thiết kế công nghiệp_Bài 16: Chọn kết cấu có độ bền đều cho các chi tiết và các mối liên kết

1). Chọn kết cấu có độ bền đều cho các chi tiết và các mối liên kết
Độ bền đều của các chi tiết là: trong những trạng thái ứng suất phức tạp, ở bất kỳ một
tiết diện nào của chi tiết cũng có ứng suất cực đại gần như nhau. Khi người thiết kế sử dụng
thành công biện pháp này, kết quả là sẽ tạo ra được những chi tiết đạt được những chi tiêu
tối ưu về kỹ thuật và kinh tế. Ví dụ trình bày trên hình 3.6-3 cho thấy rõ điều đó.

Trong ví dụ này có ba phương án thiết kế cho một trục bánh răng.
a. Phương án 1: Hình 3.6-3a – Trục bánh răng được thiết kế là một trục rỗng, đường kính lỗ không đổi. Kết cấu này đơn giản về công nghệ, nhưng chi tiết không bền đều.

b. Phương án 2: Hình 3.6-3b – Kết cấu này tiến gần đến độ bền đều của chi tiết, songcông nghệ chế tạo phức tạp và những góc lượn chuyển bậc của lồ nếu không giải quyết tốt sẽgây ra ứng suất tập trung ảnh hưởng tới độ bền mỏi cua chi tiết.

c. Phương án 3: Hình 3, 6-3c – Có thể coi đây là phương án hoàn thiện kết cấu cua chitiết, thay cho lỗ bậc ở phương án 2 là một lố có dường kính thay đổi liên tục, trên tiết diệnthể hiện rằng một đường cong từ đáu đến cuối lỗ trục. Kết cấu này đạt được yêu cầu vể độbền đều, bảo đảm độ bển mỏi của chi tiết, giảm trọng lượng chi tiết đáng kể, nhược điểm làcông nghệ chế tạo phức tạp, tuy nhiên với trình độ công nghệ hiện nay, thực hiện việc giacông lỗ trên máy tiện CNC lại là công việc đơn giản.

Độ bền đểu của các chi tiết ở mối liên kết trong sản phẩm là vấn đề quan trọng cầnquan tâm thích đáng, nếu không nó sẽ gây ra những hư hỏng, phải sửa chữa hoạc thay thế
không hợp lý. Ví dụ: kết cấu mất xích, chốt xích cùa một xích tăng như hình 3.6-4a là không hợp lý. Trong trường hợp này kết cấu liên kết có nhược điểm lớn:

– Các lỗ mắt xích của mắt xích I và mắt xích II không bền đều vì chiều rộng của các lỗ như nhau là b, nhưng số lỗ của mắt xích I là 2, sô’ lỗ cua mắt xích II là 3. Như vậy, dự trữ độ bền phá hủy của các lỗ mắt xích của mắt xích I nhỏ hơn các lỗ mắt xích II khoảng 3/2 lẩn(tỷ số các lỗ mắt xích của hai mắt xích)

– Chiều dày của các lỗ mắt xích ÔI bằng chiều dày cơ bản của mắt xích Ôi là khônghợp lý, độ không bền đểu ở đây là #2.

– Dự trữ độ bền cất của chốt xích nhỏ hơn dự trữ độ bền phá hủy lổ mắt xích của mátxích II khoảng 2 lần.

Để loại bỏ các nhược điểm trên người ta dùng kết cấu như hình 3.6-4b, với những sựthay đổi như sau: b] < b2; d2 > dt và 5’2< &2 kết quả đạt được là: độ bền đểu của mối liênkết giữa 3 chi tiết mắt xích I, mắt xích II và chốt xích được bảo đảm, độ bển đền giữa đầu lô mắtxích và lồ mắt xích được bảo đảm, nhưng d₂ > dị làm trọng lượng tăng, tính kinh tế giảm,Kết cấu mối liên kết như hình 3.6-4c là tối ưu hơn cả, với việc tăng số lượng 2 mặtphăng cắt của chốt xích lên 6, đường kính chốt xích giảm đi d₃ < d₂ (thậm chí có thếđ₃ < đ]) S’₃ < 5₃, độ bền đểu của mối liên kết được bảo đảm toàn diện, trọng lượng giảm.

Qua các ví dụ trên dây có thể rút ra một nhận xét: với bất kỳ chi tiết nào, với bất kỳmối liên kết nào thì việc tìm kiếm các kết cấu hợp lý trong thiết kế là rất cần thiết và quantrọng, nó mang lại một kết quả tối ưu về kỹ thuật và kinh tế. Vấn để ở đây là người thiết kế sáng tạo như thế nào?