Bài giảng Cơ sở thiết kế máy - Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy - Trần Thiên Phú

Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 1 
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc 
2.1 Yêu cầu chung của máy TK 
2.2 Độ bền 
2.3 Độ cứng 
2.4 Độ bền mòn 
2.5 Khả năng chịu nhiệt 
2.6 Dao động và tiếng ồn 
2.7 Độ tin cậy 
2.8 Tối ưu hóa kết cấu 
2.9 Lựa chọn vật liệu trong TKM 
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 2 
2.10 Tính công nghệ của CTM 
2.11 Dung sai và lắp ghép 
2.12 Độ nhám bề mặt 
2.13 Tiêu chuẩn hóa trong TKM 
Chương 2 
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc 
2.1 Yêu cầu chung của máy thiết kế: 
Những yêu cầu chung về thiết kế chế tạo: 
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 3 
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc 
Những yêu cầu chung về vận hành: 
Những yêu cầu chung về xã hội: 
 Độ tin cậy cao 
 Năng suất máy 
 Giá thành máy 
 Giá thành gia công 
 Chất lượng gia công 
 Tỷ suất lợi nhuận 
 Tính cơ động của máy 
 Bảo đảm khả nă làm việc 
Tính công nghệ cao 
Mức độ quy cách hóa, tiêu chuẩn hóa cao 
Mức độ tiêu hao nguyên vật liệu 
Khả nă g phát minh sáng chế 
An toàn 
Thuận tiện 
Thẩm mỹ 
Môi trường 
2.2 Độ bền: 
2.2.1 Khái niệm cơ bản: 
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 4 
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc 
Những dạng hỏng chủ yếu liên quan đến độ bền của chi tiết máy: 
 Phá hủy mỏi 
 Biến dạng dẽo 
 Lão hóa 
 Phá hủy giòn 
Phân loại độ bền của chi tiết máy theo vị trí: 
 Độ bền thể tích 
 Độ bền tiếp xúc 
Phân loại độ bền của chi tiết máy theo tính chất tải trọng ngoài: 
 Độ bền tĩnh 
 Độ bền mỏi 
2.2 Độ bền: 
2.2.1 Khái niệm cơ bản: 
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 5 
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc 
Các phương pháp tính toán độ bền của chi tiết máy: 
 Theo ứng suất cho phép 
 Theo hệ số an toàn 
 Theo độ tin cậy 
Điều kiện bền cơ bản: 
Ba bài toán cơ bản liên quan đến độ bền: 
 Kiểm tra bền 
 Thiết kế 
 Xác định khả năng chịu tải 
2.2 Độ bền: 
2.2.2 Tải trọng và ứng suất: 
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 6 
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc 
Phân loại tải trọng theo thời gian: 
 Tải không đổi 
 Tải thay đổi 
 Tải va đập 
Phân loại tải trọng trong tính toán: 
 Tải danh nghĩa 
 Tải tương đương 
 Tải tính toán 
2.2 Độ bền: 
2.2.2 Tải trọng và ứng suất: 
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 7 
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc 
Phân loại ứng suất theo tính chất tải trọng ngoài: 
 Ứng suất tĩnh 
 Ứng suất thay đổi 
Chu kỳ ứng suất: 
 Không đổi (ổn định), các đặc trưng: 
 Biên độ ứng suất 
 Giá trị trung bình 
 Tỷ số ứng suất 
 Thay đổi (không ổn định) 
2.2 Độ bền: 
2.2.2 Tải trọng và ứng suất: 
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 8 
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc 
Ứng suất tiếp xúc: 
 Ứng suất tiếp xúc 
 Ứng suất dập 
 Bề mặt tiếp xúc 
 Sự phân bố của ứng suất tiếp xúc 
Ứng suất tiếp xúc: 
 Công thức Hertz 
 Với vật liệu kim loại 
 Hình trụ tiếp xúc với mặt phẳng 
 Hình cầu tiếp xúc với mặt phẳng 
Chu kỳ của ứng suất tiếp xúc và hiện tượng tróc rỗ bề mặt. 
2.2 Độ bền: 
2.2.3 Ứng suất cho phép và hệ số an toàn: 
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 9 
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc 
Ứng suất cho phép và tính toán thiết kế theo ứng suất cho phép 
Ứng suất giới hạn (bền, chảy và mỏi) và tính toán thiết kế theo độ tin cậy 
Trường hợp ứng suất không đổi: 
 Công thức tính ứng suất cho phép 
 Công thức gần đúng tính ứng suất cho phép 
Trường hợp ứng suất thay đổi: 
 Công thức tính ứng suất cho phép 
 Công thức tính giới hạn mỏi theo tính chất của chu kỳ ứng suất 
2.2 Độ bền: 
2.2.3 Ứng suất cho phép và hệ số an toàn: 
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 10 
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc 
Hệ số tuổi thọ: 
 Công thức tính hệ số tuổi thọ 
 Khi số chu kỳ làm việc lớn hơn số chu kỳ cơ sở 
Hệ số an toàn: là tỉ số giữa ứng suất giới hạn và ứng suất lớn nhất 
 Khi ứng suất không đổi 
 Khi ứng suất thay đổi 
 Với trạng thái ứng suất phức tạp 
2.2 Độ bền: 
2.2.4 Giới hạn mỏi và số chu kỳ làm việc tương đương: 
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 11 
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc 
Các biện pháp công nghệ: 
 Tạo phôi đặc biệt tạo lớp bề mặt có ứng suất dư nén 
 Nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện bề mặt 
 Gia công đặt biệt tạo lớp bề mặt có ứng suất dư nén 
Đồ thị tương quan giữa giới hạn mỏi và số chu kỳ làm việc tương đương 
Số chu kỳ làm việc tương đương: 
 Ứng suất không đổi theo thời gian 
 Ứng suất thay đổi theo thời gian 
 Ứng suất thay đổi liên tục theo thời gian 
2.2.5 Các phương pháp nâng cao độ bền mỏi: 
Các biện pháp kết cấu thiết kế: giảm hiện tượng tập trung ứng suất 
2.3 Độ cứng: 
2.3.1 Khái niệm cơ bản: 
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 12 
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc 
Vai trò của chỉ tiêu độ cứng trong thiết kế chi tiết máy 
Độ cứng thể tích 
Độ cứng tiếp xúc 
Độ cứng thể tích 
Độ cứng tiếp xúc: 
 Giữa con lăn và mặt phẳng (công thức Belaev) 
 Có tính đến nhấp nhô tế vi (công thức Votinov) 
2.3.2 Tính toán độ cứng: 
2.3 Độ cứng: 
2.3.3 Các phương pháp nâng cao độ cứng: 
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 13 
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc 
Dùng vật liệu hợp lý (Module đàn hồi tỉ lệ thuận với độ cứng) 
Chọn hình dạng tiết diện ngang hợp lý 
Chọn kết cấu chịu tải hợp lý (kết cấu đối xứng, ưu tiên kéo nén) 
Sử dụng và phân bố các ổ trục hợp lý để tăng độ cứng tiếp xúc 
Dùng đối trọng để tạo biến dạng ngược bù trừ 
Phối hợp hợp lý về độ cứng của các chi tiết máy trong cùng hệ thống 
Giảm biến dạng cục bộ của các chi tiết vỏ, thân hộp 
2.4 Độ bền mòn: 
2.4.1 Khái niệm cơ bản: 
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 14 
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc 
Đường cong mòn theo thời gian 
Đại lượng đặc trưng cho quá trình mòn: 
 Lượng mòn 
 Cường độ mòn 
 Cường độ mòn đối với các bộ truyền ăn khớp 
Tác hại lên chi tiết máy của quá trình mòn: 
 Giảm độ chính xác 
 Giảm hiệu suất 
 Giảm độ bền 
 Tăng tiếng ồn 
2.4 Độ bền mòn: 
2.4.2 Tính toán độ bền mòn: 
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 15 
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc 
Theo áp suất cho phép 
Đường cong mòn 
Sử dụng vật liệu hợp lý 
Giảm tải ở các bề mặt chịu ma sát 
Bôi trơn, làm nguội tốt 
Giảm lượng hạt mài rơi vào vùng ma sát 
Thay ma sát trượt bằng ma sát lăn 
Bảo đảm mòn đều ở các chi tiết trong cùng hệ thống 
Chuyển mòn vào các chi tiết rẻ tiền, dễ điều chỉnh hoặc thay thế 
Sử dụng các kết cấu để điều chỉnh khe hở khi mòn 
2.4.3 Các biện pháp giảm mòn: 
2.5 Khả năng chịu nhiệt: 
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 16 
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc 
Nguồn sinh nhiệt trong máy móc 
Tác hại của nhiệt trên máy móc, thiết bị: 
 Giảm độ bền 
 Giảm tính năng bôi trơn của dầu bôi trơn 
 Thay đổi các khe hở làm việc 
 Thay đổi tính chất của bề mặt làm việc 
 Giảm độ chính xác của máy 
Các biện pháp nâng cao khả năng chịu nhiệt của chi tiết máy: 
 Tính toán cân bằng nhiệt cho máy 
 Sử dụng vật liệu chịu nhiệt 
 Sử dụng hệ thống bôi trơn, làm mát 
2.6 Dao động và tiếng ồn: 
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 17 
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc 
Ảnh hưởng của dao động trên hoạt động của thiết bị 
Tính toán tần số riêng phải được tiến hành cho toàn hệ thống chứ không 
cho từng chi tiết máy riêng lẻ 
Các biện pháp chống ồn cho máy móc thiết bị: 
 Tăng độ chính xác và chất lượng gia công 
 Sử dụng các kết cấu có khả năng giảm hiện tượng va đập 
 Sử dụng vật liệu có ma sát nội cao 
 Sử dụng các bộ phận giảm chấn 
Tiếng ồn sinh ra do va đập với nhau của các bộ phận trong máy móc 
thiết bị 
2.7 Độ tin cậy: 
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 18 
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc 
Cơ sở để tính toán độ tin cậy bằng lý thuyết xác suất 
Chỉ tiêu độ tin cậy rất quan trọng đối với các máy hoặc dây chuyền mà 
sự hỏng hóc của một chi tiết sẽ dẫn đến ngưng trệ cho toàn hệ thống 
Các biện pháp nâng cao độ tin cậy: 
 Máy càng đơn giản ít chi tiết càng tốt 
 Các chi tiết máy của hệ thống nên có độ tin cậy gần bằng nhau 
 Sử dụng các chi tiết tiêu chuẩn (độ phân tán tuổi thọ nhỏ, chất lượng 
cao, dễ tìm cho việc thay thế) 
 Thiết kế các chi tiết dễ hỏng sao cho dễ thay thế, sửa chữa 
Các tính toán kinh tế dựa trên độ tin cậy của thiết bị 
2.8 Tối ưu hóa kết cấu: 
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 19 
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc 
Thí dụ về tạo phôi 
Thí dụ về gia công vừa đúng các bề mặt cần thiết 
Thí dụ về giảm nguyên công trong gia công phẳng 
Thí dụ về giảm nguyên công trong gia công lỗ 
Thí dụ về lắp ráp 
2.9 Lựa chọn vật liệu trong thiết kế máy: 
2.10 Tính công nghệ của chi tiết máy: 
2.11 Dung sai và lắp ghép: 
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 20 
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc 
Dung sai 
Lắp ghép 
Biểu diễn lỗ 
Biểu diễn trục 
Hệ thống lỗ 
Hệ thống trục 
Lắp có độ dôi 
Lắp có khe hở 
Lắp trung gian 
25 
+0,025 
-0,005 
H7/k6 
H7/k6 
H7/k6 
A 
D 
H 
S 
U 
a 
d 
h 
s 
u 
H7/k6, H9/d9, H7/h6 
D11/h11, P9/h9, E9/f8 
H7/p6, H7/r6, H7/u8 
H7/e8, H7/g6, H7/h6 
H7/js6, H7/k6, H7/n6 
2.12 Độ nhám bề mặt: 
Môn học Cơ Sở Thiết Kế Máy Slide 21 
Chương 2: Các chỉ tiêu thiết kế máy và chi tiết máy Trần Thiên Phúc 
Các cấp độ nhám bề mặt 
2.13 Tiêu chuẩn hóa trong thiết kế: 
Những lợi điểm của tiêu chuẩn hóa: 
 Giảm chủng loại chi tiết máy thiết kế 
 Tăng chất lượng sản phẩm, tuổi thọ chi tiết máy 
 Bảo đảm tính lắp lẫn 
 Giảm công sức thiết kế 
Các cấp tiêu chuẩn tại Việt Nam: 
 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 
 Tiêu chuẩn ngành TCN 
 Tiêu chuẩn vùng TCV 
 Tiêu chuẩn cơ sở TC 
Cấp độ nhám Ra Rz 
1 320 
2 160 
3 80 
4 40 
5 (5) 20 
6 2,5 
7 1,25 
8 0,63 
9 0,32 
10 (0,16) 0,63 
11 0,32 
12 0,16 
13 0,08 
14 0,04