Chương 10: THIẾT KẾ TRỤC Trục dùng để đỡ các chi tiết quay ,bao gồm trục tâm và trục truyền ,trục tâm có thể quay cùng với các chi tiết lắp lên nó hoặc không quay,chỉ chịu được lực ngan
Trang 1Chương 10: THIẾT KẾ TRỤC
Trục dùng để đỡ các chi tiết quay ,bao gồm trục tâm và trục truyền ,trục tâm có thể quay cùng với các chi tiết lắp lên nó hoặc không quay,chỉ chịu được lực ngang và mômen uốn.Trục truyền luôn quay cùng với các chi tiết lắp lên nó ,có thể tiếp nhận đồng thời cả mômen uốn và mômen xoắn.Các trục trong HGT và hộp tốc độ là những trục truyền
Chỉ tiêu quan trọng nhất đối với phần lớn các trục là độ
bền,ngoài ra là độ cứng và đối với trục quay nhanh là độ ổn định dao động
Tính toán thiết kế trục bao gồm các bước:
- Chọn vật liệu
- Tính thiết kế trục về độ bền
- Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi
- Trường hợp cần thiết tiến hành kiểm nghiệm trục về trục về độ cứng Đối với trục quay nhanh còn kiểm nghiệm trục về độ ổn định dao động
I Chọn Vật Liệu
Chọn Vật liệu thiết kế trục là thép 40X tôi cải thiện.Có b =
850 [MPa]
ch =
550 [MPa]
Trang 2II.Tính Toán Thiết Kế Trục
Tính toán thiết kế trục nhằm xác định xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục,các đoạn trục phải đáp ứng các yêu cầu về độ bền ,kết cấu,lắp ghép và tính công nghệ.Muốn vậy cần biết trị số,phương chiều,điểm đặt của tải trọng tác dụng lên
trục,khoảng cách giữa các gối đỡ và từ các gối đỡ đến các chi tiết lắp trên trục
1.Xác định sơ bộ đường kính trục
Đường kính trục chỉ được xác định bằng mômen xoắn theo công thức :
d T3 / 0 , 2 [ ] [mm]
Với : T : mômen xoắn
T1 = 36169,4 [Nmm]
T2 = 138934,9 [Nmm]
T3 = 533674,1 [Nmm]
[ ] :Ứng suất xắn cho phép [MPa] ,với vật liệu chế tạo trục là thép 40X thì : [ ] = 15 30 [MPa]
Ta chọn : [ ] = 20 [MPa]
Suy ra : d1 = 20 [mm]
d2 = 30 [mm]
d3 = 50 [mm]
2 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm dặt lực
Trang 3Chiều dài trục cũng như khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực phụ thuộc vào sơ đồ động ,chiều dài mayơ của các chi tiết quay ,chiều rộng ổ,khe hở cần thiết và các yếu tố khác
Từ đường kính sơ bộ trên ta có thể xác định gần đúng chiều rộng ổ lăn bo theo bảng 10.2
Ta có : bo1 = 17 [mm]
bo2 = 21 [mm]
bo3 = 27 [mm]
Chiều dài mayơ của các chi tiết quay lắp trên trục được xác định theo công thức
lm = ( 0,2 1,5 ) d
trong đó :d : đường kính trục
Chọn lm = 1,5 d
Suy ra : lm1 = 37,5 [mm]
lm2 = 52,5 [mm]
lm3 = 75 [mm]
Do chiều dài mayơ không được nhỏ hơn bề rộng của chi tiết quay lắp trên trục do đó ta lấy :
lm1 = lm2 = lm3 = bw = 74 [mm]
Khoảng cách giữa các điểm đặt lực phụ thuộc vào vị trí của trục trong HGT và loại chi tiết lắp trên trục
Để tiện cho việc tính toán ta sử dụng các kí hiệu:
Trang 4k : Số thứ tự của trục trong HGT,k = 1,2,3.
i : Số thứ tự của tiết diện trục trên đó lắp các chi tiết có tham gia truyền tải trọng
i = 0 , 1 : các tiết diện trục lắp ổ
i = 2 , , s : với s là số chi tiết quay (bánh đai,bánh răng )
lk1 : khoảng cách giữa các gối đỡ 0 và 1 trên trục thứ k
lki : khoảng cách từ gối đỡ 0 đến tiết diện thứ i trên trục thứ k
lmk : chiều dài mayơ của chi tiết quay thứ i (lắp trên tiết diện thứ i ) trên trục thứ k Suy ra :
lm12 = B = 50 [mm]
lm13 = 74 [mm]
lm22 = 74 [mm]
lm23 = 74 [mm]
lm32 = 74 [mm]
lcki : chiều dài khoảng côngxôn ( khoảng chìa ra ) trên trục thứ
k tính từ chi tiết quay thứ i ở ngoài HGT đến gối đỡ
Dựa vào các công thức ở bảng 10.4 ta xác định được khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặ lực
Trục 1 :
- l12 = -lc12 = -[0,5( lm12 + bo1 ) + k3 + hn]
Với : k3 : khoảng cách từ mặt mút chi tiết quay đến lắp ổ
Trang 5k3 = 10 20 [mm]
Ta chọn k3 = 15 [mm]
hn : chiều cao lắp ổ và đầu bulông
hn = 15 20 [mm]
chọn hn = 15 [mm]
Suy ra : l12 = -[ 0,5( 50 + 17 ) + 15 + 15 ]
l12 = 63,5 [mm]
- l13 = 0,5( lm13 + bo1 ) + k1 + k2
Với : k1 :khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành trong của HGT hay khoảng cách giữa các chi tiết quay
k1 = 8 20 [mm]
Chọn k1 = 10 [mm]
k2 : khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành trong của HGT
k2 = 5 15 [mm]
Chọn k2 = 10 [mm]
Suy ra : l13 = 0,5( 74 + 17 ) + 10 +10 = 65,5 [mm]
l11 = 2lm13 = 2 65,5 = 131 [mm]
Trục 3:
l32 = 0,5( lm32 + bo3 ) + k1 + k2 = 0,5( 74 + 27 ) + 10 +10 = 70,5
Trang 6l31 = 2l32 = 70,5 2 = 141 [mm]
l33 = l31 + lc33
Trong đó : lc33 = 0,5( lm33 + bo3 ) + k3 + hn
Ta có : lm33 = 4 d3 = 4 50 = 200 [mm]
Suy ra : lc33 = 0,5( 200 + 27 ) + 15 + 15 = 143,5 [mm]
Vậy : l33 = 141 + 143,5 = 284,5 [mm]
Trục 2:
l22 = 0,5( lm22 + bo2 ) + k1 + k2 = 0,5( 74 + 21 ) +10 + 10
= 67,5
l23 = l11 + l32 + k1 +0,5( bo1 + bo3 ) = 131 + 70,5 + 10 + 0,5( 17 + 27 )
= 233,5 [mm]
l21 = l23 + l32 = 233,5 + 70,5 = 304 [mm]
3 Tải trọng tác dụng lên trục
Tải trọng tác dụng lên trục là mômen xoắn và các lực tác dụng khi ăn khớp trong bộ truyền bánh răng và lực căng đai Trọng lượng bản thân trục và trọng lượng các chi tiết lắp trên trục chỉ được tính đến ở các cơ cấu tải nặng,còn lực ma sát tại các ổ được bỏ qua
Sơ Đồ Lực Tác Dụng Lên Trục
Trang 7n 2
F x30
F y30
F t12
F y10
F x10
l 12
2
F r
n 1
0
F x11
l 12
l 11
F r11
F a11 3
F y11 0 1
F t11
F y20
F x20
0
F r12
F a12
2
l 22
21 l
l 23
F y31
F x31
l 31
l 32
l 33
F r22
F t22
F x33 3
F y21
F r21
3
F x21
Truïc1 l11 =131 [mm] l12 = 63,5
[mm] l[mm]13 = 65,5 Truïc 2 l21 = 304 [mm] l22 = 67,5 l23 = 233,5
Trang 8Khoảng cách giữa các gối đỡ và các điểm đặt lực trên các trục: a.Lực tác dụng từ bộ truyền bánh răng
Ta có :
Ft11 = Ft12 = 2T1 / dw1 = 2 36169,4 / 72 = 1004,7 [N]
Fr11 = Fr12 = Ft11 tgtw / cos
Với : tw = 20,50
= 13,3 0
Suy ra : Fr11 = Fr12 = 1004,7 tg20,50 / cos13,30 = 386 [N]
Fa11 = Fa12 = Ft11tg = 1004,7 tg13,30 = 237,5 [N]
Ft21 = Ft22 = 2T2 / dw2 = 2 138934,9 / 74 = 3755 [N]
Fr21 = Fr22 = Ft21tgtw cos = 3755 tg200 = 1366,7 [N]
Fa21 =Fa22 = 0
b Lực tác dụng từ bộ truyền đai
Fr = 974,6 [N]
Trục 3 l31 = 141 [mm] l32 = 70,5
[mm]
l33 = 284,5 [mm]