2.3.3 .Tính tốn thiết kế trục
2.3.3.1 .Chọn vật liệu
2.3.3.2. Xác định sơ bộ đường kính trục
Mục đích: Tìm ra đường kính sơ bộ của trục, chọn được ổ bi có kích thước phù hợp, qua đó xác định được chiều dày các đoạn trục, nhất là các điểm đặt lực. Đồng thời để từ đó ta có thể phác thảo được sơ bộ đường kính trục
Ta xét sơ bộ trong trường hợp trục chỉ chịu xoắn thuần t: Ta có cơng thức ứng suất xoắn:
τ = ≤ [τ] => d ≥ Trong đó: M: Mơmen xoắn (Nm) Ta có M = 7.28.103 ( Nmm) 3 0 0,2.d M W M 3 ] .[ 2 , 0 M
SV: Nguyễn Đăng Quyết, Thạch Văn Thức, Đồng Quốc Ngọc Lớp: Động cơ-K51
91
W0: Mômen chống xoắn W0 = 0,2.d3 d: Đường kính trục.
[τ] : ứng suất xoắn cho phép.
Với vật liệu là thép 20CrNi3A thì ứng suất xoắn cho phép là [τ] = 74( MPa) Từ đó ta có: d ≥ 3 3 7, 28.10 0, 2.74 = 22 (mm)
Vậy ta chọn sơ bộ đường kính trục là 22 mm . Kiểm nghiệm bền trục theo độ bền mỏi
Khi xác định đường kính trục ở trên ta chưa xét tới một số yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi của trục như đặc tính thay đổi chu kì ứng suất, sự tập trung ứng suất, yếu tố kích thước, chất lượng bề mặt … Vì vậy ta cần tiến hành kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi có kể đến các yếu tố vừa nêu.
Kết cấu trục được thiết kế đảm bảo được độ an toàn tại cáo tiết diện nguy hiểm thoả mãn điều kiện sau:
SJ = ≥ [S]
Trong đó:
[S] : Hệ số an toàn cho phép. Thường lấy [S] = 1,5 - 2,5
Sσj và Sτj: Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp và hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp tại tiết diện j .
Sσj =
Sτj =
Với: σ-1, τ-1: Là giới hạn mỏi và xoắn chu kì đối xứng. Có thể láy gần đúng
σ-1 = 0,436.σb τ-1 = 0,58. σ-1,
Vật liệu làm trục là 20CrNi3A có thấm cácbon, nên có σb = 1000(MPa) 2 2 . j j j j S S S S mj aj dj K . . 1 mj aj dj K . . 1
SV: Nguyễn Đăng Quyết, Thạch Văn Thức, Đồng Quốc Ngọc Lớp: Động cơ-K51
92
σ-1 = 0,436.1000 = 436 (MPa) τ-1 = 0,58. 436 = 252,88 (MPa)
σaj, τaj, σmj, τmj: Là biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp tịa tiết diện thứ j.
σaj = maxj ,σmj = 0
Khi trục quay 2 chiều ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì đối xứng do đó: τmj = 0 , τaj = τmaxj = Tj / W0j
Với Tj: Là mômen xoắn tại tiết diện j.
W0j: Là mômen chống xoắn tại tiết diện j.
ψσ , ψτ: Hệ số kể đến ảnh hưởng của các trị số ứng suất trung bình đến độ mỏi.
Tra bảng 10.7 [5]; ψσ = 0,1 ψτ = 0,05
Kσdj , Kτdj: Là hệ số được xác định theo công thức: Kσdj = ( Kσ/εσ + Kx -1 )/Ky Kτdj = ( Kτ/ετ + Kx -1 )/Ky
Trong đó: Kx: Hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt, phụ thuộc vào Phương pháp gia công và độ nhẵn bề mặt.
Tra bảng 10.8 [5] ta có: Kx = 1,18
Ky: Hệ số tăng bền bề mặt trục, phụ thuộc vào phương pháp tăng bền bề mặt, cơ tính vật liệu.
Tra bảng 10.9 [5] ta có: Ky = 1,8
Ta kiểm tra độ bền mỏi tại một số tiết diện của trục
Theo bản bản vẽ hộp số tự động, trục có khoan lỗ dầu, do đó cơng thức tính mơmen chống uốn như sau:
W0 = ( π.ξ.d3/16)(1-d0/dj)
Nhưng vì đường kính lỗ khoan rất nhỏ so với đường kính trục, nên ta có thể tính gần đúng theo công thức:
W0 = ( π.ξ.d3/16)
SV: Nguyễn Đăng Quyết, Thạch Văn Thức, Đồng Quốc Ngọc Lớp: Động cơ-K51
93
d: Đường kính trục d0: Đường kính lỗ khoan.
Giá trị mơmen chống uốn tại tiết diện nguy hiểm trên trục ra hộp số: Tiết diện lắp với bánh răng mặt trời S .
Theo công thức ta có giá trị mơmen chống uốn tại các tiết diện được lập thành bảng sau:
Tiết diện
ĐườngKính(mm) 22
W0 (mm3) 15524
Sau khi tính được các giá trị, lập thành bảng trị số hệ số an toàn:
Bảng 2.3: Bảng trị số an toàn Tiết diện d (mm ) Kσ/ε σ Kτ/ετ τa a Kτdj Kσdj Sτ Sσ S 22 2,21 2,12 25,5 51 1,32 1,28 6,68 7,52 5 Có [S] = 1,5 .. 2,5 các trục đều thỏa mãn an toàn về mỏi .
SV: Nguyễn Đăng Quyết, Thạch Văn Thức, Đồng Quốc Ngọc Lớp: Động cơ-K51
94
CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG PHỐI HỢP NGUỒN ĐỘNG LỰC HYBRID CHO XE MÁY BẰNG PHẦN MỀM ADVISOR.