Bài giảng học phần Chi tiết máy: Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy - TS. Phạm Minh Hải

29/08/2016<br /> <br /> Nội dung<br /> <br /> ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - VIỆN CƠ KHÍ<br /> BỘ MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY VÀ ROBOT<br /> thietkemay.edu.vn<br /> <br /> BÀI GIẢNG HỌC PHẦN CHI TIẾT MÁY (ME3090)<br /> <br /> 1. Các yêu cầu cơ bản đối với máy và CTM<br /> <br /> Những vấn đề cơ bản về thiết kế<br /> chi tiết máy<br /> <br /> 2. Tải trọng và ứng suất<br /> 3. Độ bền mỏi của chi tiết máy<br /> 4. Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM<br /> <br /> TS. Phạm Minh Hải<br /> sites.google.com/site/tsphamminhhaibkhn<br /> <br /> 5. Những vấn đề chung về tính toán và thiết kế CTM<br /> TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy<br /> <br /> 2<br /> <br /> 2. Tải trọng<br /> 1 Yêu cầu cơ bản đối với máy và CTM<br /> a. Hiệu quả sử dụng:<br /> <br />
Tải trọng là lực, momen tác động lên CTM trong quá<br /> trình làm việc<br /> <br /> Hiệu suất, mức tiêu hao<br /> <br /> năng lượng, chi phí vận hành.<br /> b. Khả năng làm việc:<br /> c.<br /> <br />
Phân loại:<br />  Tải trọng tĩnh: không đổi theo thời gian<br />  Tải trọng động: thay đổi theo thời gian<br /> - phương<br /> - chiều<br /> - độ lớn<br /> - điểm đặt<br /> * Tải trọng va đập<br /> <br /> độ bền, độ cứng, …<br /> <br /> Độ tin cậy cao: xác suất làm việc không hỏng hóc<br /> trong thời gian quy định.<br /> <br /> d. An toàn trong sử dụng: con người, công trình<br /> e. Tính công nghệ và kinh tế: Hình dạng, kết cấu, vật<br /> liệu, cấp chính xác, số lượng chi tiết máy, khối<br /> lượng và kích thước …<br /> TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy<br /> <br /> 3<br /> <br /> TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy<br /> <br /> 4<br /> <br /> 1<br /> <br /> 29/08/2016<br /> <br /> 2. Tải trọng và ứng suất<br /> Q<br /> 2.1. Tải trọng (máy và CTM)<br /> <br /> 2. Tải trọng và ứng suất<br /> 2.1. Tải trọng<br /> <br /> Q1<br /> Qtđ<br /> <br /> Tải trọng danh nghĩa Qdn:<br /> <br /> Q2<br /> <br /> tải trọng lớn nhất / tải trọng<br /> tác động lâu dài nhất<br /> <br /> Tải trọng tính toán Qt :<br /> Q3<br /> <br /> Kt = KttKđKđk…>1<br /> t1<br /> <br /> Tải trọng tương đương Qtđ:<br /> <br /> t2<br /> <br /> t3<br /> <br /> Ktt : hệ số xét đến sự thiếu chính xác khi xác định tải<br /> <br /> ttđ<br /> <br /> trọng (phân bố không đều)<br /> <br /> Qtđ = Qdn .KN<br /> KN hệ số phụ thuộc vào<br /> -<br /> <br /> Qt = QtđKt<br /> <br /> Kđ: hệ số tải trọng động ( êm, va đập nhẹ, …)<br /> <br /> Chế độ thay đổi tải trọng<br /> <br /> -<br /> <br /> Tương quan giữa Qdn và các chế độ tải trọng còn lại<br /> <br /> -<br /> <br /> Chỉ tiêu xét tương đương (độ bền / tuổi thọ)<br /> TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy<br /> <br /> Kđk: hệ số phụ thuộc điều kiện làm việc<br /> 5<br /> <br /> 2. Tải trọng và ứng suất<br /> <br /> 6<br /> <br /> b. Phân loại theo tính chất:<br /> + Ứng suất tĩnh<br /> + Ứng suất thay đổi<br /> <br /> 2.2. Ứng suất<br /> <br /> a. Phân loại theo dạng phá hủy :<br /> <br /> Các đặc trưng của ứng suất<br /> thay đổi (tuần hoàn)<br />  Chu trình ứng suất<br />  Chu kỳ ứng suất<br />  Biên độ ứng suất<br />  Ứng suất trung bình<br />  Hệ số tính chất chu trình r<br /> <br />
kéo, nén, uốn, xoắn (phá hủy thể tích)<br />
tiếp xúc, dập (phá hủy bề mặt)<br /> <br /> TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy<br /> <br /> TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy<br /> <br /> 7<br /> <br /> σ max − σ min<br /> 2<br /> σ max + σ min<br /> σm =<br /> 2<br /> σ min<br /> r=<br /> σ max<br /> <br /> σa =<br /> <br /> -Chu trình đối xứng r = -1<br /> -Chu trình mạch động r = 0<br /> <br /> TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy<br /> <br /> 8<br /> <br /> 2<br /> <br /> 29/08/2016<br /> <br /> 3.2 Cơ chế của phá hủy mỏi<br /> <br /> 3. Độ bền mỏi của chi tiết máy<br /> <br /> Tải trọng thay đổi theo chu kỳ<br /> <br /> 3.1 Đặc điểm của phá hủy do mỏi<br /> Phá hủy tĩnh<br /> <br /> Phá hủy mỏi:<br /> <br />  Ứng suất tĩnh<br /> <br />  Ứng suất thay đổi theo chu kỳ<br /> <br />  Xảy ra tức thì<br /> <br />  Sau một số chu trình US,<br /> CTM bị phá hủy<br /> <br />  Có co tiết diện tại vết gãy (vật<br /> liệu dẻo)<br />  US > giới hạn bền của vật liệu.<br /> <br /> Vết nứt<br /> phát<br /> triển<br /> <br /> Vết nứt<br /> tế vi trên<br /> bề mặt<br /> <br /> CTM<br /> yếu đi<br /> <br /> Phá hủy<br /> khi vết<br /> quá lớn<br /> <br />  Sự phá hủy xảy ra đột ngột,<br /> không có co tiết diện.<br />  US ảnh hưởng đến giới hạn bền mỏi của chi tiết.<br /> <br /> 11<br /> <br /> TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy<br /> <br /> 12<br /> <br /> 3<br /> <br /> 29/08/2016<br /> <br /> 3.4.1 Ảnh hưởng của hình dạng kết cấu<br /> <br /> Hệ số tập trung ứng suất lý thuyết<br /> Hệ số tập trung ứng suất thực tế<br /> <br /> σ max<br /> σ dn<br /> σ<br /> kσ = r<br /> σ rc<br /> <br /> ασ =<br /> <br /> τ max<br /> τ dn<br /> τ<br /> kτ = r<br /> τ rc<br /> <br /> ατ =<br /> <br /> Kết cấu CTM càng phức tạp -> tăng tập trung ứng suất -> giảm giới hạn bền mỏi<br /> <br /> TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy<br /> <br /> 13<br /> <br /> TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những<br /> vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy<br /> <br /> 14<br /> <br /> TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những<br /> vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy<br /> <br /> 16<br /> <br /> 3.4.2 Ảnh hưởng của kích thước tuyệt đối<br /> do: đường kính mẫu thí nghiệm<br /> d: đường kính của chi tiết máy<br /> <br /> Hệ số a/h của kích thước tuyệt đối<br /> Ví dụ: trục chịu uốn<br /> <br /> trục chịu xoắn<br /> <br /> Kích thước càng lớn<br /> <br /> • Không đồng<br /> đều về cơ tính<br /> • Nhiều khuyết<br /> tật<br /> <br /> giới hạn mỏi giảm<br /> <br /> TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy<br /> <br /> 15<br /> <br /> 4<br /> <br /> 29/08/2016<br /> <br /> 3.4.3 Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt<br /> <br /> 3.4.4 Ảnh hưởng của tính chất chu trình ứng suất<br /> <br /> Hệ số trạng thái bề mặt β<br /> <br />
=<br /> <br /> Mẫu thí nghiệm<br /> <br /> giới hạn mỏi của mẫu có bề mặt giống chi tiết<br /> giới hạn mỏi của mẫu thí nghiệm mỏi<br /> <br /> Chi tiết máy<br /> <br /> Hệ số ảnh hưởng của<br /> <br /> β > 1 : nhiệt luyện / gia công tăng bền (phun bi, cán lăn, mài, đánh<br /> bóng …).<br /> <br /> ψσ ψτ (xem chương<br /> “Trục”)<br /> <br /> β < 1 : tiện, phay + không gia công tăng bền.<br /> Chất lượng bề mặt tốt<br /> -> ít khả năng phát triển vết nứt tế vi<br /> -> giới hạn bền mỏi tăng<br /> TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy<br /> <br /> ứng suất trung bình<br /> <br /> σ rc = σ r<br /> 17<br /> <br /> εσ β<br /> kσ<br /> <br /> +ψ σ σ m<br /> <br /> τ rc = τ r<br /> <br /> ετ β<br /> kτ<br /> <br /> +ψ ττ m<br /> <br /> TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy<br /> <br /> 18<br /> <br /> 4. Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của CTM<br /> <br /> 3.5 Các biện pháp nâng cao độ bền mỏi<br /> • Sử dụng vật liệu phù hợp<br /> • Hạn chế các nguyên nhân gây tải trọng thay đổi theo chu kỳ (tăng<br /> tính đàn hồi của kết cấu, giảm rung động)<br /> • Thiết kế: Tránh gây tập trung ứng suất (nhiều)<br /> • Công nghệ: Mài, đánh bóng, gia công tăng bền bề mặt<br /> <br /> 5 chỉ tiêu chủ yếu:<br /> Độ bền<br /> Độ cứng<br /> Độ bền mòn<br /> Khả năng chịu nhiệt<br /> Độ ổn định dao động<br /> <br /> TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy<br /> <br /> 19<br /> <br /> TS Phạm Minh Hải ME3090 C1. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy<br /> <br /> 20<br /> <br /> 5<br /> <br />