›
›

Giáo trình Chi tiết máy - Bài tập chương 1: Các chỉ tiêu tính toán thiết kế chi tiết máy (Có lời giải)

Download
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  
của trục.  
F   
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:  
m'  
3
T
i
NLE 60  
niti (1)  
Tmax  
i1  
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:  
0,4tck  
0,2tck  
0,4tck  
t1   
Lh 0,4Lh  
;
t2   
Lh 0,2Lh  
;
t3   
Lh 0,4Lh (*)  
tck  
tck  
tck  
Với Lh Kng .24.Kn.365.L 0,33240,73654 8094,24  
Thay Lh vào (*), ta suy ra được:  
h
t1 t3 0,4Lh 3237,696h; t2 0,2Lh 1618,848  
h
Số mũ đường cong mỏi là m = m’ = 6  
Từ đó, theo công thức (1), thì ta có kết quả sau:  
1
6  
6  
6  
6  
6  
6  
T
T2  
T3  
T
T2  
T3  
1
1
NLE 60  
n t   
n t   
n t 60n  
t   
t   
t
1 1  
2 2  
1
2
Tmax  
Tmax  
Tmax  
Tmax  
Tmax  
Tmax  
3 3   
3   
6
6
6
0,4T  
T
0,4T  
   
60200  
1,97.107  
3237,696  
1618,848  
3237,696  
   
T
T
T
   
chu kì  
Do NLE = 1,97.107 > N0 = 5.106 KL = 1  
b) Ứng suất cho phép  
của trục được xác định theo công thức sau:  
F   
lim  
KL (2)  
F   
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  
Khệ 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 K2,3  
.
Thay tất cả vào công thức (2), ta được:  
4500,780,9  
168,67 MPa  
F   
22,3  
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  
của bánh dẫn.  
H   
Giải bài 2:  
TÓM TẮT SỐ LIỆU:  
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)  
L = 6000h  
1. Số chu kỳ làm việc tương đương NHE là:  
2
m'  
4
T
i
NHE 60c  
niti (1) – với c = 3 (số lần ăn khớp của bánh dẫn trong 1 vòng quay) (công thức  
Tmax  
i1  
6.36 – trang 221)  
Với T1 = T; T2 = 0,7T; T3 = 0,4T; T4 = 0,2T Tmax = T  
Ta có: tck = 60s  
15  
15  
t1 t2 t3 t4 6000 6000 1500  
h
tck  
60  
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  
3  
3  
3  
T
T2  
T3  
T4  
1
NHE 60c  
n t   
n t   
n t   
n t  
1 1  
2 2  
3 3  
4 4   
Tmax  
Tmax  
Tmax  
Tmax  
3   
3  
3  
3  
T
T2  
T3  
T4  
1
60cn t  
1 1   
Tmax  
Tmax  
Tmax  
Tmax  
3
3
3
3   
T
T
0,7T  
0,4T  
0,2T  
6034201500  
T
T
T
1,605.108  
chu kì  
Để xác định KHL, ta phải xác định NH0:  
NHO 30HB2,4 306402,4 1,629.108 chu kì (xem ở trang 220)  
Vì NHE < NHO nên KHL được xác định bằng công thức sau:  
NHO  
mh  
KHL  
(công thức 6.34 – trang 220) (3)  
NHE  
Với mh là bậc của đường cong mỏi, có giá trị bằng 6.  
Từ đó, theo (3), ta được:  
1,629.108  
1,605.108  
6
KHL  
1,00248  
2. Ứng suất tiếp xúc cho phép  
0,9KHL  
của bánh dẫn được xác định theo công thức:  
H   
  
(4) (công thức 6.33 – trang 220)  
H   
0H lim  
sH  
Với bánh răng chế tạo từ thép hợp kim được thấm than 0H lim 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:  
0,91,00248  
250  
187,965 MPa   
H   
1,2  
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 600 MPa, 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.  
   
3
Giải bài 3:  
TÓM TẮT SỐ LIỆU:  
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  
b 600 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:  
m'  
4
T
i
NLE 60  
niti (1)  
Tmax  
i1  
tck = 100s  
T1 = T; T2 = 0,8T; T3 = 0,3T; T4 = 0,6T Tmax = T  
8
300  
365  
24 ;  
Kng   
Kn   
Ta được:  
8
300  
365  
Lh Kng .24.Kn.365.L 24  
3653 7200  
h
24  
Theo hình trên, ta xác định được:  
20  
t1 t3 Lh   
tck  
20  
100  
30  
7200 1440  
h
30  
t2 t4 Lh   
tck  
7200 2160  
h
100  
Do trục quay không đổi nên n1 = n2 = n3 = n4 = 200 vg/ph  
m = 6  
Theo (1), thì ta được:  
6  
6  
6  
6  
6  
T
T2  
T3  
T4  
1
NLE 60  
n t   
n t   
n t   
n t  
1 1  
2 2  
3 3  
4 4   
Tmax  
Tmax  
Tmax  
Tmax  
6  
6  
6  
T
T2  
T3  
T4  
1
60n  
t   
t   
t   
t
1
2
3
4   
Tmax  
Tmax  
Tmax  
Tmax  
6
6
6
6
T
T
0,8T  
0,3T  
0,6T  
60200  
2,53.107  
1440  
2160  
1440  
2160  
T
T
T
chu kì  
Do NLE = 2,53.107 > N0 = 5.106 KL = 1.  
4
2. Ứng suất uốn cho phép  
của trục được xác định theo công thức:  
   
lim  
  
   
KL (2)  
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  
t
(7060) / 2  
Ktra bảng 10.5 – trang 360 với 3 thông số tra là  
1,25 (tra với t/r = 1) &  
r
4
r
4
0,07  
&
b 600 MPa K1,65  
d
60  
Theo (2), ta được:  
lim  
2500,780,95  
  
   
KL   
164,16 MPa   
s K  
   
1,751,65  
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 700 MPa. 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:  
TÓM TẮT SỐ LIỆU:  
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  
b 700 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:  
N0  
NL  
4.106  
5.105  
6
m
KL   
1,4142  
Ứng suất mỏi uốn cho phép của vật liệu (giòn) được xác định theo công thức:  
lim  
  
   
KL (1)  
s K  
   
5
Do ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng, ta có:  
lim 1F 0,40,5   
b
Chọn lim 0,4700 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  
Ktra bảng 10.8 – trang 362 với 2 thông số b 700 MPa & rãnh then K1,9  
Vậy theo (1), ta có:  
lim  
s K  
   
2800,751  
21,9  
  
   
KL   
1,4142 78,15 MPa   
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 1000 MPa và 1F 500 MPa). 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  
của trục.  
F   
Giải bài 5:  
TÓM TẮT SỐ LIỆU:  
d = 40mm; ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng.  
Thép hợp kim 40Cr (b 1000 MPa và 1F 500 MPa)  
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:  
m'  
2
T
i
NLE 60  
niti (1)  
Tmax  
i1  
Theo biểu đồ trên thì ta có:  
T1 = T; T2 = 0,4TTmax = 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 = 150 vg/ph  
Cũng từ biểu đồ trên ta có, ta xác định được t1 và t2  
6
0,3tck  
0,7tck  
t1   
Lh 0,3Lh  
;
t2   
Lh 0,7Lh (*)  
tck  
tck  
Với Lh Kng .24.Kn.365.L 0,33240,663653 5723,8  
Thay Lh vào (*), ta suy ra được:  
h
t1 0,3Lh 1717,14h; t2 0,7Lh 4006,66  
h
Số mũ đường cong mỏi là m = m’ = 9  
Từ đó, theo công thức (1), thì ta có kết quả sau:  
9  
9  
9  
9   
T
T2  
T
T2  
1
1
NLE 60  
n t   
60n  
t   
t
1 1  
1
2   
Tmax  
Tmax  
Tmax  
Tmax  
9
9
T
T
0,4T  
60150  
1,55.107  
1717,14  
4006,66  
T
chu kì  
Do NLE = 1,55.107 > N0 = 5.106 KL = 1  
2. Ứng suất cho phép  
của trục được xác định theo công thức sau:  
F   
lim  
KL (2)  
F   
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  
hệ số tăng bền bề mặt (tra đồ thị 2.7 – trang 41) – với b 1000MPa & đường 2 (mài tinh). Ta suy ra  
được: 0,9  
[s] = 2 và KL = 1  
Khệ 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 K2,3  
.
Thay tất cả vào công thức (2), ta được:  
5000,8250,9  
180,71 MPa   
F   
22,3  
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 1000 MPa và 1F 500 MPa). 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  
của trục, cho biết hệ số 0,80  
F   
7
Giải bài 6:  
TÓM TẮT SỐ LIỆU:  
d = 50mm; ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng.  
Thép hợp kim 40Cr (b 1000 MPa và 1F 500 MPa)  
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:  
m'  
2
T
i
NLE 60  
niti (1)  
Tmax  
i1  
Theo biểu đồ trên thì ta có:  
T1 = T; T2 = 0,7TTmax = 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 = 200 vg/ph  
Cũng từ biểu đồ trên ta có, ta xác định được t1 và t2  
20  
1
Lh Lh  
3
40  
2
t1   
;
t2   
Lh Lh (*)  
60  
60  
3
Với Lh Kng .24.Kn.365.L 0,33240,663653 5723,8  
h
Thay Lh vào (*), ta suy ra được:  
1
2
t1 Lh 1907,93h; t2 Lh 3815,87  
h
3
3
Số mũ đường cong mỏi là m = m’ = 9  
Từ đó, theo công thức (1), thì ta có kết quả sau:  
9  
9  
9  
9   
T
T2  
T
T2  
1
1
NLE 60  
n t   
60n  
t   
t
1 1  
1
2   
Tmax  
Tmax  
Tmax  
Tmax  
9
9
T
T
0,7T  
60200  
1907,93  
3815,87  
T
2,47.107  
chu kì  
Do NLE = 2,47.107 > N0 = 5.106 KL = 1  
2. Ứng suất cho phép  
của trục được xác định theo công thức sau:  
F   
lim  
KL (2)  
F   
s K  
   
Do ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng nên lim 1F 500 MPa (tham khảo thêm trang 40 –  
SGK)  
0,80  
8
hệ số tăng bền bề mặt (tra đồ thị 2.7 – trang 41) – với b 1000MPa & đường 2 (mài tinh). Ta suy ra  
được: 0,9  
[s] = 1,8 và KL = 1  
Khệ 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 K2,3  
.
Thay tất cả vào công thức (2), ta được:  
5000,80,9  
186,96 MPa   
F   
1,82,3  
9
pdf 9 trang baolam 23000 Free
Download
Bạn đang xem tài liệu "Giáo trình Chi tiết máy - Bài tập chương 1: Các chỉ tiêu tính toán thiết kế chi tiết máy (Có lời giải)", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_chi_tiet_may_bai_tap_chuong_1_cac_chi_tieu_tinh_t.pdf