2 1 Chương 10: XÁC ĐỊNH PHẢN LỰC TẠI CÁC GIÁ ĐỠ Chiều các lực được biểu diễn trên hình (2 – 8). Lập các phương tr ình cân bằng tại C và D. C M = V 2 .L 5 + T 1 .(L 1 + L 4 ) + T 2 .L 4 – T 4 .L 7 – T 5 .(L 5 – L 8 ) – T 6 .L 5 – T 7 .(L 5 + L 6 ) – T 8 .(L 5 + L 6 + L 3 ) = 0 (a) D M = V 1 .L 5 + T 7 .L 6 + T 8 .(L 3 + L 6 ) – T 5 .L 8 – T 4 .(L 5 – L 7 ) – T 3 .L 5 – T 2 .(L 5 + L 4 ) – T 1 .(L 5 + L 4 + L 1 ) = 0 (b) Thay các s ố liệu trong bảng (2 – 5) vào các phương trình (a) và (b) xác định được giá trị tại các giá đỡ là: V 1 = 891,189 (N) ≈ 892 (N) V 2 = -54 (N) 2.6.3.CHỌN KẾT CẤU VÀ VẬT LIỆU. 1.Kết cấu. Kết cấu của khung máy biểu diễn ở hình (2 – 9). Giá đỡ ổ trục 2 là chi tiết phải thiết kế. Hình (2 – 9): Kết cấu khung máy đo ma sát ổ đỡ trục chân vịt. 1. Thanh dọc. 2. Giá đỡ ổ trục. 2. Vật liệu. Các chi tiết đúc bằng gang xám được dùng phổ biến vì gang xám r ẻ, dễ đúc, cơ tính khá, làm việc tốt trong điều kiện mài mòn , rung động. Vì các lí do trên nên chọn vật liệu chế tạo giá đỡ ổ trục là gang xám GX15 - 32. Cơ tính, thành phần như sau: - Giới hạn bền kéo thấp nhất là: bk = 15 (daN/mm 2 ) (2 – 36) - Gi ới hạn bền uốn thấp nhất lá: bu = 32 (daN/mm 2 ) (2 – 37) - T ỷ số độ bền mỏi khi uốn trên độ bền kéo: bk bm = 0,35 – 0,5 (2 – 38) - Độ bền tĩnh khác của gang xám so với độ bền kéo thường có tỷ số nằm trong giới hạn sau: bk bu = 1,4 – 2,4 ; bk bn = 3 – 4,5 ; bk bc = 0,75 – 1,8 ; bk bx = 1,17 – 1,4 (2 – 39) 2.6.4.TÍNH SỨC BỀN. Do đặc điểm cấu tạo của khung máy gồm hai giá đỡ chữ A chịu các phản lực là V 1 và V 2 . Để đảm bảo về độ bền cho khung máy khi làm việc, chọn giá đỡ chữ A chịu phản lực lớn nhất để tính toán. Khi đó phản lực tính toán sẽ l à: V tt . V tt = n . V max (2 – 40) Trong đó: V max - Phản lực lớn nhất. Chọn V max = V 2 = 892 (N). n - H ệ số an toàn. H ệ số an toàn được đưa vào trong tính toán với mục đích đảm bảo cho kết cấu có một sự an to àn nhất định về độ bền. Nếu xét đến tất cả những sai sót có thể xảy ra trong khi xác định ứng suất và tải trọng, trong xác định cơ tính của vật liệu, sai sót trong quá trình công ngh ệ và mức độ quan trọng của khung máy đối với máy thì hệ số an toàn được xác định bằng phương pháp các hệ số thành phần [4 – tr38]: n = n 1 .n 2 .n 3 (2 – 41) Ở đây: n 1 - Hệ số xét đến mức độ chính xác trong việc xác định tải trọng và ứng suất, n 1 = 1,2 – 1,5[4 – tr38]. Chọn n 1 = 1,5. n 2 - Hệ số xét đến mức độ đồng nhất về cơ tính của vật liệu, đối với chi tiết máy bằng gang, n 2 = 1,5 – 2,5[4 – tr38]. Chọn n 2 = 2. n 3 - Hệ số xét đến những yêu cầu đặc biệt về an toàn như mức độ quan trọng của khung máy đối với máy, n 3 = 1 – 1,5[4 – tr38]. Ch ọn n 3 = 1,5. Hệ số an toàn được xác định: n = n 1 .n 2 .n 3 = 1,5 .2 .1,5 = 4,5. T ải trọng tính toán là: V tt = n .V max = 4,5 .892 = 4014 (N) H ình (2 – 10): Sơ đồ xác định tiết diện giá đỡ chữ A Sơ đồ tính toán bền cho giá đỡ chữ A được đơn giản hoá v à thể hiện bằng hình (2 -11) dưới đây. Bao gồm: Các thanh 1, 2, 3 Các nút I, II, III D ựa vào sơ đồ trên nhận thấy các thanh 1 và 2 chịu tải trọng như nhau. Vì vậy chỉ tính cho một thanh, thanh còn lại lấy cùng giá trị. Do đặc điểm kết cấu của giá đỡ chữ A nên tải trọng V tt tác d ụng lên nó được chia ra làm hai thành phần: V tt1 = 2 tt V = V tt2 = 2 4014 = 2007 (N) Như vậy, diện tích mặt cắt ngang của thanh 2 là F 2 = a 2 .b 2 (mm 2 ) được lấy cùng giá trị với diện tích tiết diện mặt cắt ngang của thanh 1 là F 1 . Tính cho thanh 1 để tìm diện tích tiết diện mặt cắt ngang F 1 = a 1 .b 1 (mm 2 ). Tải trọng tính toán cho thanh 1 là: V tt1 = 2 tt V = V tt2 = 2 4014 = 2007 (N) T ừ hình (2 - 8) thấy rằng thanh 1 vừa chịu nén vừa chịu uốn. Chịu nén bởi lực N 1 , chịu uốn bởi Z 1 . Trong đó: N 1 , Z 1 là các phân lực của lực V tt1 . Ta có: N 1 = V tt1 .Cos10 0 = 1976,509 ≈ 1977 (N). Z 1 = V tt1 .Sin10 0 = 348,512 ≈ 349 (N). Hình (2 – 12): Sơ đồ tính toán thanh 1. Diện tích tiết diện thanh 1 được xác định: = u W maxu M + 1 1 F N [ ] (2 – 42) Trong đó: M umax – Mô men uốn lớn nhất do lực Z 1 gây ra ( N.mm). M umax = Z 1 .r max = Z 1 .130 (N.mm) (2 – 43) W u – Mô men chống uốn. Với tiết diện thanh là hình chữ nhật ta có W u = 6 . 2 1 1 ba (2 – 44) F 1 - Diện tích tiết diện của thanh 1: F 1 = a 1 .b 1 (mm 2 ). [ ] - Ứng suất cho phép của vật liệu. Ta có: [ ] = n ch (2 – 45) ch - Giới hạn bền chảy của vật liệu. Do thanh chịu nén là chủ yếu nên có thể lấy ch = bn . Từ (2 – 39) tính được: bn = 4,5 . bk [ ] = n bn = 5,4 15.5,4 = 15 (daN/mm 2 ) = 150 (N/mm 2 ) (2 – 46) T ừ (2 - 42) đến (2 – 46) ta có: 6 130.349 2 .1 1 b a + 11 . 1977 ba [ ] 2 11 . 272220 ba + 11 . 1977 ba 150 (2 -47) Ch ọn a 1 = 1,2 .b 1 và thử nghiệm phương trình (2 – 47) được b 1 11,8 (mm) V ậy: a 1 1,2 .11,8 = 14,16 (mm). Tính diện tích tiết diện đi qua mặt cắt ngang của thanh 3 là F 3 = a 3 .b 3 (mm 2 ) Sử dụng phương pháp tách khớp, xét sự cân bằng của nút II. Thanh 3 chịu kéo do các lực N 1 và N 2 gây ra. Trong đó: N 1 , N 2 là các phân lực của V tt1 và V tt2 gây nén lên các thanh 1 và 2. L ập phương trình cân bằng cho hệ ta được: N 1 .Cos80 = N 3 (2 – 48) N 3 = 1977 .Cos80 = 343,302 (n) ≈ 343 (N) Diện tích tiết diện thanh 3 được xác định: 3 3 F N ][ bk (2 – 49) 33 . 343 ba 150 33 .ba 150 .343 = 2,866 ≈ 2,9 (mm 2 ) Tính diện tích tiết diện F 4 = a 4 .b 4 (mm 2 ) Tiết diện F 4 chịu cắt bởi ứng suất tiếp c Hình (2 – 13): Sơ đồ lực khi tách nút số II Kiểm nghiệm theo điều kiện bền cắt: c ][ c (2 – 50) 4 .2 F V tt ][ c (2 – 51) T ừ (2 – 39) ta có: ][ c = 1,2 . ][ bk = 1,2 .150 = 180 (N/mm 2 ) Th ế giá trị trên vào (2 – 51) được: 44 2 4014 ba 180 44 .ba 360 4014 = 11,15 (mm 2 ) Xây dựng biểu đồ nội lực cho thân giá đỡ chữ A. Xét thanh 1: Dùng phương pháp mặt cắt để xây dựng biểu đồ nội lực trong thanh 1. L ực dọc của thanh 1 (N z1 ) được xác định: N z1 = N 1 = 1977 (N) Mô men u ốn của thanh 1 là: M u1 = - Z 1 .u 1 (N.mm) V ới (0 u 1 l 1 ) T ại u 1 = 0 M u1 = 0 (N.mm) T ại u 1 = 2 1 l M u1 = - Z 1 . 2 1 l = -349 .251,5 = -87773,5 (N.mm) ≈ -87,8 (N.m) Hình (2 – 14): Sơ đồ xác định nội lực thanh 1 Tại u 1 = l 1 M u1 = -Z 1 .l 1 = -349 .503 = -175547 (N.mm) ≈ - 175,6(N.m) Hình (2 – 15): Biểu đồ nội lực thân giá đỡ chữ A Tính bền mối ghép ren: Mỗi thân giá đỡ chữ A được ghép với thanh thép chữ U bằng hai bulông. Do các thanh 1 và 2 chủ yếu chịu lực nén, thanh 3 chủ yếu chịu lực kéo nghĩa là mối ghép ren chịu tải trọng ngang. vì vậy chỉ cần kiểm tra bulông bị hư hỏng do lực ngang thân bulông gây ra ứng suất cắt. Theo điều kiện bền cắt ta có: c ][ c (2 – 52) b Fm Q . 1 = 4 . . 2 b d m Q 1 ][ c (2 – 53) Trong đó: Q 1 - Lực ngang do thanh 1 gây ra (N) d b - đường kính danh nghĩa của bulông (mm) m - Số bulông (m = 1) ][ c - Ứng suất cắt cho phép (N/mm 2 ) F b - Diện tích tiết diện mặt cắt ngang của bu lông. Với mối ghép chịu tải trọng ngang, bulông lắp không có khe hở, trị số ứng suất tiếp cho phép được xác định như sau: ][ c = 0,4 . ch = 0,4 .220 = 88 (N/mm 2 ) (2 – 54) L ực ngang do thanh 1 gây ra được xác định: Q 1 = N 1 .Sin10 0 = 1977 .Sin10 0 = 343,3 (N) đã bỏ qua lực Z 1 . T ừ (2 -53) và (2 – 54) tính được: b d = 88.14,3 3,343.4 = 2,229 (mm) ≈ 2,23 (mm). . phải thiết kế. Hình (2 – 9): Kết cấu khung máy đo ma sát ổ đỡ trục chân vịt. 1. Thanh dọc. 2. Giá đỡ ổ trục. 2. Vật liệu. Các chi tiết đúc bằng gang xám được dùng phổ biến vì gang xám r ẻ, dễ. giá đỡ là: V 1 = 891,189 (N) ≈ 892 (N) V 2 = -54 (N) 2.6.3.CHỌN KẾT CẤU VÀ VẬT LIỆU. 1.Kết cấu. Kết cấu của khung máy biểu diễn ở hình (2 – 9). Giá đỡ ổ trục 2 là chi tiết phải thiết kế. Hình. BỀN. Do đặc điểm cấu tạo của khung máy gồm hai giá đỡ chữ A chịu các phản lực là V 1 và V 2 . Để đảm bảo về độ bền cho khung máy khi làm việc, chọn giá đỡ chữ A chịu phản lực lớn nhất để tính