Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: PGS.TS Nguyễn Doãn Ý LỜI CAM ĐOAN Tôi tên là: Trương Thị Ngọc Anh Sinh ngày: 02/07/1981 Nghề nghiệp: Giáo viên Đơn vị công tác: Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội Tôi xin cam đoan kết luận văn thân thực dựa hướng dẫn giáo viên hướng dẫn tài liệu tham khảo trích dẫn Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Tác giả Trƣơng Thị Ngọc Anh Học viên: Trương Thị Ngọc Anh Lớp: 12BCTM.KT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: PGS.TS Nguyễn Doãn Ý LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Doãn Ý tận tình hướng dẫn, cung cấp tài liệu trình nghiên cứu làm luận văn PGS.TS Nguyễn Doãn Ý dành nhiều thời gian, công sức giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô viện Cơ khí, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện cho tác giả học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn thời hạn Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Tác giả Trƣơng Thị Ngọc Anh Học viên: Trương Thị Ngọc Anh Lớp: 12BCTM.KT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: PGS.TS Nguyễn Doãn Ý DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT STT Kí hiệu Chú thích ĐTC Độ tin cậy TT Tuổi thọ S Độ bền L Tải trọng Học viên: Trương Thị Ngọc Anh Lớp: 12BCTM.KT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: PGS.TS Nguyễn Doãn Ý DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Tên gọi STT Trang Hình 1.1 Đƣờng cong dạng “bồn tắm” 13 Hình 1.2 Độ bền má phanh 15 Hình 1.3 Kết thực nghiệm S L 17 Hình 1.4 Biểu diễn hai phân phối S L 17 Hình1.5 Sự biến đổi xác suất kéo theo biến đổi giá trị 18 trung bình tải (L) độ bền (S) Hình 1.6 Biến đổi xác suất lỗi kéo theo thay đổi 18 độ lệch chuẩn tải trọng độ bền Hình 1.7 Biếu diễn điều kiện mẫu Venn 22 Hình 1.8 Hợp giao hai kiện 24 Hình 1.9 Hai kiện loại trừ 24 Hình 1.10 Các kiện 26 Hình 1.11 Biểu diễn xác suất kiện 27 Hình 2.1 Cơ cấu cam điển hình 29 Hình 2.2 Cơ cấu phân phối khí 30 Hình 2.3 Một số cấu cam thông dụng 31 Hình 2.4 Phân loại đội theo hình dạng 31 Hình 2.5 Phân loại đội theo vị trí so với cam 31 Hình 2.6 Biểu đồ chuyển vị 32 Hình 2.7 Profile cam đội thẳng trụ 33 Hình 2.8 Profile cam đội lệch trục 34 Hình 2.9 Một số loại bánh phổ biến 35 Hình 2.10 Bánh trụ thẳng 36 Hình 2.11 Bánh trụ nghiêng 37 Hình 2.12 Bánh xƣơng cá 37 Hình 2.13 Bánh côn 38 Học viên: Trương Thị Ngọc Anh Lớp: 12BCTM.KT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: PGS.TS Nguyễn Doãn Ý Hình 2.14 Bánh trụ nghiêng 39 Hình 2.15 Bánh vít trục vít 39 Hình 2.16 Bánh vít hypoid 40 Hình 2.17 Thanh bánh 40 Hình 2.18 Các thông số bánh 41 Hình 2.19 Profile 41 Hình 2.20 Vòng tròn sở 42 Hình 2.21 Góc áp lực 42 Hình 2.22 Góc áp lực tiêu chuẩn 43 Hình 2.23 Hệ số truyền động bánh 43 Hình 3.1 Hàm mật độ phân phối (S) (L) 45 Hình 3.2 46 Hình 3.3 47 Hình 3.4 Hàm mật độ X = S – L 48 Hình 3.5 Hệ số an toàn đặc trƣng hệ số an toàn thiết kế 56 Hình 3.6 Sự phụ thuộc n(  S ) 57 Hình 3.7 Mô tả trạng thái  L  57 Hình 4.1 Thủ tục tối ƣu phƣơng pháp đồ thị 63 Hình 4.2 Biểu diễn giá trị rk 64 Hình 4.3 Đĩa cam với lăn bị dẫn tịnh tiến 68 Hình 4.4 Bộ truyền bánh 72 Hình 4.5 a) Lƣới kết cấu truyền bánh 72 Hình 4.5 b) Tốc độ đầu 72 Hình 4.6 Cặp bánh ăn khớp 74 Học viên: Trương Thị Ngọc Anh Lớp: 12BCTM.KT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: PGS.TS Nguyễn Doãn Ý DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU STT Tên gọi Trang Bảng 1.1 Những tỉ lệ hỏng tiêu biểu số phận điện 13 Bảng 1.2 Các rủi ro điển hình dẫn đến hỏng 19 Bảng 1.3 Ý nghĩa vật lý điểm mẫu 22 Bảng 4.1 Phân loại toán tối ƣu 60 Bảng 4.2 Bảng 4.3 Độ lệch chuẩn động đặc tính động học cấu cam Giá trị trung bình chiều rộng (cm) cho Pfb = Pfw = 70 77 0,2.10-5 Bảng 4 Hiệu ứng thay đổi xác suất hỏng 78 Bảng 4.5 Kết tối ƣu 81 Bảng 4.6 Hệ số biến động: 0,01 82 Học viên: Trương Thị Ngọc Anh Lớp: 12BCTM.KT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: PGS.TS Nguyễn Doãn Ý MỤC LỤC MỞ ĐẦU……………………………………………………………………….9 CHƢƠNG I: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CHÍNH VỀ ĐỘ TIN CẬY…………11 1.1 Khái niệm Độ Tin Cậy……………………………… 11 1.1.1 Khái niệm…………………………………………… 11 1.1.2 Ý nghĩa……………………………………………… 11 1.1.3 Nguyên nhân gây hỏng……………………………… 12 1.1.4 Độ tin cậy hệ số an toàn 16 1.2 Cơ sở lý thuyết…………………………………………………….20 1.2.1 Sự kiện…………………………………………………20 1.2.2 Sự kiện loại trừ nhau………………………………….20 1.2.3 Cơ sở lý thuyết…………………………………………20 1.2.4 Điểm mẫu khoảng mẫu…………………………….21 1.3 Cơ sở toán học……………………………………………………23 1.3.1 Một số định nghĩa xác suất……………………… 23 1.3.2 Tính chất xác suất……………………………… 23 1.3.3 Lý thuyết xác suất tổng……………………………… 27 1.3.4 Luật Baye…………………………………………… 27 KẾT LUẬN CHƢƠNG I…………………………………………… 28 CHƢƠNG II: MỘT SỐ CƠ CẤU TRONG CHẾ TẠO MÁY…………… 29 2.1 Cơ cấu cam……………………………………………………… 29 2.1.1 Khái niệm…………………………………………… 29 2.1.2 Các loại cấu cam thông dụng…………………… 30 2.1.3 Phân loại đội…………………………………… 31 2.1.4 Biểu đồ chuyển vị…………………………………… 32 2.1.5 Profile cam……………………………… 32 2.2 Cơ cấu bánh răng……………………………………………… 34 2.2.1 Khái niệm…………………………………………… 34 Học viên: Trương Thị Ngọc Anh Lớp: 12BCTM.KT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: PGS.TS Nguyễn Doãn Ý 2.2.2 Phân loại………………………………………………35 2.2.3 Phân loại trục truyền động……………………………35 2.2.4 Các thông số bản………………………………… 41 KẾT LUẬN CHƢƠNG II……………………………………………44 CHƢƠNG III CƠ SỞ TÍNH, THIẾT KẾ CHI TIẾT CƠ KHÍ TRÊN CƠ SỞ ĐỘ TIN CẬY……………………………………………………… 45 3.1 Biểu thức tổng quát tính độ tin cậy…………………………… 45 3.2 Xác suất hỏng…………………………………………………… 47 3.3 Độ tin cậy (S) (L) tuân theo phân phối chuẩn………48 3.4 Độ tin cậy (S) (L) tuân theo loga chuẩn………… 50 3.5 Độ tin cậy (S) (L) tuân theo phân phối mũ……… 51 3.6 Độ tin cậy (S) (L) tuân theo phân phối cực trị…… 52 3.7 Xác định hàm phân phối (S) (L) qua kết thực nghiệm……………………………………………………………… 54 3.8 Tương quan hệ số an toàn độ tin cậy………………… 55 KẾT LUẬN CHƢƠNG III………………………………………… 58 CHƢƠNG IV THIẾT KẾ CƠ CẤU TRONG HỆ TRUYỀN DẪN CƠ KHÍ TRÊN CƠ SỞ ĐỘ TIN CẬY VÀ TUỔI THỌ……………………… 59 4.1 Thiết kế tối ưu…………………………………………………….59 4.1.1 Tối ưu hóa…………………………………………… 59 4.1.2 Bài toán phân phối độ tin cậy…………………………60 4.1.3 Một số cách giải toán tối ưu………………………62 4.2 Thiết kế cấu cam………………………………………………67 4.3 Thiết kế truyền dẫn bánh răng………………………………… 71 KẾT LUẬN CHƢƠNG III………………………………………… 83 KẾT LUẬN CHUNG…………………………………………………………84 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………….85 Học viên: Trương Thị Ngọc Anh Lớp: 12BCTM.KT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: PGS.TS Nguyễn Doãn Ý MỞ ĐẦU Tên đề tài: “Thiết kế cấu hệ truyền dẫn khí “cam, hộp tốc độ” sở độ tin cậy tuổi thọ” Lý chọn đề tài: Trong giai đoạn kinh tế thị trường nay, người ta mong hệ thống kỹ thuật phải hoạt động với hiệu cao nhất, kinh tế nhất, nhằm thỏa mãn ngày nâng cao chất lượng sống người Đồng thời phải đảm bảo an toàn, tin cậy người ta mong muốn thiết bị, hệ thống kỹ thuật, đặc biệt cần tránh cố ngẫu nhiên làm tổn hại vô lớn lao cho người Ví dụ cố rò rỉ hạt nhân nhà máy điện hạt nhân Nhật Bản, cố máy bay Concord – máy bay đại tối tân giới hãng hàng không Air France Để đạt mục tiêu trên, việc thiết kế chi tiết, hệ thống kĩ thuật sở độ tin cậy (ĐTC) đặc biệt quan tâm sử dụng Được đồng ý PGS.TS Nguyễn Doãn Ý, tác giả lựa chọn đề tài: ‘ Thiết kế cấu hệ truyền dẫn khí ‘cam, hộp tốc độ’ sở độ tin cậy tuổi thọ” Mục tiêu đề tài: Bước đầu nghiên cứu ứng dụng lý thuyết Độ Tin Cậy vào thiết kế cấu truyền dẫn khí Đánh giá so sánh với kết thiết kế theo chi tiết máy, tìm ưu điểm lý thuyết thiết kế theo Độ Tin Cậy, bước lập phần mềm thiết kế ứng dụng, đồng thời thực nghiệm tìm quy luật ứng xử hợp lý, phát triển cho phần ứng dụng hệ khí máy hệ thống Nội dung nghiên cứu đề tài: - Nghiên cứu tổng quan khái niệm, sở lý thuyết sở toán học ĐTC - Nghiên cứu số cấu điển hình chế tạo máy - Nghiên cứu sở lý thuyết tính, thiết kế chi tiết khí sở ĐTC Học viên: Trương Thị Ngọc Anh Lớp: 12BCTM.KT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: PGS.TS Nguyễn Doãn Ý - Nghiên cứu thiết kế cấu cam, hộp tốc độ, sở ĐTC TT Phƣơng pháp nghiên cứu: - Trên sở lý thuyết Độ Tin Cậy chi tiết hệ thống, nghiên cứu tính áp dụng cụ thể cho số chi tiết điển hình khí, so sánh với phương pháp tính chi tiết máy - Từng bước đưa vào thực nghiệm để đưa mô tả thiết kế theo Độ Tin Cậy - Tiến đến áp dụng rộng rãi lý thuyết Độ Tin Cậy vào thiết kế chi tiết, hệ khí nói riêng thiết bị khác nói chung Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: Hiện nay, vấn đề thiết kế theo Độ Tin Cậy thời sự, tài liệu công bố Các sản phẩm chưa đưa Độ Tin Cậy Tuổi Thọ tương ứng Bên cạnh người ngày muốn lệ thuộc vào tượng ngẫu nhiên Vì vậy, theo quan điểm thiết kế, có thiết kế theo Độ Tin Cậy Tuổi Thọ giảm thiểu rủi ro sản xuất đời sống Trong tương lai gần, sản phẩm, thiết bị, máy hệ thống sau sản xuất phải đưa tiêu Độ Tin Cậy Tuổi Thọ Do đặt vấn đề tiếp cận nghiên cứu thiết kế theo Độ Tin Cậy Tuổi Thọ vấn đề cấp bách, thời nội dung nghiên cứu nhiều nhà khoa học quan tâm Đối với nước ta, kết bước đầu, nhằm tạo hướng phát triển thiết kế, chế tạo, thiết kế sở Độ Tin Cậy Tuổi Thọ Học viên: Trương Thị Ngọc Anh 10 Lớp: 12BCTM.KT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: PGS.TS Nguyễn Doãn Ý 20 0,06023 0,004138 0,06795 30 0,1945 0,004194 0,06844 40 0,4335 0.004209 0,06860 50 0,7820 0,004232 0,06886 60 1,226 0,004237 0,06952 70 1,734 0,004230 0,06890 80 2,266 0,004219 0,06880 90 2,774 0,004209 0,06869 100 3,218 0,004201 0,06860 110 3,566 0,004197 0,06854 120 3,805 0,004196 0,06852 130 3,940 0,004192 0,06847 140 3,992 0,004187 0,06840 150 4,000 0,004184 0,06837 4.3 Thiết kế hệ truyền dẫn bánh răng: Một truyền bánh biểu thị hình 4.4 Mức độ làm việc an toàn phụ thuộc hoàn toàn vào xác suất hỏng Trong thiết kế truyền bánh số giả định quy ước sau: Có hai dạng hỏng, mòn uốn Bộ truyền bánh coi liên kết động học yếu, tương tự hệ nối tiếp Cách bố trí bánh răng, số răng, moodun cho hình 4.5 Sự truyền tải công suất tất bánh Các thông số tham gia thiết kế biến độc lập Các thông số tuân theo phân phối chuẩn Các giá trị trung bình bề dày mặt biến cần thiết kế Khi thiết kế cần tính xác suất hỏng hai điều kiện hỏng, mà xác định giá trị thích hợp thỏa mãn hai dạng hỏng Học viên: Trương Thị Ngọc Anh 71 Lớp: 12BCTM.KT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: PGS.TS Nguyễn Doãn Ý G3 G2 G1 Truc I (Truc vao) 36 27 65 46 46 G1 56 G7 Truc II 93 G4 G6 59 23 G5 25 Truc III( Truc ra) G12 G11 G10 Hình 4.4 Bộ truyền bánh 30.0(G7;G10) 45.6(G7;G10) (G1;G4) 111.7 72.0(G7;G10) 111.7(G8;G11) 173.1 (G2;G5) 173.1(G8;G11) 268 268 268(G8;G11) (G3;G6) 416(G9;G12) 645(G9;G12) 30.0(G7;G10) Truc II (Truc trung gian) Truc I (Truc vao) 27 65 25 93 46 46 (268) Truc III (Truc ra) II I 36 56 93 25 III 59 59 Hình 4.5 a) Lưới kết cấu truyền bánh b) Tốc độ đầu Các công thức thiết kế: Nếu hai bánh ăn khớp với (Hình 4.6) truyền tải công suất p(w), tốc độ quay bánh chủ động nw (vòng/phút) Momen xoắn tác dụng lên bánh là: 7,1324.109 p Mt  nw (4.27) Ứng suất uốn xuất hiện, giả thiết dầm dạng công sôn: Học viên: Trương Thị Ngọc Anh 72 Lớp: 12BCTM.KT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Sb  Trong đó: GVHD: PGS.TS Nguyễn Doãn Ý M t (4.28) A.t K c K d (i  1) i.m y cos  đây: (4.29) A – khoảng cách tâm hai bánh (mm) t – chiều rộng bánh (mm) Kc Kd – hệ số tập trung ứng suất tải động i = Tw/Tp = np/nw – tỉ số truyền, số số vòng quay bánh w, p m – moodun (mm)  y = 0,521   20   Tw  (4.30) Ứng suất: Sw   Mt (N/mm2) A t (4.31) Trong đó:  i   (i  1) EKc K d    0,1848    i  sin 2  1/ (4.32) Ở E môdun đàn hồi vật liệu bánh Giá trị trung bình sai lệch chuyển ứng suất nén là: S b  7,1324.109 S (4.33) nw At 2 2 2 2 2   M t (t  A  A  t )   A t  M t   At  A2 t  t 2 A2  A t2  b M .p t 7,1324.109  n S   p 2 n2  n2 p2      n   n2   Mt A t Học viên: Trương Thị Ngọc Anh 1/    (4.34) 1/ (4.35) (4.36) 73 Lớp: 12BCTM.KT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật S w GVHD: PGS.TS Nguyễn Doãn Ý 2 2 2 2 2 2  4M t  t  A   A M t  t  A t   M t     2 A t  4M t2 A t  4M t2 t  A2  M t2 A  A2  1/ (4.37) Banh rang chu dong n p ; Tp A n w; Tw Banh rang bi dong t Hình 4.6 Cặp bánh ăn khớp Với truyền bánh hình vẽ trên, chúng truyền vài vận tốc khác Ta xét cặp bánh thứ i tốc độ thứ j; i = 1, j = 1, 2, …., Cặp bánh xét liên kết đơn, k liên kết (k = chuyển k  Pf     Pfi động bánh răng) Xác suất hỏng là:  (4.38) i 1 Trong Pf xác suất hỏng liên kết thứ i i Xem xét hai dạng hỏng bánh răng, xác suất hỏng tổng quát cho đầu thứ j là: k  Pf bj     Pf bij i 1 k   Pf wj     Pf wij i 1  j = 1, 2, …, N (4.39) j = 1, 2, …., N (4.40) đây, Pf Pf xác suất hỏng chịu mòn bề mặt tiếp xúc Pf bj wj bij Pf wij xác suất hỏng cặp bánh thứ i, đầu thứ j Trong N tổng số tốc độ đạt đầu ra, ta có:  Pfb  Pfbij  F Sb (r ) f Sc (r )dr (4.41)  Học viên: Trương Thị Ngọc Anh 74 Lớp: 12BCTM.KT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: PGS.TS Nguyễn Doãn Ý f S (r ) hàm mật độ xác suất, ứng suất tập trung (Sb) FS (r ) phân b b phối xác suất ứng suất hỗn hợp Sb sb coi tuân theo phân phối chuẩn tức là: ( Sb ;  S ) ( sb ; S ) b b Xác suất hỏng là: Pfbij  P(Sb  sb  0) (4.42) Cận tích phân là:  S s z1b    b b   S2   s2 b b      (4.43)  S s   w w   S2   s2 w w      (4.44) z1w Trình tự thiết kế bánh sau: Giả sử tốc độ trục đầu vào, số bánh khác nhau, công suất truyền, ứng suất cho phép, xác suất hỏng hệ số liên quan biết liệu thiết kế Các bước sau trình bày thứ tự thiết kế bánh theo độ bền uốn – Từ số liệu cho: Pf  Pf xác định khả hỏng cặp bánh b bij thứ i – Xác định giá trị z1 theo phân phối chuẩn – Tính giá trị biến động:  M2  t  Sb  P2  2n   n2 (4.45)  t2   A2   M2    A2   M2 (4.46) t t – Giá trị trung bình ứng suất nén: Sb   Sb  Sb (1  z12b S2b )(1  z12b Sb )  Sb2 1  z 1b  Sb   (4.47) - Sử dụng giá trị nhỏ kết ta có:  t   t t Học viên: Trương Thị Ngọc Anh (4.48) 75 Lớp: 12BCTM.KT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: PGS.TS Nguyễn Doãn Ý – Lặp lại bước đến 5, tính chiều dày bánh tương ứng với tốc độ khác – Chọn giá trị t giá trị lớn bước Các bước vậy, tính sở chịu mòn bề mặt công thức hệ số biến dạng là:  S  t2   M2  4 A2    t2  4 A2 (4.49) t  2 S  S w2 (1  z12w Sw )(1  z12w sw )  S w2 S  w (1  z12w Sw )   Mt t   AS w  Và      1/ (4.50) (4.51) Áp dụng thiết kế truyền bánh trục, tốc độ cho số liệu sau: Công suất truyền 7,457kW Tốc độ trục vào 268 vòng/phút Góc ăn khớp, thân khai 200 Mô dun (m) mm Vật liệu bánh thép Ứng suất uốn cho phép 2,4525.108 N/m2 Ứng suất bề mặt chịu mòn 17,1675.108 N/m2 Trọng lượng riêng vật liệu 7,60275.104 N/m3 Hệ số tập trung ứng suất 1,5 Hệ số tải trọng động 1,1 Bảng 4.3 trình bày kết tính chiều rộng (cm) tương ứng với xác suất hỏng: Pf  Pfw =0,2.10-5 với giá trị khác hệ số biến động tốc b độ trục vào Kết chứng tỏ: thiết kế với hệ số n = có trọng lượng chuỗi bánh 1264,019N Trong thiết kế theo xác suất hỏng có trọng lượng bé là: 1236,845N lớn 1305,221N Tương ứng với giá trị  n thay đổi từ  0,01 đến 0,1, có s thay trọng lượng khoảng 5,33% Học viên: Trương Thị Ngọc Anh 76 Lớp: 12BCTM.KT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: PGS.TS Nguyễn Doãn Ý Bảng 4.3: Giá trị trung bình chiều rộng (cm) cho Pfb = Pfw = 0,2x10-5 Tốc độ bánh lớn nw Số cặp (G1, G4) (G3, G6) (G2, G5) (G7,G10) (G9,G12) (G8,G11) (G9,G12) (G8,G11) Trọng lượng chuỗi bánh (N) Trọng lượng chuỗi bánh (N) Hệ số an toàn = 111,7 268,0 173,1 30,0 46,5 72,0 416,0 643,0 1000,0 111,7 173,1 268,0 Chỉ xét độ bền uốn 2,733 2,786 1,467 1,495 2,053 2,093 7,654 7,802 4,938 5,034 3,189 3,251 0,552 0,563 0,357 0,364 0,230 0,234 2,940 2,997 1,897 1,934 1,226 1,249 1198,782 1224,288 2,936 1,576 2,206 8,222 5,305 3,426 0,593 0,384 0,247 3,159 2,038 1,316 1289,034 2,586 1,388 1,943 7,242 4,672 3,018 0,522 0,338 0,217 2,782 1,795 1,160 1134,036 111,7 268,0 173,1 30,0 46,5 72,0 416,0 643,0 1000,0 111,7 173,1 268,0 Chỉ xét ứng suất tiếp 3,104 3,144 1,536 1,536 2,086 2,113 7,821 7,922 5,046 5,111 3,246 3,301 0,564 0,571 0,365 0,370 0,235 0,238 2,211 2,240 1,427 1,445 0,922 0,934 1187,991 1202,706 3,266 1,595 2,194 8,228 5,309 3,428 0,593 0,384 0,247 2,347 1,501 0,970 1250,775 3,216 1,571 2,161 8,104 5,228 3,377 0,584 0,378 0,243 2,291 1,479 0,955 1231,155 Xét ứng suất uốn ứng suất tiếp 1236,845 1254,601 1305,221 1264,019 Trọng lượng chuỗi bánh (G1, G4) (G3, G6) (G2, G5) (G7,G10) Hệ số thay đổi tốc độ trục vào 0,01 0,05 0,10 Cũng vậy, ta xác định ảnh hưởng từ hệ số biến động:  P ,  t ,  S ,  S đến trọng lượng bánh Bảng 4.4 trình bày kết tương ứng b w Học viên: Trương Thị Ngọc Anh 77 Lớp: 12BCTM.KT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: PGS.TS Nguyễn Doãn Ý thiết kế theo xác suất hỏng biến thiên từ 0,2 đến 0,2.10-6 Kết chứng tỏ rằng, tăng chiều rộng cặp bánh đồng thời xác suất hỏng giảm đi, hay tăng tải truyền lên 114,14% ứng với  n = 0,05 Chiều rộng bánh  tính cho trường hợp bền uốn bền mòn bề mặt chọn giá trị lớn hai giá trị Tương ứng với số liệu sau:  P w = 0,05,  P = 0,1,  A =  t = 0,01;  S   S  0,01 ; E = 20,601.1010 N/m2 b Bảng 4.4 Hiệu ứng thay đổi xác suất hỏng Giá trị Khối lượng Bề rộng cặp bánh (cm) Pfbj = Pfwj chuỗi bánh x 10-1 1,567 0,841 1,177 4,388 0,316 1,686 678,5829 x 10-2 1,836 0,986 1,380 5,144 0,371 1,976 805,8915 x 10-3 2,076 1,115 1,560 5,815 0,419 2,234 912,3300 x 10-4 2,308 1,139 1,734 6,464 0,466 2,483 1012,5882 x 10-5 2,626 1,363 1,908 7,113 0,513 2,733 1119,3210 x 10-6 3,144 1,536 2,113 7,922 0,571 2,997 1254,6009 x 10-7 3,763 1,838 2,528 9,480 0,684 3,282 1472,3829 Các bước sau trình bày thiết kế tối ưu truyền bánh Bài toán tối ưu xét hai khía cạnh: theo trạng thái giới hạn theo độ tin cậy Tối ưu theo trạng thái giới hạn: toán phát biểu sau:  x1  x   2   Hãy xác định X: X =   . .    x6  Sao cho chúng làm cực tiểu hàm mục tiêu sau: Học viên: Trương Thị Ngọc Anh 78 Lớp: 12BCTM.KT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: PGS.TS Nguyễn Doãn Ý 12 Di2 i 1 f(x) =   (4.52) bi với điều kiện giới hạn sau: S bij  S b  i = 1, 2, …, k j = 1, 2, …, l S wij  S w  i = 1, 2, …, k j = 1, 2, …, l x’i  xi i = 1, 2, …, : xi = bi – chiều rộng bánh thứ i (mm)  - khối lượng riêng (kg/mm3) Di – đường kính vòng chia bánh thứ i x’i – giới hạn chiều rộng bánh thứ i k – số bánh Sbij SWij - ứng suất cho phép uốn tiếp xúc vật liệu (N/mm2) Tối ưu theo độ tin cậy: Các thông số phụ thuộc bao gồm khoảng cách tâm bánh răng, ứng suất uốn, tiếp xúc, tốc độ đầu vào, chiều rộng răng: thông số thiết kế Giá trị trung bình chiều rộng biến thiết kế; khối lượng bánh mục tiêu tối ưu hóa Độ tin cậy bánh theo uốn tiếp xúc cần phải đạt lớn độ tin cậy đặt trước Bài toán tối ưu phát biểu sau: Hãy xác đinhh X: Mà làm cực tiểu hàm: Và  x1  x   2   X=   . .    x6  f(X) = C1 f ( X )  C2 f ( X ) Sbj  RS i = 1, 2, …, l SWj  RS j = 1, 2, …, l Học viên: Trương Thị Ngọc Anh 79 (4.53) Lớp: 12BCTM.KT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: PGS.TS Nguyễn Doãn Ý xi  xi(l) i = 1, 2, …, Trong f  f giá trị trung bình độ lệch chuẩn khối lượng hộp bánh răng; C1, C2 hệ số kể đến độ tương quan trung bình hệ số biến động mục tiêu tối thiểu khối lượng Rbj (Rwj) độ tin cậy bánh tốc độ j; RS độ tin cậy đặc trưng định trước: k Rbj   Rbij (4.54) i 1 k Rwj   Rwij (4.55) i 1 Trong Rbij (Rwij) độ tin cậy bánh i tốc độ j Nếu độ bền S lực tác động s ngẫu nhiên tuân theo phân phối chuẩn, đặt biến là: u=S–s Ta có kết biến z tuân theo phân phối chuẩn sau: z  Và:   u u u  t2  dt  exp 2   (4.56) Độ tin cậy hệ thống: R0      z2    z2  1   exp dz  exp z 2  dz 2 u u    (4.57) Trong giới hạn tích phân xác định từ S , s ,  S  s z1   u u  ( S  s)  S2   s2 (4.58) Nếu độ tin cậy cặp bánh cho, ta xác định giới hạn tích phân: đặt z1 = z10 R0  1/ k  2    z2  exp   dz z10 (4.59) z1b ij  z10 Học viên: Trương Thị Ngọc Anh 80 Lớp: 12BCTM.KT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: PGS.TS Nguyễn Doãn Ý z1w ij  z10 Trong đó: z1b ij  S b  sbij (4.60)  S2   S2 b z1w ij   bij S w  Sw  swij   S wij (4.61) Tương ứng với số liệu ban đầu sau: P = 7,457kW, m = mm,  = 7,75.106 kg/mm3, Kc = 1,5 (hệ số tập trung ứng suất).; Kd = 1,1(hệ số tải trọng động); x’i = mm cho i = đến 6; E = 2,0601.106 N/mm2 Tốc độ đầu vào 268 vòng/phút Dạng thân khai, có góc tiếp xúc   200 Vật liệu làm bánh thép có ứng suất cho phép 245,25 N/mm2, ứng suất tiếp xúc 1716,75 N/mm2, giá trị l k, tương ứng Hệ số an toàn hệ (FS) tính theo uốn là: Sb = (245,25/FS) tính theo tiếp xúc: Sw = (1716,75/FS) Bảng 4.5 trình bày kết tối ưu, với khối lượng hệ bánh nhỏ (85,901kg), tương ứng với hệ số an toàn FS = Bảng 4.5 Kết tối ƣu Biến x1 (mm) x2 (mm) x3 (mm) x4 (mm) x5 (mm) x6 (mm) f(X); kg 60 40 40 150 60 60 293,0505 Giá trị tối ưu 17,339 12,527 9,311 48,563 13,044 18,655 859,010 Các số liệu toán giá trị trung bình, hệ số biến động coi nhau, giá trị C1 C2 lựa chọn theo phân phối chuẩn, tương ứng với điểm bắt đầu thiết kế là: Học viên: Trương Thị Ngọc Anh 81 Lớp: 12BCTM.KT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: PGS.TS Nguyễn Doãn Ý C1f(XS) = C2  f ( X S ) (4.62) Trong (XS) vecto thiết kế xuất phát Kết thiết kế tối ưu theo độ tin cậy bao gồm ba giá trị: C1, C2 hệ số biến động biến ngẫu nhiên Trình bày mối quan hệ C1, C2 hệ số biến động (0,01; 0,1) Giá trị trung bình khối lượng biến đổi đến 200% hệ số biến động thay đổi Bảng 4.6 Hệ số biến động: 0,01 x1 (mm) x2 (mm) x3 (mm) x4 (mm) x5 (mm) x6 (mm) f(X), kg x1 (mm) x2 (mm) x3 (mm) x4 (mm) x5 (mm) x6 (mm) f(X), kg C1 =1, C2 = 7,524 19,127 10,266 13,820 53,550 14,382 19,640 104,530 C1 =1, C2 = 7,524 50,415 24,635 32,896 127,014 34,123 42,711 470,722 Học viên: Trương Thị Ngọc Anh 82 C1 = 1, C2 = 19,121 10,269 13,820 53,550 14,382 19,642 94,097 C1 = 1, C2 = 50,416 24,632 32,905 127,017 34,115 42,717 223,171 C1 = 0, C2 = 7,514 19,147 10,575 13,975 53,553 14,383 19,657 133,320 C1 = 0, C2 = 7,514 50,416 24,805 32,915 127,014 34,116 42,712 247,560 Lớp: 12BCTM.KT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: PGS.TS Nguyễn Doãn Ý KẾT LUẬN CHƢƠNG IV Trình bày nội dung chương IV nhằm: - Tính, áp dụng tổng quan lý thuyết chương I, II, III cho chi tiết máy điển hình, cụ thể: - Đưa toán phân phối ĐTC tổng quan - Thiết kế cấu cam, nhận xét với kết thiết kế theo chi tiết máy - Thiết kế hệ dẫn động bánh răng, so sánh với kết thiết kế chi tiết máy thiết kế máy công cụ - Đưa toán tối ưu theo ĐTC Học viên: Trương Thị Ngọc Anh 83 Lớp: 12BCTM.KT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: PGS.TS Nguyễn Doãn Ý KẾT LUẬN CHUNG Luận văn đề cập đến nội dung sau: - Tổng quan ĐTC TT chi tiết máy hệ thống khí - Nêu ảnh hưởng tính thiết kế theo ĐTC chi tiết máy - Tổng quan phương pháp nội dung toán thiết kế theo ĐTC - Thiết kế cụ thể hai cặp chi tiết điển hình: + Cơ cấu cam + Cơ cấu bánh Ý nghĩa thực tế kỹ thuật: - Luận văn trình bày nội dung thiết kế sở tin cậy ứng dụng vào ngành kỹ thuật đại, cách phân tích thông số gây hỏng theo thời gian kiểm soát tuổi thọ dựa theo độ tin cậy - Nội dung luận văn cung cấp thêm tài liệu tham khảo giúp sinh viên, nhà kỹ thuật dề dàng giải yêu cầu thực tế sản xuất đề - Luận văn trình bày tóm tắt nội dung toán học, thống kê, xác suất ,… làm sở tìm hiểu lý thuyết độ tin cậy, đồng thời cung cấp quan sát linh hoạt nhiều khía cạnh khác như: độ tin cậy kỹ thuật, độ tin cậy học,… Một số hướng phát triển cho luận văn: - Từ kết nghiên cứu lý thuyết ứng dụng vào thiết kế cụ thể, đưa tính ưu việt thiết kế theo ĐTC so với thiết kế thông thường chi tiết máy - Trên sở kết phát triển thiết kế máy hệ thống theo ĐTC TT Học viên: Trương Thị Ngọc Anh 84 Lớp: 12BCTM.KT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD: PGS.TS Nguyễn Doãn Ý TÀI LIỆU THAM KHẢO A Birolini Reliability Engineering Theory and Practice Springer – Zurich, 1999 B.B Gnhedenko Toán học lý thuyết độ tin cậy – NXB KHKT – 1965 E.E Lewis Introduction to Reliability Engineering Jonh Willey, New Jork, 1987 PGS TS Nguyễn Doãn Ý Độ tin cậy thiết kế chế tạo máy hệ khí NXB Xây dựng, 2004 Frank Beichelt, B G Teubner Zuverlӓ ssigkeits um Instandhaltungtheorie Stuttgart, 1993 Bernd Bertsche, Gisbert Lechner Zuverlӓ ssigkeits im Maschinenbau Springer, 1990 Hӧ chel Zuverlӓ ssigkeits technischer Systeme Verlag Harri Deutsch thun un Frankfurt/Main, 1993 A Z Rumsixkii Mathematictreskaia obrabotka rezultatob Experimenta Nauka” M 1971 Học viên: Trương Thị Ngọc Anh 85 Lớp: 12BCTM.KT ... ti trng tnh quỏ ln, vt qua iu kin ln nht cho phộp, chỳng s b hng v, nt, gy,t Hng bn ca vt liu gim, chu ti trng theo chu k, mc dự ti nh hn bn cho phộp, nhng cỏc vt nt t vi, dn phỏt trin dn n gy... cho m bo TC Hc viờn: Trng Th Ngc Anh 12 Lp: 12BCTM.KT Lun thc s k thut GVHD: PGS.TS Nguyn Doón í Tốc độ hỏng Thời gian Tỷ lệ hỏng Tuổi thọ hữu ích Hao mòn Tại thời điểm ban đầu Hỡnh 1.1 ng cong... thc hin chc nng ca nú, khong thi gian nht nh di nhng iu kin lm vic t trc Vỡ vy TC c coi nh l phộp o thi gian hot ng thnh cụng ca thit b TC bao gm quỏ trỡnh hỡnh thnh, hot ng, t thit k, ch to