Đề thi cuối học kỳ I năm học 2016-2017 môn Nguyên lý - Chi tiết máy - ĐH Sư phạm Kỹ thuật

Đề thi cuối học kỳ I năm học 2016-2017 môn Nguyên lý - Chi tiết máy gồm 4 câu hỏi hệ thống lại kiến thức học phần và giúp các bạn sinh viên ôn tập kiến thức đã học, chuẩn bị cho kỳ thi sắp tới. Tài liệu hữu ích cho các các bạn sinh viên đang theo học và những ai quan tâm đến môn học này dùng làm tài liệu tham khảo.

Số hiệu: BM1/QT-PĐBCL-RĐTV Trang 1/2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

BỘ MÔN: CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY

-

ĐỀ THI CUỐI KỲ HỌC KỲ INĂM HỌC 2016-2017 Môn: Nguyên lý – Chi tiết máy

Mã môn học: TMMP230220

Đề số/Mã đề: HK1-2016-2017 Thời gian: 90 phút

Được phép sử dụng tài liệu

Câu 1 (2,5điểm)

Bộ truyền đai dẹt có đường kính bánh dẫn d1= 200mm, khoảng cách trục a= 1900mm Công suất truyền P1 = 5,8KW, tốc độ bánh dẫn n1= 1200 vòng/phút Hệ số ma sát giữa dây đai

và bánh đai là f=0,32 Đai có bề rộng b=50mm và chiều dày =6mm.Ứng suất căng ban đầu0=1,8MPa, bỏ qua lực căng phụ do lực ly tâm

a/ Tính lực vòng (Ft) truyền đi và lực căng trên các nhánh khi bộ truyền làm việc (F1, F2)? (1,5đ)

b/ Để đảm bảo điều kiện bộ truyền không trượt trơn, hãy xác định góc ôm 1 nhỏ nhất từ đó suy ra tỷ số truyền lớn nhất? (1đ)

Câu 2: (2,5 điểm)

Hệ thống dẫn động xích tải có sơ đồ như hình 1 Bộ truyền đai có đường kính bánh đai

d1=180mm, d2= 540mm Bộ truyền trục vít có Z3= 2, Z4 = 40, môđun m=8mm, hệ số đường kính q= 10 Xích tải có vận tốc xích Vx = 0,8m/s, chiều như hình 1 Đĩa xích có số răng Z5 =

20, bước xích pc =100mm Lực vòng trên đĩa xích tải Ft= 5000N

a/ Phân tích phương, chiều các lực ăn khớp của bộ truyền trục vít (0,75đ)

b/ Xác định chiều quay và tốc độ trục động cơ (0,75đ)

c/ Tính lực vòngFt4, Ft3 của bộ truyền trục vít(xét trường hợp góc ma sát nhỏ) (1đ)

hình 1 hình 2

Câu 3: (2 điểm)

Cho hệ bánh răng như hình 2.Các số răng Za = 3Zb , Z1= 60, Z2 = 35, 𝑍2′=25, Z3 = 40 Bánh răng Za và cần Cquay ngược chiều nhau, với na= 100 v/ph và nc = 500 v/ph Xác định chiều quay và tốc độ quay n3 của bánh răng Z3 ?

Câu 4: (3 điểm)

Cho trục công táccó sơ đồ như hình 3.Bánh răng trụ răng nghiêng𝑍1có đường kính vòng chia𝑑1 = 240𝑚𝑚, các lực ăn khớp: 𝐹𝑡1 = 5000𝑁, 𝐹𝑟1 = 1885𝑁, 𝐹𝑎1 = 1340𝑁.Bánh răng trụ răng thẳng𝑍2 có đường kính vòng chia𝑑2 = 120𝑚𝑚, các lực ăn khớp: 𝐹𝑡2 = 10000𝑁,

𝐹𝑟2 = 3640𝑁 Các kích thước 𝐿1 = 120𝑚𝑚, 𝐿2 = 150𝑚𝑚, 𝐿3 = 150𝑚𝑚 Vật liệu chế tạo trục có ứng suất uốn cho phép [𝜎] = 60𝑀𝑃𝑎 Hãy:

a.Xác định phản lực tại các gối đỡ B và D (1đ)

b.Vẽ biểu đồ mômen uốn 𝑀𝑥, 𝑀𝑦,mômen xoắn T và ghi giá trị các mômen tại các tiết diện nguy hiểm (1,5 đ)

c.Xác định đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm C (0,5đ)

Ghi chú: Cán bộ coi thi không được giải thích đề thi

Chuẩn đầu ra của học phần (về kiến thức) Nội dung

kiểm tra

[G1.2]: Có kiến thức trong tính toán thiết kế chi tiết máy và máy

[G2.3]: Thành thạo trong giải quyết các bài toán về phân tích lực tác dụng lên

chi tiết máy, cơ cấu máy

Câu 1 Câu 4

[G 2.2]: Nắm vững cơ sở tính toán thiết kế các chi tiết máy:các thông số cơ bản,

các đặc điểm trong truyền động, tỉ số truyền, vận tốc, hiệu suất

Câu 2 Câu 3 [G4.1]: Hiểu được các chỉ tiêu tính toán đối với từng chi tiết máy chung, từ đó

nắm vững được trình tự tính toán thiết kế các hệ truyền động cơ khí và các liên

kết trong máy

Câu 2 Câu 4

GVC.TS Văn Hữu Thịnh

TP.HCM, ngày 8 tháng 1 năm 2017

Thông qua bộ môn

Số hiệu: BM1/QT-PĐBCL-RĐTV Trang 3/2

ĐÁP ÁN ĐỀ THI MÔN NGUYÊN LÝ CHI TIẾT MÁY(TMMP230220)

Ngày thi: 9-1-2017

1.a Tính các lực căng trên đai: F 0 , F t , F 1 và F 2

+ Diện tích dây đai:

𝐴 = 𝑏 ∗= 50 ∗ 6 = 𝟑𝟎𝟎𝑚𝑚2 + Lực căng ban đầu:

𝐹0 = 0 ∗ 𝐴 = 1,8 ∗ 300 = 𝟓𝟒𝟎𝑁 + Lực vòng:

𝐹𝑡 =2𝑇

𝑑1 = 𝟒𝟔𝟏, 𝟔𝑁 Với

𝑇 = 9.55 ∗ 106𝑃1

𝑛1 = 𝟒𝟔𝟏𝟓𝟖𝑁𝑚𝑚 + Lực căng trên nhánh dẫn:

𝐹1 = 𝐹0+𝐹𝑡

2 = 𝟕𝟕𝟎, 𝟖𝑁 + Lực căng trên nhánh bị dẫn:

𝐹2 = 𝐹0−𝐹𝑡

2 = 𝟑𝟎𝟗, 𝟐𝑁

0,5

0,5

0,25

0,25

1.b Hãy xác định góc ôm 1 nhỏ nhất từ đó suy ra tỷ số truyền lớn nhất?

+ Điều kiện để bộ truyền làm việc không xảy ra trượt trơn:

2𝐹𝑜(𝑒𝑓𝛼 1 − 1) ≥ 𝐹𝑡(𝑒𝑓𝛼 1+ 1)

 𝛼1 ≥1

𝑓ln2𝐹𝑜 +𝐹 𝑡 2𝐹 𝑜 −𝐹 𝑡 =1

𝑓𝑙𝑛1+

1−= 2,85

(𝛼1 = 164 độ )

+ Để tỷ số truyền lớn nhất:

𝛼1 ≤ 𝜋 −𝑑2− 𝑑1

𝑎 = 𝜋 −

𝑢𝑑1− 𝑑1

𝑑1(𝑢 − 1) 𝑎

 𝑢 ≤𝑎(𝜋−𝛼1)

𝑑1 + 1 =1900(3,14−2,85)

200 + 1 = 𝟑, 𝟕𝟓5

Vậy tỷ số truyền lớn nhất để không sảy ra trượt trơn là 𝒖𝒎𝒂𝒙 = 𝟑, 𝟕𝟓5

0,5

0,25

0,25 2.a Phân tích phương, chiều các lực ăn khớp của bộ truyền trục vít:

0,25

0,5

2.b Xác định chiều quay và tốc độ trục động cơ

+ Chiều quay:xem 2.a

+ Tốc độ trục động cơ:

Tỷ số truyền chung của hệ thống: 𝑢 = 𝑢đ𝑢𝑇𝑉 =𝑑2

𝑑 1

𝑧4

𝑧 3 =540

180∗40

2 = 𝟔𝟎

𝑢 = 𝑛1

𝑛𝑥 =>𝑛1 = 𝑛𝑥𝑢𝑇 = 𝟏𝟒𝟒𝟎(𝑣𝑔

𝑝ℎ) Với :

𝑉𝑥 = 𝑝𝑍5𝑛𝑥

60 103

 𝑛𝑥 =60.103𝑉𝑥

𝑍 5 𝑝 = 𝟐𝟒(𝑣𝑔

𝑝ℎ)

0,25

0,5

2.c Tính lực vòngFt4, Ft3 của bộ truyền trục vít:

Công suất trên trục của đĩa xích Z5 (bánh vít) :

𝑃𝑥 = 𝑃4 = 𝐹𝑡𝑉𝑥

1000=

5000 ∗ 0.8

1000 = 𝟒𝐾𝑊

𝑇𝑥 = 𝑇4 = 9.55 ∗ 106𝑃𝑥

𝑛𝑥 = 9.55 ∗ 10

6𝑃4

𝑛4 = 𝟏𝟓𝟗𝟏𝟔𝟔𝟕𝑁𝑚𝑚

𝐹𝑡4 =2𝑇4

𝑑4 =

2𝑇4

𝑚𝑧4 = 𝟗𝟗𝟒𝟖𝑁

Vì góc ma sát nhỏ (< 30), ta có:

𝐹𝑡3 = 𝐹𝑡4𝑡𝑔(+ 𝜑) = 𝐹𝑡4𝑡𝑔 (𝑧3

𝑞) = 𝟏𝟗𝟗𝟎𝑁

0,5

0,25

0,25

Số hiệu: BM1/QT-PĐBCL-RĐTV Trang 5/2

3 HBR= HBR thường + HBR vi sai

HBR thường:

𝑢𝑎𝑏 = 𝑍𝑏

𝑍𝑎 =𝑛𝑎

𝑛𝑏 =𝑎

𝑏 = 1/3

=>𝑛𝑏 = 𝑛𝑎

𝑢𝑎𝑏 = 𝟑𝟎𝟎(𝑣𝑔

𝑝ℎ)

Hệ vi sai

𝑢13/𝑐 =1−𝑐

3−𝑐 =

𝑛1− 𝑛𝑐

𝑛3− 𝑛𝑐 =

𝑧2

𝑧1

𝑧3

𝑧2′ =35

60∗

40

25=

𝟏𝟒 𝟏𝟓 15(𝑛1− 𝑛𝑐) = 14(𝑛3− 𝑛𝑐)

 𝑛3 =15𝑛1 −𝑛 𝑐

14 =15𝑛𝑏 −𝑛 𝑐

14 =15(300)−(−500)

14 = 𝟑𝟓𝟕, 𝟏𝟒(𝑣𝑔

𝑝ℎ)

=> Vậy, n3 quay cùng chiều với bánh răng Za

0.5

0.5

0.5

0.5

4 Tóm tắt:

𝐹𝑡1 = 5000𝑁

𝐹𝑟1 = 1885𝑁

𝐹𝑎1 = 1340𝑁

𝐹𝑡2 = 10000𝑁

𝐹𝑟2 = 3640𝑁

4.a Phản lực:

𝑚𝑎1 = 𝐹𝑎1𝑑1

2 = 1340 ∗ 120 = 𝟏𝟔𝟎𝟖𝟎𝟎𝑁𝑚𝑚 +PT cân bằng mômen tại B theo phương Y:

∑ 𝑚𝐵(𝑅⃗ 𝑦) = 𝐹𝑟2 ∗ 𝐿1− 𝑚𝑎1+ 𝐹𝑟1∗ 𝐿2− 𝑅𝐷𝑌∗ (𝐿2+ 𝐿3) = 0

 𝑅𝐷𝑌 =(−𝑚𝑎1+𝐹𝑟2∗𝐿1+𝐹𝑟1∗𝐿2)

(𝐿2+𝐿3) = 𝟏𝟖𝟔𝟐(𝑁) +PT cân bằng lực:

∑ 𝑅 = 𝐹𝑟2− 𝑅𝐵𝑌− 𝐹𝑟1+ 𝑅𝐷𝑌 = 0

 𝑅𝐵𝑌 = −𝐹𝑟1+ 𝐹𝑟2+ 𝑅𝐷𝑌 = 𝟑𝟔𝟏𝟕(𝑁)

+ PT cân bằng mômen tại B theo phương X:

 ∑ 𝑚𝐵(𝑅⃗ 𝑥) = −𝐹𝑡2∗ 𝐿1+ 𝐹𝑡1∗ 𝐿2+ 𝑅𝐷𝑋 ∗ (𝐿2+ 𝐿3) = 0

 𝑅𝐷𝑋 =−𝐹𝑡1∗𝐿2+𝐹𝑡2∗𝐿1

(𝐿 2 +𝐿 3 ) = 𝟏𝟓𝟎𝟎(𝑁) +PT cân bằng lực:

∑ 𝑅 = −𝐹𝑡2+ 𝑅𝐵𝑋 − 𝐹𝑡1− 𝑅𝐷𝑋 = 0

=>𝑅𝐵𝑋 = 𝑅𝐷𝑋 + 𝐹𝑡1+ 𝐹𝑡2 = 𝟏𝟔𝟓𝟎𝟎(𝑁)

0,25

0,25

0,25

0,25

𝑑1 = 240(𝑚𝑚)

𝑑2 = 120(𝑚𝑚)

𝐿1 = 120(𝑚𝑚)

𝐿2 = 150(𝑚𝑚)

𝐿3 = 150(𝑚𝑚) [𝜎𝐹] = 60𝑀𝑃𝑎

4.b Vẽ biểu đồ momen

𝑇 = 𝐹𝑡1∗𝑑1

2 = 𝐹𝑡2∗

𝑑2

2 = 𝟔𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝑁𝑚𝑚

0,75

0,5

0,25

Số hiệu: BM1/QT-PĐBCL-RĐTV Trang 7/2

4.c

+ Moment tương đương tại vị trí C:

𝑀𝑡đ−𝐶 = √𝑀𝑢𝑥−𝐶2 + 𝑀𝑢𝑦−𝐶2 + 0.75𝑇2

= √4401002+ 2250002+ 0,75 ∗ 6000002

= 𝟕𝟏𝟕𝟏𝟑𝟖𝑁𝑚𝑚 Đường kính trục tại tiết diện C:

𝑑𝐶 ≥ √𝑀𝑡đ−𝐶

0.1[𝜎𝐹]

3

≥ 𝟒𝟗 𝟐𝟔𝒎𝒎

Vì tại C lắp bánh răng nên ta chọn: 𝑑𝐶 = 𝟓𝟎(𝑚𝑚)

Mở rộng:

+ Moment tương đương tại vị trí B:

𝑀𝑡đ−𝐵 = √𝑀𝑢𝑥−𝐵2 + 𝑀𝑢𝑦−𝐵2 + 0.75𝑇2

= √4367642+ 12000002+ 0.75 ∗ 6000002

= 𝟏𝟑𝟕𝟖𝟔𝟖𝟐𝑁𝑚𝑚 Đường kính trục tại tiết diện B:

𝑑𝐵 ≥ √𝑀𝑡đ−𝐵

0.1[𝜎𝐹]

3

= 𝟔𝟏, 𝟑𝑚𝑚

Vì tại B lắp ổ lăn nên ta chọn: 𝑑𝐵 = 𝟔𝟓(𝑚𝑚)

0,25

0,25

TP.HCM, ngày 9 tháng 1 năm 2017

Thông qua bộ môn

GVC.TS Văn Hữu Thịnh