Số liệu thiết kế : Lực vòng trên xích tải F(N): 8500 N. Vận tốc xích tải v : 0,95 ms . Số răng đĩa xích tải dẫn z : 9 răng . Bước xích tải p : 110 mm. Thời gian phục vụ L : 6 năm . Quay một chiều , làm việc 2 ca , tải quay đập nhẹ . ( 1 năm làm việc 300 ngày , 1 ca làm việc 8 h ) . Chế độ tải : T1 = T ; t1= 24 giây ; T2 = 0,85T ; t2 = 46 giây
Trang 1Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh
Khoa Cơ Khí
Bộ Môn Thiết Kế Máy
~0o0o0~
Bài Tập Lớn Chi Tiết Máy
Sinh Viên : Huỳnh Trung Cường
MSSV : 20700276
Đề số 1 : Thiết kế hệ thống truyền động xích tải
Phương án : 14
Hệ thống truyền động xích tải gồm :
1- Động cơ điện
2- Bộ truyền đai thang
3- Hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp khai triển
4- Nối trục đàn hồi
5- Xích tải
Số liệu thiết kế :
Trang 2- Lực vòng trên xích tải F(N): 8500 N.
- Vận tốc xích tải v : 0,95 m/s
- Số răng đĩa xích tải dẫn z : 9 răng
- Bước xích tải p : 110 mm.
- Thời gian phục vụ L : 6 năm
- Quay một chiều , làm việc 2 ca , tải quay đập nhẹ
- ( 1 năm làm việc 300 ngày , 1 ca làm việc 8 h )
- Chế độ tải : T1 = T ; t1= 24 giây ; T2 = 0,85T ; t2 = 46 giây
===============================================================
Trang 3Bài 4:
I Tính toán trục
Ta tính toán thiết kế trục theo trình tự sau đây :
Chọn vật liệu
Tính thiết kế trục về độ bền
Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi
Trường hợp cần thiết cần tiến hành kiểm nghiệm trục về độ cứng đối với trục quay nhanh còn kiểm nghiệm trục về độ ổn định.
1- Chọn vật liệu
Chọn vật liệu chế tạo trục là thép 45 có b 600 MPa( ), ứng suất xoắn cho phép [ ] 12 20MPa.
1.Xác định sơ bộ đường kính trục
a.Trục trung gian
Chọn thép C45 có [] = 15 MPa
3 2
2
2
,
0
T
d
) ( 46 , 56 15
2 , 0 540087 )
/ ( 3 ,
150
) (
5
,
8
) (
540087
3 2 2
2
2
mm d
p v n
kw
P
Nmm T
chọn
)
(
57
d
Trang 4Tra bảng: từ T = 540087 w = 60 (mm)
x = 10 (mm)
Ta có bộ truyền cấp nhanh
) ( 65 5
) ( 60 200 3 , 0
2
1
1 2
mm b
b
mm a
b ba w
Trong đó: b2: bánh răng bị dẫn
b1: bánh dẫn
Bộ truyền cáp chậm
) ( 95 5
) ( 90 225 4 , 0
4
3
2 2
mm b
b
mm a
b ba w
Trong đó: b4: bánh răng bị dẫn
b3: bánh dẫn
) ( 90
) ( 60
3
3
2
2
mm b
l
mm b
l
Ta có thể chọn:
x1: khoảng cách bánh răng với vỏ hộp
x1 = 10 (mm)
x2: khoảng cách giữa 2 bánh răng
x2 = 10(mm)
Kích thước dọc trục
) ( 240 60 30 90 60
3
l
60 60 10 70 ( )
2
1 2
1
1 2
60 90 10 85 ( )
2
1 2
1
1 3
===============================================================
Trang 5Trục 1:
Ta có:
) (
14 2 7 82
) (
1 7 0
7 0
2 4 0
) (
7 0 ) (
2 40
1
11
2 1
12
1 1
Nm m T
mm l
l l
mm l
l
mm l
Chọn vật liệu thép C45 [] = 15 (Mpa)
Đường kính trục sơ bộ:
T
15 2 , 0
142782 2
,
Chọn d1 = 37 (mm) ,từ bảng 10.2 =22 , =10 , =15
56 )
(
2
1
3
l
Trục 3:
Ta có:
) (
13 3 9 28 9
) (
1 55
8 5
2 40
) (
8 5 ) (
2 40
3
2 4
1 4
2 3 24
N mm T
m m l
l l
mm l
l
mm l
Tra bảng 10.2 ta có: l x80 115 chọn l x 100 mm( )
Chọn vật liệu thép C45: [] = 20
T
15 2 , 0
1339289 2
,
3 3
Trang 6 chọn d3 = 77 (mm)
Tính toán trục
Tính toán trục trung gian
d = 40 (mm)
Ta có:
) (
5 4 00 87
) (
70
) (
8 5
) (
2 40
2
1 2
Nmm T
mm l
mm l
mm l
===============================================================
Trang 7Lực tác dụng lên bánh răng 3:
) ( 8573 126
540087
2
2
3
2
d
T
) ( 7 , 1553 20
75 , 4268
3
Lực tác dụng lên bánh răng 2:
) ( 6 , 3402 100
3
09 , 19 cos 540087
2
2
2
2
dw
T
F
o
) ( 5 , 1310 cos
2
; F a2 F t1tg 1177 , 6 (N)
3 , 1062 240
85 7 , 1553 170
1177 45
, 186920 )
(
0 )
.(
) ( 45 , 186920 2
46 , 317 6 , 1177 2
23 3 12 2 2
2 12
2 23 3
2
2
2
l
l F l l F M
V
M l V l l F l F
M
Nm
d
F
M
r r
a
B
a B r
r
A
a
a
) ( 6 , 685 1177 3
, 1062 7
, 1553 )
Trong mặt phẳng x0z ta có :
M A 0 F t3 85 F t2170 V B 240 0
N F
F
V t t
240
170 85
N V
F F
V
V A B t3 t2 A 6529 , 15
Ta thấy vị trí nguy hiểm tại C
) ( 495002 75
,
0 2 2
2
Nmm T
M M
đường kính trục chính xác:
0,1.70 41,35( )
495002 1
,
then: 12 x 8, chiều sâu t1 = 5, t2 = 3,3.
Có rãnh trục nên tăng đường kính lên 10% chọn đường kính trục d2 = 44 (mm)
Tại mặt cắt D
Mtd = 613834,5 Nmm 44,43
1 , 0
3
td C
M
có dC = 51 mm then: 16 x 10, chiều sâu t1 = 6, t2 = 4,3.
Chọn đường kính ngõng trục d = 40mm.
Trang 8Tính toán trục 1:
Lực tác dụng của bánh đai lên trục theo bài 2 ta có , do trục nối tâm của bánh đai nằm cùng mặt phẳng với hộp số nên ta có thể coi F rchỉ tác dụng lên mặt phẳng
N F
F r o ) 1125
2 sin(
) ( 4 , 3461 5
, 82
142782
2
2
1
1
d
T
) ( 1 , 1333 cos
1
) ( 1198 1
Nm
d
F
2
5 , 82 1198 2
1
1
T1 = 142782 (Nmm)
0 240 170
.
0 1 1
) (
737 N
V By
) ( 1 ,
594 N
V Ay
0 ) 100 240 ( 240 170
) ( 2 , 1272 )
( 8 ,
Mặt cắt nguy hiểm:
) ( 290626 75
,
0 2 2
2
Nmm T
M M
đường kính trục 1:
) ( 45 , 36 60
.
1
,
0
290626
3
chọn d1 = 37 (mm)
chọn then: 10 x 8, chiều sâu t1 = 5, t2 = 3,3.
Mặt cắt B:
Mtd = 167171 Nmm d B 30 , 3 chọn dB = 31 mm.
===============================================================
Trang 10Tính toán trục 3:
===============================================================
Trang 11T3 = 1339289 (Nmm)
) ( 8117 330
1339289
2
2
4
3
d
T
) ( 3 , 2954
20 0
4
M B 0
0 155 240
) (
1908 N
V Ay
) ( 3 ,
1046 N
V By
Mặt phẳng (zOx):
0 85 240
4
V B F t
) (
2875 N
V Bx
) ( 23
V Ax
Mặt cắt C:
Mtd = 1253058(Nmm)
[] = 50 d C 75 , 6 chọn dc = 83 then 22x14, =9 , =5,4
Kiểm tra độ bền trục:
Trục trung gian
Mặt cắt D: d D 44mm
Then: 12 x 8; t1 = 5; t2 = 3,3
2 3
7326 2
t d bt
d
MPa W
M M W
2 2
3
2
t d bt
d
MPa W
T
Tra bảng 10.8 ta được:
5 , 1 75 , 1 600
K
b
Từ d = 44 tra bảng 10.3 ta được
78 , 0 84 , 0
Hình 2.9
0 , 05
025 , 0
31 , 2 436
, 0
m a
b m
K
S
Trang 126 , 4 58 , 0 436 , 0
m
b m
K
S
S
S
S
S
2 2
điều kiện bền mỏi tại D thỏa Tại mặt cắt C: dC = 47 mm
Then: 14 x 9; t1 = 5,5; t2 = 3,8
2 3
8782 2
t d bt
d
MPa W
M M W
2 2
2 3
2
t d bt
d
MPa W
W
T
2
540087
Tra bảng 10.8 ta được:
5 , 1 75 , 1 600
K
b
Từ d = 38 tra bảng 10.3 ta được
81 , 0 88 , 0
Hình 2.9
05 , 0 025 , 0
1
;
;
13 , 7 436
, 0
m a
b m
K
S
76 , 5 58
, 0 436 , 0
m
b m
K
S
S
S
S
S
2
2
điều kiện bền mỏi tại C thỏa
Trục 3
Tại mặt cắt C:
dC = 80
Then: 22 x 14; t1 = 9; t2 = 5,4
Có 1 then
3
15991 2
t d bt
d
MPa W
M uôn
a 29,66
===============================================================
Trang 13 3
2 3
2
t d bt
d
MPa W
T
S S
S
3 , 5
61 , 9
3 , 6
thỏa điều kiện bền mỏi
Trục 1:
Mặt cắt tại C :
d = 37
T= 142782 (Nmm)
Then: 10 x 8 ; t1 = 5; t2 = 3,3
600
b
3
4281 2
t d bt
d
MPa W
M M W
2 2
3
2
t d bt
d
MPa W
T
Tra bảng 10.8 ta được:
5 , 1 75 , 1 600
K
b
Từ d = 25 tra bảng 10.3 ta được
89 , 0 91 , 0
Hình 2.9
0 , 05
025 , 0
21 , 2 436
, 0
m a
b m
K
S
67 , 11 58
, 0 436 , 0
m
b m
K
S
2
S
S
S
S
S
điều kiện bền mỏi thỏa
Kiểm nghiệm then
Trục 1:
d = 37mm
Then: 10 x 8 ; t1 = 5; t2 = 3,3
Chiều dài mayơ: l t b1 65mm
T1 = 142782 Nmm
Tra bảng 9.5 d100MPa
Trang 14
dl h t MPa
T
d t
1
.
2
c t
c
b
dl
T
Trục 2:
Mặt cắt C:
dc = 44
Then: 12 x 8 ; t1 = 5; t2 = 3,3
Chiều dài mayơ: l t b3 95
T2= 540087 Nmm
Tra bảng 9.5 d100MPa
MPa t
h
dl
T
d t
) (
2
1
40 60
53 , 21
.
.
2
t
c d l b
T
Thỏa.
Mặt cắt D
dc = 51 mm
Then: 16 x 10; t1 = 6; t2 = 4,3
Chiều dài mayơ: l t b2 60
Tra bảng 9.5 d100MPa
d MPa
d 88,24 100
40 60
06
,
Vậy trục 2 thỏa.
Trục 3:
Mặt cắt 1: (bánh răng)
d3= 80 mm
Then: 22 x 14; t1 = 9; t2 = 5,4
Chiều dài mayơ: l t b4 90mm
Tra bảng 9.5 d100MPa
d MPa
d 99,6 100
40 60
29
,
Bài 5 :
Tính toán ổ lăn
===============================================================
Trang 15Trục 3:
Vì không có lực dọc trục nên chọn ổ bi đỡ, đường kính vòng trong:
dA=50mm
ổ đỡ 1 dãy
Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ A
) ( 5579 23
, 5242
1908 2 2 2
R
Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ B
) ( 5 , 3059 3
, 1046
2875 2 2 2
2
N R
R
chọn FrA = 5579 (N) để chọn ổ
Chọn:
1 1 1
4 , 1
V
Y
X
K t
Tải trọng quy ước:
X.V.F Y.F K K 7811(N)
Q
Q r r a t
Thời gian làm việc tính bằng triệu vòng quay:
5 , 99 10
58 , 57 28800 60 10
60
6
L n
Tải trọng động tương đương:
) ( 5 , 7085 70
46 85 , 0 70
24
7811 3
3 3
2 01
02 1
01
T
T T
T L
L Q
Q L
L Q
Q Q L
L Q
h h m
h h m
r m
i
i
m
i
Khả năng tải động của ổ:
= = 32,8 KN
chọn ổ bi đỡ cỡ trung, vừa trang 254HD:
) (
3 0 ,
3 6
) (
5 0 ,
4 819,05 0
, 3
2 7
1 1 0
5 0
C
k N
C d
r
B
D
d
(kN) thỏa
Kiểm tra khả năng tải tĩnh: Q F C KN
Y X
r 36 , 3 5 , 0 6 , 0
0 0 0 0 0
thỏa
Trục trung gian
Chọn F r 6565N để chọn ổ
3 , 0 6565
1177
r
a
F
F
chọn ổ bi đỡ 1 dãy.
Ta có đường kính ngõng trục: d=30mm
Trang 16Chọn
1 1 1
V
X
K t
Tải trọng quy ước
X.V.F Y.F K K 9191(N)
Thời gian làm việc tính bằng triệu vòng quay:
260 10
339 28800 60 10
60
6
L n
Tải trọng động tương đương:
) ( 7941 70
46 85 , 0 70
24
9191 3
3 3
2 01
02 1
01
T
T T
T L
L Q
Q L
L Q
Q Q L
L Q
h h m
h h m
r m
i
i
m
i
Khả năng tải động của ổ:
) ( 7 , 58 260
L
Q
E
chọn ổ bi đỡ 1 dãy cỡ nặng 406 với
) (
5 3
) (
5 ,
6 8
4 ,
2 5 5 , 3
3 1
1 3 0
5 0
C
k N C
d
r
B
D
d
(kN) và C0 = 53 (kN) thỏa
Kiểm tra khả năng tải tĩnh ổ bi đỡ 1 dãy:
5 , 0 6 , 0
0 0
Y X
Q t 27 , 200 (kN) C0 thỏa
Trục 1:
) (
1198 N
F a
N R
R
N R
R
chọn FrB = 1470 (N)
để chọn trước ổ côn cỡ nhẹ 7204 với : C=19,1 ; =13,3
d=20 ; D=47 ; =37 ; B=14; =12; T=15,25; r=1,5 ; =0,5 ; α=13,5.
e=1,5tgα=0,36
0 , 1 36
, 0 814
, 0 1470
1198
F
F
rA
a
Lực dọc trục do : =0,83.e =439,2 N
: =0,83.e =426,4 N
> và > - ⟹ = =439,2N ; = + =1637,2N
=3305N
===============================================================
Trang 17= =18,1kN<C.
- Khả năng tải tĩnh : =0,5 ; =0,22cotgα=0,92
⟹ thỏa.
Thiết kế nối trục
P=8,075 kw ; n=57,58v/p
- Chọn vật liệu chốt : thép 45 với ứng suất uốn cho phép F 70MPa
ứng suất dập giữa chốt và ống d 3 4MPa.
- Momen danh nghĩa truyền qua nối trục : T = 1339289Nmm
- Hệ số chế độ làm việc k= 1,45
- Từ bảng 11.5 bt CTM chọ nối trục đàn hồi có :
d=125mm; Do=380mm; dm=265; l1=55; l2=110; c=3; dc=45; lc=103; đai ốc M36 ,z=10,do=86,lo=88
- Kiểm nghiệm điều kiện bền dập giữa chốt và vòng cao su :
c
o d l D Z
T k
0 , 25
2 3
- Kiểm tra độ bền uốn chốt theo công thức :
F =
o c
c
Z D d
l T k
8
1 , 0
3
thỏa