Bài tập chi tiết máy cơ bản

PHẦN 1. NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN
1.1.

Bài tập phần Vật liệu (10 bài)
Bài 1. Giải thích ký hiệu mác vật liệu: C40; xác định giới hạn bền, giới hạn chảy
của vật liệu này.
Bài 2. Xác định cơ tính của vật liệu thép 35XM.
Bài 3. Cho hai mác thép 40X và 50Mn. So sánh về cơ tính của chúng: giới hạn
bền, giới hạn chảy, độ cứng, độ dãn dài tương đối.
Bài 4. Hệ số Poát xông  là một trong những đặc tính cơ học của vật liệu. Giả sử
sử vật liệu đồng nhất, đẳng hướng ta có thể xác định hệ số  qua công thức:
G

E
2.(1   )

Trong đó: G – Mô đun đàn hồi trượt (MPa)
E – Mô đun đàn hồi kéo (nén) (MPa)
Dựa vào giá trị G, E (tự tìm tài liệu hoặc tìm trên internet) hãy xác định hệ số
Poát xông  cho các vật liệu sau: Thép các bon, nhôm, đồng thau, gang xám.
Bài 5. Dựa vào quan hệ giữa giới hạn bền và độ cứng bề mặt để xác định giới hạn
bền của thép có độ cứng HB = 250.
Bài 6. Xác định độ cứng bề mặt (HB) của thép C45.
Bài 7. Nhiệt luyện một mẫu thép thu được giới hạn bền xấp xỉ бb = 700 MPa. Xác
định độ cứng Brinen đạt được sau nhiệt luyện.
Bài 8. Nêu các phương pháp đo độ cứng của vật liệu. Phân biệt độ cứng HRC,
HB, HV.
Bài 9. Nêu nguyên lý của phương pháp đo độ cứng Rockwell. Phân biệt độ cứng
HRA, HRB và HRC.
Bài 10. Tự tìm website tra cứu vật liệu hiệu quả. Giải thích tại sao chọn website
này. Sử dụng website này để tra thành phần hóa học của các mác vật liệu: AISI

4340; 2024-T4;

1


Bài tập phần ứng suất cho phép và hệ số an toàn (10 bài)
d

D

Bài 1. Đoạn trục có đường kính D có lỗ ngang
thông suốt d = 10 như hình 1 và chịu momen uốn
không đổi. Số lần đặt tải trong thời gian phục vụ N
= 5.106. Vật liệu thép 40X. Độ nhám bề mặt Ra
=1.25. Giới hạn bền của thép b = 1000 Mpa; giới
hạn mỏi khi uốn -1F = 360Mpa. Hệ số an toàn cho
phép [S] = 1.75. Xác định ứng suất cho phép.

Hình 1. Kết cấu trục

Bài 2. Cho trục có đường kính D= 40mm, có lỗ
P

xuyên tâm đường kính d= 8mm như hình 1.1.

P.K

Quay với tốc độ n= 380 vg/ph; chịu tải trọng uốn
và xoắn thay đổi với sơ đồ như hình 2. Vật liệu
trục là thép 45Cr có giới hạn bền b=1000 Mpa.

Bề mặt trục được mài tinh. Hệ số an toàn cho
phép [s]=1,75. Bậc của đường cong mỏi m=6.

0,

Yêu cầu trục làm việc 10 năm, tỷ số số ngày làm
việc trong năm là 0,85; tỷ số số giờ làm việc

t

Hình 2. Sơ đồ tải trọng

trong ngày là 1/3. Hãy xác định ứng suất cho
phép của trục.
Bài 3. Trục bậc chịu uốn có đoạn trục đường kính
d1 = 60 và d2 = 70 với đoạn chuyển ếp bán kính

r

độ nhám Ra = 1,25. Ứng suất uốn thay đổi theo

d2

góc lượn r (như Hình 3), bề mặt được mài nh đạt
d1

1.2.

chu trình đối xứng với r = -1F = 360Mpa. Vật liệu
thép 40X (Giới hạn bền của thép b = 1000 Mpa).

Thời gian làm việc t = 8 năm, hệ số làm việc năm

Hình 3 Kết cấu trục

Knăm= 2/3,mỗi ngày làm việc 2 ca. Tốc độ quay của
trục n = 350 (v/p), hệ số an toàn cho phép [S] = 1.7. Số mũ đường cong mỏi m = 6.
Số chu kỳ cơ sở N0 = 5.106. Xác định hệ số tuổi thọ KL.
Bài 4. Tương tự bài 3 xác định ứng suất uốn cho phép.

2


Bài 5. Hãy xác định hệ số an toàn của đoạn trục như trong Hình 3. Biết đường kính
d1 = 60 và d2 = 70 với đoạn chuyển ếp bán kính góc lượn r, bề mặt được mài nh
đạt độ nhám Ra = 1,25. Ứng suất uốn thay đổi theo chu trình đối xứng với r = -1F =
360Mpa. Vật liệu thép 40X (Giới hạn bền của thép b = 1000 Mpa). Trục chịu uốn với
M = 2.106 N.mm.
Bài 6 Tính số chu kỳ ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn tương đương trên răng bánh
răng (làm bằng thép C45) biết sơ đồ tải trọng khi làm việc của bộ truyền thay đổi
như Hình 4. Biết tốc độ quay trên trục dẫn n = 200 (v/p), tỷ số truyền u = 4. Ứng suất
cho phép của bộ truyền được xác định theo chế độ mỏi dài hạn hay ngắn hạn.
P

P. Kbđ
P
0,5P
0,4P
t

1-3

sec

0,4 tCK

0,3 tCK

0,3 tCK

Hình 4. Sơ đồ tải trọng của bộ truyền bánh răng

Bài 7. Xác định hệ số an toàn cho trục quay

diện nguy hiểm giá trị của M=1,2. 106Nmm;

d1

cấu như Hình 5 có d1 = 85, d2 = 95. Tại tiết

d2

r

1 chiều chịu đồng thời uốn và xoắn có kết

T= 3,5. 106Nmm. Vật liệu trục là thép 40XH
có b=1000 Mpa;

-1F = 530 Mpa. Bề mặt

trục được tiện tinh. Yêu cầu trục làm việc 5

Hình 5 Kết cấu trục

năm, tỷ số ngày làm việc trong năm là 0,80; tỷ số số giờ làm việc trong ngày là 2/3.
Ứng suất uốn thay đổi theo chu trình đối xứng.
Bài 8. Với yêu cầu và số liệu như bài 6 hãy xác định hệ số an toàn cho đoạn trục có
kết cấu như Hình 6.

3


Hình 6. Kết cấu trục

Hình 7: Sơ đồ tải trọng của bộ truyền bánh răng

Bài 9. Xác định hệ số tuổi thọ KHL , KFL trong trường hợp sau: chi ết bánh răng làm
việc với tải trọng thay đổi theo sơ đồ hình 1.6. Bánh răng quay với tốc độ n = 500
v/p, thời gian làm việc t = 15000 giờ, bánh răng quay một chiều. Biết tải trọng không
đổi.
Bài 10. Tương tự bài 9 xác định hệ số tuổi thọ KHL , KFL khi tải trọng thay đổi theo sơ
đồ hình 7.

4


1.3.

Bài tập phần hệ thống dẫn động cơ khí (40 bài)

1.3.1: Cho hệ thống dẫn động xích tải dùng hộp giảm tốc bánh răng đồng trục

với sơ đồ như sau:
F
5

4

P

3

P.Kb®
P

2
t

1
Sơ đồ tải trọng
- Sơ đồ hệ dẫn động

Cho biết:
-

Lực vòng trên xích tải: Ft = 5000N ;
Vận tốc vòng của xích tải: v = 1,5 m/s ;
Số răng trên đĩa xích tải: Z = 22 ;
Bước xích tải: p = 38,1 mm ;
Tính chất tải trọng: tải không đổi, quay 1 chiều ;
Hệ số cản ban đầu: Kbd = 1,4 ;

Hãy:
1. Tính công suất và số vòng quay trên trục công tác;
2. Xác định công suất cần thiết của động cơ;
3. Xác định số vòng quay của động cơ;
4. Chọn động cơ điện cho hệ thống;
5. Kiểm tra quá tải cho động cơ;
6. Tính tỉ số truyền chung của hệ thống;
7. Xác định tỉ số truyền của bộ truyền đai;
8. Phân phối tỉ số truyền cho các cặp bánh răng trong hộp giảm tốc;
9. Tính công suất trên các trục I, II và III của hộp;
10. Tính số vòng quay trên các trục I, II và III.

5


1.3.2. Cho hệ thống dẫn động băng tải dùng hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp
khai triển với sơ đồ sau:

Ft
6

P
P.Kb®

3

P

5
2

t

4
1

Sơ đồ tải trọng

Sơ đồ hệ thống dẫn động

Cho biết:
-

Lực vòng trên băng tải: Ft = 4000N ;
Vận tốc vòng băng tải: v = 2,2 m/s ;
Đường kính tang băng tải: D = 400 mm ;
Tính chất tải trọng: tải không đổi, quay 1 chiều ;
Hệ số cản ban đầu: Kbd = 1,5 ;

Hãy:
1. Tính công suất và số vòng quay trên trục công tác;
2. Xác định công suất cần thiết của động cơ;
3. Xác định số vòng quay của động cơ;
4. Chọn động cơ điện cho hệ thống;
5. Kiểm tra quá tải cho động cơ;
6. Tính tỉ số truyền chung của hệ thống;
7. Xác định tỉ số truyền của bộ truyền xích;
8. Phân phối tỉ số truyền cho các cặp bánh răng trong hộp giảm tốc;
9. Tính công suất trên các trục I, II và III của hộp;
10. Tính số vòng quay trên các trục I, II và III.

6


1.3.3. Cho hệ thống dẫn động băng tải dùng hộp giảm tốc côn-trụ như hình vẽ:
P
P.Kb®
P

t
Sơ đồ tải trọng

Cho biết:
-

Lực vòng trên băng tải: Ft = 4000N ;
Vận tốc vòng băng tải: v = 2,2 m/s ;
Đường kính tang băng tải: D = 400 mm ;
Tính chất tải trọng: tải không đổi, quay 1 chiều ;
Hệ số cản ban đầu: Kbd = 1,4 ;

Hãy:
1. Tính công suất và số vòng quay trên trục công tác;
2. Xác định công suất cần thiết của động cơ;
3. Xác định số vòng quay của động cơ;
4. Chọn động cơ điện cho hệ thống;
5. Kiểm tra quá tải cho động cơ;
6. Tính tỉ số truyền chung của hệ thống;
7. Xác định tỉ số truyền của bộ truyền xích;
8. Phân phối tỉ số truyền cho các cặp bánh răng trong hộp giảm tốc;
9. Tính công suất trên các trục I, II và III của hộp;

10. Tính số vòng quay trên các trục I, II và III.

7


1.3.4. Cho hệ thống dẫn động băng tải dùng hộp giảm tốc phân đôi cấp chậm
với sơ đồ sau:
5

4
2

P
Ft

1

P.Kb®
P

3
6

t
Sơ đồ tải trọng

Sơ đồ hệ dẫn động
Cho biết:
-

Lực vòng trên băng tải: Ft = 4000N ;
Vận tốc vòng băng tải: v = 2,2 m/s ;
Đường kính tang băng tải: D = 400 mm ;
Tính chất tải trọng: tải không đổi, quay 1 chiều ;
Hệ số cản ban đầu: Kbd = 1,5 ;

Hãy:
11. Tính công suất và số vòng quay trên trục công tác;
12. Xác định công suất cần thiết của động cơ;
13. Xác định số vòng quay của động cơ;
14. Chọn động cơ điện cho hệ thống;
15. Kiểm tra quá tải cho động cơ;
16. Tính tỉ số truyền chung của hệ thống;
17. Xác định tỉ số truyền của bộ truyền xích;
18. Phân phối tỉ số truyền cho các cặp bánh răng trong hộp giảm tốc;
19. Tính công suất trên các trục I, II và III của hộp;
20. Tính số vòng quay trên các trục I, II và III.

8