thiết kế môn học chi tiết máy, chương 14 pdf

Chương 14:
Kiểm nghiệm trục về độ bền tónh
và độ cứng
a. Kiểm nghiệm trục về độ bền tónh.
Để đề phòng khả năng bò biến dạng dẻo quá lớn hoặc phá
hỏng do quá tải đột
ngột (chẳng hạn khi mở máy ) cần tiến hành kiểm nghiệm trục
về độ bền tónh .
Công thức kiểm nghiệm có dạng .


tđ
=
22
3

  []
Trong đó :
 = M
max
/ (0,1d
3
)

 = T
max
/ (0,2d
3
)
[
] = 0,8

ch
Với : - M
max
, T
max
: mômen uốn lớn nhất và mômen xoắn lớn
nhất tại các tiết
tiết diện nguy hiểm lúc quá tải [Nmm]
-

ch
: giới hạn chảy của vật liệu trục .Trục được thiết kế
với thép 40X tôi
cải thiện có

ch
= 550 [MPa]
Do đó : [
] = 0,8 . 
ch
= 440 [MPa]
Dựa vào sơ đồ tải trọng ta có : T
max
= 1,9T
Ta đi kiểm nghiệm trục tại các tiêt diện nguy hiểm :
Tiết
diện
d M
max
T

max
 

tđ
12 20 0 68721,86 0 42,95
74,394
10 25 62427,6 53587,85 39,9
17,148
49,74
22 30 33354,87 206257,5 15,19 46,98 82,77
23 36 139006,1 206257,5 42,4 31,47 69,06
31 50 269535,5 793876,8
21,562
31,75 59
Dựa vào bảng trên ta thấy trục ta đang thiết kế đều đảm bảo độ
bền tónh .
b. Kiểm nghiệm độ cứng của trục
Do các trục trong HGT của ta đều ngắn ,chòu tải trung bình do
đó các trục luôn
đảm bảo về độ cứng
III.Chọn ổ lăn
Có nhiều loại ổ lăn .Theo hướng tác dụng của tải trọng do ổ
tiế8p nhận người ta
chia ra : ổ đỡ ,ổ chặn, ổ đỡ chặn và ổ chặn đỡ.Ngoài ra theo
dạng con lăn mà
chia ra ổ bi và ổ đũa và còn phụ thuộc vào số dãy con lăn mà ta
có ổ một dãy
hay ổ nhiều dãy
- Ổ đỡ :chòu lực hướng tâm
- ổ chặn :chòu lực dọc trục

- ổ đỡ chặn :chòu được cả lực hướng tâm và lực dọc trục.
1. Chọn cấp chính xác cho ổ lăn
Ổ lăn có 5 cấp chính xác : 0 ,6 ,5 ,4 ,2 theo rhứ tự độ chính xác
tăng dần .
Đối với HGT ta đang thiết kế chọn cấp chính xác là 0 :
2.Chọn kích thước ổ lăn
Kích thước ổ lăn được chọn theo 2 chỉ tiêu :Khả năng tải động
nhằm đề phòng
tróc rỗ các bề mặt làm việc và khả năng tải tónh nhằm đề phòng
các biến dạng
dư .
a. Chọn ổ theo khả năng tải động
Khả năng tải động C
d
của ổ được xác đònh theo công thức :
C
d
= Q
m
L
Trong đó : - Q :tải trọng đông quy ước ,kN
- L : tuổi thọ tính băng triệu vòng quay .
L = L
h
.60n/(10
6
)
với L
h
là tuổi thọ của ổ tính bằng giờ ,ta có L

h
= 15000 giờ .
n vận tốc quay của trục .
n
1
= 1520 [v/f]
n
2
= 380 [v/f]
n
3
= 95 [v/f]
Suy ra : L
1
= 1368
L
2
= 342
L
3
= 85,5
- m : bậc của đường cong mỏi khi thử về ổ lăn ,m = 3
đối với ổ bi và
m = 10 / 3 đối với ổ đũa .
- Tuỳ theo đặc tính của tải trọng trên từng trục mà ta chọn ổ lăn
cho hợp lý .
+ Chọn ổ lăn cho trục 1:
Trục 1 có số vòng quay lớn ,tải trung bình nên ta chọn ổ lăn là
ổ đũa côn cỡ trung . Sơ đồ lực và ổ của trục 1 được thể hiện
như hình vẽ :

F
r
F
a
F
r11

F
s10
F
s11

F
r0
Ta có : F
rkj
=
22
ykjxkj
FF 
Suy ra : F
r10
= 1,653 [kN]
F
r11
= 0,546 [kN]
F
a11
= 0,2375 [kN]
Tải trọng động quy ước được xác đònh theo công thức :

Q = ( XVF
r
+ YF
a
)k
t
k
đ
Với : V :Hệ số kể đến vòng nào quay , ổ ta đang chọn có
vòng trong quay ,
ta có V = 1
k
t
: Hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt ,đối với ổ ta đang
thiết kế có

 < 105
0
k
t
= 1 .
k
đ
:Hệ số kể đến đặc tính của tải trọng .Tra bảng 11.3 ta
có : k
đ
= 1,5
X,Y : Hệ số tải trọng hướng tâm và tải trọng dọc trục
,tra được trong
bảng 11.4

Dựa vào đường kính ngõng trục : d
10
= d
11
= 25 [ mm ] ,tra bảng
P2.11 ta được
khả năng tải tónh C
0
= 20,9 [kN] và góc  = 13,5
0
.
Áp dụng công thức : e = 1,5tg
 = 1,5 tg13,5
0
= 0,36
Trong đó e là hệ số .Trục 1 có : F
a
/ (VF
r
) = 0,615 > e
Tra bảng 11.4 ta được : X = 0,4
Y = 0,4tg13,5
0
= 1,66
Áp dụng công thức ta được :
Q
10
= (XVF
r10
+ YF

a10
)k
t
k
đ
Dựa vào sơ đồ lực ta có : F
a10
= F
s11
- F
a
Với : F
s11
= 0,83eF
r11
= 0,163 [kN]
F
a10
= 0,163 - 0,2375 = -0,074 [kN]
Vậy : Q
10
= 0,807 [kN]
Tính toán tương tự ta được : Q
11
= 3,072 [kN]
Vậy ta lấy Q
11
để tính khả năng tải động của ổ
C
d1

= 3,072
3/10
1368 = 26,8 [kN]
Vậy ta cần chọn ổ đũa côn có C
 26,8 [kN] và d = 25 [mm]
Tra bảng P2.11 ta chọn được ổ có kí hiệu : 7305 có các kích
thước :
D = 62 [mm]
d = 25 [mm]
D
1
= 50,5 [mm]
d
1
= 43,5 [mm]
B = 17 [mm]
C = 15 [mm]
T = 18,25 [mm]
r = 2,0 [mm]
r
1
= 1,0 [mm]

 = 13,5
0
Khả năng tải : C = 29,6 [kN]
C
0
= 20,9 [kN]

B
r1r1
T
r1
C
r
d
d1
D
D1
d2


+ Chọn ổ lăn cho trục 2
F
r20
F
a
F
r21
F
s20
F
s21

F
r
Ta có : F
a
= 0,2375 [kN]

F
r
= 1,752 [kN]
F
r20
= 0,735 [kN]
F
r21
= 2,85 [kN]
Ta chọn ổ đũa côn cỡ trung cho trục 2.
Có đường kính ngõng trục : d
20
= d
21
= 25 [mm] . Tra bảng
P2.11 ta được
khả năng tải tónh C
0
= 20,9 [kN] và góc  = 13,5
0
.
Áp dụng công thức : e = 1,5tg
 = 1,5 tg13,5
0
= 0,36
Trong đó e là hệ số .Trục 2 có : F
a
/ (VF
r
) = 0,1233 < e

Suy ra : X = 1 , Y = 0
Vậy : Q
10
= 0,735.1,5 = 1,1025 [kN]
Q
21
= 2,85 . 1,5 = 4,275 [kN]
Ta lấy Q
21
để tính C
d2
,
C
d2
= 4,275
3/10
342 = 24,61 [kN]
Vậy ta cần chọn ổ cho trục 2 sao cho : C
 24,61 [kN]
d = 25 [mm]
Tra bảng P2.11 ta được ổ có kí hiệu 7305 với các thông số :
-Các thông số kích thước :
D = 62 [mm]
d = 25 [mm]
D
1
= 50,5 [mm]
d
1
= 43,5 [mm]

B = 17 [mm]
C = 15 [mm]
T = 18,25 [mm]
r = 2,0 [mm]
r
1
= 1,0 [mm]

 = 13,5
0
- Khả năng tải : C = 29,6 [kN]
C
0
= 20,9 [kN]
+ Chọn ổ cho trục 3
Trục 3 chỉ có tải trọng hướng tâm nên ta chọn loại ổ bi đỡ 1 dãy
cỡ trung ,
đường kính ngõng trục là : d
30
= d
31
= 50 [mm] . Tra bảng P2.7 ta
được khả năng
tải tónh C
0
của ổ là : C
0
= 36,3 [kN] .
Sơ đồ bố trí tải tác dụng lên ổ trên trục 3 :
F

r30
F
r31
Ta có : F
r30
= 3,465 [kN]
F
r31
= 1,433 [kN]
Các hệ số : X = 1
Y = 0
Suy ra : Q
30
= 5,1975 [kN]
Q
31
= 2,1495 [kN]
Suy ra ta lấy Q
30
để tính C
d3
:
C
d3
= 22,9 [kN]
Tra bảng P2.7 ta chọn được ổ cho trục 3 là ổ bi đỡ 1 dãy có kí
hiệu là :310 với các thông số :
d = 50 [mm]
D = 110 [mm]
B = 27 [mm]

r = 3 [mm]
đường kính bi : 19,05 [mm]
C = 48,5 [kN]
C
0
= 36,3 [kN]
r
d
D
r
D1
d1
r
B
b. Chọn ổ theo khả năng tải tónh
Khi đã chọn được ổ lăn cho các trục theo khả năng tải động ,ta
cần kiểm nghiệm các ổ đó về khả năng tải tónh đề phòng biến
dạng dư hoặc dính bề mặt tiếo xúc khi làm việc .
Công thức để kiểm nghiệm khả năng tải tónh cho ổ lăn là :
Q
t
 C
0
Với : - C
0
: khả năng tải tónh
- Q
t
: tải trọng tónh quy ước
Tải trọng tónh quy ước được xác đònh theo hai biểu thức :

Q
t
= X
0
F
r
+ Y
0
F
a
Q
t
= F
r
Trong đó : X
0
, Y
0
: Hệ số tải trọng hướng tâm và tải trọng dọc
trục .
Khi xác đònh Q
t
,ta lấy giá trò lớn hơn trong hai giá trò đó .
+ Trục 1 :
- Trục 1 có ổ đũa côn kí hiệu 7305 có C
0
= 20,9 [kN] ,  = 13,5
0
Tra bảng 11.6 ta có : X
0

= 0,5 , Y
0
= 0,22cotg = 0,916
Trục 1 có : F
r10
= 1,653 [kN]
F
r11
= 0,546 [kN]
F
a11
= 0,2375 [kN]
Suy ra : Q
t10
= 1,635 [kN]
Q
t11
= 0,546 [kN]
Ta thấy các ổ của trục 1 đều thỏa mãn về điều kiện bền tónh .
+ Trục 2 :
- Trục 2 có ổ đũa côn kí hiệu 7305 có C
0
= 20,9 [kN] ,  = 13,5
0
Tra bảng 11.6 ta có : X
0
= 0,5 , Y
0
= 0,22cotg = 0,916
Tải trọng tác dụng lên trục 2 :

F
a
= 0,2375 [kN]
F
r20
= 0,735 [kN]
F
r21
= 2,85 [kN]
Suy ra : Q
t20
= 0,735 [kN]
Q
t21
= 2,85 [kN]
Các ổ trên trục 2 thỏa mãn điều kiện bền tónh .
+ Trục 3 :
Truc 3 có các ổ là ổ bi đỡ 1 dãy có kí hiệu là :310 với thông số :
C
0
= 36,3 [kN]
Tra bảng 11.6 ta có : X
0
= 0,6 , Y
0
= 0,5
Tải trọng trên các ổ trục 3 :
F
r30
= 3,465 [kN]

F
r31
= 1,433 [kN]
Suy ra : Q
30
= 3,465 [kN]
Q
t31
= 1,433 [kN]
Các ổ trên trục 3 thỏa mãn điều kiện bền tónh .
c .Kiểm nghiệm ổ lăn trên các trục về khả năng quay nhanh của
ổ :
Các ổ lăn trên các trục ta chọn chế độ bôi trơn bằng mỡ .
Ta thấy khi tăng số vòng quay của các ổ lăn sẽ làm tăng ma sát
trên các ổ ,
tăng nhiệt độ ổ , làm ảnh hưởng xấu tới lớp mỡ bôi trơn ổ .Mặt
khác khi tăng số
vòng quay của ổ sẽ làm xác suất hỏng ổ tăng lên do khả năng
các vòng cách bò
phá hỏng tăng . Do đó ổ lăn cần làm việc với số vòng quay nhỏ
hơn một giá trò
tới hạn nhất đònh . Số vòng quay tới hạn của ổ được xác đònh
theo công thức :
n
th
= [d
m
n]k
1
k

2
k
3
/d
m
Trong đó :
- [d
m
n] : thông số vận tốc quy ước , mm v/f , đặc trưng cho độ
quay nhanh tới
hạn của ổ ,trò số được cho trong bảng 11.7 ,phụ thuộc vào loại ổ
,độ chính xác,
kết cấu vòng cách và loại chất bôi trơn ổ .
- d
m
: đường kính vòng tròn qua tâm các con lăn .
- k
1
: hệ số kích thước ,k
1
= 1 khi d
m
 100 mm ,
k
1
= 0,98 khi d
m
= 100 150mm
- k
2

: hệ số cỡ ổ ,trò số cho trong bảng 11.8
- k
3
: hệ số tuổi thọ với L
h
 20000 giờ thì k
3
= 0,9
+ Kiểm nghiệm cho các ổ trên trục 1 :
Các ổ trên trục 1 có :
- [d
m
n] = 2,5 . 10
5
mm v/f
- d
m
= 50,5 [mm]
- k
1
= 1
- k
2
= 0,9
Suy ra : n
th1
= 4009 [v/f] , n
1
= 1520 [v/f ]
Các ổ trên trục 1 thỏa mãn về điều kiện vòng quay tới hạn .

+ Kiểm nghiệm cho các ổ trên trục 2 :
Trục 2 có các ổ tương tự trục 1 và có n
2
= 380 [v/f] do đó các ổ
trên trục 2 cũng
thỏa mãn điều kiện về vòng quay tới hạn .
+ Kiểm nghiệm cho các ổ trên trục 3 :
Các ổ trên trục 3 có : -[d
m
n] = 4,5 . 10
5
mm
- d
m
= 80 [mm]
- k
1
= 1
- k
2
= 0,9
Suy ra : n
th3
= 4556 [v/f]
Vậy các ổ trên trục 3 thoả mãn điều kiện về số vòng quay tới
hạn .
3 .Bôi trơn cho ổ lăn
Chọn hình thức bôi trơn bằng mỡ dẻo .
4 .Lắp bánh răng trên trục :
a. Kiểm nghiệm sự liền trục hay dời trục của bánh răng :

Ta đi kiểm nghiệm cho bánh răng nhỏ cấp chậm lắp trên trục 2
.
X
t2
df
d23
Điều kiện để bánh răng rời trục là : X > 2,5m
X : khoảng cách từ chân răng tới đỉnh của rãnh then trên ma
Ta có : m = 2 [mm]
t
2
= 3,3 [mm]
d
f
= 69 [mm]
d
23
= 36 [mm]
Suy ra : X = 13,2 [mm]
Vậy thỏa mãn điều kiện bánh răng rời trục
b . Đònh kết cấu bánh răng :
- Bánh răng nhỏ có ma liền với vành răng :
bw
lm
d
- Lắp bánh răng lớn trên trục :
C
d

bw

D
D0
da