Bài giảng Chi tiết máy - Chương 1: Những vấn đề cơ bản trong thiết kế chi tiết máy - Nguyễn Minh Quân

PHẦN 1: CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY VIỆN CƠ KHÍ – BM GIA CÔNG ÁP LỰC Chương 1: Những vấn đề cơ bản trong thiết kế chi tiết máy 2• Yêu cầu, quá trình thiết kế • Các chỉ tiêu chủ yếu về KNLV • Độ tin cậy • Vật liệu • Tiêu chuẩn hóa và tính công nghệ Chương 1 Những vấn đề cơ bản Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 1. Yêu cầu thiết kế 3 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ Hiệu quả sử dụng: Năng suất, hiệu suất cao, khuôn khổ kích thước hợp lý, độ chính xác, không ồn, Khả năng làm việc Độ tin cậy An toàn: sử dụng, môi trường Kinh tế: sử dụng ít năng lượng, chi phí chế tạo, lắp ráp, bảo dưỡng, vận hành Công nghệ: phù hợp điều kiện sản xuất, đảm bảo tính kinh tế, tiết kiệm thời gian gia công, 42. Nội dung thiết kế máy 1. Xác định nguyên tắc hoạt động, chế độ làm việc 3. Xác định lực, mô-men tác dụng lên bộ phận máy, đặc tính thay đổi của tải trọng 2. Lập sơ đồ chung toàn máy và các bộ phận máy 4. Chọn vật liệu cho các chi tiết máy 5. Tính toán động học, động lực học cho các chi tiết máy, định hình dạng kích thước 6. Quy định công nghệ chế tạo và lắp ráp 7. Lập thuyết minh, chỉ dẫn sử dụng, sửa chữa Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 53. Trình tự thiết kế chi tiết máy 1. Lập sơ đồ tính toán giản lược x y z Fa Fy Fx Fk T F y1 Fx1Fx0 F y0 2 0 3 1 2. Xác định tải trọng 3. Chọn vật liệu thích hợp 4. Tính toán sơ bộ các kích thước theo các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc 5. Vẽ kết cấu cụ thể: kích thước, dung sai, độ nhám, các yêu cầu công nghệ, theo tính toán, điều kiện chế tạo, lắp ghép 6. Tính toán kiểm nghiệm theo các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc. Có thể điều chỉnh bước 4, 5 Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 64. Đặc điểm tính toán thiết kế chi tiết máy 1. Công thức chính xác + gần đúng + kinh nghiệm 2. Tính toán sơ bộ và kiểm nghiệm 3. Thông số chọn trước, thông số tính toán 4. Chọn phương án có lợi nhất Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 75. Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc 5.1 Độ bền Khả năng tiếp nhận tải trọng của CTM mà không bị phá hỏng Độ bền thể tích: biến dạng dư, gãy hỏng Độ bền bề mặt: phá hủy bề mặt Độ bền tĩnh Độ bền mỏi Tính toán độ bền:   lim / S   = Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 85. Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc 5.2 Độ bền mòn Kết quả tác dụng của ứng suất tiếp xúc hay áp suất khi các bề mặt tiếp xúc trượt tương đối với nhau mà không có ma sát ướt Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 95. Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc 5.2 Độ bền mòn Yếu tố ảnh hưởng Biện pháp tăng bền mòn Tính toán bền mòn:  p p  . .p v p v Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 10 5. Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc 5.3 Độ cứng Khả năng CTM chịu tác dụng của ngoại lực mà không bị biến dạng đàn hồi quá mức cho phép Yếu tố quyết định yêu cầu về độ cứng: Điều kiện bền Điều kiện tiếp xúc đều Điều kiện công nghệ Đảm bảo chất lượng làm việc Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 11 5. Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc 5.3 Độ cứng Tính toán độ cứng: Biện pháp tăng cứng  l l  Độ cứng thể tích Độ cứng bề mặt  f f       Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 12 5. Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc 5.4 Khả năng chịu nhiệt Tác hại: Giảm khả năng chịu tải Giảm độ nhớt Biến dạng nhiệt Tính toán nhiệt:  t t 'Q Q= Thực nghiệm Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 13 5. Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc 5.5 Độ ổn định dao động Nguyên nhân: Không đủ độ cứng Mất cân bằng Tốc độ làm việc cao, Tác hại: Phá hủy mỏi Giảm chất lượng làm việc Tính toán dao động: r htf f  A A Biện pháp giảm dao động Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 14 6. Độ tin cậy 6.1 Ý nghĩa Thực hiện, duy trì chỉ tiêu sử dụng, thông số làm việc trong giới hạn quy định theo chế độ làm việc, vận hành, bảo dưỡng Tính đồng nhất về chất lượng của cùng một loại sản phẩm 15 6. Độ tin cậy 6.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy 6.2.1 Xác suất làm việc không hỏng Xác suất không xảy ra hỏng hóc trong thời gian đã định ( ) ( )1 t h t t N N N R F N N − = = = − ( ) 1( ) 2( ) n( ). .....t t t tR R R R= Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 16 6. Độ tin cậy 6.2.2 Cường độ hỏng Tỉ số giữa số hỏng hóc trong 1 đơn vị thời gian và tổng số chi tiết sử dụng tại thời điểm đó ( ) . h t N N t   =  Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 17 6. Độ tin cậy 6.2.3 Tuổi thọ Khoảng thời gian hoạt động của chi tiết (máy) từ khi bắt đầu hoạt động cho đến khi đạt trạng thái tới hạn Tuổi thọ gamma phần trăm ( )100. tR = Tuổi thọ mà đối tượng làm việc chưa đạt tới trạng thái tới hạn với xác suất là γ phần trăm 6.2.4 Hệ số sử dụng lv lv s lv c p t t K T t t t = = + + Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 18 6. Độ tin cậy 6.3 Nâng cao độ tin cậy Thiết kế Vật liệu Phương pháp gia công, tăng bền Tính toán đúng tải trọng Kết cấu: tải phân bố đều, hình dạng có độ cứng cao, hạn chế ghép các chi tiết Sử dụng đúng kỹ thuật: tháo lắp, bảo dưỡng Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 19 7. Vật liệu 7.1 Yêu cầu - Chỉ tiêu về khả năng làm việc - Khối lượng, kích thước - Điều kiện sử dụng - Tính công nghệ phù hợp - Giá thành 20 7. Vật liệu 7.2 So sánh về phương diện khối lượng Độ bền riêng b   Độ cứng riêng E  Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 21 7. Vật liệu 7.3 Nguyên tắc chất lượng cục bộ Yêu cầu làm việc khác nhau Công nghệ nhiệt luyện, mạ, đắp, tăng bền, Giảm chủng loại vật liệu Chi phí Thời gian Chế độ gia công Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 22 7. Vật liệu Kim loại đen Kim loại gốm Phi kimHợp kim màu Gang Thép 23 8. Tiêu chuẩn hóa 8.1 Định nghĩa Quy định những tiêu chuẩn, quy cách về các hình dạng, thông số cơ bản, mức độ chất lượng, của sản phẩm 8.2 Ngành chế tạo máy - Thuật ngữ, kí hiệu - Cấp chính xác, chất lượng bề mặt, - Hình dạng, kích thước của chi tiết máy Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 24 8. Tiêu chuẩn hóa 8.3 Ý nghĩa - Sản xuất hàng loạt - Dễ dàng thay thế, sửa chữa - Giảm khối lượng thiết kế - Tiêu chuẩn hóa điều kiện kĩ thuật, phương pháp thực nghiệm => nâng cao chất lượng làm việc Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 25 9. Tính công nghệ trong thiết kế Công nghệ về vật liệu: - Chọn vật liệu - Chọn phương pháp nhiệt luyện phù hợp Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 26 Công nghệ gia công: Lựa chọn hình thức phù hợp (gia công cơ, chế tạo phôi) theo: Vật liệu Quy mô sản xuất (đơn chiếc, hàng loạt) Hình dạng bề mặt chi tiết Chi phí (tạo phôi bằng cắt gọt-gia công áp lực-đúc) 9. Tính công nghệ trong thiết kế Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 27 Công nghệ gia công: 9. Tính công nghệ trong thiết kế Gia công: Tiện, doa, khoan, phay, bào, tạo hình, chuốt, mài, gia công siêu âm, cắt dây, Ghép nối: Các công nghệ hàn, các phương pháp ghép nối cơ khí, Gia công tinh: Các công nghệ mài, miết, hớt ba-via, xử lí bề mặt, phủ, mạ, 28 Yêu cầu về thiết kế: 9. Tính công nghệ trong thiết kế - Chế tạo phôi: Hình dạng kết cấu đơn giản Chuyển tiếp đều đặn Hình dạng phôi gần với hình dạng sản phẩm - Gia công cơ: Số mặt gia công, diện tích gia công Kết cấu, bề mặt Kích thước, khoảng cách, vị trí, hạn chế thay dao, điều chỉnh máy, Cấp chính xác, độ nhám, Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 29 9. Tính công nghệ trong thiết kế Công nghệ lắp ráp: Tháo lắp thuận tiện Thống nhất hóa trong thiết kế Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/ 30