Chi tiết máy là gì và những vấn đề về thiết kế chi tiết máy

1. Chi tiết máy là gì?

“Chi tiết máy” trong tiếng Anh gọi là “machine details” được hiểu là phần tử cấu tạo một cách hoàn chỉnh từ các bộ phận cấu thành để tạo nên những nhiệm vụ chung nhất trong máy. Các phần tử này đều có đặc điểm chung là đều có cấu tạo hoàn chỉnh và đều có chức năng riêng trong máy. Các chi tiết máy thường được lắp ráp ghép với nhau cố định và tạo thành nhóm chi tiết máy. Và để thuận tiện hơn trong việc lắp ghép, cố định các bộ phận với nhau hay thay thế và sử dụng chi tiết máy thì người ta thường liên kết nhiều chi tiết máy và nhóm chi tiết máy theo những chức năng riêng để tạo thành bộ phận máy hay các cụm chi tiết máy.

Dấu hiệu nhận biết của chi tiết máy chính là khi bạn nhìn thấy phần tử cấu tạo hoàn chỉnh có thể tháo rời ra ngoài hoặc cũng có thể không tháo rời được tùy thuộc vào các ghép nối của những chi tiết máy đó.

2. Phân loại chi tiết máy và cách lắp ghép

2.1. Phân loại chi tiết máy

Chi tiết máy được chi thành hai loại với công dụng khác nhau, đó là:

- Nhóm chi tiết máy có cùng công dụng với nhau, được sử dụng chung trong nhiều loại máy khác nhau. Ví dụ như bu lông, lò xo, các loại đai ốc, bánh răng,...

- Nhóm chi tiết máy có công dụng khác nhau và sử dụng riêng cho từng loại máy móc. Ví dụ như khung xe đạp hay trục khuỷu, kim máy khâu,...

2.2. Các cách lắp ghép chi tiết máy

Các chi tiết máy có thể được ghép với nhau theo 2 loại mối ghép khác nhau như sau:

- Thứ nhất là mối ghép chi tiết máy được cố định: đó là các mối ghép không có những chuyển động tương đối, nó bao gồm các mối ghép tháo rời được như then, chốt, ren,... và các mối ghép không thể tháo được như tán, hàn, đinh,...

- Loại thứ 2 là mối ghép động, tức là các mối ghép có thể xoay đổi hay chuyển động được, nó có thể lăn hay trượt chúng theo các khớp đã được ghép nối với nhau.

3. Những vấn đề cơ bản về thiết kế chi tiết máy

Tiêu chuẩn để thiết kế và đánh giá các chi tiết máy phải dựa vào các yếu tố sau đây:

- Hiệu suất sử dụng chi tiết máy: thiết kế chi tiết máy phải đảm bảo được hiệu suất sử dụng cao, ít tiêu tốn năng lượng và chi phí vận hành thấp nhất có thể.

- Sự hiệu quả hoạt động của các phần của máy rất cao: từng phần đều có chức năng và nhiệm vụ riêng biệt, vì vậy cần phải thiết kế sao cho chúng có thể duy trì độ bền và tuổi thọ dài lâu trong quá trình sử dụng, đồng thời vẫn đạt hiệu suất tốt nhất.

- Chi tiết máy phải đảm bảo được mức độ tin cậy cao trong suốt thời gian sử dụng. Độ tin cậy của chi tiết máy được đánh giá theo tiêu chí đó là xác suất làm việc và không bị hỏng hóc gì trong mức thời gian nhất định.

- Chi tiết máy phải đảm bảo được sự an toàn tuyệt đối trong quá trình sử dụng.

- Tính công nghệ cũng như tính kinh tế phải được tối ưu hóa ở các chi tiết máy. Tất cả các yếu tố từ hình dạng đến kết cấu của vật liệu cần phải phù hợp, càng có ít những chi tiết thì sẽ càng dễ tạo hơn. Bên cạnh đó, kích thước nhỏ gọn và khối lượng thấp cũng giúp giảm giá thành một cách đáng kể.

Như vậy, khi thiết kế các chi tiết máy cần phải chú ý kiểm tra và đánh giá theo các tiêu chí trên để có thể tạo ra được những sản phẩm chất lượng nhất.

4. Những đặc điểm trong tính toán chi tiết máy

- Tính toán các chi tiết máy vừa có thể sử dụng công thức lý thuyết, vừa có thể sử dụng các hệ số thực nghiệm thông qua các đồ thị hay các hình vẽ, bảng hiệu cụ thể.

- Để có thể tính toán xác định được kích thước của chi tiết máy thì người ta thường phải tiến hành thực hiện qua 2 bước cơ bản, đó là:

+ Thiết kế chi tiết máy

+ Tính kiểm nghiệm chi tiết máy và đây là bước quyết định cuối cùng các thông số quan trọng và kích thước cụ thể cho chi tiết máy.

- Trong tính toán chi tiết máy thì các ẩn số thường sẽ nhiều hơn số các phương trình. Do vậy, bạn cần phải phải căn cứ vào các quan hệ giữa lực và biến dạng hoặc quan hệ kết cấu, kết hợp với vẽ hình để có thể giải quyết được.

- Có rất nhiều những giải pháp cho cùng một mục tiêu thiết kế ra các chi tiết máy, do đó trước khi tiến hành thiết kế cần phải lựa chọn một phương án tối ưu nhất. Các vấn đề chỉ được giải quyết tốt khi sử dụng các phương trình tối ưu hóa và tự động hóa các thiết kế chi tiết máy và các thiết bị cơ khí trên máy tính.

5. Biện pháp để nâng cao sức bền mỏi của chi tiết máy

5.1. Độ bền của chi tiết máy nghĩa là gì?

Độ bền của chi tiết máy là khả năng để tiếp nhận trọng tải của các chi tiết máy mà không bị phá hủy hay biến dạng quá mức cho phép. Độ bền của chi tiết máy bao gồm 3 loại:

- Độ bền tĩnh: đây là độ bền của chi tiết máy khi phải chịu ứng suất không thay đổi.

- Độ bền mỏi được hiểu là độ bền của chi tiết máy khi phải chịu ứng suất thay đổi.

- Độ bền mặt nghĩa là độ bền của chi tiết máy cần phải tránh bị phá hỏng bề mặt làm việc.

- Độ bền thể tích chính là độ bền của chi tiết máy mà cần tránh để biến dạng lớn hay bị gãy hỏng.

5.2. Biện pháp để nâng cao sức bền mỏi của chi tiết máy

- Cơ sở của biện pháp nâng cao sức bền mỏi chi tiết máy hay còn được gọi là những nhân tố gây ảnh hưởng đến giớ hạn mỏi của chi tiết máy:

+ Ảnh hưởng từ hình dáng kết cấu: đây là yếu tố có ảnh hưởng khá lớn đến độ bền mỏi của chi tiết máy. Dưới những tác dụng của trọng tải và ở những chỗ có tiết diện thay đổi đột ngột hay có sự tập trung ứng suất làm cho ứng suất trong tực tế lớn hơn nhiều so với ứng suất dự tính.

+ Ảnh hưởng từ kích thước tuyệt đối của chi tiết máy, kích thước tuyệt đối của chi tiết máy càng tăng thì giới hạn mỏi của nó cũng tăng lên theo tỷ lệ tương ứng.

+ Ảnh hưởng từ công nghệ gia công bề mặt: lớp bề mặt của các chi tiết máy sau khi được gia công, cắt gọt và gia công tăng bền sẽ có ảnh hưởng lớn đến giới hạn mỏi.

+ Ảnh hưởng từ các trạng thái ứng suất.

- Biện pháp nâng cao sức bền mỏi của chi tiết máy:

+ Các biện pháp về kết cấu như là:

* Tiến hành bố trí những chỗ gây tập trung ứng suất ở xa các phận phải chịu ứng suất cao của chi tiết máy (nếu được).

* Cần phải tạo hình dạng thật phù hợp tại các chỗ lượn chuyển tiếp của các bậc chi tiết máy để đảm bảo khớp các mối ghép khi lắp ráp.

* Sử dụng rãnh để có thể giảm tập trung ứng suất.

* Riêng đối với các mối ghép bằng độ đôi thì phải vát mép mayơ hay tăng độ mềm của mayơ để áp suất giữa trục và mayơ giảm bớt, giúp độ bền được tăng cao.

+ Biện pháp công nghệ:

* Sử dụng biện pháp nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện để tăng độ bền mỏi như tôi bề mặt hay thấm than.

* Sử dụng các biện pháp biến cứng nguội, ví dụ như lăn nén hay phun bi

* Áp dụng các phương pháp gia công tinh bề mặt như đánh bóng hoặc mài nghiền để giảm độ nhám của bề mặt chi tiết máy.

Qua những lý giải trên đây, chắc hẳn các bạn đã nắm rõ được chi tiết máy là gì cũng như những vấn đề về thiết kế chi tiết máy rồi đúng không nào? Hy vọng đây sẽ là những thông tin hữu ích đề các bạn có thể áp dụng vào việc thiết kế, sử dụng hay lắp ghép các chi tiết máy hiệu quả nhất nhé!