ĐỀ THI MÔN CHI TIẾT MÁY CÓ ĐÁP ÁN

Đại học Quốc gia Tp.HCM
Trường Đại học Bách khoa
Khoa Cơ khí
Bộ môn THIẾT KẾ MÁY

ĐỀ THI CUỐI HỌC KỲ
Môn thi : CHI TIẾT MÁY
Ngày thi: 05-01-2013
Thời gian làm bài: 105 phút
Sinh viên được phép sử dụng tài liệu

Bài 1: (2 điểm)
Bộ truyền đai dẹt truyền công suất P1  4 kW , số vòng quay bánh dẫn n1  1250 vòng/phút,
đường kính bánh dẫn d1  180 mm , khoảng cách trục a  700 mm . Hệ số ma sát giữa dây đai và
bánh đai f  0,2 . Lực căng đai ban đầu F0  800 N . Bỏ qua lực căng phụ do lực ly tâm gây ra.
Hãy xác định:
a. Vận tốc vòng v1 và lực vòng có ích Ft trên bánh dẫn. (0,5đ)
b. Lực trên nhánh căng F1 và lực trên nhánh chùng F2 . (0,5đ)
c. Tỉ số truyền lớn nhất để không xảy ra hiện tượng trượt trơn. (1đ)
Bài 2: (3 điểm)
Trục trung gian của hệ thống truyền động truyền moment xoắn T  420000 Nmm . Lực tác
dụng lên các bánh răng như Hình bài 2. Bánh răng trụ răng nghiêng 1 (góc nghiêng răng
1  160 ) là bánh bị dẫn của cặp cấp nhanh. Bánh răng trụ răng thẳng 2 là bánh dẫn của cặp cấp
chậm. Góc ăn khớp của bánh răng tiêu chuẩn   200 . Trục được chế tạo từ thép có ứng suất
uốn cho phép  F   50MPa . Hãy xác định:
a. Giá trị các lực Ft1 , Fr1 , Fa1 , Ft 2 , Fr2 . (0,5đ)
b. Phản lực tại các gối đỡ RAx , RAy , RCx , RCy . (1,25đ)
c. Vẽ các biểu đồ moment uốn và moment xoắn M x , M y , T (ghi giá trị lên biểu đồ). (0,75đ)
d. Đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm. (0,5đ)

120

100

80

Fr

1

Fa

1

2

Ft
A

B

C

1

d 2  120

d1  240

1

D

Ft

2

Fr

2

Hình bài 2
(xem tiếp trang sau)
1


Bài 3: (2,5 điểm)
Ổ bi đỡ 1 dãy chịu lực hướng tâm Fr  7500 N và lực dọc trục Fa  1015 N . Số vòng quay
của trục n  400 vòng/phút. Ổ làm việc 2 năm, một năm làm 250 ngày, một ngày làm 2 ca, một
ca làm 8 giờ. Các hệ số xét đến ảnh hưởng của đặc tính tải trọng và nhiệt độ đến tuổi thọ của ổ
K  1 , K t  1 . Khả năng tải động và ký hiệu của các cỡ ổ bi đỡ có đường kính trong d  50 mm
cho trong bảng sau.
Ký hiệu ổ lăn
C (kN)
C0 (kN)

110
16,5

210
27,5

310
48,5

410
68,5

13,4

20,2

36,3

53

Hãy tính:
a. Thời gian làm việc tính bằng triệu vòng quay L. (0,5đ)
b. Tải trọng tương đương của ổ Q (kN). (0,75đ)
c. Hệ số khả năng tải động của ổ Cđ (kN). Chọn ổ tiêu chuẩn trong bảng trên để đủ bền.(0,75đ)
d. Tuổi thọ Lh của ổ vừa chọn ở câu c. (0,5đ)
Bài 4: (2,5 điểm)
Bảng chỉ dẫn đường đi gồm một trụ đứng và một trụ ngang được ghép với nhau bằng mối
ghép 4 bulông như Hình bài 4. Trọng lượng của trụ ngang và bảng chỉ dẫn được qui đổi thành
lực F  1200 N . Ứng suất kéo cho phép của vật liệu chế tạo bulông [ k ]  80 MPa . Hệ số ma
sát giữa các tấm ghép f  0,18 . Hệ số an toàn k  1,5 và hệ số ngoại lực   0,25 .
a. Tính lực xiết bulông V cần thiết để tránh trượt và tránh tách hở. (1,75đ)
b. Tính đường kính chân ren d1 của bulông (xét trường hợp xiết chặt rồi mới chịu lực). (0,5đ)
c. Chọn bulông theo tiêu chuẩn. (0,25đ)
A
Trụ ngang

2500

A-A
TL 2:1
Trụ đứng

A

1

2

4

3

300

5 km

400

ĐHBK Tp.HCM

F
300
400

Hình bài 4

Chủ nhiệm bộ môn

GV ra đề thi

PGS. TS. Phạm Huy Hoàng

TS. Bùi Trọng Hiếu
2


ĐÁP ÁN MÔN CHI TIẾT MÁY
Ngày thi: 05/01/2013
BÀI
1a

NỘI DUNG

ĐIỂM

Vận tốc vòng trên bánh dẫn:
v1 

 d1 n1
60000



3,14.180.1250
 11,775 (m/s)
60000

0,25đ

Lực vòng có ích trên bánh dẫn:
Ft 

1b

0,25đ

1000. P1 1000. 4

 339,7 (N)
v1
11,775

Lực trên nhánh căng:
F1  F0 

0,25đ

Ft
339,7
 800 
 969,85 (N)
2
2

Lực trên nhánh chùng:
F2  F0 

1c

0,25đ

Ft
339,7
 800 
 630,15 (N)
2
2

Điều kiện để không xảy ra hiện tượng trượt trơn:
Ft (e f1  1)
F0 
2 (e f1  1)
2 F0  Ft
2 F0  Ft



e f1 



F 
f1  ln  1 
 F2 



1 











0,25đ

Ft
2  F1

F
F2
F0  t
2
F0 

F 
1
1
 969,85 
. ln  1  
. ln 

  2,156
f
0,2
 630,15 
 F2 

0,25đ

d 2  d1
 2,156
a

d1 (u  1)
 2,156
a
a (  2,156)
u 
1
d1
1




u  4,83

0,25đ

Vậy tỉ số truyền lớn nhất để không xảy ra hiện tượng trượt trơn là umax  4,83

TỔNG ĐIỂM BÀI 1
2a

2đ

Giá trị các lực tác dụng lên các bánh răng:
Ft1 

2.T 2. 420000

 3500 ( N )
d1
240

Fr1  Ft1 .

tg
tg 200
 3500.
 1325,2
cos 1
cos160

Fa1  Ft1 . tg1  3500. tg160  1003,6

Ft2 

(N )
0,5đ

(N )

2.T 2. 420000

 7000 ( N )
d2
120

Fr2  Ft21 . tg  7000. tg 200  2547,8

2b

0,25đ

(N )

Chuyển trục thành dầm sức bền:
120

100

RAy
T

A

M1

80
RCy

C

B

Fr2
T
D

0,25đ

Ft1

Fr1

RAx

với M 1  Fa1 .

RCx

Ft 2

d1
240
 1003,6.
 120432 ( Nmm)
2
2

Trong mặt phẳng thẳng đứng (yoz):

-

Phương trình cân bằng moment tại gối A:

M

A
x

 100. Fr1  M1  220.RCy  300.Fr2  0

 RCy  2324,5 ( N )
-

0,25đ

Phương trình cân bằng lực theo phương Oy:

F

y

  RAy  Fr1  RCy  Fr2  0

 RAy  1101,9 ( N )

0,25đ
2

Trong mặt phẳng ngang (xoz):
-

Phương trình cân bằng moment tại gối A:

M

A
y

 100.Ft1  220.RCx  300.Ft2  0

 RCx  11136,4 ( N )
-

0,25đ

Phương trình cân bằng lực theo phương Ox:

F

x

 RAx  Ft1  RCx  Ft2  0

 RAx  636,4 ( N )
2c

0,25đ

Biểu đồ moment uốn M x (Nmm) trong mặt phẳng thẳng đứng (yoz):
0,25đ

110190
120432

203824

Biểu đồ moment uốn M y (Nmm) trong mặt phẳng thẳng ngang (xoz):
560000

0,25đ

63640

Biểu đồ moment xoắn T (Nmm):
420000

0,25đ

Moment tương đương tại tiết diện nguy hiểm (vị trí lắp ổ lăn C):

M C tđ  2038242  5600002  0,75 * 4200002  698172,1 ( Nmm)

0,25đ

Đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm (vị trí lắp ổ lăn C):

M C tđ
698172,1

d
3
 51,88 (mm)
0,1 * [ F ]
0,1 * 50
3

0,25đ

Chọn d  55 mm .

3


TỔNG ĐIỂM BÀI 2
3a

Thời gian làm việc của ổ (tính bằng triệu vòng quay):

L

60. n. Lh 60. 400.8000

 192
106
106

với Lh  K ng . 24. K n . 365. Ln 
3b

3đ

(triệu vòng)

16
250
. 24.
. 365. 2  8000 (giờ)
24
365

0,25đ
0,25đ

Giả sử chọn ổ ký hiệu 310 có C0  36,3 kN .
Fa 1015.10 3

 0,028 . Tra bảng 11.3, [1] chọn e  0,22
C0
36,3

Vì

Fa
1015

 0,135  e nên chọn X  1; Y  0 (bảng 11.3)
V . Fr 1.7500

0,25đ

0,25đ

V=1: vòng trong quay
Tải trọng tương đương:

Q  ( X .V . Fr  Y . Fa ). K . Kt  (1.1. 7500  0.1015).1.1  7500 ( N )  7,5 (kN)
3c

Hệ số khả năng tải động của ổ:

Cđ  Q m L  7,5. 3 192  43,267 (kN)

3d

(m=3)

0,25đ

Tra bảng chọn ổ bi đỡ 1 dãy, ký hiệu 310 có [C ]  48,5 kN  Cđ  43,267 kN .

0,25đ

 Thỏa giả thiết.

0,25đ

Tuổi thọ của ổ 310 vừa chọn:
m

3

 [C ] 
 48,5 
  
L  
  270,33
Q
7
,
5






(triệu vòng)

106. L 106. 270,33
Lh 

 11264,08 (giờ)
60. n
60. 400
TỔNG ĐIỂM BÀI 3

4a

0,25đ

0,25đ

0,25đ
2,5 đ

Dời lực F về trọng tâm mối ghép, ta có lực F và moment M :

M  F. 2500  1200. 2500  3.106 ( Nmm)

0,25đ

4


Lực xiết V1 để tránh tách hở:

V1 
Với: N  0 ;



k (1   ) 
M .A 

. N 
z
W
u 


0,25đ

A  400.400  16.104 (mm2 ) ;

0,25đ

400.4002
Wu 
 10,7.106 (mm3 )
6

0,25đ

V1 

1,5 (1  0,25) 
3.106.16.104 
  12616,8 ( N )
. 0 
6
4
10
,
7
.
10



0,25đ

Lực xiết V2 để tránh trượt:

V2 

k.T  (1   ).N . f 1,5.1200  (1  0,25).0.0,18

 2500 ( N )
z. f
4.0,18

0,25đ

Với: T  F  1200 N
Vậy lực xiết để tránh trượt và tránh tách hở: V  V1  12616,8 N
4b

Đường kính chân ren của bu-lông (trường hợp xiết chặt rồi mới chịu lực):

d1 



4c

0,25đ



 .M . rmax

 .N
4 1,3V 

n

z
ri 2


i 1

 [ k ]









0,25.0 0,25.3.106.150 

4 1,3.12616,6 

4
4.150 2

  16,76 (mm)
 .80

0,50đ

Tra bảng 17.7, tài liệu “Cơ sở thiết kế máy - Nguyễn Hữu Lộc” chọn bulông
tiêu chuẩn M20.

0,25đ

TỔNG ĐIỂM BÀI 4

2,5 đ

5