intTypePromotion=1

Bài giảng Chi tiết máy: Chương 1 - TS. Phạm Minh Hải

Chia sẻ: Gió Biển | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

0
56
lượt xem
3
download

Bài giảng Chi tiết máy: Chương 1 - TS. Phạm Minh Hải

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Chi tiết máy - Chương 1: Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy" trình bày các nội dung: Các yêu cầu cơ bản đối với máy và CTM, tải trọng và ứng suất, độ bền mỏi của chi tiết máy, các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM, những vấn đề chung về tính toán và thiết kế CTM. Mời các bạn tham khảo.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Chi tiết máy: Chương 1 - TS. Phạm Minh Hải

  1. 11/09/2015 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - VIỆN CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY VÀ ROBOT Nội dung thietkemay.edu.vn BÀI GIẢNG HỌC PHẦN CHI TIẾT MÁY (ME3090) Các yêu cầu cơ bản đối với máy và CTM Những vấn đề cơ bản về thiết kế Tải trọng và ứng suất chi tiết máy  Độ bền mỏi của chi tiết máy TS. Phạm Minh Hải Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM hai.phamminh1@hust.edu.vn Những vấn đề chung về tính toán và thiết kế CTM hai.phamminh.hust@gmail.com TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy 2 2. Tải trọng và ứng suất 1. Các yêu cầu cơ bản đối với máy và CTM 2.1. Tải trọng Tải trọng là lực, momen tác động lên CTM trong quá a. Hiệu quả sử dụng: Hiệu suất, mức tiêu hao trình làm việc năng lượng, độ chính xác, chi phí vận hành. Phân loại: b. Khả năng làm việc: độ bền, độ cứng, …  Tải trọng tĩnh: không đổi theo thời gian c. Độ tin cậy cao: xác suất làm việc không hỏng hóc  Tải trọng động: thay đổi theo thời gian trong thời gian quy định. d. An toàn trong sử dụng: con người, công trình - phương e. Tính công nghệ và kinh tế: Hình dạng, kết cấu, vật - chiều liệu, cấp chính xác, số lượng chi tiết máy, khối lượng - độ lớn và kích thước … - điểm đặt * Tải trọng va đập TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy 3 TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy 4 2. Tải trọng và ứng suất 2. Tải trọng và ứng suất 2.1. Tải trọng 2.1. Tải trọng Tải trọng danh nghĩa (Qdn): tải trọng tác động lên máy Tải trọng tính toán (Qt) : hoặc CTM ở chế độ ổn định (tải trọng lớn nhất / tải trọng tác động lâu dài nhất) Qt = QtđKt Tải trọng tương đương (Qtđ): Khi có nhiều chế độ tải trọng Kt = KttKđKđk…>1 - Chọn 1 chế độ làm Qdn Ktt : hệ số xét đến sự phân bố không đều tải - Quy đổi về 1 chế độ tải trọng tương đương (tuổi thọ, độ bền) trọng trên bề mặt tiếp xúc Qtđ = Qdn .KN KN hệ số (hệ số tuổi thọ) phụ thuộc vào Kđ: hệ số tải trọng động - Chế độ thay đổi tải trọng Kđk: hệ số phụ thuộc điều kiện làm việc - Tương quan giữa Qdn và các chế độ tải trọng còn lại TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy 5 TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy 6 1
  2. 11/09/2015 2. Tải trọng và ứng suất * Nếu theo thời gian mà phân loại: 2.2. Ứng suất + Ứng suất tĩnh a. Các loại ứng suất : + Ứng suất thay đổi ứng suất kéo, ứng suất nén, ứng suất uốn, ứng Các đặc trưng của ứng suất suất xoắn thay đổi (tuần hoàn) σ max − σ min σa =  Chu trình ứng suất 2  Chu kỳ ứng suất σ max + σ min ứng suất tiếp xúc, ứng suất dập σm =  Biên độ ứng suất 2 σ min  Ứng suất trung bình r= σ max  Hệ số tính chất chu trình r -Chu trình đối xứng r = -1 -Chu trình mạch động r = 0 TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy 7 TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy 8 3.2 Cơ chế của phá hủy mỏi 3. Độ bền mỏi của chi tiết máy Tải trọng thay đổi theo chu kỳ 3.1 Đặc điểm của phá hủy do mỏi Vết nứt Vết nứt CTM Phá hủy Phá hủy tĩnh Phá hủy mỏi: tế vi trên phát yếu đi khi vết  Ứng suất tĩnh  Ứng suất thay đổi theo chu kỳ bề mặt triển quá lớn  Xảy ra tức thì  Sau một số chu trình US,  Có co tiết diện tại vết gãy (vật CTM bị phá hủy liệu dẻo)  Sự phá hủy xảy ra đột ngột,  US > giới hạn bền của vật liệu. không có co tiết diện.  US
  3. 11/09/2015 3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi 3.3.1 Ảnh hưởng của hình dạng kết cấu Thí nghiệm mỏi  Đường kính d0 = 7 ÷ 10 mm  Mẫu được mài nhẵn, không tăng bền bề mặt  Không có tập trung ứng suất.  Chu trình ứng suất là đối xứng. σ max τ max Hệ số tập trung ứng suất lý thuyết ασ = ατ = σ dn τ dn Thực tế: hình dạng, kích thước, chất lượng bề mặt, tính σ τ Hệ số tập trung ứng suất thực tế kσ = r kτ = r chất chu trình ứng suất,… -> ảnh hưởng đến giới hạn bền σ rc τ rc σr,τr là g/h mỏi của mẫu không có tập trung ứng suất. mỏi của chi tiết. σrc,τrc là g/h mỏi của mẫu có tập trung ứng suất. Kết cấu CTM càng phức tạp -> tăng tập trung ứng suất -> giảm giới hạn bền mỏi TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy 13 TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy 14 3.3.2 Ảnh hưởng của kích thước tuyệt đối do: đường kính mẫu thí nghiệm d: đường kính của chi tiết máy Hệ số a/h của kích thước tuyệt đối Ví dụ: trục chịu uốn trục chịu xoắn • Không đồng đều về cơ tính Kích thước càng lớn • Nhiều khuyết giới hạn mỏi giảm tật TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy 15 16 vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy 3.3.3 Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt 3.3.4 Ảnh hưởng của tính chất chu trình ứng suất Hệ số trạng thái bề mặt β giới hạn mỏi của mẫu có bề mặt giống chi tiết Mẫu thí nghiệm Chi tiết máy = giới hạn mỏi của mẫu thí nghiệm mỏi β > 1 : nhiệt luyện / gia công tăng bền (phun bi, cán lăn, mài, đánh bóng …). β < 1 : tiện, phay + không gia công tăng bền. Chất lượng bề mặt tốt -> ít khả năng phát triển vết nứt tế vi Hệ số ảnh hưởng của ứng suất trung bình ψσ ψτ -> giới hạn bền mỏi tăng (xem chương “Trục”) TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy 17 TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy 18 3
  4. 11/09/2015 4. Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM Giới hạn mỏi của chi tiết được tính theo giới hạn mỏi của mẫu như sau: 5 chỉ tiêu chủ yếu: εσ β ετ β σ rc = σ r τ rc = τ r kσ kτ Độ bền Độ cứng 3.4 Các biện pháp nâng cao độ bền mỏi Độ bền mòn • Hạn chế các nguyên nhân gây tải trọng thay đổi theo chu kỳ (tăng tính đàn hồi của kết cấu) Khả năng chịu nhiệt • Thiết kế: Tránh gây tập trung ứng suất Độ ổn định dao động • Công nghệ: Mài, đánh bóng, gia công tăng bền bề mặt TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy 19 TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy 20 4.1 Độ bền 4.2 Độ cứng là khả năng chống lại sự phá hỏng của CTM là khả năng chống biến dạng của CTM khi chịu Độ bền thể tích Độ bền bề mặt tác động của tải trọng ngoài Độ bền tĩnh Độ bền mỏi Độ cứng thể tích: liên quan đến biến dạng thể tích Phương pháp tính: Độ cứng tiếp xúc: liên quan đến biến dạng các lớp bề mặt σ ≤ [σ] τ ≤ [τ] Phương pháp tính toán: σH ≤ [σH], σd ≤ [σd] Độ võng: y ≤ [y] S>=[S] (mỏi, xem phần trục) Độ dãn dài: ∆l ≤ [∆l] Góc xoắn: ϕ ≤ [ϕ] S là hệ số an toàn; σlim là giới hạn phá hủy của vật liệu chi tiết máy Góc xoay: θ ≤ [θ] TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy 21 TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy 22 4.3 Độ bền mòn 4.4 Khả năng chịu nhiệt Mòn là hiện tượng giảm dần kích thước và thay đổi hình dáng do Trong quá trình làm việc + do ma sát trong các cơ cấu, nhiệt độ ma sát gây ra. của máy và chi tiết máy tăng lên. Điều kiện để gây ra mòn là Ảnh hưởng của nhiệt độ: - Có áp suất bề mặt tiếp xúc ( hai chi tiết tiếp xúc nhau ) - Giảm khả năng làm việc (thép >300, KLM >50 độ C) - Có chuyển động tương đối giữa hai chi tiết tiếp xúc ( có vận tốc - Biến dạng nhiệt gây cong vênh trượt) - Giảm độ nhớt dầu Phương pháp tính toán để hạn chế mòn: Phương pháp: p ≤ [p] t ≤ [t] p.v ≤ [pv] Tính toán để đảm bảo bôi trơn ma sát ướt (giảm hệ số ma sát) TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy 23 TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy 24 4
  5. 11/09/2015 4.5 Độ ổn định dao động 5. Những vấn đề chung về tính toán và thiết kế CTM là khả năng làm việc với vận tốc cần thiết mà không bị rung quá mức cho phép. Nguyên nhân của dao động: Đặc điểm tính toán và thiết kế CTM - Độ cứng của máy không đảm bảo, biến dạng đàn hồi lớn. - Sự mất cân bằng các chi tiết quay. Xác định ứng suất cho phép Hậu quả của dao động: - Gây ứng suất phụ thay đổi theo chu kỳ. Vật liệu - Giảm khả năng làm việc của máy. Biện pháp nâng cao độ ổn định dao động Những vấn đề về tiêu chuẩn hóa - Triệt tiêu nguyên nhân gây dao động - Thay đổi các thông số động học động lực học - Thiết kế các bộ phận chống rung (giảm chấn) TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy 25 26 TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy 5. Những vấn đề chung về tính toán và thiết kế CTM 5.2 Xác định ứng suất cho phép 5.1 Đặc điểm tính toán và thiết kế CTM TÍNH THIẾT KẾ σ lim τ lim điều kiện làm việc, tải trọng [σ ] = [τ ] = s s Chọn vật liệu σlim ứng suất giới hạn của vật liệu Vì nhiều yếu tố chưa tính đến nên trong tính toán Công thức thiết kế Lớn 1 kích thước chính Hệ số an toàn xác định theo công thức nhỏ Sai khác s = s1.s2.s3 các kích thước còn lại (tiêu chuẩn, yêu cầu về công nghệ, lắp ghép) s1 :hệ số an toàn xét đến mức độ chính xác trong việc xác định tải trọng và ứng suất(1,2-1,5). s2 :hệ số an toàn xét đến độ đồng nhất cơ tính của Các chỉ tiêu về khả không thỏa mãn vật liệu (1,5-2,5). năng làm việc s3 : hệ số an toàn kể đến mức độ quan trọng của thỏa mãn TÍNH KIỂM NGHIỆM chi tiết (1-1,5) Kết thúc tính toán 27 TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy 28 TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy Khi tính theo độ bền tĩnh: Khi tính theo độ bền mỏi: σlim = σb đối với vật liệu giòn (gang) σlim phụ thuộc số chu trình N và chế độ thay đổi ứng suất. σlim = σch đối với vật liệu dẻo (thép) a. Ứng suất thay đổi ổn định - Chi tiết máy làm việc lâu dài N ≥ N0, σlim = σr - Chi tiết máy làm việc ngắn hạn N < N0, σlim = σrN = σrKN N là hệ số tuổi thọ. K =m 0 N N b. Ứng suất thay đổi không ổn định m σ  Ni, σi N tđ = ∑  i  N i Ntd, σ1  σ1  ổn định không ổn định TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những 29 TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy 30 vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy 5
  6. 11/09/2015 5.3 Vật liệu 5.4 Những vấn đề về tiêu chuẩn hóa • Các yêu cầu chung đối với vật liệu là  Độ bền, độ cứng…  Yêu cầu về khối lượng, kích thước • Tuân thủ các tiêu chuẩn:  Có tính công nghệ - Hình dạng  Nguyên tắc chất lượng cục bộ - Kích thước (thường lấy tròn đến 0 và 5mm) • Vật liệu thường dùng là:  Kim loại đen: gang, thép (độ bền, độ cứng cao và tương đối rẻ). - Yêu cầu kỹ thuật  Kim loại màu: đồng, kẽm, nhôm…(dạng hợp kim màu) có tính - Các yếu tố cấu tạo (mô đun răng, bước ren) giảm ma sát, chống rỉ, đắt tiền  Kim loại gốm: nung + ép bột kim loại với các chất phụ gia; khó - Cấp chính xác nóng chảy, hệ số ma sát thấp, giá thành cao, kích thước hạn chế.  Vật liệu phi kim: gỗ, da, cao su, chất dẻo, a-mi-ăng - V.v… TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy 31 TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy 32 Ví dụ về ứng suất tiếp xúc và ứng suất dập Những vấn đề chính trong chương 1 Ứng suất tiếp xúc: khi diện tích tiếp xúc rất nhỏ Tiếp xúc đường (trụ - trụ, trụ - phẳng) • 5 yêu cầu cơ bản US tiếp xúc được tính theo CT Héc [TLTK 1] • 5 chỉ tiêu cơ bản • Độ bền mỏi: cơ chế, các yếu tố ảnh hưởng, qn 2 E1 E2 đường cong mỏi σ H = ZM ZM = 2ρ π [(1 − µ12 ) E1 + (1 − µ 22 ) E2 ] • Tải trọng: tĩnh, động qn - Cường độ tải trọng pháp tuyến • Ứng suất: không đổi, thay đổi (tuần hoàn), thể tích, bề mặt • Các vấn đề thiết kế: vật liệu, hệ số an toàn, tiêu chuẩn hóa E - Mô đun đàn hồi của vật liệu µ - Hệ số Poát-xông TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những 33 TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy 34 vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy Tiếp xúc đường (trụ - trụ, trụ - phẳng) công thức gần đúng Ứng suất dập: khi diện tích tiếp xúc lớn [TLTK 1] Khi Tiếp xúc điểm (cầu – cầu, cầu - phẳng) Fn E 2 σ H = 0,3883 (Vật liệu là thép) ρ2 Fn: Tải trọng pháp tuyến Giả thiết: áp suất phân bố đều trên bề mặt chịu lực TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy 35 TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy 36 6

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản