Chương 1: Vật liệu và cơ tính của vật liệu | Bài giảng môn Cơ khí ứng dụng | Đại học Bách khoa hà nội

CƠ KHÍ ỨNG DỤNG
Mã học phần: CH3456
Khối lượng 3(3-1-0-6)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Bộ môn Máy và Thiết bị Công nghiệp Hóa chất NỘI DUNG MÔN HỌC BÀI MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1: VẬT LIỆU VÀ CƠ TÍNH CỦA VẬT LIỆU
CHƯƠNG 2: CƠ HỌC VẬT LIỆU CHƯƠNG 3: GIA CÔNG CƠ KHÍ CHƯƠNG 4: NGUYÊN LÝ MÁY CHƯƠNG 5: CHI TIẾT MÁY
CHƯƠNG 6: THIẾT BỊ VỎ MỎNG 1 BÀI MỞ ĐẦU
A. Giới thiệu về cơ khí ứng dụng trong CN hóa chất.
B. Các đặc thù của cơ khí hóa chất
C. Các khái niệm về chung máy móc và chi tiết cơ khí
D. Quá trình sản xuất cơ khí
E. Độ chính xác gia công
A. GIỚI THIỆU VỀ CƠ KHÍ ỨNG DỤNG TRONG CNHC
A1. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG MÔN HỌC
Mục tiêu học phần và kết quả mong đợi
Kết thúc học phần sinh viên có được các khái niệm cơ bản về vật
liệu, gia công cơ khí, chi tiết cơ khí, dẫn động cơ khí và thiết bị chịu
áp lực để có thể tự tìm hiểu được nguyên lý hoạt động và khả năng
chế tạo các loại máy móc, thiết bị dùng trong công nghệ hóa học.
Nội dung vắn tắt học phần
Cung cấp các kiến thức cơ bản về vật liệu cơ khí, cơ tính và khả
năng ứng dụng trong đặc thù của ngành hóa chất; nguyên lý chuyển
động của các cơ cấu, các chi tiết cơ khí điển hình, nguyên lý của các
phương pháp gia công cơ khí, nguyên lý truyền động cơ khí, kết cấu
và qui trình chế tạo, thử nghiệm của thiết bị vỏ mỏng chịu áp suất cao. 2
A2. CƠ KHÍ VÀ CƠ KHÍ TRONG CÔNG NGHIỆP HOÁ HỌC Các vật liệu chế tạo xe? Độ bề của xe và các chi tiết? Nguyên lý
Các chi tiết có lắp lẫn truyền động? được không? Xe cấu tạo từ chi tiết nào? Các chi tiết lắp
Các chi tiết được chế ghép như thế nào? tạo như thế nào? Bơm, máy nén, quạt? Các thiết bị công nghệ? Các thiết bị gia công chế biến? Bồn bể chứa? Đường ống công nghệ?
CƠ KHÍ TRONG CÁC NHÀ MÁY HOÁ CHẤT 3
A3. TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Hoàng Tùng, Nguyễn Tiến Đào, Nguyễn thúc Hà,
Cơ khí đại cương, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2006
2. Nguyễn Trọng Hiệp,
Chi tiết máy, Tập 1 & 2, NXB Giáo dục, 2006
3. Trịnh Chất, Lê Văn Uyển,
Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, NXB Giáo dục, 2006 4. Nghiêm Hùng,
Vật liệu học cơ sở, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2007
5. Lê Quang Minh, Nguyễn Văn Vượng,
Sức bền vật liệu, Tập 1, 2 & 3, NXB Giáo dục, 1999
6. Đinh Gia Tường, Tạ Khánh Lâm,
Nguyên Lý Máy, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2006
B. CÁC ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA TB HÓA CHẤT
1. Các máy và thiết bị hóa chất thường làm việc trong
những điều kiện đặc biệt về áp suất và nhiệt độ. Từ độ
chân không tuyệt đối cho đến áp suất cao hàng ngàn
atmosphere, và nhiệt độ từ gần điểm không tuyệt đối đến hàng ngàn độ.
2. Làm việc với các chất có tính mài mòn, hoặc ăn mòn
hóa học và ăn mòn điện hóa cực kỳ mạnh. Vì vậy các thiết
bị phải được thiết kế với kết cấu phù hợp, được chế tạo từ
các vật liệu đặc biệt hoặc có các biện pháp chống ăn mòn và mài mòn. 4
3. Các hóa chất thường có tính độc và tính cháy nổ cao, vì
vậy có các đòi hỏi nghiêm ngặt về thiết kế, chế tạo và vận
hành để đảm bảo an toàn và phòng chống ô nhiễm môi trường.
4. Các thiết bị thường nằm trong dây truyền sản xuất hoạt
động liên tục, việc ngừng hoạt động của một thiết bị dẫn
đến những tác hại to lớn cho quá trình sản xuất và các
thiết bị khác trong dây truyền.
5. Các thiết bị trong công nghiệp hoá chất rất đa dạng về
chủng loại và nguyên lý làm việc.
6. Nhiều thiết bị có kích thước siêu trường siêu trọng, nên
việc thiết kế phải tính đến phương án gia công, vận
chuyển và lắp đặt phù hợp.
SIÊU TRƯỜNG SIÊU TRỌNG
Một tháp công nghệ của NM Dung Quất 5
TÍNH ĐA DẠNG CỦA THIẾT BỊ HOÁ CHẤT 6
TÍNH ĐA DẠNG CỦA THIẾT BỊ HOÁ CHẤT
TÍNH ĐA DẠNG CỦA THIẾT BỊ HOÁ CHẤT 7
C. CÁC KHÁI NIỆM CHUNG TRONG SX CƠ KHÍ
C1. PHÂN BIỆT MÁY VÀ THIẾT BỊ
Máy (machinery) có các cơ cấu chuyển động
Thiết bị (equipment) không có có cấu chuyển động
Hai thuật ngữ này không có ranh giới cụ thể mà đan xen vào nhau.
Ví dụ máy đập, máy bơm, máy nghiền, máy khuấy trộn, máy
sàng... thiết bị phản ứng, thiết bị chưng cất, thiết bị trích ly, thiết bị cô đặc.... C2. CHI TIẾT MÁY
Đây là đơn vị nhỏ nhất và hoàn chỉnh của máy, đặc trưng
của nó là không thể tách ra được và đạt mọi yêu cầu kỹ
thuật. Ví dụ: bánh răng, trục xe đạp, bulông, đai ốc...
Có thể xếp các chi tiết máy thành hai nhóm:
- Chi tiết máy có công dụng chung: là các chi tiết máy dùng
được trong nhiều máy khác nhau.Ví dụ: bulông, bánh răng, trục...
- Chi tiết máy có công dụng riêng: là các chi tiết máy chỉ
được dùng trong một số máy nhất định. Ví dụ: trục khuỷu, trục cam, van... 8 C2. CHI TIẾT MÁY C3. BỘ PHẬN MÁY
Đây là một phần của máy, bao gồm hai hay nhiều chi tiết máy
được liên kết với nhau theo những nguyên lý máy nhất định có
thể là liên kết động hay liên kết cố định. Ví dụ: moay ơ trước,
moay ơ sau của xe đạp, hộp giảm tốc...
Có rất nhiều loại máy khác nhau về tính năng, hình dáng, kích
thước... Tuy nhiên bất kỳ máy nào cũng đều cấu tạo bởi nhiều
bộ phận máy. Ví dụ: máy tiện gồm các bộ phận máy như bàn
máy, ụ động, ụ đứng, hộp tốc độ, bàn dao... C4. CƠ CẤU MÁY
Đây là một phần của máy hoặc của bộ phận máy có chức năng
nhất định trong máy. Ví dụ: đĩa, xích, líp của xe đạp tạo thành
cơ cấu chuyển động xích trong xe đạp.
Một cơ cấu có thể là một bộ phận máy, nhưng các chi tiết trong
một cơ cấu có thể nằm ở nhiều bộ phận máy khác nhau. 9 C3. BỘ PHẬN MÁY C4. CƠ CẤU MÁY C5. PHÔI
Đó là một từ kỹ thuật có tính chất quy ước dùng để chỉ một
vật phẩm được tạo ra từ một quá trình sản xuất này chuyển
sang một quá trình sản xuất khác.
Ví dụ: kết thúc quá trình đúc, ta nhận được một vật đúc có
hình dáng, kích thước theo yêu cầu, những vật đúc này có thể là:
- Sản phẩm của quá trình đúc.
- Chi tiết đúc, nếu như không cần gia công gì thêm.
- Phôi đúc, nếu vật đúc phải qua gia công cắt gọt như tiện,
phay, bào... Như vậy trong trường hợp này, sản phẩm của
quá trình đúc được gọi là phôi đúc. 10 C5. PHÔI
D. QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CƠ KHÍ
D1. THIẾT KẾ KỸ THUẬT
Thông qua các kiến thức về khoa học và công nghệ, hiện
thực hoá ý tưởng thành hệ thống các bản vẽ (bản vẽ hệ
thống, bản vẽ lắp thiết bị, bản vẽ bóc tách cụm chi tiết, bản
vẽ chi tiết) kèm theo hồ sơ thiết kế (thuyết minh, yêu cầu kỹ
thuật, yêu cầu thử nghiệm…) 11 BẢN VẼ LẮP
BẢN VẼ TÁCH CỤM CHI TIẾT 12
BẢN VẼ TÁCH CHI TIẾT
D2. THIẾT KẾ QUI TRÌNH GIA CÔNG
Trên cơ sở bản vẽ chế tạo chi tiết và khả năng thiết bị gia
công sẵn có, kỹ sư cơ khí thiết kế qui trình công nghệ gia
công gồm các nguyên công, bước, động tác nào, theo thứ tự nào.
- Qui trình gia công sẽ gồm nhiều nguyên công (ví dụ nguyên
công đúc, nguyên công tiện, nguyên công phay….).
- Mỗi nguyên công sẽ gồm nhiều bước
- Mỗi bước sẽ gồm nhiều động tác. 13
D3. QUI TRÌNH SẢN XUẤT
Trên cơ sở thiết kế qui trình gia công, công nhân sẽ thực hiện
các nguyên công, các bước gia công, và động tác trên các
máy công cụ để biến phôi ban đầu thành sản phẩm hoàn
chỉnh. Các dạng sản xuất bao gồm: - Sản xuất đơn chiếc
- Sản xuất hàng khối (theo mẻ) - Sản xuất hàng loạt
Tuỳ theo số lượng và yêu cầu, có thể cơ giới hoá và tự động hoá quá trình sản
E. ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG
Độ chính xác gia công của chi tiết là đặc tính cơ bản của
ngành chế tạo máy nhằm đáp ứng yêu cầu của máy móc là
cần độ chính xác để chịu được tải trọng lớn, tốc độ cao, áp
lực và nhiệt độ lớn ...
Độ chính xác gia công là mức độ đạt được độ chính xác thiết
kế đề ra khi gia công chi tiết. Độ chính xác gia công được biểu thị bằng:
- Sai lệch về kích thước (Dung sai)
- Sai lệch về hình dáng hoặc sai lệch về vị trí tương quan.
- Độ chính xác của hình dáng hình học tế vi
(Chất lượng bề mặt) 14
E1. DUNG SAI LẮP GHÉP
Các chi tiết cùng loại phải có khả năng thay thế nhau. Ví dụ:
- Các đai ốc cùng cỡ ren phải vặn được với bulông cùng cỡ.
- Những vòng bi cùng số hiệu phải lắp vừa vào trục vào ổ của máy nhất định.
Điều đó có nghĩa rằng các chi tiết cùng loại muốn thay thế
được cần đạt hai yêu cầu sau (Tính lắp lẫn):
+ Khi thay thế cho nhau không cần lựa chọn mà lấy một chi
tiết bất kỳ trong các chi tiết cùng loại.
+ Khi thay thế không cần sửa chữa hoặc gia công gì thêm.
Để đảm bảo yêu cầu làm việc, kích thước của chi tiết phải
nằm giữa hai kích thước giới hạn cho phép, hiệu hai kích
thước này là dung sai:  = Dmax - Dmin 15
Dung sai có trị số phụ
thuộc vào kích thước danh nghĩa, cấp chính xác và
được ký hiệu bằng các
chữ số. TCVN quy định 19
cấp chính xác theo thứ tự
độ chính xác giảm dần: 01, 0, 1, 2,..., 17.
Miền dung sai theo TCVN
và ISO được ký hiệu bởi
một chữ (ký hiệu sai lệch
cơ bản và một số (ký hiệu
dung sai). Ví dụ: đối với lỗ
H7, H11, D6... còn đối với trục g6, f5, e6.....
E2. ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG
Độ chính xác gia công không chỉ được đánh giá thông qua sai
lệch về kích thước (dung sai) mà còn đánh giá thông qua các
dạng sai lệch hình dáng sau:
* Sai lệch hình dáng hình học là sự sai lệch về hình dáng
thực của chi tiết gia công so với hình dáng chi tiết thiết kế. Ví
dụ: độ phẳng, độ côn, độ ô van.
* Sai lệch về vị trí tương quan giữa các yếu tố hình học của
chi tiết. Ví dụ: độ không song song giữa các đường tâm của
các bề mặt hình trụ, độ không vuông góc giữa mặt đầu và đường tâm, v.v... 16
Độ chính xác gia công không chỉ được đánh giá thông qua sai
lệch về kích thước (dung sai) mà còn đánh giá thông qua các
dạng sai lệch hình dáng sau:
* Sai lệch hình dáng hình học là sự sai lệch về hình dáng
thực của chi tiết gia công so với hình dáng chi tiết thiết kế. Ví
dụ: độ phẳng, độ côn, độ ô van.
* Sai lệch về vị trí tương quan giữa các yếu tố hình học của
chi tiết. Ví dụ: độ không song song giữa các đường tâm của
các bề mặt hình trụ, độ không vuông góc giữa mặt đầu và đường tâm, v.v... 17 18
E3. CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT
* Chiều dài chuẩn L là chiều dài phần bề mặt được chọn để
đánh giá độ nhấp nhô bề mặt.
* Đường trung bình của profin là đường chia profin đo
được sao cho tổng bình phương khoảng cách từ các điểm
của profin đến đường đó (y1, y2,..., yn) là nhỏ nhất trong giới
hạn chiều dài chuẩn. Đường trung bình của profin được
dựng làm chuẩn để xác định các trị số của nhấp nhô bề mặt.
* Sai lệch trung bình số học R là chỉ số trung bình các khoảng a
cách từ những điểm của prôfin đến đường trung bình của nó trong
giới hạn chiều dài chuẩn. L 1 R  y dx  a L 0 hoặc tính gần đúng: n 1 R  y a  i n i1
* Chiều cao nhấp nhô trung bình R là trị số trung bình của những z
khoảng cách từ 5 đỉnh cao nhất đến 5 đáy thấp nhất của prôfin đo
được trong giới hạn chiều dài chuẩn.
(h  h ... h )  (h  h ... h ) 1 3 9 2 4 10 R  z 5
Trong đó h , h ,..., h và h , h ,..., h là khoảng cách từ các đỉnh cao 1 3 9 2 4 10
nhất và các đáy thấp nhất của prôfin đến một đường bất kỳ song
song với đường trung bình. 19 20