Tính toán thiết kế chi tiết máy phần TRỤC phù hợp với những ai đang cần tham khảo, hướng dẫn báo cáo bài tập lớn, đồ án tốt nghiệp Bài làm trình bày chi tiết cách làm, công thức, hướng dẫn làm, đánh máy sẵn các lý thuyết, công thức. Chỉ cần down về và nhập số vào. Phù hợp các ngành cơ khí, cơ kỹ thuật,... hay các môn Thiết kế máy, thiết kế kỹ thuật,...
Chương TÍNH TỐN THIẾT KẾ TRỤC VÀ THEN 5.1 Thiết kế trục hộp giảm tốc 5.1.1 Chọn vật liệu Chọn vật liệu chế tạo trục thép 40X tơi cải thiện Theo bảng 6.1 [1] ta có: - Độ rắn HB=260 … 280 - Giới hạn bền: σ b=950 MPa - Giới hạn chảy: σ ch =700 MPa - Ứng suất xoắn cho phép [ τ ]=15 ÷ 30 MPa 5.1.2 Xác định sơ đường kính trục - Theo cơng thức (10.9) [1] ta có: dk = Tk (với k=1,2,3) 0.2 × [ τ ] √ Với Tk moment xoắn trục thứ k: T 1=222089,1154 Nmm T 2=752370,2316 Nmm ¿ Chọn ứng suất cho phép: Trục I: [ τ ]=22 MPa Trục II: [ τ ]=24 MPa ⇒d ≥ d2 ≥ √ √ 222089,1154 =36,95655943(mm) 0.2× 22 752370,2316 =53,91754658(mm) 0.2 ×24 Đường kính sơ trục là: d I =40 ( mm ) ; d II =55(mm) 5.1.3 Xác định khoảng cách gối đỡ điểm đặt lực - Dựa theo đường kính trục, theo bảng 10.2 [1] ta chiều rộng ổ lăn tương ứng: b o 1=17( mm); b o 2=23(mm); bo =29(mm) - Xác định trị số khoảng cách, theo bảng 10.3 [1] ta được: Khoảng cách từ mặt mút chi tiết quay đến thành hộp khoảng cách chi tiết quay: k =10 mm Khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành hộp (lấy giá trị nhỏ bôi trơn ổ dầu hộp giảm tốc): k 2=10 mm Khoảng cách từ mặt mút chi tiết quay đến nắp ổ: k =15 mm Chiều cao nắp ổ đầu bulông: hn =18 mm - Xác định chiều dài mayơ bánh trụ theo (10.10): Bánh trụ cấp nhanh: + Bánh nhỏ: l m 13=(1.2÷ 1.5)d I Chọn: l m 13= 1.3 d I =32.5 mm Chọn đường kính theo tiêu chuẩn d D=34 mm Xét điểm A: Điểm đặt ổ lăn: M t đ A =√ 02+ 02 +0.75 ×0 2=0 N mm d A ≥ => Chọn đường kính theo tiêu chuẩn d A =35 mm Xét điểm C: Điểm đặt ổ lăn: M t đ C = √ 02 +0 2+ 0.75× 02=0 N mm d C ≥ => Chọn đường kính theo tiêu chuẩn d C =35 mm Xét điểm B: điểm đặt bánh răng: M t đ B =√ 126984,62162+ 239838,42132+ 0.75× 222089.11542 =310980,6854 N mm d B≥ √ 77615.55 =38,38164424 mm , chọn theo tiêu chuẩn d B=40 mm 0.1 ×55 Từ yêu cầu độ bền, lắp ghép (dễ tháo lắp cố định chi tiết trục) khả cơng nghệ ta chọn đường kính đoạn trục sau: d B=40 mm d A =d C =35 mm d D=34 mm 5.3 Tính đường kính trục II 5.3.1 Xác định lực tác dụng lên trục II Moment xoắn trục II: T 2=193340.18 N mm Đường kính vịng chia bánh cấp nhanh lớn: d 2=218.06 mm Đường kính vịng chia bánh cấp chậm nhỏ: d 3=80.98 mm Lực vòng: F t 2=F t 1=1855.08 N F t 3=2 T2 193340.18 =2 × =4774.92 N d3 84.98 Lực hướng tâm: F r 2=F r 1=742.12 N F r 3=F t tan (¿ α tw ) (¿ 20.23) cos (¿ β)=4774.92 × tan ¿¿ cos (¿ 8.93)=1780.84 N ¿ ¿ Lực dọc trục: F a 2=F a1 =584.03 N F a 3=F t tan β =4774.92 × tan(¿ 8.93)=750.29 N ¿ Tính phản lực liên kết theo phương x, y gối A D Giả sử chiều phản lực cho hình vẽ Fx RAx Ft Ft RDx 0 ¿ R Ax =2803.61 N Fy RAy Fr Fr RDy 0 ¿ R Ay=−608.89 N ⇒ ¿ R Az=166.26 N Fz RAz Fa Fa 0 ¿ R Dy =−429.83 N d d M xD Fr (l21 l22 ) Fr (l21 l23 ) RAy l21 Fa Fa 0 ¿ R Dx =3826.38 N 2 M F (l l ) F (l l ) R l 0 Các lực tính t2 21 22 t3 21 23 Ax 21 yD { mang giá dương ⇒ chiều giả sử ban đầu phản lực Các lực tính mang giá trị âm ⇒ chiều giả sử ban đầu phản lực ngược lại 5.3.2 Biểu đồ nội lực trị Fa3 A RA y RAz RA x l22 B Fr2 C Ft 608.89 D Fr3 RD y RD x Fa2 l23 l21 2803.61 Ft 3826.38 Qx (N) 948.53 1351 Qy (N) 55095.40 35011.03 429.83 24715.49 Mx (N.mm) 28666.79 220016.95 161207.78 My (N.mm) Mz (N.mm) 193340.18 5.3.3 Tính đường kính trục: Với d II =40 mm, vật liệu thép C45, có σ b ≥ 600 MPa Theo bảng 10.5 [1], ta có [ σ ]=50 MPa Đường kính mặt cắt theo cơng thức (10.17) [1]: d j= √ Mtđ j 0.1 [ σ ] Trong đó: M t đ j : Moment tương đương mặt cắt Được tính theo cơng thức (10.16): M t đ = √ M 2x + M 2y +0.75 M 2z Xét điểm B: điểm đặt bánh trụ lớn: M t đ B =√ 35011.0 32 +161207.7 82 +0.75 ×193340.1 82=235051.14 N mm d B≥ √ 235051.14 =36.09 mm 0.1×50 Xét điểm C: Điểm đặt bánh nhỏ: M t đ C = √ 55095.4 2+220016.9 52 +0.75 ×193340.1 82=281918.92 N mm dC ≥ √ 281918.92 =38.35mm 0.1× 50 Xét điểm A D M t đ D=167437.51 N mm d D ≥32.23 mm Từ yêu cầu độ bền, lắp ghép (dễ tháo lắp cố định chi tiết trục) khả công nghệ ta chọn đường kính đoạn trục sau: d B=40 mm; dC =40 mm ; d A =d D=35 mm 5.4 Tính đường kính trục III 5.4.1 Xác định lực tác dụng lên trục III: Moment xoắn trục III: T 3=562276.56 N mm Lực vòng: F t =Ft 3=4774.92 N Lực vịng truyền xích: F rx=4635.99 N Lực hướng tâm: F r =F r =1780.84 N Lực dọc trục: F a 4=F a 3=750.29 N Tính phản lực liên kết theo phương x, y gối B C Giả sử chiều phản lực cho hình vẽ ¿ ¿ R Ax =3731.66 N ¿ R Ay =50.73 N ⇒ ¿ RCy =1730.10 N ¿ RCx=−3592.74 N ¿ R Cz=750.29 N { Các lực tính mang giá trị dương ⇒ chiều giả sử ban đầu phản lực Các lực tính mang giá trị âm ⇒ chiều giả sử ban đầu phản lực ngược lại 5.4.2 Biểu đồ nội lực F Br Fr4 RAx A RAy l32 RCz Fa Ft4 C Frx RCy D RCx l31 l33 3731.66 Qx (N) 1043.25 1730.10 4635.99 Qy (N) 50.73 Mx (N.mm) 6062.74 99480.95 My (N.mm) 445933.64 562276.56 385946.52 Mz (N.mm) 5.4.3 Tính đường kính trục Với d III=55 mm , vật liệu thép C45, có σ ≥ 600 MPa Theo bảng 10.5, ta có [ σ ]=50 MPa Đường kính mặt cắt theo công thức (10.17) [1] d j= √ Mtđ j 0.1 [ σ ] Trong đó: M t đ j : Moment tương đương mặt cắt Được tính theo cơng thức (10.16) [1]: M t đ = √ M 2x + M 2y +0.75 M 2z Xét điểm B: điểm đặt bánh trụ lớn: M tđB =√ ¿ ¿d B ≥ 667734.58 =51.11 mm 0.1 ×50 √ Xét điểm C: Điểm đặt ổ lăn: M t đ C = √ 02 +¿ ¿ dC ≥ √ 621346.04 =49.90 mm 0.1 ×50 Xét điểm D M t đ D=562276.56 N mm d D ≥ 48.27 mm Từ yêu cầu độ bền, lắp ghép (dễ tháo lắp cố định chi tiết trục) khả cơng nghệ ta chọn đường kính đoạn trục sau: d A =d C =50 mm ; d B=55 mm ; d D=50 mm 5.5 Chọn kiểm nghiệm then - Dựa vào bảng 9.1a [1] (Các thơng số then bằng, ta chọn kích thước then bxh theo tiết diện lớn trục: - Chọn chiều dài then l t theo l m: l t =( 0,8 ÷ 0,9 ) l m - Kiểm nghiệm then theo điều kiện bền dập bền cắt then bằng: 2.T d [ d ] [d lt (h t1 )] 2.T c [ c ] [d lt b] Với : [σ d ]=100 MPa (ứng suất dập cho phép - tra bảng 9.5 [1]) [τ c ]=20 ÷ 30 MPa ứng suất cắt cho phép, tải va đập nhẹ l t , b , h , t kích thước bảng 9.1a [1] Trục Mặt cắt I II III - Đường kính lm lt bxh t1, T,Nmm mm σ d, τ c, MPa MPa 1A 20 40 32 6x6 3.5 38896.81 48.62 20.26 1C 30 39 31.2 8x7 38896.81 33.25 12.47 2B 40 52 41.6 12x8 193340.18 77.46 19.37 2A 35 52 41.6 10x8 193340.18 88.53 26.56 3B 55 71.5 57.2 16x10 562276.56 89.36 22.34 3D 50 71.5 57.2 14x9 5.5 562276.56 98.30 24.58 Các mặt cắt thoả điều kiện bền dập cắt 5.6 Tính kiểm nghiệm độ bền trục 5.6.1 Độ bền mỏi - Hệ số an toàn theo công thức (10.19) [1]: s= sσ sτ √s σ + s τ2 ≥[ s] Trong đó: [s ] – Hệ số an toàn cho phép (khi cần tăng độ cứng [s ]=2.5 3, không cần kiểm nghiệm độ cứng trục) sσ , s τ - Hệ số an toàn xét riêng ứng suất pháp, ứng suất công thức (10.20), (10.21) [1]: sσ = σ −1 τ −1 ; sτ = K σd σ a + y σ σ m K τ d τ a+ yτ τ m +Giới hạn mỏi uốn: -1 = 0.436 b = 0.436 x 600 = 261.6 MPa +Giới hạn mỏi xoắn: -1 = 0.58 -1 = 0.58 x 261.6 =151.73 MPa - Vì trục quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng nên: +Giá trị trung bình ứng suất pháp tiết diện j là: σ mj=0 +Biên độ ứng suất pháp tiết diện j: σ aj =σ max j = Mj Wj Trong đó: M j =√ M xj2 + M yj2 W j : moment cản uốn, tính theo bảng 10.6 [1], trục có rãnh then : W j= π d j3 −b t ¿ ¿ 32 Với giá trị b , t tra theo d j bảng 9.1a [1] - Hệ dẫn động băng tải thiết kế quay chiều nên giá trị ứng suất pháp tiết diện j : τ mj=τ aj = τ max j T = j 2 W oj Trong đó: T j moment xoắn tiết diện j W oj : moment cản xoắn, tính theo bảng 10.6 [1],trục có rãnh then : π d j3 W oj = −b t ¿ ¿ 16 Với gái trị b, t1 tra theo dj bảng 9.1a [1] - Hệ số ψ σ ,ψ τ : hệ số ảnh hưởng trị số trung bình đến độ bền mõi, tra theo bảng 10.7 [1],ta có : ψ σ =0.05 ; ψ τ =0 - Hệ số K σdj , K τdj tính theo cơng thức (10.25), (10.26) [1] : Kσ Kτ + K x −1 + K x −1 εσ ετ K σdj = ; K τdj = Ky Ky Với: +Hệ số tập trung ứng suất trạng thái bề mặt K x =1.06 trục gia công tiện đạt độ nhám Ra =2.5÷ 0.63 μmm ứng với giới hạn bền σ b=600 Mpa (tra bảng 10.8 [1]) +Hệ số tăng bền K y =1.8 bề mặt trục thấm cacbon, tra bảng 10.9 [1] +Trị số hệ số K σ ; K τ tra theo bảng 10.12 [1], ứng với rãnh then cắt dao phay ngón, ta có : K σ =1.76 ; K τ =1.54 + ε σ , ε τ hệ số kể đến ảnh hưởng kích thước tiết diện trục tới độ bền mỏi bảng 10.10 [1] - Ta lập bảng kiểm nghiệm độ bền mỏi trục sau: Trục I II III Vị Then trí 1C 2A 3B bxhxt1 8x7x4 10x8x5 16x10x6 Wj Woj εσ ετ σa τa=τm Sσ Sτ S 969.5 2923.53 12142.99 2503.48 7132.77 28476.82 0.88 0.83 0.79 0.81 0.77 0.75 72.12 77.58 37.63 7.77 13.55 9.87 3.17 2.78 5.47 17.93 9.78 13.09 3.12 2.68 5.05 Như tất hệ số an toàn lớn 2.5 Trục thỏa điều kiện bền mỏi 5.6.2 Độ bền tĩnh - Cơng thức kiểm nghiệm tính theo (10.27) [1]: σ td =√ σ +3 τ ≤[ σ ] Trong đó: theo (10.28), (10.29) (10.30 ) [1]: σ= M max T max 0.1 d 0.2 d3c h Với Mmax Tmax moment uốn lớn moment xoắn lớn tiết diện nguy hiểm lúc tải ; σch giới hạn chảy vật liệu trục [σ ]≈ 0.8 σ ch=0.8× 340=272 MPa Ta lập thành bảng sau: Trục I II III d 25 40 55 Mmax Tmax 77615.55 38896.81 281918.92 193340.18 562276.56 562276.56 σ 49.67 44.05 33.80 Xét thấy ¿ trục bé [σ ] Thỏa độ bền tĩnh τ 12.45 15.10 16.90 σtd 54.15 51.23 44.71