Chương 1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ DUNG SAI VÀ LẮP GHÉP. ⮚ Mục tiêu: - Trình bày đầy đủ kích thước thực, kích thước danh nghĩa, kích thước giới hạn, dung sai chi tiết, dung sai lắp ghép. - Trình bày rõ đặc điểm của các kiểu lắp ghép: lắp lỏng- lắp chặt- lắp trung gian. - Xác định được dung sai của chi tiết, mối ghép.
Khái niệm về tính đổi lẫn chức năng. Bản chất của tính đổi lẫn chức năng. Là khả năng có thể thay thế cho nhau giữa các chi tiết cùng loại, cùng cỡ mà không cần phải sửa chữa hoặc lựa chọn nhưng vẫn đảm bảo mọi yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế. Trong sản xuất lớn (sản xuất hàng loạt) các chi tiết máy phải được thiết kế và chế tạo trên cơ sở đảm bảo tính đổi lẫn chức năng.
Muốn thế từng chi tiết phải được qui định giá trị dung sai hợp lý và theo tiêu chuẩn. Quy định dung sai và tiêu chuẩn hóa. Tính đổi lẫn chức năng là nguyên tắc của thiết kế chế tạo. Theo nguyên tắc đó, người thiết kế định trị số dung sai cho các thông số chức năng chi tiết và bộ phận máy xuất phát từ yêu cầu của chỉ tiêu sử dụng máy.
Chỉ tiêu sử dụng máy hay bộ phận máy có thể là những thông số hình học hoặc những thông số khác như năng suất, hiệu suất, công suất. Thông số chức năng của chi tiết cũng có thể là những thông số hình học hoặc không phải hình học như: độ rắn bề mặt, độ bền, tính dẫn điện, dẫn nhiệt. Mỗi loại thông số đó có đặc điểm riêng của nó, do vậy việc nghiên cứu tính đổi lẫn chức năng theo từng loại thông số phải do những ngành khoa học tương ứng đảm nhiệm. Trong phạm vi giáo trình này ta chỉ đề cập phương pháp nghiên cứu và định giá trị dung sai cho các thông số chức năng hình học như: hình dáng, kích thước, vị trí bề mặt và nhám bề mặt.
1 Quy định dung sai trên cơ sở tính đổi lẫn chức năng là điều kiện thuận lợi cho công việc thống nhất hóa và tiêu chuẩn hóa trong phạm vi quốc gia và quốc tế. Khi nền công nghiệp càng phát triển thì sản phẩm càng đa dạng và phong phú, không phải chỉ chủng loại, mẫu mã mà cả kích thước nữa. Trong điều kiện như vậy đòi hỏi sự thống nhất hóa về mặt quản lí Nhà nước. Mặt khác để nâng cao hiệu quả kinh tế của sản xuất và đảm bảo giao lưu hàng hóa rộng rãi thì phải quy cách hóa và tiêu chuẩn hóa các sản phẩm.
Việc Nhà nước ban hành các tiêu chuẩn trong đó có tiêu chuẩn về dung sai và lắp ghép là một đòi hỏi cấp thiết. Trong giai đoạn hiện nay với nền kinh tế thị trường theo xu hướng hội nhập kinh tế khu vực và thế giới thì các tiêu chuẩn Nhà nước Việt Nam (TCVN) được xây dựng trên cơ sở của tiêu chuẩn quốc tế (ISO). Ý nghĩa của tiêu chuẩn hóa. Nền sản xuất công nghiệp trên cơ sở tiêu chuẩn hóa sẽ đem lại hiệu quả kinh tế rất lớn.
Bởi vì chính quá trình sản xuất những chi tiết và bộ phận máy đã quy cách hóa và tiêu chuẩn không phụ thuộc vào địa điểm sản xuất. Đó chính là điều kiện để chúng ta có thể chuyên môn hóa, hợp tác 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, máy móc hiện đại và hình thức sản xuất với năng suất cao. Nhờ đó vừa đảm bảo chất lượng vừa giảm giá thành sản xuất.
Mặt khác, thiết kế và chế tạo sản phẩm theo tiêu chuẩn hóa là điều kiện thuận lợi cho việc sản xuất các chi tiết và bộ phận máy dự trữ thay thế. Nhờ có những chi tiết và bộ phận máy dự trữ thay thế mà quá trình sử dụng các sản phẩm công nghiệp sẽ tiện lợi rất nhiều. Các khái niệm cơ bản về dung sai và lắp ghép: 1. Kích thước Kích thước là giá trị bằng số của đại lượng đo chiều dài (đường kính, chiều dài …) theo đơn vị đo được lựa chọn.
Kích thước thẳng tiêu chuẩn: Để thống nhất hoá và tiêu chuẩn hoá kích thước của chi tiết và lắp ghép người ta lập ra 4 dãy số ưu tiên ký hiệu là Ra5, Ra10, Ra20, Ra40. 2 Khi thiết kế chế tạo chi tiết và sản phẩm, các kích thước thẳng danh nghĩa của chúng được chọn theo giá trị của các dãy số ưu tiên và phải ưu tiên chọn trong dãy có độ chia lớn nhất trước. Giảm bớt số loại kích cỡ các chi tiết và sản phẩm…có điều kiện tăng sản lượng, tăng năng suất… 2. Kích thước danh nghĩa: là kích thước được xác định bằng tính toán xuất phát từ chức năng làm việc của chi tiết, sau đó quy tròn theo các giá trị của dãy kích thước thẳng tiêu chuẩn.
Ký hiệu: DN: Đường kính danh nghĩa của lỗ hay bề mặt bao dN: Đường kính danh nghĩa của trục hay bề mặt bị bao Hình 1-1- Kích thước danh nghĩa 3. Kích thước thực: Là kích thước đo được trên chi tiết bằng dụng cụ đo, phương pháp đo chính xác nhất mà kỹ thuật đo có thể đạt được với sai số cho phép. Ký hiệu: Dt: Kích thước thực của lỗ dt: Kích thước thực của trục Trong quá trình gia công do tác động của các loại sai số phát sinh nên sau khi gia công, kích thước thực của loại chi tiết thường không giống nhau và cũng không giống với kích thước danh nghĩa. Kích thước giới hạn: là kích thước lớn nhất và nhỏ nhất giới hạn phạm vi cho phép của kích thước chi tiết.
- Kích thước giới hạn lớn nhất: Kí hiệu: Dmax (đối với lỗ); dmax (đối với trục). - Kích thước giới hạn nhỏ nhất: Kí hiệu: Dmin (đối với lỗ); dmin (đối với trục). Điều kiện để một chi tiết gia công được xem là đạt yêu cầu khi: Dmin ≤ Dt ≤ Dmax ( Đối với chi tiết lỗ ). dmin ≤ dt ≤ dmax ( Đối với chi tiết trục ).
Sai lệch giới hạn: Sai lệch giới hạn là hiệu đại số giữa kích thước giới hạn và kích thước danh nghĩa. Sai lệch giới hạn gồm có sai lệch giới hạn trên và sai leecchj giới hạn dưới: 1. Sai lệch giới hạn trên (kí hiệu ES, es): là hiệu đại số giữa kích thước giới hạn lớn nhất và kích thước danh nghĩa Đối với lỗ : ES = Dmax – D. Đối với trục : es = dmax – d.
Hình 1-2 – Sơ đồ biểu diễn kích thước giới hạn và sai lệch giới hạn. ✔ Ghi chú: - Sai lệch giới hạn có thể dương, âm, hoặc bằng 0. - Sai lệch giới hạn trên luôn lớn hơn sai lệch giới hạn dưới. - Đơn vị của sai lệch giới hạn có thể là mm hoặc µm.
- Kích thước chi tiết ghi trên bản vẽ bao gồm: + Kích thước danh nghĩa. Đơn vị là mm. + Sai lệch giới hạn (trên và dưới). Đơn vị là mm.
Dung sai (kí hiệu T): Dung sai là hiệu số giữa kích thước giới hạn lớn nhất và kích thước giới hạn nhỏ nhất. Đối với lỗ : TD = Dmax – Dmin = ES – EI. Đối với trục : Td = dmax – dmin = es – ei. ✔ Ghi chú: - Dung sai luôn luôn mang giá trị dương (T > 0).
- Đơn vị của dung sai có thể là mm hoặc µm.01 Ví dụ 1: Gia công chi tiết lỗ có kích thước danh nghĩa DN = 50mm, kích thước giới hạn lớn nhất Dmax = 50,050mm, kích thước giới hạn nhỏ nhất Dmin = 50,030mm. Tính dung sai của chi tiết. Nếu người thợ gia công đạt kích thước 50,025mm, cho biết chi tiết có đạt yêu cầu không? Bài giải: Trị số dung sai của chi tiết lỗ tính theo công thức TD = Dmax – Dmin = 50,050 – 50,030 = 0,020mm = 20μm Chi tiết gia công đo được 50,025mm, đây là kích thước thực (Dt) Ta biết chi tiết lỗ gia công đạt yêu cầu khi thoả điều kiện: Dmin ≤ Dt ≤ Dmax Ở đây: Dmax = 50,050 > Dt = 50,025 < Dmin = 50,030 Vậy chi tiết gia công không đạt yêu cầu về kích thước. Ví dụ 2: Biết kích thước danh nghĩa của trục dN = 28mm và sai lệch giới hạn là es = - 0,020mm, ei = - 0,041mm.
Tính các kích thước giới hạn và dung sai. Nếu sau khi gia công trục, người thợ đo được kích thước thực là: dt = 27,976mm thì chi tiết trục đó có đạt yêu cầu không? Bài giải: 5 Kích thước giới hạn trục: dmax = dN +es = 28 + (-0,020) = 27,980mm dmin = dN +ei = 28 + (-0,041) = 27,959mm Dung sai kích thước trục: Td = es – ei = -0,020 – (-0,041) = 0,021mm Chi tiết trục đạt yêu cầu khi thoả mãn: dmin ≤ dt ≤ dmax dmin = 27,959 ≤ dt = 27,976 ≤ dmax = 27,980 Vậy chi tiết trục gia công là đạt yêu cầu về kích thước 1. Lắp ghép là sự phối hợp giữa hai hay nhiều chi tiết để tạo thành 1 bộ phận máy hay một máy có ích. Mối ghép bao giờ cũng có chung mottj kích thước danh nghĩa cho cả chi tiết trục và lỗ (d = D).
Chi tiết bao Chi tiết bị bao Bề mặt bị bao Bề mặt bao Rãnh trượt – Con trượt Lỗ - Trục Hình 1-3 1. Các khái niệm: + Kích thước danh nghĩa của lắp ghép: Trong một lắp ghép, kích thước danh nghĩa của lỗ phải bằng kích thước danh nghĩa của trục và gọi là kích thước danh nghĩa của lắp ghép. D=d 6 + Bề mặt lắp ghép: là bề mặt tiếp xúc giữa hai chi tiết lắp ghép với nhau. Bề mặt lắp ghép được chia làm hai loại: bề mặt bao và bề mặt bị bao.
Bề mặt lắp ghép có thể là mặt phẳng hay mặt trụ (hình 1-3). + Đặc tính của lắp ghép: là hiệu số giữa kích thước bề mặt bao và bề mặt bị bao. Đặc tính lắp ghép: Dựa vào đặc tính của lắp ghép, các lắp ghép được phân thành 3 nhóm như sau: 1. Lắp ghép có độ hở (lắp lỏng): là lắp ghép trong đó kích thước bao luôn luôn lớn hơn kích thước bị bao để tạo thành độ hở trong lắp ghép (hình 1-4).
Độ hở trong lắp ghép ký hiệu là S. Hình 1-4 – Nhóm lắp ghép lỏng. Đặc trưng của lắp ghép này là: + Độ hở lớn nhất: Smax = Dmax –dmin = ES – ei. + Độ hở nhỏ nhất: Smin = Dmin – dmax = EI – es.