Chơng 2 Thiết kế kết cấu sàn
3.5 Tính các bộ phận khác
3.5.1 Tính bánh xe và ray
a, Tải trọng tính toán trên bánh xe :
Ptt = k Pbxemax
1.γ. , kN (3.30)
Trong đó :
γ : hệ số kể đến tính chất thay đổi của tải trọng, vì sàn chủ yếu chịu tải trọng bản thân, tải trọng động ( do ngời hoạt động không đáng kể ) nên ta lấy γ = 1.
k1: hệ số kể đến chế độ làm việc của bánh xe ( Theo bảng 30 tài liệu {3,59} ) lấy k1 = 1,2 Pbxemax : tải trọng lớn nhất xuất hiện trên bánh xe
Theo chơng 2 : Pbxemax = 10452 kg = 104,52 kN
VËy Ptt = 1,2 . 1 . 104,52 = 125,424 kN Với Ptt = 125,424 kN ta chọn loại bánh xe không gờ, vành bánh xe loại dập, cố định với ổ.
Ray là loại ray vuông làm từ thép cán.
Theo GOS T-57 ( tờ 18 tài liệu {2}).
Chọn b = 80 mm
H×nh 3.4
b, Kiểm tra ứng suất nén cục bộ ( tiếp xúc ) của bánh xe và ray :
Vì bánh xe hình trụ, không gờ, ray vuông nên tiếp xúc giữa bánh xe với ray là tiếp xúc đờng.
( Theo tài liệu {3,59})
σtx = 0,418 .
R b
E P
bxe tt
.
. ≤ [ ] σtx
(3.31)
E : môđun đàn hồi tơng ứng
Với bánh xe thép, ray thép : E = 2,1. 107 N/cm² b : chiều rộng làm việc của ray
Với Dbxe = 440 mm . Ta chọn b = 80 mm = 8 cm Rbxe : bán kính bánh xe
Rbxe = 2
Dbxe = 2
440 = 220 mm = 22 cm
[ ] σtx : ứng suất tiếp xúc cho phép, tra bảng ứng với vật liệu làm bánh xe,
Với vật liệu làm bánh xe là thép 45, tôi bề mặt lăn đến độ cứng HB = 300 ÷ 400 .
Bánh xe và ray tiếp xúc đờng, [ ] σtx = 75.10³ N/cm².
( Theo bảng 37 tài liệu {3,60}) Thay vào (3.31) ta đợc :
σtx = 0,418 .
22 . 8
10 . 1 , 2 103. . 424 ,
125 7 = 51,13.10³ N/cm²
Vậy : σtx≤ [ ] σtx ( thoả mãn điều kiện nén cục bộ ).
c, Tính trục bánh xe :
Sơ đồ tính trục bánh xe nh hình vẽ 3.5 + Công thức tính toán sơ bộ trục bánh xe :
d ≥ 3 0M,1.[ ]σtd
(3.32)
Mtd : mômen tơng đơng trên trục bánh xe, Nmm
[ ]σ : ứng suất cho phép chế tạo trục bánh xe, N/mm²
Mômen tơng đơng tác dụng lên trục bánh xe xác định theo công thức :
Mtd = 0,75.Mx2+Mu2
(3.33)
Trong đó :
Mu: mômen uốn trên trục bánh xe Mu = Ra.124 = .124
2
Pmax = .124
2 424 ,
125 = 6271,2 kNmm
Mx: mômen xoắn trên trục bánh xe M x =
n N
10 . . 55 ,
9 6
, Nmm Víi :
N : công suất động cơ, kW. Theo trên N = 0,25 kW
n : số vòng quay của bánh xe, v/ph. Theo (3.3.b) n = 0,66
v/ph
VËy : Mx =
66 , 0
25 , 0 10 . . 55 ,
9 6 = 3,6174.106Nmm = 3617,4 kNmm Thay vào (3.33) ta đợc :
Mtd = 3617,42+6271,22 = 7239,7 kNmm
Hình 3.5 : Sơ đồ tính trục bánh xe
Theo (3.32) : d ≥ 3 0M,1.[ ]σtd
[ ]σ : ứng suất cho phép chế tạo trục bánh xe.
Thép làm trục là thép 40X tôi với σb ≥ 1000 N/mm² σ−1 ≥ 400 N/mm² ( Theo bảng 7-2 tài liệu {4,118}) có [ ]σ = 80 N/mm² VËy : d ≥ 10 . 3
80 . 1 , 0
7 ,
7239 = 96,7 mm
Ta chọn d = 100 mm
+ Tính chính xác trục : ( Theo tài liệu {4})
Để tính chính xác trục ta tiến hành cho các tiết diện chịu tải trọng lớn có ứng suất tập trung. Trong sơ đồ nh hình vẽ 3.5 ta thấy tiết diện i – i có mômen uốn và mômen xoắn đều lớn nên ta sẽ tính chính chính xác trục bánh xe theo tiết diện i – i.
Tính chính xác trục theo công thức :
n =
n n
n n
2 2
.
τ σ
τ σ
+ ≥ [ ] n
(3.34) Trong đó :
nδ : hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp
nδ = ε β σ ψ σ σ
σ σ
m
k . a . 0.
1
+
−
(3.35)
Vì trục quay nên ứng suất pháp ( uốn ) biến đổi theo chu kì đối xứng :
σa= σmax = σmin = W Mu
; σm = 0
Theo (3.35) :
nδ = ε β σ σ
σ a
k .
0.
−1
(3.36)
Víi :
σ−1 : giới hạn mỏi uốn. Lấy σ−1 = 0,45 .σb
( trục bằng thép 40X, tôi có σb= 1000
mm N
2) →σ−1= 0,45.1000 = 450
mm N
2
σa : biên độ ứng suất pháp sinh ra trong tiết diện của trục.
σa = W Mu
W : mômen chống uốn. ( Theo bảng 7-3b tài liệu {4,122}).
Khi d = 100 mm th× W = 88700 mm³ →σa = W
Mu
= 88700 10 . 2 ,
6271 3 = 70,7
mm N
2
kσ : hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn ( Theo bảng 7-8 tài liệu {4,127}). Lấy kσ= 2
ε0 : hệ số kích thớc, xét ảnh hởng của kích thớc tiết diện trục đến giới hạn mỏi. ( Theo bảng 7-4 tài liệu {4,123}).
LÊy ε0 = 0,59
β : hệ số tăng bề mặt trục. ( Theo bảng 7-5 tài liệu {4,124}).
LÊy β = 1,5
Thay vào (3.36) ta có :
nδ = .70,7 5 , 1 . 59 , 0
2 450
= 2,81 (3.37)
nτ : hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp
nτ = ε β τ ψ τ τ
τ τ
m
k . a . 0.
1
+
−
(3.38)
Trục chỉ quay theo một chiều nhất định nên ứng suất tiếp ( xoắn ) biến đổi theo chu kì mạch động.
τa= τm = τmax2 = W Mx
.
2 0
Theo (3.38) :
nτ = ε β τ ψ τ τ
τ τ
m
k . a . 0.
1
+
−
Víi :
τ−1: giới hạn mỏi xoắn. Lấy τ−1 = 0,25 .σb
( trục bằng thép 40X, tôi có σb= 1000 mm
N
2) →τ−1 = 0,25.1000 = 250
mm N
2
τa: biên độ ứng suất tiếp sinh ra trong tiết diện của trôc
τa= τm = τmax2 = W M x
.
2 0
W0: mômen chống xoắn . ( Theo bảng 7-3b tài liệu {4,122}).
Khi d =100mm th× W0=186900 mm³ → τa= τm = τmax2 =
186900 10 . 4 ,
3617 3 = 19,35
mm N
2
kτ : hệ số tập trung ứng suất thực tế khi xoắn ( Theo bảng 7-8 tài liệu {4,127}). Lấy kσ= 2,1
ε0 : hệ số kích thớc, xét ảnh hởng của kích thớc tiết diện trục đến giới hạn mỏi. ( Theo bảng 7-4 tài liệu {4,123}).
LÊy ε0 = 0,59
β : hệ số tăng bề mặt trục. ( Theo bảng 7-5 tài liệu {4,124}).
LÊy β = 1,5
ψτ: hệ số xét đến ảnh hởng của trị số ứng suất trung bình đến sức bền mỏi. Lấy ψτ = 0,1
Thay các số liệu trên vào (3.38) ta đợc :
nτ = .19,35 0,1.19,35 5
, 1 . 59 , 0
1 , 2
250
+ = 5,22
(3.39)
Thay (3.37) và (3.39) vào (3.34) ta đợc : n =
n n
n n
2 2
.
τ σ
τ σ
+ ≥ [ ] n
n =
22 , 5 81 , 2
22 , 5 . 81 , 2
2
2+ = 2,47
Hệ số an toàn cho phép [ ] n thờng lấy [ ] n = 1,5 –2,5
Vậy trục bánh xe đã đợc tính chính xác và đảm bảo theo hệ số an toàn.
d, Chọn ổ cho trục bánh xe :
Chọn kích thớc ổ lăn theo hệ số khả năng làm việc và tải trọng tĩnh :
C = Q . ( ) n . h 0,3
(3.40)
( theo tài liệu {4,158}) Trong đó :
Q : tải trọng tơng đơng tác dụng lên ổ đỡ, daN n : số vòng quay của ổ, vòng/ phút
h : thêi gian phôc vô, giê
+ Tải trọng tơng đơng tác dụng lên ổ đỡ chặn :
Q = ( kv. R + m . At) kn. kt
(3.41)
Đối với ổ đỡ chặn, dới tác động của lực hớng tâm, trên ổ xuất hiện các lực thành phần Si.
Si=1,3 .Ri.tg β
(3.42) β : góc nghiêng tính toán của con lăn.
Chọn β = 15°
Vì Ra =Rb nên: At= Sa−Sb =0 theo ( h×nh 3.6 )
H×nh 3.6
Tõ ( 3.41) ta cã : Q = Ra. kv. kn. kt (3.43) Vì hai gối giống nhau nên ta chỉ tính cho một Ra= Rb =
2
Pmax =
2 52 ,
104 = 52,26 k N = 52260 N = 5226 daN kv: hệ số xét đến vòng nào của ổ là vòng quay
(theo bảng 8-5 tài liệu {4,162}), lấy kv= 1
kn: hệ số nhiệt độ
(theo bảng 8-4 tài liệu {4,162}), lấy kv= 1 kt: hệ số tải trọng động
(theo bảng 8-3 tài liệu {4,162}), lấy kv= 1 Thay vào (3.43) ta đợc :
Q = 5226 . 1. 1. 1 = 5226 daN
+ n: số vòng quay của ổ ( bằng số vòng quay của bánh xe ) n = 0,66 vòng/phút
+ h: thời gian phục vụ của ổ
Giả sử sàn làm việc trong 20 năm, một ngày làm việc 18 giờ
→ h = 20 . 18 . 300 = 108000 giê
VËy :
C = Q . ( ) n . h 0,3 = 5226 . (0,66.108000)0,3 = 14890
Chọn ổ bi đỡ chặn hai dãy kiểu: DIN 635T2 – 222 18 – 90.160.40 ( theo Autocad mechanical )
Với : Q = 5600 daN, n= 1 vòng/phút, ổ có tuổi thọ 3,77.106giờ t-
ơng đơng với C0 = 23159.