sæ phaûm kyî thuáût 11