Các vấn đề chung về máy, bộ phận máy và chi tiết máy Phần 2

Những yêu cầu chủ yếu đối với máy và chi tiết máy

Trước khi nghiên cứu thiết kế máy, chi tiết máy, chúng ta cần biết như thế nào là một máy tốt. Để làm được điều đó, cần biết các thông số đánh giá chất lượng của máy, hay những yêu cầu chủ yếu đối với máy và chi tiết máy.

Một bản thiết kế máy hoặc chi tiết máy được gọi là hợp lý, khi máy thỏa mãn 6 yêu cầu chủ yếu sau:

- Máy có hiệu quả sử dụng cao, thể hiện ở chỗ: 

• Tiêu tốn ít năng lượng cho một sản phẩm gia công trên máy,
• Năng suất gia công cao,
• Độ chính xác của sản phẩm gia công trên máy cao,
• Chi phí sử dụng máy thấp,
• Kích thước, khối lượng của máy hợp lý.

- Máy có khả năng làm việc cao: máy hoàn thành tốt chức năng đã định trong điều kiện làm việc của cơ sở sản xuất, luôn luôn đủ bền, đủ cứng, chịu được nhiệt độ, độ ẩm của môi trường, không bị rung động quá mức.

- Máy có độ tin cậy cao: máy luôn luôn họat động tốt, đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật theo thiết kế. Trong suốt thời gian sử dụng, máy ít bị hỏng hóc, thời gian và chi phí cho việc sửa chữa thấp.

- An toàn trong sử dụng: không gây nguy hiểm cho người sử dụng, cho các máy, bộ phận máy khác, khi máy làm việc bình thường và ngay cả khi máy có sự cố hỏng hóc.

- Máy có tính công nghệ cao, thể hiện ở chỗ:

• Kết cấu của máy phải phù hợp với điều kiện và quy mô sản xuất,
• Kết cấu của các chi tiết máy đơn giản, hợp lý,
• Cấp chính xác và cấp độ nhám chọn đúng mức,
• Chọn phương pháp chế tạo phôi hợp lý.

- Máy có tính kinh tế cao, thể hiện ở chỗ:

• Công sức và phí tổn cho thiết kế là ít nhất,
• Vật liệu chế tạo các chi tiết máy rẻ tiền, dễ cung cấp,
• Dễ gia công, chi phí cho chế tạo là ít nhất,
• Giá thành của máy là thấp nhất.

Các bước thiết kế một máy

Trước khi bắt đầu thiết kế một máy, chúng ta phải nắm vững nhiệm vụ thiết kế, cần biết các số liệu sau đây:

- Số lượng máy cần chế tạo. Chế tạo bao nhiêu chiếc?

- Sản phẩm gia công trên máy. Hình dạng, kích thước, vật liệu, độ chính xác?

- Năng suất gia công trên máy. Cần gia công bao nhiêu sản phẩm trong 1 giờ?

- Tuổi thọ của máy, hay thời gian sử dụng máy cho đến lúc bỏ đi?

- Yêu cầu về kích thước, khối lượng của máy?

- Đặc điểm của môi trường máy sẽ làm việc? 

Các yêu cầu khác?

• Công việc thiết kế được tiến hành theo 7 bước:
• Xác định nguyên tắc hoạt động và chế độ làm việc của máy. Nên tham khảo các máy hiện có để chọn nguyên tắc hoạt động thích hợp. Chế độ làm việc của máy, cơ cấu máy có liên quan đến việc chọn giá trị các hệ số tính toán trong quá trình xác định kích thước của chi tiết máy.
• Lập sơ đồ chung toàn máy, sơ đồ các bộ phận máy. Sơ đồ phải thỏa mãn yêu cầu của nhiệm vụ thiết kế. Cần lập một vài phương án sơ đồ máy, sau đó so sánh chọn phương án tốt nhất.
• Xác định tải trọng tác dụng lên máy, bộ phận máy và từng chi tiết máy. Đây là bước quan trọng. Nếu xác định không đúng tải trọng, chúng ta sẽ thiết kế ra máy hoặc là không đủ bền, hoặc là không đảm đảm bảo tính kinh tế.
• Tính toán thiết kế các chi tiết máy. Xác định hình dạng, kích thước, vẽ được kết cấu của từng chi tiết máy.
• Lập quy trình công nghệ gia công từng chi tiết máy.
• Lập quy trình lắp ráp các bộ phận máy và lắp ráp toàn máy.
• Lập hồ sơ thiết kế cho máy. Lập các bản vẽ, bản thuyết minh, tài liệu chỉ dẫn sử dụng và sửa chữa máy.

Các bước thiết kế một chi tiết máy

Để thực hiện bước thứ 4 trong quy trình thiết kế máy, chúng ta phải lần lượt tính toán thiết kế từng chi tiết máy. Trước khi thực hiện thiết kế chi tiết máy, cần phải biết các số liệu liên quan đến chi tiết máy:

• Các tải trọng tác dụng lên chi tiết máy: cường độ, phương, chiều, điểm đặt
• và đặc tính của nó.
• Tuổi thọ của chi tiết máy. Thông thường tuổi thọ của chi tiết máy bằng tuổi
• thọ của máy, cũng có trường hợp chỉ bằng một phần tuổi thọ của máy.
• Điều kiện làm việc của chi tiết máy.
• Các yêu cầu về vật liệu, khối lượng, kích thước.
• Khả năng gia công của cơ sở cơ khí sẽ chế tạo chi tiết máy.

Thiết kế một chi tiết máy thường tiến hành qua 7 bước: 

1. Lập sơ đồ tính toán chi tiết máy - sơ đồ hóa kết cấu chi tiết máy.

2. Đặt các tải trọng lên sơ đồ tính toán chi tiết máy (Hình 1-2).

3. Chọn vật liệu chế tạo chi tiết máy.

4. Tính toán các kích thước chính của chi tiết máy theo điều kiện bền hoặc điều kiện cứng.

5. Chọn các kích thước khác và vẽ kết cấu của chi tiết máy.

6. Kiểm nghiệm chi tiết máy theo độ bền, độ cứng, tính chịu nhiệt, tính chịu dao động. Nếu không đảm bảo thì phải tăng kích thước, nếu quá dư thì phải giảm kích thước của chi tiết máy.

7. Lập bản vẽ chế tạo chi tiết máy. Trên đó thể hiện đầy đủ hình dạng, kích thước, dung sai, chất lượng bề mặt, vật liệu, phương pháp nhiệt luyện, các yêu cầu kỹ thuật về gia công, lắp rắp.