Bài giảng Cơ học máy - Chương 7: Khái niệm cơ bản về tính toán thiết kế chi tiết máy - Phan Tấn Tùng

1Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng Chương 7 Khái niệm cơ bản về tính toán thiết kế chi tiết máy 1. Độ bền 1.1 Tải trọng • Tải trọng không đổi: phương, chiều, độ lớn không đổi theo thời gian • Tải trong thay đổi: ít nhất một trong ba yếu tố trên thay đổi theo thời gian. Tải thay đổi có thể liên tục hoặc theo bậc • Tải va đập • Tải danh nghĩa • Tải trọng tương đương • Tải trọng qui đổi 1.2 Ứng suất • Ứng suất tĩnh: giá trị không đổi theo thời gian→phá huỷ tĩnh • Ứng suất thay đổi: giá trị thay đổi theo thời gian→phá huỷ mõi 2• Chu kỳ ứng suất 5 đặc trưng của 1 chu kỳ ứng suất 1. Ứng suất cực đại 2. Ứng suất cực tiểu 3. Ứng suất trung bình Chu kỳ ứng suất 4. Ứng suất biên độ 5. Hệ số tính chất chu kỳ maxσ minσ 2 minmax σσσ +=m 2 minmax σσσ −=a max min σ σ=r maxτ minτ 2 minmax τττ +=m 2 minmax τττ −=a max min τ τ=r Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 3• Chu kỳ đối xứng ứng suất tĩnh ứng suất mõi ứng với chu kỳ đối xứng •Chu kỳ mạch động dương ứng suất mõi ứng với chu kỳ mạch động dương minmax σσ −= minmax ττ −= 11, −− τσ τσ , 0min =σ 0min =τ 00,τσ 1 max min −== σ σr 0 max min == σ σr Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 4• Thí nghiệm lập đường cong mõi Mẫu thử mõi Máy thử mõi Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 5• Đường cong mõi :giới hạn mõi dài hạn :số chu kỳ cơ sở :chế độ làm việc dài hạn :chế độ làm việc ngắn hạn • Ứng suất mõi với Khi tính ứng suất uốn cho vật liệu thép chu kỳ khi HB ≤ 350 và khi HB > 350 Khi tính ứng suất tiếp xúc cho vật liệu thép và Giá trị σlim rσ 0N 0NN < LmrN KN N lim 0 σσσ == 6 0 10.5=N 6== Fmm 9== Fmm ( ) 4.20 30 HBN ×= 6== Hmm 0NN ≥ 1≥LK bKbK chb FFbF σσσσ στστ σσσσ 5.033.0 3.0)25.022.0( )6.14.1()5.04.0( 01 01 101 == =÷= ÷=÷= − − −− Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 6• Số chu kỳ làm việc tương đương Tải trọng không đổi Với Lh: tuổi thọ (giờ) n : số vòng quay (vg/ph) Tải trọng thay đổi theo bậc Chế độ tải trọng không đổi Khí tính ứng suất uốn cho vật liệu thép khi HB≤350 khi HB>350 Khí tính ứng suất tiếp xúc cho vật liệu thép Chế độ tải trọng thay đổi theo bậc nLN h60= ∑ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= ii m i LE ntT TN ' max 60 6' == Fmm 9' == Fmm 3 2 ' == Hmm Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 7Ti : tải trọng chế độ thứ i ni : số vòng quay chế độ thứ i (vg/ph) ti : thời gian làm việc chế độ thứ i (giờ) Tải trong thay đổi liện tục Vớ KE tra bảng 6.14 Chế độ tải trọng thay đổi liên tục NKN ELE = Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 8• Ứng suất tiếp xúc • Công thức Hetz áp dụng cho 2 hình trụ tiếp xúc ngoài (sử dụng khi tính bền cho bộ truyền bánh răng) •Với qn : tải trọng phân bố •Cộng thức Hetz áp dụng cho tiếp xúc của hai mặt cầu (khi tính ổ lăn) • Công thức Hetz áp dụng cho tiếp xúc của mặt trụ và mặt phẳng (khi tính bộ truyền trục vít) 3 2 2 388.0 ρσ EFn H = ρσ Eqn H 418.0= ρσ 2 n MH q Z= )1()1([ 2 2 21 2 12 21 µµπ −+−= EE EEZM 21 111 ρρρ ±= Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 91.3 Ứng suất cho phép & hệ số an toàn 1.3.1 Ứng suất cho phép • Ứng suất tĩnh Vật liệu dẽo Vật liệu dòn • Ứng suất mõi [ ] [ ]sch σ εσσ = [ ] [ ]sch τ εττ = [ ] [ ]sb σ εσσ = [ ] [ ]sb τ εττ = [ ] LKKs σ σ βεσσ ][ lim= [ ] LKKs τ τ βεττ ][ lim= Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 10 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 11 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 12 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 13 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 14 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 15 1.3.2 Hệ số an toàn Kiểm tra hệ số an toàn • Ứng suất tĩnh Vật liệu dẽo Vật liệu dòn • Ứng suất mõi Chu kỳ ứng suất đối xứng Chu kỳ ứng suất không đối xứng ][ss ≥ ][ max ss ch ≥= σ εσ ][ max s K s S b ≥= σσ εσ ][1 s K s a ≥= − σ βεσ σ σ ][s K s ma r ≥ + = σψσβε σ σ σ σσ Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 16 Khi trang thái ứng suất phức tạp Hệ số an toàn cho phép Các giá trị s1, s2, s3 tra bảng trang 45 ][ 22 s ss ss s ≥ + = τσ τσ 321][ ssss = Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 17 2. Độ cứng • Độ cứng là khả năng chống lại sự biến đổi hình dáng và kích thước dưới tác dụng của tải trọng • Độ cứng thể tích: Độ võng Góc xoay Góc xoắn • Độ cứng tiếp xúc 3. Độ bền mòn Lượng mòn Giai đoạn mòn: I. Mài rà II. Mòn ổn định III. Cuờng độ mòn lớn ][yy ≤ ][θθ ≤ ][ϕϕ ≤ ][ j y F j n ≤= ][UILU ≤= Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng 18 4. Độ chịu nhiệt Là khả năng làm việc ổn định của chi tiết ở nhiệt độ làm việc 5. Độ ổn định dao động Biên độ dao động ở tần số làm việc phải nhỏ hơn giá trị cho phép Thường có 2 chế độ: dưới cộng hưởng và trên cộng hưởng 6. Độ tin cậy Là xác suất không hỏng của chi tiết khi vận hành 7. Thiết kế tối ưu Chọn hàm mục tiêu và các ràng buộc để thoả mãn chỉ tiêu phù hợp với từng loại chi tiết 8. Thiết kế với sư hỗ trợ của máy tính Bao gồm mô hình hoá,mô phỏng, tính toán số, chương trình điều khiển gia công HẾT CHƯƠNG 7 Cơ học máy TS Phan Tấn Tùng