Đề thi cuối học kỳ môn thi: Chi tiết máy

1 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 kWP 41  , số vòng quay bánh dẫn 12501 n vòng/phút, đường kính bánh dẫn mmd 1801  , khoảng cách trục mma 700 . Hệ số ma sát giữa dây đai và bánh đai 2,0f . Lực căng đai ban đầu NF 8000  . Bỏ qua lực căng phụ do lực ly tâm gây ra. Hãy xác định: a. Vận tốc vòng 1v và lực vòng có ích tF trên bánh dẫn. (0,5đ) b. Lực trên nhánh căng 1F và lực trên nhánh chùng 2F . (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 NmmT 420000 . Lực tác dụng lên các bánh răng như Hình bài 2. Bánh răng trụ răng nghiêng 1 (góc nghiêng răng 0 1 16 ) 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 020 . Trục được chế tạo từ thép có ứng suất uốn cho phép   MPaF 50 . Hãy xác định: a. Giá trị các lực 22111 ,,,, rtart FFFFF . (0,5đ) b. Phản lực tại các gối đỡ CyCxAyAx RRRR ,,, . (1,25đ) c. Vẽ các biểu đồ moment uốn và moment xoắn TMM yx ,, (ghi giá trị lên biểu đồ). (0,75đ) d. Đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm. (0,5đ) 100 120 80 1 2 A CB D 2 4 0 1  d 1 2 0 2  d 1r F 1a F 1t F 2r F2t F Hình bài 2 (xem tiếp trang sau) 2 Bài 3: (2,5 điểm) Ổ bi đỡ 1 dãy chịu lực hướng tâm NFr 7500 và lực dọc trục NFa 1015 . Số vòng quay của trục 400n 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 1K , 1tK . Khả năng tải động và ký hiệu của các cỡ ổ bi đỡ có đường kính trong 50d mm cho trong bảng sau. Ký hiệu ổ lăn 110 210 310 410 C (kN) 16,5 27,5 48,5 68,5 0C (kN) 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 đC (kN). Chọn ổ tiêu chuẩn trong bảng trên để đủ bền.(0,75đ) d. Tuổi thọ hL 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 NF 1200 . Ứng suất kéo cho phép của vật liệu chế tạo bulông MPak 80][  . Hệ số ma sát giữa các tấm ghép 18,0f . Hệ số an toàn 5,1k và hệ số ngoại lực 25,0 . a. Tính lực xiết bulông V cần thiết để tránh trượt và tránh tách hở. (1,75đ) b. Tính đường kính chân ren 1d của bulông (xét trường hợp xiết chặt rồi mới chịu lực). (0,5đ) c. Chọn bulông theo tiêu chuẩn. (0,25đ) F ĐHBK Tp.HCM 5 km A A 2500 Trụ đứng Trụ ngang 21 34 300 3 0 0 4 0 0 A-A TL 2:1 400 Hình bài 4 Chủ nhiệm bộ môn GV ra đề thi PGS. TS. Phạm Huy Hoàng TS. Bùi Trọng Hiếu 1 ĐÁP ÁN MÔN CHI TIẾT MÁY Ngày thi: 05/01/2013 BÀI NỘI DUNG ĐIỂM 1a Vận tốc vòng trên bánh dẫn: 775,11 60000 1250.180.14,3 60000 11 1  nd v  (m/s) 0,25đ Lực vòng có ích trên bánh dẫn: 7,339 775,11 4.1000.1000 1 1  v P Ft (N) 0,25đ 1b Lực trên nhánh căng: 85,969 2 7,339 800 2 01  tFFF (N) 0,25đ Lực trên nhánh chùng: 15,630 2 7,339 800 2 02  tFFF (N) 0,25đ 1c Điều kiện để không xảy ra hiện tượng trượt trơn: )1(2 )1( 1 1 0      f f t e eF F 2 1 0 0 0 0 2 2 2 2 1 F F F F F F FF FF e t t t tf                2 1 1 ln F F f 156,2 15,630 85,969 ln. 2,0 1 ln. 1 2 1 1              F F f  156,212    a dd  156,2 )1(1    a ud  1 )156,2( 1    d a u  0,25đ 0,25đ 2 83,4 u Vậy tỉ số truyền lớn nhất để không xảy ra hiện tượng trượt trơn là 83,4max u 0,25đ 0,25đ TỔNG ĐIỂM BÀI 1 2 đ 2a Giá trị các lực tác dụng lên các bánh răng: )(3500 240 420000.2.2 1 1 N d T Ft  )(2,1325 16cos 20 .3500 cos . 0 0 1 11 N tgtg FF tr    )(6,100316.3500. 0 111 NtgtgFF ta   )(7000 120 420000.2.2 2 2 N d T Ft  )(8,254720.7000. 0 212 NtgtgFF tr   0,5đ 2b Chuyển trục thành dầm sức bền: 1r F 2t F RAy RAx RCy RCx M1 1t F A C 2r F B D T T 100 120 80 với )(120432 2 240 .6,1003 2 . 11 1 Nmm d FM a  0,25đ Trong mặt phẳng thẳng đứng (yoz): - Phương trình cân bằng moment tại gối A: 0.300.220.100 21 1  rCyrAx FRMFM )(5,2324 NRCy  - Phương trình cân bằng lực theo phương Oy: 0 21  rCyrAyy FRFRF )(9,1101 NRAy  0,25đ 0,25đ 3 Trong mặt phẳng ngang (xoz): - Phương trình cân bằng moment tại gối A: 0.300.220.100 21  tCxtAy FRFM )(4,11136 NRCx  - Phương trình cân bằng lực theo phương Ox: 0 21  tCxtAxx FRFRF )(4,636 NRAx  0,25đ 0,25đ 2c Biểu đồ moment uốn xM (Nmm) trong mặt phẳng thẳng đứng (yoz): 110190 120432 203824 0,25đ Biểu đồ moment uốn yM (Nmm) trong mặt phẳng thẳng ngang (xoz): 63640 560000 0,25đ Biểu đồ moment xoắn T (Nmm): 420000 0,25đ Moment tương đương tại tiết diện nguy hiểm (vị trí lắp ổ lăn C): )(1,698172420000*75,0560000203824 222 NmmM tđ C  0,25đ Đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm (vị trí lắp ổ lăn C): )(88,51 50*1,0 1,698172 ][*1,0 33 mm M d F tđ C   Chọn mmd 55 . 0,25đ 4 TỔNG ĐIỂM BÀI 2 3 đ 3a Thời gian làm việc của ổ (tính bằng triệu vòng quay): 192 10 8000.400.60 10 ..60 66  h Ln L (triệu vòng) với 80002.365. 365 250 .24. 24 16 .365..24.  nnngh LKKL (giờ) 0,25đ 0,25đ 3b Giả sử chọn ổ ký hiệu 310 có kNC 3,360  . 028,0 3,36 10.1015 3 0   C Fa . Tra bảng 11.3, [1] chọn 22,0e Vì e FV F r a  135,0 7500.1 1015 . nên chọn 1X ; 0Y (bảng 11.3) V=1: vòng trong quay Tải trọng tương đương: )(5,7)(75001.1).1015.07500.1.1(.)....( kNNKKFYFVXQ tar   0,25đ 0,25đ 0,25đ 3c Hệ số khả năng tải động của ổ: )(267,43192.5,7 3 kNLQC mđ  (m=3) Tra bảng chọn ổ bi đỡ 1 dãy, ký hiệu 310 có kNCkNC đ 267,435,48][  .  Thỏa giả thiết. 0,25đ 0,25đ 0,25đ 3d Tuổi thọ của ổ 310 vừa chọn: 33,270 5,7 5,48][ 3              m Q C L (triệu vòng)  08,11264 400.60 33,270.10 .60 .10 66  n L Lh (giờ) 0,25đ 0,25đ TỔNG ĐIỂM BÀI 3 2,5 đ 4a Dời lực F về trọng tâm mối ghép, ta có lực F và moment M : )(10.32500.12002500. 6 NmmFM  0,25đ 5 Lực xiết 1V để tránh tách hở:          uW AM N z k V . . )1( 1  Với: 0N ; )(10.16400.400 24 mmA  ; )(10.7,10 6 400.400 36 2 mmWu   )(8,12616 10.7,10 10.16.10.3 0. 4 )25,01(5,1 6 46 1 NV          0,25đ 0,25đ 0,25đ 0,25đ Lực xiết 2V để tránh trượt: )(2500 18,0.4 18,0.0).25,01(1200.5,1 . .).1(. 2 N fz fNTk V       Với: NFT 1200 0,25đ Vậy lực xiết để tránh trượt và tránh tách hở: NVV 8,126161  0,25đ 4b Đường kính chân ren của bu-lông (trường hợp xiết chặt rồi mới chịu lực): ][ ... 3,14 1 2 max 1 k n i ir rM z N V d                   )(76,16 80. 150.4 150.10.3.25,0 4 0.25,0 6,12616.3,14 2 6 mm          0,50đ 4c 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