Chương II Các chỉ tiêu chủ yếu đánh giá khả năng làm việc của chi tiết máy
Gồm: Độ bền, độ cứng, độ bền mòn, độ chịu dao động, độ chịu nhiệt.
Độ bền
1
Khái niệm: Khả năng tiếp nhận tải trọng của CTM mà không bị phá hỏng (biến dạng dư quá giới hạn cho phép hoặc phá hủy). Phân loại:
+ Độ bền tĩnh + Độ bền mỏi Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM + Độ bền thể tích + Độ bền bề mặt
Các dạng hỏng phụ thuộc tính chất thay đổi ứng suất và vùng chịu ứng suất
Tính chất thayđổi của ƯS
Độ bền tĩnh (CT chịu ƯSKĐ)
Độ bền mỏi (CT chịu ƯSTĐ)
Vùng chịu US
- Biến dạng dư thể tích
- Gãy, đứt vì mỏi
Thể tích
- Tróc rỗ bề mặt vì mỏi
-Dập -Biến dạng dẻo bề mặt
Bề mặt
2
Ví dụ: Chi tiết chịu ƯSTX Thay đổi có thể hỏng do tróc rỗ bề mặt vì mỏi
Phương pháp tính độ bền
Phương trình cơ bản:
- Nếu CTM chịu ƯS không đổi, σlim lấy theo giới hạn bền, chảy.
- Nếu CTM chịu ƯS thay đổi, σlim lấy theo giới hạn mỏi.
Cũng có khi độ bền mỏi tính theo điều kiện:
3
s≥ [s]
- Tính độ bền thể tích
+ Tính độ bền thể tích khi ứng suất không đổi:
(áp dụng phương trình cơ bản)
+ Tính độ bền thể tích khi ứng suất thay đổi:
- Dạng hỏng vì mỏi
- Khái niệm giới hạn mỏi, đường cong mỏi
- Các nhân tố ảnh hưởng đến giới hạn mỏi
- Các biện pháp nâng cao sức bền mỏi
- Tính bền thể tích mỏi khi ƯSTĐ ổn định
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
- Tính bền thể tích mỏi khi ƯSTĐ không ổn định 4
Dạng hỏng vì mỏi
- Xảy ra khi chi tiết chịu ứng suất thay đổi, số chu kỳ đủ lớn
- Xảy ra đột ngột, trước khi hỏng không xuất hiện biến dạng dư
- Ứng suất lớn nhất sinh ra còn nhỏ hơn nhiều so với ứng suất cho phép theo điều kiện bền tĩnh
Vùng phát triển vết nứt vì mỏi (beach marks)
Vùng phá hủy nhanh chóng
5
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Hỏng do không đủ bền tĩnh Hỏng do không đủ bền mỏi
6
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
7
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
8
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Giới hạn mỏi, đường cong mỏi
- Giới hạn mỏi: Giá trị ứng suất lớn nhất sinh ra trong chi tiết mà tại đó vật liệu chưa xuất hiện dấu hiệu nứt mỏi ứng với số chu kỳ ứng suất nhất định
- Quan hệ giữa ứng suất và số chu kì gây hỏng chi tiết được biểu diễn bằng đường cong mỏi
N
N≥N0: G.h. mỏi dài hạn
9
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Đồ thị ứng suất giới hạn
10
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Các nhân tố ảnh hưởng đến giới hạn mỏi
- Ảnh hưởng của vật liệu:
+ Kim loại có độ bền mỏi cao hơn vật liệu phi kim loại
+ Hợp kim đen có độ bền mỏi cao hơn hợp kim màu
+ Thép có độ bền mỏi cao hơn gang
+ Thép HK có độ bền mỏi cao hơn thép các bon
+ Thép các bon có hàm lượng cao có độ bền mỏi cao
hơn thép các bon hàm lượng thấp
11
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Ảnh hưởng của hình dáng kết cấu
+ Tiết diện thay đổi đột ngột gây tập trung ứng suất,
giảm sức bền mỏi
+ Hệ số tập trung ứng suất lý thuyết:
+ Hệ số tập trung ứng suất thực tế:
12
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Ảnh hưởng của kích thước tuyệt đối
+ Chi tiết có kích thước càng lớn thì giới hạn mỏi càng
thấp
+ Chi tiết có kích thước càng lớn: khả năng khuyết tật
càng cao: nứt tế vi, rỗ … gây tập trung ứng suất, dễ
phát sinh mỏi.
- Tỷ lệ giữa lớp bề mặt cơ tính tốt với toàn thể tích chi
tiết càng giảm.
+ Hệ số kích thước tuyệt đối:
13
Ảnh hưởng của công nghệ gia công bề mặt
+ Lớp bề mặt thường là lớp chịu ứng suất lớn nhất
+ Các vết nứt tế vi do mỏi thường xuất hiện từ lớp này
+ Ảnh hưởng:
- CTM được gia công tinh, độ nhẵn bề mặt cao sẽ
có giới hạn mỏi cao hơn gia công thô, độ nhẵn thấp.
- CTM được tăng bền bề mặt như phun bi,lăn,
nén… sẽ được tăng độ bền mỏi
+ Đánh giá ảnh hưởng bằng hệ số bề mặt
14
Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất
+ Biên độ ứng suất a và
ứng suất trung bình m
ảnh hưởng đến giới hạn
mỏi;
15
+ Khi σm>0 càng lớn, biên
độ nhỏ cũng làm hỏng
CTM;
+ Khi σm<0 trị số giới hạn
của σa lớn hơn giới hạn mỏi
trong chu trình đối xứng.
Các biện pháp nâng cao sức bền mỏi
+ Các biện pháp kết cấu
- Bố trí những chỗ gây tập trung ƯS ở xa vùng chịu ƯS lớn
- Tại những chỗ chuyển tiếp nên dùng góc lượn có bán kính lớn
nhất có thể dùng góc lượn elip
- Dùng then hoa răng thân khai thay cho then hoa răng chữ nhật
- Với các mối ghép có độ dôi phải vát mép, làm mềm hoặc khoét
rãnh thoát tải ở mayơ
+ Các biện pháp công nghệ
- Dùng các phương pháp nhiệt luyện hoặc hóa nhiệt luyện
- Dùng các phương pháp để tăng chất lượng bề mặt như mài,
đánh bóng, lăn ép, phun bi…
16
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Tính độ bền thể tích khi ƯSTĐ ổn định
- CTM làm việc với số chu kỳ ứng suất N ≥ N0 :
- Nếu CTM làm việc với số chu kỳ ứng suất N < N0 :
17
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Tính độ bền thể tích khi ƯSTĐ bất ổn định
18
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Sơ đồ tính độ bền khi ƯS thay đổi bất ổn định
+ CTM chịu các ƯS , ứng với các chu kỳ
ứng suất N1
’, N2
’
’,…,Nn
.
+ Tổn thất mỏi ở chế độ ứng suất thứ i:
+ Theo điều kiện cộng bậc nhất đơn giản các tổn
thất mỏi:
19
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
20
→ Có thể thay thế tác dụng của các σi trong suốt thời
gian phục vụ của chúng bằng td của σtd với số chu kỳ
tương đương NE :
Cách 1: Chọn trước σtd = σtmax tính Ntd=NE :
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Cách này thường dùng tính các bộ truyền
21
Cách 2: Cũng chọn trước số chu kỳ tương đương bằng tổng
số các chu kỳ thay đổi ứng suất N∑:
→ Cách này thường
dùng tính ổ lăn
22
Khi tính độ bền thể tích, số mũ m’=m do quan hệ giữa tải trọng và
ứng suất là bậc nhất, khi tính độ bền tiếp xúc: m’=m/2 (tx đường)
m’=m/3 (tx điểm)
Xác định ứng suất giới hạn lim:
- Nếu Ntđ ≥ N0:
lim=r
23
- Nếu Ntđ < N0:
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Tính độ bền bề mặt
+ Tiếp xúc trên diện tích rộng => tính bền dập:
Phương trình cơ bản:
24
+ Tiếp xúc điểm/đường => tính bền tiếp xúc:
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Tính độ bền tiếp xúc
Tính bền tiếp xúc khi ứng suất không đổi:
25
- Ứng suất sinh ra tính theo ứng suất dập nếu dt
tx rộng, nếu dttx nhỏ tính ưstx cực đại H theo
công thức Hec (Hertz).
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
- Ứng suất cho phép [tx] xác định theo độ bền
tĩnh tiếp xúc (tránh biến dạng bề mặt) từ thực
nghiệm.
Tính bền tiếp xúc khi ứng suất thay đổi
26
Dạng hỏng tróc rỗ bề mặt vì mỏi
(Lực ma sát có chiều ngược chiều lực vòng)
Tính độ bền mỏi tiếp xúc
Khi ứng suất tiếp xúc thay đổi ổn định
- CTM làm việc với số chu kỳ ứng suất N ≥ N0 :
- CTM làm việc với số chu kỳ ứng suất N < N0 :
27
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
b.2.1. Khi ứng suất tiếp xúc thay đổi bất ổn định
Tương tự khi tính bền thể tích, lưu ý:
28
- Với cách tính 1:
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
- Với cách tính 2:
Hay tính theo tải trọng:
CHÚ Ý: m’=m/2 nếu tiếp xúc đường
m’= m/3 nếu tiếp xúc điểm
29
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
ĐỘ CỨNG
Khái niệm
- Khả năng của CTM chống lại biến dạng đàn hồi khi
chịu tải
- Chi tiết máy được coi là không đủ độ cứng, khi
lượng biến dạng đàn hồi của nó vượt quá giá trị cho
phép.
- Độ cứng thể tích: liên quan đến biến dạng của toàn
bộ khối vật liệu chi tiết;
30
- Độ cứng bề mặt (tiếp xúc): liên quan đến biến dạng
của lớp bề mặt của chi tiết;
Tầm quan trọng của độ cứng
- Là một chỉ tiêu quan trọng đánh giá khả năng làm việc
của CTM.
- Một số CTM tính thiết kế theo độ cứng.
- Một số CTM được tăng kích thước khá nhiều
sau khi tính bền nhằm đạt độ cứng yêu cầu.
+ Giảm độ chính xác làm việc của CTM và của toàn máy.
+ Có thể gây kẹt, không làm việc được.
+ Gây hoặc tăng tải trọng phụ trong máy.
31
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
+ Ảnh hưởng xấu đến các tiết máy liên quan: Trục không
đủ cứng làm tăng tập trung tải trọng cho các CTM lắp
trên nó như: bánh răng, ổ…
Phương pháp tính độ cứng
Độ cứng thể tích
- Khi chịu kéo (nén): l [l]
- Khi chịu uốn: f [f]
32
- Khi chịu xoắn : []
VT xác định theo các công thức của SBVL
VP xác định theo đk làm việcc của chi tiết
Độ cứng tiếp xúc
- Độ cứng tiếp xúc khi tiếp xúc nhỏ: tính theo
lý thuyết Héc.
33
- Độ cứng tiếp xúc khi tiếp xúc mặt: tính theo
các công thức thực nghiệm.
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Các biện pháp nâng cao độ cứng
Độ cứng thể tích
- Chọn tiết diện chịu lực hợp lý. Nên dùng tiết
diện rỗng.
- Giảm chiều dài và/hoặc tăng mô men chống uốn.
34
- Sử dụng gối đỡ phụ, gân tăng cứng nếu có thể.
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
- Khi cần tăng kích thước để đủ cứng, nên chọn
vật liệu có cơ tính thấp sẽ tránh được thừa bền.
Độ cứng tiếp xúc
- Nâng cao chất lượng bề mặt (giảm độ nhám,
tăng bền..).
- Lắp ghép có độ dôi ban đầu (nong cứng bề mặt).
- Chọn phối hợp vl thích hợp (giảm độ cứng của
CTM không quan trọng).
- Dùng dầu bôi trơn hợp lý.
35
Độ chịu mài mòn
Khái niệm
- Mòn: là kết quả td của ưstx hoặc áp suất xảy
ra khi các bề mặt tx trượt tương đối với nhau
trong đk không đủ dầu bôi trơn.
-Độ chịu mài mòn: Độ bền mòn là khả năng
chống lại sự suy giảm chiều dày lớp bề mặt
tiếp xúc của CTM
khả năng CTM có thể làm việc trong thời gian
yêu cầu mà không bị mòn quá mức cho phép.
36
Tác hại của mòn
- Làm giảm độ chính xác của máy, dụng cụ đo
- Làm giảm hiệu suất của máy - Ví dụ động cơ
- Làm tăng khe hở trong các mối ghép động,
dẫn đến tăng ồn, gây tải động phụ
- Làm mất lớp bề mặt có cơ tính tốt – đẩy
nhanh quá trình mòn.
37
- Giảm độ bền CT, nhiều CTM hết khả năng
phục vụ do quá mòn.
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Tác hại của mòn
Mòn trong bánh răng
38
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Mòn trong ổ lăn
39
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
40
Mòn vòi phun
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Quá trình mòn
41
3 giai đoạn: Chạy rà-> Mòn ổn định–> Khốc liệt
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
- Giai đoạn 1: Chạy rà
- San bớt nhấp nhô bề mặt sau gia
công
- Lượng mòn tăng nhanh
- Tốc độ mòn giảm nhanh
42
- Cần đặt tải nhẹ, bôi trơn, làm mát tốt
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
- Giai đoạn 2: Mòn ổn định (quá trình làm việc)
- Lượng mòn tăng chậm, tỷ lệ bậc nhất
43
- Tốc độ mòn nhỏ, gần như hằng số:
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
- Thời gian kéo dài của quá trình này chính là
tuổi thọ mòn của CTM
- Giai đoạn 3: Mòn khốc liệt (phá hỏng)
-Lượng mòn và tốc độ mòn
tăng rất nhanh
44
- Không nên để CTM làm việc ở
gia đoạn này. Nên thay thế CTM
khi nó làm việc ở cuối giai đoạn
mòn bình ổn.
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Biện pháp giảm mòn
- Mòn phụ thuộc: Áp suất (ƯSTX), vận tốc
trượt, hệ số ma sát.
- Đảm bảo chế độ bôi trơn (Giảm ma sát).
- Chọn cặp vật liệu hợp lý (Hệ số ma sát)
45
- Cải thiện chất lượng bề mặt (Giảm ma sát)
Tính độ bền mòn
- Tính toán độ bền mòn nhằm thỏa điều kiện ma sát
ướt; Nếu không thể thì phải hạn chế áp suất (ứng xuất
tiếp xúc) trên bề mặt tiếp xúc;
- Quan hệ giữa áp suất (ƯSTX) và quãng đường trượt:
- Việc tính toán rất phức tạp, chưa có phương pháp
thỏa đáng => tính quy ước:
46
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
ĐỘ CHỊU NHIỆT
Khái niệm
- Là khả năng làm việc bình thường của CTM
trong một phạm vi nhiệt độ nhất định.
- Nhiệt trong các máy công tác thường do ma
sát sinh ra.
47
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Tác hại của nhiệt
- Làm giảm cơ tính vật liệu -> Giảm khả năng chịu
tải
48
- Làm giảm độ nhớt chất bôi trơn -> Tăng mòn
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
-Biến dạng nhiệt -> cong, vênh, kẹt, tập trung
tải trọng
- Làm thay đổi tính chất các bề mặt tx
-Giảm độ chính xác của máy
Tính toán độ chịu nhiệt
- Xác định nhiệt độ sinh ra trong quá trình làm việc, nếu
quá lớn → hạn chế nhiệt độ trong phạm vi cho phép:
tb] xác định bằng thực
- Nhiệt độ trung bình cho phép [t0
nghiệm
- Nhiệt độ trung bình sinh ra được xđ dựa vào đk
cân bằng nhiệt:
49
Với và 1 là nhiệt lượng sinh ra và nhiệt lượng
tản đi trong một đơn vị thời gian.
- sinh ra trong 1h tính theo cs mất mát Pm:
- Nhiệt lượng 1 truyền đi trong 1h:
to -nhiệt độ môi trường
50
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
kt -hệ số tản nhiệt (7,5-15 Kcal/m2.h.độ)
At -diện tích tản nhiệt (txúc với môi trường), m2
ĐK cân bằng nhiệt:
- Khi đã biết At → xđ nhiệt độ làm việc trung bình của các
CTM để kiểm nghiệm:
- Nếu đang thiết kế máy, có thể chọn trước nhiệt độ làm
việc t → xđ diện tích tản nhiệt cần thiết dựa At:
51
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Các biện pháp giảm nhiệt độ
Từ công thức:
- Tăng hiệu suất máy
- Tăng diện tích tản nhiệt At
- Tăng hệ số tản nhiệt kt ?
- Làm mát cưỡng bức?
52
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Độ ổn định dao động
Khái niệm
Là khả năng của CTM có thể làm việc bình
thường trong một phạm vi tốc độ cần thiết mà
không bị rung động quá mức cho phép.
53
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Nguyên nhân gây dao động
- Máy có chuyển động gián đoạn
- Máy hoặc tiết máy quay không cân bằng
- Chi tiết máy không đủ cứng
- Vận tốc làm việc cao
54
- Do các dao động lân cận truyền đến
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Tác hại của dao động
- Gây ưs phụ thay đổi theo ckỳ → CTM hỏng vì mỏi
55
- Gây dao động cưỡng bức → cộng hưởng
- Làm giảm độ chính xác của máy
- Gây ồn
(bị gẫy 7/11/1940)
Cầu Tacoma
(bang Washington USA)
56
57
58
Tính toán dao động
- Xác định tần số dao động riêng của máy hoặc cơ cấu
để tránh cộng hưởng bằng cách không cho tần số
dao động cưỡng bức bằng số nguyên lần tần số dao
động riêng hoặc để tìm nguyên nhân dao động.
- Xác định biên độ dao động và hạn chế trong phạm vi
cho phép.
59
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Các biện pháp hạn chế dao động
+ Tránh sử dụng vật quay không cân bằng.
+ Triệt tiêu các nguồn gây dao động: Cách ly
với các máy khác.
+ Thay đổi thông số động lực học để tránh
cộng hưởng.
60
+ Sử dụng các biện pháp giảm chấn.
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Scanning Vibrometer
61
Lắp thiết bị giảm dao động cho một dây cáp ở
cầu dây văng Bến Cốc (An Phú, An Giang)
62
N≥N0: G.h. mỏi dài hạn
9
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Đồ thị ứng suất giới hạn
10
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Các nhân tố ảnh hưởng đến giới hạn mỏi
- Ảnh hưởng của vật liệu:
+ Kim loại có độ bền mỏi cao hơn vật liệu phi kim loại
+ Hợp kim đen có độ bền mỏi cao hơn hợp kim màu
+ Thép có độ bền mỏi cao hơn gang
+ Thép HK có độ bền mỏi cao hơn thép các bon
+ Thép các bon có hàm lượng cao có độ bền mỏi cao hơn thép các bon hàm lượng thấp
11
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Ảnh hưởng của hình dáng kết cấu
+ Tiết diện thay đổi đột ngột gây tập trung ứng suất, giảm sức bền mỏi
+ Hệ số tập trung ứng suất lý thuyết:
+ Hệ số tập trung ứng suất thực tế:
12
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Ảnh hưởng của kích thước tuyệt đối
+ Chi tiết có kích thước càng lớn thì giới hạn mỏi càng thấp
+ Chi tiết có kích thước càng lớn: khả năng khuyết tật càng cao: nứt tế vi, rỗ … gây tập trung ứng suất, dễ phát sinh mỏi. - Tỷ lệ giữa lớp bề mặt cơ tính tốt với toàn thể tích chi tiết càng giảm.
+ Hệ số kích thước tuyệt đối:
13
Ảnh hưởng của công nghệ gia công bề mặt
+ Lớp bề mặt thường là lớp chịu ứng suất lớn nhất
+ Các vết nứt tế vi do mỏi thường xuất hiện từ lớp này
+ Ảnh hưởng: - CTM được gia công tinh, độ nhẵn bề mặt cao sẽ có giới hạn mỏi cao hơn gia công thô, độ nhẵn thấp. - CTM được tăng bền bề mặt như phun bi,lăn, nén… sẽ được tăng độ bền mỏi
+ Đánh giá ảnh hưởng bằng hệ số bề mặt
14
Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất
+ Biên độ ứng suất a và ứng suất trung bình m ảnh hưởng đến giới hạn mỏi;
15
+ Khi σm>0 càng lớn, biên độ nhỏ cũng làm hỏng CTM; + Khi σm<0 trị số giới hạn của σa lớn hơn giới hạn mỏi trong chu trình đối xứng.
Các biện pháp nâng cao sức bền mỏi
+ Các biện pháp kết cấu
- Bố trí những chỗ gây tập trung ƯS ở xa vùng chịu ƯS lớn - Tại những chỗ chuyển tiếp nên dùng góc lượn có bán kính lớn nhất có thể dùng góc lượn elip - Dùng then hoa răng thân khai thay cho then hoa răng chữ nhật - Với các mối ghép có độ dôi phải vát mép, làm mềm hoặc khoét rãnh thoát tải ở mayơ
+ Các biện pháp công nghệ
- Dùng các phương pháp nhiệt luyện hoặc hóa nhiệt luyện - Dùng các phương pháp để tăng chất lượng bề mặt như mài, đánh bóng, lăn ép, phun bi…
16
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Tính độ bền thể tích khi ƯSTĐ ổn định
- CTM làm việc với số chu kỳ ứng suất N ≥ N0 :
- Nếu CTM làm việc với số chu kỳ ứng suất N < N0 :
17
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Tính độ bền thể tích khi ƯSTĐ bất ổn định
18
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Sơ đồ tính độ bền khi ƯS thay đổi bất ổn định
+ CTM chịu các ƯS , ứng với các chu kỳ
ứng suất N1
’, N2
’ ’,…,Nn
.
+ Tổn thất mỏi ở chế độ ứng suất thứ i:
+ Theo điều kiện cộng bậc nhất đơn giản các tổn thất mỏi:
19
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
20
→ Có thể thay thế tác dụng của các σi trong suốt thời gian phục vụ của chúng bằng td của σtd với số chu kỳ tương đương NE :
Cách 1: Chọn trước σtd = σtmax tính Ntd=NE :
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Cách này thường dùng tính các bộ truyền
21
Cách 2: Cũng chọn trước số chu kỳ tương đương bằng tổng số các chu kỳ thay đổi ứng suất N∑:
→ Cách này thường dùng tính ổ lăn
22
Khi tính độ bền thể tích, số mũ m’=m do quan hệ giữa tải trọng và ứng suất là bậc nhất, khi tính độ bền tiếp xúc: m’=m/2 (tx đường) m’=m/3 (tx điểm)
Xác định ứng suất giới hạn lim:
- Nếu Ntđ ≥ N0:
lim=r
23
- Nếu Ntđ < N0:
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Tính độ bền bề mặt
+ Tiếp xúc trên diện tích rộng => tính bền dập:
Phương trình cơ bản:
24
+ Tiếp xúc điểm/đường => tính bền tiếp xúc:
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Tính độ bền tiếp xúc
Tính bền tiếp xúc khi ứng suất không đổi:
25
- Ứng suất sinh ra tính theo ứng suất dập nếu dt tx rộng, nếu dttx nhỏ tính ưstx cực đại H theo công thức Hec (Hertz).
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
- Ứng suất cho phép [tx] xác định theo độ bền tĩnh tiếp xúc (tránh biến dạng bề mặt) từ thực nghiệm.
Tính bền tiếp xúc khi ứng suất thay đổi
26
Dạng hỏng tróc rỗ bề mặt vì mỏi (Lực ma sát có chiều ngược chiều lực vòng)
Tính độ bền mỏi tiếp xúc
Khi ứng suất tiếp xúc thay đổi ổn định
- CTM làm việc với số chu kỳ ứng suất N ≥ N0 :
- CTM làm việc với số chu kỳ ứng suất N < N0 :
27
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
b.2.1. Khi ứng suất tiếp xúc thay đổi bất ổn định
Tương tự khi tính bền thể tích, lưu ý:
28
- Với cách tính 1:
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
- Với cách tính 2:
Hay tính theo tải trọng:
CHÚ Ý: m’=m/2 nếu tiếp xúc đường m’= m/3 nếu tiếp xúc điểm
29
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
ĐỘ CỨNG
Khái niệm
- Khả năng của CTM chống lại biến dạng đàn hồi khi chịu tải
- Chi tiết máy được coi là không đủ độ cứng, khi lượng biến dạng đàn hồi của nó vượt quá giá trị cho phép.
- Độ cứng thể tích: liên quan đến biến dạng của toàn bộ khối vật liệu chi tiết;
30
- Độ cứng bề mặt (tiếp xúc): liên quan đến biến dạng của lớp bề mặt của chi tiết;
Tầm quan trọng của độ cứng
- Là một chỉ tiêu quan trọng đánh giá khả năng làm việc của CTM.
- Một số CTM tính thiết kế theo độ cứng.
- Một số CTM được tăng kích thước khá nhiều sau khi tính bền nhằm đạt độ cứng yêu cầu.
+ Giảm độ chính xác làm việc của CTM và của toàn máy.
+ Có thể gây kẹt, không làm việc được.
+ Gây hoặc tăng tải trọng phụ trong máy.
31
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
+ Ảnh hưởng xấu đến các tiết máy liên quan: Trục không đủ cứng làm tăng tập trung tải trọng cho các CTM lắp trên nó như: bánh răng, ổ…
Phương pháp tính độ cứng
Độ cứng thể tích
- Khi chịu kéo (nén): l [l]
- Khi chịu uốn: f [f]
32
- Khi chịu xoắn : []
VT xác định theo các công thức của SBVL VP xác định theo đk làm việcc của chi tiết
Độ cứng tiếp xúc
- Độ cứng tiếp xúc khi tiếp xúc nhỏ: tính theo lý thuyết Héc.
33
- Độ cứng tiếp xúc khi tiếp xúc mặt: tính theo các công thức thực nghiệm.
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Các biện pháp nâng cao độ cứng
Độ cứng thể tích
- Chọn tiết diện chịu lực hợp lý. Nên dùng tiết diện rỗng.
- Giảm chiều dài và/hoặc tăng mô men chống uốn.
34
- Sử dụng gối đỡ phụ, gân tăng cứng nếu có thể.
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
- Khi cần tăng kích thước để đủ cứng, nên chọn vật liệu có cơ tính thấp sẽ tránh được thừa bền.
Độ cứng tiếp xúc
- Nâng cao chất lượng bề mặt (giảm độ nhám, tăng bền..).
- Lắp ghép có độ dôi ban đầu (nong cứng bề mặt).
- Chọn phối hợp vl thích hợp (giảm độ cứng của CTM không quan trọng).
- Dùng dầu bôi trơn hợp lý.
35
Độ chịu mài mòn
Khái niệm
- Mòn: là kết quả td của ưstx hoặc áp suất xảy ra khi các bề mặt tx trượt tương đối với nhau trong đk không đủ dầu bôi trơn.
-Độ chịu mài mòn: Độ bền mòn là khả năng chống lại sự suy giảm chiều dày lớp bề mặt tiếp xúc của CTM khả năng CTM có thể làm việc trong thời gian yêu cầu mà không bị mòn quá mức cho phép.
36
Tác hại của mòn
- Làm giảm độ chính xác của máy, dụng cụ đo
- Làm giảm hiệu suất của máy - Ví dụ động cơ
- Làm tăng khe hở trong các mối ghép động, dẫn đến tăng ồn, gây tải động phụ
- Làm mất lớp bề mặt có cơ tính tốt – đẩy nhanh quá trình mòn.
37
- Giảm độ bền CT, nhiều CTM hết khả năng phục vụ do quá mòn.
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Tác hại của mòn
Mòn trong bánh răng
38
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Mòn trong ổ lăn
39
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
40
Mòn vòi phun
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Quá trình mòn
41
3 giai đoạn: Chạy rà-> Mòn ổn định–> Khốc liệt
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
- Giai đoạn 1: Chạy rà
- San bớt nhấp nhô bề mặt sau gia công
- Lượng mòn tăng nhanh
- Tốc độ mòn giảm nhanh
42
- Cần đặt tải nhẹ, bôi trơn, làm mát tốt
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
- Giai đoạn 2: Mòn ổn định (quá trình làm việc)
- Lượng mòn tăng chậm, tỷ lệ bậc nhất
43
- Tốc độ mòn nhỏ, gần như hằng số:
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
- Thời gian kéo dài của quá trình này chính là tuổi thọ mòn của CTM
- Giai đoạn 3: Mòn khốc liệt (phá hỏng)
-Lượng mòn và tốc độ mòn tăng rất nhanh
44
- Không nên để CTM làm việc ở gia đoạn này. Nên thay thế CTM khi nó làm việc ở cuối giai đoạn mòn bình ổn.
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Biện pháp giảm mòn
- Mòn phụ thuộc: Áp suất (ƯSTX), vận tốc trượt, hệ số ma sát.
- Đảm bảo chế độ bôi trơn (Giảm ma sát).
- Chọn cặp vật liệu hợp lý (Hệ số ma sát)
45
- Cải thiện chất lượng bề mặt (Giảm ma sát)
Tính độ bền mòn
- Tính toán độ bền mòn nhằm thỏa điều kiện ma sát ướt; Nếu không thể thì phải hạn chế áp suất (ứng xuất tiếp xúc) trên bề mặt tiếp xúc;
- Quan hệ giữa áp suất (ƯSTX) và quãng đường trượt:
- Việc tính toán rất phức tạp, chưa có phương pháp thỏa đáng => tính quy ước:
46
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
ĐỘ CHỊU NHIỆT
Khái niệm
- Là khả năng làm việc bình thường của CTM trong một phạm vi nhiệt độ nhất định.
- Nhiệt trong các máy công tác thường do ma sát sinh ra.
47
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Tác hại của nhiệt
- Làm giảm cơ tính vật liệu -> Giảm khả năng chịu tải
48
- Làm giảm độ nhớt chất bôi trơn -> Tăng mòn
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
-Biến dạng nhiệt -> cong, vênh, kẹt, tập trung tải trọng - Làm thay đổi tính chất các bề mặt tx -Giảm độ chính xác của máy
Tính toán độ chịu nhiệt
- Xác định nhiệt độ sinh ra trong quá trình làm việc, nếu quá lớn → hạn chế nhiệt độ trong phạm vi cho phép:
tb] xác định bằng thực
- Nhiệt độ trung bình cho phép [t0 nghiệm
- Nhiệt độ trung bình sinh ra được xđ dựa vào đk cân bằng nhiệt:
49
Với và 1 là nhiệt lượng sinh ra và nhiệt lượng tản đi trong một đơn vị thời gian.
- sinh ra trong 1h tính theo cs mất mát Pm:
- Nhiệt lượng 1 truyền đi trong 1h:
to -nhiệt độ môi trường
50
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
kt -hệ số tản nhiệt (7,5-15 Kcal/m2.h.độ) At -diện tích tản nhiệt (txúc với môi trường), m2
ĐK cân bằng nhiệt:
- Khi đã biết At → xđ nhiệt độ làm việc trung bình của các CTM để kiểm nghiệm:
- Nếu đang thiết kế máy, có thể chọn trước nhiệt độ làm việc t → xđ diện tích tản nhiệt cần thiết dựa At:
51
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Các biện pháp giảm nhiệt độ
Từ công thức:
- Tăng hiệu suất máy - Tăng diện tích tản nhiệt At - Tăng hệ số tản nhiệt kt ? - Làm mát cưỡng bức?
52
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Độ ổn định dao động
Khái niệm
Là khả năng của CTM có thể làm việc bình thường trong một phạm vi tốc độ cần thiết mà không bị rung động quá mức cho phép.
53
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Nguyên nhân gây dao động
- Máy có chuyển động gián đoạn
- Máy hoặc tiết máy quay không cân bằng - Chi tiết máy không đủ cứng - Vận tốc làm việc cao
54
- Do các dao động lân cận truyền đến
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Tác hại của dao động
- Gây ưs phụ thay đổi theo ckỳ → CTM hỏng vì mỏi
55
- Gây dao động cưỡng bức → cộng hưởng - Làm giảm độ chính xác của máy - Gây ồn
(bị gẫy 7/11/1940)
Cầu Tacoma (bang Washington USA)
56
57
58
Tính toán dao động
- Xác định tần số dao động riêng của máy hoặc cơ cấu để tránh cộng hưởng bằng cách không cho tần số dao động cưỡng bức bằng số nguyên lần tần số dao động riêng hoặc để tìm nguyên nhân dao động.
- Xác định biên độ dao động và hạn chế trong phạm vi cho phép.
59
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Các biện pháp hạn chế dao động
+ Tránh sử dụng vật quay không cân bằng.
+ Triệt tiêu các nguồn gây dao động: Cách ly với các máy khác. + Thay đổi thông số động lực học để tránh cộng hưởng.
60
+ Sử dụng các biện pháp giảm chấn.
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM
Scanning Vibrometer
61
Lắp thiết bị giảm dao động cho một dây cáp ở cầu dây văng Bến Cốc (An Phú, An Giang)
62
