Chương 1 CÁC KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG DUNG SAI LẮP GHÉP Mã chương MH 11-01 Giới thiệu: Chương này trình bày các nội dung về: - Các sai số của các chi tiết và của các chi tiết ghép lại với nhau. - Các sai số trong quá trình lắp ghép các mối ghép có bề mặt trơn. - Các sai số về hình dạng, về vị trí của các chi tiết. Nhám bề mặt trong quá trình gia công.
Mục tiêu: Qua nội dung chương này người học: - 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. - Trình bày được các qui định lắp ghép của hệ thống dung sai lắp ghép các bề mặt trơn theo tiêu chuẩn Việt nam (TCVN2244-99) - Ghi và đọc được các giá trị dung sai trên bản vẽ.
- Tra thành thạo các bảng tra dung sai (theo TCVN 2245-99) - Xác định được các nguyên nhân chủ yếu gây ra sai số trong quá trình gia công - Nhận biết được đặc điểm của các dạng sai lệch về hình dáng, vị trí, độ nhám bề mặt. - Phân tích được các kí hiệu về dung sai hình dáng, vị trí, độ nhám bề mặt trên bản vẽ. - Ghi được các kí hiệu về dung sai hình dáng, vị trí, độ nhám bề mặt lên bản vẽ. - Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực sáng tạo trong học tập.
Nội dung chính I. Các khái niệm cơ bản về dung sai lắp ghép 1. Khái niệm về lắp lẫn trong ngành cơ khí 1. Bản chất của tính lắp lẫn - Mỗi chi tiết trong bộ phận máy hoặc bộ phận máy trong máy đều thực hiện một chức năng nhất định.
Ví dụ: đai ốc vặn vào bulông có chức năng bắt chặt, pittông trong xi lanh thực hiện chức năng nén khí gây nổ và phát lực. Khi ta chế tạo hàng loạt pittông, hàng loạt đai ốc cùng loại, nếu lấy bất kỳ đai ốc hoặc pittông của loạt vừa chế tạo lắp vào bộ phận máy mà bộ phận máy đó đều thực hiện đúng chức năng yêu cầu của nó thì loạt đai ốc và pittông đã chế tạo đạt được tính đổi lẫn chức năng. - Tính đổi lẫn chức năng của loạt chi tiết là khả năng thay thế cho nhau không cần phải lựa chọn hoặc sửa chữa gì thêm mà vẫn đảm bảo chức năng yêu cầu của bộ phận máy hoặc máy mà chúng lắp thành. - Loạt chi tiết đạt được tính đổi lẫn chức năng hoàn toàn nếu mọi chi tiết trong loạt đều đạt tính đổi lẫn chức năng.
Nếu có một chi tiết hoặc một vài chi tiết trong loạt không đạt tính đổi lẫn chức năng thì loạt chi tiết đó đạt tính đổi lẫn chức năng không hoàn toàn. - Loạt chi tiết đạt được tính đổi lẫn chức năng vì chúng được chế tạo giống nhau. Tuy nhiên, không thể giống nhau tuyệt đối mà chúng có sai khác nhau trong một phạm vi cho phép nào đó. Chẳng hạn các thông số hình học của chi tiết như kích thước, hình 9 dạng,… chỉ được sai khác trong một phạm vi cho phép gọi là dung sai.
Giá trị dung sai đó được người thiết kế tính toán và quy định dựa trên nguyên tắc của tính đổi lẫn chức năng. Ý nghĩa của tính lắp lẫn - Tính đổi lẫn chức năng là nguyên tắc của thiết kế và chế tạo. Nếu các chi tiết được thiết kế, chế tạo theo nguyên tắc đổi lẫn chức năng thì chúng không phụ thuộc vào địa điểm sản xuất. Đó là điều kiện để ta có thể hợp tác và chuyên môn hóa sản xuất.
Sự hợp tác và chuyên môn hóa sản xuất sẽ dẫn đến sản xuất tập trung quy mô lớn, tạo khả năng áp dụng kỹ thuật tiên 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. - Thiết kế và chế tạo chi tiết theo nguyên tắc đổi lẫn chức năng 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 rất nhiều, giảm thời gian ngừng máy để sửa chữa, sử dụng máy triệt để hơn, mang lại lợi ích lớn về kinh tế và quản lí sản xuất.
Dung sai và sai lệch giới hạn 2.1 Kích thước danh nghĩa - Kích thước danh nghĩa là kích thước được xác định bằng tính toán xuất phát từ chức năng của chi tiết sau đó qui tròn (về phía lớn hơn) theo các giá trị của kích thước thẳng tiêu chuẩn. Kích thước danh nghĩa dùng làm gốc để tính các sai lệch. - Kích thước danh nghĩa được ký hiệu là dN đối với chi tiết trục và DN đối với chi tiết lỗ. - 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 chi ký hiệu là “mm”.2 Kích thước thực - Kích thước thực là kích thước nhận được từ kết quả đo với sai số cho phép và được ký hiệu là dth đối với chi tiết trục và Dth đối với chi tiết lỗ.
- Nếu dùng dụng cụ đo chính xác thì kích thước thực nhận được cũng chính xác.3 Kích thước giới hạn - Để xác định phạm vi cho phép của sai số chế tạo kích thước, người ta qui định hai kích thước giới hạn: + Kích thước giới hạn lớn nhất, kí hiệu dmax đối với chi tiết trục, Dmax đối với chi tiết lỗ. + Kích thước giới hạn nhỏ nhất, kí hiệu dmin đối với chi tiết trục, Dmin đối với chi tiết lỗ. - Kích thước chi tiết đã chế tạo (kích thước thực) là đạt yêu cầu khi nằm trong phạm vi cho phép và thỏa mãn bất đẳng thức sau: dmin ≤ dth ≤ dmax Dmin ≤ Dth ≤ Dmax 10 2.4 Dung sai - Dung sai là phạm vi cho phép của sai số. Trị số dung sai bằng hiệu số giữa kích thước giới hạn lớn nhất và nhỏ nhất, hoặc bằng hiệu số giữa sai lệch giới hạn trên và sai lệch giới hạn dưới.
Dung sai được kí hiệu là T, được tính theo công thức: + Dung sai kích thước trục: Td = dmax - dmin hoặc Td = es – ei + Dung sai kích thước lỗ: TD = Dmax - Dmin hoặc TD = ES – EI - Dung sai luôn luôn có giá trị dương. 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 số 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 là độ chính xác thiết kế.5 Sai lệch giới hạn - Sai lệch giới hạn là hiệu đại số giữa các kích thước giới hạn và kích thước danh nghĩa.
+ Sai lệch giới hạn trên: là hiệu đại số giữa kích thước giới hạn lớn nhất và kích thước danh nghĩa, được kí hiệu là es, ES (chữ in hoa đối với chi tiết lỗ, chữ thường đối với chi tiết trục) và được tính như sau: es = dmax - dN ES = Dmax – DN + Sai lệch giới hạn dưới: là hiệu đại số giữa kích thước giới hạn nhỏ nhất và kích thước danh nghĩa, được kí hiệu là ei, EI (chữ in hoa đối với chi tiết lỗ, chữ thường đối với chi tiết trục) và được tính như sau: ei = dmin - dN EI = Dmin – DN - Trị số sai lệch mang dấu “+” khi kích thước giới hạn lớn hơn kích thước danh nghĩa, mang dấu “-” khi nhỏ hơn kích thước danh nghĩa và bằng “0” khi bằng với kích thước danh nghĩa. Lắp ghép và các loại lắp ghép - Hai hay một số chi tiết phối hợp với nhau một cách cố định hay di động thì tạo thành mối ghép. Những bề mặt mà dựa theo chúng các chi tiết phối hợp với nhau gọi là bề mặt lắp ghép. Bề mặt lắp ghép thường là bề mặt bao bên ngoài và bề mặt bị bao bên trong.
Rãnh trượt 2. Con trượt - Kích thước bề mặt bao kí hiệu là D, bề mặt bị bao là d. Kích thước danh nghĩa của lắp ghép là chung cho cả bề mặt bao và bị bao DN = dN. - Các loại lắp ghép thường sử dụng trong chế tạo cơ khí có thể phân loại theo hình dạng bề mặt lắp ghép: + Lắp ghép bề mặt trơn bao gồm: Lắp ghép trụ trơn: bề mặt lắp ghép là bề mặt trụ trơn.
Lắp ghép phẳng: bề mặt lắp ghép là hai mặt phẳng song song. Lắp ghép côn trơn: bề mặt lắp ghép là mặt nón cụt. + Lắp ghép ren: bề mặt lắp ghép là mặt xoắn ốc có dạng prôfin tam giác, hình thang,… + Lắp ghép truyền động bánh răng: bề mặt lắp ghép là mặt tiếp xúc một cách chu kì của các răng bánh răng. - Trong số các lắp ghép trên thì lắp ghép bề mặt trơn chiếm phần lớn.
Đặc tính của lắp ghép được xác định bởi hiệu số kích thước bề mặt bao và bị bao. Nếu hiệu số đó có giá trị dương (D – d > 0) thì lắp ghép có độ hở. Nếu hiệu số đó có giá trị âm (D – d < 0) thì lắp ghép có độ dôi. Dựa vào đặc tính đó lắp ghép được phân thành 3 nhóm: 3.
Lắp ghép có độ hở - Trong nhóm lắp ghép này kích thước bề mặt bao (lỗ) luôn luôn lơn hơn kích thước bề mặt bị bao (trục), đảm bảo lắp ghép luôn luôn có độ hở. Độ hở của lắp ghép ký hiệu là S và được tính như sau: S=D–d - Tương ứng với các kích thước giới hạn của trục (dmax, dmin) và của lỗ (Dmax, Dmin), lắp ghép có độ hở giới hạn: Smax = Dmax - dmin Smin = Dmin - dmax Smax Smin S - Độ hở trung bình của lắp ghép là: 2 - Độ hở giới hạn của lắp ghép còn được tính như sau: Smax = (Dmax - DN) – (dmin - dN) = ES – ei Smin = (Dmin - DN) – (dmax - dN) = EI – es (Đối với một lắp ghép thì DN = dN) 12 - Dung sai của độ hở (ký hiệu là TS) bằng tổng dung sai kích thước trục và lỗ. Dung sai của độ hở còn được gọi là dung sai của lắp ghép lỏng. Nó đặc trưng cho mức độ chính xác yêu cầu của lắp ghép.
TS = Smax - Smin TS = (Dmax - dmin) – (Dmin - dmax) TS = (Dmax - Dmin) + (dmax - dmin) TS = T D + T d Hình 1.5 - Nhóm lắp ghép lỏng 3.