Chương 1 Khái niệm về dung sai lắp ghép Giới thiệu Trong cơ khí chế tạo, một bộ phận máy hoặc máy được tạo thành bởi hai hoặc nhiều chi tiêt lắp ghép. Vì vậy để chế tạo các chi tiết lắp ghép chính xác, tránh được các sai sót và hạn chế phế phẩm, đảm bảo tính kinh tế và chất lượng sản phẩm cao cần nắm vững các kiến thức cơ bản về Dung sai lắp ghép. Mục tiêu - Trình bày được bản chất của tính đổi lẫn trong lắp ghép; - Liệt kê được các loại lắp ghép; - Phân biệt được các hệ thống dung sai; - Tính toán được trị số kích thước, sai lệch, dung sai và trị số lắp ghép; - Vẽ được sơ đồ phân bố miền dung sai và xác định đặc tính của lắp ghép; - Nghiêm túc, chủ động và tích cực sáng tạo trong học tập, cẩn thận, chính xác trong tính toán.1 Khái niệm về lắp lẫn trong ngành cơ khí 1.1 Bản chất của tính lắp lẫn Máy do nhiều bộ phận hợp thành. Mỗi bộ phận do nhiều chi tiết lắp ghép lại với nhau.
Trong quá trình chế tạo cũng như sửa chữa máy thì các chi tiết trong cùng một loại có khả năng thay lắp (thay thế) cho nhau, không cần lựa chọn sửa chữa thêm mà vẫn đảm bảo về yêu cầu kỹ thuật của mối ghép thì tính chất đó của chi tiết gọi là tính lắp lẫn. Loạt chi tiết đạt được tính lắp lẫn hoàn toàn nếu mọi chi tiết trong loạt cùng loại đều có khả năng thay lắp được cho nhau. Nếu có một hoặc vài chi tiết trong loạt không có tính lắp lẫn thì loạt chi tiết đó đạt tính lắp lẫn không hoàn toàn. Các chi tiết đạt được tính lắp lẫn là vì chúng được chế tạo giống nhau hoặc chỉ khác nhau trong một phạm vi cho phép nào đó.
Ví dụ: sai khác về kích thước, hình dạng,.phạm vi đó gọi là dung sai, Giá trị dung sai ấy được người thiết kế tính toán theo qui định dựa trên nguyên tắc của tính lắp lẫn.2 Ý nghĩa của tính lắp lẫn Tính lắp lẫn là nguyên tắc của thiết kế và chế tạo. Nếu các chi tiết được thiết kế, chế tạo theo nguyên tắc lắp lẫn thì chúng không phụ thuộc vào địa điểm 8 sản xuất. Đó là điều kiện để ta có thể hợp tác hoá, chuyên môn hoá quá trình sản xuất, từ đó dẫn đến sản xuất tập trung quy mô lớn hơn, tạo khả năng áp dụng kỹ thuật tiến tiến, trang bị máy móc hiện đại và dây chuyền sản xuất năng suất cao. Nhờ đó mà vừa đảm bảo chất lượng lại giảm giá thành sản phẩm.
Mặt khác thiết kế, chế tạo chi tiết theo nguyên tắc lắp lẫn tạo điều kiện thuận lợi cho việc sản xuất các chi tiết dự trữ thay thế. Nhờ đó mà quá trình sử dụng các sản phẩm công nghiệp sẽ tiện lợi hơn rất nhiều. Chẳng hạn một chi tiết nào đó của máy bị sai hỏng ta có ngay chi tiết cùng loại dự trữ đạt tính lắp lẫn thay thế vào là máy lại tiếp tục hoạt động được ngay. Do đó việc sử dụng máy được triệt để hơn, giảm thời gian ngừng máy để sửa chữa, không cần tổ chức bộ phận gia công chi tiết thay thế riêng cho từng cơ sở sử dụng máy mà chỉ tổ chức sản xuất tập trung (nhà máy sản xuất phụ tùng thay thế) mang lợi ích rất nhiều về kinh tế và quản lý sản xuất.2 Kích thước sai lệch giới hạn và dung sai 1.1 Kích thước danh nghĩa - Khái niệm: Là kích thước được xác định bằng tính toán xuất phát từ chức năng của chi tiết sau đó quy tròn (về phía lớn lên) theo các giá trị của dãy kích thước thẳng tiêu chuẩn (bảng 1.
Khi tra bảng 1.1 ta ưu tiên sử dụng dãy 1( Ra5) trước rồi mới đến dãy 2 ( Ra10).1 Dãy kích thước thẳng tiêu chuẩn Ra5 Ra1 Ra2 Ra40 Ra Ra10 Ra20 Ra40 Ra Ra10 Ra20 Ra40 (R5 0 0 (R’4 (R5 (R’1 (R’2 (R’4 5 (R’1 (R’2 (R’4 ) (R’1 ’ (R 0) ) 0) 0) 0) (R 0) 0) 0) 0) 20) 5) 1,0 1,0 1,0 1,0 10 10 10 10 10 100 100 100 1,05 10,5 0 105 1,1 1,1 11 11 110 110 1,15 11,5 120 1,2 1,2 1,2 12 12 12 125 125 125 1,3 13 130 1,4 1,4 14 14 140 140 1,5 15 150 1,6 1,6 1,6 1,6 16 16 16 16 16 160 160 160 9 1,7 17 0 170 1,8 1,8 18 18 180 180 1,9 19 190 2,0 2,0 2,0 20 20 20 200 200 200 2,1 21 210 2,2 22 22 220 220 2,4 24 240 2,5 2,5 2,5 2,5 25 25 25 25 25 250 250 250 2,6 26 0 260 2,8 2,8 28 28 280 280 3,0 30 300 3,2 3,2 3,2 32 32 32 320 320 320 3,4 34 340 3,6 3,6 36 36 360 360 3,8 38 380 4,0 4,0 4,0 4,0 40 40 40 40 40 400 400 400 4,2 42 0 420 4,5 4,5 45 45 450 450 4,8 48 480 5,0 5,0 5,0 50 50 50 500 500 500 5,3 53 530 5,6 5,6 56 56 560 560 6,0 60 600 6,3 6,3 6,3 6,3 63 63 63 63 63 630 630 630 6,7 67 0 670 7,1 7,1 71 71 710 710 7,5 75 750 8,0 8,0 8,0 80 80 80 800 800 800 8,5 85 850 9,0 9,0 90 90 900 900 9,5 95 950 10 - Kí hiệu: dN đối với chi tiết trục, DN đối với chi tiết lỗ. - Ví dụ: Chẳng hạn khi tính toán theo sức bền vật liệu ta xác định được đường kính của chi tiết trục là 29,876mm. Theo các giá trị của dãy kích thước thẳng tiêu chuẩn ta quy tròn là 30 mm. Vậy kích thước danh nghĩa của chi tiết trục dN= 30 mm Trong chế tạo cơ khí đơn vị đo kích thước thẳng được dùng là milimét (mm) và qui ước thống nhất trên các bản vẽ mà không cần ghi ký hiệu đơn vị ‘’ mm’’.
Kích thước danh nghĩa được dùng làm gốc để xác định các sai lệch của kích thước.2 Kích thước thực - Khái niệm: Là kích thước nhận được từ kết quả đo với sai số cho phép. - Kí hiệu: dth đối với chi tiết trục; Dth đối với chi tiết lỗ. - Ví dụ: Khi đo kích thước đường kính trục bằng panme có giá trị vạch chia là 0,01mm. Kết quả đo được là: 24,98mm, thì kích thước thực của trục là dth=24,98 mm với sai số cho phép là ± 0,01mm.
Nếu dùng dụng cụ đo chính xác hơn thì kích thước thực nhận được cũng chính xác cao hơn.3 Kích thước giới hạn - Khái niệm: Là kích thước để xác định phạm vi cho phép của sai số chế tạo kích thước, người ta quy định hai kích thước giới hạn (hình 1. Hình 1: Sơ đồ biểu diễn kích thước giói hạn - Kí hiệu: + Kích thước giới hạn lớn nhất kí hiệu dmax (Dmax) + Kích thước giới hạn nhỏ nhất kí hiệu dmin (Dmin) Chú ý: Kích thước của chi tiết đã chế tạo (kích thước thực) nằm trong phạm vi cho phép ấy thì đạt yêu cầu. Như vậy chi tiết chế tạo xong đạt yêu cầu khi kích thước thực của nó thoả mãn bất đẳng thức sau: 11 Dmax ≥ Dth ≥ Dmin dmax ≥ dth ≥ dmin 1.4 Sai lệch giới hạn - Khái niệm: Là hiệu đại số giữa các kích thước giới hạn và kích thước danh nghĩa. - Kí hiệu và công thức: + Sai lệch giới hạn trên es(ES) : Là hiệu đại số giữa kích thước giới hạn lớn nhất và kích thước danh nghĩa.
es = dmax - dN ES = Dmax - DN + Sai lệch giới hạn dưới ei(EI): Là hiệu đại số giữa kích thước giới hạn nhỏ nhất và kích thước danh nghĩa. ei = dmin - dN EI = Dmin - DN Chú ý : - Sai lệch giới hạn có thể có giá trị “-’’ khi kích thước giới hạn nhỏ hơn kích thước danh nghĩa hoặc “+” khi kích thước giới hạn lớn hơn kích thước danh nghĩa hoặc bằng “0” khi kích thước giới hạn bằng kích thước danh nghĩa (hình 1. - Sai lệch giới hạn được ghi kí hiệu trên bản vẽ bên cạnh kích thước danh nghĩa và đơn vị là milimét (mm), trong bảng tiêu chuẩn dung sai tính bằng micrômét (m). Dạng chung: Chi tiết lỗ D N ES ; Chi tiết trục: d N EI 1.5 Dung sai - Khái niệm: là phạm vi cho phép của sai số.
Trị số dung sai bằng hiệu số giữa kích thước giới hạn lớn nhất với kích thước giới hạn nhỏ nhất hoặc bằng hiệu đại số giữa sai lệch giới hạn trên và sai lệch giới hạn dưới. - Kí hiệu và công thức: Dung sai được kí hiệu là T( Tolerance) được tính theo công thức sau: + Dung sai kích thước lỗ: TD = Dmax - Dmin 12 TD = ES - EI + Dung sai kích thước trục: Td = dmax - dmin Td = es – ei Chú ý: - Dung sai luôn luôn có giá trị dương và nó biểu hiện phạm vi cho phép của sai số kích thước. - Trị số dung sai càng nhỏ thì phạm vi cho phép của sai số càng nhỏ, yêu cầu độ chính xác chế tạo kích thước càng cao. Ngược lại nếu trị dung sai càng lớn thì yêu cầu độ chính xác chế tạo càng thấp.
Như vậy dung sai đặc trưng cho độ chính xác yêu cầu của kích thước hay còn gọi độ chính xác thiết kế. Ví dụ : Gia công một chi tiết lỗ có DN = 60mm. Biết Dmax= 60,05mm; Dmin = 59,97mm. - Tính trị số sai lệch giới hạn trên, sai lệch giới hạn dưới và dung sai chi tiết lỗ? - Kích thước chi tiết lỗ gia công xong đo được Dth= 60,03mm có dùng được không? Tại sao? - Ghi kích thước chi tiết trên bản vẽ.
Giải: - Áp dụng các công thức đã học ta có: ES = Dmax - DN = 60,05 - 60 = 0,05mm EI = Dmin - DN = 59,97 - 60 = - 0,03mm TD = Dmax - Dmin = 60,05 - 59,97 = 0,08mm Hay TD = ES - EI = 0,05 - (- 0,03) = 0,08mm - Nếu chi tiết gia công xong đo được Dth = 60,03mm thì dùng được vì chi tiết lỗ đạt yêu cầu khi Dmax ≥ Dth ≥ Dmin mà đây Dmax > Dth> Dmin, cụ thể 60,05 > 60,03 > 59,97mm.3 Lắp ghép và các loại lắp ghép 1.1 Khái niệm về lắp ghép Hai hay một số chi tiết phối hợp với nhau cố định (đai ốc vặn vào bu lông) hoặc di động (piston lắp vào xilanh) thì tạo thành mối ghép. Những bề mặt và kích thước mà dựa theo chúng các chi tiết phối hợp với nhau gọi là bề mặt lắp ghép và kích thước lắp ghép. 13 Bề mặt lắp ghép: có 2 loại Bề mặt bao ( bề mặt chi tiết lỗ, rãnh) Bề mặt bị bao ( bề mặt chi tiết trục, con trượt) Hình 1.