Bài giảng Chi tiết máy - Chương 2: Độ bền của chi tiết máy - Nguyễn Minh Quân

PHẦN 1: CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY VIỆN CƠ KHÍ – BM GIA CÔNG ÁP LỰC Chương 2: Độ bền của chi tiết máy 2Th.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/ • Tải trọng và ứng suất • Độ bền tĩnh • Độ bền mỏi Chương 2 Độ bền của chi tiết máy 2.1 Tải trọng và ứng suất 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/ 2.1.1 Tải trọng Khái niệm 4Th.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/ 2.1 Tải trọng và ứng suất Phân loại theo tính chất thay đổi: 2.1.1 Tải trọng -Tải trọng tĩnh -Tải trọng thay đổi -Tải trọng va đập 5Th.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/ 2.1 Tải trọng và ứng suất Phân loại theo tính toán: 2.1.1 Tải trọng - Tải trọng danh nghĩa dnQ - Tải trọng tương đương .td dn NQ Q K= - Tải trọng tính toán . . .tt td pb d dkQ Q K K K= 6Th.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/ 2.1 Tải trọng và ứng suất 2.1.1 Ứng suất Phân loại theo tính chất thay đổi: - Ứng suất tĩnh - Ứng suất thay đổi Thay đổi ổn định Thay đổi không ổn định 7Th.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/ 2.1 Tải trọng và ứng suất 2.1.1 Ứng suất Phân loại theo tính toán: 8Th.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/ 2.1 Tải trọng và ứng suất 2.1.1 Ứng suất Phân loại theo tính toán: Ứng suất dập /2 0 2 . . .cos . . . 2 d d d F l d l d     = = . d F l d  = 9 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/ 2.1 Tải trọng và ứng suất 2.1.1 Ứng suất Phân loại theo tính toán: Ứng suất tiếp xúc đường 𝜎𝐻 = 𝑍𝑀 . 𝑞𝐻 2𝜌 𝑍𝑀 = 2𝐸1𝐸2 𝜋[𝐸1 1 − 𝜇2 2 + 𝐸2 1 − 𝜇1 2 ] 𝜌 = 𝜌1𝜌2 𝜌1 ± 𝜌2 10 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/ 2.1 Tải trọng và ứng suất 2.1.1 Ứng suất Phân loại theo tính toán: Ứng suất tiếp xúc điểm 𝜎𝐻 = 𝑎. 3 𝐹𝑛𝐸2 𝜌2 11 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/ 2.2 Độ bền tĩnh Ứng suất tĩnh vượt quá giới hạn bền tĩnh Phá hủy dẻo Phá hủy giòn Khả năng vật liệu cản lại sự phá hủy tĩnh 12 2.2 Độ bền tĩnh Thuyết bền Vật liệu Ứng suất pháp lớn nhất Biến dạng dài tương đối Ứng suất tiếp lớn nhất Thế năng biến đổi hình dáng Mohr Vật liệu dẻo Vật liệu giòn Coulomb-Mohr 13 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/ 2.3 Độ bền mỏi 2.3.1 Cơ chế phá hủy mỏi Ứng suất thay đổi nhỏ hơn giới hạn bền - Xuất hiện vết nứt tế vi - Phát triển - Hỏng Vùng hỏng 14 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/ 2.3 Độ bền mỏi 2.3.2 Đường cong mỏi 15 2.3 Độ bền mỏi 2.3.3 Đồ thị các ứng suất giới hạn 16 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/ 2.3 Độ bền mỏi 2.3.4 Tính toán độ bền   lim / S   = Ứng suất phức tạp (theo các thuyết bền): Tính toán độ bền bề mặt:  ,d H   - Ứng suất tính toán 17 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/ 2.3 Độ bền mỏi 2.3.4 Tính toán độ bền Ứng suất thay đổi không ổn định: 1 1N − 2 2N − n nN −  max tdN − 18 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/ 2.3 Độ bền mỏi 2.3.4 Tính toán độ bền - Ứng suất tính toán Tra bảng S = S1. S2. S3 1,2 – 1,5 1,5 – 2,5 1 – 1,5   lim / S = 19 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/ 2.3 Độ bền mỏi 2.3.4 Tính toán độ bền - Ứng suất tính toán - Ứng suất tĩnh: + Vật liệu dẻo: σgh = σch (giới hạn chảy) + Vật liệu giòn: σgh = σb (giới hạn bền) - Ứng suất thay đổi ổn định, không ổn định N > N0: 𝜎𝑔ℎ = 𝜎𝑟 N < N0: 𝜎𝑔ℎ = 𝜎𝑟 . 𝑚 𝑁0 𝑁 20 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/ 2.3 Độ bền mỏi 2.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi 1. Vật liệu: thép, gang, hợp kim màu 2. Hình dạng kết cấu 𝑘𝜎 = 𝜎𝑟 𝜎𝑟𝑐 ; 𝑘𝜏 = 𝜏𝑟 𝜏𝑟𝑐 max max; dn dn         = = Hệ số tập trung ứng suất 21 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/ 2.3 Độ bền mỏi 2.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi 3. Kích thước tuyệt đối Hệ số ảnh hưởng kích thước tuyệt đối rd ; rd rdo rdo         = = 22 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/ 2.3 Độ bền mỏi 2.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi 4. Trạng thái bề mặt Hệ số trạng thái bề mặt β: tỉ số giữa giới hạn mỏi của mẫu có trạng thái bề mặt giống chi tiết và giới hạn mỏi của mẫu có bề mặt không được gia công tăng bền 23 2.3 Độ bền mỏi 2.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi 5. Trạng thái ứng suất 24 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/ 2.3 Độ bền mỏi 2.3.6 Các biện pháp nâng cao độ bền mỏi - Giảm biên độ dao động: Tăng tính đàn hồi (khớp nối đàn hồi, ổ trượt, ) - Giảm ứng suất danh nghĩa: Tăng kích thước 25 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/ 2.3 Độ bền mỏi 2.3.6 Các biện pháp nâng cao độ bền mỏi - Biện pháp công nghệ: Nhiệt luyện, hóa nhiệt luyện Gia công tinh bề mặt Tạo ứng suất dư nén - Biện pháp thiết kế: Giảm tập trung ứng suất 26