Cơ sở thiết kế máy và chi tiết máy

Vũ ngọc Pi - trần thọ 
nguyễn thị quốc dung - nguyễn thị hồng cẩm 
Cơ sở thiết kế Máy và chi tiết máy 
Tr−ờng đại học kỹ thuật công nghiệp thái nguyên 
- 2001- 
Lời nói đầu 
Để đáp ứng yêu cầu về giảng dạy và đào tạo tại Tr−ờng Đại học Kỹ thuật Công 
nghiệp Thái nguyên, Bộ môn Nguyên lý chi tiết máy Khoa Cơ khí tiến hành biên soạn tập 
giáo trình “Cơ sở thiết kế máy và chi tiết máy”. Đây chính là tên gọi mới, ứng với những 
thay đổi về nội dung và yêu cầu của nó so với giáo trình “Chi tiết máy” quen thuộc tr−ớc 
đây. 
Tập sách đ−ợc biên soạn theo kế hoạch giảng dạy 120 tiết, hai học phần (trong đó có 
96 tiết lý thuyết ,11 tiết h−ớng dẫn bài tập, 13 tiết thí nghiệm và thực hành), nhằm phối hợp 
với đồ án môn học tiến hành đồng thời với bài giảng lý thuyết của học phần II và chia thành 
5 nội dung chính nh− sau: 
Phần I: Những vấn đề cơ bản về thiết kế máy và chi tiết máy, do TS. Trần Thọ biên soạn. 
Phần II: Truyền động cơ khí, gồm: 
- Những vấn đề chung về truyền động cơ khí ; 
- Truyền động bánh ma sát, do Ths. Nguyễn thị Hồng Cẩm biên soạn. 
- Truyền động đai, do Ths. Nguyễn thị Hồng Cẩm biên soạn. 
 - Truyền động bánh răng, do Ths. Nguyễn thị Quốc Dung biên soạn. 
 - Truyền động trục vít - bánh vít, do Ths. Nguyễn thị Quốc Dung biên soạn. 
 - Truyền động xích, do Ths. Nguyễn thị Hồng Cẩm biên soạn. 
 - Hệ thống truyền dẫn cơ khí, do TS. Trần Thọ biên soạn. 
Phần III: Các tiết máy đỡ nối, gồm: 
 - Trục, do Ths. Vũ Ngọc Pi biên soạn. 
 - ổ lăn, do Ths. Vũ Ngọc Pi biên soạn. 
 - ổ tr−ợt, do Ths. Vũ Ngọc Pi biên soạn. 
 - Khớp nối, do TS. Trần Thọ biên soạn. 
Phần IV: Cơ sở thiết kế tự động, do Ths. Vũ Ngọc Pi biên soạn. 
Phần V: Các tiết máy ghép, gồm: 
- Mối ghép then và then hoa, do Ths. Vũ Ngọc Pi biên soạn. 
- Mối ghép đinh tán, do Ths. Vũ Ngọc Pi biên soạn. 
- Mối ghép ren, do Ths. Vũ Ngọc Pi biên soạn. 
- Mối ghép hàn, do Ths. Vũ Ngọc Pi biên soạn. 
- Mối ghép có độ dôi, do TS Trần Thọ biên soạn. 
Tập sách này chỉ bao gồm các bài giảng lý thuyết của hai học phần nói trên. Các nội 
dung liên quan đến bài tập, thí nghiệm, thực hành và đồ án môn học đ−ợc biên soạn riêng. 
Chắc rằng quá trình biên soạn không tránh khỏi sai sót về nội dung cũng nh− hình 
thức. Chúng tôi rất mong nhận đ−ợc các ý kiến phê bình đóng góp quý báu của bạn đọc, 
xin chân thành cảm ơn. 
 Các tác giả. 
 1
Phần I 
Những vấn đề cơ bản về thiết kế máy 
và chi tiết máy 
Bài 1: Bài mở đầu 
Đ1- Khái niệm và định nghĩa chi tiết máy 
Chi tiết máy (hay tiết máy, viết tắt là CTM) là phần tử cấu tạo hoàn chỉnh của máy; 
nó đ−ợc chế tạo ra không kèm theo một nguyên công lắp ráp nào. Các chi tiết máy th−ờng 
đ−ợc lắp ghép cố định với nhau thành nhóm chi tiết máy. Để thuận tiện lắp ghép, thay thế, 
bảo quản và sử dụng, ng−ời ta còn liên kết nhiều chi tiết máy và nhóm chi tiết máy theo 
một chức năng nào đó tạo thành cụm chi tiết máy hay bộ phận máy, blok máy. 
Theo quan điểm sử dụng, chi tiết máy đ−ợc chia thành hai nhóm: 
- Các chi tiết máy có công dụng chung. Đó là các chi tiết máy đ−ợc dùng phổ biến 
trong nhiều loại máy khác nhau với công dụng hoàn toàn giống nhau nếu chúng cùng một 
loại. Ví dụ nh− trục, bánh răng, bu lông, vít, đai ốc... 
- Các chi tiết máy có công dụng riêng. Đó là các chi tiết máy chỉ đ−ợc dùng trên một 
số máy nhất định. Ví dụ nh− pit tông, trục khuỷu, cam ... 
Đ2- Nhiệm vụ, nội dung và tính chất môn học Cơ sở thiết kế máy và chi tiêt 
máy (sau đây gọi tắt là môn học Chi tiết máy) 
Chi tiết máy là môn khoa học nghiên cứu các ph−ơng pháp tính toán thiết kế hợp lý 
máy và chi tiết máy có công dụng chung. Nhiệm vụ của nó là trang bị cho ng−ời học những 
kiến thức cơ bản về cấu tạo, nguyên lý làm việc và ph−ơng pháp tính toán thiết kế các CTM 
có công dụng chung, tạo cơ sở vững chắc để vận dụng vào việc thiết kế, sử dụng, khai thác 
các loại máy và thiết bị cơ khí. 
Đây là môn học vừa mang tính lý thuyết vừa mang tính thực nghiệm. Lý thuyết tính 
toán đ−ợc xây dựng trên cơ sở những kiến thức về toán học, vật lý học, cơ học lý thuyết, 
nguyên lý máy, sức bền vật liệu..., và đ−ợc xác minh, hoàn thiện qua thí nghiệm và thực 
tiễn sản xuất. 
Đây cũng là môn học kỹ thuật cơ sở mang tính “bản lề” để chuyển từ kỹ thuật cơ sở 
sang kỹ thuật chuyên môn của các ngành cơ khí. 
Nội dung môn học gồm bốn phần chính sau đây: 
- Cơ sở tính toán thiết kế máy và chi tiết máy. 
- Các tiết máy truyền động: bộ truyền bánh ma sát, bộ truyền đai, bộ truyền bánh 
răng, bộ truyền trục vít-bánh vít... 
- Các tiết máy đỡ nối: trục, ổ tr−ợt, ổ lăn, khớp nối, lò xo. 
- Các tiết máy ghép: then, then hoa, đinh tán, hàn, ren, ghép có độ dôi. 
Để học tốt môn học này, ng−ời học phải biết vận dụng sáng tạo lý thuyết vào thực 
tiễn; biết phân tích, tổng hợp, so sánh các ph−ơng án nhằm giải quyết tốt nhất các vấn đề 
liên quan đến thiết kế, sử dụng, khai thác máy và chi tiết máy. Yêu cầu thứ hai đối với 
ng−ời học là phải nâng cao tính độc lập, tự giác trong học tập, đặc biệt là trong phần làm đồ 
án thiết kế môn học. 
Đ3- Lịch sử môn học và ph−ơng h−ớng phát triển 
1-Chi tiết máy và máy đã có từ rất sớm và không ngừng phát triển 
- Hình t−ợng về các chi tiết máy giản đơn đã xuất hiện từ thời cổ x−a trong các dụng 
cụ và vũ khí, tr−ớc hết là đòn bẩy và chêm. 
- Từ xa x−a loài ng−ời đã biết sử dụng cánh cung, đó là phôi thai của lò xo. 
 2
- Hơn 4000 năm tr−ớc, ng−ời ta đã dùng con lăn trong vận chuyển; dùng bánh xe, ổ, 
trục trong các loại xe; dùng tời, puli trong các công trình xây dựng tháp, nhà thờ. 
- 550 năm tr−ớc công nguyên, ở Hy lạp , bánh răng, trục khuỷu, pa lăng đã đ−ợc sử 
dụng. 
- Hơn 200 năm tr−ớc công nguyên, Acsimet đã sử dụng vít trong máy kéo n−ớc. 
- Hộp giảm tốc truyền động bánh răng, trục vít đã sử dụng rộng rãi ở thế kỷ thứ 3. 
- D−ới thời trung cổ nhiều thành tựu khoa học kỹ thuật bị mai một. Sang thời kỳ phục 
h−ng, khoa học kỹ thuật đ−ợc khôi phục, xuất hiện thêm một số máy mới. Bánh răng trụ 
chéo, ổ lăn, xích, đai, cáp, vít nâng và khớp nối đ−ợc dùng rất phổ biến. 
- Cuối thế kỷ 18 đầu 19 máy hơi n−ớc ra đời, mối ghép đinh tán đ−ợc sử dụng rộng 
rãi. 
- Cũng từ đó đến nay, nhiều máy mới ra đời; nhiều chi tiết máy mới xuất hiện và thay 
đổi nhiều lĩnh vực nh− hàn, tán, ren vít, truyền động bánh răng... 
2- Lý thuyết tính toán chi tiết máy đã xuất hiện rất sớm, không ngừng phát triển 
và ngày càng hoàn thiện 
- Lý thuyết tính toán xác định tỷ số truyền và lực tác dụng ra đời từ thời cổ Hy lạp. 
- Thế kỷ thứ 3 đã có ghi chép về hộp giảm tốc truyền động bánh răng, trục vít. 
- Thời kỳ phục h−ng đã có những công trình nghiên cứu về bánh răng trụ chéo, ổ lăn, 
xích , bản lề, đai, cáp, vít nâng, khớp nối... 
- Cuối thế kỷ 19 đầu thế kỷ 20, với sự phát triển mạnh của KHKT, lĩnh vực Cơ học 
tách thành nhiều ngành khoa học. Cũng từ đây Chi tiết máy trở thành môn khoa học độc 
lập. 
- Nhiều nhà bác học nổi tiếng đã có những đóng góp xuất sắc cho khoa học Chi tiết 
máy nh− Lêôna Đờ Vanh xi, Ơle, Pêtrop, Râynol, Misen, Vilít ... 
 3- Ph−ơng h−ớng phát triển 
- Công nghiệp phát triển đòi hỏi ngày càng nhiều thiết bị máy móc với trình độ tự 
động hoá cao, đòi hỏi khoa học chi tiết máy phải có sự phát triển đồng bộ. 
- Ngoài các ph−ơng pháp tính toán kinh điển, việc ứng dụng tin học trong tính toán 
tối −u và tự động hoá thiết kế chi tiết và bộ phận máy đã, đang và sẽ đóng vai trò hết sức 
quan trọng, nhất là trong thời đại công nghệ thông tin hiện nay. 
Đ4- Giới thiệu tài liệu tham khảo 
Bạn đọc có thể tìm đọc các tài liệu tham khảo ghi ở mục Tài liệu tham khảo, trong đó 
chủ yếu là các tài liệu : 
1- Nguyễn Trọng Hiệp, Chi tiết máy, tập I, II, NXB Đại học và Giáo dục chuyên 
nghiệp, 1994. 
2- Trịnh Chất, Cơ sở Thiết kế máy và Chi tiết máy, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, 
1998. 
 3- B.Η. Кудрявцев, Детали машин, Ленинград Машиностроение 1980. 
 4- Μ.Η. Иванов, Детали машин, Москва Издатлъство “Высщая школа” 1984. 
 3
Bài 2: đại c−ơng về thiết kế máy và chi tiết máy 
Đ1-Khái quát các yêu cầu đối với máy và chi tiết máy 
 1- Khả năng làm việc 
Đó là khả năng của máy và chi tiết máy có thể hoàn thành các chức năng đã định. 
Khả năng làm việc bao gồm các chỉ tiêu: độ bền, độ cứng, độ bền mòn, độ chịu nhiệt, độ 
chịu dao động, tính ổn định. 
Đây là yêu cầu hàng đầu và cũng là yêu cầu cơ bản của máy và chi tiết máy. 
 2- Hiệu quả sử dụng 
 Máy phải có năng suất, hiệu suất cao, tiêu tốn ít năng l−ợng, có độ chính xác hợp lý, 
chi phí thấp về thiết kế, chế tạo,vận hành, sử dụng, đồng thời phải có kích th−ớc và trọng 
l−ợng nhỏ gọn. 
 3- Độ tin cậy cao 
Độ tin cậy là tính chất của máy, bộ phận máy và chi tiết máy, thực hiện đ−ợc chức 
năng đã định, đồng thời vẫn đảm bảo các chỉ tiêu về hiệu quả sử dụng trong suốt thời gian 
làm việc nào đó hoặc trong suốt quá trình thực hiện khối l−ợng công việc đã định . 
Khi mức độ cơ khí hoá và tự động hoá càng cao thì độ tin cậy càng có ý nghĩa quan 
trọng. Vì rằng chỉ một cơ cấu hay một bộ phận nào đó bị hỏng thì có thể làm đình trệ hoạt 
động của cả dây chuyền sản xuất. 
 4- An toàn trong sử dụng 
Trong điều kiện sử dụng bình th−ờng, máy hoặc chi tiết máy không gây tai nạn nguy 
hiểm cho ng−ời sử dụng hoặc không gây h− hại cho các thiết bị và các đối t−ợng khác xung 
quanh. 
 5/ Tính công nghệ và tính kinh tế 
Trên nguyên tắc đảm bảo khả năng làm việc, trong điều kiện sản xuất hiện tại, máy 
và chi tiết máy chế tạo ra ít tốn công sức nhất, có giá thành thấp nhất, cụ thể là: 
- Kết cấu phải đơn giản, hợp lý, phù hợp với điều kiện và quy mô sản xuất, 
- Có ph−ơng pháp chế tạo phôi hợp lý, 
- Cấp chính xác và độ nhám đúng mức... 
Đ2- Nội dung, đặc điểm, và trình tự thiết kế máy và chi tiết máy 
 1- Nội dung và trình tự thiết kế máy 
- Xác định nguyên tắc hoạt động và chế độ làm việc của máy đ−ợc thiết kế. 
- Lập sơ đồ chung toàn máyvà các bộ phận của máy thoả mãn các yêu cầu cho tr−ớc. 
- Xác định tải trọng (lực và mômen) tác dụng lên các bộ phận máy và đặc tính thay 
đổi của tải trọng. 
- Chọn vật liệu chế tạo các chi tiết máy. 
- Tính toán động học, động lực học, xác định hình dạng, tính toán kết cấu sơ bộ của 
chi tiết máy, bộ phận máy để thoả mãn khả năng làm việc; kết hợp với các yêu cầu về tiêu 
chuẩn hoá, lắp ghép, công nghệ và các yêu cầu khác để xác định kích th−ớc của chi tiết 
máy, bộ phận máy và máy. 
- Lập thuyết minh máy (bao gồm h−ớng dẫn sử dụng, vận hành và sửa chữa máy). 
 2- Nội dung và trình tự thiết kế chi tiết máy 
Thiết kế chi tiết máy là một bộ phận của thiết kế máy. Nội dung thiết kế máy đ−ợc 
thể hiện qua trình tự sau: 
 - Lập sơ đồ tính toán: vì kết cấu của tiết máy khá phức tạp phải đ−ợc sơ đồ hoá, kể cả 
sơ đồ tải trọng. 
 - Xác định tải trọng tác dụng lên chi tiết máy. 
 - Chọn vật liệu thích hợp với điều kiện làm việc của chi tiết máy, dự kiến khả năng 
gia công, xem xét các yếu tố kinh tế liên quan. 
 4
 - Tính toán các kích th−ớc của chi tiết máy theo theo các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng 
làm việc. 
- Dựa theo tính toán và các điều kiện chế tạo, lắp ráp... xác định kết cấu cụ thể của 
chi tiết máy với đầy đủ các kích th−ớc, dung sai, độ nhám bề mặt, các yêu cầu về công 
nghệ. 
 - Tính toán kiểm nghiệm theo các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc theo kết cấu 
thực và điều kiện làm việc cụ thể. Nếu thấy không thoả mãn các quy định thì phải thay đổi 
kích th−ớc kết cấu và kiểm tra lại. 
 3- Đặc điểm tính toán thiết kế chi tiết máy 
 Trong thực tế việc tính toán thiết kế chi tiết máy gặp một số khó khăn: hình dạng chi 
tiết máy khá phức tạp, các yếu tố tải trọng không biết chính xác, khuôn khổ kích th−ớc, 
trọng l−ợng, giá thành chế tạo phụ thuộc nhiều thông số ch−a hoàn toàn xác định. Vì vậy 
khi tính toán thiết kế chi tiết máy cần phải quan tâm các đặc điểm sau đây: 
-Vừa sử dụng công thức lý thuyết, vừa phải sử dụng các hệ số thực nghiệm thông qua 
các đồ thị, hình vẽ và bảng biểu. 
- Tính toán xác định kích th−ớc của chi tiết máy th−ờng tiến hành qua hai b−ớc: tính 
thiết kế và tính kiểm nghiệm, trong đó b−ớc tính kiểm nghiệm sẽ quyết định lần cuối các 
thông số và kích th−ớc cơ bản của chi tiết máy. 
- Trong tính toán số ẩn số th−ờng nhiều hơn số ph−ơng trình, do đó th−ờng phải căn 
cứ vào quan hệ giữa lực và biến dạng, căn cứ vào quan hệ kết cấu hoặc kết hợp với vẽ hình 
để giải quyết. 
- Có thể có nhiều giải pháp cho cùng một nội dung thiết kế, vì thế cần phải chọn đ−ợc 
ph−ơng án tối −u. Vấn đề này đ−ợc giải quyết tốt khi sử dụng các ch−ơng trình tối −u hoá 
và tự động hoá thiết kế chi tiết máy và thiết bị cơ khí trên máy vi tính. 
Đ3- Tải trọng và ứng suất 
 1- Tải trọng 
a- Khái niệm 
Tải trọng đ−ợc hiểu là tác dụng bên ngoài đặt lên chi tiết máy trong quá trình làm 
việc. Trong thiết kế cơ khí, tải trọng là lực và mômen tác dụng lên chi tiết máy. 
 b- Phân loại 
Tải trọng làm việc: là tải trọng thực sự tác dụng lên chi tiết máy trong quá trình làm 
việc . 
 Theo tính chất thay đổi theo thời gian, tải trọng đ−ợc chia thành : 
 - Tải trọng tĩnh: là tải trọng có ph−ơng, chiều, trị số không thay đổi hoặc thay đổi 
không đáng kể theo thời gian. 
 - Tải trọng thay đổi: là tải trọng có hoặc trị số, hoặc ph−ơng chiều thay đổi theo thời 
gian. Đây là loại tải trọng phổ biến trong thực tế, trong đó có tải trọng va đập (là tải trọng 
đột ngột tăng mạnh rồi giảm ngay trong khoảnh khắc). 
Tải trọng th−ờng đ−ợc biểu diễn d−ới dạng biểu đồ Q(t). Ví dụ hình 1.2.1a là biểu đồ 
tải không đổi, hình 1.2.1b là biểu đồ tải thay đổi. 
 Trong tính toán thiết kế, ng−ời ta sử dụng các khái niệm tải trọng danh nghĩa, tải 
trọng t−ơng đ−ơng, tải trọng tính toán: 
-Tải trọng danh nghĩa Qdn : là tải trọng chọn một trong số các tải trọng tác dụng lên 
máy trong chế độ làm việc thay đổi ổn định, đại diện cho chế độ tải tác dụng lên máy hoặc 
chi tiết máy; tải trọng lớn nhất hoặc tải trọng tác dụng lâu dài nhất th−ờng đ−ợc chọn làm 
tải trọng danh nghĩa. 
 Ví dụ: Chế độ tải thay đổi Qi (t) = Q1 (t1), Q2 (t2), Q3 (t3) nh− trên hình 1.2.1b có thể 
chọn Qdn = Q1= Qmax hoặc Qdn = Q2 (t2 = tmax). 
-Tải trọng t−ơng đ−ơng Qtđ : là tải trọng quy −ớc không đổi, có tác dụng t−ơng đ−ơng 
với chế độ tải đã cho theo một chỉ tiêu nào đó. Tải trọng t−ơng đ−ơng đ−ợc xác định từ tải 
trọng danh nghĩa thông qua hệ số tính toán. 
 5
QQ Q1
Q 
Q2 
Q3 
0 0 t1 t2 t3 t t
a) b) 
Hình 1.2.1: Sơ đồ tải trọng 
 Ví dụ: Tải trọng t−ơng đ−ơng Qtđ khi tính theo điều kiện bền về khả năng làm việc thì 
 Qtđ = QdnKL
trong đó KL là hệ số tuổi thọ và phụ thuộc vào đồ thị thay đổi tải trọng và việc chọn tải 
trọng nào làm tải trọng danh nghĩa. 
- Tải trọng tính toán Qtt: là tải trọng dùng để tính toán xác định kích th−ớc của chi 
tiết máy. Trị số của nó phụ thuộc vào tải trọng t−ơng đ−ơng và hàng loạt nhân tố nh− sự tập 
trung tải trọng, tải trọng động, điều kiện vận hành... Tải trọng tính toán th−ờng đ−ợc biểu 
diễn d−ớí dạng: 
Qtt = QtđKttKđ Kđk
Qtt = Qdt KL Ktt Kđ Kđk
trong đó: 
 Ktt - hệ số tập trung tải trọng; nó phản ánh sự phân bố không đều của tảI; 
 Kđ - hệ số tải trọng động; nó phản ánh mức độ ... ăn, ta có: 
Wu = D32
π
 (D4 – d4) = 
D32
π
.(D2 + d2 ).(D2 - d2 ) 
Wu = D32
π
.(D2 + d2 ).(D + d )(D - d ) 
Vì: D - d = 2.0,7k và có thể coi dD ≈ nên: 
d2dD ≈+ ; 222 d2dD ≈+ ; 
Do đó: k7,0.2.d2.d2.
d32
W 2u
π≈ 
k7,0.
4
d
W
2
u
π≈ 
Từ đó ta có trị số của τu: 
 2
u
u
u
u dk7,0
M4
W
M
πτ ≈= (5.4.27) 
 Vì các ứng suất xτ và uτ sinh ra trong tiết diện m-m của mối hàn (hình 5.4.12) có 
ph−ơng vuông góc với nhau cho nên điều kiện bền có dạng: 
 [ ]ττττ ≤+= 2u2x ’ (5.4.28) 
4- Sơ l−ợc về mối hàn tiếp xúc 
 Hàn tiếp xúc có các kiểu hàn giáp mối và hàn chồng. 
 164
a- Hàn giáp mối 
Có thể dùng cho các tiết máy có hình dáng và tiết diện tuỳ ý. Nếu hàn đúng kỹ thuật 
và độ bền của vật liệu đ−ợc hàn không bị giảm do nung nóng (thí dụ các loaị thép ít các 
bon và thép ít hợp kim không qua nhiệt luyện), thì độ bền của tiết máy hàn hầu nh− bằng 
với độ bền của tiết máy nguyên. Vì vậy, trong tr−ờng hợp tải trọng tĩnh, ứng suất cho phép 
của mối hàn có thể lấy nh− của tiết máy nguyên. Đối với các loại vật liệu vì hàn mà giảm 
bền, khi tính toán phải hạ thấp ứng suất cho phép. 
Tr−ờng hợp chịu tải trọng thay đổi, độ bền mối hàn tiếp xúc cũng bị giảm nh− đối 
với mối hàn hồ quang. 
 b- Mối hàn chồng 
Chia ra hàn điểm và hàn đ−ờng. 
 b.1- Mối hàn điểm (hình 
5.4.13a): th−ờng dùng cho các tấm ghép 
mỏng. Khi ghép các tấm có chiều dày 
khác nhau, chiều dày tấm dày nhất không 
nên quá ban lần chiều dày tấm mỏng 
nhất. 
 Đ−ờng kính điểm hàn đ−ợc lấy 
theo chiều dày của tấm mỏng nhất trong 
các tấm đ−ợc ghép: 
 d = 1,2S + 4mm khi S ≤ 3mm, 
 d = 1,5S + 5mm khi S > 3mm. 
 Mối hàn điểm th−ờng đ−ợc dùng chịu tải trọng tác dụng trong mặt ghép và đ−ợc 
tính theo độ bền cắt. Gọi F là lực tác dụng, Z là số điểm hàn, i là số tiết diện chịu cắt, ta có 
điều kiện bền: 
Hình 5.4.13: Mối hàn tiếp xúc
F
FF 
F 
F 
F 
F 
F 
τ = 
4/dZi
F
2π ≤ [τ]’ (5.4.29) 
 Tr−ờng hợp chịu mômen trong mặt ghép, mối hàn điểm cũng đ−ợc tính toán theo 
ph−ơng pháp t−ơng tự nh− đối với mối ghép đinh tán hoặc mối ghép bulông không có khe 
hở . 
b.2- Mối hàn đ−ờng: (hình 5.4.13b) th−ờng đ−ợc dùng để ghép các tiết máy mỏng 
có yêu cầu kín. 
 Tr−ờng hợp chịu lực F (hình 5.4.13b): độ bền mối hàn đ−ợc tính theo công thức: 
τ = F/bl ≤ [τ]’ (5.4.30) 
 Các nghiên cứu cho thấy rằng sự tập trung ứng suất trong mối hàn đ−ờng nhỏ hơn 
trong mối hàn điểm. 
Đ4- Độ bền của mối à và ứng suất cho phép 
1- Độ bền của mối hàn 
k
C
h
c
đ
b
 Độ bền của mối hàn phụ thuộc vào các nhân tố chính sau đây: 
- Chất l−ợng của que hàn và vật liệu đ−ợc hàn (vật hàn có tính hàn tốt hay xấu). 
- Trình độ kỹ uậ hàn. 
- Đặc tính của ải ọng (tải trọng tĩnh hay tải trọng thay đổi). 
Nếu dùng que hà
hông có tính hàn tốt, mố
ác loại thép ít và vừa các
Chất luợng của m
àn không bảo đảm, hàn 
ho độ bền mối hàn bị giả
Sự tập trung ứng s
ộ bền mỏi của mối hàn. 
iệt chú ý đến vấn đề hìnt 
trnth
 t hn chất l−ợng kh
i hàn sẽ có nhiề
 bon là những v
ối hàn phụ thuộ
còn sót hoặc hà
m nhiều, nhất là
uất và ứng suất t
Vì vậy trong tr−
h dạng kết cấu. ông tốt, không thích hợp và vật liệu đ−ợc hàn 
u khuyết tật và bị nứt nóng hoặc nứt nguội, v.v... 
ật liệu có tính hàn tốt. 
c nhiều vào trình độ kỹ thuật hàn. Nếu kỹ thuật 
n không thấu, mối hàn có xỉ và ôxit, v.v... sẽ làm 
 khi chịu tải trọng thay đổi. 
rong mối ghép bằng hàn có ảnh h−ởng rất lớn đến 
ờng hợp mối ghép chịu tải trọng thay đổi phải đặc 
Trong các kiểu mối hàn, mối hàn giáp mối có độ 
165
bền mỏi cao hơn cả vì ít tập trung ứng suất hơn so với các kiểu khác, nhất là khi đ−ợc vát 
bớt các chỗ hàn lồi. Không nên dùng mối hàn dọc để chịu tải trọng thay đổi vì mối hàn này 
có tập trung ứng suất lớn. Cần tránh hàn ở những chỗ có tập trung ứng suất do hình dạng 
kết cấu tạo nên. Mối hàn phải có chiều dày đồng đều nhau, không nên để tập trung một 
l−ợng kim loại nóng chảy lớn ở chỗ giao nhau của các mối hàn. Nên bố trí mối hàn sao cho 
dễ hàn và dễ kiểm tra. 
 Để nâng cao độ bền của mối ghép hàn chịu tải trọng thay đổi có thể dùng ph−ơng 
pháp phun bi hoặc miết mối hàn. 
2- ứng suất cho phép 
 Vì có nhiều nhân tố ảnh h−ởng đến độ bền của mối hàn, mặt khác, các công thức 
tính toán lại có tính chất gần đúng và quy −ớc, cho nên cần thiết phải dùng thực nghiệm để 
xác định ứng suất cho phép của mối hàn. 
 ứng suất cho phép của mối hàn chịu tải trọng tĩnh cho trong bảng 5.4.1, tuỳ theo 
ph−ơng pháp hàn và loại que hàn. 
 Tr−ờng hợp chịu tải trọng thay đổi, các ứng suất cho phép lấy theo bảng 5.4.1 phải 
nhân với hệ số giảm γ nhỏ hơn đơn vị. ứng suất để tính toán là ứng suất cực đại của chu kỳ 
ứng suất (σm hoặc τm). 
 Bảng 5.4.1: ứng suất cho phép của mối hàn thép khi chịu tải trọng tĩnh. 
ứng suất cho phép của mối hàn Ph−ơng pháp hàn 
Kéo [σ]’k Nén [σ]’ n Cắt [τ]’ 
Hàn hồ quang bằng tay dùng que hàn Э42 và 
Э 50 . Hàn khí. 0,9 [σ]k [σ]k 0,6 [σ]k
Hàn hồ quang tự động d−ới lớp thuốc hàn, 
hàn bằng tay, dùng que hàn Э 42A và Э 50A. 
 Hàn tiếp xúc giáp mối. 
[σ]k [σ]k 0,65 [σ]k
Hàn tiếp xúc điểm 0,6 [σ]k
Trong đó: [σ]k - ứng suất kéo cho phép của kim loại đ−ợc hàn khi chịu tải trọng tĩnh. 
[S] ≈ 1,2 ữ 1,8 - Hệ số an toàn của kết cấu hàn. 
 166
Bài 5: ghép bằng độ dôi 
Đ1- Khái niệm chung 
 1- Giới thiệu, nguyên lý làm việc 
 Mối ghép bằng độ dôi th−ờng đ−ợc dùng để ghép các tiết máy có bề mặt tiếp xúc là 
mặt trụ tròn, có khi cũng đ−ợc dùng để ghép các CTM có bề mặt hình lăng trụ hoặc hình 
khác. 
Hình 5
T
 Muốn tạo thành độ dôi ở mối ghép 
có đ−ờng kính d thì đ−ờng kính trục dtrục 
phải lớn hơn đ−ờng kính lỗ dlô: 
δ = dtrục - dlỗ > 0. 
 Do ghép căng trên mặt tiếp xúc d 
sẽ có áp suất p. Khi chịu tải trọng ngoài 
(lực dọc trục Fa , mômen xoắn T) hai chi 
tiết của mối ghép có xu h−ớng tr−ợt 
t−ơng đối. Vì vậy trên mặt tiếp xúc xuất 
hiện lực ma sát. 
 Nếu lực ma sát đủ lớn có thể 
chống lại sự dịch chuyển t−ơng đối, tải 
trọng đ−ợc truyền qua mối ghép. 
 2- Các ph−ơng pháp lắp 
 a- Ph−ơng pháp ép 
 Dùng ngoại lực ép (hoặc đóng) trục vào lỗ . 
 Ph−ơng pháp này đơn giản, ít tốn kém, nên đ−ợc dùn
làm san phẳng một phần những nhấp nhô bề mặt tiếp xúc
giảm khả năng tải. Ngoài ra ph−ơng pháp ép còn làm biến d
các chi tiết ghép. Để dễ ép có thể vát mép các chi tiết n
(mm); α = 10ữ150 ; α1 = 60ữ900; l1 = 2ữ3 (mm). 
d
 Lực ép F’ đ−ợc xác định theo kinh nghiệm: 
 F’thép = 20δmax l 
 F’gang = 11,5 δmax l 
Trong đó : δmax là độ dôi lớn nhất [àm]. 
 l là chiều dài lắp ghép [mm]. 
 F’ tính bằng[N]. 
 Công thức trên dùng cho moay ơ thép và trục 
thép. 
 Công thức d−ới dùng cho moay ơ gang và trục gang. 
 b- Ph−ơng pháp nung 
 Nung nóng chi tiết lỗ cho nở to hơn trục rồi mới lắp, 
dôi. Ph−ơng pháp này thích hợp với các chi tiết nhỏ và dà
nhấp nhô bề mặt, lắp dễ. Nh−ợc điểm: chi tiết do bị đốt n
ứng suất nhiệt. 
 c- Ph−ơng pháp làm lạnh 
 Nhúng trục vào axit cacbonic rắn (-790C) hoặc không k
để lắp vào lỗ. Khi nhiệt độ trở về trạng thái bình th−ờng thì 
 Ưu điểm của ph−ơng pháp này là không ảnh h−ởng đế
đắt tiền. Vì vậy ph−ơng pháp này chỉ dùng cho các chi tiết n
 Ph−ơng pháp b) và c) về thực chất là nh− nhau là tạo 
bao và chi tiết bị bao, nên dùng công thức chung sau: 
 Độ chênh lệch nhiệt độ cần thiết: 
 167Mms 
.5.1 Quan hệ tải trọng trong mối 
g p có độ dôi 
Fa 
Fms
k
ó
n
cg rộng
làm g
ạng kh
h− sau
α
Hình 
hi ng
i. Ưu 
ng bề
hí lỏn
ở ra x
n chi 
hỏ. 
hênh hé rãi. Nh−ợc điểm: khi ép 
iảm độ dôi và do đó làm 
ông đều và hỏng mặt đầu 
 (hình 5.5.2): l=0,01d+2 
l
α1
5.5.2: Kết cấu mép vát
uội lỗ co lại tạo thành độ 
điểm là không san phẳng 
 mặt dễ bị cong vênh do 
g (-1960C) cho co nhỏ lại 
uất hiện độ dôi. 
tiết ghép, Nh−ợc điểm là 
lệch nhiệt độ cho chi tiết 
30max 10
.
−+=∆
d
t α
δδ
 (5.5.1) 
Trong đó: δmax - độ dôi lớn nhất của mối ghép (àm). 
 δ0 - khe hở giữa trục với lỗ (để dễ lắp). Th−ờng chọn bằng khe hở nhỏ nhất 
của kiểu lắp lỏng H7/g6 (àm). 
 d - đ−ờng kính danh nghĩa mối ghép. 
 α - hệ số giãn nở nhiệt: 
 - với thép α = 12.10-6 (mm/mm 0C). 
 - với gang α = 10,5.10-6 (mm/mm 0C). 
 3- Ưu nh−ợc điểm và phạm vi sử dụng của mối ghép bằng độ dôi 
 Ưu điểm : 
 - Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ. 
 - Độ đồng tâm giữa trục và lỗ cao. 
 - Có thể chịu đ−ợc tải trọng lớn và tải trọng va đập. 
 Nh−ợc điểm: 
 - Lắp phức tạp, tháo ra có thể hỏng mặt ghép. 
 - Khó xác định chính xác khả năng tải của mối ghép, vì nó phụ thuộc vào những yếu 
tố có phạm vi biến thiên rộng nh− hệ số ma sát và độ dôi. 
 Tuy nhiên do trình độ kỹ thuật ngày một phát triển, độ chính xác chế tạo ngày một cao, 
các nh−ợc điểm trên dần dần đ−ợc khắc phục. Mối ghép bằng độ dôi đ−ợc dùng rất rộng rãi 
trong chế tạo máy, đặc biệt là lắp ghép các bánh răng, bánh đai, vô lăng, ổ lăn... 
Đ2- Tính mối ghép bằng độ dôi 
 Tính mối ghép bằng độ dôi là xuất phát từ tải trọng cần truyền, phải chọn đ−ợc kiểu lắp 
ghép giữa trục và lỗ sao cho áp suất trên bề mặt tiếp xúc đủ lớn để sinh ra lực ma sát chống 
lại sự dịch chuyển t−ơng đối của trục và lỗ mà vẫn không làm hỏng các chi tiết lắp ghép. 
 Nội dung trên th−ờng đ−ợc tiến hành theo 4 b−ớc. 
 - Từ tải trọng tìm ra áp suất cần thiết. 
 - Từ áp suất tính độ dôi cần thiết. 
 - Chọn kiểu lắp thích hợp. 
 - Kiểm nghiệm trục và lỗ về độ bền và biến dạng. 
 1- Tính áp suất trên bề mặt ghép 
 Muốn truyền lực dọc trục Fa , phải có lực ma sát Fms sao cho: 
Fms ≥ Fa 
hay fpπdl ≥ Fa 
do đó áp suất trên bề mặt ghép: 
dlf
F
p aπ≥ (5.5.2) 
 Muốn truyền mômen xoắn T, phải có mômen ma sát sao cho: 
Mms ≥ T
hay Tddlfp ≥
2
π . 
do đó áp suất trên bề mặt ghép: 
f.ld
T2
p
2π≥ (5.5.3) 
 Muốn truyền đồng thời lực Fa và mômen T , phải có: 
dlf
d
T2
F
p
2
2
a
π
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛+
≥ . (5.5.4) 
Trong các công thức trên: 
f - hệ số ma sát, khi lắp ép f = 0,08; khi lắp nhiệt f = 0,14. 
 168
d- đ−ờng kính lắp ghép; 
l- chiều dài mối lắp. 
 Chú ý: Đối với các chi tiết quay nhanh, lực ly tâm làm giảm áp suất tính toán khá 
nhiều, dó đó tr−ờng hợp này phải tăng thêm một l−ợng bù ứng suất kéo do lực ly tâm gây 
nên tại mặt ghép. 
 2- Tính độ dôi cần thiết 
 Khi tính toán về ống dày, ng−ời ta đã tìm ra đ−ợc quan hệ giữa áp suất p và độ dôi δ: 
δ = ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ +
2
2
2
2
E
C
E
Cpd (5.5.5) 
với 
222
2
2
2
2
2
12
1
2
2
1
2
1
à
à
+−
+=
−−
+=
dd
ddC
dd
ddC
Trong đó: d - đ−ờng kính danh nghĩa của mối ghép (mm); 
 d1- đ−ờng kính lỗ trong của trục rỗng (mm),nếu đặc d1 = 0; 
 d2- đ−ờng kính ngoài của chi tiết bị bao; 
 E, à - mô đun đàn hồi và hệ số poát xông của vật liệu (N/mm2); 
với thép E = 2,1 ữ 2,2.105 N/mm2, à = 0,3; 
 gang E = 1,2 ữ 1,4.105 N/mm2, à = 0,25; 
 bac bit E = 8,5.105 N/mm2, à = 0,33. 
Chú ý: 
 - Khi lắp ép, một phần những nhấp nhô bề mặt bị san phẳng nên độ dôi còn lại nhỏ hơn 
độ dôi tính toán. Để bù vào đó phải lấy độ dôi thực 
δc = δ + 1,2(RZ1 + RZ2) 
 RZ: chiều cao lớn nhất các nhấp nhô bề mặt của mặt ghép (tra theo độ bóng bề mặt). 
 - Khi lắp nhờ chênh nhiệt δc = δ. 
 3- Chọn kiểu lắp 
 Từ δ (hoặc δc) ta tra bảng dung sai lắp ghép theo đ−ờng kính danh nghĩa d, tìm ra kiểu 
lắp với : δmin ≥ δ (hoặc δc) . 
 Ta phải chọn kiểu lắp sao cho δmin > δ . Tuy nhiên do ngẫu nhiên δ = δmax sẽ có thể dẫn 
tới độ dôi đó là quá lớn, có thể làm chảy dẻo mặt ghép, làm các chi tiết máy biến dạng đàn 
hồi quá lớn, ảnh h−ởng đến sự làm việc bình th−ờng của chúng. 
 Tính toán phải căn cứ vào độ dôi kiểm tra δt bằng độ dôi lớn nhất δmax của kiểu lắp 
(không căn cứ vào độ dôi cần thiết δt) đ−ợc giảm bớt một l−ợng do san bằng các đỉnh nhấp 
nhô : δk = δmax - 1,2(RZ1 - RZ2). 
 Theo δt ta xác định đ−ợc áp suất sinh ra trong mối ghép và trị số các ứng suất theo 
h−ớng tâm và h−ớng tiếp tuyến sinh ra trong tiết máy bao và tiết máy bị bao (δr và δk). 
 a- Kiểm nghiệm theo điều kiện chảy dẻo 
 Xét sự phân bố ứng suất trên mặt cắt vuông góc với đ−ờng tâm trục qua mối ghép có độ 
dôi (hình 5.5.3). Theo thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất ta có điều kiện để trong các tiết 
máy bao và bị bao không sinh ra biến dạng dẻo: 
 δtđ = δ1 - δ3 ≤ δch
 Điểm trong cùng của tiết máy bị bao (trục) và điểm A trong cùng của tiết máy bao (lỗ) 
có ứng suất t−ơng đ−ơng lớn nhất. 
Đối với lỗ (điểm A) 
 σ1 = σmax = σt = p 22
2
2
2
2
dd
dd
−
+
. 
 169
 σ3 = σmin = σr = -p. 
A 
A 
A 
 = σAtdσ 1 - σ3 = p 22
2
2
22
dd
d
− 
Để không bị chảy dẻo phải có: 
 ≤ Atdσ Achσ
A
chσ : giới hạn chảy của vật liệu tiết máybao (lỗ) 
tức là 
2
2
22
2
max 2d
ddp ch
−≤ δ (5.5.6) 
Đối với trục (điểm B) 
σ1 = σmax = σr = 0 
σ3 = σmin = σt = -p 2
1
2
22
dd
d
− . 
Hình 5.5.3: Sơ đồ phân bố ứng 
suất trong mối ghép bằng độ dôi
B
tdσ = σ1 - σ3 = p 2
1
2
2
22
dd
d
− . 
Để không bị chảy dẻo phải có 
B
tdσ ≤ Bchσ
 : giới hạn chảy của vật liệu tiết máy bị bao (trục) Bchσ
hay 2
2
1
2
max 2d
ddp Bch
−≤σ (5.5.7) 
 b- Kiểm nghiệm theo điều kiện biến dạng đàn hồi. 
 Một số chi tiết do yêu cầu làm việc biến dạng đàn hồi không v−ợt quá phạm vi cho 
phép nào đó. Ví dụ khi lắp căng vòng trong ổ bi với trục, nếu mặt ngoài của vòng này biến 
dạng đàn hồi quá lớn sẽ làm kẹt bi. 
 Vì vậy đối với một số chi tiết quan trọng còn phải kiểm tra độ tăng đ−ờng kính ngoài 
của lỗ (d2) và độ giảm đ−ờng kính trong của trục (d1). 
 Theo định luật Húc : 
 σ = ε E ⇒ ε = 
E
σ
Đối với lỗ: 
 ε = ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ −−
−==∆ p
dd
ddp
EEd
d A
22
2
22
2
222
2 1σ 
do đó [ ]22
1
2
2
2
2
1
2 d
d
dE
pdd ∆≤
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡ −⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
=∆ 
Đối với trục : 
1
2
1
2
2
11
1 12
Edd
pd
Ed
d B
−==
∆= σε 
do đó [ ]1
1
2
1
1
1
1
1
2 d
E
d
d
pdd ∆≤
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡ ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛−
=∆ . 
 170
Tài liệu tham khảo 
[1]- Nguyễn Trọng Hiệp 
 Chi tiết máy, tập I, II 
 NXB Đại học và Giáo dục chuyên nghiệp, 1994. 
[2] Trịnh Chất 
 Cơ sở Thiết kế máy và Chi tiết máy 
 Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, 1998. 
[3]- B.Η. Кудрявцев 
 Детали машин 
 Ленинград Машиностроение 1980. 
[4]- Μ.Η. Иванов 
 Детали машин 
 Москва Издатeлъство “Высщая школа” 1984. 
[5]- И.А. Биргер, Б.Ф. Шорр... 
 Расчёт на прочность деталей машин 
 Москва Машиностроение 1993. 
[6]- Robert L. Norton 
 Machine Design 
 Prentice- Hall International, Inc. 1996. 
 171
Mục lục 
 Trang
Lời nói đầu 1
Phần I. Những vấn đề cơ bản về thiết kế máy và chi tiết máy 
Bài 1. Mở đầu 2
Bài 2. Đại c−ơng về thiết kế máy và chi tiết máy 4
Phần II. Truyền động cơ khí 
Bài mở đầu. Những vấn đề chung về truyền động cơ khí 23
Bài 1. Truyền động bánh ma sát 24
Bài 2. Truyền động đai 31
Bài 3. Truyền động bánh răng 43
Bài 4. Truyền động trục vít – bánh vít 64
Bài 5. Truyền động xích 77
Bài 6. Hệ thống truyền dẫn cơ khí 86
Phần III. Các tiết máy đỡ nối 
Bài 1. Trục 94
Bài 2. ổ lăn 103
Bài 3. ổ tr−ợt 113
Bài 4. Khớp nối 123
Phần IV. Cơ sở thiết kế tự động 130
Phần V. Các tiết máy ghép 136
Bài 1. Ghép bằng then và then hoa 137
Bài 2. Ghép bằng đinh tán 143
Bài 3. Ghép bằng ren 149
Bài 4: Ghép bằng hàn 158
Bài 5: Ghép bằng độ dôi 169
Tài liệu tham khảo 171
172