Bài giảng Nguyên lý chi tiết máy - Chương 1: Những vấn đề cơ bản cơ cấu, chi tiết máy trong tính toán thiết kế máy

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 
1 
Mục tiêu 
 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 
 1.1 Cấu tạo cơ cấu 
2 
 Bậc tự do: khả năng chuyển động độc lập, 
số thông số độc lập xác định vị trí. 
3 
 Khâu: bộ phận có chuyển động tương đối với bộ 
phận khác. 
4 
 Nối động: các khâu chuyển động tương đối 
 Khớp động: hai khâu nối động. 
5 Tiếp xúc Hạn chế BTD 
 Tiếp xúc: 
 Khớp loại thấp (mặt) 
 Khớp loại cao (đường, điểm) 
 Bậc tự do hạn chế : 5 loại 
+ Chuỗi động phẳng,không gian 
+ Chuỗi động kín, hở 
6 
 Chuỗi động: khâu nối với nhau bằng các khớp 
động. 
7 
B 
C 
A 
1 2 
3 
Slider-crank 
 Bậc tự do cơ cấu 
8 
 Bậc tự do cơ cấu phẳng 
ththtr WRRPxPnW  )2(3 45
W: bậc tự do 
n: số khâu động 
Pj: khớp loại j 
Rtr: ràng buột trùng 
Rth: ràng buột thừa 
Wth: bậc tự do thừa 
9 
Chú ý: cơ cấu phẳng thì ràng buột trùng chỉ có 
cơ cấu chêm khác không. 
10 
1 
2 
3 
4 
A 
B 
C 
D 
Tính bậc tự do cơ cấu 
11 
 Xếp loại cơ cấu 
+ Nhóm tĩnh định (Atxua): nhóm cân 
bằng/chuyển động, BTD=0 và phải tối giản. 
12 
+ Nhóm tĩnh định khớp thấp 
13 
+ Một số nhóm Atxua 
14 
+ Những nhóm không chứa chuỗi động kín: 2, 3 
+ Nhóm có chuỗi động kín: số cạnh của chuỗi 
động kín đơn có nhiều cạnh nhất. 
15 
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. 
16 
17 
18 
A 
B 
B 
A 
A 
B 
A 
A 
B 
B 
B 
A 
A A 
Thay thế khớp loại 4 bằng khớp loại 5 
19 
20 
 1.2 Chi tiết máy 
 Chi tiết máy: đơn vị hoàn chỉnh không thể 
tháo rời, ghép lại thành bộ phận hay máy 
để thực hiện nhiệm vụ. 
21 
 Chi tiết máy công dụng chung 
 Chi tiết máy công dụng riêng 
22 
 1.3 Tải trọng, ứng suất 
 Tải trọng, ứng suất: thông số đặt trưng chế 
độ làm việc CTM. Tải trọng tác dụng CTM  
gây ra các ứng suất: keo, nén, uốn, xoắn... 
23 
 Tải trọng: ngoại lực tác dụng lên CTM 
Tải trọng 
Tải trọng tĩnh 
Tải trọng động 
Tải trọng va đập 
 1.3.1 Tải trọng 
24 
 Trong tính toán CTM 
Tải trọng 
Tải trọng danh nghĩa 
Tải trọng tương đương 
Tải trọng tính toán 
25 
+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 
.td dn EQ Q K
KE: hệ số phụ thuộc chế độ tải trọng 
26 
+Tải trọng tính toán Qtt: cần thiết khi tính 
toán thiết kế CTM 
. . . . . . .tt td tt d dk dn E tt d dkQ Q K K K Q K K K K 
Ktt: hệ số phân bố không đều 
Kd: hệ số tải động 
Kdk: hệ số điều kiện làm việc 
27 
 Ứng suất: dưới tác dụng tải trọng  ứng 
suất sinh ra trong CTM 
Ứng suất 
Tải trọng tĩnh Tải trọng động 
 1.3.2 Ứng suất 
28 
Tải trọng tĩnh Tải trọng thay đổi 
Ứng suất tĩnh Ứng suất thay đổi 
Phá hủy tĩnh Phá hủy mỏi 
29 
 Đặt trưng ứng suất thay đổi: chu kỳ 
 Ứng suất cực đại 
 Ứng suất cực tiểu 
 Ứng suất trung bình 
 Ứng suất biên độ 
max min
2
a
 



30 
 Hệ số tính chất chu kỳ min
max
r



1r  Chu kỳ đối xứng: 
31 
0r 
Chu kỳ không đối xứng mạch động dương: 
32 
r  
Chu kỳ không đối xứng mạch động âm 
33 
0r 
Chu kỳ không đối xứng cùng dấu 
34 
0r 
Chu kỳ không đối xứng trái dấu 
35 
Ứng suất không đổi 
1r 
36 
 Ứng suất tiếp xúc: bề mặt chi tiết máy tiếp 
xúc nhau khi làm việc 
Công thức Hetz 
2
n
H M
q
Z


37 
ZM: hệ số cơ tính vật liệu 
1 2
2 2
2 1 1 2
2
E (1- )+E (1- )
M
E E
Z
  

  
E: modun đàn hồi 
: hệ số poission 
: bán kính cong tương đương 
38 
1 2
1 1 1
  
 
Bán kính cong tương đương 
Nếu vật liệu kim loại: 1= 2=0,3 
.
0, 418
2
n
H
q E



39 
 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 
lúc vật liệu bắt đầu phá hủy. 
40 
Trường hợp ứng suất không đổi 
VL dẻo:    
 
 
. .
,ch ch
s s
      
VL giòn:    
 
 
. .
,
. .
b b
s ss K s K
 
 
   
  
41 
[], [] : 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 
Ks, Ks : hệ số tập trung ứng suất 
42 
Trường hợp ứng suất thay đổi 
 
 
 
 
lim lim. . . .. , .
. .
L LK K
s K s K
 
 
     
  
Xác định đường cong 2 hình 10.2a 
lim, lim : giới hạn mỏi (hình 10.2a) 
 : hệ số tăng bề mặt 
K, K : hệ số tập trung ứng suất 
KL : hệ số tuổi thọ 
 (Tính toán ứ/s cho phép bánh răng) 
43 
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: 
max
max
.
[ ]
.
[ ]
.
ch
b
s
s s
s s
K 
 

 

 
 
Vật liệu dẻo 
Vật liệu giòn 
44 
Ứng suất thay đổi: 
1
a
. .
[ ]
.
s s
K


  

 
Chu kỳ đối xứng 
Chu kỳ không đối xứng 
a
[ ]
( / ). .
r
m
s s
K  

    
 

: hệ số xét ảnh hưởng ứ/s trung bình 
45 
Ứng suất phức tạp: 
2 2
.
[ ]
s s
s s
s s
 
 
 

1 2 3[ ] . .s s s sVới: 
(Tính chính xác trục) 
46 
Giới hạn mỏi, chu kỳ làm việc tương đương 
Đường cong mỏi .
m N const 
Ứ/s giới hạn 
Chu kỳ cơ sở 
47 
Từ đồ thị, tìm điểm chuyển tiếp 
0. .
m m
N rN N const  
0m
N r
N
N
  
Điều kiện bền [ ]N 
Với 
 
. .
[ ]
.
N
N
s K


  
 
 
. .
[ ]
.
r
N LK
s K


  
 
0m
L
N
K
N

48 
Chu kỳ tương đương 
+ Tải tĩnh 
60 .hN L n
Lh: thời gian làm việc (h) 
n: số vòng quay (v/ph) 
49 
+ Tải thay đổi theo bậc 
'
max
60 . .
m
i
LE i i
T
N n t
T
 
  
 

6 350
'
9 350
khi HB
m
khi HB

 

 Tính độ bền uốn 
 Tính độ bền tiếp xúc 
' 3m 
50 
+ Tải thay đổi liên tục 
60 .hN L n
.LE EN N K
KE: hệ số tải trọng 
51 
 1.4 Chỉ tiêu về khả năng làm việc CTM 
 Độ bền: chống lại sự biến dạng dư lớn, 
gãy hỏng, bề mặt phá hỏng của CTM dưới 
tác dụng tải trọng. 
52 
Các dạng hỏng liên quan độ bền 
+ Phá hủy do mỏi 
+ Biến dạng dẻo 
+ Hóa già 
+ Phá hủy giòn 
53 
Hai loại độ bền CTM 
+ Độ bền thể tích: kéo nén, uốn, xoắn .... 
+ Độ bền tiếp xúc: tiếp xúc, dập 
54 
Khi tính toán độ bền cần chú ý: 
Ứng suất không đổi 
Ứng suất thay đổi 
Tính theo độ bền tĩnh 
Tính theo độ bền mỏi 
Điều kiện bền [ ], [ ]tt tt    
55 
+Kéo (nén) 
+Dập 
+Cắt 
+Uốn 
( ) [ ]k n
F
A
  
[ ]d d
F
A
  
[ ]c c
F
A
  
[ ]F F
M
W
  
56 
+Xoắn 
+Tiếp xúc 
+Phức tạp 
0
[ ]
T
W
  
[ ]
2
n
H M H
q
Z 

 
2
2 2. [ ]chtd F
ch

   

 
   
 
57 
Theo độ bền có 3 bài toán cơ bản 
VD: xét thanh tròn đ/k d, chịu kéo lực F, [] 
 Kiểm tra bền 
 Thiết kế 
 Tải trọng 
2
4
[ ]
F
d
 

 
4
[ ]
F
d
 

2[ ]
4
d
F
 

58 
 Độ cứng: chống lại sự biến đổi hình dáng, 
kích thước của CTM dưới tác dụng tải trọng. 
 Độ cứng thể tích 
 Độ cứng tiếp xúc 
(Tính toán SV tham khảo tài liệu [1] trang 51) 
59 
 Độ bền mòn: khả năng CTM làm việc 
được trong khoảng thời gian nhất định mà 
lượng mòn không vượt quá trị số cho phép. 
 Giai đoạn I: mài rà 
 Giai đoạn II: ổ định 
 Giai đoạn III: phá hủy 
60 
 Độ chịu nhiệt 
 Giảm khả năng tải 
 Phá vỡ màng dầu bôi trơn 
 Giảm độ chính xác 
 Thay đổi tính chất bề mặt 
61 
 Độ ổn định dao động: khả năng CTM làm 
việc trong phạm vi vận tốc cần thiết mà 
không bị rung quá mức cho phép. 
 Dao động cưỡng bức 
 Tự dao động 
62 
Các dạng bài tập 
 Tính bậc tự do xếp loại cơ cấu 
 Xác định ứng suất cho phép CTM 
 Xác định hệ số an toàn CTM