PHẦN 1: CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY

Chương 2: Độ bền của chi tiết máy

VIỆN CƠ KHÍ – BM GIA CÔNG ÁP LỰC

Chương 2

• Tải trọng và ứng suất • Độ bền tĩnh • Độ bền mỏi

Độ bền của chi tiết máy

2

Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/

2.1 Tải trọng và ứng suất

2.1.1 Tải trọng

Khái niệm

3

Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/

2.1 Tải trọng và ứng suất

2.1.1 Tải trọng

Phân loại theo tính chất thay đổi:

-Tải trọng tĩnh

-Tải trọng thay đổi

-Tải trọng va đập

4

Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/

2.1 Tải trọng và ứng suất

2.1.1 Tải trọng

Phân loại theo tính toán:

- Tải trọng danh nghĩa

- Tải trọng tương đương

5

Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/

- Tải trọng tính toán

2.1 Tải trọng và ứng suất

2.1.1 Ứng suất

Phân loại theo tính chất thay đổi:

- Ứng suất tĩnh

Thay đổi ổn định

- Ứng suất thay đổi

6

Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/

Thay đổi không ổn định

2.1 Tải trọng và ứng suất

2.1.1 Ứng suất

7

Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/

Phân loại theo tính toán:

2.1 Tải trọng và ứng suất

2.1.1 Ứng suất

Phân loại theo tính toán:

Ứng suất dập

8

Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/

2.1 Tải trọng và ứng suất

2.1.1 Ứng suất

Phân loại theo tính toán:

Ứng suất tiếp xúc đường

𝜎𝐻 = 𝑍𝑀.

𝑞𝐻 2𝜌

𝜌 =

𝜌1𝜌2 𝜌1 ± 𝜌2

𝑍𝑀 =

2 ]

𝜋[𝐸1 1 − 𝜇2

2𝐸1𝐸2 2 + 𝐸2 1 − 𝜇1

9

Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/

2.1 Tải trọng và ứng suất

2.1.1 Ứng suất

Phân loại theo tính toán:

Ứng suất tiếp xúc điểm

3 𝐹𝑛𝐸2 𝜌2

10

Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/

𝜎𝐻 = 𝑎.

2.2 Độ bền tĩnh

Khả năng vật liệu cản lại sự phá hủy tĩnh

Ứng suất tĩnh vượt quá giới hạn bền tĩnh

Phá hủy dẻo

Phá hủy giòn

11

Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/

2.2 Độ bền tĩnh

Thuyết bền

Vật liệu

Ứng suất pháp lớn nhất Ứng suất pháp lớn nhất

Vật liệu dẻo Vật liệu dẻo

Biến dạng dài tương đối

Vật liệu giòn Vật liệu giòn

Ứng suất tiếp lớn nhất Ứng suất tiếp lớn nhất

Thế năng biến đổi hình dáng Thế năng biến đổi hình dáng

Mohr Mohr

12

Coulomb-Mohr

2.3 Độ bền mỏi

2.3.1 Cơ chế phá hủy mỏi

Ứng suất thay đổi nhỏ hơn giới hạn bền

- Xuất hiện vết nứt tế vi - Phát triển - Hỏng

13

Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/

Vùng hỏng

2.3 Độ bền mỏi

14

Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/

2.3.2 Đường cong mỏi

2.3 Độ bền mỏi

15

2.3.3 Đồ thị các ứng suất giới hạn

2.3 Độ bền mỏi

2.3.4 Tính toán độ bền

- Ứng suất tính toán

Ứng suất phức tạp (theo các thuyết bền):

Tính toán độ bền bề mặt:

16

Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/

2.3 Độ bền mỏi

2.3.4 Tính toán độ bền

Ứng suất thay đổi không ổn định:

17

Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/

2.3 Độ bền mỏi

2.3.4 Tính toán độ bền

- Ứng suất tính toán

Tra bảng

S = S1. S2. S3

1,2 – 1,5

1 – 1,5

1,5 – 2,5

18

Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/

2.3 Độ bền mỏi

2.3.4 Tính toán độ bền - Ứng suất tính toán

- Ứng suất tĩnh:

+ Vật liệu dẻo: σgh = σch (giới hạn chảy) + Vật liệu giòn: σgh = σb (giới hạn bền)

- Ứng suất thay đổi ổn định, không ổn định

N > N0: 𝜎𝑔ℎ = 𝜎𝑟

N < N0: 𝜎𝑔ℎ = 𝜎𝑟.

𝑚 𝑁0 𝑁

19

Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/

2.3 Độ bền mỏi

2.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi

1. Vật liệu: thép, gang, hợp kim màu

2. Hình dạng kết cấu

Hệ số tập trung ứng suất

𝑘𝜎 = ; 𝑘𝜏 =

𝜎𝑟 𝜎𝑟𝑐

𝜏𝑟 𝜏𝑟𝑐

20

Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/

2.3 Độ bền mỏi

2.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi 3. Kích thước tuyệt đối

Hệ số ảnh hưởng kích thước tuyệt đối

21

Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/

2.3 Độ bền mỏi

2.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi 4. Trạng thái bề mặt

Hệ số trạng thái bề mặt β: tỉ số giữa giới hạn mỏi của mẫu có trạng thái bề mặt giống chi tiết và giới hạn mỏi của mẫu có bề mặt không được gia công tăng bền

22

Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/

2.3 Độ bền mỏi

23

2.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi 5. Trạng thái ứng suất

2.3 Độ bền mỏi

2.3.6 Các biện pháp nâng cao độ bền mỏi - Giảm biên độ dao động:

Tăng tính đàn hồi (khớp nối đàn hồi, ổ trượt, …)

- Giảm ứng suất danh nghĩa:

Tăng kích thước

24

Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/

2.3 Độ bền mỏi

2.3.6 Các biện pháp nâng cao độ bền mỏi

- Biện pháp công nghệ:

- Biện pháp thiết kế:

Nhiệt luyện, hóa nhiệt luyện Giảm tập trung ứng suất

Gia công tinh bề mặt

Tạo ứng suất dư nén

25

Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/

26