ôn thi chi tiết máy và lơi giải

Hướng dẫn sinh làm các câu hỏi lý thuyết và cách làm bài tập chi tiết máy, phục vụ cho việc kiểm tra, viết báo cáo và thiCâu 1. Trình bày định nghĩa chi tiết máy, nhóm tiết máy, bộ phận máy? Phân loại chi tiết máy? Lấy các ví dụ minh hoạ cho các khái niệm? Câu 2. Nêu khái quát các yêu cầu đối với chi tiết máy? Khả năng làm việc của CTM được đánh giá thông qua các chỉ tiêu nào? Nêu các chỉ tiêu tính toán chủ yếu ở các bộ truyền?

Câu 1 Trình bày định nghĩa chi tiết máy, nhóm tiết máy, bộ phận máy? Phân loại chi tiết máy? Lấy các ví dụ minh hoạ cho các khái niệm? (3 điểm)

Định nghĩa:

• chi tiết máy là phần tử cấu tạo hoàn chỉnh của máy mà nó được chế tạo ra không kèm theo một nguyên công lắp ráp nào

• các chi tiết máy thường được lắp ghép cố định với nhau thành nhóm chi tiết máy

• để thuận tiện lắp ghép, thay thế, bảo quản và sử dụng, người ta lien kết nhiều chi tiết máy và nhóm chi tiết máy theo một chức năng nào đó tạo thành cụm chi tiết máy hay bộ phận máy

phân loại chi tiết máy

theo quan điểm sử dụng, chi tiết máy được chia thành hai nhóm

- các chi tiết máy có công dụng chung: là các chi tiết máy được dung phổ biến trong nhiều loại máy khác nhau với công dụng hoàn toàn giống nhau nếu chúng cùng một loại

ví dụ như trục, bánh răng, bu lông đai ốc…

- các chi tiết máy có công dụng riêng là các chi tiết máy chỉ được dùng trên một số máy nhất định Ví dụ như pit tong, trục khuỷu, cam…

Câu 2 Nêu khái quát các yêu cầu đối với chi tiết máy? Khả năng làm việc của CTM được đánh giá thông qua các chỉ tiêu nào? Nêu các chỉ tiêu tính toán chủ yếu ở các bộ truyền? (3 điểm)

Các yêu cầu đối với chi tiết máy

Chỉ tiêu tính của các bộ truyền

1 Độ tin cậy và tuổi thọ phù hợp

- Vừa sử dụng công thức lý thuyết, vừa phải sử dụng các hệ số thực nghiệm thông qua các đồ thị và hình vẽ và bảng biểu

- Tính toán xác định kích thước của chi tiết máy thường tiến hành qua hai bước: thiết kế và tính kiểm nghiệm, trong đó bước tính kiểm nghiệm sẽ quyết định lần cuối các thông số và kích thước cơ bản của chi tiết máy

- Trong tính toán số ẩn số thường nhiều hơn số phương trình Do đó, thường phải căn cứ vào quan hệ giữa lực và biến dạng, căn cứ vào quan hệ kết cấu hoặc kết hợp với vẽ hình để giải quyết

- Có thể có nhiều giải pháp cho cùng một mục tiêu thiết kế nên cần phải chọn được phương án tối ưu Vấn đề này được giải quyết tốt khi sử dụng các phương trình tối ưu hóa và tự động hóa thiết kế chi tiết máy và thiết bị cơ khí trên máy vi tính

 Minh họa với việc tính toán chi tiết máy cụ thể như tính toán trục trong hộp giảm tốcCâu 4 Trình bày các khái niệm về tải trọng? Lấy ví dụ minh họa trong tính toán các bộ truyền cơ khí? (3 điểm)

• Tải trọng tương đương Qtđ là tải trọng quy ước không đổi, có tác dụng tương đương với chế độ tải đã cho theo một chỉ tiêu nào đó Tải trọng tương đương được xác định từ tải trọng danh nghĩa thông qua hệ số tính toán

• Tải trọng tính toán Qtt là tải trọng dung để tính toán xác định kích thước của chi tiết máy Trị số của nó phụ thuộc vào tải trọng tương đương và một số nhân tố như sự tập trung tải trọng, tải trọng động, điều kiện vận hành…

 Vẽ hình minh họa và lấy ví dụ

Câu 5 Trình bày về chu trình ứng suất? Các thông số đặc trưng cho chu trình ứng

suất? Phân loại các chu trình ứng suất? Khảo sát các chu trình ứng suất ở một bộ

truyền? (3 điểm)

 Khái niệm chu trình thay đổi ứng suất

ứng suất thay đổi được đặc trưng bằng chu trình ứng suất đó là một vòng thay đổi ứng suất từ trị số ban đầu qua trị số giới hạn khác rồi trở về giá trị ban đầu

 Chu trình ứng suất được đặc trưng bằng ba thông số

- Biên độ ứng suất: σa = (σmax −σmin)/2

- ứng suất trung bình: σm = (σmax +σmin)/2

- hệ số tính chất chu trình r = σmax/σmin

 phân loại chu trình ứng suất

 phân loại theo giá trị của hệ số tính chất chu trình r

- khi r = -1 chu trình đối xứng

- khi r = 0 chu trình mạch động tương dương, lúc này σ min =0

; khi r =− ∞

chu trình mạch động âm, lúc này σmax = 0

- khi r < 0 và r ≠ − 1 chu trình không đối xứng khác dấu; khi r > 0 chu trình không đối xứng cùng dấu

 phân loại theo tính chất thay đổi của biên độ và ứng suất trung bình

- chu trình ứng suất ổn định: khi cả ứng suất trung bình và biên độ ứng suất đều không thay đổi theo thời gian

- chu trình ứng suất bất ổn định: khi ứng suất trung bình, hoặc biên độ ứng suất, hoặc cả hai đều thay đổi theo thời gian

Câu 6 Trình bày các biện pháp nâng cao sức bền mỏi của chi tiết máy(3 điểm)

 Cơ sở của biện pháp (các nhân tố ảnh hưởng tới giới hạn mỏi)

- ảnh hưởng của hình dáng kết cấu: hình dáng kết cấu có ảnh hưởng lớn đến độ bền mỏi của chi tiết máy Dưới tác dụng của tải trọng, ở những

chỗ có tiết diện thay đổi đột ngột có sự tập trung ứng suất làm cho ứng suất thực tế lớn hơn ứng suất danh nghĩa

- ảnh hưởng của kích thước tuyệt đối: kích thước tuyệt đối của chi tiết cằng tăng thì giới hạn mỏi càng tăng

- ảnh hưởng của công nghệ gia công bề mặt

lớp bề mặt của chi tiết máy sau khi gia công cắt gotjvaf gia công tăng bền

có ảnh hưởng rất lớn đến giới hạn mỏi vì tại đo

+ có các yếu tố tập trung ứng suất như các mấp mô, các vết xước sau khi gia công cơ hoặc phát sinh trong quá trình sử dụng

+có chứa những tinh thể bị phá hủy làm giảm sức bền ở vùng bề mặt+ ứng suất chịu tải khi uốn, xoắn, tiếp xúc đều lớn hơn ở lớp bên trong+ là nơi chịu ảnh hưởng trực tiếp từ môi trường

- ảnh hưởng của trạng thái ứng suất

3 Dùng rãnh để giảm tập trung ứng suất

4 Khi có rãnh then bằng nên dung rãnh then chế tạo bằng dao phay đĩa

5 Dùng then hoa răng thân khai thay cho then hoa răng chữ nhật

6 Đối với mối ghép bằng độ dôi phải vát mép mayơ hoặc tăng độ mềm của mayơ để áp suất giữa trục và mayơ giảm xuống, dẫn đến ứng suất trong mối ghép phân bố đều hơn

• Các biện pháp công nghệ

1 Dùng các biện pháp nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện như tôi bề mặt, thấm than

2 Dùng biện pháp biến cứng nguội như lăn nén, phun bi

3 Dùng các biện pháp gia công tinh bề mặt như đánh bóng, mài nghiền…để giảm độ nhám bề mặt

Câu 7 Trình bày các khái niệm về độ bền? Phương pháp tính toán độ bền và lấy ví dụ các trường hợp áp dụng các phương pháp tính đó? (3 điểm)

- Nêu khái niệm về độ bền (1 điểm)

- Phân biệt độ bền tĩnh, độ bền mỏi, độ bền thể tích, độ bền bề mặt (1 điểm)

- Trình bày hai phương pháp tính toán độ bền và lấy ví dụ (1 điểm)

 Khái niệm

Độ bền là khả năng tiếp nhận tải trọng của chi tiết máy mà không bị phá hủy( không bị biến dạng dư quá mức cho phép hoặc không bị phá hủy)

 Phân biệt

- Độ bền tĩnh là độ bền của chi tiết máy khi chịu ứng suất không thay đổi

- Độ bền mỏi là độ bền của chi tiết khi chịu ứng suất thay đổi

- Độ bền bề mặt là độ bền của chi tiết cần để tránh phá hỏng bề mặt làm việc

- Độ bền thể tích là độ bền của chi tiết cần để tránh biến dạng dư lớn hoặc gãy hỏng

Với [ ]σ = σlim/ 2 hoặc [ ]τ = τlim / 2

a Đối với các chi tiết máy chịu tải trọng không đổiTính toán theo điều kiện bền của môn học sức bền vật liệu và lý thuyết đàn hồi

Ví dụ tính độ bền của thanh chịu kéo một lực F

b Đối với chi tiết máy chịu tải trọng thay đổi

giải thích tại sao tróc rỗ lại xảy ra ở chân răng bánh răng lớn trước? (3 điểm)

Câu 9 Trình bày khái niệm về độ cứng? Cách tính độ cứng và các biện pháp nâng cao độ cứng? (3 điểm)

Độ cứng của chi tiết máy là khả năng chống lại biến dạng đàn hồi hoặc thay đổi hình dáng của nó khi chịu tải

Độ cứng là một trong những chỉ tiêu quan trọng về khả năng làm việc của chi tiết máy Trong nhiều trường hợp, chất lượng làm việc của máy được quyết định bởi độ cứng của chi tiết máy

1 Cách tính độ cứng

2 Tính toán độ cứng thể tích

- Khi chịu kéo(nén): ∆l≤[ ]∆l

- Khi chịu xoắn : ϕ ≤[ ]ϕ

- Khi chịu uốn : f≤[ ]f ; θ ≤[ ]θ

Cách xác định trị số của chuyển vị khi kéo nén l∆ , độ võng f và góc xoay θ khi uốn, góc xoắn ϕ khi chịu xoắn theo công thức sức bền vật liệu

3 Tính toán độ cứng tiếp xúc

Biến dạng tiếp xúc của các vật thể nhẵn, đồng nhất, tiếp xúc ban đầu theo điểm hoặc đường tính theo lý thuyết Héc và Bêliaép Biến dạng tiếp xúc của các vật thể có diện tích tiếp xúc lớn được xác định bằng thí nghiệm

 Các biện pháp nâng cao độ cứng

- Dùng vật liệu có môdul đàn hồi lớn

Đối với độ cứng tiếp xúc

- Tăng diện tích bề mặt tiếp xúc đến mức cần thiết

- Dùng vật liệu có môdul đàn hồi lớn

Câu 10 Trình bày khái niệm về độ bền mòn, tác hại của mòn? Diễn biến quá trình mòn, cách tính mòn và các biện pháp hạn chế mài mòn? Liên hệ cách tính mòn trong một bộ truyền đã học? (3 điểm)

 Khái niệm độ bền mòn

Độ bền mòn là khả năng chống lại sự suy giảm chiều dày lớp bề mặt tiếp xúc của chi tiết máy Mòn là kết quả tác dụng của ứng suất tiếp xúc hoặc áp suất khi các bề mặt tiếp xúc trượt tương đối với nhau trong điều kiện không có bôi trơn

ma sát ướt

 Tác hại của mòn

- Làm giảm độ chính xác của máy, đặc biệt là dụng cụ đo

- Giảm hiệu xuất của máy, đặc biệt là các thiết bị động lực với hệ thống pít tong xi lanh

- Giảm độ bền do chất lượng lớp bề mặt mất hiệu lực

- Làm tăng khe hở của các liên kết động, dẫn tới tải trọng động tăng và gây ồn

- Mòn nhiều có thể làm mất hoàn toàn khả năng làm việc của chi tiết máy

 Phương pháp tính

Tính toán độ bền mòn xuất phát từ điều kiện bảo đảm chế độ bôi trơn ma sát ướtTrường hợp không thể tạo thành bôi trơn ma sát ướt thì phải tính toán để giới hạn áp suất(hoặc ứng suất tiếp xúc) giữa hai bề mặt tiếp xúc đảm bảo cho chi tiết máy có đủ tuổi thọ

 Biện pháp giảm mài mòn

- Chọn vật liệu và phối hợp vật liệu các bề mặt đối tiếp hợp lý để giảm ma sát, thoát nhiệt và chống dính tốt

- Chọn chế độ công nghệ gia công hợp lý, thay đổi cơ tính bề mặt như nhiệt luyện, phun phủ tăng bền, mạ

- Vận hành máy đúng chế độ, bôi trơn và che kín tốt

 Ví dụ

Câu 11 Trình bày về độ chịu nhiệt của CTM: Khái niệm, tác hại của nhiệt độ, cách tính và các biện pháp hạn chế nhiệt độ? Liên hệ cách tính nhiệt trong một bộ truyền đã học? (3 điểm)

 Khái niệm độ chịu nhiệt

Độ chịu nhiệt của chi tiết máy là khả năng làm việc bình thường của nó trong phạm vi nhiệt độ cần thiết

 Tác hại của nhiệt

- Làm giảm khả năng tải của chi tiết máy

- Làm giảm độ nhớt của dầu bôi trơn, tăng độ mòn và dễ gây dính

- Biến dạng nhiệt gây ra cong vênh và làm giảm khe hở giữa các chi tiết ghép

- Làm sai lệch độ chính xác của máy và dụng cụ đo

 Phương pháp tính toán về nhiệt

Tính toán nhiệt thường kiểm nghiệm theo điều kiện nhiệt độ trung bình ổn định

t được xác định bằng thực nghiệm

 Các biện pháp hạn chế

Có thể chọn lại chất bôi trơn để tăng nhiệt độ cho phép Hoặc là giảm nhiệt độ làm việc bằng cách:

- Tăng diện tích bề mặt tỏa nhiệt bằng cách dung các gân, cánh tản nhiêt

- Tăng hệ số tỏa nhiệt bằng cách dung quạt gió, hoặc phun nước

- Dùng các thiết bị làm mát

 Liên hệ với bộ truyền cụ thể

Câu 12 Trình bày ý nghĩa và các yêu cầu của việc chọn vật liệu trong chế tạo máy? Nêu các nguyên tắc sử dụng vật liệu? Liên hệ với việc chọn vật liệu cho các bộ truyền? (3 điểm)

 Ý nghĩa

Chọn vật liệu là một công việc quan trọng, bởi vì chất lượng của chi tiết máy nói riêng và của máy nói chung phụ thuộc phần lớn vào việc chọn vật liệu có hợp lý hay không

 Yêu cầu đối với vật liệu

- Thỏa mãn các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của chi tiết máy như

độ bền, độ cứng, độ bền mòn…

- Đảm bảo các yêu cầu về khối lượng và kích thước của chi tiết máy

- Đảm bảo các yêu cầu liên quan đến điều kiện sử dụng như tính chống ăn mòn, giảm ma sát

- Có tính công nghệ thích hợp với hình dáng và phương pháp gia công chi tiết máy

- Rẻ và dễ cung ứng

 Nguyên tắc sử dụng vật liệu

- Nguyên tắc so sánh một số phương án để chọn: chỉ trên cơ sở tiến hành

so sánh một số phương án, ta mới có thể chọn vật liệu một cách hợp lý

- Nguyên tắc chất lượng cục bộ : chọn chất lượng tương ứng cho từng bộ phận, tránh sử dụng vật liệu quý hiếm tràn lan

- Nguyên tắc hạn chế số chủng loại vật liệu: vì số chủng loại vật liệu càng nhiều thì việc cung cấp, bảo quản, thay thế càng phức tạp

 Liên hệ chọn bộ truyền cụ thể

Câu 13 Trình bày về ứng suất tiếp xúc? Phân biệt các dạng tiếp xúc và cách tính? Liên hệ trong tính toán các bộ truyền cụ thể và giải thích? (4 điểm)

 Khái niệm và phân loại

ứng suất tiếp xúc là ứng suất sinh ra trên bề mặt tiếp xúc chung khi các chi tiết máy trực tiếp tiếp xúc nhau và có tác dụng tương hỗ đối với nhau Có hai loại tiếp xúc trên diện tích rộng và tiếp xúc trên diện tích hẹp

 ứng suất dập

khi vật thể tiếp xúc với nhau trên diện tích tương đối rộng, ứng suất sinh ra vuông góc với bề mặt tiếp xúc và được gọi là ứng suất dập hay áp suất

 Các giả thiết của Héc

Khi hai vật thể tiếp xúc nhau trên một diện tích rất nhỏ: khi mới bắt đầu tiếp xúc

là đường hay gọi là tiếp xúc đường hoặc khi mới bắt đầu là điểm hay gọi là ứng suất điểm giá trị lớn nhất của ứng suất nén này được gọi là ứng suất tiếp xúc, kí hiệu làσH và được xác định theo lý thuyết của Héc Các điều kiện để sử dụng

công thức Héc

- Vật liệu đồng chất và đẳng hướng;

- Vật liệu làm việc trong vùng giới hạn đàn hồi, biến dạng tuân theo định luật Húc

- Diện tích tiếp xúc nhỏ so với bề mặt vật thể;

- Lực tác dụng có phương pháp tuyến chung của hai bề mặt tiếp xúc

ứng suất tiếp xúc tính theo công thức Héc

ρ

σ

2

H M H

q Z

Trong đó ZM hằng số đàn hồi của vật liệu các vật thể tiếp xúc:

ZM= [ ( ) ( 2) ]

2 1

2 1 2

2 1 1 1

2

µ µ

E E

Với E1,E2 và µ 1 , µ 2 là mô dul đàn hồi và hệ số Poat xông của vật liệu hình trụ 1 và 2 (MPa),

ρ là bán kính cong tương đương

2 388

, 0

Khi chi tiết máy làm việc với ứng suất thay đổi đạt tới số chu kỳ đủ lớn, nó có thể bị phá hỏng một cách đột ngột, ngay cả khi ứng suất sinh ra trong nó còn nhỏ hơn rất nhiều so với giới hạn bền tĩnh của vật liệu

 Đường cong mỏi

Các nghiên cứu cho thấy giữa ứng suất phá hỏng chi tiết máy với số chu kỳ lặp lại tương ứng của ứng suất có quan hệ xác định

Đồ thị đường cong mỏi gồm hai phần:

- Phần đường cong có phương trình:

const N

m =

σ

Trong đó, σ là ứng suất phá hỏng(giới hạn mỏi ngắn) của chi tiết máy; m

là bậc của đường cong mỏi; N là số chu kỳ ứng suất ứng với σ

- Phần đường thẳng: khi σ giảm đến trị số σr thì có thể tăng N khá lớn mà mẫu thử vẫn không bị hỏng vì mỏi quan hệ này tương ứng với phần đường thẳng song song với trục hoành đi qua điểm (σr,N0) và được biểu diễn bằng phương trình: σr=const

r

σ gọi là giới hạn mỏi dài hạn; N0là số chu kỳ cơ sở của vật liệu

Theo đồ thị ta có:

- Nếu N > N0 thì giới hạn mỏi σ = lim σr, tương ứng với giới hạn mỏi dài hạn

- Nếu N=Nk <N0 thì giới hạn mỏi σ >k σr tương ứng với giớn hạn mỏi

ngắn hạnTheo phương pháp tính toán thiết kế theo độ bền, sau khi biết các giá trị σk hoặc σr, chúng

ta xác định giá trị ứng suất cho phép [ ]σ và tính toán bền theo các giá trị cho phép này

 Ý nghĩa

Câu 15 Trình bày các nhân tố ảnh hưởng đến giới hạn mỏi Từ đồ thị ứng suất giới hạn hãy giải thích rõ ảnh hưởng của trạng thái ứng suất tới giới hạn mỏi? (4 điểm)

Các nhân tố ảnh hưởng đến giới hạn mỏi

- ảnh hưởng của hình dáng kết cấu: hình dáng kết cấu có ảnh hưởng lớn đến độ bền mỏi của chi tiết máy Dưới tác dụng của tải trọng, ở những chỗ có tiết diện thay đổi đột ngột(như vai trục, rãnh then, lỗ khoan…) có sự tập trung ứng suất làm cho ứng suất thực tế lớn hơn ứng suất danh nghĩa

- ảnh hưởng của kích thước tuyết đối kích thước tuyệt đối của chi tiết máy càng tăng thì giới hạn mỏi càng giảm nguyên nhân là do khi kích thước tăng lên thì sự không đồng đều

về cơ tính vật liệu tăng lên, chi tiết máy có them nhiều khuyết tật

- ảnh hưởng của công nghệ gia công bề mặt lớp bề mặt của chi tiết máy sau khi gia công cắt gọt và gia công tăng bền có ảnh hưởng rất lớn đến giới hạn mỏi

- ảnh hưởng của trạng thái ứng suất: biên độ ứng suất là thành phần chủ yếu gây nên phá hủy mỏi tuy nhiên thực nghiệm cho thấy trị số của ứng suất trung bình cũng ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy

Miền nằm giữa hai nhánh AB và CD là những trị số ứng suất không làm hỏng chi tiết

Từ đồ thị ta thấy, khi ứng suất trung bình σm〉 0 , σm càng lớn thì giới hạn biên độ ứng suất σa

càng nhỏ, tức là khi σmtăng thì σa tuy nhỏ cũng có thể gây nên phá hủy mỏi khi ứng suất

trung bình σm=0, giới hạn của biên độ ứng suất bằng giới hạn bền mỏi ở chu kỳ đối xứngσ−1 khi ứng suất trung bình σm<0, σa cao hơn giới hạn bền mỏi trong chu kỳ đối xứng σ−1

D B

 Trường hợp ứng suất không đổi

Tính toán theo điều kiện bền

[ ]σ

σ ≤ hoặc τ ≤[ ]τ

Trường hợp ứng suất thay đổi ổn định

Tính toán theo điều kiện bền

Nếu chi tiết máy làm việc ở chế độ dài hạn, tức khi số chu kỳ chịu tải N lớn hơn hoặc bằng số chu kỳ cơ sở N0, ứng suất giới hạn lấy theo giới hạn mỏi dài hạn:

Câu 17: Nêu vai trò và các thông số cơ bản của các bộ truyền trong các thiết bị và dây chuyền công nghệ? (3 điểm)

Vai trò của các bộ truyền

Trong các thiết bị và dây truyền công nghệ có thể sử dụng nhiều loại bộ truyền động khác nhau: truyền động cơ khí, truyền động điện, truyền động thủy lực và truyền động khí

ép Sở dĩ cần sử dụng các truyền động để nối động cơ với các bộ phận công tác vì:

- Tốc độ cần thiết của các bộ phận nói chung khác với tốc độ của động cơ tiêu chuẩn nếu chế tạo động cơ có tốc độ thấp hơn, mô men lớn thì kích thước lớn, giá thành đắt

- Nhiều khi cần truyền động từ một động cơ đến nhiều cơ cấu làm việc với các tốc độ khác nhau

- Động cơ chuyển động quay đều nhưng bộ phận công tác cần chuyển động tịnh tiến hoặc chuyển động với một tốc độ thay đổi theo một quy luật nào đó

- Vì điều kiện sử dụng, an toàn lao động hoặc vì khuông khổ kích thước của máy nhiều khi không thể nối trực tiếp động cơ với bộ phận công tác của máy

Các thông số cơ bản của bộ truyền

- Công suất trục dẫn P1, trục bị dẫn P2

- Hiệu suất của bộ truyền

- Tốc độ quay trên trục dẫn n1 và trục bị dẫn n2(vòng / phút)

- Tỷ số truyền u= n2/n1(quy ước u chỉ nhận giá trị dương và không xét tới chiều quay)

- Mô men xoắn T(N.mm)

i

i i

n

P

T 9,55.10 .

6

= với Pi, ni là công suất và số vòng quay trên trục i

Câu 18: Trình bày các thông số hình học của truyền động đai? Tại sao phải quy định góc ôm tối thiểu của bộ truyền đai và số vòng chạy của đai trong một giây? (3 điểm)

Khái niệm

Truyền động đai thực hiện việc truyền động và công suất giữa các trục nhờ ma sát sinh

ra trên bề mặt tiếp xúc giữa các dây đai với bánh đai

Các thông số cơ bản

1 Đường kính bánh đai d1, d2

D1, d2 là đường kính tính toán Với đai dẹt là đường kính ngoài cùng của bánh đai; với đai thang , đai lược là đường kính vòng tròn qua lớp trung hòa của đai.d1, d2 đã được tiêu chuẩn hóa.d1, d2 không nên lấy quá nhỏ để tránh cho đai không bị ứng suất uốn lớn khi đai chạy vòng qua bánh đai, cũng không lên lấy quá lớn để tránh cồng kềnh

3 Chiều dài đai L(tính qua lớp trung hòa của dây đai)

4 Khoảng cách trục a, là khoảng cách giữa tâm bánh đai dẫn và bánh bị dẫn, mm

Nhận xét:

Góc ôm tăng thì khả năng tải của bộ truyền tăng lên Vì vậy ta phải dùng bánh căng đai

để tăng góc ôm

Câu 19: So sánh về kết cấu và phạm vi sử dụng của các loại đai? Tại sao không nên sử dụng

đai thang làm việc ở vận tốc cao? (3 điểm)

 So sánh kết cấu và phạm vi sử dụng của các loại đai

1 Đai dẹt, hay còn gọi là đai phẳng

Tiết diện đai là hình chữ nhật hẹp, bánh đai hình trụ tròn, đường sinh thẳng hoặc hình tang trống, bề mặt làm việc là mặt rộng của đai

Thường dùng trong trường hợp vận tốc tương đối lớn (so với đai thang)

2 Đai thang, tiết diện đai hình thang, bánh đai co rãnh hình thang, thường dùng nhiều dây đai trong một bộ truyền Hình dạng và tiết diện đai thang được tiêu chuẩn hóa Đai thang được chế tạo thành vòng kín, chiều dài đai cũng được tiêu chuẩn hóa

Sử dụng đai hình thang cho phép ta tăng khả năng tải của bộ truyền đai nhờ vào tăng hệ

số ma sát giữa đai và bánh đai

Mặt làm việc của đai là hai mặt bên, ép vào rãnh cũng có tiết diện hình thang của bánh đai Đai thang làm việc ổn định và êm hơn so với đai dẹt

3 Đai lược là trường hợp đặc biệt của bộ truyền đai thang Các đai được làm liền nhau như răng lược Mỗi răng làm việc như một đai thang Đai lược kết hợp được tính liền khối ,

dễ uốn của đai dẹt, với khả năng tải lớn của đai thang vì vậy loại đai này có khả năng tải cao, đường kính bánh đai nhỏ, tỷ số truyền lớn

4 Đai răng là một dạng biến thể của bộ truyền đai Dây đai có hình dạng gần giống như thanh răng, bánh đai có răng gần giống như bánh răng Bộ truyền đai răng làm việc theo nguyên tắc ăn khớp là chính, ma sát là phụ, lực câng trên đai khá nhỏ

Truyền động đai răng kết hợp được các ưu điểm của bộ truyền động đai và truyền động xích do đó khả năng tải lớn,làm việc ít trượt, tỷ số truyền lớn, mặt khác ít ồn hơn truyền động xích và không đòi hỏi bôi trơn, thông số quan trọng nhất của đai răng là mô đun

 Phạm vi sử dụng

- Do thích hợp với tốc độ cao nên thường lắp ở đầu vào hộp giảm tốc

- Thường dùng khi cần truyền động trên khoảng cách trục lớn, công suất truyền dẫn không quá 40÷50kw, vận tốc vòng V=5÷30 m/s

Câu 20: Trình bày về lực tác dụng trên các nhánh đai khi làm việc và khi chưa làm

việc? (3 điểm)

- Khi chưa làm việc, dây đai được kéo căng bởi lực ban đầu F0

- Khi chịu tải trọng T1 trên trục 1 và T2 trên trục 2, xuất hiện lực vòng Ft làm một nhánh đai căng them và một bánh bớt đi

Lúc này lực căng trên nhánh đai căng: Fc = F0+Ft/2,

Lực căng trên nhánh không căng: Fkh= F0- Ft/2

- Khi các bánh đai quay, dây đai bị ly tâm tách xa khỏi bánh đai Trên các nhánh đai chịu them lực căng Fv= qmV2 , với qm là khối lượng của 1met đai Lực Fv còn có tác hại làm giảm lực ma sát giữa dây đai và các bánh đai Lúc này trên nhánh đai căng có lực Fc= F0 +

Ft/2 +Fv trên nhánh đai không căng có lực Fkh= F0- Ft/2+Fv

- Lực tác dụng lên trục và ổ mang bộ truyền đai là lực hướng tâm Fr có phương vuông góc với đường trục bánh đai có chiều kéo hai bánh đai lại gần nhau Giá trị của Fr được tính như sau: Fr=2F0cos(γ / 2)

Câu 21: Vẽ và giải thích biểu đồ phân bố ứng suất trong dây đai khi bộ truyền làm

việc? Cho nhận xét? (3 điểm)

- Ứng suất căng ban đầu do F0 gây ra:

A

F0

0 =

σ với A là diện tích tiết diện đai

- ứng suất trên nhánh căng

2

2

0

0 1 1

t t

A

F F A

t

A

F F A

σ = = vì d1<d2 nên σ >u1 σu2

Khả năng kéo của bộ truyền đai đặc trưng bởi lực vòng có ích lớn nhất Ft hay ứng suất có ích

t

σ

Khi tăng σ 0 thì khả năng kéo của bộ truyền tăng lên Tuy nhiên, khi tăng σ0 thì tuổi thọ của

đai sẽ giảm xuống

Khác với σ 0 và σt, giá trị σu không làm tăng khả năng tải của bộ truyền mà làm giảm tuổi

thọ đai

Câu 22: Trình bày khả năng kéo, đường cong trượt, đường cong hiệu suất của truyền động đai? Từ đó rút ra chỉ tiêu tính toán truyền động đai? (3 điểm)

Khả năng kéo, đường cong trượt và đường cong hiệu suất

- Khả năng kéo của bộ truyền đai được đặc trưng bởi lực vòng Ft hoặc mô men xoắn cần truyền T1, nó phụ thuộc vào lực căng ban đầu F0 và ma sát giữa đai và bánh đai

- Khả năng làn việc của bộ truyền đai đặc trưng bởi đường cong trượt và hiệu suất Các đường cong trên thu được tử kết quả thực nghiệm đối với các loại và vật liệu đai khác nhau Trên trục tung là hệ số trượt tương đối ξ(%)và hiệu suất η Trên trục hoành là tải trọng

đặc trưng bởi hệ số kéo φ

Đường biểu diến quan hệ giữa ξ và φ gọi là đường cong trượt Khi 0 ≤ φ ≤ φ0 với φ0 là hệ số kéo tới hạn, thì đường cong trượt gần như là đoạn thẳng Ở giai đoạn này, nếu tăng Ft thì hệ

số trượt tăng theo tỷ lệ bậc nhất tức là trong bộ truyền chỉ xảy ra hiện tượng trượt đàn hồi Hiệu suất bộ truyền tăng lên và đạt giá trị lớn nhất khi φ=φ0 Nếu tăng Ft để φ>φ0, đai sẽ trượt trơn từng phần hệ số ξ tăng càng nhanh, hiệu suất bộ truyền giảm xuống nhanh Nếu

φ≥φmax thì hiện tượng trượt trơn hoàn toàn

 Chỉ tiêu tính toán

Qua nghiên cứu đường cong trượt- hiệu suất, có thể thấy rằng khi φ>φ0 xảy ra hiện tượng trượt trơn, tải trọng cần truyền vượt quá khả năng kéo của bộ truyền đai, đai mất khả năng làm việc Vì vậy tính toán đai theo khả năng kéo là chỉ tiêu tính toán chủ yếu của bộ truyền đai Điều kiện thỏa mãn chỉ tiêu này là: 0

Câu 23: Trình bày về dịch chỉnh bánh răng và hệ số dịch chỉnh ? Nêu các phương

pháp dịch chỉnh bánh răng và của bộ truyền? (3 điểm)

 Cách dịch chỉnh

- Dịch chỉnh thực hiện bằng cách thay đổi vị trí của

dao cắt răng Dịch chỉnh dương khi đưa dụng cụ cắt ra xa

tâm bánh răng và dịch âm khi về gần Khi dịch chỉnh

dương thì chiều dày đáy răng tăng lên và độ bền uốn của

răng sẽ tăng Đường kính vòng đỉnh da sẽ tăng, bán kính

cong sẽ tăng và dẫn đến tăng độ bền tiếp xúc Khi dịch

âm thì xảy ra các hiện tượng ngược lại

- Khi cắt bánh răng không dịch chỉnh: đường trung bình của dao thanh răng tiếp xúc với đường chia

- Khi cắt bánh răng dịch chỉnh dương: dao lùi xa tâm phôi, x>0, đường trung bình của dao thanh răng không cắt đường chia Khoảng cách giữa đường trung bình và đường chia là

xm, m là mô dun, x gọi là hệ số dịnh chỉnh

Dịch chỉnh dương làm tăng chiều dày chân răng và góc ăn khớp, do đó làm tăng sức bền uốn và sức bền tiếp xúc song làm nhọn răng và giảm hệ số trùng khớp, vì thế không nên chọn x quá lớn

- Trường hợp bánh răng dịch chỉnh âm: khi dao tiến gần tâm phôi, x<0(đường trung bình cắt đường chia) Dịch chỉnh âm làm dạng răng thay đổi ngược lại

• Với một cặp bánh răng

- Cặp bánh răng tiêu chuẩn: khi x1=x2=0

- Cặp bánh răng dịch chỉnh đều, khi x1=-x2 Khi này bánh răng nhỏ dịch chỉnh dương

x1>0, bánh răng lớn dịch chỉnh âm x2<0 Khi dịch chỉnh đều, khoảng cách trục và góc ăn khớp αđều không đổi

Thực hiện dịch chỉnh đều khi tỷ số truyền lớn, đảm bảo độ bền uốn đều giữa các răngCặp bánh răng dịch chỉnh góc: khi xt=x1+x2 ≠ 0 Thường xt>0 và x1>0, x2>0 Khi dịch

chỉnh góc, khoảng cách trục và góc ăn khớp thay đổi(tăng lên: aw>a, αw>α)

 Nhận xét

Về nguyên lý bánh răng dịch chỉnh được thực hiện bằng cách dùng đoạn thân khai khác của cùng một vòng cơ sở làm cạnh răng (có nghĩa là phải thay đổi vị trí của dao khi cắt bánh răng)

Dịch chỉnh răng có các công dụng sau:

- Khắc phục hiện tượng cắt chân răng khi z<zmin

- Tăng độ bền uốn của răng do khi dịch chỉnh sẽ tăng chiều dày chân răng

- Tăng độ bền tiếp xúc do tăng bán kính cong tại tâm ăn khớp khi dịch chỉnh

- Nhằm mục đích đảm bảo khoảng cách trục cho trước

Dịch chỉnh dương làm nhọn đầu răng làm giảm hệ số trùng khớp và đó là lý do không nên chọn hệ số dịch chỉnh quá lớn

Câu 24: Trình bày về sự phân bố tải trọng trong truyền động bánh răng? Nêu các biện pháp

để hạn chế sự phân bố tải trọng không đều trên chiều rộng vành răng? (3 điểm)

Tải trọng chỉ phân bố đều khi bộ truyền được chế tạo chính xác và trục với ổ tuyệt đối cứng Trong thực tế, do biến dạng đàn hồi của trục, dịch chuyển đàn hồi và mài mòn ổ lăn hoặc

thậm chí do sai số chế tạo, các bánh răng tiếp xúc bị lệch với nhau theo chiều rộng vành răng

Nếu bánh răng bố trí đối xứng thì sự cong trục không ảnh hưởng đến sự bố trí giữa hai bánh răng(H.6.14a) Nếu bánh răng bố trí không đối xứng qua ổ trục, ta có góc nghiêng γ giữa các

trục bánh răng (H.6.14b,c) Nếu bánh răng tuyệt đối rắn, chúng sẽ tiếp xúc nhau tại một điểm(H.6.14e) Nhờ có biến dạng đàn hồi, các răng tiếp xúc nhau theo cả chiều rộng vành răng, tuy nhiên tải trọng vẫn phân bố không đều(H.6.14f,g) Hệ số phân bố không đều tải trọng(tập trung tải trọng) khi tính ứng suất tiếp xúc(H.6.14g):

- Cố gắng không bố trí bánh răng công xôn hoặc không đối xứng

- Chế tạo răng có dạng hình trống, vát mép đầu răng(H.6.14g)

Câu 25: Trình bày về kết cấu bánh răng? Khi nào thì chế tạo bánh răng liền trục, các đặc điểm của bánh răng liền trục? (3 điểm)

- Khi đường kính bánh răng lớn(>3000mm) vành răng được ghép từ các mảnh(3÷4)

 Điều kiện chế tạo và đặc điểm của bánh răng liền trục

Nếu đường kính vòng đáy răng ít chênh lệch với đường kính trục hoặc cần tăng độ đồng tâm của bánh răng đối với trục, bánh răng được chế tạo liền trục Thường làm liền với trục khi khoảng cách từ đáy răng đến rãnh then nhỏ hơn 2,5m(m là mô đun) đối với bánh răng trụ và 1,6mte(mte là mô đun mặt mút lớn) đối với bánh răng côn

Câu 27: Nêu ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng của bộ truyền trục vít bánh vít? Tại sao bộ truyền trục vít bánh vít có thể đạt tỉ số truyền lớn mà kích thước vẫn nhỏ gọn? (3 điểm)

 Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng của bộ truyền trục vít bánh vít

- Hiệu suất thấp, sinh nhiệt nhiều do có trượt dọc răng

- Cần sử dụng vật liệu giảm ma sát đắt tiền(đồng thanh) để chế tạo vành bánh vít

- Yêu cầu cao về độ chính xác lắp ghép

 Phạm vi sử dụng

Truyền động trục vít đắt và chế tạo phức tạp hơn bánh răng nên chỉ sử dụng khi cần chuyển động giữa hai trục chéo nhau và tỉ số truyền lớn Mặt khác do hiệu suất thấp và nguy hiểm về dính nên cũng hạn chế khả năng truyền công suất của bộ truyền này Thường dùng

để truyền công suất nhỏ và trung bình P≤50÷60kW; tỉ số truyền trong khoảng 20÷60, đôi khi đến 100

Truyền động trục vít được dùng trong máy nâng chuyển, máy cắt kim loại, ô tô

 Chứng minh

Câu 28: Trình bày các thông số cơ bản của bộ truyền trục vít– bánh vít : Môđun, hệ số

đường kính q, số đầu mối ren trục vít, số răng bánh vít, góc vít γ? (3 điểm)

• Mô đun m

Mô đun dọc của trục vít bằng mô đun ngang của bánh vít: m=p/π

Với p- bước ren trục vít

Mô đun được tiêu chuẩn hóa

• Hệ số đường kính q

Vì vành bánh vít lõm, khi cắt bánh vít không những phải dùng dao có cùng mô đun với trục vít mà còn có khích thước và hình dạng giống như trục vít ăn khớp với bánh vít Như vậy, kích thước bánh vít không những phụ thuộc vào mô đun mà còn phụ thuộc vào đường kính dao Để hạn chế số lượng dao và sử dụng dao tiêu chuẩn, cần dựa vào hệ số đường kính q và tiêu chuẩn hóa q: q=d1/m

• Số mối ren trục vít Z1 và số răng bánh vít Z2

Số mối ren trục vít Z1 được tiêu chuẩn hóa Z1 lớn thì hiệu suất lớn song chế tạo phức tạp và kích thước bộ truyền lớn, Z1 nhỏ hiệu suất nhỏ nên khi truyền công suất lớn không nên dùng Z1=1 vì mất mát công suất nhiều và nóng

Khi chọn Z1 cần lưu ý để số răng của bánh vít Z2=u.Z1 thỏa mãn điều kiện

Z2min≤Z2≤Z2max với Z2min=26÷28 để tránh cắt chân răng và Z2max=60÷80 để kích thước

bộ truyền không quá cồng kềnh

• Bước ren p và bước xoắn vít pz: pz=Z1.p

1 1

γ ; γ thường lấy từ 50÷200

Câu 29: Hãy trình bày về vận tốc, tỷ số truyền trong truyền động trục vít bánh vít, nêu nhận xét? Tại sao khi chọn vật liệu bánh vít phải căn cứ vào vận tốc trượt VT? (3 điểm)

• Tỉ số truyền

Khi trục vít quay được một vòng thì mỗi điểm trên vòng lăn bánh vít di chuyển một

khoảng cách bằng bước xoắn vít pz tức là bánh vít quay được

2 2

2

1

Z

Z p Z

mZ p

d n

d tg

d

d u

1

2 1

2 =

=

Vì u= d tgγ

d Z

Z

1

2 1

2 = nên tỉ số truyền của truyền động trục vít có thể rất lớn do Z1 nhỏ đồng thời kích thước bộ truyền vẫn nhỏ gọn do d2 =ud1tgγ và γ <250(tgγ < 1)

• Vận tốc vòng và vận tốc trượt

Khác với chuyển động bánh răng, vận tốc vòng v1 của trục vít và v2 của bánh vít không cùng phương(tạo thành một góc, thường là 900) và có trị số khác nhau

3 1 1 1

10 60

n d

v = π (m/s)

3 2 2 2

10 60

n d

v = π (m/s)

Vì

w

tg d

d n

n

γ 1

2 2

1 = nên n1d1tgγw=n2d2 hay v2=v1 tgγw

Do v1 khác v2 cả về phương chiều và trị số nên khi bộ truyền làm việc có hiện tượng trượt dọc theo ren trục vít(ren vít trượt dọc trên răng bánh vít) với vận tốc trượt:

w w

T

n d v

1

2 1

1 1

1 cos

q Z q q

= +

=

γ γ

1 3 1 2

2 1 3 1 2

2 1 3 1 1

10 1 , 19 10

60

10

mn q

Z

mn q

q Z n d

Câu 30: Hãy trình bày về hiệu suất trong truyền động trục vít bánh vít? Nêu nhận xét

về hiện tượng tự hãm? Tại sao không nên lấy góc nâng γ quá lớn? (3 điểm)

• Hiệu suất

Khi làm việc, bộ truyền trục vít- bánh vít bị mất mát công suất là do

- Ma sát giữa răng bánh vít và ren trục vít

F

tg

η = (vì d2n2=d1n1tgγ )

Tương tự bánh răng nghiêng:

Ft1=Fa2=Ft2tg(γ + ϕ ') ;φ’ là góc ma sát: φ’=arctgf’ với f’ hệ số ma sát tương đương

Nếu kể cả đến tổn thất công suất do khuấy dầu

) ( 95

Hiệu suất η tăng khi góc γ tăng và φ’ giảm Do tgγ = Z q1 nên γ tăng khi Z1 tăng, q

giảm Thực tế thường chọn γ ≤250 để kích thước bộ truyền không quá lớn do Z1 tăng và trục vít đủ cứng do q giảm

Khi bánh vít chủ động, hiệu suất tính theo công thức:

γ

ϕ γ η

Khi γ ≤φ, η≤0 bộ truyền tự hãm tức là không thể truyền chuyển động từ bánh vít sang

trục vít Tính chất này thường được sử dụng trong cơ cấu nâng Tuy nhiên khi bộ truyền có tính tự hãm thì hiệu suất truyền động sẽ rất thấp(η<0,5) nên chỉ dùng khi cần thiết

Câu 31: Nêu các dạng hỏng và chỉ tiêu tính toán của bộ truyền trục vít bánh vít? (3điểm)

 Các dạng hỏng

1 Dính răng

Đặc biệt nguy hiểm khi bánh vít làm bằng vật liệu tương đối rắn vì khi vận tốc và tải trọng lớn, các hạt kim loại ở bánh răng bánh vít bị dứt ra bám chặt vào mặt ren trục vít làm ren bị sần sùi, mài mòn nhanh răng bánh vít

Khi vật liệu răng bánh vít mềm hơn, kim loại bị dứt ra sẽ quét đều lên mặt ren trục vít nên dính ít nguy hiểm hơn Dính xảy ra mạnh nhất tại vùng gần mặt phẳng chính do tại đây, phương của vận tốc trượt gần trùng với phương của đường tiếp xúc nên khó hình thành màng dầu bôi trơn

Đề phòng tránh dính cần tính răng theo sức bền tiếp xúc, dùng dầu chống dính, tăng độ nhẵn mặt ren trục vít, chọn vật liệu thích hợp

2 Mòn răng

Thường xảy ra trên răng bánh vít Mòn càng nhanh khi lắp ghép không chính xác, dầu lẫn cặn bẩn, mặt ren trục vít không đủ nhẵn và tần số đóng mở máy cao Răng mòn nhiều sẽ gãy

3 Tróc rỗ bề mặt răng

Chủ yếu xảy ra ở các bánh vít có độ bền chống dính cao, bôi trơn tốt

 Chỉ tiêu tính

Từ các dạng hỏng trên, tính toán truyền động trục vít có những đặc điểm sau:

- Tuy mòn và dính nguy hiểm hơn cả nhưng cho đến nay vẫn chưa có phương pháp tính tin cậy, mặt khác các dạng hỏng này cũng liên quan đến ứng suất tiếp xúc nên vẫn tiến hành tính bộ truyền theo ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn như với truyền động bánh răng

- Vì răng bánh vít làm bằng vật liệu có cơ tính kém hơn ren trục vít nên tính toán độ bền được tiến hành cho răng bánh vít

- Do vận tốc trượt lớn, sinh ra nhiệt nhiều nên cần tiến hành tính nhiệt cho bộ truyền trục vít – bánh vít

- Vì đường kính thân trục vít nhỏ lại đặt trên các gối đỡ khá xa nhau nên chịu ứng suất uốn tương đối lớn, đồng thời trục vít chứa nhiều nhân tố gây tập trung ứng suất Do đó cần kiểm tra độ bền thân trục vít theo hệ số an toàn

Bộ truyền trục vít chủ yếu tính thiết kế theo độ bền tiếp xúc, sau đó kiểm nghiệm độ bền uốn Chỉ khi số răng bành vít lớn z2>100 và mô đun nhỏ hoặc bộ truyền quay tay thì mới tính toán thiết kế theo độ bền uốn