CHƯƠNG 1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế CTM Các yêu cầu cơ bản đối với máy và CTM 1. Độ bền Độ bền là chỉ tiêu quan trọng với hầu hết các chi tiết máy. Nếu CTM không đủ bền sẽ gây ra biến dạng dư lớn và bị phá hủy ở điều kiện làm việc bình thường.
CTM có thể bị hỏng do không đảm bảo độ bền tĩnh hoặc độ bền mỏi: Độ bền tĩnh: Chi tiết bị hỏng ngay khi chịu ứng suất vượt giá trị giới hạn dù chỉ một lần. Độ bền mỏi: Chi tiết bị phá hỏng sau thời gian dài làm việc, dù chịu ứng suất không lớn. Để đảm bảo độ bền cần thỏa mãn: Tăng độ bền: - Dùng các biện pháp kết cấu (giảm tập trung ứng suất, tăng kích thước chi tiết) - Dùng biện pháp công nghệ (nhiệt luyện, phun bi …), nhằm tăng ứng suất cho phép. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy (CTM) Các yêu cầu cơ bản đối với máy và CTM Độ cứng: là khả năng chịu tải của chi tiết máy mà không bị biến dạng đàn hồi quá giới hạn cho phép.
Độ cứng có ý nghĩa đặc biệt quan trọng với một số trường hợp: + Các máy gia công (ảnh hưởng đến độ chính xác chi tiết gia công) + Vỏ máy (kích thước thành mỏng => độ cứng phải cao) + Vật liệu có độ cứng cao => kích thước giảm. Phương pháp tính: Để đảm bảo độ cứng cần thỏa mãn điều kiện - Độ võng: f ≤ [f] - Góc xoắn: ≤ [] - Góc xoay của tiết diện: ≤ [] Biện pháp tăng cứng: Tăng kích thước đường kính, bề dày của CTM, dùng gân tăng cứng … 16 CHƯƠNG 1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy (CTM) Các yêu cầu cơ bản đối với máy và CTM 1. Độ bền mòn o Mòn: là do kết quả tác dụng của ứng suất tiếp xúc (áp suất) khi các bề mặt tiếp xúc trượt tương đối với nhau trong điều kiện không có ma sát ướt.
o Mòn gây ra hậu quả → làm giảm kích thước → mất chính xác, tăng tải động, độ tin cậy và độ chính xác giảm. Khi bị mòn nhiều phải thay thế chi tiết. Phương pháp tính độ bền mòn: - Tính toán, chọn lựa các thông số kết cấu đảm bảo hình thành được chế độ bôi trơn ma sát ướt (có lớp dầu đủ dầy). - Khi không tạo được bôi trơn ma sát ướt thì hạn chế H hoặc p sao cho H ≤ [H ]; p ≤ [p] Để nâng cao độ bền mòn: Cần bôi trơn mặt tiếp xúc, tăng độ bóng, độ cứng bề mặt, dùng vật liệu giảm ma sát, vật liệu ít mòn.
Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy (CTM) Các yêu cầu cơ bản đối với máy và CTM 1. Khả năng chịu nhiệt o Nhiệt: thường do ma sát giữa các bộ phận gây nên. o Nhiệt độ tăng sẽ làm giảm độ bền, độ cứng, làm giảm độ nhớt của dầu/mỡ bôi trơn (dẫn đến tăng mòn) và có thể gây ra biến dạng nhiệt. Để đảm bảo nhiệt độ không bị tăng quá cao cần kiểm nghiệm điều kiện: to ≤ [to] (**) Nhiệt độ làm việc trung bình to được từ phương trình cân bằng nhiệt Qsr = Qtđ (nhiệt sinh ra = nhiệt truyền đi) Khi không đảm bảo điều kiện (**) cần áp dụng các biện pháp giảm nhiệt như tăng diện tích tản nhiệt, quạt tản nhiệt.
Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy (CTM) Các yêu cầu cơ bản đối với máy và CTM 1. Khả năng chịu nhiệt Khi không đảm bảo điều kiện (**) cần áp dụng các biện pháp giảm nhiệt như tăng diện tích tản nhiệt, quạt tản nhiệt. Hộp giảm tốc trục vít 19 CHƯƠNG 1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy (CTM) Các yêu cầu cơ bản đối với máy và CTM 1.
Độ ổn định dao động - Là khả năng của chi tiết có thể làm việc trong một phạm vi vận tốc cần thiết mà không rung quá mức cho phép - Dao động gây nên ứng suất phụ thay đổi có tính chất chu kỳ có thể dẫn đến phá hỏng chi tiết do mỏi - Nguyên nhân: do nhiều yếu tố. Với chi tiết quay: do khối lượng bất cân bằng - Phương pháp tính toán về dao động + Xác định tần số riêng của máy để tránh cộng hưởng +Tính biên độ dao động, nhỏ hơn biên độ dao động cho phép 20 Chương 1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy (CTM) 1. Độ ổn định dao động - Cầu Chu Va 6 - xã Sơn Bình, huyện Tam Đường, tỉnh Lai Châu, - Sập khiến 9 người chết và 41 người bị thương (2014).
Tải trọng -Ứng suất II. Tải trọng -Ứng suất 2. Tải trọng Lực, mô men, … tác dụng lên chi tiết máy. Theo tính chất: phân thành tải trọng tĩnh/Tải trọng thay đổi (nếu thay đổi đột ngột => tải trọng va đập) + Tải trọng tĩnh: là tải trọng không thay đổi theo thời gian T Ví dụ: trọng lượng bản thân máy Thời gian T + Tải trọng thay đổi: Không quy luật T Tm Có quy luật T1 Thời gian T2 Tck Thời gian 23 2.
Tải trọng Trong tính toán còn phân biệt: -Tải trọng danh nghĩa: Ký hiệu: Pdn, Tdn -Tải trọng tương đương: Ký hiệu: Ptd, Ttd -Tải trọng tính toán: Ký hiệu: Pt, Tt Pt = k.Tdn k: hệ số tính đến điều kiện làm việc, tải trọng động, phân bố không đều tải …. Trong thực tế k lớn hơn 1 Ví dụ: trong máy công cụ k nhỏ, trong máy đập đá k lớn 24 2. Ứng suất Tải trọng => các loại ứng suất khác nhau: kéo, uốn, nén, tiếp xúc, dập, cắt… F/A (MPa) Ứng suất có thể thay đổi hoặc không thay đổi. - Ứng suất tĩnh: , Thời gian 26 Thanh chịu xoắn 07/04/2022 27 M M M A B M C C 28 Ứng suất trên mặt cắt ngang 29 Xoắn thanh tiết diện hình chữ nhật 30 Cắt (trượt) - shear Ứng suất cắt trung bình Q – lực cắt trên bề mặt cắt Ac – diện tích bề mặt cắt Công thức trên chỉ đúng khi đoạn AC (hoặc BD) rất nhỏ (ngắn) để không trở về tình huống thanh chịu uốn.
Khi uốn thì ứng suất tiếp (cắt) trung bình sẽ không còn tính được như vậy nữa Cắt (trượt) – shear stress 32 Biến dạng cắt Dưới tác dụng của hai lực nằm trên hai mặt cắt ab và cd rất gần nhau. Giả sử mặt cắt ab cố định, mặt cắt cd sẽ trượt đến c´d´ và sau đó bị cắt rời. P a c Độ trượt tuyệt đối: I II S = cc´ = dd´ b d Độ trượt tương đối (tỷ đối): P a c Pc´ I Độ trượt tương đối đơn vị là d II b radian (rad). P d´ 33 Dập - Bearing stress Đây là hiện tượng nén cục bộ xảy ra trên một diện tích truyền lực tương đối nhỏ của hai cấu kiện nén vào nhau.
Trên mặt bị dập của cấu kiện phát sinh những ứng suất pháp gọi là ứng suất dập, ký hiệu d. d d Ứng suất dập trung bình 34 Tính toán về dập a. Kiểm tra cường độ: [d] – ứng suất dập cho phép. Chọn tiết diện mặt cắt: c.
Tìm tải trọng cho phép: 35 Uốn thuần túy phẳng 36 Uốn thuần túy phẳng Thớ trung hòa ρ – bán kính cong của thớ trung hòa 37 Uốn thuần túy phẳng 38 Ứng suất - Ứng suất thay đổi: - Chu trình ứng suất: - Chu kỳ ứng suất: 39 Ứng suất - Chu trình ứng suất được đặc trưng bởi: - Biên độ ưs: a Max - Min )/2 - ưs trung bình: m Max + Min )/2 - Hệ số chu trình ưs: r Min /Max Chu trình ứng suất: Chu trình đối xứng, chu trình không đối xứng 40 Ứng suất Chu trình ứng suất đối xứng: Max t Min Chu trình không đối xứng: + Các giới hạn ứng suất (min , max ) không bằng nhau về trị số. + Chu trình ko đối xứng khác dấu (min , max khác dấu) + Chu trình ko đối xứng đồng dấu (min , max cùng dấu) 41 Ứng suất Chu trình không đối xứng mạch động (chu trình mạch động): là trường hợp của chu trình ko đối xứng đồng dấu. Chu trình mạch động dương: Chu trình mạch động âm: 42 Ứng suất + Chu trình đối xứng + Chu trình mạch động dương Max t - Biên độ ưs Min a Max a Max /2 t -ưs trung bình Max= |Min | m0 mMax/ - hệ số chu trình ưs r r0 43 2. Ứng suất tiếp xúc o Ứng suất tiếp xúc: Ứng suất dập (áp suất): Ứng suất sinh ra trên một diện tích tương đối rộng, vuông góc với mặt tiếp xúc.
- Ứng suất dập trên thân đinh tán tiếp xúc với lỗ: 44 Ứng suất tiếp xúc ZM – HS đàn hồi + Ei, i – Mô đun đàn hồi, hệ số poát xông • – Bán kính cong tương đương Ứng suất tiếp xúc khi hai chi tiết tiếp xúc theo đường Dấu (+) tiếp xúc ngoài, (-) tiếp xúc trong 45 Ứng suất tiếp xúc Tiếp xúc theo điểm: Công thức Héc: Fn - là lực pháp tuyến tác dụng tại vị trí tiếp xúc. Độ bền mỏi của chi tiết máy 3. Hiện tượng phá hủy mỏi o Hiện tượng phá hủy mỏi Ứng suất không lớn, nhưng thay đổi lập đi lập lại, gây phá hủy chi tiết sau một thời gian chịu tải. o Độ bền mỏi: Khả năng của kim loại cản lại sự phá hủy mỏi được gọi là độ bền mỏi (sức bền mỏi).
Đường cong mỏi - Mẫu thí nghiệm + Đường kính d = 5 – 10 mm + Ra, Rz = 0,2 – 1 m + Không có tập trung ứng suất Mẫu thí nghiệm 48 Đường cong mỏi - - m là bậc đường cong mỏi phụ thuộc vào vật m N = const liệu và dạng phá hỏng m = 6 hoặc bằng 9 - , N: ứng suất và chu kỳ chịu tải tương ứng 2 r 1 r: giới hạn mỏi dài hạn N N0 N N0: Số chu kỳ cơ sở -Vùng ① là vùng làm việc lâu dài với ưs < r và N > N0 -Vùng ② là vùng làm việc ngắn hạn với ưs > r và N < N0 49 Ứng suất mỏi cho phép Ứng suất cho phép xác định bằng công thức sau: []= gh/s gh: Ứng suất giới hạn, s: Hệ số an toàn • Khi ứng suất thay đổi ổn định - Xác định số chu kỳ N, sau đó so sánh với N0 -Nếu N > N0 mỏi dài hạn r gh = r - Nếu N < N0 mỏi ngắn hạn N N0 Chu kỳ 50