Đề thi cuối học kỳ môn thi Chi tiết máy (Có đáp án)

Đại học Quốc gia Tp.HCM

Trường Đại học Bách khoa

Khoa Cơ khí

ĐỀ THI CUỐI HỌC KỲ

Môn thi : CHI TIẾT MÁY

Ngày thi: 05-01-2013

Bộ môn THIẾT KẾ MÁY

Thời gian làm bài: 105 phút

Sinh viên được phép sử dụng tài liệu

Bài 1: (2 điểm)

Bộ truyền đai dẹt truyền công suất P  4 kW , số vòng quay bánh dẫn n 1250 vòng/phút,

1

đường kính bánh dẫn d₁180mm, khoảng cách trục

. Hệ số ma sát giữa dây đai và

a  700mm

bánh đai

. Lực căng đai ban đầu F  800N . Bỏ qua lực căng phụ do lực ly tâm gây ra.

f  0,2

Hãy xác định:

a. Vận tốc vòng v₁và lực vòng có ích

b. Lực trên nhánh căng và lực trên nhánh chùng F₂. (0,5đ)

0

F

trên bánh dẫn. (0,5đ)

t

F

1

c. Tỉ số truyền lớn nhất để không xảy ra hiện tượng trượt trơn. (1đ)

Bài 2: (3 điểm)

Trục trung gian của hệ thống truyền động truyền moment xoắn T  420000 Nmm. Lực tác

dụng lên các bánh răng như Hình bài 2. Bánh răng trụ răng nghiêng 1 (góc nghiêng răng

₁16⁰) là bánh bị dẫn của cặp cấp nhanh. Bánh răng trụ răng thẳng 2 là bánh dẫn của cặp cấp

chậm. Góc ăn khớp của bánh răng tiêu chuẩn   20⁰. Trục được chế tạo từ thép có ứng suất

uốn cho phép

a. Giá trị các lực

b. Phản lực tại các gối đỡ



_F 50MPa . Hãy xác định:



F , F , F , F , F

. (0,5đ)

r₂

t₁

r

a₁

t₂

1

R_Ax, R_Ay, R_Cx, R

_Cy. (1,25đ)

c. Vẽ các biểu đồ moment uốn và moment xoắn M_x, M_y, T (ghi giá trị lên biểu đồ). (0,75đ)

d. Đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm. (0,5đ)

100

120

80

F

r

1

F_a

1

2

F

t₁

A

B

C

D

2 4 0



1

d

F

1

t₂

F

r₂

Hình bài 2

(xem tiếp trang sau)

1

Bài 3: (2,5 điểm)

Ổ bi đỡ 1 dãy chịu lực hướng tâm F  7500 N và lực dọc trục F 1015N . Số vòng quay

r

a

của trục n  400vòng/phút. Ổ làm việc 2 năm, một năm làm 250 ngày, một ngày làm 2 ca, một

ca làm 8 giờ. Các hệ số xét đến ảnh hưởng của đặc tính tải trọng và nhiệt độ đến tuổi thọ của ổ

,

K_t1. Khả năng tải động và ký hiệu của các cỡ ổ bi đỡ có đường kính trong

mm

d  50

K_1

cho trong bảng sau.

Ký hiệu ổ lăn

C (kN)

110

16,5

13,4

210

27,5

20,2

310

48,5

36,3

410

68,5

53

C₀(kN)

Hãy tính:

a. Thời gian làm việc tính bằng triệu vòng quay L. (0,5đ)

b. Tải trọng tương đương của ổ Q (kN). (0,75đ)

c. Hệ số khả năng tải động của ổ

C

_đ(kN). Chọn ổ tiêu chuẩn trong bảng trên để đủ bền.(0,75đ)

L_h

d. Tuổi thọ

của ổ vừa chọn ở câu c. (0,5đ)

Bài 4: (2,5 điểm)

Bảng chỉ dẫn đường đi gồm một trụ đứng và một trụ ngang được ghép với nhau bằng mối

ghép 4 bulông như Hình bài 4. Trọng lượng của trụ ngang và bảng chỉ dẫn được qui đổi thành

lực F  1200 N . Ứng suất kéo cho phép của vật liệu chế tạo bulông [_k]  80 MPa . Hệ số ma

sát giữa các tấm ghép f  0,18 . Hệ số an toàn k 1,5 và hệ số ngoại lực   0,25

a. Tính lực xiết bulông V cần thiết để tránh trượt và tránh tách hở. (1,75đ)

.

b. Tính đường kính chân ren d₁của bulông (xét trường hợp xiết chặt rồi mới chịu lực). (0,5đ)

c. Chọn bulông theo tiêu chuẩn. (0,25đ)

A

Trụ ngang

2500

A-A

TL 2:1

Trụ đứng

ĐHBK Tp.HCM

5 km

A

2

3

1

4

F

300

400

Hình bài 4

Chủ nhiệm bộ môn

GV ra đề thi

PGS. TS. Phạm Huy Hoàng

TS. Bùi Trọng Hiếu

2

ĐÁP ÁN MÔN CHI TIẾT MÁY

Ngày thi: 05/01/2013

BÀI

NỘI DUNG

ĐIỂM

1a

Vận tốc vòng trên bánh dẫn:

 d₁n₁3,14.180.1250

v₁



11,775 (m/s)

0,25đ

60000

Lực vòng có ích trên bánh dẫn:

1000.P 1000.4

1

F 



 339,7 (N)

t

v₁

11,775

Lực trên nhánh căng:

1b

0,25đ

F

339,7

t

F  F₀  800 

 969,85

 630,15

(N)

1

2

Lực trên nhánh chùng:

F

339,7

2

t

F₂ F₀  800 

2

Điều kiện để không xảy ra hiện tượng trượt trơn:

1c

F (e^f1)

1

t

0,25đ

F₀

2 (e ^f1)

1

F

t

F₀

F₀

2 F₀ F

F

1



e ^f





t

2

1

F

2 F₀ F

F₂

t

2





F



¹



f₁ ln



F₂









1

F

1

969,85

630,15









¹

₁ .ln

.ln

 2,156







f

F₂

0,2

0,25đ







d₂ d₁



 

 2,156

a

d₁(u 1)



 

 2,156

a

a (  2,156)

u 

 1

d₁

1



u  4,83

Vậy tỉ số truyền lớn nhất để không xảy ra hiện tượng trượt trơn là u_max 4,83

TỔNG ĐIỂM BÀI 1

0,25đ

2 đ

Giá trị các lực tác dụng lên các bánh răng:

2a

2.T 2.420000

F 



 3500 (N)

t₁

d₁

240

tg

cos₁

tg20⁰

cos16⁰

F  F .

 3500.

1325,2 (N)

r

t₁

1

0,5đ

F  F . tg₁ 3500. tg16⁰1003,6 (N)

a₁

t₁

2.T 2.420000

F 



 7000 (N)

t₂

d₂

120

F  F . tg  7000. tg20⁰ 2547,8 (N)

r

2

t₂₁

2b

Chuyển trục thành dầm sức bền:

100

120

80

R_Ay

R_Cy

C

F

T

r

2

M₁

T

A

B

0,25đ

D

F

t₁

F

R_Cx

F

R_Ax

r

t₂

1

d₁

240

2

M₁ F_a. 1003,6.

120432 (Nmm)

với

1

2

Trong mặt phẳng thẳng đứng (yoz):

- Phương trình cân bằng moment tại gối A:

M ^A100.F  M  220.R 300.F  0



x

r

1

Cy

r

2

1

0,25đ

 R_Cy 2324,5 (N)

- Phương trình cân bằng lực theo phương Oy:

F  R  F  R  F  0



y

Ay

r

Cy

r

2

1

0,25đ

 R_Ay1101,9 (N)

2

Trong mặt phẳng ngang (xoz):

- Phương trình cân bằng moment tại gối A:

M ^A100.F  220.R 300.F  0



y

t₁

Cx

t₂

 R_Cx11136,4 (N)

0,25đ

- Phương trình cân bằng lực theo phương Ox:

F  R  F  R  F  0



x

Ax

t₁

Cx

t₂

 R_Ax 636,4 (N)

0,25đ

2c

M

Biểu đồ moment uốn _x(Nmm) trong mặt phẳng thẳng đứng (yoz):

110190

0,25đ

203824

120432

M

Biểu đồ moment uốn _y(Nmm) trong mặt phẳng thẳng ngang (xoz):

560000

0,25đ

63640

T

Biểu đồ moment xoắn (Nmm):

420000

0,25đ

Moment tương đương tại tiết diện nguy hiểm (vị trí lắp ổ lăn C):

M^C 203824²560000²0,75*420000² 698172,1 (Nmm)

tđ

Đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm (vị trí lắp ổ lăn C):

M ^C

698172,1

0,1*50

tđ

3

d 



 51,88 (mm)

0,1*[_F]

d  55mm

Chọn

.

3

TỔNG ĐIỂM BÀI 2

3 đ

3a Thời gian làm việc của ổ (tính bằng triệu vòng quay):

60.n.L_h60.400.8000

L 



192

(triệu vòng)

0,25đ

10⁶

16

250

L_h K_ng. 24. K_n. 365. L_n . 24.

. 365. 2  8000

(giờ)

với

24

365

3b

Giả sử chọn ổ ký hiệu 310 có C₀ 36,3 kN

F_a1015.10^3

.



 0,028

. Tra bảng 11.3, [1] chọn e  0,22

0,25đ

C₀

36,3

F_a

1015



 0,135  e

nên chọn

X 1 Y  0

Vì

;

(bảng 11.3)

V.F 1.7500

r

V=1: vòng trong quay

Tải trọng tương đương:

0,25đ

Q  (X.V.F Y.F ).K_.K_t (1.1.75000.1015).1.1 7500 (N)  7,5 (kN)

r

a

3c Hệ số khả năng tải động của ổ:

C_đ Q ^mL  7,5. ³192  43,267 (kN)

(m=3)

0,25đ

[C]  48,5 kN  C  43,267 kN

Tra bảng chọn ổ bi đỡ 1 dãy, ký hiệu 310 có

 Thỏa giả thiết.

.

đ

3d Tuổi thọ của ổ 310 vừa chọn:

^m

3



[C]

48,5

7,5













L 

L_h



 270,33

(triệu vòng)

(giờ)

Q

0,25đ









10⁶. L 10⁶.270,33



11264,08



60. n

60. 400

TỔNG ĐIỂM BÀI 3 2,5 đ

4a

F

M

Dời lực

về trọng tâm mối ghép, ta có lực và moment :

M  F. 2500 1200. 2500  3.10⁶(Nmm)

0,25đ

4

V

Lực xiết

để tránh tách hở:

1





k(1 )

M.A

0,25đ





V 

. N 

1





z

W_u



N  0

Với:

;

A  400.400 16.10⁴(mm²)

0,25đ

;

400.400²

W_u

10,7.10⁶(mm³)

6

3.10⁶.16.10⁴

10,7.10⁶





1,5 (10,25)





V 

. 0

12616,8 (N)



1





4



V

Lực xiết

để tránh trượt:

2

k.T  (1 ).N. f 1,5.1200  (10,25).0.0,18

0,25đ

V₂



 2500 (N)

z. f

4.0,18

T  F 1200 N

Với:

Vậy lực xiết để tránh trượt và tránh tách hở:

Đường kính chân ren của bu-lông (trường hợp xiết chặt rồi mới chịu lực):

V V 12616,8 N

1

4b









.M.r_max

n

.N

z





4 1,3V 





r²











i

i1

d₁

[_k]

6





0,25.0 0,25.3.10 .150





4 1,3.12616,6 



4.150²





4





16,76 (mm)

0,50đ

0,25đ

.80

4c

Tra bảng 17.7, tài liệu “Cơ sở thiết kế máy - Nguyễn Hữu Lộc” chọn bulông

tiêu chuẩn M20.

TỔNG ĐIỂM BÀI 4 2,5 đ

5