thiết kế môn học chi tiết máy, chương 10 pdf

Chương 10: THIẾT KẾ TRỤC
Trục dùng để đỡ các chi tiết quay ,bao gồm trục tâm và trục
truyền ,trục tâm có thể quay cùng với các chi tiết lắp lên nó
hoặc không quay,chỉ chòu được lực ngang và mômen uốn.Trục
truyền luôn quay cùng với các chi tiết lắp lên nó ,có thể tiếp
nhận đồng thời cả mômen uốn và mômen xoắn.Các trục trong
HGT và hộp tốc độ là những trục truyền.
Chỉ tiêu quan trọng nhất đối với phần lớn các trục là độ
bền,ngoài ra là độ cứng và đối với trục quay nhanh là độ ổn
đònh dao động.
Tính toán thiết kế trục bao gồm các bước:
- Chọn vật liệu
- Tính thiết kế trục về độ bền
- Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi
- Trường hợp cần thiết tiến hành kiểm nghiệm trục về trục về
độ cứng .Đối với trục quay nhanh còn kiểm nghiệm trục về độ
ổn đònh dao động.
I. Chọn Vật Liệu
Chọn Vật liệu thiết kế trục là thép 40X tôi cải thiện.Có 
b
=
850 [MPa]


ch
=
550 [MPa]
II.Tính Toán Thiết Kế Trục
Tính toán thiết kế trục nhằm xác đònh xác đònh đường kính và
chiều dài các đoạn trục,các đoạn trục phải đáp ứng các yêu cầu
về độ bền ,kết cấu,lắp ghép và tính công nghệ.Muốn vậy cần

biết trò số,phương chiều,điểm đặt của tải trọng tác dụng lên
trục,khoảng cách giữa các gối đỡ và từ các gối đỡ đến các chi
tiết lắp trên trục.
1.Xác đònh sơ bộ đường kính trục
Đường kính trục chỉ được xác đònh bằng mômen xoắn theo công
thức :
d
3
][2,0/  T [mm]
Với : T : mômen xoắn
T
1
= 36169,4 [Nmm]
T
2
= 138934,9 [Nmm]
T
3
= 533674,1 [Nmm]
[
 ] :Ứng suất xắn cho phép [MPa] ,với vật liệu chế tạo
trục là thép 40X thì : [
 ] = 15 30 [MPa].
Ta chọn : [
 ] = 20 [MPa]
 Suy ra : d
1
= 20 [mm]
d
2

= 30 [mm]
d
3
= 50 [mm]
2. Xác đònh khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm dặt lực
Chiều dài trục cũng như khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm
đặt lực phụ thuộc vào sơ đồ động ,chiều dài ma của các chi
tiết quay ,chiều rộng ổ,khe hở cần thiết và các yếu tố khác.
Từ đường kính sơ bộ trên ta có thể xác đònh gần đúng chiều
rộng ổ lăn b
o
theo bảng 10.2
Ta có : b
o1
= 17 [mm]
b
o2
= 21 [mm]
b
o3
= 27 [mm]
Chiều dài ma của các chi tiết quay lắp trên trục được xác
đònh theo công thức
l
m
= ( 0,2 1,5 ) d
trong đó :d : đường kính trục.
Chọn l
m
= 1,5 d

Suy ra : l
m1
= 37,5 [mm]
l
m2
= 52,5 [mm]
l
m3
= 75 [mm]
Do chiều dài ma không được nhỏ hơn bề rộng của chi tiết
quay lắp trên trục do đó ta lấy :
l
m1
= l
m2
= l
m3
= b
w
= 74 [mm]
Khoảng cách giữa các điểm đặt lực phụ thuộc vào vò trí của trục
trong HGT và loại chi tiết lắp trên trục.
Để tiện cho việc tính toán ta sử dụng các kí hiệu:
k : Số thứ tự của trục trong HGT,k = 1,2,3.
i : Số thứ tự của tiết diện trục trên đó lắp các chi tiết có tham
gia truyền tải trọng.
i = 0 , 1 : các tiết diện trục lắp ổ
i = 2 , , s : với s là số chi tiết quay (bánh đai,bánh răng )
l
k1

: khoảng cách 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
mk
: chiều dài ma của chi tiết quay thứ i (lắp trên tiết diện
thứ i ) trên trục thứ k . Suy ra :
l
m12
= B = 50 [mm]
l
m13
= 74 [mm]
l
m22
= 74 [mm]
l
m23
= 74 [mm]
l
m32
= 74 [mm]
l
cki
: chiều dài khoảng côngxôn ( khoảng chìa ra ) trên trục thứ
k tính từ chi tiết quay thứ i ở ngoài HGT đến gối đỡ.
Dựa vào các công thức ở bảng 10.4 ta xác đònh được khoảng
cách giữa các gối đỡ và điểm đặ lực .
Trục 1 :

- l
12
= -l
c12
= -[0,5( l
m12
+ b
o1
) + k
3
+ h
n
]
Với : k
3
: khoảng cách từ mặt mút chi tiết quay đến lắp ổ
k
3
= 10  20 [mm]
Ta chọn k
3
= 15 [mm]
h
n
: chiều cao lắp ổ và đầu bulông
h
n
= 15  20 [mm]
chọn h
n

= 15 [mm]
Suy ra : l
12
= -[ 0,5( 50 + 17 ) + 15 + 15 ]
l
12
= 63,5 [mm]
- l
13
= 0,5( l
m13
+ b
o1
) + k
1
+ k
2
Với : k
1
:khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành
trong của HGT hay khoảng cách giữa các chi tiết quay.
k
1
= 8  20 [mm]
Chọn k
1
= 10 [mm]
k
2
: khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành trong của HGT

k
2
= 5  15 [mm]
Chọn k
2
= 10 [mm]
Suy ra : l
13
= 0,5( 74 + 17 ) + 10 +10 = 65,5 [mm]
l
11
= 2l
m13
= 2 . 65,5 = 131 [mm]
Trục 3:
l
32
= 0,5( l
m32
+ b
o3
) + k
1
+ k
2
= 0,5( 74 + 27 ) + 10 +10 =
70,5
l
31
= 2l

32
= 70,5 . 2 = 141 [mm]
l
33
= l
31
+ l
c33
Trong đó : l
c33
= 0,5( l
m33
+ b
o3
) + k
3
+ h
n
Ta có : l
m33
= 4 d
3
= 4 . 50 = 200 [mm]
Suy ra : l
c33
= 0,5( 200 + 27 ) + 15 + 15 = 143,5 [mm]
Vậy : l
33
= 141 + 143,5 = 284,5 [mm]
Trục 2:

l
22
= 0,5( l
m22
+ b
o2
) + k
1
+ k
2
= 0,5( 74 + 21 ) +10 + 10
= 67,5
l
23
= l
11
+ l
32
+ k
1
+0,5( b
o1
+ b
o3
) = 131 + 70,5 + 10 +
0,5( 17 + 27 )
= 233,5 [mm]
l
21
= l

23
+ l
32
= 233,5 + 70,5 = 304 [mm]
3. Tải trọng tác dụng lên trục
Tải trọng tác dụng lên trục là mômen xoắn và các lực tác dụng
khi ăn khớp trong bộ truyền bánh răng và lực căng đai .Trọng
lượng bản thân trục và trọng lượng các chi tiết lắp trên trục chỉ
được tính đến ở các cơ cấu tải nặng,còn lực ma sát tại các ổ
được bỏ qua.
Sơ Đồ Lực Tác Dụng Lên Trục
n2
Fx30
Fy30
Ft12
Fy10
Fx10
l12
2
F
r
n1
0
Fx11
l12
l11
Fr11
Fa11
3
Fy11

0
1
F
t11
Fy20
Fx20
0
Fr12
Fa12
2
l22
21l
l
23
Fy31
Fx31
l31
l32
l33
Fr22
Ft22
2
n3
1
Fx33
3
F
y21
Fr21
3

Ft21
1
F
x21
Truïc1 l
11
=131 [mm] l
12
= 63,5
[mm]
l
13
= 65,5
[mm]
Truïc 2 l
21
= 304 [mm] l
22
= 67,5 l
23
= 233,5
Khoảng cách giữa các gối đỡ và các điểm đặt lực trên các trục:
a.Lực tác dụng từ bộ truyền bánh răng
Ta có :
F
t11
= F
t12
= 2T
1

/ d
w1
= 2 . 36169,4 / 72 = 1004,7 [N]
F
r11
= F
r12
= F
t11
tg
tw
/ cos
Với : 
tw
= 20,5
0
 = 13,3
0
Suy ra : F
r11
= F
r12
= 1004,7 . tg20,5
0
/ cos13,3
0
= 386 [N]
F
a11
= F

a12
= F
t11
tg = 1004,7 . tg13,3
0
= 237,5 [N]
F
t21
= F
t22
= 2T
2
/ d
w2
= 2 . 138934,9 / 74 = 3755 [N]
F
r21
= F
r22
= F
t21
tg
tw
cos = 3755 tg20
0
= 1366,7 [N]
F
a21
=F
a22

= 0
b. Lực tác dụng từ bộ truyền đai
F
r
= 974,6 [N]
[mm] [mm]
Trục 3 l
31
= 141 [mm] l
32
= 70,5
[mm]
l
33
= 284,5
[mm]