Tải trọng và ứng suất tác dụng lên máy và chi tiết máy

Tải trọng tác dụng lên máy và chi tiết máy

Trong chế tạo máy, tải trọng tác dụng lên máy và chi tiết máy bao gồm lực, mô men và áp suất.
Tải trọng là đại lượng véc tơ, được xác định bởi các thông số: cường độ, phương, chiều, điểm đặt và đặc tính của tải trọng. Trong đó:

• Lực, được ký hiệu bằng chữ F, đơn vị đo là N, 1 N = 1 kg.m/s.
• Mô men uốn, ký hiệu là M, đơn vị đo là Nmm.
• Mô men xoắn, ký hiệu là T, đơn vị đo là Nmm.
• Áp suất, ký hiệu là p, đơn vị đo là MPa, 1 MPa = 1 N/mm2

 Phân loại tải trọng - chúng ta làm quen với một số tên gọi của tải trọng, và đặc điểm của nó:

- Tải trọng không đổi, là tải trọng có phương, chiều, cường độ không thay đổi theo thơi gian. Sơ đồ của tải trọng không đổi biểu diễn trên Hình 1-3.

- Tải trọng thay đổi, là tải trọng có ít nhất một trong ba đại lượng (phương, chiều, cường độ) thay đổi theo thời gian. Trong thực tế tính toán chi tiết máy, thường gặp loại tải trọng có cường độ thay đổi; sơ đồ của tải trọng thay đổi được biểu diễn trên Hình 1-4

- Tải trọng tương đương, là tải trọng không đổi quy ước, tương đương với chế độ tải trọng thay đổi tác dụng lên chi tiết máy. Hay nói cách khác: khi tính toán chi tiết máy chịu tải trọng thay đổi, chung ta pha  i sử dụng một chế độ tải trọng  không đổi tương đương với chế độ tải thay đổi về mặt sức bền và tuổi thọ của chi
tiết máy.
- Tải trọng cố định, là tải trọng có điểm đặt không thay đổi trong quá trình chi tiết máy làm việc.
- Tải trọng di động, là tải trọng có điểm đặt di chuyển trên chi tiết máy, khi máy làm việc.
- Tải trọng danh nghĩa, là tải trọng tác dụng lên chi tiết máy theo lý thuyết.
- Tải trọng tính. Khi làm việc, chi tiết máy, hoặc một phần nào đó của chi tiết máy phải chịu tải trọng lớn hơn tải trọng danh nghĩa. Tải trọng tăng thêm có thể do rung động, hoặc do tải trọng tập trung vào một phần của chi tiết máy. Chi tiết máy phải được tính toán thiết kế sao cho phần chịu tải lớn không bị thiếu bền.
Như vậy ta phải tính chi tiết máy theo tải trọng lớn hơn tải danh nghĩa, tải trọng này được gọi là tải trọng tính.

Ứng suất

Ứng suất là ứng lực xuất hiện trong các phần tử của chi tiết máy, khi chi tiết máy chịu tải trọng.
Ứng suất là đại lượng véc tơ, nó được xác định bởi phương, chiều, cường độ.
Đơn vị đo của ứng suất là MPa, 1 MPa = 1 N/mm2 Đ .

Ứng suất được phân ra làm hai nhóm:

- Ứng suất pháp ký hiệu là s. Ứng suất pháp có phương trùng với phương pháp tuyến của phân tố được tách ra từ chi tiết máy.
- Ứng suất tiếp ký hiệu là t. Ứng suất tiếp có phương trùng mặt phẳng của phân tố được tách ra từ chi tiết máy.
Tương ứng với các tải tác dụng, ứng suất được phân thành các loại:

• Ứng suất kéo, ký hiệu là σ_k,
• Ứng suất nén, ký hiệu là σ_n,
• Ứng suất uốn, ký hiệu là σ_u,
• Ứng suất tiếp xúc, ký hiệu là σ_tx, hoặc σ_H,
• Ứng suất dập, ký hiệu là σ_d,
• Ứng suất xoắn, ký hiệu là τ_x,
• Ứng suất cắt, ký hiệu là τ_c. 

Ngoài ra, ứng suất còn được phân thành ứng suất không đổi và ứng suất thay đổi:
- Ứng suất không đổi hay còn gọi là ứng suất tĩnh, là ứng suất có phương, chiều, cường độ không thay đổi theo thời gian. Sơ đồ của ứng suất tĩnh được thể hiện trên Hình 1-5.
- Ứng suất thay đổi là ứng suất có ít nhất một đại lượng (phương, chiều, cường độ) thay đổi theo thời gian. Ứng suất có thể thay đổi bất kỳ, hoặc thay đổi có chu kỳ. Trong tính toán thiết kế chi tiết máy, chúng ta thường gặp loại ứng suất thay đổi có chu kỳ tuần hoàn, hoặc gần như là tuần hoàn. Sơ đồ của ứng suất thay đổi tuần hoàn biển diễn trên Hình 1-6.

Một chu trình ứng suất được xác định bởi các thông số:

• Ứng suất lớn nhất σ_max,
• Ứng suất nhỏ nhất σ_min,
• Ứng suất trung bình σ_m; σ_m = (σ_max + σ_min) / 2 ,
• Biên độ ứng suất sa; sa = (σ_max - σ_min)/2 ,
• Hệ số chu kỳ ứng suất r; r = σ_max /σ_min, hoặc r = smin / σ_max , khi σ_min = 0.

 

Căn cứ vào giá trị của hệ số chu kỳ ứng suất r, người ta chia ứng suất thành các loại:

• Ứng suất thay đổi mạch động, khi chu trình ứng suất có r = 0.
• Ứng suất thay đổi đối xứng, khi chu trình ứng suất có r < 0.
• Ứng suất tĩnh là trường hợp đặc biệt của ứng suất thay đổi, có r = 1. 

Với cùng một giá trị ứng suất như nhau, nhưng r khác nhau thì khả năng phá hủy vật liệu của ứng suất cũng khác nhau. Chi tiết máy chịu ứng suất tĩnh có tuổi thọ cao hơn chi tiết máy chịu ứng suất thay đổi mạch động, chi tiết máy chịu ứng suất thay đổi đối xứng có tuổi thọ thấp nhất.