thiết kế hệ thống dẫn động thùng trộn dùng inventor Phần 3: Tính toán thiết kế trục ppt

PHẦN IV
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC
Qui ước các kí hiệu:
k : số thứ tự của trục trong hộp giảm tốc
i : số thứ tự của tiết diện trục trên đó lắp các chi tiết có tham gia truyền tải trọng
l
k1
: khoảng cách trục giữa các gối đỡ 0 và 1 trên trục thứ k
l
ki
: khoảng cách từ gối đỡ 0 đến tiết diện thứ i trên trục thứ k
l
mki
: chiều dài mayo của chi tiết quay thứ i (lắp trên tiết diện i) trên trục .
l
mki
: khoảng công-xôn trên trục thứ k, tính từ chi tiết thứ i ở ngoài hộp giảm tốc đến gối đỡ.
b
ki
: chiều rộng vành bánh răng thứ i trên trục k.
4.1 Chọn vật liệu
Chọn vật liệu chế tạo trục là thép 50 tôi có .
Ứng suất xoắn cho phép
4.2 Xác định sơ bộ đường kính trục
Theo công thức đường kính trục thứ k với k = 1…3;
Theo bảng (10.2) ta được:
Vì trục I nối với động cơ qua khớp nối nên đường kính sơ bộ của trục I phải là: nên ta
chọn
Trục I: ;
Trục II: ;
Trục III: ;

4.3 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và các điểm đặt lực:
Trị số các khoảng cách
k
1
= 10 (mm) : khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành trong của hộp hoặc
khoảng cách giữa các chi tiết quay.
k
2
= 8 (mm) : khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành trong của hộp.
k
3
= 10 (mm) : khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ
h
n
= 15 (mm) : chiều cao nắp ổ và đầu bu-lông
Trục I:
-
với : chiều dài khớp nối
b
0
= 23mm: chiều rộng ổ lăn với d
2
=40mm
-
với : nhưng do chiều rộng bánh răng là nên tối thiểu ta phải chọn l
m13
= 48mm
-
Trục III
- Chọn sơ bộ chiều dài mayo bánh răng:

- Chiều dài mayo bánh xích:
-
-
-
-
Trục II
- Chọn sơ bộ chiều dài mayo bánh răng:
-
với l
4
=10mm
-
-
-
4.4 Phân tích lực tác dụng lên bộ truyền:
- Cặp bánh răng cấp nhanh:
Lực vòng:
Lực hướng tâm:
Lực dọc trục:
- Cặp bánh răng cấp chậm:
Lực vòng:
Lực hướng tâm:
Lực dọc trục:
- Lực do bộ truyền ngoài:
Lực tác dụng của khớp nối trục đàn hồi:
D
0
là đường kính vòng tròn đi qua tâm các chốt. Tra bảng 16.10a đươc: D
0
= 71

Ta chọn
D
0
là đường kính vòng tròn đi qua tâm các chốt. (tra bảng 16.10 tài liệu *)
Lực bộ truyền xích:
4.5 Xác định lực tác dụng lên trục, đường kính các đoạn trục:
Trục I:
Tìm phản lực tại các gối đỡ A, B: với
Phương trình cân bằng lực:
Đường kính các đoạn trục:
Theo bảng 10.5 tài liệu * với:
Ta chọn: ; ;
Trục II:
(tương tự Trục I)
Momen do lực F
a2
và F
a3
gây ra:
Đường kính các đoạn trục:
Ta chọn: ; ;
Trục III:
(tương tự Trục I)
Momen do lực F
a4
gây ra:
Lực do bộ truyền xích
Đường kính các đoạn trục:
Ta chọn: ; ;
4.6 Thiết kế và kiểm nghiệm trục bằng inventor

4.6.1 Trục I
Sau khi khởi động Modul Design Acclerator chọn Design and calculates shaft of Various
Shapes (thiết kế và tính toán trục với hình dạng khác nhau), ta có dao diện làm việc như sau:
Ta chọn và nhập các thông số về chiều dài, đường kính, vát đầu trục, vo tròn cạnh sắc ở các
đoạn trục chuyễn tiếp và chèn rãnh then cho các đoạn trục cần tính toán và kiểm nghiệm dựa vào
đường kính sơ bộ và chiều dài các đoạn trục đã tính toán ở trên. Sau đó chuyễn qua Tab
Calculation để tính toán cho trục.
Ở đây ta thực hiện các bước sau:
Trong mục Material ta kích và chọn vật liệu cho trục cần thiết kế, ở đây mình chọn vật liệu
là Cast Steel (thép đúc) sau khi chọn vật liệu ta có các thông số như: Modulus of Elasticity : E =
200000 (MPa); Modulus of Rigidity: G = 80000 (MPa); và Desnity: ρ = 7160 (Kg/m3).
Trong phần Loads & Supports (lực và gối đỡ) ta xác định giá trị và điểm đặt của lực và gối
đỡ. Khi chọn Supports ta có 2 lựa chọn cho gối đõ là gối cố định và gối di động tùy theo yêu cầu
bài toán ta có thể chọn. Hai gối đỡ cách nhau là: 107mm.
Trong phần Loads ta có các lựa chọn như:
Lực tập trung theo trục x là: 150N; 950N,
Lực tập trung theo trục y là: 348N;
Lực tập trung theo trục z là: 113N,
Mômen uốn là: 2904Nmm; mômen xoắn là: 24429 Nmm.
Sau khi xác định xong các thông số về giá trị và điểm đặt của tất cả các thành phần lực ta
chọn Calculate để tính toán và kiểm nghiệm trục. Xác định được các thành phần lực tác dụng lên
gối đỡ. Chuyễn qua Tab Graphs để kiểm tra các biểu đồ lực và mômen tác dung lên trục. Từ các
biểu đồ ta có thể đánh giá được các đoạn trục có nguy cơ bị phá hủy cao nhất để thiết kế lại trục.
Chọn Ideal Diameter để tham khảo đường kính trục lý tưởng.
Sơ đồ tác dụng lực và gối đỡ của trục I:
Kết quả sau khi thiết kế ta được trục I như sau:
Các thông số của trục I
Calculation
Material
Material

Modulus of Elasticity
Modulus of Rigidity
Density
Calculation Properties
Include
Yes Density
Yes Shear Displacement Ratio
Number of Divisions
Mode of reduced stress
Loads
Index Location
Y X
1 25 mm -150.000 N
2 25 mm
3 140 mm -348.000 N
4 140 mm
5 140 mm
6 140 mm
7 140 mm 950.000 N
Supports
Index Type Location
1 Free 86.5 mm
2 Fixed 193.5 mm
Results
Length
Mass
Maximal Bending Stress
Maximal Shear Stress
Maximal Torsional Stress
Maximal Tension Stress

Maximal Reduced Stress
Maximal Deflection
Angle of Twist
Preview
Shear Force
Shear Force, YZ Plane
Shear Force, XZ Plane
Bending Moment
Bending Moment, YZ Plane
Bending Moment, XZ Plane
Deflection Angle
Deflection Angle, YZ Plane
Deflection Angle, XZ Plane
Deflection
Deflection, YZ Plane
Deflection, XZ Plane
Bending Stress
Bending Stress, YZ Plane
Bending Stress, XZ Plane
Shear Stress
Shear Stress, YZ Plane
Shear Stress, XZ Plane
Torsional Stress
Tension Stress
Reduced Stress
Ideal Diameter
4.6.2 Trục II
Sau khi khởi động Modul Design Acclerator chọn Design and calculates shaft of Various
Shapes (thiết kế và tính toán trục với hình dạng khác nhau), ta có dao diện làm việc như sau:

Ta chọn và nhập các thông số về chiều dài, đường kính, vát đầu trục, vo tròn cạnh sắc ở các
đoạn trục chuyễn tiếp và chèn rãnh then cho các đoạn trục cần tính toán và kiểm nghiệm dựa vào
đường kính sơ bộ và chiều dài các đoạn trục đã tính toán ở trên. Sau đó chuyễn qua Tab
Calculation để tính toán cho trục.
Ở đây ta thực hiện các bước sau:
Trong mục Material ta kích và chọn vật liệu cho trục cần thiết kế, ở đây mình chọn vật liệu
là Cast Steel (thép đúc) sau khi chọn vật liệu ta có các thông số như: Modulus of Elasticity : E =
200000 (MPa); Modulus of Rigidity: G = 80000 (MPa); và Desnity: ρ = 7160 (Kg/m3).
Trong phần Loads & Supports (lực và gối đỡ) ta xác định giá trị và điểm đặt của lực và gối
đỡ. Khi chọn Supports ta có 2 lựa chọn cho gối đõ là gối cố định và gối di động tùy theo yêu cầu
bài toán ta có thể chọn. Hai gối đỡ cách nhau là: 269mm.
Trong phần Loads ta có các lựa chọn như:
Lực tập trung theo trục x là: 950N; 3115N,
Lực tập trung theo trục y là: 348N; 1234N;
Lực tập trung theo trục z là: 113N, 1006N
Mômen uốn là: 15182Nmm; 39636Nmm; mômen xoắn là: 122735 Nmm.
Sau khi xác định xong các thông số về giá trị và điểm đặt của tất cả các thành phần lực ta
chọn Calculate để tính toán và kiểm nghiệm trục. Xác định được các thành phần lực tác dụng lên
gối đỡ. Chuyễn qua Tab Graphs để kiểm tra các biểu đồ lực và mômen tác dung lên trục. Từ các
biểu đồ ta có thể đánh giá được các đoạn trục có nguy cơ bị phá hủy cao nhất để thiết kế lại trục.
Chọn Ideal Diameter để tham khảo đường kính trục lý tưởng.