GV: ThS.. CÁC CHI TIẾT LIÊN KẾT ... Khái niệm chung ... Giới thiệu về trục... Phân loại trục... Kết cấu và vật liệu trục ... Tính toán thiết kế trục ... Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính to[r]
(1)TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ
BÀI GIẢNG
THIẾT KẾ MÁY
Bậc Đại học ngành Cơng nghệ Kỹ thuật Cơ khí
GV: ThS ĐỖ MINH TIẾN (CB) GV: ThS NGUYỄN HOÀNG LĨNH
(2)i
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
PHẦN III CÁC CHI TIẾT LIÊN KẾT
Chương TRỤC
8.1 Khái niệm chung
8.1.1 Giới thiệu trục
8.1.2 Phân loại trục
8.1.3 Kết cấu vật liệu trục
8.2 Tính tốn thiết kế trục
8.2.1 Các dạng hỏng tiêu tính tốn
8.2.2 Tính tốn trục độ bền
8.2.3 Tính trục độ cứng 11
CÂU HỎI ÔN TẬP 17
Chương Ổ LĂN 18
9.1 Khái niệm chung 18
9.1.1 Giới thiệu ổ lăn 18
9.1.2 Phân loại ổ lăn 18
9.1.3 Độ xác chế tạo ổ lăn 20
9.1.4 Các loại ổ lăn thường dùng 20
9.2 Lực ứng suất ổ lăn 21
9.2.1 Sự phân bố lực lăn 21
9.2.2 Ứng suất tiếp xúc ổ lăn 23
9.3 Tính chọn ổ lăn 24
9.3.1 Các dạng hỏng ổ lăn tiêu tính tốn 24
9.3.2 Tính ổ lăn theo khả tải động 25
9.3.3 Tính ổ lăn theo khả tải tỉnh 36
CÂU HỎI ÔN TẬP 37
(3)ii
10.1 Khái niệm chung 38
10.1.1 Giới thiệu Ổ khớp nối 38
10.1.2 Các loại khớp nối 38
10.1.3 Các kích thước chủ yếu khớp nối 39
10.2 Tính chọn khớp nối 39
10.2.1 Phương pháp tính chọn khớp nối 39
10.2.2 Tính nối trục chốt đàn hồi 40
10.2.3 Tính ly hợp chốt an toàn 43
CÂU HỎI ÔN TẬP 44
PHẦN IV CÁC MỐI GHÉP CHI TIẾT MÁY 45
Chương 11 MỐI GHÉP ĐINH TÁN 45
11.1 Khái niệm chung 45
11.1.1 Giới thiệu mối ghép đinh tán 45
11.1.2 Phân loại mối ghép đinh tán 45
11.1.3 Các kích thước chủ yếu mối ghép 48
11.2 Tính mối ghép 48
11.2.1 Các dạng hỏng tiêu tính tốn 48
11.2.2 Tính mối ghép chịu lực ngang 50
11.2.3 Tính mối ghép 51
11.2.4 Hệ số độ bền mối ghép 53
11.2.5 Ứng suất cho phép 55
CÂU HỎI ÔN TẬP 55
Chương 12 MỐI GHÉP HÀN 56
12.1 Khái niệm chung 56
12.1.1 Giới thiệu mối ghép hàn 56
12.1.2 Các loại mối hàn 57
12.1.3 Các kích thước chủ yếu mối ghép 59
(4)iii
12.3 Tính mối hàn chồng 62
12.3.1 Tính mối hàn chồng chịu lực kéo nén dọc theo ghép 62
2.3.2 Tính mối hàn chồng chịu moment uốn mặt phẳng ghép 65
12.3.3 Tính mối hàn chồng chịu lực moment uốn mặt phẳng ghép 67
12.4 Tính mối hàn góc 68
12.5 Tính mối hàn tiếp xúc 70
CÂU HỎI ÔN TẬP 71
Chương 13 MỐI GHÉP ĐỘ DÔI 72
13.1 Khái niệm chung 72
13.1.1 Giới thiệu mối ghép độ dôi 72
13.1.2 Phương pháp lắp để tạo mối ghép độ dôi 73
13.1.3 Các kích thước chủ yếu mối ghép 74
13.2 Tính mối ghép độ dơi 74
13.2.1 Các dạng hỏng tiêu tính tốn 74
13.2.2 Tính mối ghép độ dơi chịu mơ men xoắn 78
CÂU HỎI ƠN TẬP 84
Chương 14 MỐI GHÉP THEN VÀ THEN HOA 85
14.1 Mối ghép then 85
14.1.1 Giới thiệu mối ghép then 85
14.1.2 Kích thước mối ghép then 85
14.1.3 Tính mối ghép then 87
14.2 Mối ghép then hoa 88
14.2.1 Giới thiệu mối ghép then hoa 88
14.2.2 Kích thước mối ghép then hoa 89
14.2.3 Tính mối ghép then hoa 91
CÂU HỎI ÔN TẬP 92
Chương 15 MỐI GHÉP REN 93
(5)iv
15.1.1 Giới thiệu mối ghép ren 93
15.1.2 Các chi tiết máy dùng mối ghép ren 93
15.1.3 Các kích thước chủ yếu mối ghép ren 94
15.1.4 Các kí hiệu lắp ghép 95
15.1.5 Sự nới lỏng phương pháp phòng lỏng 96
15.2 Tính mối ghép ren 98
15.2.1 Các dạng hỏng mối ghép ren tiêu tính tốn 98
15.2.2 Tính bu lơng ghép lỏng chịu lực dọc trục 99
15.2.3 Tính bu lơng xiết chặt, khơng có ngoại lực tác dụng 100
15.2.4 Tính bu lơng xiết chặt, chịu ngoại lực tác dụng ngang 100
15.3 Tính mối ghép nhóm bu lơng 101
15.4 Xác định ứng suất cho phép 107
CÂU HỎI ÔN TẬP 107
(6)-1-
LỜI NÓI ĐẦU
Thiết kế máy 2 môn học nội dung ngành Cơng nghệ Kỹ thuật Cơ khí Nhằm trang bị cho sinh viên đại học kiến thức cần thiết ứng dụng kĩ thuật tính tốn chi tiết thơng dụng lĩnh vực khí Mục đích để nâng cao trình độ kĩ thuật, bảo quản trang thiết bị, đồng thời phục vụ cho việc tiếp thu môn học chuyên ngành
Nội dung giảng có dung lượng 30 tiết, gồm hai phần: Các chi tiết liên kết gồm trục, ổ lăn khớp nối
Các mối ghép chi tiết máy gồm mối ghép đinh tán, mối ghép hàn, mối ghép
độ dôi, mối ghép then then hoa mối ghép ren.
Trong trình giảng dạy, tuỳ theo yêu cầu cụ thể Giảng viên cập nhật thêm dạng tập ứng dụng thực tế chương cho phù hợp
Bài giảng trình bày phần cốt lõi giúp tính tốn mối ghép chọn chi tiết liên kết dùng cho ngành khí, giúp người đọc thơng thạo kí hiệu ren, ổ lăn, liên kết với môn sức bền vật liệu để vẽ biểu đồ nội lực, tính tốn trục, kiểm nghiệm bền cho mối ghép làm quen với trình tự thiết kế chi tiết máy Bài giảng sử dụng cho đối tượng sinh viên học Thiết kế máy 1, kỹ sư ngành Cơ khí, người thiết kế máy, Bài giảng biên soạn nguyên tắc ngắn gọn, dễ thực hành theo hình ảnh minh họa, cho người tự học làm tài liệu tham khảo để sinh viên nhanh chóng hồn thành Đồ ánThiết kế máy
Tác giả xin chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp đồng nghiệp, em sinh viên để giảng hồn thiện Mọi ý kiến đóng góp, phê bình thắc mắc xin gửi địa chỉ:dmtien@pdu.edu.vn nhlinh@pdu.edu.vn
Khoa Kỹ thuật Công nghệ, Trường Đại học Phạm Văn Đồng, 509 Phan Đình Phùng, TP Quảng Ngãi
Quảng Ngãi, 5/2017
Nhóm tác giả
ThS Đỗ Minh Tiến
(7)-2-
PHẦN III CÁC CHI TIẾT LIÊN KẾT Chương TRỤC
8.1 Khái niệm chung 8.1.1 Giới thiệu trục
Trục chi tiết máy để đỡ chi tiết quay bánh răng, đĩa xích, truyền mơmen xoắn thực hai nhiệm vụ
8.1.2 Phân loại trục
Trục phân loại theo đặc điểm tải trọng, theo hình dạng đường tâm trục, theo cấu tạo trục
a) Theo đặc điểm chịu tải trọng
- Trục truyền: chịu đồng thời hai mơmen uốn mơmen xoắn Trục truyền gồm có:
+ Trục truyền động (mang chi máy truyền động bánh răng, bánh xích, bánh đai, )
+ Trục (ngồi chi tiết truyền động mang phận khác dụng cụ cắt, cánh khuấy, )
- Trục tâm: chịu mơmen uốn có hai loại:
+ Trục tâm không quay chi máy lắp (ví dụ trục xe đạp, xe máy, )
+ Trục tâm quay chi tiết máy
b) Theo hình dạng đường tâm
- Trục khuỷu: biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến ngược lại
- Trục thẳng: có đường tâm trục đường thẳng
- Trục mềm: trục có hình dạng đường tâm trục thay đổi, có độ uốn cong trục lớn
c) Theo cấu tạo trục thẳng
(8)-3-
- Trục bậc: gồm nhiều đoạn trục có đường kính khác (hình 8.1)
- Trục rỗng: đòi hỏi khắt khe khối lượng trục, cần thiết làm lỗ thông qua trục lắp đặt bên trục chi tiết khác
d) Theo tiết diện trục
Gồm có trục trịn, trục then hoa trục định hình 8.1.3 Kết cấu vật liệu trục
a) Kết cấu trục
- Kết cấu trục xác định dựa trên:
+ Trị số phân bố lực tác dụng lên trục + Cách bố trí cố định chi tiết máy trục + Phương pháp gia công, yêu cầu lắp ghép,
- Trục thường chế tạo dạng trục bậc Trục trơn dùng khơng phù hợp với đặc điểm phân bố ứng suất khác theo chiều dài trục lắp ghé khó khăn Khi cần ta phải giảm khối lượng, dùng trục rỗng (tuy nhiên giá thành chế tạo trục rỗng đắt)
- Trục chi tiết bao gồm thành phần sau:
Hình 8.1 Kết cấu trục
(9)-4-
+ Thân trục: dùng để lắp chi tiết máy quay Đường kính thân trục nên lấy theo dãy tiêu chuẩn để thuận lợi cho việc kiểm tra: 15; 16; 17; 18; 19; 20; 21; 22; 24; 25; 26; 28; 30; 32; 34; 36; 38; 40; 42; 45; 48; 50; 52; 55; 60;
+ Đoạn chuyển tiếp: nối liền thân với ngõng trục, không yêu cầu cao độ xác độ bóng
+ Phần định vị (vai, gờ trục ): vị trí thường tập trung ứng suất ảnh hưởng đến sức bền mỏi trục
* Biện pháp nâng cao độ bền mỏi trục
- Về mặt kết cấu: tăng bán kính góc lượn chỗ chuyển tiếp hai bậc trục, đường kính hai đoạn trục kề nên chênh lệch tốt Đối với rãnh then ta nên dùng dao phay đĩa để gia cơng Đối với mối ghép có độ dơi vát mép tăng độ mềm mép moay
- Về mặt công nghệ: dùng phương pháp lăn nén, phun bi để san phẳng nhấp nhô bề mặt; thấm than, thấm xianua sau đem tơi để tăng độ rắn bề mặt; gia công tinh bề mặt trục nhằm làm giảm nhấp nhô
b) Vật liệu chế tạo trục
- Các yêu cầu vật liệu làm trục: + Có độ bền cao;
+ Ít nhạy với ứng suất tập trung;
+ Có thể nhiệt luyện dễ gia cơng
- Các vật liệu thường dùng (chủ yếu thép bon thép hợp kim)
- Đối với trục chịu ứng suất khơng lớn dùng: CT5, C35, C45, C50, .(C45 dùng phổ biến nhất)
- Trường hợp trục chịu ứng suất lớn dùng thép hợp kim 40Cr, 40CrNi, nhiệt luyện cao tần
- Đối với trục quay nhanh lắp với ổ trượt, ngõng trục cần độ rắn cao dùng thép C20, 20Cr, thấm than tơi Nếu trục chịu ứng suất lớn, vận tốc cao dùng 12Cr, Ni2A, 12Cr2Ni4A thấm than
(10)-5-
Bảng 8.1 Cơ tính vật liệu chế tạo trục
8.2 Tính tốn thiết kế trục
Một số quy ước tính tốn trục: Ký hiệu thép Đường kính trục không lớn Độ rắn không nhỏ b MPa ch MPa ch MPa MPa MPa Tỉ số b ch
1
CT51 Bất kỳ 190 510 275 147 216 128 1,85
C20 60 145 392 235 118 167 98 1,67
C35 100 187 510 304 167 255 128 1,68
100 190…240 638 343 206 294 177 1,86 C45 60 240…270 785 540 324 383 226 1,45 40 270…300 883 638 383 432 255 1,38 300 200 220 736 490 294 353 216 1,50 40Cr 100 240…270 785 589 353 392 235
60 270…300 883 736 441 451 275 1,33 300 240…270 785 569 343 392 235 1,20 40CrNi 100 270…300 903 736 441 461 275 1,38 60 300…320 981 785 471 490 294 1,23 40CrMnB 70 270…300 532 834 540 490 324 1,25 45CrZn 80 300 834 608 392 412 265 1,12
20Cr 60 197 638 392 235 304 167 1,37
12CrNi3A 60 260 932 687 481 451 226 1,63 12Cr2Ni4
A
60 300 1079 834 589 530 265 1,36 12Cr2Ni4
A
(11)-6-
- Mặt phẳng chiếu: lực tương tác chi tiết dẫn bị dẫn phân tích thành hình vng góc với Ft , Fr , Fa Do biểu đồ momen uốn xây dựng hai mặt phẳng vng góc
- Lực vòng Ft: tiếp tuyến với vòng lăn hai chi tiết ăn khớp - Lực hướng tâm Fr: hướng từ điểm ăn khớp tới tâm trục - Lực chiều trục Fa: song song với đường tâm trục
8.2.1 Các dạng hỏng tiêu tính tốn
a) Các dạng hỏng:
Các dạng hỏng chủ yếu trục bao gồm: gãy trục, mịn trục, khơng đủ độ cứng (độ võng trục lớn)
Khi trục quay chịu tác dụng momen uốn xoắn thay đổi vết nứt hình thành vị trí chu vi trục
Đối với trục tâm khơng quay, vết nứt hình thành hướng đối diện nghiêng góc khoảng 150 so với phương lực tác dụng
- Gãy trục: trục bị gãy tải mỏi nguyên nhân sau:
+Thường xun làm việc q tải tính tốn không đánh giá đặc điểm trị số trọng tải
+Không đánh giá ảnh hưởng tâp trung ứng suất trục gây nên +Có tập trung ứng suất lớn chất lượng chế tạo xấu
+Sử dụng lắp ráp không kĩ thuật lắp khơng kiểu lắp ghép - Mịn trục: ngõng trục lắp ổ trượt, tính tốn sử dụng sai u cầu kỹ thuật màng dầu bơi trơn khơng hình thành được, sinh ma sát bề mặt làm việc, ngõng trục bị nóng lên lót trục mịn nhanh Trục bị dính, bị xước khả làm việc
- Trục không đủ độ cứng: tác dụng lực tác dụng lên trục , làm trục bị biến dạng , ảnh hưởng đến khả làm việc ổ trục, phá hỏng tiếp xúc bề mặt làm việc chi tiết truyền động… Đối với trục máy gia cơng cắt gọt, làm độ xác độ nhẵn bề mặt gia công
(12)-7-
Bảng 8.2 Các dạng hỏng phổ biến
TT HƯ HỎNG NGUYÊN NHÂN HẬU QUẢ
1 Bề mặt làm việc
của cổ trục bị cào xước
Do dầu có chứa nhiều cặn bẩn, vết cào xước sâu có thể cát kim loại
Làm cho cổ trục bị mòn nhanh, mòn thành gờ
2 Các vị trí cổ
trục, cổ biên bị
mịn cơn và
ơvan
- Do ma sát bạc cổ trục
- Chất lượng dầu bôi trơn kém, dầu có chứa nhiều tạp chất
- Do bạc bị mòn
- Do lực khí cháy thay đổi theo chu kỳ
- Do làm việc lâu ngày
- Làm tăng khe hở lắp ghép sinh va đập quá trình làm việc
.- Làm tăng khe hở cổ trục cổ biên dẫn tới giảm áp suất dầu bôi trơn
3 Trục bị bó cháy
lớp kim loại trên bề mặt làm việc
- Do khe hở lắp ghép trục bạc nhỏ, thiếu dầu bôi trơn, tắc đường dẫn dầu lỗi chế tạo
Làm giảm tuổi thọ trục khuỷu bạc Nếu lặng phá hỏng chi tiết trục khuỷu
4 Cổ trục bị cong,
xoắn
- Do lọt nước vào buồng cháy, kích nổ do cố piston truyền .- Do làm việc lâu ngày .- Do tháo, lắp không kỹ thuật
- Làm cho piston chuyển động xiên xilanh gây tượng mịn
và ôvan cho xilanh,
piston
5 Trục bị nứt,
gãy
- Do tượng kích nổ., sự cố piston truyền gây ra., vật liệu chế tạo không đảm bảo yêu cầu., tháo lắp không kỹ thuật
- Làm phá hỏng trục khuỷu., phá hỏng động cơ
b) Chỉ tiêu tính:
(13)-8-
- Đối với trục không quay ứng suất sinh không đổi ta tính theo độ bền tĩnh Dạng hư hỏng chủ yếu trục quay nhanh phá hủy mỏi, ta phải tính tốn chúng theo độ bền mỏi Đối với trục quay chậm, tính tốn theo độ bền mỏi mà cịn phải tính toán theo độ bền tĩnh để tránh tải Do đó, tính tốn thiết kế trục để xác định sơ đường kính kết cấu trục theo ứng suất cho phép, sau phải tính tốn kiểm nghiệm hệ số an toàn
- Ngoài ra, để chi tiết lắp với trục làm việc bình thường, ta phải tính chúng theo độ cứng Đối với trục quay nhanh, ta cịn phải tính tốn dao động trục
Các đại lượng tải trọng cho trước momen xoắn T, momen uốn Mx, My, ảnh hưởng lực kéo nén không đáng kể nên ta bỏ qua
8.2.2 Tính tốn trục độ bền
Chỉ tiêu quan trọng phần lớn trục độ bền, độ cứng trục quay nhanh ổn định dao động
Tính thiết kế trục độ bền bao gồm bước sau đây: chọn vật liệu trục, xác định ứng suất cho phép, tính sơ đường kính trục, tính gần đương kính đoạn trục, kiểm nghiệm trục bền mỏi, kiểm nghiệm trục q tải
Có bước tính tốn: - Tính sơ - Tính gần - Tính kiểm nghiệm
a) Tính sơ trục:
Tính tốn thiết kế hay tính sơ giai đoạn ta xác định đường kính trục tiết diện nguy hiểm, đồng thời thiết kế kết cấu trục
- Tính theo cơng thức kinh nghiệm:
Chỉ xét tác dụng momen xoắn Tx lúc chiều dài trục chưa xác định nên chưa tìm momen uốn
+ Đối với đường kính đầu trục vào hộp giảm tốc lấy (0.8÷ 1.2) đường kính trục động điện: d1 = (0.8÷ 1.2).dđộng
(14)-9-
- Tính theo điều kiện bền xoắn: Dưới tác dụng momen xoắn:
6
x
9.55 10 N
T N.mm
n
Trong trục sinh ứng suất xoắn:
x x
3
T T
W 10 d
Điều kiện bền xoắn : x x
T T
W 10 d
(8-1)
Trong : Tx ( N.mm): momen xoắn trục
[τ] = 20 ÷ 35 ( N.mm2 ): ứng suất cho phép Thay giá trị Tx vào cơng thức 8-1 ta có
6
3
9.55 10 N 9.55 10 N d
n 0.2 d n 0.2
Đặt
6
3
3 9.55 10 N
C d
0.2 n
C (8-2) Trong : W (N.mm)0 : momen cản xoắn trục
d (mm) : đường kính trục
N (kW ) : công suất truyền qua trục n (vòng/phút) : số vòng quay phút trục [τ] (N/mm2) : ứng suất xoắn cho phép
Hệ số C chọn sau:
C = 130 ÷ 110 với [τ] = 20 ÷ 30 (N/mm2 )đối với trục vào hộp giảm tốc C = 160 ÷ 150 với [τ] = 12 ÷ 15(N/mm2 ) tiết diện nguy hiểm trục
b) Tính gần :
(15)-10-
Xác định tải trọng tác dụng lên trục: Để tính tốn đường kính trục ta cần xây dựng biểu đồ ứng lực toàn chiều dài trục muốn ta phải xác định ngoại lực tác dụng lên trục lực ăn khớp cặp bánh lắp lên trục
Cơng thức tính lực ăn khớp cho bảng 8.3, ý góc β góc nghiêng (với bánh trụ thẳng góc β = 0)
Bảng 8.3 Lực ăn khớp
Lực ăn khớp Bánh nhỏ(bánh dẫn ) Bánh lớn( bánh bị dẫn) Lực vòng
1 t1
1
2 T F
d
t
2
2 T F
d
Lực hướng tâm
r1 t1
tg F F
cos
r t
tg F F
cos
Lực dọc trục
a1 t1
F F tg Fa 2 Ft 2 tg
Trong đó:
1
T (N.mm); T (N.mm) : Momen cản xoắn trục 1,
1
d (mm); d (mm) : Đường kính trục
N (kW) : Cơng suất trục
: Góc nghiêng
: Góc ăn khớp tiếp diện pháp tuyến Lưu ý:
- Lực tác dụng ăn khớp truyền bánh trụ nghiên chẳng
hạn, bao gồm: lực vòng Ft , lực hướng tâm Fr , lực dọc trục Fa , coi tập trung
tại tâm ăn khớp đặt điểm bề mặt bánh Khi dời tâm trục ,lực Ft
tương đương với lực Ft đặt tâm trục momen xoắn T, lực Fa tương đương
với lực Fa đặt tâm trục momen uốn Mu
- Đối với truyền đai/xích, lực tác dụng Fr lên trục lực căng đai/xích tạo
(16)-11-
8.2.3 Tính trục độ cứng
a) Độ cứng uốn:
Trục có độ võng gây nên phân bố không tải trọng theo chiều rộng vành răng, góc xoay lớn làm kẹt lăn ổ Do đó, điều kiện để đảm bảo độ cứng uốn là: f ≤ [f], θ ≤ [θ],trong [f] [θ] độ võng góc xoay cho phép
Hình 8.2 Độ võng góc xoay trục
+ Các cơng thức tính độ võng f góc xoay θ sơ đồ đơn giản; + Gía trị [f] [θ] phụ thuộc vào yêu cầu kết cấu, cho trước
b) Độ cứng xoắn:
Trong đa số trường hợp độ cứng xoắn khơng có ý nghĩa quan trọng khơng cần tính tốn Tuy nhiên lại có ý nghĩa đặt biệt quan trọng cấu phân độ, máy phay chuyển vị góc làm giảm độ xác chế tạo Chuyển vị góc bánh liền trục trục then hoa làm tăng phân bố không tải trọng theo chiều rộng vành
0
T l G J
(8-3)
: Góc xoắn cho phép (rad)
G : Môđun đàn hồi trượt thép (MPa) Jo : Moment quán tính độc cực (mm4)
l : Chiều dài tính tốn trục (mm) 8.3 Trình tự thiết kế trục
Ta tính tốn thiết kế trục theo trình tự sau:
- Chọn vậtt liệu chế tạo trục tra giá trị giới hạn bền b, giới hạn chảy ch
(17)-12- - Tính chọn ứng suất uốn cho phép [ơ]
- Xác định lực tác dụng lên trục từ chi tiết máy lắp
- Nếu chưa biết kích thước theo chiều dài trục ta tính tốn sơ đường kính trục
- Cịn kích thước theo chiều dài trục ta biết trước ta bỏ qua giai doạn
- Thiết kế sơ kết cấu trục, chọn kích thước trục theo chiều dài trục -Vẽ biểu đồ mômen xoắn uốn, tìm tiết diện nguy hiểm
- Sau tính tốn đường kính trục tiết diện nguy hiểm - Kiểm nghiệm trục theo hộ số an toàn
- Kết hợp với tính tốn ổ trục để định lần cuối kết cấu trục - Kiểm tra trục tải, kiểm tra độ bền dập then then hoa
- Đối với trục quan trọng, ta cần phải kiểm tra trục theo độ cứng, độ ổn định dao động
Ví dụ 8.1
Thiết kế trục bị dẫn (trục 2) hộp giảm tốc cấp bánh trụ nghiêng, truyền chuyển động từ bánh trục sang bánh trục
Cho biết: Mômen xoắn cần truyền T=515617,7 Nmm; vật liệu trục thép C45 Các thành phần lực Ft2=3437,45 N.mm; Fa2=1161,51 N.mm; Fr2=1286,04 N.mm Các thông số: khoảng cách c=c1=69 mm; N2 = 6,52 kW; n2 = 120,76 (vg/ph); [σ]=50 N/mm2; đường kính bánh d
c2=300 mm
Hãy: Tính tốn, thiết kế trục
(18)-13-
Giải:
Đầu trục trục lắp khớp nối nên chọn khớp nối trước theo trị số mô men xoắn để đơn giản phép tính ta bỏ qua lực vịng khớp nối
Việc tính tốn trục gồm bước sau:
1 Tính đường kính sơ trục:
Với N2 = 6,52 kW; n2 = 120,76 (vg/ph)
6, 52
120 45, 35( ) 120, 76
d mm
Chọn d2= 50 (mm)
2 Tính gần trục:
a) Tính phản lực gối đỡ:
(19)-14-
Ta có phương trình cân theo phương Y
Cy Dy r
y R R F
(1)
2
1
0
a c
D Cy r
F d
M R cc F c
(2)
2
2
1
1161, 51.300
1286, 04.69
2
(2) 619, 5( )
69 69 a c r CY F d F c R N c c
(1)RDY Fr RCY 1286, 04619, 51905, 5(N) Phương trình cân theo phương X
X RCx RDx Ft2 0 (3) MD RCx(cc1)F ct2 0 (4)
) ( 72 , 1718 69 69 69 45 , 3437 ) ( 1 N c c c F R t Cx ) ( 73 , 1718 72 , 1717 45 , 3437 )
( RDx Ft2RCx N b) Vẽ biểu đồ mô men:
Dựa vào biểu đồ mô men ta thấy tiết diện nguy hiểm mặt cắt (2-2) mm
N M
M
Mu uy2 ux2 (118591,68)2(131479,5)2 177061,69
Đường kính trục tiết diện 2-2 tính theo cơng thức:
3
3 ( )
0,1 td M d mm
Với mơ men tương đương tính:
2 0, 75. 177061, 692 0, 75.515617, 72 480361, 3( . )
td u z
M M M N mm
mm
M
d td 45,8
50 , , 480361 , 3
2
Chọn d2-2 = 50 (mm), trục có gia cơng rãnh then nên đường kính trục
(20)-15-
Với kích thước chủ yếu tìm với số liệu ban đầu đề cho, tiến hành vẽ cấu tạo trục, sau kiểm nghiệm hệ số an tồn trục (tính xác trục)
3 Tính xác trục:
Kiểm nghiệm hệ số an toàn trục tiết diện nguy hiểm theo công thức 5 1
120 2 . n n n n n n Trong đó: . . a m
n k
Hệ số an toàn xét cho ứng suất pháp riêng
a m
n k
Hệ số an toàn xét riêng cho ứng suất tiếp [n] = 1,52,5: Hệ số an toàn cho phép
Vì trục quay nên ứng suất pháp (uốn)biến đổi theo chu kỳ đối xứng:
ax min
w u
a m
M
; m=
Hệ số =1: Hệ số tăng bền
Bộ truyền làm việc chiều nên ứng suất tiếp(xoắn) biến đổi theo chu kỳ
mạch động : ax
0 2 m z a m M W
* Tại tiết diện 2-2:
Đường kính trục d = 50 (mm), tra bảng 3 122
ta có:
W = 10650 (mm3) W0 = 22900 (mm3) b x h = 16 x 10 (mm2)
2
177061, 69