BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP

CHƯƠNG 1

NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN CƠ CẤU,

CHI TIẾT MÁY TRONG TÍNH TOÁN

THIẾT KẾ MÁY

 Tính bậc tự do cơ cấu

 Xếp loại (hạng) cơ cấu

 Phân biệt tải trọng, ứng suất

 Chỉ tiêu khả năng làm việc chi tiết máy

1

Mục tiêu

 Bậc tự do: khả năng chuyển động độc lập,

1.1 Cấu tạo cơ cấu

2

số thông số độc lập xác định vị trí.

 Khâu: bộ phận có chuyển động tương đối với bộ

phận khác.

3

 Nối động: các khâu chuyển động tương đối  Khớp động: hai khâu nối động.

4

 Tiếp xúc:

Khớp loại thấp (mặt) Khớp loại cao (đường, điểm)

 Bậc tự do hạn chế : 5 loại

Tiếp xúc

Hạn chế BTD

5

 Chuỗi động: khâu nối với nhau bằng các khớp

động.

+ Chuỗi động kín, hở

+ Chuỗi động phẳng,không gian

6

B

1

2

C

A

3

Slider-crank

7

 Bậc tự do cơ cấu

 Bậc tự do cơ cấu phẳng

3 nW 

2(

)

xP 5

 RP 4 tr

R th

W th

W: bậc tự do

n: số khâu động

Pj: khớp loại j

Rtr: ràng buột trùng

8

Rth: ràng buột thừa

Wth: bậc tự do thừa

Chú ý: cơ cấu phẳng thì ràng buột trùng chỉ có

9

cơ cấu chêm khác không.

C

2

B

3

1

4

D

A

10

Tính bậc tự do cơ cấu

 Xếp loại cơ cấu

+ Nhóm tĩnh định (Atxua): nhóm cân

11

bằng/chuyển động, BTD=0 và phải tối giản.

12

+ Nhóm tĩnh định khớp thấp

13

+ Một số nhóm Atxua

+ Những nhóm không chứa chuỗi động kín: 2, 3

+ Nhóm có chuỗi động kín: số cạnh của chuỗi

14

động kín đơn có nhiều cạnh nhất.

Tách nhóm tĩnh định phải theo nguyên tắc:

+ Chọn khâu dẫn, giá.

+ Khi tách, phần còn lại cơ cấu hòan chỉnh/khâu dẫn.

+ Tách ở xa khâu dẫn  nhóm ở gần hơn.

+ Tách nhóm đơn giản phức tạp.

+ Thay khớp loại 4 bằng khớp loại 5.

15

16

17

Thay thế khớp loại 4 bằng khớp loại 5

A

A

B

B

A

B

A

B

B

B

A

A

A

A

18

19

 Chi tiết máy: đơn vị hoàn chỉnh không thể

1.2 Chi tiết máy

tháo rời, ghép lại thành bộ phận hay máy

20

để thực hiện nhiệm vụ.

 Chi tiết máy công dụng chung

 Chi tiết máy công dụng riêng

21

 Tải trọng, ứng suất: thông số đặt trưng chế

1.3 Tải trọng, ứng suất

độ làm việc CTM. Tải trọng tác dụng CTM 

22

gây ra các ứng suất: keo, nén, uốn, xoắn...

 Tải trọng: ngoại lực tác dụng lên CTM

1.3.1 Tải trọng

Tải trọng tĩnh

Tải trọng Tải trọng động

23

Tải trọng va đập

Trong tính toán CTM

Tải trọng danh nghĩa

Tải trọng Tải trọng tương đương

24

Tải trọng tính toán

+Tải trọng danh nghĩa Qdn: tải trọng tác

dụng máy làm việc chế độ ổn định

+Tải trọng tương đương Qtd: thay thế chế

độ thay đổi liên tục 

Q td

Q K . dn

E

25

KE: hệ số phụ thuộc chế độ tải trọng

+Tải trọng tính toán Qtt: cần thiết khi tính

Q Q K K K .

.

.

Q K K K K .

.

.

.

tt

d

td

tt

dk

E

tt

dn

d

dk

toán thiết kế CTM

Ktt: hệ số phân bố không đều

Kd: hệ số tải động

26

Kdk: hệ số điều kiện làm việc

 Ứng suất: dưới tác dụng tải trọng  ứng

1.3.2 Ứng suất

suất sinh ra trong CTM

Ứng suất

27

Tải trọng động Tải trọng tĩnh

Tải trọng thay đổi Tải trọng tĩnh

Ứng suất thay đổi Ứng suất tĩnh

28

Phá hủy mỏi Phá hủy tĩnh

Đặt trưng ứng suất thay đổi: chu kỳ

Ứng suất cực đại

Ứng suất cực tiểu

Ứng suất trung bình

max

min

 a

 2

29

Ứng suất biên độ  

min

r

 

max

Hệ số tính chất chu kỳ

r   1

30

Chu kỳ đối xứng:

r 

0

31

Chu kỳ không đối xứng mạch động dương:

r  

32

Chu kỳ không đối xứng mạch động âm

r 

0

33

Chu kỳ không đối xứng cùng dấu

r 

0

34

Chu kỳ không đối xứng trái dấu

1r 

35

Ứng suất không đổi

 Ứng suất tiếp xúc: bề mặt chi tiết máy tiếp

xúc nhau khi làm việc

 Z H

M

q n  2

36

Công thức Hetz

Z

M

)

E E 2 1 2 2  )+E (1- 1 1

2  2

E (1- 2

 

 

ZM: hệ số cơ tính vật liệu

E: modun đàn hồi

: hệ số poission

37

: bán kính cong tương đương

Bán kính cong tương đương 1 1 1    1 2

0, 418

 H

q E . n  2

38

Nếu vật liệu kim loại: 1= 2=0,3

 Ứng suất cho phép: gía trị giới hạn đảm

bảo ứng suất phát sinh CTM không vượt

quá giá trị cho phép.

Ứng suất giới hạn: Ứ/s sinh ra trong CTM

39

lúc vật liệu bắt đầu phá hủy.

,

Trường hợp ứng suất không đổi

  

  

  . ch    s

  . ch    s

,

VL dẻo:

 

  

 s

 s

  .  b   s K .

  .  b   s K .

40

VL giòn: 

[], [] : ứng suất pháp, tiếp cho phép

ch, ch : giới hạn chảy

b, b : giới hạn bền

 : hệ số kích thước (bảng 10.3)

[s] : hệ số an toàn cho phép

41

Ks, Ks : hệ số tập trung ứng suất

Trường hợp ứng suất thay đổi

.

K

,

K .

L

L

Xác định đường cong 2 hình 10.2a

  

  

   . .  lim   s K .

   . .  lim   s K . 

 : hệ số tăng bề mặt

lim, lim : giới hạn mỏi (hình 10.2a)

K, K : hệ số tập trung ứng suất

42

KL : hệ số tuổi thọ

(Tính toán ứ/s cho phép bánh răng)

Hệ số an toàn

Hệ số an toàn là tỷ số ứng suất giới hạn và

ứng suất lớn nhất sinh ra trong CTM (>1).

Ứng suất không đổi:

s

s [ ]

  . ch 

s

s [ ]

Vật liệu dẻo

max   . b K  .

max

s

43

Vật liệu giòn

s [ ]

s

Ứng suất thay đổi:

s

s [ ]

(

 r ).

K  /

     a m

. 

Chu kỳ đối xứng    . .  1  K  .  a Chu kỳ không đối xứng

44

: hệ số xét ảnh hưởng ứ/s trung bình

s

s [ ]

s s .   2 2  s s  

s [ ]

Ứng suất phức tạp:

s s s . . 1 2 3

Với:

45

(Tính chính xác trục)

 

.m N const

Giới hạn mỏi, chu kỳ làm việc tương đương

Đường cong mỏi

Ứ/s giới hạn

46

Chu kỳ cơ sở

m

.

N

.

N

const

m  N

m  r

0

  N

  r

N 0 N

  [

Từ đồ thị, tìm điểm chuyển tiếp

]N

 ] [

N

LK

Điều kiện bền

  [ ] N

   . .  r   s K .

   . .  N   s K .

m

K

L

47

N 0 N

Với

Chu kỳ tương đương

N

L n 60 .h

+ Tải tĩnh

Lh: thời gian làm việc (h)

48

n: số vòng quay (v/ph)

m

'

60

N

LE

n t . . i i

T i T max

  

+ Tải thay đổi theo bậc   

6

khi HB

350

m

'

khi HB

350

   9 

Tính độ bền uốn

' 3m 

49

Tính độ bền tiếp xúc

N

N K .

LE

E

N

L n 60 .h

+ Tải thay đổi liên tục

50

KE: hệ số tải trọng

 Độ bền: chống lại sự biến dạng dư lớn,

1.4 Chỉ tiêu về khả năng làm việc CTM

gãy hỏng, bề mặt phá hỏng của CTM dưới

51

tác dụng tải trọng.

Các dạng hỏng liên quan độ bền

+ Phá hủy do mỏi

+ Biến dạng dẻo

+ Hóa già

52

+ Phá hủy giòn

Hai loại độ bền CTM

+ Độ bền thể tích: kéo nén, uốn, xoắn ....

53

+ Độ bền tiếp xúc: tiếp xúc, dập

   ],

[

   [ ]

tt

tt

Điều kiện bền

Khi tính toán độ bền cần chú ý:

Ứng suất không đổi Tính theo độ bền tĩnh

54

Ứng suất thay đổi Tính theo độ bền mỏi

 [ ]

k n ( )

+ Kéo (nén)

F A

]

+ Dập

 d

 [ d

]

+ Cắt

 c

 [ c

]

 F

 [ F

+ Uốn

F A F A M W

55

+ Xoắn

 [ ]

T W 0

]

 Z H

M

 [ H

+ Tiếp xúc

q n  2

2

2.    ]

[

+ Phức tạp

 td

2  F

 ch  ch

  

  

56

Theo độ bền có 3 bài toán cơ bản

 [ ]

 Kiểm tra bền

F 4 2  d

 Thiết kế

d

F 4  [ ]

2

 Tải trọng

F

 d ] [ 4

57

VD: xét thanh tròn đ/k d, chịu kéo lực F, []

 Độ cứng: chống lại sự biến đổi hình dáng,

 Độ cứng thể tích

 Độ cứng tiếp xúc

kích thước của CTM dưới tác dụng tải trọng.

58

(Tính toán SV tham khảo tài liệu [1] trang 51)

 Độ bền mòn: khả năng CTM làm việc

được trong khoảng thời gian nhất định mà

 Giai đoạn I: mài rà

 Giai đoạn II: ổ định

 Giai đoạn III: phá hủy

59

lượng mòn không vượt quá trị số cho phép.

 Độ chịu nhiệt

 Giảm khả năng tải

 Phá vỡ màng dầu bôi trơn

 Thay đổi tính chất bề mặt

 Giảm độ chính xác

60

 Độ ổn định dao động: khả năng CTM làm

việc trong phạm vi vận tốc cần thiết mà

 Dao động cưỡng bức

 Tự dao động

61

không bị rung quá mức cho phép.

 Tính bậc tự do xếp loại cơ cấu

 Xác định ứng suất cho phép CTM

 Xác định hệ số an toàn CTM

62

Các dạng bài tập