Tài liệu Bài giảng học phần chi tiết máy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ


BÀI GIẢNG HỌC PHẦN CHI TIẾT MÁY
Theo chương trình 150 TC
Sử dụng cho năm học: 2009-2010
Số tín chỉ: 03
(Lưu hành nội bộ)
Biên soạn: TS Vũ Ngọc Pi
TS Nguyễn Văn Dự
Ths Nguyễn Thị Quốc Dung
Ths Nguyễn Thị Hồng Cẩm
THÁI NGUYÊN 2009

LỜI GIỚI THIỆU
Để đáp ứng yêu cầu về giảng dạy và đào tạo tại Trường Đại học Kỹ thuật Công
nghiệp, Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí Khoa Cơ khí tiến hành biên soạn bài giảng môn học Chi
tiết máy.
Môn học Chi tiết máy nghiên cứu các vấn đề cơ sở lý thuyết nhằm xây dựng
phương pháp tính toán thiết kế hợp lý các chi tiết truyền động (bánh răng, đai, xích, trục
vít-bánh vít ), các chi tiết đỡ nối (trục, ổ), và các mối ghép (ren, hàn, đinh tán ) theo các
chỉ tiêu về khả năng làm việc có độ tin cậy, tính công nghệ và tính kinh tế chấp nhận được.
Nội dung của môn học được chia thành 5 nội dung chính như sau:
Phần I: Những vấn đề cơ bản về thiết kế máy và chi tiết máy.
Phần II: Truyền động cơ khí, gồm:
- Những vấn đề chung về truyền động cơ khí ;
- Truyền động đai.
- Truyền động bánh răng.
- Truyền động trục vít - bánh vít.
- Truyền động xích.
Phần III: Các tiết máy đỡ nối, gồm:
- Trục.
- Ổ lăn.
- Ổ trượt.
Phần IV: Các tiết máy ghép, gồm:
- Mối ghép then và then hoa.
- Mối ghép đinh tán.
- Mối ghép ren.
- Mối ghép hàn.
Cuốn bài giảng này do nhóm các giảng viên gồm có TS Vũ Ngọc Pi, TS Nguyễn Văn Dự,
Ths. Nguyễn Thị Quốc Dung và Ths. Nguyễn Thị Hồng Cẩm của Khoa Cơ khí, trường Đại
học Kỹ thuật Công nghiệp biên soạn. Nhóm tác giả rất mong nhận được các ý kiến đóng
góp của các thầy cô giáo và các bạn sinh viên.
Xin trân trọng cám ơn.

MỤC LỤC
Phần I 18
Những vấn đề cơ bản trong thiết kế máy .18
Chương 1: Đại cương về thiết kế máy và chi tiết máy .18
1.1. Nhập môn .18
1.1.1 Khái niệm và định nghĩa về chi tiết máy 18
1.1.2. Nhiệm vụ, nội dung và tính chất của môn học 18
1.1.3. Lịch sử môn học và phương hướng phát triển .19
1.3 Nội dung, đặc điểm và trình tự thiết kế máy và chi tiết máy 20
1.3.1. Nội dung và trình tự thiết kế máy 20
1.3.2. Nội dung và trình tự thiết kế chi tiết máy 20
1.3.3. Đặc điểm tính toán thiết kế chi tiết máy 21
1.4. Tải trọng và ứng suất .21
1.4.1. Tải trọng .21
1.4.2. Ứng suất .22
1.4.3. Quan hệ giữa tải trọng và ứng suất 25
Chương 2: Các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của chi tiết máy 26
2.1. Độ bền .26
2.1.1. Khái niệm .26
2.1.2. Phương pháp tính toán độ bền .26
2.1.2. Tính độ bền thể tích .26
2.1.2. Tính độ bền bề mặt .31
2.2. Độ cứng .32
2.2.1. Khái niệm .32
2.2.2. Tầm quan trọng của độ cứng .32
2.2.3. Phương pháp tính toán độ cứng .32
2.2.4. Các biện pháp nâng cao độ cứng .32
2.3 Độ bền mòn .33
2.3.1. Khái niệm .33
2.3.2. Tác hại của mòn .33
2.3.3. Quá trình mòn 33
2.3.4. Biện pháp giảm mài mòn .34
2.2.5. Phương pháp tính toán độ bền mòn .34
2.4 Độ chịu nhiệt .34
2.4.1. Khái niệm .34
2.4.2. Tác hại của nhiệt 34
2.4.3. Phương pháp tính toán về nhiệt .34
2.5 Độ chịu dao động .35
2.5.1. Khái niệm .35
2.5.2. Ảnh hưởng của dao động đến khả năng làm việc của CTM 35
2.5.3. Phương pháp tính toán về dao động và biện pháp giảm dao động 35
Chương 3: Độ tin cậy, tính công nghệ và tính kinh tế 37
3.1. Độ tin cậy 37
3.1.1. Khái niệm về độ tin cậy .37
3.1.2. Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy .37
3.1.3. Phương hướng nâng cao độ tin cậy .38
3.2 Tính công nghệ và tính kinh tế .38
Chương IV: Chọn vật liệu của chi tiết máy .40
4.1. Yêu cầu đối với vật liệu 40
4.2. Nguyên tắc sử dụng vật liệu .40
4.3. Vật liệu thường dùng trong chế tạo máy .40
4.3.1. Kim loại đen .40
4.3.2. Kim loại màu và hợp kim của chúng .40
4.3.3. Kim loại gốm .41
4.3.4. Vật liệu phi kim loại 41
Chương V: Vấn đề tiêu chuẩn hóa .42
5.1. Khái niệm và ý nghĩa 42
5.2. Những đối tượng được tiêu chuẩn hóa trong ngành chế tạo máy .42
5.3. Các tiêu chuẩn hiện hành 42
Chương VI: Truyền động đai .43
6.1. Khái niệm chung .43
6.1.1. Khái niệm và cấu tạo 43
6.1.2. Phân loại .43
6.1.3. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng .44
6.2 Kết cấu truyền động đai 45
6.2.1. Dây đai .45
6.2.2. Bánh đai .46
6.3 Cơ sở tính toán truyền động đai 46
6.3.1. Quan hệ hình học chính .46
6.3.2. Lực tác dụng trong truyền động đai .48
6.3.3. Ứng suất trong dây đai .50
6.3.4. Khả năng kéo, đường cong trượt và đường cong hiệu suất .52
6.4 Tính toán truyền động đai .53
6.4.1. Chỉ tiêu tính toán 53
6.4.2. Tính đai dẹt 54
6.4.3. Tính đai thang 54
6.5 Trình tự thiết kế .55
6.5.1. Khi thiết kế đai dẹt .55
6.5.2. Khi thiết kế đai thang .55
Chương 7: Truyền động bánh răng 56
7.1. Khái niệm chung .56
7.1.1. Khái niệm 56
7.1.2. Phân loại .56
7.1.3. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng .57
7.2. Đặc điểm ăn khớp và kết cấu của bộ truyền bánh răng 57
7.2.1. Các thông số cơ bản .57
7.2.2. Cấp chính xác của bộ truyền bánh răng .59
7.2.3. Kết cấu bánh răng 59
7.3. Cơ sở tính toán thiết kế .60
7.3.1. Tải trọng trong truyền động bánh răng 60
7.3.2. Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính toán .64
7.3.3. Vật liệu, nhiệt luyện và ứng suất cho phép 65
7.4. Tính sức bền bộ truyền bánh răng trụ .68
7.4.1. Tính sức bền bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng 68
7.4.2. Tính sức bền bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng 72
7.5. Tính sức bền bộ truyền bánh răng côn 74
7.5.1. Đặc điểm kết cấu tính toán 74
7.5.2. Tính sức bền bộ truyền bánh răng côn .75
7.6. Trình tự thiết kế .77
Chương 8: Truyền động trục vít bánh vít 79
8.1. Khái niệm chung .79
8.1.1. Khái niệm 79
8.1.2. Phân loại .79
8.1.3. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng .80
8.2. Đặc điểm ăn khớp và kết cấu của bộ truyền .80
8.2.1. Các thông số hình học 80
8.2.3. Hiệu suất 82
8.2.4. Độ chính xác chế tạo 83
8.2.5. Kết cấu bộ truyền .83
8.3. Cơ sở tính toán bộ truyền trục vít-bánh vít .84
8.3.1. Tải trọng trong truyền động trục vít-bánh vít 84
8.3.2. Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính toán .85
8.3.3. Vật liệu và ứng suất cho phép 86
8.4. Tính độ bền bộ truyền trục vít-bánh vít 89
8.4.1. Tính độ bền tiếp xúc 89
8.4.2. Tính độ bền uốn .90
8.4.3. Tính kiểm nghiệm quá tải 90
8.5. Trình tự thiết kế 91
Chương 9: Truyền động xích .92
9.1. Khái niệm chung .92
9.1.1. Khái niệm 92
9.1.2. Phân loại .92
9.1.3. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng .92
9.2. Các loại xích truyền động và đĩa xích .93
9.2.1. Các loại xích truyền động 93
9.2.2. Đĩa xích 94
9.3. Cơ sở tính toán thiết kế bộ truyền xích .95
9.3.1. Tải trọng tác dụng trong bộ truyền xích 95
9.3.2. Vận tốc và tỉ số truyền .95
9.3.3. Số răng đĩa xích .97
9.3.4. Khoảng cách trục và số mắt xích .98
9.4. Tính thiết kế bộ truyền xích 98
9.4.1. Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính .98
9.4.2. Tính xích về độ bền mòn .99
9.4.3. Kiểm nghiệm xích về quá tải .100
9.5. Trình tự thiết kế 100
Phần III .101
Chương 10: Trục .101
10.1. Khái niệm chung .101
10.1.1. Công dụng .101
10.1.2. Phân loại .101
10.2. Kết cấu trục .101
10.2.1. Kết cấu trục 101
10.2.2. Các biện pháp nâng cao sức bền mỏi của trục .102
10.3. Cơ sở tính toán thiết kế trục 103
10.3.1. Tải trọng tác dụng lên trục .103
10.3.2. Ứng suất trên các tiết diện trục 103
10.3.3. Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính toán .104
10.3.4. Vật liệu trục .105
10.4. Tính trục về độ bền .105
10.4.1. Tính trục về độ bền mỏi .105
10.4.2. Tính trục về độ bền tĩnh .108
10.5. Tính trục về độ cứng .108
10.6. Trình tự thiết kế 109
Chương 11: Ổ lăn .110
11.1. Khái niệm chung .110
11.1.1. Công dụng và cấu tạo 110
11.1.2. Phân loại .110
11.1.3. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng 111
11.1.4. Các loại ổ lăn thường dung 111
11.1.5. Vật liệu ổ lăn 112
11.1.6. Ký hiệu ổ lăn 112
11.1.7. Cấp chính xác ổ lăn 113
11.2. Cơ sở tính toán lựa chọn ổ lăn 113
11.2.1. Sự phân bố lực trên các con lăn .113
11.2.2. Ứng suất tiếp xúc trong ổ lăn .114
11.2.3. Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính toán .115
11.2.4. Khả năng tải của ổ lăn 115
11.3. Tính toán ổ lăn 116
11.3.1. Tính ổ lăn theo khả năng tải động 116
11.3.2. Tính ổ lăn theo khả năng tải tĩnh .119
11.4. Trình tự tính toán lựa chọn ổ lăn 119
Chương 12: Ổ trượt .120
12.1. Khái niệm chung .120
12.1.1. Định nghĩa .120
12.1.2. Phân loại .120
12.1.3. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng 120
12.2. Các phương pháp bôi trơn ma sát ướt .121
12.3. Cơ sở tính toán ổ trượt 121
12.3.1. Khả năng tải của ổ trượt đỡ bôi trơn thủy động .121
12.3.2. Kết cấu ổ trượt .122
12.3.3. Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính .124
12.3.4. Vật liệu lót ổ 124
12.4. Tính toán ổ trượt .125
12.4.1. Tính ổ trượt bôi trơn ma sát ướt .125
12.4.2. Tính quy ước ổ trượt 126
12.5. Trình tự thiết kế 127
Phần IV .128
Chương 13: Ghép bằng then và then hoa 128
13.1. Mối ghép then .128
13.1.1. Công dụng, phân loại 128
13.1.2. Then lắp lỏng 128
13.1.3. Sơ lược về then lắp căng 130
13.1.4. Tính sức bền then lắp lỏng .131
13.2. Mối ghép then hoa 132
13.2.1. Giới thiệu, công dụng, phân loại 132
13.2.2. Các phương pháp định tâm mối ghép then hoa .133
Chương 14: Ghép bằng đinh tán 134
14.1. Khái niệm chung .134
14.1.1. Giới thiệu, phân loại .134
14.1.2. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng 135
14.2. Cơ sở tính toán mối ghép đinh tán 135
14.2.1. Nguyên tắc truyền tải trọng .135
14.2.2. Sự phân bố tải trọng .136
14.2.3. Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính toán .136
14.3. Tính mối ghép chắc .137
14.3.1. Tính mối ghép chồng một dãy đinh chịu lực ngang 137
14.3.2. Tính mối ghép nhiều dãy đinh chịu lực ngang 138
14.3.3. Tính mối ghép chịu mô men nằm trong mặt phẳng tấm ghép .138
14.3.4. Tính mối ghép chịu lực và mô men nằm trong mặt phẳng tấm ghép 139
14.3.5. Ứng suất cho phép .139
Chương 15: Ghép bằng ren 140
15.1. Khái niệm chung .140
15.1.1. Giới thiệu, phân loại .140
15.1.2. Các thông số hình học chính của mối ghép ren .141
15.1.3. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng 141
15.2. Các chi tiết trong mối ghép ren .141
15.3. Tính mối ghép ren .144
15.3.1. Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính toán .144
15.3.2. Tính bu lông lắp lỏng chịu lực dọc trục .144
15.3.3. Tính bu lông vặn chặt không chịu lực ngoài 145
15.3.4. Tính bu lông chịu lực ngang 145
15.3.5. Tính bu lông chịu lực lệch tâm 146
15.4. Tính mối ghép nhóm bu lông chịu tải trọng trong mặt phẳng vuông góc với trục
của bu lông .147
Chương 16: Ghép bằng hàn .150
16.1. Khái niệm chung .150
16.1.1. Giới thiệu, phân loại .150
16.1.2. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng 151
16.2. Kết cấu mối hàn và cách tính độ bền 151
16.2.1. Mối hàn giáp mối: kết cấu và cách tính toán độ bền .151
16.2.2. Mối hàn chồng: kết cấu và cách tính toán độ bền 152
16.2.3. Mối hàn góc: Kết cấu và cách tính toán .155
16.3. Độ bền mối hàn và ứng suất cho phép 157
16.3.1. Độ bền của mối hàn .157
16.3.2. Ứng suất cho phép .157