Bài tập chi tiết máy các chỉ tiêu tính toán thiết kế chi tiết máy

1 Chương 1: CÁC CHỈ TIÊU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY Bài 1: Trục tâm quay có đường kính d = 60mm, ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng.. Tại tiết diện nguy hiểm có moment uốn

Trang 1

1

Chương 1: CÁC CHỈ TIÊU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY

Bài 1: Trục tâm quay có đường kính d = 60mm, ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng Vật liệu trục –

thép hợp kim 40Cr (b 1200MPa và 1F 450MPa) Bề mặt trục được mài tinh Tại tiết diện nguy hiểm (có moment uốn lớn nhất) được lắp bánh răng có rãnh then Số vòng quay của trục n = 200 vg/ph, thời gian làm việc tính toán 4 năm, hệ số thời gian làm việc trong năm Kn = 0,70; hệ số thời gian làm việc trong ngày Kng = 0,33 Hệ số an toàn [s] = 2 Chỉ số mũ đường cong mỏi m = 6 Tải trọng thay đổi theo bậc như hình vẽ Hãy xác định:

a) Số chu kỳ làm việc tương đương NLE, hệ số tuổi thọ KL của trục, biết rằng số chu kỳ cơ sở N0 = 5.106 b) Ứng suất uốn cho phép  F của trục

Giải bài 1:

TÓM TẮT SỐ LIỆU:

d = 60mm - ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng

Thép hợp kim 40Cr; b 1200MPa và 1F 450MPa

Mài tinh; Lắp bánh răng có rãnh then

n = 200 vg/ph; L = 4 năm; Kn = 0,70; Kng = 0,33

[s] = 2; m = 6; N0 = 5.106

a) Số chu kỳ làm việc tương đương NLE, được tính như sau:

' 3

60

m i

i

T



Theo biểu đồ trên thì ta có:

T1 = 0,4T; T2 = T; T3 = 0,4T  Tmax = T

ni là số vòng quay ứng với chế độ làm việc thứ i

Do đề không nói gì thêm, nên ta có n1 = n2 = n3 = 200 vg/ph

Cũng từ biểu đồ trên ta có, ta xác định được t1, t2 và t3:

1

0, 4

ck

t

  ; 2 0, 2ck 0, 2

ck

t

  ; 3 0, 4ck 0, 4

ck

t

Với L h K ng.24.K n.365.L0,33 24 0, 7 365 4    8094, 24h

Thay Lh vào (*), ta suy ra được:

1 3 0, 4 h 3237, 696

t  t L  h; t2 0, 2L h 1618,848h

Số mũ đường cong mỏi là m = m’= 6

Từ đó, theo công thức (1), thì ta có kết quả sau:

Trang 2

6 6 6 6 6 6

60 200 3237, 696 1618,848 3237, 696

LE

7

1,97.10

Do NLE = 1,97.107 > N0 = 5.106  KL = 1

b) Ứng suất cho phép  F của trục được xác định theo công thức sau:

   lim

s K



  

Do ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng nên lim1F 450 Mpa (tham khảo thêm trang 40 – SGK)



 là hệ số kích thước (tra đồ thị 2.6 – trang 40) – với d = 60mm & đường 2 (giới hạn chảy và mỏi của các loại thép carbon và thép hợp kim) Ta suy ra được:  0, 78

 hệ số tăng bền bề mặt (tra đồ thị 2.7 – trang 41) – với b 1200MPa& đường 2 (mài tinh) Ta suy ra được:  0,9

[s] = 2 và KL = 1

K hệ số tập trung ứng suất (tra bảng 10.5  10.8 – trang 360/361/362) Với đây là trường hợp trục có lắp bánh răng có rãnh then (theo hình 10.18 – trang 360 => đó là hình a  tra bảng 10.8 – trang 362) Tra với b 1000 & Rãnh then  K 2,3

Thay tất cả vào công thức (2), ta được:

  450 0, 78 0,9

1 68, 67

2 2,3

F

Bài 2: Bánh răng trụ răng thẳng 1 (bánh dẫn) truyền chuyển động và công suất cho các bánh răng bị dẫn

2, 3, 4 như hình Tải trọng tác dụng lên bánh dẫn 1 trong một chu kỳ thay đổi theo bậc Các bánh răng được chế tạo từ thép hợp kim được thấm than có cùng độ rắn bề mặt 64HRC Số vòng quay bánh dẫn không đổi n1 = 420 vg/ph, bộ truyền làm việc 6000h Hãy xác định:

a) Số chu kỳ làm việc tương đương NHE, hệ số KHL của bánh dẫn

b) Ứng suất tiếp xúc cho phép  H của bánh dẫn

Giải bài 2:

Tải trọng thay đổi theo bậc

Bánh răng chế tạo từ thép hợp kim được thấm than có cùng độ rắn bề mặt 64HRC = 640HB

n1 = 420 vg/ph (không đổi)

Trang 3

3

4

i

T



 (1) – với c = 3 (số lần ăn khớp của bánh dẫn trong 1 vòng quay) (công thức 6.36 – trang 221)

Với T1 = T; T2 = 0,7T; T3 = 0,4T; T4 = 0,2T  Tmax = T

Ta có: tck = 60s

6000 6000 1500

60

ck

t t t t

t

n1 = n2 = n3 = n4 = 420 vg/ph

Do đây là ứng suất tiếp xúc nên ta có m’ = 3

Thay vào công thức (1), ta được:

3

1 1

60

60 3 420 1500

HE

T

cn t

0, 2T

T



8

1, 605.10

Để xác định KHL, ta phải xác định NH0:

30 30 640 1, 629.10

HO

Vì NHE < NHO nên KHL được xác định bằng công thức sau:

m

HL

HE

N

K

N

 (công thức 6.34 – trang 220) (3)

Với mh là bậc của đường cong mỏi, có giá trị bằng 6

Từ đó, theo (3), ta được:

8 6

8

1, 629.10

1, 00248

1, 605.10

HL

2 Ứng suất tiếp xúc cho phép  H của bánh dẫn được xác định theo công thức:

  0 lim

0,9 HL

H

K s

  (4) (công thức 6.33 – trang 220)

Với bánh răng chế tạo từ thép hợp kim được thấm than  0Hlim 25HRC (tra bảng 6.13 – trang 220)

sH là hệ số an toàn (tra bảng 6.13 – trang 220)  sH = 1,2

Từ đó, theo (4), ta được:

  0,9 1, 00248

1, 2

H

Bài 3: Trục bậc chịu uốn có bán kính góc lượn r = 4mm, đường kính d = 60mm, bề mặt mài tinh Ứng

suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng Tải trọng thay đổi theo bậc như hình, số vòng quay trục n = 200 vg/ph Vật liệu trục là thép 45, giới hạn bền b 600MPa, giới hạn mỏi uốn 1F 250MPa Trục làm việc trong 3 năm, mỗi năm làm việc 300 ngày, mỗi ngày làm việc 8 giờ Hệ số an toàn [S] = 1,75 Chỉ số

mũ m = 6 Hãy xác định:

a) Số chu kỳ làm việc tương đương NLE Cho trước số chu kỳ cơ sở N0 = 5.106, hãy xác định hệ số tuổi thọ KL

b) Ứng suất uốn cho phép   của trục

Trang 4

Giải bài 3:

Bán kính góc lượn r = 4mm; đường kính d = 60mm, bề mặt mài tinh

Ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng

n = 200 vg/ph

Thép 45

600

b

  MPa; 1F 250 MPa

L = 3 năm, mỗi năm làm việc 300 ngày, mỗi ngày làm việc 8 giờ

[S] = 1,75; m = 6; N0 = 5.106

1 Số chu kỳ làm việc tương đương NLE:

' 4

60

m i

i

T



tck = 100s

T1 = T; T2 = 0,8T; T3 = 0,3T; T4 = 0,6T  Tmax = T

8

24

ng

365

n

Ta được:

.24 .365 24 365 3 7200

24 365

L K K L      h

Theo hình trên, ta xác định được:

20 20

7200 1440 100

h

ck

t

30 30

7200 2160 100

h

ck

t

Do trục quay không đổi nên n1 = n2 = n3 = n4 = 200 vg/ph

m = 6

Theo (1), thì ta được:

3

60

0,8

LE

T

7

2,53.10

Trang 5

5

2 Ứng suất uốn cho phép   của trục được xác định theo công thức:

   lim

L K

s K



  

Do ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng nên lim1F 250 MPa

Với  tra đồ thị 2.6 – trang 40 với 2 thông số tra là d = 60mm & đường số 2   0, 78

 tra đồ thị 2.7 – trang 41 với 2 thông số tra là b 600 MPa & đường số 2   0,95

KL = 1

[s] = 1,75

K tra bảng 10.5 – trang 360 với 3 thông số tra là (70 60) / 2 1, 25

4

t r



  (tra với t/r = 1) & 4

0, 07

60

r

d   & b 600 MPa  K 1, 65

Theo (2), ta được:

   lim 250 0, 78 0,95

1 64,16

1, 75 1, 65

L K

s K



  

Bài 4: Chi tiết trục có đường kính d = 80mm, trục có rãnh then, chịu ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ

đối xứng Tải trọng thay đổi theo bậc như hình Số chu kỳ làm việc cho đến khi hỏng là NL = 5.105 chu

kỳ Vật liệu chế tạo trục là thép Carbon có độ rắn bề mặt 220HB Bề mặt trục được mài bóng Giới hạn bền của vật liệu b 700MPa Hệ số an toàn cho phép [s] = 2 Số chu kỳ cơ sở của vật liệu là N0 = 4.106 chu kỳ Xác định ứng suất mỏi uốn cho phép của vật liệu

Giải bài 4:

d = 80mm, trục có rãnh then; ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng

Số chu kỳ làm việc cho đến khi hỏng là NL = 5.105

Thép Carbon có độ rắn bề mặt 220HB; mài bóng

700

b

  MPa; [s] = 2; N0 = 4.106

Do trục chịu ứng suất uốn và vật liệu có độ rắn bề mặt 220HB  m = 6 (vì HB < 350)

Ta tìm được hệ số tuổi thọ KL của trục:

6

5

4.10

1, 4142 5.10

m

L

N

K

N

Ứng suất mỏi uốn cho phép của vật liệu (giòn) được xác định theo công thức:

   lim

L

K

s K



  

Trang 6

Do ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng, ta có:

lim 1F 0, 4 0,5 b

Chọn lim 0, 4 700 280 MPa



 tra đồ thị 2.6 – trang 40 với 2 thông số d = 80mm & đường số 2   0, 75

 tra đồ thị 2.7 – trang 41 với 2 thông số b 700 MPa & đường số 1   1

KL = 1,4142

[s] = 2

K tra bảng 10.8 – trang 362 với 2 thông số b 700 MPa & rãnh then  K 1,9

Vậy theo (1), ta có:

   lim 280 0, 75 1

1, 4142 78,15

2 1,9

L K

s K



  

Bài 5: Trục tâm quay có đường kính d = 40mm, ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng Vật liệu

trục – thép hợp kim 40Cr (b 1000MPa và 1F 500MPa) Bề mặt trục được mài tinh Tại tiết diện nguy hiểm (có moment uốn lớn nhất) được lắp bánh răng có rãnh then Số vòng quay của trục n = 150 vg/ph, thời gian làm việc tính toán 3 năm, hệ số thời gian làm việc trong năm Kn = 0,66; hệ số thời gian làm việc trong ngày Kng = 0,33 Hệ số an toàn [s] = 2 Chỉ số mũ đường cong mỏi m = 9 Tải trọng thay đổi theo bậc như hình vẽ Hãy xác định:

a) Số chu kỳ làm việc tương đương NLE, hệ số tuổi thọ KL của trục, biết rằng số chu kỳ cơ sở N0 = 5.106

b) Ứng suất uốn cho phép  F của trục

Giải bài 5:

d = 40mm; ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng

Thép hợp kim 40Cr (b 1000MPa và 1F 500MPa)

Mài tinh; lắp bánh răng có rãnh then

n = 150 vg/ph; Lh = 3 năm

Kn = 0,66; Kng = 0,33; [s] = 2; m = 9; N0 = 5.106

1 Số chu kỳ làm việc tương đương NLE, được tính như sau:

' 2

60

m i

i

T



T1 = T; T2 = 0,4T Tmax = T

Do đề không nói gì thêm, nên ta có n

Trang 7

7

1

0,3

ck

t

ck

t

Với L h K ng.24.K n.365.L0,33 24 0, 66 365 3    5723,8h

1 0,3 h 1717,14

t  L  h; t2 0, 7L h 4006, 66h

0, 4

LE

7

1,55.10

Do NLE = 1,55.107 > N0 = 5.106  KL = 1

2 Ứng suất cho phép  F của trục được xác định theo công thức sau:

   lim

s K



  

Do ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng nên lim 1F 500 MPa (tham khảo thêm trang 40 – SGK)



 là hệ số kích thước (tra đồ thị 2.6 – trang 40) – với d = 40mm & đường 2 (giới hạn chảy và mỏi của các loại thép carbon và thép hợp kim) Ta suy ra được:  0,825

[s] = 2 và KL = 1

  500 0,825 0,9

1 80, 71

2 2,3

F

Bài 6: Trục tâm quay có đường kính d = 50mm, ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng Vật liệu

trục – thép hợp kim 40Cr (b 1000MPa và 1F 500MPa) Bề mặt trục được mài tinh Tại tiết diện nguy hiểm (có moment uốn lớn nhất) được lắp bánh răng có rãnh then Số vòng quay của trục n = 200 vg/ph, thời gian làm việc tính toán 3 năm, hệ số thời gian làm việc trong năm Kn = 0,66; hệ số thời gian làm việc trong ngày Kng = 0,33 Hệ số an toàn [s] = 1,8 Chỉ số mũ đường cong mỏi m = 9 Tải trọng thay đổi theo bậc như hình vẽ Hãy xác định:

a) Số chu kỳ làm việc tương đương NLE, hệ số tuổi thọ KL của trục, biết rằng số chu kỳ cơ sơ N0 = 5.106

b) Ứng suất uốn cho phép  F của trục, cho biết hệ số  0,80

Trang 8

Giải bài 6:

d = 50mm; ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng

Thép hợp kim 40Cr (b 1000MPa và 1F 500MPa)

Mài tinh; lắp bánh răng có rãnh then

n = 200 vg/ph; Lh = 3 năm

Kn = 0,66; Kng = 0,33; [s] = 1,8; m = 9; N0 = 5.106;  0,80

1 Số chu kỳ làm việc tương đương NLE, được tính như sau:

' 2

60

m i

i

T



T1 = T; T2 = 0,7T Tmax = T

Do đề không nói gì thêm, nên ta có n1 = n2 = 200 vg/ph

Cũng từ biểu đồ trên ta có, ta xác định được t1 và t2

1

20 1

60 h 3 h

t  L  L ; 2 40 2

60 h 3 h

t  L  L (*) Với L h K ng.24.K n.365.L0,33 24 0, 66 365 3    5723,8h

1

1907,93

3 h

t  L  h; 2 2 3815,87

3 h

t  L  h

0, 7

LE

7

2, 47.10

Do NLE = 2,47.107 > N0 = 5.106  KL = 1

2 Ứng suất cho phép  F của trục được xác định theo công thức sau:

   lim

s K



  

Do ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng nên lim 1F 500 MPa (tham khảo thêm trang 40 – SGK)

Trang 9

9

[s] = 1,8 và KL = 1

  500 0,8 0,9

1 86,96 1,8 2,3

F

Định dạng
Số trang	9
Dung lượng	388,61 KB