Thiết kế máy sàng rung có hướng chương 4-2

ĐATN:Thiết kế máy sàng rung có hướng Khoa Cơ Khí
2.Thiết kế trục:
2.1 Chọn vật liệu:
Trục thường làm bằng thép cácbon hoặc thép hợp kim. Đối với trục làm việc trong
các máy móc quan trọng hay chịu tải lớn, có thể dùng thép 45 hoặc thép 40X có nhiệt
luyện. Đối với trục thiết kế,dựa vào điều kiện làm việc của trục là chịu tải lớn và có
rung động, ta chọn vật liệu làm trục là thép 45 thường hoá.
Các thông số của vật liệu làm trục:
σ
b
= 600 N/mm
2
; σ
ch
= 300 N/mm
2
; độ rắn HB170÷220.
2.2 Tính sức bền trục:
a) Tính sơ bộ trục:
Ban đầu ta chưa biết được kích thước các phần chủ yếu trục như độ dài các đoạn trục
và đường kính của nó.
Để xác định đường kính sơ bộ trục (trên cơ sở này sẽ tìm một vài kích thước chiều
dài) ta dùng công thức tính sơ bộ chỉ xét đến tác dụng của mômen xoắn trên trục; vì
không xét đến tác dụng của tải trọng gây biến dạng uốn nên giá trị của ứng suất cho
phép lấy nhỏ hơn trị số thực.
mm
n
N
Cd ;
3
≥

Trong đó: d- đường kính trục;mm
N- công suất truyền; N = 5,25 kW.
n- số vòng quay trong một phút của trục; n = 497,35 vg/ph.
C - hệ số tính toán, theo “Thiết kế chi tiết máy”, đối với vật liệu là thép
35,40,45 khi tính đường kính trục tại các tiết diện có thể lấy C = 170÷150. Ta lấy C =
170.
Suy ra:
.29,37
35,497
25,5
170
3
mmd
=≥
Ta chọn: d = 40 mm.
b) Tính gần đúng:
Tính gần đúng có xét đến tác dụng đồng thời của cả mômen uốn lẫn mômen xoắn đến
sức bền trục. Để thực hiện công việc tính toán này, chúng ta cần định các kích thước dài
các đoạn trục.Các kích thước này do các chi tiết lắp lên nó quyết định.
Qua các bước tính toán trước, ta đã xác định được các kích thước của các chi tiết lắp
lên trục như sau:
Bề rộng bánh đai: B
dai
= 85 mm.
Bề rộng bánh răng: B
br
= 72 mm.
Bề rộng ổ đỡ:( để xác định giá trị thông số này trong điều kiện chưa biết chính xác
kích thước đường kính trục, ta tham khảo máy mẫu cùng loại CM-742, với đường kính
đoạn trục lắp ổ đỡ d = 80 mm, ta chọn loại ổ đũa côn đỡ chặn 7616 cỡ trung rộng có d =

80, B = 59,5.
Svth: Nguyễn Trần Quang Sơn_Lớp: 03-C1C Trang:
57
ĐATN:Thiết kế máy sàng rung có hướng Khoa Cơ Khí
Với các kích thước đã biết cộng với kích thước khung sàng a x b = 3000 x 1200 mm, bề
dày các tấm thép làm khung sàng b = 15 mm, các khoảng cách giữa các chi tiết máy,
khoảng cách từ các chi tiết máy đến thành sàng, các biện pháp để đảm bảo kết cấu sàng
được hợp lý, ta xác định được mối quan hệ tương quan về vị trí của các chi tiết và các
kết cấu liên quan như sau:

50
30
72
20
1000
1200
12
23
23
15
85
Hình 24
Chiều dài tổng cộng trục:
L = (72 + 30) + 2.(12 + 23 + 15) + (50 + 85) + 1200 = 1537 mm.
Từ sơ đồ trên, ta có thể xác định được mô hình tính toán trục như sau:
1258 95
150,5
Fqt
P
r1

P
a1
P
1
P
d
Hình 25
Trong đó, các kích thước chiều dài được tính như sau:
2
)122323(
212001258
++
+=
;mm
2
)122323(
50
2
85
5,150
++
++=
;mm
2
58
30
2
72
95
++=

;mm.
Svth: Nguyễn Trần Quang Sơn_Lớp: 03-C1C Trang:
58
ĐATN:Thiết kế máy sàng rung có hướng Khoa Cơ Khí
Khi trục hoạt động, các lực tác dụng vào trục:
1)Lực quán tính do sự quay của trục lệch tâm gây ra, giá trị của lực này là:
).(3,1791152.0575,0.2,115
22
NmrF
===
ω
Trong đó: m = 115,21 kg; r = 57,5 mm; ω = 52 rad/s.
Các giá trị này là các giá trị thực tế của máy tính toán khi hoạt động.
2)Lực căng đai tác dụng lên trục:
P
d
= 1950,85 (N).
3)Lực do bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng gây ra:
_Lực vòng P
1
: P
1
= 840 N.
_Lực hướng tâm P
r1
: P
r1
= 316,29 N.
_Lực dọc trục P
a1

: P
a1
= 222,42 N.
Ta sẽ tính trục trong điều kiện tải trọng lớn nhất, đó là trường hợp khi lực hướng tâm do
bánh răng tạo ra và lực căng đai của bánh đai cùng hướng và cùng ngược chiều với lực
quán tính do sự quay của trục lệch tâm gây ra. Ta dự đoán trường hợp này trục sẽ bị uốn
mạnh nhất.
Sơ đồ lực tác dụng:
P
d
F
qt
P
1
P
r1
P
a1
A
B
R
Ay
R
Ax
R
By
R
Bx
x
y

z
Hình 26
Tính trục theo phương x:
Sơ đồ tính toán:
629150.5
A
B
P
r1
R
By
R
Ay
F
qt
P
d
x
y
z
95629
Hình 27
Giả sử trong điều kiện làm việc trục đủ bền, mô hình tính toán có thể chuyển thành tính
cho một trục bình thường:
Svth: Nguyễn Trần Quang Sơn_Lớp: 03-C1C Trang:
59
ĐATN:Thiết kế máy sàng rung có hướng Khoa Cơ Khí
629150.5
A
B

P
r1
R
By
R
Ay
F
qt
P
d
y
z
95629
Hình 28
Tính phản lực tại các gối đỡ:
Ta có:
∑
=++−+⇔=
00
1rByqtAyd
PRFRPY
(1)
∑
=−−+−⇔=
05,1408.1258.629.95.0
1 dAyqtrB
PRFPM
(2)
Từ (2) suy ra:
).(53,6747

1258
5,1408.85,195095.29,316629.3,17911
1258
5,1408.95.629.
1
N
PPF
R
drqt
Ay
=
−−
=
−−
=
Từ (1) suy ra:
).(63,8896)29,31653,674785,1950(3,17911)(
1
NPRPFR
rAydqtBx
=++−=++−=
Vẽ biểu đồ nội lực:
Để xác định các thành phần nội lực trong thanh khi thanh chịu tác dụng của tải
trọng,ta dùng phương pháp mặt cắt.
Tưởng tượng tại một toạ độ z nào đó của đoạn thanh đang xét,chúng ta dùng một mặt
cắt a-a để cắt đoạn này ra thành hai phần, mặt cắt này vuông góc với trục thanh.Ta có
thể lựa chọn xét phần bên trái hay phần bên phải. Trên mặt cắt a-a ta gắn cho nó một hệ
trục Oxyz. Để đoạn thanh đang xét được cân bằng dưới tác dụng của ngoại lực và nội
lực, thì tại mặt cắt đó phải xuất hiện một lực Q
y

ngược chiều với lực gọi là lực cắt và
một mômen (ngẫu lực) M
x
tác dụng trong mặt phẳng Ozx tạo nên sự uốn gọi là mômen
uốn nội lựcM
x
. Để xác định Q
y
và M
x
ta sử dụng phương trình cân bằng tĩnh học thông
thường mà ta đã biết.
Svth: Nguyễn Trần Quang Sơn_Lớp: 03-C1C Trang:
60
ĐATN:Thiết kế máy sàng rung có hướng Khoa Cơ Khí
Ta giả sử cắt trục tại các vị trí như trên hình dưới đây:
95629629150.5
A
B
P
r1
R
By
R
Ay
F
qt
P
d
x

y
z
1
1
2
2
4
4
3
3
Hình 29
Ta xét mặt cắt 1-1:
∑
=−⇔=
00
dy
PQy
)(85,1950 NPQ
dy
==⇔
∑
=+−⇔=
0.0
ydy
MzPM
zPM
dy
.
=⇔
,

Khi z = 0: M
y
= 0.
Khi z = 150,5: M
y
= 1950,85.150,5 = 293602,925 (N.mm).
Xét mặt cắt 2-2:
R
Ay
P
d
z
x
y
Q
y
M
x
150,5
z
o
00
=+−−⇔=
∑
yAyd
QRPy
).(38,869853,674785,1950 NRyPQ
dy
=+=+=⇔
∑

=+−+−⇔=
0.)5,150.(0
yAydO
MzRzPM
;).(5,150. zRPPM
Ayddy
++=⇔
Khi z = 0: M
y
= 1950,85.150,5 = 293602,925 (N.mm).
Khi z = 629: M
y
= 1950,85.150,5+(1950,85+6747,53).629 = 5764883,945 (N.mm)
Xét mặt cắt 3-3:
Svth: Nguyễn Trần Quang Sơn_Lớp: 03-C1C Trang:
61
P
d
z
x
y
Q
y
M
x
z
ĐATN:Thiết kế máy sàng rung có hướng Khoa Cơ Khí
∑
=−⇔=
00

1ry
PQy
).(29,316
1
NPQ
ry
==⇔
∑
=−⇔=
0.0
1
zPMM
ryO
;
;.
1
zPM
ry
=⇔
Khi z = 0: M
y
= 0.
Khi z = 95: M
y
= 316,29.95 = 30047,55 (N.mm)
Xét mặt cắt 4-4:
P
r1
R
By

x
y
o
z
95
z
Q
y
M
x
∑
=−−⇔=
00
1rByy
PRQy
;
).(92,921229,31663,8896
1
NPRQ
rByy
=+=+=⇔
∑
=+−−⇔=
0)95.(.0
1
zPzRMM
rByyO
;
95.).(
11 rrByy

PzPRM
++=⇔
;
Khi z = 0: M
y
= 316,29.95 = 30047,55 (N.mm) ;
Khi z = 629: M
y
= (8896,63 + 316,29).629 + 316,29.95 = 5764883,945 (N.mm) ;
Từ các kết quả tính toán trên, ta xây dựng biểu đồ lực cắt và mômen uốn tác dụng lên
trục:
5764883,945 (N.mm)
293602,925 (N.mm) 30047,55 (N.mm)
Mx
Qy
8698,38 (N)
9212,92 (N)
1950,85 (N)
316,29 (N)
Để chắc chắn kết quả tính toán không còn sai sót, ta dùng phần mềm RDM để kiểm tra
lại. Sau khi thiết lập các thông số tương tự các thông số đã tính ở trên, ta có được kết
quả bằng RDM như sau:
Svth: Nguyễn Trần Quang Sơn_Lớp: 03-C1C Trang:
62
P
r1
z
x
y
Q

y
M
x
z