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