Đáp án OLYMPIC CƠ HỌC TOÀN QUỐC Môn thi: ỨNG DỤNG TIN HỌC TRONG CƠ HỌC(CHI TIẾT MÁY)

Hội Cơ học Việt Nam Đáp án OLYMPIC CƠ HỌC TỒN QUỐC Mơn thi: ỨNG DỤNG TIN HỌC TRONG CƠ HỌC(CHI TIẾT MÁY) Ngày thi: 24 tháng 04 năm 2011 Phần Tính tốn thiết kế (20 đ) Phân phối tỷ số truyền lập bảng thông số kỹ thuật (2 đ) + Tỉ số truyền chung: uch  ud ub u x  20 u đ - tỉ số truyền truyền đai 3,2; u x - xích 2,5 ubr – tỷ số truyền truyền bánh ubr = 20/(3,2x2,5) = 2,5 + Công suất trục: P 4,16 Công suất làm việc: Plv  4,16kW PII  lv   4,423kW  ol  x 0,99.0,95 ; PII 4,423 P 4,654   4,654kW Pđc  II   4,9kW đ 0,95  ol  br 0,99.0,96 + Số vòng quay trục: n ndc  960 vòng/phút; nI  đc  960  300 vòng/phút uđ 3,2 n II 120 n 300   48 vòng/phút nII  I   120 vòng/phút; nlv  ux 2,5 ubr 2,5 P + Mô men xoắn động trục: Ti  9,55.10 i ni P P 4,654 4,9  148153 Nmm Tđc  9,55.10 ct  9,55.10  48745 Nmm TI  9,55.10 I  9,55.10 nđc 960 nI 300 P 4,16 P 4,423  827667 Nmm TII  9,55.10 II  9,55.10  351997 Nmm; TIII  9,55.10 II  9,55.10 n II 48 n II 120 + Bảng thông số kỹ thuật: Bảng 1: Các thông số kỹ thuật hệ thống truyền động PI  Trục Thông số Công suất P,kW Tỉ số truyền u Số vòng quay n, vg/ph Mômen xoắn T, Nmm Động I II III 4,9 4,654 4,423 4,16 3,2 960 48745 2,5 300 148153 120 351997 2,5 48 827667 Thiết kế truyền bánh (3đ) + Công suất P = 4,654kW; + Tỷ số truyền ubr = 2,5 + Số vòng quay n = 300 vòng/phút + Lh  LK namK n  6.300.16  28800 Hình 1: Các thơng số tab Calculation Hình 2: Các hệ số nhập theo u cầu đề Hình 3: Các thơng số tab Design Hình 4: Bộ truyền bánh theo yêu cầu thiết kế + Kết tính Autodesk Inventor: Bảng 2: Các thông số truyền bánh STT 10 11 12 THÔNG SỐ Chọn vật liệu Tính khoảng cách trục Module m Số z1 Số z2 Đường kính vịng chia d1 Đường kính vịng chia d2 Chiều rộng vành b1 Chiều rộng vành b2 Lực hướng tâm Fr Lực tiếp tuyến Ft Vận tốc vòng bánh Kết EN C60 160mm 23 57 92 228 64 60 1172,154 N 3220,466N 1,445 m/s Thiết kế trục chọn then (6đ +1đ) a Trục I: + Công suất P1  4,654kW + Mômen xoắn: T1  148141Nmm + Số vòng quay: n  300vg / ph + Lực tác dụng lên trục truyền đai gây nên: Fr  849,96 N (từ kết tính truyền đai) + Lực tác dụng lên truyền bánh (số liệu bảng 2): Ft1  3220,466 N Fr1  1172,154 N ; d= + Đường kính trục vị trí lắp bánh đai: 5T 5.148141   33,3mm chọn d0 = 35mm  20 + Chọn sơ kích thước dọc trục: lm12 = 50; lm13 = 70; k2 = 5; k3 = 15; k1 = 10; hn = 20; bo = 25;l13 = 0,5(lm13 + bo)+ k1 + k2 = 62,5 l11 = 2l13 = 2x62,5 = 125; l12 = lc2 = 0,5(lm12 + bo)+ k3 + hn = 72,5 Hình 5: Phác thảo kết cấu trục Hình 6: Tab Design cho trục Hình 7: Tab Calculation thơng số cho trục Hình 8: Biểu đồ moment uốn Hình 9: Biểu đồ ứng suất uốn Chọn then: Hình 10: Thơng số tab Design Hình 11: Thơng số tab Calculation Hình 12: Trục Trục II: + Cơng suất P1  4,423kW + Mômen xoắn: T1  351997 Nmm + Số vòng quay: n  120vg / ph + Lực tác dung lên trục từ truyền xích: Fr  3633,236 N + Lực tác dụng lên truyền bánh răng: Ft  3220,466 N Fr  1172,154N d= + Đường kính trục vị trí lắp bánh đĩa xích: 5T 5.351997   38,8mm chọn d0 = 40mm  30 (lưu ý ta chọn  = 20 MPa – trục đầu vào;  = 30 MPa – trục đầu ra) + Các trị số khoảng cách chọn sau: lm12 = 60; lm13 = 66; k2 = 5; k3 = 17,5; k1 = 10; hn = 20; bo = 25; l13 = 0,5(lm13 + bo)+ k1 + k2 = 62,5; l11 = 2l13 = 2x62,5 = 125; l12 = lc2 = 0,5(lm12 + bo)+ k3 + hn = 80 Hình 13: Phác thảo kết cấu trục Hình 14: Kích thước trục tab Design Hình 15 Thơng số tính tốn trục tab Calculation 10 Hình 16 Moment uốn trục 11 Hình 17 Ứng suất uốn trục  Thiết kế then cho trục 2: Hình 18: Thơng số then tab Design 12 Hình 19: Tính tốn chọn then tab Calculation Hình 20: Kết cấu trục vo71i ra4nh then Chọn ổ lăn ( 2đ) Tính tốn ổ lăn cho trục I: Theo hình 9, ta có kết lực tác dụng lên ổ Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ A: FRA  RAX  R AY2  1055,507  1571,587  1893,14 N Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ B: FRB  RBX  R BY2  753,239  1648,879  1812,78N Vì FRA  FRB , nên ta tính tốn theo ổ A: FR  FRA  1893,14 N Số vòng quay n = 300 vg/ph; L = 28800 giờ, Ổ bi đỡ (Deep Groove Ball Bearing) 13 Hình 21: Tab Design cho ổ trục Hình 22: Tab Calculation cho ổ trục Hình 23: Ổ lăn cho trục Tính tốn ổ lăn cho trục II: Theo hình 18, ta có kết lực tác dụng lên ổ Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ A: FRA  RAX  R AY2  6726,804  1497,7282  6891,52 N 14 Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ B: FRB  RBX  R BY2  1897,1982  1722,7382  2562,65N Vì FRA  FRB , nên ta tính tốn theo ổ A: FR  FRA  6891,5N Số vòng quay n = 120 vg/ph L = 14400 giờ, Ổ bi đỡ (Deep Groove Ball Bearing) Hình 24: Tab thiết kế cho ổ trục Hình 25: Tab tính tốn cho ổ trục 15 Hình 26: Ổ lăn cho trục Thiết kế truyền đai (3đ) + Công suất P = 4,9 kW + Số vòng quay n = 960 vòng/phút + Chọn đai thang loại B dựa công suất P số vịng quay n + Đường kính bánh đai nhỏ d1 = 180 mm + Đường kính bánh đai lớn: d2 = u d1(1 -  ) = 3,2.180.(1-0,01) = 570,24 mm với hệ số trượt tương đối   0,01 Ta chọn d2 =560 mm theo tiêu chuẩn + Khoảng cách trục nhỏ a = d2 = 560mm + Chiều dài tính tốn đai: L = a + L = 2.560 +  (560  180)   (d1  d )  ( d  d1 ) 4a (560  180)  2346,9 mm 4.560 Chọn theo tiêu chuẩn L = 2500 mm Hình 27: Các thơng số tab Design 16 Hình 28: Các thơng số tab Calculation + Kết tính Autodesk Inventor: Bảng 3: Các thơng số tính từ Autodesk Inventor STT 10 11 12 13 THÔNG SỐ Loại đai Số dây đai z Vận tốc Lực căng đai ban đầu Lực căng nhánh đai Lực căng nhánh căng Lực căng nhánh chùng Lực vịng có ích Lực tác dụng lên trục Fr Góc ơm đai Chiều dài dây đai Bề rộng bánh đai Khoảng cách trục Kết V-Belt DIN 2215 17x2457 9,048 m/s 414 N 218,5 N 707,778 N 166,21 N 541,569 N 849,96 N 145,48 độ & 214,52 độ 2500 44 mm 640,408 mm 17 Hình 29: Bộ truyền đai thiết kế Thiết kế truyền xích (3đ) + Cơng suất truyền P  PII  4,423kW + Số vòng quay đĩa nhỏ n  nII  120 vg/ph; Tỷ số truyền u  u x  2,5 + Chọn xích lăn dãy + Chọn số đĩa xích: z1  29  2u x  29  2.2,5  24 z  u x z1  2,5.24  60 + Chọn bước xích: - Xác định hệ số điều kiện sử dụng xích K theo cơng thức: K  K r K a K o K dcK b K lv  1,1.1.1.1,1.1,5.1,12  1,848 - Tính cơng suất tính tốn: Pt KK z K n P1 1,848.1,04.1,667.4,423 Pt    7,09kW chọn bước xích pc  25,4mm Kx Hình 30: Chọn xích lăn dãy 18 Hình 31: Các thơng số tab Design Hình 32 Các thơng số tab Calculation + Kết tính Autodesk Inventor: Bảng 4: Thơng số truyền xích STT THƠNG SỐ Loại xích Số dãy xích Kết Roller chain 16B-2-124 19 10 Số mắt xích Lực vịng có ích Lực căng nhánh chủ động Lực căng nhánh bị động Lực tác dụng lên trục Fr Góc ơm Khoảng cách trục Đường kính đĩa xích d1, d2 124 3617,437 N 3625,5 N 8,1N 3633,236 N 163,79 độ & 196,21 độ 1031 mm 194,597mm & 485,326 Hình 33: Bộ truyền xích thiết kế Phần Mơ hình hố chi tiết lắp 3D (15đ) Mơ hình hóa hình học vỏ, thân hộp giảm tốc Hình 34: Vỏ hộp (3đ) 20 Hình 35: Thân hộp (3đ) Chọn từ content center mô hình hố chi tiết khác Hình 36: Các chi tiết khác chi tiết tiêu chuẩn (3đ) Lắp ráp mơ hình 3D hộp giảm tốc 21 Hình 37: Lắp ráp mơ hình 3D (3đ) Bản vẽ lắp 3D (tách chi tiết) Hình 38: Bản vẽ lắp tách (3 đ) Phần Bản vẽ lắp 2D (5đ) Tạo vẽ lắp vẽ 2D hình chiếu hộp giảm tốc từ mơ hình 3D (tham khao 22 Hình 39 Bản vẽ hình chiếu (tham khảo) Hình 40: Bản vẻ 2D hộp giảm tốc (5đ): kết cấu 3đ, kích thước + số vị trí 2đ 23