Bài tập tổng hợp cơ khí

PHẦN 1. NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN
1.1.

Bài tập phần Vật liệu (10 bài)

Mục đích: Giúp sinh viên biết cách tra cứu về cơ tính, thành phần các loại vật liệu
chế tạo máy phổ biến trên thế giới (theo một số tiêu chuẩn ISO, GHOST, ANSI, DIN,
JIN,…); qua đó biết cách lựa chọn và sử dụng vật liệu trong quá trình thiết kế.
Chú ý biết cách vận dụng các công cụ tìm kiếm và sử dụng tài liệu tham khảo.
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.
1


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;
1.2.

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

Mục đích: Giúp sinh viên biết cách xác định ứng suất cho phép và hệ số an toàn theo
các điều kiện làm việc cụ thể cụ thể của chi tiết: điều kiện bền tĩnh, điều kiện bền
mỏi.
Chú ý tới các vấn đề: ứng suất giới hạn, các nhân tố ảnh hưởng, hệ số tuổi thọ khi
tính toán thiết kế chi tiết máy.
Bài 1. Đoạn trục có đường kí nh D = 60 có lỗ ngang
thông suốt d = 10 như hì nh 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 về uốn cho trục.
Bài 2. Cho trục có đường kính D= 40mm, có
lỗ xuyên tâm đường kính d = 8mm như hì nh
1.1. Quay với tốc độ n= 380 vg/ph; chịu tải
trọng uốn và xoắn thay đổi với sơ đồ như
hình 1.2. Vật liệu trục là thép 45Cr có giới

D

d

́ trục
Hình 1.1 Kêt́ câu

P
P.Kb
®

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. Yêu cầu trục làm
việc 10 năm, tỷ số số ngày làm việc trong
năm là 0,85; tỷ số số giờ làm việc trong ngày
là 1/3. Hãy xác định ứng suất cho phép của
trục.

2

0,5

Hình1.2. Sơ đồ tải trọng

t


Bài 3. Trục bậc chịu uốn có đoạn trục đường

kính d 1 = 60 và d 2 = 70 với đoạn chuyển tiếp
bán kính góc lượn r = 5 (Hình 1.3), bề mặt
được mài tinh đạt độ nhám Ra = 1,25. Ứng
suất uốn thay đổi theo chu trì nh đối xứng với

d1

d2

r

r = 1F = 360Mpa. Vật liệu thép 40X (Giới
́ trụ c
Hình 1.3 Kêt́ câu

hạn bền của thép b = 1000 Mpa). Thời gian

làm việc t = 8 năm, hệ số làm việc năm K năm= 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.
Bài 5. Hãy xác định hệ số an toàn củ a đoạn trục như trong Hì nh 3. Biết đường
kính d 1 = 60 và d 2 = 70 với đoạn chuyển tiếp bán kính góc lượn r = 5, bề mặt
được mài tinh 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. Làm
việc 5 năm, hệ số làm việc năm 0,8; ngày
làm việc 2 ca.

P

P. Kbđ
P

0,5P
0,4P

t
0,4 tCK

1-3
sec

0,3 tCK

0,3 tCK

Hình 1.4. Sơ đồ tải trọng của bộ truyền bánh răng

thép 40XH có b=1000 Mpa;

d2

r

d1

Bài 7. Xác định hệ số an toàn cho trục
quay 1 chiều chịu đồng thời uốn và xoắn có
kết cấu như Hì nh 5 có d1 = 85, d2 = 95. Tại
tiết diện nguy hiểm giá trị của M=1,2.
106Nmm; T= 3,5. 106Nmm. Vật liệu trục là
-1F = 530

́ trụ c
Hình 1.5. Kêt́ câu
3


Mpa. Bề mặt trục được tiện tinh. Yêu cầu trục làm việc 5 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 trì nh đối xứng.
Bài 8. Xác định hệ số an toàn cho đoạn trục có kết cấu như Hình 1.6. Vật liệu
C45(b= 600 Mpa); Tốc độ quay của trục: 200 vg/ph. Tuổi thọ làm việc: 5
năm, tỷ lệ số ngày /năm là 4/5; số ca làm việc trên ngày là 2 ca. Biết tải trọng
tác dụng tại tiết diện nguy hiểm là M=6.104 N.mm, T= 15.104 Nmm. Ứng suất
uốn trên trục thay đổi theo chu trình đối xứng; ứng suất xoắn thay đổi theo chu
trình mạch động.

Hình 1.6. Kết cấu trục

Hình 1.7.Sơ đồ tải trọng của bộ truyền bánh răng

Bài 9. Xác định hệ số tuổi thọ KHL , KFL trong trường hợp sau : chi tiết bánh
răng bằng thép C40, làm việc với tải trọn g thay đổi theo sơ đồ hì nh 1.4 bài 6.
Bánh răng quay với tốc độ n = 500 v/ph, thời gian làm việc t = 15000 giờ, bánh
răng quay một chiều.
Bài 10. Tương tự bài 9 xác định hệ số tuổi thọ KHL , KFL khi tải trọng thay đổi
theo sơ đồ hình 1.7.

4


1.3.

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

Mục đích:
Giúp sinh viên biết lựa chọn và tính toán về các thông số động học, động lực
học hệ thống dẫn động cơ khí , để đảm bảo các yêu cầu của hệ thống công tác
(băng tải, xích tải, tang cuốn…)
1.3.1: Cho hệ thống dẫn động xích tải dùng hộp giảm tốc bánh răng đồng trục
với sơ đồ như sau:

5

Ft
tt
4

3

P
P.Kb®
P

2
t

1
Hình 1.9. Sơ đồ tải trọng
Hình 1.8 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.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
5

Tính công suất và số vòng quay trên trục công tác;
Xác định công suất cần thiết của động cơ;
Xác định số vòng quay của động cơ;
Chọn động cơ điện cho hệ thống;
Kiểm tra điều kiện mở máy và quá tải cho động cơ;
Tính tỉ số truyền chung của hệ thống;
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.
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

3

P
P.Kb®
P

5
2
t

4
1

Hình 1.11 Sơ đồ tải trọng

Hình 1.10. 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 điều kiện mở máy và 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
Hình 1.13Sơ 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 điều kiện mở máy và 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

t

6

Hình 1.15. Sơ đồ tải trọng

Hình 1.14. 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:
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 điều kiện mở máy và 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.

8


PHẦN 2. PHẦN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ
MỤC ĐÍCH

Giúp sinh viên biết cách vận dụng các công thức đã học tính toán các thông số
các bộ truyền trong truyền động cơ khí, thực hiện tính toán thiết kế các bộ truyền.
Củng cố kiến thức về các đặc trưng chủ yếu khi tính toán thiết kế các bộ truyền
cơ khí
TRUYỀN ĐỘNG BÁNH MA SÁT
Bài 1: Tìm lực nén hướng tâm cho phép của bộ truyền bánh ma sát trụ trên Hình 1. Biết
bánh ma sát nhỏ có số vòng quay 2800 vòng/phút; vật liệu hai bánh là thép ɯx15 có độ rắn
bề mặt HRC60; ứng suất tiếp xúc cho phép bằng 500 Mpa; hệ số ma sát f = 0,15 , hệ số an

toàn s = 1,25.

Hình 1

Hình 2

Bài 2: Tính công suất truyền tương ứng của bộ truyền bánh ma sát có số liệu như bài 1.
Bài 3: Cho bộ truyền bánh ma sát trụ có các bánh ma sát làm bằng thép ɯx15 có độ cứng bề
mặt HB = 260. Mô đun đàn hồi tương đương E = 2,1.105 MPa; Công suất P2 = 6KW, số
vòng quay bánh dẫn n1 = 1450 vòng/phút, tỷ số truyền u = 2,5; bộ truyền làm việc trong
dầu. Tính ứng suất tiếp xúc cho phép của bộ truyền.
Bài 4: Kiểm nghiệm sức bền tiếp xúc cho bộ truyền có số liệu như bài 3, biết hệ số ma sát f
= 0,15 , hệ số an toàn s = 1,3.
Bài 5: Cho bộ truyền bánh ma sát trụ xẻ rãnh (Hình 2), làm việc trong hộp kín, bôi trơn
ngâm dầu. Biết công suất trên bánh dẫn P1 = 5 KW, số vòng qua của bánh bị dẫn là n2 = 760
vòng/phút, tỉ số truyền u = 4, số rãnh z = 3, hệ số an toàn s =1,5, hệ số ma sát f =0,1; Các
bánh ma sát làm bằng thép 40X có độ cứng bề mặt HB=200-300. Hãy tính khoảng cách trục
9


của bộ truyền.
Bài 6: Tính đường kính trung bình của các bánh ma sát có số liệu như bài 5.
Bài 7: Tính lực ép cần thiết cho bộ truyền bánh ma sát có số liệu như bài 5.
Bài 8: Cho truyền động bánh ma sát nón có công suất trên bánh bị dẫn P2 = 5 KW; số vòng
quay bánh dẫn n1 = 1200 vòng/phút; vòng quay bánh bị dẫn n2 = 600 vòng/; bộ truyền làm
việc trong dầu; vật liệu các bánh ma sát là thép ɯx15 có độ cứng bề mặt HB = 260. Tính
ứng suất tiếp xúc cho phép của bộ truyền và xác định góc côn của các bánh ma sát.
Bài 9: Kiểm nghiệm sức bền tiếp xúc cho bộ truyền có số liệu như bài 8, biết hệ số ma sát f
= 0,15 và hệ số an toàn s = 1,3.
Bài 10: Tính lực ép cần thiết cho bộ truyền bánh ma sát có số liệu như bài 9.

TRUYỀN ĐỘNG ĐAI
Bài 1: Cho bộ truyền đai thường có đường kính bánh đai nhỏ d1=100mm, đường kính bánh
đai lớn d2=220 mm. Hãy xác định góc ôm α1 và α2.
Bài 2: Hãy tính chiều dài đai cần thiết cho bộ truyền đai cho trong bài 1.
Bài 3: Cho bộ truyền đai thường có lực căng trên các nhánh của bộ truyền đai F1=1400N,
F2=700N; tiết diện mặt cắt ngang của đai A=500mm2. Xác định ứng suất kéo lớn nhất, ứng
suất ban đầu và và ứng suất có ích trong các nhánh đai.
Bài 4: Cho bộ truyền đai dẹt có công suất trên trục dẫn P1=4,5 kw; số vòng quay trên bánh
dẫn n1=1450 v/ph; tỉ số truyền u=3; hệ số trượt ξ=0,01. Hãy xác định đường kính bánh đai 1
và 2.
Bài 5: Tính khoảng cách trục của bộ truyền đai dẹt có số liệu cho trong bài 4.
Bài 6: Tính chiều dài của dây đai của bộ truyền đai dẹt cho trong bài 4.
Bài 7: Xác định góc ôm α1 và α2 của bộ truyền đai dẹt cho trong bài 4.
Bài 8: Kiểm nghiệm số vòng chạy của đai trong một dây của bộ truyền cho trong bài 4.
Bài 9: Cho bộ truyền đai thang có công suất trên trục dẫn P1=5kW, góc chêm đai =36o, số
vòng quay bánh dẫn n1=1480(vòng/phút); số vòng quay bánh bị dẫn n2=500(vòng/phút);
đường kính bánh dẫn d1=240mm; số vòng quay bánh bị dẫn n2=450 (vòng/phút), khoảng
cách trục a=1250mm. Hệ số ma sát giữa dây đai và bánh đai f=0,35. Bỏ qua lực căng phụ do
ly tâm sinh ra. Xác định góc ôm  và vận tốc vòng v trên các bánh.
Bài 10: Hãy tính mô men xoắn trên các trục và lực căng trên hai nhánh của bộ truyền đai
thang có số liệu như trong bài 9.

10


TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG
Bài 1: Cho bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng ngoại tiếp không dịch chỉnh có môđun m =2
mm, số răng Z1 = 20 và Z2 = 50. Hãy xác định đường kính vòng chia, vòng đỉnh và vòng
chân răng của các bánh răng.

Bài 2: Tính tỉ số truyền, chiều cao răng và khoảng cách trục của bộ truyền bánh răng cho
trong bài 1.
Bài 3: Cho bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng nội tiếp không dịch chỉnh có môđun m =5
mm, số răng Z1 = 18 và Z2 = 56. Hãy xác định đường kính vòng chia, vòng đỉnh và vòng
chân răng của các bánh răng.
Bài 4: Tính tỉ số truyền, chiều cao răng và khoảng cách trục của bộ truyền bánh răng cho
trong bài 3.
Bài 5: Cho bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng có bánh dẫn Z1=21 , đường kính vòng đỉnh
da1=126,5 mm. Xác định mô đun m của răng biết chiều cao đỉnh ha bằng mô đun m.
Bài 6: Cho bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng với bánh
dẫn có 14 răng, bánh bị dẫn có 80 răng và có môđun
m=5mm. Nếu dịch chỉnh với hệ số dịch chỉnh x1=+0,3 và
x2=-0,3 thì các bánh răng trên có xảy ra hiện tượng cắt
chân răng không?
Bài 7: Xác định đường kính bánh dẫn, bánh bị dẫn và
chiều dày răng S1, S2 theo đường kính vòng chia của bộ
truyền bánh răng dịch chỉnh cho trong bài 6.
Bài 8: Cho bộ truyền bánh răng dịch chỉnh có môđun m
=10, số răng Z1 = 15, Z2 = 30. Biết hệ số dịch chỉnh của cả
bánh đều bằng + 0,5. Hãy xác định góc ăn khớp của bộ
truyền.
Bài 9: Tính đường kính đỉnh răng, đường kính chân răng
khoảng cách trục của bộ truyền cho trong bài 8.

1

3
n2
2

2
Hình 1

4

và

Bài 10: Cho hộp giảm tốc bánh răng trụ răng nghiêng 2 cấp có sơ đồ như hình 1. Biết
mômen xoắn trên các trục: T1 = 26767 N.mm; T2 = 168313 N.mm; T3 = 1500200 N.mm
đường kính các vòng tròn lăn: dw1 = 33 mm; dw3 = 71 mm; u1 = 2,5; u2 = 4,2; Góc ăn khớp
tw1 = 20,50 ; tw3 = 21,50 và góc nghiêng 1 = 11,50; 3 = 8,50. Hãy phân tích lực và chọn
chiều nghiêng hợp lý cho các bộ truyền bánh răng của hộp.
Bài 11: Xác định phương chiều và giá trị của các thành phần lực tác dụng trong các bánh
răng của hộp giảm tốc cho trong bài 10 khi làm việc.

11


II
I

3

4

2

1

I

I

Bài 12: Cho hộp giảm tốc bánh răng trụ đồng trục có sơ đồ như
hình 2. Biết mômen xoắn trên các trục: T1 = 26767 N.mm; T2 =
168313 N.mm; T3 = 1500200 N.mm; đường kính các vòng tròn
lăn: dw1 = 59 mm; dw3 = 65 mm; u1 = 2,5; u2 = 4,2; góc ăn khớp
tw1 = 20,50 ; tw3 = 21,50 và góc nghiêng 1 = 13,50; 3 =
14,50. Hãy phân tích lực cho các cặp bánh răng của hộp và nhận
xét chiều nghiêng của các cặp bánh răng có hợp lý hay không?

I

Hình 2

Bài 13: Xác định phương chiều và giá trị của các thành phần
lực tác dụng trong các bánh răng của hộp giảm tốc cho trong

bài 12 khi làm việc.
Bài 14: Cho hộp giảm tốc bánh răng côn - trụ như hình 3. Biết mômen xoắn trên các trục:
T1 = 59540 N.mm; T2 = 156626N.mm; T3 = 1000000 Nmm; đường kính vòng chia trung
bình : dm1 = 65mm; dm2 = 184 mm; góc ăn khớp  = 200 ; bộ truyền bánh răng côn răng
thẳng có góc côn chia trên bánh 1: 1 = 19,61; đường kính vòng lăn: dw3 = 65mm; u2 = 3;
tw3 = 21,50; góc nghiêng 1 = 00; 3 = 160. Hãy phân tích
lực và chọn chiều nghiêng hợp lý cho các bộ truyền bánh
I
1
răng của hộp.
2
Bài 15: Tính giá trị của các thành phần lực tác dụng trong
các bánh răng của hộp giảm tốc cho trong bài 14 khi làm

việc.

3
I
I

Bài 16: Cho bộ truyền bánh răng nghiêng ăn khớp ngoài
chịu tải không đổi có TST u = 2,5; mô men xoắn trên bánh
dẫn T1 = 150000 N.mm; số vòng quay bánh dẫn n1 = 220
vòng/phút; Hệ số chiều rộng vành răng ba = 0,3; KH =
1,03; KF = 1,08; m =2,5;  = 150; thời gian làm việc 5
năm, số ca làm việc trong ngày là 1/3; số ngày làm việc
trong năm là 2/3. Hãy chọn vật liệu cho bánh răng.

I
I
I

4

Hình 3

Bài 17: Tính ứng suất tiếp xúc cho phép cho bộ truyền bánh răng cho trong bài 16.
Bài 18: Tính ứng suất uốn cho phép cho bộ truyền bánh răng cho trong bài 16.
Bài 19: Xác định khoảng cách trục bộ truyền bánh răng cho trong bài 16 biết hệ số phụ
1

thuộc vào vật liệu của bánh răng và loại răng K a  45(MPa 3 ) .
Bài 20: Xác định số răng và chiều rộng bánh răng của các bánh cho bộ truyền bánh răng
trong bài 19.

12


Phần 3: BÀI TẬP PHẦN CHI TIẾT ĐỠ - NỐI
Mục đích:
Giúp sinh viên nắm được trình tự thiết kế một chi tiết dạng trục trong mối liên
hệ với các chi tiết liên quan lắp trên nó, ảnh hưởng của các nhân tố gây tập trung
ứng suất đến sức bền của trục.
Hướng dẫn sinh viên biết tính chọn và kiểm nghiệm các chi tiết đỡ nối tiêu
chuẩn (ổ lăn, ổ trượt, then, khớp nối).

3.1.

PHẦN TRỤC

3.1.1. Cho sơ đồ hệ dẫn động xích tải hình 3.1:

P
PKbd
P

t

Hình 3.1 Sơ đồ hệ dẫn động xích tải

Hình 3.2 Sơ đồ tải trọng làm việc

1. 2 Bộ truyền bánh răng cấp nhanh

5.6 Khớp nối.

3.4 Bộ truyền bánh răng cấp chậ

7. Xích tải.

Kbd = 1,5

Biết: Công suất và tốc độ quay trên các trục của hộp lần lượt là PI = 9,7(kW), PII =
9,3(kW), PIII = 8,9(kW); nI = 2907 (v/ph), nII = 424,4 (v/ph), nIII = 121,4 (v/ph). Các
bánh răng có kích thước như sau: dw1 = 34,7; dw3 = 71,7; bề rộng các bánh răng: bw1 =
46, bw2 = 41, bw3 = 70, bw4 = 64; góc nghiêng trên vòng lăn: βw1 = 11,280; βw2 =
11,580 ; góc ăn khớp: αtw1 = 22022’, αtw2 = 22024’; bánh răng không dịch chỉnh. Hộp
được thiết kế làm việc 9 năm, tỉ lệ số ngày làm việc/năm là 0,9; ngày làm việc 2 ca.
Tải trọng không đổi, quay một chiều. Trục III làm bằng thép 45.
13


Bài 1. Xác định chiều quay các trục. Phân tích lực và chọn chiều nghiêng hợp
lý cho các bộ truyền bánh răng. Xác định các lực ăn khớp trên các bánh
răng.
Bài 2. Xác định chiều dài các trục của hộp giảm tốc.
Bài 3. Sơ đồ hóa và xác định phản lực liên kết trên trục III.
Bài 4. Vẽ biểu đồ mô men ngoại lực cho trục III.
Bài 5. Tính đường kính trục III tại các tiết diện nguy hiểm.
Bài 6. Xác định kết cấu sơ bộ của trục III.
Bài 7. Kiểm nghiệm độ bền mỏi cho trục III.
Bài 8. Kiểm nghiệm độ bền tĩnh cho trục III.
Bài 9. Kiểm tra độ cứng cho trục III (Nếu cần thiết).
Bài 10. Xác định kết cấu chính xác của trục III.

Bài 11. Kiểm tra Hộp giảm tốc có thể làm việc với chiều quay ngược lại
không?
3.1.2. Cho sơ đồ hệ dẫn động băng tải Hình 3.3:

1,2 – Cặp bánh răng cấp nhanh
3,4 – Cặp bánh răng cấp chậm

14

5,6 – Khớp nối
7 – Băng tải


Biết: Cho công suất và tốc độ quay trên các trục của hộp lần lượt là PI =
13,27(kW), PII = 12,61(kW), PIII = 12,11(kW); TI = 86800,34(N.mm), TII =
352303,73 (N.mm), TIII = 1058682,72 (N.mm). Hộp được thiết kế làm việc 7
năm, tỉ lệ số ngày làm việc trên năm là 2/3; ngày làm việc 1,5 ca. Kích thước của
bộ truyền bánh răng côn: chiều rộng vành răng b = 46 mm; góc côn chia δ1 =
1308’; góc ăn khớp α = 200; đường kính trung bình dm1 = 73,55; dm2 = 73,55. Kích
thước bộ truyền bánh răng trụ: mô đun pháp mn = 3; chiều rộng bánh răng bw3 =
75, bw4 = 69; số răng trên các bánh Z3 = 34, Z4 = 107, góc nghiêng răng β = 14,070;
góc ăn khớp αtw = 20,570; bánh răng không dịch chỉnh. Trục I làm bằng thép 45.
Bài 1. Xác định chiều quay trên các trục.Phân tích lực và chọn chiều nghiêng
hợp lý cho bánh răng. Xác định các lực ăn khớp trên các bánh răng.
Bài 2. Xác định chiều dài các trục của hộp giảm tốc.
Bài 3. Sơ đồ hóa và xác định phản lực liên kết trên trục I.
Bài 4. Vẽ biểu đồ mô men ngoại lực cho trục I.
Bài 5. Tính đường kính trục I tại các tiết diện nguy hiểm.
Bài 6. Xác định kết cấu sơ bộ của trục I.
Bài 7. Kiểm nghiệm độ bền mỏi cho trục I.

Bài 8. Kiểm nghiệm độ bền tĩnh cho trục I.
Bài 9. Kiểm tra độ cứng cho trục I.
Bài 10. Xác định kết cấu chính xác của trục I.
Bài 11. Kiểm tra Hộp giảm tốc có thể làm việc với chiều quay ngược lại
không?
3.1.3. Cho sơ đồ hệ dẫn động xích tải nhƣ hình 3.5:

15


Hình 3.5. Sơ đồ khai triển trạm dẫn động

Hình 3.6. Sơ đồ tải trọng làm việc

7. Động cơ điện.

5. Khớp nối.

Kbd = 1.8

1, 2: Bộ truyền bánh răng cấp nhanh.

8. Khớp nối.

3, 4: Bộ truyền trục vít.

6. Xích tải.

Biết: Tốc độ của động cơ n đc = 1455 vòng/phút; Công suất làm việc trên các
trục: PI = 5,72 kw, PII = 5,58 kw, PIII = 4,16 kw; Bộ truyền cấp nhanh có : Z1 =

22, Z2 = 96, mn = 2,  =10,48, bw2 = 40, bw2 = 35, các bánh răng không dịch
chỉnh; Bộ truyền cấp chậm có : Z3 = 2, Z4 = 41, m = 8, q =12,5, b3 = 110, b4 =
85, Hệ số dịch chỉnh bánh vít x = 0,125; Góc ma sát υ’ = 2,870 ; Thời gian phục
vụ 6 năm ; Tỉ lệ số ngày làm việc mỗi năm là 2/3 ; ngày làm 2 ca.
Bài 1. Xác định chiều quay trên các trục.Phân tích lực và chọn chiều nghiêng
hợp lý cho bánh răng. Xác định các lực ăn khớp trên các bánh răng.
Bài 2. Xác định chiều dài trục II.
Bài 3. Sơ đồ hóa và xác định phản lực liên kết trên trục II.
Bài 4. Vẽ biểu đồ mô men ngoại lực cho trục II.
Bài 5. Tính đường kính trục II tại các tiết diện nguy hiểm.
Bài 6. Xác định kết cấu sơ bộ của trục II.
16


Bài 7. Kiểm nghiệm độ bền mỏi cho trục II.
Bài 8. Kiểm nghiệm độ bền tĩnh cho trục II.
Bài 9. Kiểm tra độ cứng cho trục II (Nếu cần thiết).
Bài 10. Xác định kết cấu chính xác của trục II.
3.1.4 Trục trung gian của hộp giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng trên hình 3.7,
truyền chuyển động từ bánh bị dẫn 2 sang bánh dẫn 3. Mô men xoắn trên
trục T = 18400Nmm.
Bài 1. Phân tích lực ăn khớp.
Bài 2. Xác định tải trọng tác dụng lên trục.

Hình 3.7
3.1.5. Tính toán trục tâm
Chạc chủ động 1 của hộp giảm tốc bánh răng hành tinh (Hình 3.8) truyền mô
men xoắn T = 960000 Nmm. Giả sử rằng tải trọng của hộp giảm tốc chia đều
trên ba vệ tinh. Đường kính chốt lắp bánh vệ tinh là 40 mm.
Bài 1. Phân tích lực

Bài 2. Xác định ứng suất trong chốt vệ tinh,

17


70
60

42

3
2

m=5
Z = 24

1

5
m=5
Z = 18

Hình 3.8
1- Đĩa chốt, 2- Đai ốc hãm, 3- Bạc lót, 4- Trục chốt , 5- Bánh răng vệ tinh
3.2. PHẦN Ổ LĂN
3.2.1. Cho trục có sơ đồ như trục III trên hình vẽ 3.1. Biết đường kính ngõng trục
d = 45 mm; nIII = 121,4 (v/ph). Lực dọc trục Fa = 1290,4 N; phản lực liên
kết tại các gối: FAx = 2837,2 N, FAy = 1574 N, FBx = 1100,6 N, FBx = 740,6
N. Thời gian làm việc 9 năm, tỉ lệ số ngày làm việc/năm là 0,9; ngày làm
việc 2 ca; trong điều kiện: Nhiệt độ bình thường; vòng trong quay; tải trọng

không đổi.
Bài 1. Phân tích chọn loại ổ cho trục III.
Bài 2. Chọn sơ bộ ổ lăn cho trục
Bài 3. Kiểm nghiệm khả năng tải động.
Bài 4. Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh.
Bài 5. Xử lý kết quả tính toán (Nếu không đảm bảo khả năng tải, phải có
các biện pháp xử lý như thế nào).
3.2.2. Cho trục có sơ đồ như trục I hình 3.4. Biết đường kính ngõng trục d = 35
mm; nI = 1460 v/ph; Lực dọc trục Fa = 184,83 N; Phản lực liên kết tại các
gối: FAx = 2345 N, FAy = 731 N, FBx = 5095 N, FBx = 1568 N. Thời gian làm
việc 7 năm, tỉ lệ số ngày làm việc/năm là 2/3; ngày làm việc 1,5 ca; trong
điều kiện: Nhiệt độ bình thường; vòng trong quay; tải trọng không đổi.
18


Bài 1. Phân tích chọn loại ổ cho trục I ở trên.
Bài 2. Chọn sơ bộ ổ lăn cho trục
Bài 3. Kiểm nghiệm khả năng tải động.
Bài 4. Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh.
Bài 5. Xử lý kết quả tính toán (Các biện pháp xử lý khi không đảm bảo
khả năng tải)
3.2.3. Chọn ổ cho trục II của sơ đồ hình 3.5
Bài 1. Phân tích chọn loại ổ và sơ đồ bố trí trục II hình 3.5, sử dụng các số liệu
đã được tí nh toán ở bài 3.1.3
Bài 2. Chọn sơ bộ của ổ
Bài 3. Kiểm nghiệm khả năng tải năng tải động của ổ
Bài 4. Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ
3.2.4. Tính ổ theo khả năng tải tĩnh
Ngõng trục phía trên của cột cần trục quay được lắp ổ
lăn và chỉ chị u tác dụng của lực hướng tâm

(hình ).
Chọn loại ổ lăn làm việc ở ch ế độ tải nhẹ , nếu như
đường kí nh ngõng trục là d=85mm, tải trọng hướng tâm
Fr = 35150N, số vòng quay của cần trục là 2 vòng/phút
và tuổi thọ mong muốn Lh = 6000h;
Bài 1. Phân tích chọn loại ổ hình 3.5, sử dụng các
số liệu đã được tí nh toán ở bài 3.1.3
Bài 2. Chọn sơ bộ ổ
Bài 3. Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ
3.2.5. Xác định tuổi thọ ổ
Bài 1. Ổ bi đỡ chịu tác dụng tải trọng động qui ước Q = 10450N, tương ứng
với tuổi thọ L = 106 triệu vòng quay. Xác định tuổi thọ ổ khi làm việc
với tải trọng qui ước Q = 7450N.
Bài 2. Ổ bi đỡ 416 sau khi bị hỏng được thay bằng ổ đũa 32416 có cùng kích
thước. Khả năng tải động của ổ bi là 128000 N, của ổ đũa là 248000
N. Tuổi thọ L của ổ đũa sẽ lớn hơn của ổ bi bao nhiêu lần?
19


Bài 3. Xác định tuổi thọ ổ đũa côn hai dãy được lắp trên trục của hộp giảm tốc
như trên hì nh 5. Ổ chịu tác dụng của lực hướng tâm F r = 15000 N và
lực dọc trục F a = 30000 N. Khả năng tải động của ổ C = 923200 N. Số
vòng quay của trục n = 250 vg/ph, góc tiếp xúc  = 15, vòng trong của
ổ quay.

Hình 3.10

3.3. PHẦN Ổ TRƢỢT
Bài 1. Ngõng trục hình trụ có đường kính d = 250mm, chiều dài l = 400mm. Ổ
chịu tác dụ ng tải trọng hướng tâm F r = 600N. Hãy xác định giá trị trung

bình áp suất?
Bài 2. Một ổ trượt có đường kí nh d = 120mm, chiều dài l = 140mm. Ổ chịu tác
dụng tải trọng hướng tâm F r = 1200N. Trục quay với tốc độ n = 240
vg/ph. Xác định độ nhớt của dầu để ở được bôi trơn ma sát ướt . Biết độ
nhám bề mặt ngõng trục và lót ổ Rz1 = Rz2= 6,3m;
Bài 3. Một ổ trượt có điều kiện làm việc như sau: nhiệt độ làm việc trung bì nh t =
60o C, tải trọng hướng tâm Fr = 8000N, đường kí nh lót ổ d = 80 mm, hệ số
 = l/d =1, độ hở tương đối  = 0,001, độ nhớt động lực của dầu bôi trơn
o = 0,024 Pa.s. KHi nhiệt độ t0 = 50oC độ nhám của ngõng trục và lót ổ Rz1
= Rz2 = 3,2m. Xác định tốc độ tối thiểu của ngõng trục để ổ được bôi trơn
ma sát ướt.

20


3.4. PHẦN THEN
3.4.1. Trục đầu ra của hôp giảm tốc khai triển như hình 3.1; cần truyền mô men
xoắn T = 698972 N.mm. Đường kính trục tại chỗ lắp bánh răng C và lắp
khớp nối D lần lượt là dC = 50 mm; dD = 40 mm. Chiều dài moay ơ của bánh
răng và nửa khớp nối lần lượt là lmbr= 90 mm; lmk = 90 mm. Bánh răng bằng
thép 45.

A

B

Hình 3.11
Bài 1. Chọn then cho trục.
Bài 2. Kiểm nghiệm điều kiện bền. Nêu biện pháp xử lý khi then không
thỏa mãn điều kiện bền.

3.4.2. Trục đầu vào hộp giảm tốc côn trụ như hình 3.3, truyền công suất PI =
13,27(kW); nI = 1460 (v/ph); chiều dài moay ơ bánh răng côn lmbr = 46 mm,
lmk = 70 mm. Đường kính đoạn trục lắp khớp nối và bánh răng côn cùng là
25 mm.
Bài 1. Chọn then cho trục.
Bài 2. Kiểm nghiệm điều kiện bền. Nêu biện pháp xử lý khi then không
thỏa mãn điều kiện bền.
3.5. PHẦN KHỚP NỐI
3.5.1. Trục đầu ra của hộp giảm tốc khai triển trong trạm dẫn động xích tải như
hình 3.1, truyền công suất PIII = 9(kW), quay với tốc độ nIII = 120 (v/ph).
Đường kính tại vị trí lắp khớp nối dD = 40 mm. Làm việc với chế độ tải
không đổi.
A

C

Hình 3.12
Bài 1. Lựa chọn loại khớp nối cho trục.
21

B

D


Bài 2. Kiểm nghiệm sức bền cho khớp nối.
3.5.2. Trục đầu ra của một hộp giảm tốc côn trụ cần truyền mô men xoắn T =
2000 Nm, quay với tốc độ n = 60 v/ph; Đường kính tại vị trí lắp khớp nối là
d = 80 mm. Tải trọng làm việc êm, không đổi.

Bài 1. Lựa chọn loại khớp nối.
Bài 2. Kiểm nghiệm độ bền của khớp nối.

Phần 4: BÀI TẬP PHẦN MỐI GHÉP
PHẦN IV: BÀI TẬP PHẦN MỐI GHÉP
4.1. BÀI TẬP MỐI GHÉP THEN, THEN HOA
Bài 1. Xác định mô men xoắn có thể truyền qua mối ghép then với then bằng theo tiêu
chuẩn (hình 1). Biết chiều cao bề mặt dập bằng nửa chiều cao then , ứng suất cắt cho phép
[] = 60 MPa, ứng suất dập cho phép [d] = 120 MPa.

Hình 1

Bài 2: Nếu tăng mômen xoắn cần truyền lên 1.2 lần mô men xoắn xác định được như ở bài
1 với kích thước của trục và may ơ không thay đổi. Hãy nêu biện pháp xử lý trong trường
hợp này. Biết chiều dài then lthen=0,8 lm (lm chiều dài mayơ)
Bài 3. Lựa chọn theo tiêu chuẩn then bằng được sử dụng để ghép bánh răng dẫn với trục có
đường kí nh d = 50 mm như trên hì nh 2. Biết vật liệu bánh răng dẫn là thép 40Cr, vật liệu
then là thép C 45, chiều dài Mayơ l = 70mm, mô men cần truyền là 500000Nm, mối ghép
then làm việc trong điều kiện có va đập nhẹ .

22


Hình 2
Bài 4. Bánh răng truyền lực vòng F t = 4 KN, lắp trên trục d =45mm nhờ một then bằng như
trên hì nh vẽ . Hãy xác định chiều dài cầ n thiết của then. Biết đường kí nh vòng chia của bánh
răng dw1 = 150mm, vật liệu bánh răng là thép 45Cr, vật liệu then là thép CT6, làm việc trong
điều kiện có va đập nhẹ .

Hình 3

Bài 5. Xác định giá trị mô men xoắn cho phé p trên trục của tang trống (tải trọng có đập) mà
then bằng (then 24x14x100) có thể truyền . Biết vật liệu then là thép CT 45, đường kí nh trục
d = 80mm, vật liệu của trục là thép 45, vật liệu tang trống là gang ; Then làm việc trong điều
kiện có va đập.
Bài 6. Mối ghép hì nh trụ đường kí nh d =70mm và chiều dài 95mm, cần phải truyền mô men
xoắn cố đị nh T = 1030000 Nm. Biết rằng, vật liệu của trục là thép 45, vật liệu Mayơ là GX
28-48. Chọn và kiểm tra then bằng tiêu chuẩn.
Bài 7. Nối trục ống, sử dụng để nối hai trục (hình 4) được lắp trên các then bán nguyệt . Biết
vật liệu nối trục và của trục là thép CT 6, mô men truyền T = 150000 Nm (đường kí nh trục d
= 35mm);
Bài 8: Hãy lựa chọn then trong trường hợp này.
23


Bài 9: Xác định ứng suất dập trên then

Hình 4
Bài 10. Nối trục ống , sử dụng để nối hai trục (hình 4) được lắp trên các then bán nguyệt .
Biết vật liệu nối trục , trục và then là th ép 50, mô men truyền T = 280000 Nm (đường kí nh
trục d = 45mm), tải trọng tĩnh;
Bài 11. Hãy lựa chọn then trong trường hợp này.
Bài 12. Xác định ứng suất dập trên then
Bài 13. Xác định ứng suất cắt trên then
Bài 14. Xác định ứng suất dập đối với mối ghép then tiêu chuẩn và mối ghép then hoa chữ
nhật loại trung bì nh (hình 5). Chiều dài tí nh toán của mối ghép trong cả hai trường hợp bằng
30 mm và truyền mô men xoắn T = 120000 Nm.

Hình 5
Bài 15. Bánh răng thẳng di trượt được lắp trên trục có then hoa 8x36x40 (hình 6), với các
kích thước d w = 80, l = 50, e = 10, vật liệu của các bề mặt làm việc là thép 40Cr; phương

pháp nhiệt luyện: tôi cải thiện đạt độ cứng 28 HRC. Thời gian phục vụ L h = 15. 103 giờ; Bôi
trơn tốt, số vòng quay n = 1200 vòng/phút, mô men truyền T = 200000 Nm thay đổi theo
phân bố chuẩn. Tính toán kiểm nghiệm mối ghép then hoa .

24


Hình 6
Bài 16. Kiểm tra bền cho mối ghép then hoa đượ c lắp bánh răng di trượt (trên hì nh 6), với
các răng thân khai có m =2, Z = 18. Các bề mặt răng được nhiệt luyện (độ cứng 52HRC, ch
= 850 MPa), được bôi trơn tốt , thời gian phục vụ L h = 10000 giờ, số vòng quay n = 1460
vòng/phút, mô men truyền T = 300000 Nm(tải trọng tĩnh, đóng mở khi không có tải trọng)
Bài 17. Khối bánh răng của hộp tốc độ có các đường kí nh vòng chia d w1 = 60mm và d w2 =
80, lắp trên trục có then hoa có kí ch thước 8x42x46 (hình7). Vật liệu của các bề mặt làm
việc là thép 45; phương pháp nhiệt luyện : đạt độ cứng 218 HB ch = 380 MPa). Thời gian
phục vụ L h = 12000 giờ; Bôi trơn tốt, số vòng quay n = 980 vòng/phút, mô men truyền T =
150000 Nm thay đổi theo phân bố . Hãy tính toán kiểm nghiệm mối ghép then hoa .

Hình 7

25