Thiết kế máy sàng rung có hướng chương 4-3

ĐATN:Thiết kế máy sàng rung có hướng Khoa Cơ Khí
Ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ đối xứng:
0
0
max
=
==
m
x
a
W
M
τ
ττ
Trong các công thức trên, W và W
0
là mômen cản uốn và mômen cản xoắn của tiết diện
trục.Vì đoạn trục nguy hiểm (trục lệch tâm) đã được kiểm tra bền, do đó, trong phần này
ta sẽ tiến hành kiểm nghiệm độ an toàn của phần trục chịu tải lớn còn lại (phần trục lắp
ổ đỡ và lắp các chi tiết khác).
Trục có tiết diện d = 80 mm, trên trục có rãnh then, tra bảng 7-3b đối với trục có cùng
điều kiện trên, ta được:
)(95000
)(44700
3
0
3
mmW
mmW
=
=

Giá trị mômen uốn và mômen xoắn lớn nhất trên đoạn trục này:
).(100800
).(925,293602
mmNM
mmNM
x
u
=
=
Suy ra:
0
)/(061,1
95000
100800
0
)/(568,6
44700
925,293602
2
2
=
==
=
==
m
a
m
a
mmN
mmN

τ
τ
σ
σ
Đối với thép cacbon trung bình:
05,0;1,0
==
τσ
ψψ
.
ε
σ
và ε
τ
-hệ số kích thước, xét ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục đến giới hạn
mỏi.Tra bảng 7-4, ta được:
62,0;74,0
==
τσ
εε
Trục không dùng phương pháp tăng bền: β = 1.
k
σ
và k
τ
-hệ số tập trung ứng suất thức tế khi uốn và khi xoắn, tra bảng 7-6 và bảng 7-13,
ta được:
1,1;92,1
==
τσ

kk
Trị số
[ ]
n
được chọn theo biểu thức:
[ ]
321
.. nnnn
=
Trong đó: n
1
-hệ số xét đến mức độ quan trọng của chi tiết, chọn n
1
= 1,5.
n
2
-hệ số xét đến độ chính xác khi xác định tải trọng và ứng suất,nếu tính
được tương đối chính xác, ta chọn n
2
= 1,1
n
3
- hệ số xét đến ảnh hưởng của vật liệu, với trục làm bằng thép cán hoặc
thép rèn, n
3
= 1,3.
Suy ra:
[ ]
145,23,1.1,1.5,1
==

n
Từ các giá trị trên, ta tính được:
Svth: Nguyễn Trần Quang Sơn_Lớp: 03-C1C Trang:
73
ĐATN:Thiết kế máy sàng rung có hướng Khoa Cơ Khí
62,95
061,1
1.62,0
1,1
180
6,17
568,6
1.74,0
92,1
300
==
==
τ
σ
n
n
3,17
62,956,17
62,95.6,17
22
=
+
=⇒
n
Ta thấy:

[ ]
nn
>
Vậy trục đã đủ bền.
2.4 Kiểm nghiệm trục khi quá tải đột ngột:
Khi quá tả đột ngột trục có thể bị gãy hoặc biến dạng dẻo quá lớn. Điều kiện để trục làm
việc bình thường:
[ ]
)/(240300.8,0.8,0.3
222
mmN
chtd
==≈≤+=
σστσσ
Trong đó:
3
max
3
max
.2,0
.1,0
d
M
d
M
x
u
=
=
τ

σ
Đối với phần trục lệch tâm ta đã kiểm nghiệm độ bền. Độ bền đang kiểm tra là độ của
đoạn trục có đường kính d = 80mm.Các giá trị mômen uốn và mômen xoắn lớn nhất của
đoạn trục này là:
M
umax
= 293602,925 (N.mm)
M
xmax
= 100800 (N.mm)
).(98,0
80.2,0
100800
).(73,5
80.1,0
925,293602
3
3
mmN
mmN
==
==⇒
τ
σ
Suy ra:
).(976,598,0.373,5
22
mmN
td
=+=

σ
So sánh với giá trị
[ ]
).(240 mmN
=
σ
ta thấy điều kiện bền khi quá tải đã được thoã mãn.
Để đảm bảo chắc chắn, ta xét thêm điều kiện bền của trục tại mặt cắt nguy hiểm nhất:
M
umax
= 5764883,945 (N.mm)
Vì trục phần trục có mặt cắt nguy hiểm có dạng bán nguyệt với đường kính ngoài d =
220 mm. Ta giả sử xem như trục tương đương với một trục có mặt cắt ngang tròn với
đường kính d = 80 mm.
Ta có:
).(98,0
).(59,112
80.1,0
945,5764883
max
3
max
mmN
mmN
==
==
ττ
σ
).(6,11298,0.359,112
22

max
mmN
td
=+=⇒
σ
Giá trị ứng suất này nếu đem so với giá trị ứng suất giới hạn vẫn nhỏ hơn. Do đó, trục
hoạt động an toàn khi quá tải.
Svth: Nguyễn Trần Quang Sơn_Lớp: 03-C1C Trang:
74
ĐATN:Thiết kế máy sàng rung có hướng Khoa Cơ Khí
2.5 Tính độ cứng của trục:
Trục không đủ cứng sẽ bị biến dạng lớn. Ta phân biệt biến dạng uốn và biến dạng
xoắn.Sự biến dạng làm ảnh hưởng đến tình hình làm việc của trục và các chi tiết máy
lắp trên trục như ổ trục, bánh răng, khớp nối…
Tính độ cứng uốn:
Trị số biến dạng uốn cho phép phụ thuộc vào điều kiện cụ thể của kết cấu máy, theo
sách “Thiết kế chi tiết máy”:
Đối với trục lắp bánh răng, độ võng cho phép của trục lắp bánh răng nhỏ:
[ ]
my .01,0
=
; với m-môđun ăn khớp.
Góc xoay cho phép:
[ ]
rad001,0
≤
θ
Trong nghành chế tạo máy, với những trục công dụng chung:
[ ]
( )

ly 0003,00002,0
÷≈
;mm.
Với : l- khoảng cách giữa các gối đỡ.
Với trục đang xét, l = 1258 mm,ta suy ra:
[ ]
( )
)(3774,02516,012580003,00002,0 mmy
÷=÷=
Góc xoay của trục chỗ lắp ổ bi đỡ:
[ ]
rad01,0
=
θ
Độ võng và góc xoay của trục được xác định theo các phương pháp nghiên cứu trong
“Sức bền vật liệu”.Vì trục có kết cấu phức tạp về hình dáng và tiết diện, do đó việc xác
định độ cứng trục theo “Sức bền vật liệu” rất khó khăn. Do đó, để nâng cao độ chính
xác và tin cậy của kết quả tính, trong phần này, chúng ta sẽ xác định độ võng và góc
xoay trục bằng phần mềm RDM.
Thông số thiết lập:
Tải trọng tác động:
1.Lực căng đai: P
d
= 1950,85(N)
2.Lực hướng kính bánh răng: P
r1
= 316,29(N)
3.Lực quán tính do sự quay của khối lệch tâm gây ra: ở đây, ta xét lực với trạng
thái tải trọng phân bố, mô hình phản ánh chính xác hơn bản chất tải trọng mà trục phải
chịu. Giá trị lực phân bố:

)/(9113,17
1000
3,17911
1000
mmN
F
q
qt
===
Đồng thời, để thuận tiện tính toán, ta sử dụng khái niệm trục tương đương:
Như ta đã biết, diện tích của tiết diện khối lệch tâm là F = 14675,32 (mm
2
)-theo tính
toán của phần mềm MasterCAM.
Với tiết diện như vậy, ta có thể qui đổi thành tiết diện tròn tương đương với cùng diện
tích:
).(69,136.2
)(34,68
32,14675
)(32,14675.
22
mmRD
mmR
mmRF
==⇒
==⇔
==
π
π
Với các thông số trên, ta lập được mô hình tính với kết quả như sau:

Svth: Nguyễn Trần Quang Sơn_Lớp: 03-C1C Trang:
75
ĐATN:Thiết kế máy sàng rung có hướng Khoa Cơ Khí
Hình 34-Độ võng của trục dưới tác dụng của tải trọng
Hình 35-Biểu đồ góc xoay
Theo hình 34, giá trị độ võng lớn nhất của trục là ở vị trí giữa trục với y = 1,631.10
-1

mm = 0,1631 mm.Giá trị độ võng ở hai đầu trục lần lượt là:
Đầu lắp bánh đai: y = 6,451.10
-2
= 0,06451 mm.
Đầu lắp bánh răng: y = 3,89.10
-2
= 0,0389 mm.
Theo hình 35, giá trị góc xoay ở hai đầu trục gần tương đương nhau.
Đầu lắp bánh đai: θ = 4,307.10
-4
rad = 0,0004307 rad.
Đầu lắp bánh răng: θ = 4,096.10
-4
rad = 0,0004096 rad.
So sánh các giá trị độ võng và góc xoay lớn nhất trên trục với các giá trị độ võng và góc
xoay cho phép:
[ ] [ ]
radmmy 01,0);(3774,0
==
θ
ta thấy các giá trị này đã thõa mãn
điều kiện.

Tính độ cứng xoắn:
Giả sử trục có đường kính không đổi, biến dạng xoắn (góc xoắn) có thể được xác định
theo công thức:
rad
GJ
LM
o
x
;
=
ϕ
Svth: Nguyễn Trần Quang Sơn_Lớp: 03-C1C Trang:
76
ĐATN:Thiết kế máy sàng rung có hướng Khoa Cơ Khí
Trong đó: φ- góc xoắn trục;
M
x
-mômen xoắn trên trục; M
x
= 100800 (N.mm)
G-môđun đàn hồi trượt; G = 8.10
3
(kN/cm
2
) = 8.10
4
(N/mm
2
)
J

o
– mômen quán tính độc cực của tiết diện tròn đường kính d;mm
4
L - chiều dài đoạn trục đang tính;mm
Ở đây ta sẽ tính độ cứng xoắn tại tiết diện lắp bánh đai và bánh răng.Từ công thức trên,
ta thấy: với cùng một đường kính và mômen xoắn, đoạn trục nào có chiều dài L lớn hơn
thì góc xoắn sẽ lớn hơn. Do đó, khi kiểm nghiệm góc xoắn trên trục, ta sẽ chỉ tính cho
đoạn trục nào có chiều dài lớn hơn.Theo khảo sát sơ bộ, đó là đoạn trục có lắp bánh
răng với chiều dài đoạn trục này là L = 80 mm, đường kính đoạn trục: d = 70 mm
Ta tính được:
)(238,2357176
32
70.
32
4
44
mm
d
J
o
===
ππ
Vì trục có rãnh then nên vế phải của công thức phải nhân thêm hệ số k:
;
4
1
1
d
h
k

γ
−
=
Trong đó: h- chiều sâu rãnh then; sơ bộ chọn then có kích thước
1220
×=×
hb
mm,
chiều sâu then trên trục: h = 6 mm.
γ-hệ số, trục có một rãnh then: γ = 0,5.
.2,1
70
6.5,0.4
1
1
=
−
=⇒
k
Suy ra:
rad
5
4
10.27,4
238,2357176.10.8
80.100800
−
==
ϕ
Góc xoắn φ phải nhỏ hơn góc xoắn cho phép.Như ta đã thấy, giá trị góc xoắn như vậy

đã là rất nhỏ.
2.6 Định kết cấu trục:
Ngoài đường kính các đoạn trục đã tính trong phần tính toán sức bền, các tiết diện
còn lại ta sẽ chọn tuỳ theo cấu tạo.
Dựa trên kết cấu trục và các thành phần chi tiết sẽ lắp lên trục, ta định kết cấu trục
như sau:
Svth: Nguyễn Trần Quang Sơn_Lớp: 03-C1C Trang:
77
ĐATN:Thiết kế máy sàng rung có hướng Khoa Cơ Khí
A
A
A-A
80
60
5x45°
2.5x45°
Ø80
Ø70
Ø
2
2
0
Ø90
Ø70
Ø80
Ø90
I
30
R30
0.63

1.25 1.25
0.63
I
TL 10:1
20
R30
R3
198
248
202
252
1000
1560
Hình 36-kết cấu trục.
Trong đó, bánh đai và bánh răng được lắp lên trục bằng then bằng.
Bán kính góc lượn được tra từ bảng 7-15 tùy theo đường kính các đoạn trục.Với trục có
đường kính từ 70÷100 mm, r = 3 mm.
Các chi tiết máy cố định theo chiều trục nhờ vai trục, nắp ổ và đai ốc hãm.
Chọn cấp chính xác chế tạo trục: IT6
Chọn độ nhẵn bề mặt trục:
Đối với trục của máy thiết kế, các vị trí đòi hỏi phải đảm bảo độ nhám bề mặt là đoạn
trục chỗ lắp ghép với ổ lăn, bánh đai và bánh răng.Ngoài ra, còn có độ nhám của vỏ máy
ở những vị trí lắp ghép với ổ lăn và bạc lót.
Độ nhám bề mặt trục và vỏ trong mối ghép với ổ lăn:
Độ nhám bề mặt trục: Ra1,25
Độ nhám bề mặt lỗ và vai trục: Ra2,5
Cấp chính xác ổ lăn: IT6
Dung sai chế tạo trục: h6
Dung sai lỗ lắp ổ lăn: Js7
Svth: Nguyễn Trần Quang Sơn_Lớp: 03-C1C Trang:

78
ĐATN:Thiết kế máy sàng rung có hướng Khoa Cơ Khí
Độ nhám bề mặt trục chỗ lắp bánh đai và bánh răng:
Độ nhám bề mặt trục: Ra1,25
Dung sai lắp ghép của mối ghép bánh đai với trục, bánh răng với trục: H7/k6.
Cấp chính xác chế tạo trục: IT6.
Svth: Nguyễn Trần Quang Sơn_Lớp: 03-C1C Trang:
79
ĐATN:Thiết kế máy sàng rung có hướng Khoa Cơ Khí
IV.TÍNH MỐI GHÉP THEN:
Then là một loại chi tiết máy ghép đã được tiêu chuẩn hóa, việc chọn và tính then
thường được tiến hành theo hai phương pháp:
a) Chọn tiết diện then theo đường kính trục, chiều dài then lấy bằng 0,8÷0,9 chiều dài
của mayơ.Sau đó kiểm nghiệm then theo sức bền dập và sức bền cắt.
b) Chọn tiết diện then theo đường kính trục, chiều dài then được xác định bằng cách
tính then theo sức bền dập và sức bền cắt.
Ở đây, ta tính then theo phương pháp a).
1)Chọn then:
Với đường kính đoạn trục lắp bánh đai và bánh răng d = 70mm, tra bảng 7-23[1] ta
chọn then có kích thước như sau:
k
t
1
d
b
t
h
(mm): b = 20; h = 12; t = 6; t
1
= 6,1; k = 7,4.

Chiều dài then:
Then lắp bánh răng: l
1
= 0,8.l
bánh răng
= 0,8.84 = 67,2 (mm).
Chiều dài then được chọn theo dãy. Ta chọn : l
1
= 63 mm.
Then lắp banh đai: l
2
= 0,8.l
bánh đai
= 0,8.65 = 52 mm.
Ta chọn : l
2
= 50 mm.
2) Tính sức bền then:
Điều kiện bền dập trên mặt cạch làm việc của then:
[ ]
./;
..
2
2
mmN
lkd
M
d
x
d

σσ
≤=
Điều kiện bền dập trên mặt tiếp xúc giữa trục và then:
[ ]
./;
..
2
2
mmN
ltd
M
d
x
d
σσ
≤=
Điều kiện bền cắt của then:
[ ]
./;
..
2
2
mmN
lbd
M
c
x
c
ττ
≤=

Svth: Nguyễn Trần Quang Sơn_Lớp: 03-C1C Trang:
80
ĐATN:Thiết kế máy sàng rung có hướng Khoa Cơ Khí
Trong đó:
M
x
– mômen xoắn trên trục; M
x
= 100800 N.mm
d- đường kính trục; d = 70 mm.
l- chiều dài then; ta chọn then có chiều dài bé hơn kiểm tra, vì khi cùng một kích
thước mặt cắt, then có chiều dài bé hơn sẽ chịu lực nhiều hơn. Chọn l = 50 mm.
b- chiều rộng then; b = 20 mm.
k & t- biểu thị phần then lắp trên mayơ và trên rãnh trục; k = 7,4 mm, t = 6 mm.
d
σ
&
c
τ
- ứng suất dập và ứng suất cắt thực tế.
[ ]
d
σ
&
[ ]
c
τ
- ứng suất dập và cắt cho phép.
Tra bảng 7-20:
[ ]

./150
2
mmN
d
=
σ
Tra bảng 7-21:
[ ]
./120
2
mmN
c
=
τ
Từ các giá trị trên ta suy ra:
Điều kiện bền dập trên mặt cạnh làm việc của then:
2
/784,7
50.4,7.70
100800.2
mmN
d
==
σ
<
[ ]
d
σ
Điều kiện bền dập trên mặt tiếp xúc giữa trục và then:
[ ]

./6,9
60.6.70
100800.2
2
d
d
mmN
σσ
<==
Điều kiện bền cắt của then:
[ ]
./88,2
50.20.70
100800.2
2
c
c
mmN
ττ
<==
Ta thấy, tất cả các điều kiện bền của then đều đã thõa mãn, do đó, then đủ bền.
V.THIẾT KẾ GỐI ĐỠ TRỤC:
Svth: Nguyễn Trần Quang Sơn_Lớp: 03-C1C Trang:
81