🔙 Quay lại trang tải sách pdf ebook Chiến Tranh Thương Mại Mỹ - Trung Và An Ninh Quốc Gia Trong Tình Hình Mới Ebooks Nhóm Zalo PGS. TS NGUYỄN HỮU LỘC (Chủ biên) PGS.TS LÊ VĂN UYỂN CHI TIẾT MÁY VÀ ỨNG DỤNG TIN HỌC TRONG CHI TIẾT MÁY ĐỀ THI, ĐÁP ÁN, ĐỀ MẪU 2002 - 2013 NHÀ XUẤT BẢN DẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHÓ Hỏ CHÍ MINH PGS. TS Nguyễn Hữu Lộc (Chủ biên) PGS.TS Lê Văn Uyển 25 NĂM OLYMPIC Cơ HỌC TOÀN QƯÓC CHI TIẾT MÁY và ỨNG DỤNG TIN HỌC TRONG CHI TIẾT MÁY ĐÈ THI, ĐÁP ÁN, ĐÈ MẪU 2002-2013 NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HÒ CHÍ MINH - 2014 c Ml 1II I M W VÙ Í N(； l)ỊJN(, UN M()C TRONG cm TIE I MAY m rm. DAP AN. 01 M A I 2002 - 2013 Nhà xuất bán ĐHQG-HCM và tác giả/đối tác liên kết giừ bán quyền^ Copyright © by VNƯ-HCM Publishing House and author/co-partnership All rights reserved NHÀ XUẤT BÁN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.H Ồ C H Í MINH 擎 Xuat ban nàm 2011 LỜI NÓI ĐẦU Môn Chi tiết máy được đưa vào thi Olympic từ năm 2002, đến nay đà 12 năm. Môn ứng dụng Tin học trong Cơ học (Chi tiết máy) đã được đưa vào từ năm 2011. Các kỳ thi này thúc đẩy phong trào dạy và học các môn Cơ học và ứng dụng tin học trong Cơ học tại các trường đại học và cao đẳng cả nước. Các em sinh viên đạt giải các kỳ thi này đã có nhiều thành công trong công tác, tiếp tục học tập nghiên cứu, nhiều em đã và đang làm công tác giảng dạy và nghiên cứu các trường đại học và các viện nghiên cứu... Nhiều em đã tiếp tục học cao hơn và được nhận bằng Tiến sĩ các trường danh tiếng nước ngoài... Đối với quý Thấy cô. các kỳ thi Olympic này là cơ hội để nâng cao trình độ chuyên môn và phương pháp giảng dạy về các môn học, cũng như là dịp để trao đổi kinh nghiệm giảng dạy, thống nhất một số nội dung giảng dạy... Cuốn sách này được hoàn thành, trước hết, là nhờ công sức các trưởng tiều ban qua các năm ra đề, soạn đáp án; tiếp đến là công sức cùa các thầy cô có nhiều nhiệt tình với phong trào thi Olympic tham gia ra đẻ, châm thi đã trao đổi, góp ý, rút kinh nghiệm. Các trường tiểu ban đă tống hợp, suy xét, hoàn chinh, thống nhất nội dung đề, nghiên cứu phương pháp các phương pháp giải, hoàn chỉnh đáp án,... Đối với môn Chi tiết máy, PGS.TS Lê Văn Uyển là Trường Tiểu Ban ra đề và Trường tìan Giám khảo từ năm 2002-2008. PGS.TS Nguyền Hữu Lộc là trường tiểu ban ra đề và Trường ban giám khảo từ năm 2009 đến nay. Môn ứng dụng tin học trong cơ học (Chi tiết máy), PGS.TS Nguyền Hừu Lộc là Trưởng tiếu ban ra đề và Trưởng ban giám khảo từ năm 2011 đến nay. Các tác giả mong rằng tuyển tập lần đầu này sẽ góp phần vào việc dạy, học, thi môn học - đặc biệt hữu ích với bạn đọc quan tâm thích đáng tới môn học Chi tiết máy và ứng dụng tin học trong cơ học (Chi tiết máy). iii Xin trân trọng cảm ơn các thầy cô và Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh đã tạo hỗ trợ và điều kiện để cuốn sách đến tay bạn đọc và các em sinh viên quan tâm đến môn học này. Mọi thông tin và góp ý, xin gửi về: PGS TS Nguyễn Hữu Lộc Khoa Cơ khí Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh. Email: [email protected]: [email protected] Những người biên soạn IV MỤC LỤC Lời nói đ ầ u ..................................................................................... iii Chương 1 . Các đề thi Chi tiết máy chính thức 2002-2013.....1 Đê thi năm 2002 ........................................................................... 1 Đe thi năm 2003 ...........................................................................4 Đề thi năm 2004 ...........................................................................7 Đề thi năm 2005 .........................................................................10 Đề thi nãm 2006 .........................................................................13 Đề thi năm 2007 ......................................................................... 15 Đề thi năm 2008 .........................................................................18 Đề thi năm 2009 ........................................................................ 20 Đề thi năm 2010 .........................................................................25 Đề thi năm 2 0 1 1 .........................................................................28 Đề thi năm 2012 .........................................................................31 Đề thi năm 2013 .........................................................................35 Chương 2. Đáp áp Chi tiết máy.............................................39 Đáp án đề thi năm 2002 .............................................................39 Đáp án đề thi năm 2003 .............................................................46 Đáp án đề thi năm 200 4 .............................................................53 Đáp án đề thi năm 2005 .............................................................63 Đáp án đề thi năm 2006.............................................................74 Đáp án đề thi năm 2007.............................................................82 Đáp án đề thi năm 2008 .............................................................90 Đáp án đề thi năm 200 9 .............................................................99 Đáp án đề thi năm 2010...........................................................110 Đáp án đề thi năm 2011...........................................................122 Đáp án đề thi năm 2012 .........................................................133 Đáp án đề thi năm 2013 .........................................................145 V Chương 3. Các đề thi ứ n g dụng tin học trong Chi tiết máy ................................................................................. 160 Đề thi năm 2 0 1 1 .......................................................................160 Đề thi năm 2012 .......................................................................163 Đề thi năm 2013 .......................................................................168 Chương 4. Đap án ừng dụng tin học trong Chi tiết m á y ................................................................................. 171 Đề thi năm 2 0 1 1 .......................................................................171 Đề thi năm 2012 .......................................................................198 Đề thi năm 2013 ...................................................................... 227 Chương 6. Một số đề thi dự trừ các năm ................................259 Đề thi dự trữ năm 2002 ...........................................................259 Đề thi dự trừ năm 2003 ...........................................................264 Đề thi dự trừ năm 2004 ...........................................................275 Đề thi dự trữ năm 2005 ................... 291 Đề thi dự trừ năm 2006 ...........................................................301 Đề thi dự trừ năm 2006 ...........................................................312 Đề thi dự trữ năm 2008 ...........................................................322 Đề thi dự trừ năm 2009 ...........................................................326 Đề thi dự trừ năm 2010 ...........................................................335 Đề thi dự trữ năm 2 0 1 1 ...........................................................349 Đề thi dự trữ nàm 2012 ...........................................................352 Đề thi dự trữ năm 2013 ...........................................................357 Phụ lục 1. Danh sách đạt giai Chi tiết máy các năm ...............363 Phụ lục 2. Đe cương môn Chi tiết m áy ..................................... 372 Phụ lục 3. Nọi dung thi môn ứng dụng tin học trong thi Olympic Chi tiết máy ............................................................ 381 Tài liệu tham khảo........................................................................ 393 vi CÁ c ĐÊ THI CHI TIÉT MÁ Y CHÍNH THỨC 2002-2013 1 C H Ư Ơ N G I CÁC ĐÈ THI CHI TIẾT MÁY CHÍNH THỨC 2002-2013 ĐÊ THI NĂM 2002 Câu 1 . Cho hộp giảm tốc như hình vẽ (hình 1.1) Hình 1.1 1 . 1 . a) Phân tích lực ăn khớp (điểm đặt lực tại A và B) của các bộ truyền ữong HGT nêu trên với chiều quay bất kỳ của trục dẫn I và hướng răng cho như hình vẽ. b) Viết các biểu thức tính giá trị của các lực ăn khớp theo Tị, n；, dị, a và Pi với i = 1, 2. c) Nêu nhận xét và viết biểu thức xác định tổng lực dọc trục tác dụng ưên trục II. 1.2. Khi ửiay đổi chiều quay ưục dẫn I và hướng răng thì chiều của lực ăn khớp có ửiay đổi không? Vì sao? 2 25 NĂM OLYMPIC CO HỌC TOẦN QUÓC Hãy chọn hướng răng ưên các bánh răng sao cho họp lý nhất? Viết biểu thức xác định lực dọc trục tác dụng trên trục II. 13. Khi chiều của các lực này thay đổi thì sức bền của trục và ổ lăn có bị ảnh hưởng không? Vì sao? Khi tính sức bền trục nên tính cho ưường hợp nào nếu chiều quay thay đồi? 1.4. Vì sao lại xuất hiện lực phụ ưong khớp nối. Cách xác định lực này và giải ứúch tại sao lại chọn chiều lực thay đổi khi tính trục và chọn ổ lăn. Câu 2. 2.1. Nêu nguyên tắc chung chọn vật liệu và độ rắn mặt răng khi thiết kế bánh răng và các cặp bánh răng khác nhau ưong một HGT. 2.2. Phân tích các chi tiêu tính toán ứiiết kế bộ truyền đai dẹt. Để đảm bảo tuổi ửiọ của bộ truyền đai khi tính đai ứìeo khả năng kéo cần lưu ý những vấn đề gì? 2.3. Cho UT.1C chịu tải như hình vẽ (trục trung gian ở đồ hình 1.1). a) Vẽ dạng biểu đồ inômen uốn và mômen xoắn cùa trục. b) Tại sao khi ửiiết kế trục cần phải Ưnh trục theo hệ số an toàn? c) Nêu các giải pháp khi trục không đảm bảo hệ số an toàn (s < [s]). Câu 3. Cho kết cấu có kích ứiước như hình vẽ (hình 1.2), biết: a i = 300mm; 2L2 - 240mm; b i = 450mm; b2 = 390mm; s = 20mm: L = 350mm; R = 8000N. CÁC ĐỀ THI CHI TIÉTMÁY CHÍNH THỨC 2002-2013 3 Dùng bốn bulông đánh số 1,2, 3 và 4. Bulông bằng thép C30 có [ơ j = 240MPa; hệ số ma sát giừa giá đờ và nền bêtông là f = 0,15; ứng suất dập cho phép của nền bêtông là [ơd] = l,80MPa và hệ sổ an toàn khi xiết chặt vód tải trọng tĩnh là k =1,5. 3 .1 .a) Xác định đường kính cần thiết của bulông cho hai phương án: bulông lắp không khe hở và bulông lắp có khe hở. b) Trong ren kẹp chặt nên dùng loại ren gì? Vì sao? 3.2. Kiểm tra độ bền dập cùa nền xi măng. Nếu ơd < [ơd] thì giải quyết ra sao? 3.3. Xác định tải trọng lớn nhất tác dụng lên mối ghép nếu sử dụng bulông lắp có khe hở. 3.4. a) Khi tải trọng ngoài ứiay đổi từ Rmin đến Rmax < R ứiì có cần tính lại kích thước bulông không? Tại sao? b) Trong trường hợp nào cần kiểm ưa bulông ữieo độ bền mỏi? 4 25 NÃM OLYMPIC ca HỌC TOÀN Q11Ò c c) Nêu các giải pháp chống hiện tượng tự tháo lỏng trong mối ghép ren. Ghi chả a) Có ứìể sử dụng công tíiức sau để tính đường kính ngoài ren bulông (khi không có các bảng tra các ứiông số đường kính ren): d = di + 2.h với h = 0,54p. p là bước ren (với buiông cố đường kính đến 30mm, có thể lấy p theo dãy sau: 2,5; 2,0; 1,5; 0,75 và 0,5mm). b) Dãy tiêu chuẩn các đường kính bulông: (dãy 1):M8p; MlOp; M12p; M16p; M18p; M20p; M30p;... ĐỀ THI NĂM 2003 Câu 1. 1.1. Chứng minh ràng ữong truyền động ưục vít, ngoài trượt biên dạng còn có trượt dọc ren với vận tốc trượt lớn. 1.2. Ảnh hưởng của ưượt dọc ren đến khả năng làm việc và dạng hỏng của truyền động trục vít. 1.3. Nêu các giải pháp trong thiết kế và sử dụng để giảm ma sát, mài mòn răng bánh vít. Câu 2. 2.1. Cho hệ dẫn động như hình vẽ (hình 1.3), ữong đó cặp bánh răng Z xrZa đật trong hộp kín và cặp Z3/Z4 đặt bên ngoài (không được bôi trơn). CÁC ĐÊ THI CHI TIÉTMÁY CHÍNH THỨC 2002-2013 5 a) Các cặp bánh răng trên được thiết kế theo chi tiêu sửc bền nào? Vì sao? Chứng tỏ rằng các ứng suất tiếp và ứng suất uốn đều thay đổi có chu kỳ? b) Viết công ửiức và nêu ý nghĩa của các hệ số ZH và Ze trong công thức kiểm nghiệm răng tíieo độ bến tiếp xúc, rir đó suy ra giải pháp để cải thiện sức bền của bánh răng. c) Nêu ý nghĩa và phân tích các yếu tố ảnh hưởng của hệ số KH(3 và KF|3 ưong công thức tính bánh răng theo độ bền tiếp xúc và theo độ bền uốn. Nêu các giải pháp đe tai ưọng phân bố đều ưên chiều dài đưòmg tiếp xúc. 2.2. Một khách hàng mang đến một bánh ữụ răng thảng đã bị hỏng (do mòn; tróc rỗ bề mặt hay do răng bị gãy...) và đề nghị thiết kế lại để chế tạo bánh răng mới thay thế bánh răng bị hỏng trên. a) Để chế tạo bánh răng mới thay thế bánh răng bị hỏng thì cần phải xác định những thông số nào của bánh 'ăng. b) Để xác định các thông số đó, cần phải đo những kích thước nào của bánh răng? Câu 3. Cho kết cấu tay quay để tạo lực như hình 1.4. Biết lực dọc trục tác động lên vít me là Fa = 75.000N; vít có số đầu mối z = 1 ; bước ren p = 8; các đường kính d = 55mm và d2 = 51min và ren thang có ot=30ừ. Mayơ, tay đòn và bulông đều bằng ữiép có 6 25 NẢM OLYMPIC C ơ HỌC TOÀN QUÒC ơch = 220MPa; hệ Số ma sát giữa vít bằng thép và đai Ốc bằng đồng là f = 0,15. Không kiêm tra lực xiêt; tải trọng ngoài không đôi và chọn [n] = 6. 3.1. Chứng minh rằng truyền động trục vít me - đai ốc có khả năng tự hãm. Hiệu suất truyền động T| = 0,3. 3.2. Xác định tỷ số ưuyền quy ước. 3.3. Xác định lực tác dụng lên tay đòn quay. 3.4. Xác định đường kính bulông để ghép tay đòn với mayơ ửìeo hai phưomg án lắp không khe hở và lắp có khe hở với chiều dày hi= h2 = 8mm. Nêu nhận xét và chọn phương án sừ dụng? Vì sao? Ghi chú a) Có thể sử dụng công thức sau để tính đường kính ngoài ren bulông (khi không có các bảng ữa các thông số đường kính ren): CÁC ĐỀ THỈ CHỈ TIÉT MÁ Y CHÍNH THỨC 2002-2013 7 d = di + 2.h với h = 0,54p. p là bước ren (với bulông có đường kính đến 30mm, có thể lấy p theo dãy sau: 2,5; 2,0; 1,5; 0,75 và 0,5mm). b) Dãy tiêu chuẩn đường kính bulông (dãy 1 ):M8p; MlOp; M12p; M16p; M18p; M20p; M30p;... ĐỀ THI NĂM 2004 Câu 1. 1.1. Các dạng tiếp xúc và các thông số đặc trưng về điều kiện làm việc của các bề mặt aoi tiep đã gặp trong tính toán chi tiết máy. 1.2. Viết biểu ứiức tính đại lượng đặc trưng về điều kiện chịu tải khi hai mặt tiếp xúc lứiau và nêu giới hạn sử dụng công tliức đó. 13. a) Tại sao ma sát và mòn trong ổ đũa trụ lại nhỏ hơn trong ổ bi. b) Chứng minh rằng khi vòng ưong quay ửù tuổi Uiọ của ổ lăn lóm hom khi vòng ngoài quay (minh họa bàng hình vẽ tần sổ thay đoi ưng suất trên vòng ổ). Yếu tố này được xét đến khi tính ổ như ứiế nào? Câu 2. 2 . 1 . a) Các loại tải trọng tác dụng trên chi tiết máy (định nghĩa). Trong tính toán cần phân biệt những loại tải trọng gì? Cho thí dụ minh họa. b) Tính ứng suất cho phép ứng với các trường hợp: chi ưết máy chịu ứng suất không đoi, ưng suất ửiay đổi ổn định và không ổn định. Y nghĩa của hệ số tuổi ứiọ KN. 8 25 NĂM OLYMPIC C ơ HỌC TO入N QUÔC 2.2. Viết và giai thích ý nghĩa các đại lượng trong công thức tính hệ số tuổi ửiọ Khl và Kfl khi xác định ứng suất cho phép ưong truyền động bánh răng. Các gia ừị giơi hạn của Khl và Kfl. Câu 3. Cho kết cấu như hình vẽ (Hình ] .5) 3.1. Ống 1 được hàn với tấm 2 có chiều dày S[ = 8mm băng mối hàn có cạnh hàn K như hình vẽ; hàn tay, dùng que hàn E42. Vật liệu ống và giá bằng thép CT3 có ơch= 225MPa, hệ số an toàn khi xác định ứng suất cho phép s =1,5. Chịu ngoại lực R = 4000ON và mômen T = l,75.106Nmm. ống có đường kính ngoài d = 100mrn, đường kinh trong d〇= 68mm và chieu cao h = 200mm a) Xác định kích thước cạnh hàn K. b) Có thể thay kết cấu mối hàn đã cho bằng mối hàn chừ K được không? CÁC ĐỀ THỈ CHI TIÊT MÁ Y CHÍNH THỨC 2002-2013 9 - Vẽ kết Cấu mối hàn chữ K và tính kiểm nghiệm mối hàn (hàn giáp mối) - Có nên thay thế mối hàn đã cho bằng mối hàn chữ K không? Vì sao? c) Trình bày phương pháp tính mối hàn khi tải trọng ửiay đổi từ RMin= 0 đến RMax= R và T = const Xác định hệ số giảm ứng suất cho phép Y và ứng suất cho phép, biết hệ số tập trung ứng suất = 2,5. 3.2. Chi tiết 2 được ghép nối với thanh thép chữ u (N〇 = 28) có chiều dày s2 = 6mm bằng mối ghép sáu bulông có sơ đồ như hình vẽ và kích ửiước a = 100mm. a) Xác định đường kính bulông (dùng bulông lắp có khe hở) để kẹp chặt tấm 2 với giá với điều kiện: Hệ sổ an toàn khi xác định lực xiết chặt k =1,5, bulông bằng diép 45 có ơch = 350MPa, không kiểm tra lực xiết do đó chọn hệ số an toàn khi xác định ứng suất cho phép s = 2,5, hệ số giam tai Ằ = 0,25 và hệ số ma sát f = 0,15 (không cần tính chính xác lại hệ số giảm tải X). b) Trình bày phương pháp tính bulông khi: - Tải trọng R ửiay đổi từ Rmú, = 0 đến RMax = R và T = const. - Tải trọng R = const và T thay đổi từ Tviin = 0 đến TMax = T. Chú thích Kích thước các yếu tổ của mối ghép bulông được chọn theo đưòng kính ngoài của ren như sau: Đường kính đinh ren M l2 Mló M20 M24 10 25 NĂM OLYMPIC c ơ HỌC TOẲN QUÔC Kích thước trong di (mm) 10,106 13,385 17,294 20,752 Chiều cao đai ốc H (mm) 10 14 16 19 Kích thước chìa vặn s (mm) 19 24 30 36 Chiều dày đệm h〇(mm) 3 3,5 4,5 5,5 ĐÊ THI NĂM 2005 Câul. 1 . 1 . a) Trình bày những nguyên tắc về chọn vật liệu khi tính toán thiết kế chi tiết máy. b) Nhừng nguyên tắc đó thể hiện ữong việc chọn vật liệu chế tạo trục vít và bánh vít như thế nào? Vì sao vật liệu vành răng bánh vít được chọn phu ửiuộc vào vận tốc trượt? 1.2. a) Nêu các đặc điểm tính toán thiết kế chi tiết máy. b) Vì sao phải tiến hành ứủết kế chi tiet máy theo hai bước: Tính thiết kế và tính kiểm nghiệm? c) Lấy ba ví dụ cho ba chi tiết khác nhau để giai thích thêm về đặc điểm này. d) Với các kích thước và thông sổ thu được trong bước tính ửiiết kế, khi kiểm nghiệm không đạt yêu cầu cần xử lý như ửiế nào? e) Lấy ba ví dụ cho ba loại chi tiết khác nhau và nêu các giai pháp có thể sử dụng nếu trong bước tính kiểm nghiệm không đạt yêu cầu. Câu 2. Cho kết cấu mối ghép hàn (hình 1.6a), để hàn chi tiết 1 (thanh thép L90 X 90 X 9, diện tích mặt cắt A = 14cm2) hàn với tấm 2 có chiều dày 5 = 12mm. Vật liệu của hai chi tiết bàng thép CT3 có [ơ]k= 160MPa, hàn bằng tay với que hàn 42A. CÁC ĐẾ THI CHI TI ÉT MÁY CHÍNH THỨC 2002-2013 11 Hình 1.6b 2.1. Xác định chiều dài mối hàn dọc li và 12 khi mối ghép chịu tải ữọng dọc trục F(N). Biết khoảng cách e i= 25,lmm, cạnh hàn k và [x]. 2.2. Xác định kích thước cạnh hàn “k” khi mối ghép đồng thời chịu tải trọng F = 6.104N và T = 3,5.106Nmm; chiều dài cạnh hàn li = 155mm và 12 = 60mm, khoảng cách từ ữ-ọng tâm tiết diện mối hàn đến đưòng tâm ưục x-x là h i = 27mm và h2 = 67mm và ứng suất cho phép của mối hàn [T ]= 105MPa. 2.3 Nếu thay đổi kết cấu mối hàn như phương án hình 1.6b. Theo bạn phương án nào hợp lý hom, vì sao? (không cần Ưnh cụ thể). Câu 3. Cho bộ truyền động trục vít (hình 1.7a)_ Biết n! = 930 vòng/phút; u = 20; m = 6,3mm; q =12,5 và Z\ = 2, mômen trên trục bánh vít T2= 300000Nmm. 12 25 NẢM OLYMPIC c ơ HỌC TOÀN QUÔC 80 っ 3 . 1 . a) Xác định trị số (chỉ lấy phần nguyên của giá trị lực) và chiều các lực ăn khớp xuất hiẹn ưên bề mặt ren trục vít và răng bánh vít ửieo sơ đồ hình 1.7a (bỏ qua lực ma sát). b) Khi trục vít quay theo chieu ngược lại, các lực này có thay đổi không? Vì sao? 3.2. a) Xác định độ dôi để lắp vành răng bánh vít với thân khi truyền tai trọng trên, biét: - Vành bánh vít bàng đồng ửianh lắp với thán bánh vít bằng gang (E2 = Ei=105MPa; |H丨= A = 0,3). - Các klch thước bề mặt ghép cho ữên hình 1.7b • Bề mặt ghép được gia công với nhám bề mặt RZ1= 3,2|0.m và Rz2 = 6,3^m, f = 0,05 và hệ số an toàn k =1,7. b) Đọ dôi moi ghép được xác định khi bánh vít quay theo chiều nào? Vì sao? CÁC ĐÊ THỈ CHI TIÉTMÁY CHÍNH THỨC 2002-2013 13 ĐÊ THI NĂM 2006 Câu 1. 1.1. Các thông số và yêu cầu cơ bản của truyền động công suất là gì (truyền động cơ khí)? 1.2. a) Viết công thức tính lực căng trên các nhánh đai: F]； F2; Viết công thức xác định mối quan hệ của Ft và F〇 với góc ôm a l5 hệ số ma sát f (bỏ qua lực căng do lực ly tâm). Từ đó suy ra giải pháp nâng cao khả năng tải bộ truyền đai. b) Vì sao đai có thể bị phá hỏng do mỏi? Viết công thức tính ứng suất max và min (bỏ qua ứng suất do lực ly tâm gây ra). Nêu các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ của bộ truyền đai. 1.3. a) Nêu và phân tích nguyên nhân dẫn đến tỷ số truyền ửiay đổi trong bộ truyền đai, xích và bánh răng. b) Ảnh hưởng của tỷ số truyền ửiay đổi đến khả năng làm việc của bộ truyền và các giai pháp khắc phục (nếu có). Câu 2. Cho sơ đồ hộp giảm tốc Côn -Trụ (hình 1.8). Hình 1.8 14 25 NẲÌA OLYMPIC CO HỌC TOÀN QUÒC 2 . 1 . a) Đặt lực ăn khớp tại các điểm A và B. b) Viết biểu thức và tính giá ttị (chi lấy phần nguyên) các lực ăn khớp ưên cặp bánh côn răng thẳng biết: T i= 150000Nmm; dml= 150mm; ỗ i=13°. 2.2. Có bao nhiêu phương án bố trí gối đỡ trục cho trục có lắp bánh răng côn dẫn. Vẽ các sơ đồ bố trí gối đờ ưục đã nêu. 23. Cho biết: Ỉ1= 50mm; i2 = 120mm và I3 = 2001nm (xem sơ đồ hình 1.8); Đầu vào lắp khớp nối vòng đàn hồi có D〇 = 100mm (đường kính qua tâm chốt vòng đàn hồi). a) Xác định giá trị Fkmin và Fkmax (chỉ lấy phần nguyên) và xác định phương chiều của lực Fk (lực do khóp gây ra). b) Tính các phản lực gối tựa trục vào HGT cho sơ đồ bố trí như hình 2 với Fionax (chì tính cho phương án khi Fkmax ngược chìicu với Ft). c) Xác định tải trọng quy ước Q cho ổ lắp ửieo sơ đồ ưên hình 1.8 ( sơ đồ chữ “0 ”）biết: sử dụng ổ đũa côn có (X = 26〇 và V =1; ÍQ = K , = 1 (Ghi chú: Nếu FaA^Fr > e,lấy X = 0,40 và Y= 0,45cotgot). 2.4. a) Tính sơ bộ đường kính trục vào HGT, biết [x] = 20MPa. b) Chọn đường kính các đoạn trục có lắp khớp nối, ổ lăn và bánh răng, biết đưòmg kính trục động cơ điện dđc = 42mm. Đường kính các đoạn trục cần thỏa mãn những yêu cầu gì? (Biết dãy tiêu chuẩn đưòmg kính thân trục:..30; 32; 34; 36; 38; 40; 42; 45;...). c) Vẽ kết cấu ưục cho phương án đã chọn (chỉ vẽ hình dáng mà không cần tỷ lệ). 2.5. Sử dung mối ghép then bằng có kích thước 12 X 8 X 1 để truyền mômen T i= 150000Nmm. Biết đường kính trục d = 38mm; CÁC ĐÊ THI CHI TIÉT MÁ Y CHÍNH THỬC 2002-2013 15 chiều sâu rãnh then trên trục và ưên bạc: t i = 5mm và t2 = 3,3mrn; vật liệu ửien có [ơd] = lOOMPa và [x]= 40MPa (Biết chiều dài tiêu chuẩn cùa then bằng:..28; 32; 36; 40; 45; 50; 56; 63; 70;...). Xác định chiều dài then và chiều dài mayơ bánh răng côn lắp trên trục. 2.6. Nếu thay cặp bánh răng côn thẳng bằng cặp bánh côn răng cong thì nên chọn hướng răng như thế nào? Vì sao? Đầ THI NĂM 2007 Câu 1. 1 . 1 . a) Thế nào là trục ươn, trục bậc. Trong thực tế bại trục nào được sử dụng nhiều hơn, lấy hai ví dụ mồi loại để minh họa. b) Nêu và phân tích ưu nhược điểm của trục trơn và trục bậc. c) Nêu các giai pháp để khắc phục những nhược điểm của ưục bậc trong thiết kế kết cấu để nâiig cao tính công nghệ trong chế tạo trục và các chi tiết láp trên trục. 1.2. a) Viết biểu ửiức tính giá trị của biên độ ứng suất và ứng suất trung bình kiũ trục quay một chiều, biết Mu = 150000Nmm; T = 750000Nmm; ừục có đường kính d = 45mm; then có kích thước b = 14mm và t i = 5,5mm. Vẽ đồ thị về sự thay đổi của ứng suất uốn (ơu) và ứng suất xoắn (て) trong một chu trình thay aoi ưng suất. b) Viết công thức tính kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn, biết S〇 và ST. - Nêu các giai pháp khi s < [S]. 16 25 NẢM OLYMPIC c ơ HỌC TOÀN QUÔC - Trường hợp trục quay hai chiều, tính toán trục theo độ bền mỏi có gì ứìay đổi so với trường hợp trục quay một chiều? Vì sao? Câu 2, 2 . 1 . a) Nêu các đặc điểm chính của nối trục chặt, nổi ưục bù và nối trục đàn hồi là gì? b) Nêu nguyên nhân dẫn đến sự xuất hiện lực hướng tâm tác dụng lên trục khi sử dụng nối ưục? Các giải pháp khắc phục nếu có. c) Cách xác định trị số và phương chiều của lực Fk ưong tính toán trục và chọn ổ. Lấy ví dụ để minh họa điều vừa nêu là đúng. 2.2. Cho nối trục đĩa có kết cấu như hình 1.9, biết mômen xoắn tác dụng lên ưục T = 1400Nm; số bulông z = 6; đường kính qua tâm bulông D〇 = 260mm; chiều dày đĩa h i = 10mm và h2 = 12mm. Bulông làm bàng thép C30 có ơch= = 260MPa tưomg ứng với [ơk] = lOOMPa; [xc] = 125MPa và [ơd] = 240MPa; hệ số ma sát trên bề mặt tiếp xúc f = 0,15 và hệ số an toàn s =1,5. Hình 1.9 CÁC ĐẺ THI CHI TIÊTMÁY CHÍNH THỨC 2002-2013 17 a) Xác định chiều dày cạnh hàn km để hàn đĩa vào may ơ, biết: dm = 1 80mm. Hệ số tập trung tải trọng theo chiều dài cạnh hàn là 3 (chỉ có 1/3 chiều dài cạnh hàn chịu lực). Tải trọng tĩnh, hàn tay, dùng que hàn E42, đìa bàng ứỉép có [ơk] = 157MPa. b) Xác định đường kính bulông đề lắp hai nửa nối trục theo hai phương án: - Lẳp có khe hở (phương án A). - Lắp không khe hở (phương án B). c) Dựa vào kết quả tính toán và kích thước nối tTvic đã cho để quyết định phương án sừ dụng cho hợp lý, vì sao? d) Ngoài phương án đã cho Ưong hình vẽ, còn có thể dùng các phương án nào khác để đảm bảo độ đồng tâm giừa hai đầu trục nối. e) Nếu sử dụng ba bu lông tinh vừa để định tâin vừa để truyền lực và ba bu lông có khe hở lắp xen kẽ nhau để nối hai nửa khớp trục. Theo bạn thì: - Có thể ứìực hiện được không? Vì sao? - Nếu thực hiện được thì nêu phưcmg pháp xác định đường kính bulông cho mối ghép hỗn hợp nối ừên. Giả thiết là đĩa cố đủ độ cứng và chiều dày đủ lớn đảm bảo độ bền cắt và độ bền dập của bulông; Các bulông có cùng đường kính. Ghi chú: Dãy tiêu chuán ren hệ mét: d M8; M10; M12; M16; M20; M24; M27;... di 6,647; 8,376;10,106 ; 13,835 ; 17,924; 20,752 ;23,752;... 18 25 NẨM OLYMPIC C ơ HỌC TOÀN QUÓC ĐÊ THI NĂM 2008 Câu 1. 1.1. Thế nào là bánh răng trụ tương đưomg với bánh răng côn? Xác định các thông số của bánh trụ tương đương khi thay thế qua tiết diện trung bình. Biết các ữỉông số của cặp bánh răng côn Zi, nie, b và ôj. 1.2. Nếu thay thế qua tiết diện khác (ví dụ qua tiết diện đáy lớn với nie) thì kết quả tính toán sức bền có tíiay đổi không? VI sao? Xác định các thông số của bánh răng trụ tưomg đương qua tiết diện đáy lớn. 1.3. Chứng minh rằng ứng suất tiếp xúc hoặc ứng suất uốn không ứiay đổi ưèn chièu dái ràng, và vì vậy, có thể tính sức bền răng ờ bất cứ tiết diện nào. Và để đơn giản, ta tính qua tiết diện trung bình của răng. 1.4. Hệ số 0,85 trong các công thức tính sức bền bánh côn răng thẳng có ý nghĩa gì? Vì sao? Câu 2. 2.1. Công dụng của HGT trong hệ thống dẫn động máy. 2.2. Nêu những ưu nhược điểm của HGT khai triển ửiường. Các giai pháp để khắc phục khi ửùết kế các chi tiết (bánh răng, trục,...) trong HGT khai triền thường. 23. Có bao nhiêu phương án bố trí bánh răng trong sơ đồ HGT hai cấp dạng khai triển hoặc đồng trục nếu sử dụng các bánh răng trụ thẳng và nghiêng. Hãy nêu các phương án bố trí tó ứiể. Trong những trường hợp nào nên sử dụng các phương án bố trí tương CÁC ĐÊ THI CHI TIÉT MÁY CHÍNH THỨC 2002-2013 19 ứng? Cần chú ý gì khi chọn hướng răng trong trường hợp sừ dụng toàn răng nghiêng (cấp nhanh và cấp chậm đều răng nghiêng)? 2.4. Khi thiết kế bánh răng trong HGT, giá trị môđun của các cặp bánh răng nên chọn như thế nào? Vì sao? Câu 3. Chi tiết 1 được cố định bằng vòng kẹp 2 ưên thanh trụ ữòn 3 (đường kính d = 60mm) nhờ vào hai bulông 4 (hình 1.10). Hình 1.10 Thanh ưụ ữòn được cố định với ửiân máy 5 bằng mối hàn góc, đường kính hình ưụ tại mối hàn là D = 80mm. Cho biết l i = 400mm,12 = 200 mm. Hệ số ma sát giừa ưục và vòng kẹp f = 0,20, hệ số an toàn khi xiết chặt với tài trọng tĩnh k =1,3- Vòng kẹp mềm Hỉnh dạng bề mặt tiếp xúc có dạng trụ và áp lực p phân bố đều brên bề mặt tiếp xúc. Tải ưọng không đổi tác dụng F = 3000N, bỏ qua khối lượng của chi tiết. 3.1. Xác định lực xiết cần thiết V trên mỗi bulông? 3.2. Xác định đường kính bulông nếu vật liệu bulông là thép có cấp bền 8.8 (giới hạn chày ơch = 640MPa, hệ số an toàn s = 2,5). 20 25 NĂM OLYMPIC C ơ HỌC TOÀN QUÒC 3 J . Xác định chiều dày cạnh hàn km để hàn trục 3 vào ửíân 5. Hệ số tập trung tải ưọng ửieo chiều dài cạnh hàn là 3 (chỉ có 1/3 chiều dài cạnh hàn chịu lực). Tải ưọng tĩnh, hàn tay, dùng que hàn E42, thân và trục đều bàng thép có [ơk] = 157MPa. 3.4. Khi tải trọng ngoài thay đổi có cần tính lại đưòng kính bulông và mối ghép hàn không? Vì sao? Biét dãy tiêu chuẩn ren hệ mét: d M8; M10; M12; M16; M20; M24; M27;… 山 6,647; 8,376;10，106 ; 13,835 ; 17,924; 20,752; 23,752;… ĐÊ THI NĂM 2009 Ngày thi:10 tháng 05 năm 2009 Bài 1.(8đ) 1.1. Kha năng tai của bộ truyền aai và tuoi ửiọ dây đai ứiay đổi như ửiể nào khi giư nguyên số vòng quay, đường kinh các bánh đai nhưng tăng khoảng cách trục a? 1.2. Giải thích tại sao trong mối ghép fẻíì người ta sử dựng ren tam giac， còn trong bộ truyền vít — đai oc người ta sử dụng ren hình thang hoặc ren vuông. 1.3. Lười cưa được giừ chặt trên trục nhờ mieng đệm và đai oc (hình 1.11). Chuyển động và công suất được truyền từ động cơ sang trục lắp lươi cưa qua bộ ữuyền đai ửiang. Cho biết lực cản khi cắt Fc = 5 kN, (có phương tiếp tuyến lưỡi cưa); đường kính lưỡi cưa D ]= 400mm, đường kính mieng đệm D2 = 120mm; hệ số ma sát giữa miếng đệm và lưon cưa f = 0,2; hệ số an toàn mối ghép K =1,5. Vật CÁC ĐÊ THI CHI TIẾT MÁ Y CHÍNH THỨC 2002-2013 21 liệu trục là thép có ứng suất kéo cho phép [ơk] = 150MPa. Xác định: a) Lực xiết V dai oc. b) Đường kính phần có ren của trục và chọn ren. d， mm12 16 20 24 30 36 42 48 56 d丨， mm10,106 13,875 17,294 20,752 26,211 31,670 37,129 42,587 50,046 Bài 2 .(12đ) Hộp giảm tốc bánh răng - trục vít được sử dụng để truyền chuyển động từ động cơ cho trục thang máy (hình 1.12). Tương ứng với tỷ số truyền bộ truyền trục vít U34 = 20, số vòng quay bánh vít nm = 37 vg/ph, mômen xoăn trên trục bánh vít Tiu = 1000Nm và vật liệu bánh vít là đồng thanh, theo độ bền tiếp xúc tính được khoảng cách trục aw= 200mm, phù hợp với yêu cầu kết cấu. 22 25 NĂM OLYMPIC C ơ HỌC TOÀN QUÓC Đến trục thang máy Hình 1.12 a) Viết công ửiức tính hệ số đường kính q. Vì sao ngoài môđun m， trong bộ truyền trục vít còn sử dụng q? b) Xác định các thông số ăn khớp của bộ truyền (z3, q, m, góc vít Y). c) Tính hiệu suất bộ truyền trục vít, cho biết f' = (vs là vận tốc trượt). d) Phương chiều và giá trị các lực tác dụng lên trục vít và bánh vít. e) Nêu và giải ửiích các phương án bổ trí và chọn ổ cho trục n? Chú thích bài 2 Giá trị tiêu chuẩn của môđun m và hệ số đường kính q (dãy 1): m 4 5 6,3 8 10 12,5 16 q 6,3 10 12,5 16 CÁC ĐỀ THI CHI TIÉTMẢY CHÍNH THỨC 2002-2013 23 Bài 3 .(lOđ) (Các câu 3.1 và 3.2 độc lập nhau) Dụng cụ để tháo ổ lăn là bộ truyền vít - đai ốc như hình 1.13 có ren hình thang cân. 3.1. Xác định lực Fa lớn nhất cần thiết để ửiáo ổ lăn với vòng trong ổ lăn xem như ống trụ ưòn. Cho trước: dung sai của ưục là d = ộóOkó (ộòOịl1) ,ổ lăn là chi tiết tiêu chuẩii với đường kính vòng trong ổ có sai lệch giơi hạn nhò nhất -15^m, chiều rộng ổ B = 31mm, đường kính ngoài vòng trong d2 = 80mm. Độ nhám bề mặt trục Rzl= 12,5pm， vòng trong Ồ lăn Hệ Số ma sát giữa ổ và trục f = 0，16. 3.2. Cho trước các thông số vít: số mối ren Z i = 1 ,bước ren Ps = 2mm, đường kính ngoài d = 24mm, đường kính trung bình dĩ = 23mm, áp suất cho phép [p] = 6MPa, các hệ số = 2, \ị/h = 0,5, hệ số ma sát cặp ren vít f = 0,12. Xác định: a) Tải trọng Fa lớn nhất được tạo bời vít. b) Chiều dài một tay quay theo giá trị Fa vừâ tìm được. Cho biết lực tác dụng lên đầu tay quay Ft = 200N. 24 25 NĂM OLYMPIC C ơ HỌC TOÀN QUÓC Bài 4. (ỈO đ) (Các câu 4.1 và 4.2 độc lập nhau) 4.1. Cho hộp giảm tốc hai cấp đồng ưục (hình 1.14a) với tỷ số truyền uhgt: u12 = u34 = ^uhgt và vật liệu, kích thước đường kính và hệ số tải trọng tính như nhau (dwl= dW3, dw2 = dW4, K h i2 = KH34). a) Tìm sự liên hệ giừa chiều rộng vành răng bi và b2 để đảm bảo độ bền tiếp xúc đều giữa các cặp bánh răng. b) Cho trước uhgt = 8…20 và Vị/ba = 0,25, ...，0,5, giải thích tại sao khả năng tải cặp bánh răng cấp nhanh không dùng hết. a) b) Iỉình 1.14 4.2. Trong hộp số (bộ truyền kín) người ta sử dụng bánh răng di trượt như hình 1.140 để truyền mômen xoắn T từ trục I sang trục II. Cho biết khoảng cách trục aw = 200mm. Cho trước tỷ số truyền Ui2 = Z2/Z) - 0,56; U34 = Z4/Z3 =1,12; u56 = Z6/Z5 = 3,16, chiều rộng cặp bánh răng Z]Z2 là b12 = 20mm. Giả sử các bánh răng có cùng môđun m = 2mm. Cho trước các bánh râng đều cùng loại vật liệu, có cùng độ rắn mặt răng, làm việc ở chế độ dài hạn và cùng hệ số tải trọng tính Kh. Xác định: CÁC ĐÊ THI CHI TIẾT MÁ Y CHÍNH THỨC 2002-2013 25 a) Số răng Zi,z2, z3, z4, z5 và Z6 (cho phép sai số tỷ số truyền Au < 3%). b) Chiều rộng các bánh răng để đảm bảo độ bền đều giữa các cặp bánh răng. ĐÊ THI NĂM 2010 Bài 1 .(12đ) Cho hệ thống truyền động như hình 1•15. 1.1. Xác định phương chiều các lực tác dụng lên các cặp bánh răng. 1.2. Sự thay đổi của chiều quay trục I ảnh hưởng như thế nào đến kết quả tính toán ứỉiết kế các chi tiết máy? 1.3. Chứng minh công thức tổng quát xác định số chu kỳ làm việc tương đương theo độ bền uốn và tiếp xúc N he và N fe các bộ truyền bánh răng. 1.4. Trình bày và minh họa sự phụ thuộc kết cấu bánh răng bàng thép vào kích thước đường kính. 26 25 NẴM OLYMPIC C ơ HỌC TOẢN QUÒC Bài 2 .(10 đ) Ly hợp ma sát côn có kết cấu như hình 1.16. Nhờ vào ly hợp 1 mà mômen xoắn T được truyền từ bánh răng trụ răng thẳng 2 đến trục 5. Đường kính trung bình ly hợp Dm. Đề tạo lực nén Fa cho ly hợp ta sừ dụng lò xo 3 và aai oc 4. Hình U 6 2.1. Tìm quan hệ giữa lực nén Fa và mômen xoắn T. Phân tích sự phụ thuộc khả năng tải vào góc a. Tính giá ttị Fa nếu cho trước: T = 120000Nmm; hệ số chế độ làm việc K =1,5; Dm = 160mm; góc a = 18°; hệ số ma sát cặp vật liệu bề mặt ly hợp f = 0,3- 2.2. Tìm công tíiức xác định đường kinh dây lò xo d. Tính và chọn d, đường kính trung bình D lò xo nếu cho ưước: lực nén lớn nhất lên ly hợp Fa = Fmax = 3000N, hệ số đưòfng kính c = 6, [x] = 800 MPa, dãy số d tiêu chuẩn: 4; 4,5; 5; 5,5; 5,6; 6; 6,3； 6,5; 6,7; 7,0; 7,5; 8 ,9 ;1 0 ;11;.. 23. Các biện pháp chống ứiáo lỏng đai ốc đầu trục 5. Bài 3 (18đ) Kết cấu chịu tải như hình 3. Hai thanh 1.17 được ghép với cột 2 bằng mối ghép hàn chồng với mối hàn hồn hợp. Cột 2 ghép với bệ CÁC ĐÊ THI CHI TI ÉT MÁY CHÍNH THỨC 2002-2013 27 đờ 3 bằng mối ghép hàn chừ T không vát mép cạnh. Bệ đỡ 3 ghép với nền bêtông bằng mối ghép ren với bốn vít, kiểu lắp có khe hở. Các số liệu cho trước: tải ừọng F = 5000N; góc a = 30°; ứng suất kéo cho phép của vít [ơ)J = 160MPa; hệ số ngoại lực mối ghép ren X =0,25; hệ số ma sát giữa bệ máy và nền bêtông f = 0,35; hệ số an toàn chống tách hở và chống trượt lấy bằng nhau k =1,5. Các kích thước m = 300mm; n = 200mm; d = 600mm; f = 500mm; b = 150mm; a = 200mm; c = 200mm; e = 150mm; h = 1500m m ;1=800 mm; s = 50mm. Phưcmg pháp hàn thủ công, dùng que hàn 342, ứng suất cắt cho phép của các mổi hàn [ ĩ] = lOOMPa. Tải trọng tĩnh. 28 25 NẦM OLYMPIC C ơ HỌC TOÀN QUÔC Yêu cầu: 3.1. Tìm công thức tổng quát xác định ưọng tâm mối hàn và chiều cao mối hàn k! giữa tấm 1 và cột 2. Tính giá ứị ki. 3.2 Tìm công thức tổng quát xác định chiều cao cạnh hàn k2 giữa cột 2 và tấm 3. Tính giá trị k2. Tìm công thức xác định lực xiết V. Tính V, đường kính bu lông di và chọn ren M. 3.4 Kiểm ứa độ bền dập nền bêtông nếu ứng suất dập cho phép bêtông [ơd] = 2MPa. Bảng tra ren Vít M8 M10 M12 M16 M20 M24 M30 di (mm) 6,647 8,376 10，106 13,835 17,294 20,752 26,211 ĐÊ THI NĂM 2011 Bài 1 (13đ) Động ca 1 truyền chuyen đông và công suất qua hộp giảm tốc 3 và bộ truyền vít me - đai ốc 5 đến bàn 6 (hình 1).Vận tốc bàn 6 là V = 0,0262 m/s. Kích thước vít với 1 mối ren (ren vuông) cho trên hình 1.18. Hệ số ma sát trên ren f = 0,12. Công suất động cơ p = 7,5kW, số vòng quay n = 1450vg/ph. Hiệu suất hệ ửiống truyền động từ động cơ 1 đến vít 5 là ĩ| = 0,9. CÁC ĐÈ THI CHI TIÊT MÁY CHÍNH THỨC 2002-2013 29 Hình 1.18 1.1. Xác định tỷ số ưuyền u hộp giảm tốc 3 và lực Fa bàn 6. 1.2. Xác định hiệu suất bộ truyền vít me-đai ốc. Phân tích ảnh hưởng số mối ren Z\ đến hiệu suất. 1.3. Vói ti số truyền hộp giảm tốc u = 10.. .20 ứù ta có ửìể sử dụng các hộp giảm tốc nào cho hình 1? Vẽ sơ đồ các hộp giảm tốc này. Chọn loại (dạng) cho nối trục 2 và 4 trên hình 1. Bài 2 .(16đ) 2.1. Các nhân tố ảnh huởng đến ứng suất uốn cho phép của ưục [ơF]? Các phương pháp nâng cao độ bền mỏi ưục. 2.2. Tại sao ta phải kiểm nghiệm trục ửieo hệ số an toàn s? uiai pháp xử lý nếu s < [s]? 2.3. Mômen xoắn ưên trục trung gian có giá trị T = 360000Nmm được truyền từ bánh răng 1 (bánh bị dẫn có góc nghiêng ị3i= 12,8°) đến bánh răng 2 (bánh dẫn có góc nghiêng ^2 = 14,8°) với các số liệu cho trên hình 1.19. Cho trước ímg suất uốn cho phép trục [ơF]= 100 MPa. Xác định: 30 25 NĂM OLYMPIC c ơ HỌC TOÀN OUÔC Hình 1.19 a) Phương chiều và giá trị các lực tác dụng lên trục. b) Phản lực tại các ổ và vẽ biểu đồ mômen uốn và xoắn. c) Đường kính ưục tại tiet diện nguy hiểm. Bài 3 (11J) 3.1. Tại sao trong mối ghép ren ta chi tính bền bulông (vít) mà không tính độ bền ren?. 3.2. Cho kết cấu (hình 1.20), chi tiết 1 được ghép với đế 2 bằng mối ghép bulông có z = 4, tâm các bulông nằm trên vòng tròn có đường kính D. Mối ghép chịu lực F không đổi. a) Chọn phương án bố ưí bulông hợp lý nhất. b) Tính đường kính bulông ửieo phương án đã chọn khi sừ dụng mối ghép bulông có khe hờ. Biết F = 5500N; h = 150mm; hệ số an toàn khi xiết chặt k =1,5; hệ số ngoại lực (giảm tải) X = 0,2; hệ số ma sát f = 0,3； D = 150mm; D〇 = 100mm; 〇! = 180mm. Bulông bằng thép có ứng suất kéo cho phép [ơ]k = 160MPa. CÁC DÊ THI CHI TIÊTMÁY CHÍNH THỬC 2002-2013 31 Hình 1.20 Bảng tra ren Vít (bu lông) M8 M10 M12 M16 M20 M24 M30 di (mm) 6,647 8,376 10，106 13,835 17,294 20,752 26,211 ĐÊ THI NĂM 2012 Bài 1 .(14đ) Bộ truyền đai dẹt (hình 1.21) với sổ liệu cho trước: đường kính bánh dẫn d| = 250mm. bánh bị dẫn d2 = 630mm; góc ôm đai ƠI = 170u; Ơ2 = 190°; hệ số ma sát giữa đai và bánh đai f i = Í2 = 0,3; số vòng quay bánh dẫn n i = 1200vg/ph. Cho biết chiều dày đai ô = 6mm, chiều rộng đai b = 100mm, môđun đàn hồi dây đai E = lOOMPa. ứng suất kéo dây đai do căng đai ban đầu ơ〇 = l,8MPa. Bỏ qua lực căng phụ do lực ly tâm gây nên. Yêu cầu: 1.1. Tính khoảng cách trục a bộ ưuyền đai hình 1.2la. 32 25 NẨM OLYMPIC c ơ HỌC TOÀN ỌUÔC 1.2. Tính lực căng đai ban đầu F〇 và khả năng tải bộ truyền đai (Ft, T, P). 1.3. Xác định ứng suất lớn nhất sinh ra trong dây đai? Tại sao phải giới hạn đường kính bánh đai nhỏ và chiều dày đai. Nếu thay đổi chiều dày đai ỗ = 7,5mm， chiều rộng đai b = 80mm thì khả năng tải và tuổi thọ ửiay đổi như thế nào? 1.4. Khác nhau giữa góc ôm và góc irượi (cung ư iiỢ i) đàn hồi? Tính góc trượt đàn hồi khi ứng suất có ích ơt = 0,5ơ〇. 1.5. Nếu hệ số ma sát giữa đai và bánh bị dẫn f2 = 0,2 thì khả năng tải Fị thay đổi như ứiề nào? 1.6. Khi sử dụng bộ Ưuyền đai chuyển động song song ngược chiều như hình 1.21b， xác định lại góc ôm đai (li.Ọị và khả năng tải Ft với các kích thước di,d2 và a như câu 1.1. Bài 2 (12đ) Tấm 1 chịu tác dụng lực F = 8000N được giữ chặt bằng nhóm 4 bulông với thanh ngang 2 như hình 1.22a. Sử dụng mối ghép bulông lắp có khe hở, ứng suất cho phép: ứng suất kéo và cắt bulông [ơiJ = lOOMPa, [x] = 80MPa, ứng suất dập bulông và chi CÁC ĐÊ THI CHI TIÉT MÁY CHÍNH THỨC 2002-2013 33 tiết ghép [ơd] = 160MPa. Hệ số ma sát f = 0,2, hệ số an toàn k = 1,5, khoảng cách a = 400mm, D = 200mm, a = 30°. Yêu cầu: 2.1. Phân tích và xác định lực tác dụng lên từng bulông. Lực xiết V, đường kính di và chọn bulông. 2.2. Nêu chi tiêu tính ữong trường hợp sử dụng bulông lắp không có khe hở như hình 2b. Với bulông vòra chọn câu 2.1 có đủ bền không? Cho biết ô i= ỏ2=15mm, d〇= d. 2.3. Bố ưí sơ đồ vị ưí hợp lý các bulông ưong trường hợp 90° > a > 0°. Chọn bulông. 2.4. Khả năng tự hãm mối ghép ren? Mối ghép ren có khả năng tự hàm khống nếu như bước ren p = 2mm, d2 = 14,701 mm, hệ số ma sát bề mặt ren f = 0,15? Giải ữiích hiện tượng long đai ốc. d b) Hình 1.22 34 25 NẨM OLYMPIC c ơ HỌC TOÀN ỌUÔC Bài 3 .(14đ) Bộ truyền bánh răng 3.1. Vẽ sơ đồ hộp giảm tốc bánh răng trụ khai triển hai cấp và bánh răng ưụ đồng ưục hai cấp. Nếu sử dụng một cặp bánh răng nghiêng cho mỗi hộp giảm tốc thì nên bổ trí ờ cấp nhanh hay cấp chậm? Tại sao? 3.2. Hộp giảm tốc một cấp bánh răng trụ răng ửiẳng, được sử dụng trong hai trường hợp khác nhau: Trường hợp 1 :T] = 4000Nm vóã số vòng quay n i = 200vg/ph. Trường hợp 2: Ĩ! = 2000Nm và nj = 400 vg/ph. Trong cả hai trưòrng hợp ứng suất thay đổi ổn định (tải trọng và số vòng quay không đổi) và số chu kỳ làm việc đến khi xuất hiện tróc rồ bề mặt nhỏ hom số chu kỳ cơ sở NH〇. Yêu cầu: a) Viết phương uình đường cong moi và còng thức xác dinh số chu kỳ làm việc. b) Trong tnrờng hợp nào ứù tuổi thọ Lh của bánh dẫn cao hơn và cao hơn bao nhiêu lần. 3.3. Hộp giảm tốc một cấp bánh răng u*ụ răng thẳng có môđun m = 4mm, số răng Z i=25 và Z2 = 100. Sau khi răng bị hỏng người ta ứiay thế bàng cặp bánh răng khác có môđun m' = 5 mm. Do khoảng cách trục a không thay đổi, cho nên phải thay đổi số răng. Giả sử chiều rộng vành răng b, tỷ số truyền u, hệ số tải trọng tính Kh, Kf và mômen truyền T1 không ứiay đổi và trong hai ưường hợp các bánh răng không dịch chinh. Yêu cầu: a) Xác định số răng Zị, z2 b) Độ bền tiếp xúc và độ bền uốn của răng có ứiay đổi không? Và thay đổi như thế nào? Chú ý: Trong trường hợp không dịch chinh hệ số dạiig răng YF xác định theo công thức: YF = 3,47 + 13,2/z CÁC ĐÊ THI CHI TIÉTMÁY CHÍNH THỨC 2002-2013 35 ĐÊ THI NĂM 2013 Bài 1 .Phanh côn ma sát có kết cấu như hình 1.23, côn ngoài hai lắp bằng ứien với trục 3, côn trong 1 không quay và di chuyển dọc trục với lực ép Fa do lò xo 5 tạo nên qua tay đòn 4. Cho biết a/b = 1，5, cho ưước T = 100000Nmm; hệ số chế độ làm việc K =1,5; đường kính trung bình Dm = 140mm; hệ số ma sát bề mặt phanh f = 0,28; góc côn a =13°. Yêu cầu: a) Tim quan hệ giữa lực ép Fa và mômen xoắn T. Tứih giá ừị Fa. b) Phân tích sự phụ tìiuộc khả năng tải vào góc a. Góc a nên chọn như thế nào so với góc ma sát tĩnh (p. c) Xác định lực nén Fs lò xo, đường kính dây lò xo d và đường kính trung bình của lò xo D， cho trước hệ số đường kính c = 6, ứng suất xoắn cho phép [ì] = 900MPa. Dãy đường kính d tiêu chuẩn: 4; 4,5; 5; 5,5; 5,6; 6; 6,3； 6,5; 6,7; 7,0; 7,5; 8 ,9 ;1 0 ;11;.. Hình 1.23 36 25 NĂM OLYMPIC c ơ HỌC TOÀN ỌUÔC Bài 2. Kết cấu chịu tài như hình 1.24: Tấm cố định 2 được ghép chặt với cột 1 bằng mối ghép hàn, tấm 3 ghép với tấm 2 bằng mối ghép ren với ba bulông, kiểu lắp có khe hở. Các số liệu cho trước: tải frong F = 6000N; ứng suất kéo cho phép bulông [ơk] =150 MPa. Hệ số ma sát giữa tẩm 2 và 3 là f = 0,28, hệ số an toàn mối ghép ren K =1,5, các kích ửiước a = 3601nrn; b = 45mm; d = 100mm;1= 50mm; h = 150mm; e = 150mm. Phưomg pháp hàn thủ công, dùng que hàn 342, ứng suất cắt cho phép của mối hail[t] = 60MPa. Tải trọng tĩnh. Yêu cầu: 2.1. Xác định trọng tâm mối hàn và chiều cao mối hàn k. 2.2. Xác định lực tác dụng từng bulông, lực xiết V, đường kính bulông di và chọn ren M. Hình 1.24 CÁC ĐÊ THI CHI TIÉTMÁY CHÍNH THỨC 2002-2013 37 Bảng tra: Bulông M8 M10 M12 M16 M20 M24 M30 M36 M42 山 (mm) Bài 3. 6,647 8,376 10，106 13,835 17,294 20,752 26,211 31，670 37，129 3.1. Hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp với cấp nhanh phân đôi trên hình 3 có tỷ sổ ưuyền chung u. Cho trước v ba34At/ba 12= 2 với Vbai2=Vbai，2, - hệ số chiều rộng vành răng cặp bánh răng cấp nhanh 1-2, T-2' và \ị/ba34 - hệ số chiều rông vành răng cặp cấp chậm 3-4. Giả sừ hiệu suất hộp giảm tốc xấp xi bằng 1 ,các bánh răng đều cùng loại vật liệu, làm việc ở chế độ tải dài hạn, không dịch chinh và cùng hệ số tải trọng tính KH. Tim sự liên hệ giữa Ui2, U34 với u đàm bảo điều kiện bôi trơn (d2 = (I4) và điều kiện bền đều giữa các cặp bánh răng. 3.2. Theo sơ đồ hình 3 cho trước: môđun m„ cặp bánh răng 1-2, T 2' và môđun m cặp bánh răng 3-4 bàng nhau mn = m = 4mm, sổ răng Z i=16, z2 = 100, z3 = 46, Z4 =115, góc nghiêng răng p = 30°, mômen xoắn trên trục cấp nhanh Ĩ! = 240000Nmm. Yêu cầu: a) Xác định phưong, chiều và giá trị các lực tác dụng lên các bánh răng. b) Tính đường kính trục II tại vị trí nguy hiểm, biết rằng ứng suất cho phép [ơF] = 80MPa. c) Nếu trục làm việc hai chiều thì đường kính trục II chọn trên câu b có đủ bền không? Giải thích. 38 25 NĂM OLYMPIC c ơ HỌC TOÀN QUỐC Hình 1.25 ĐÁP ÁN CHI TIẾT MÁ Y 2002-2013 39 CHƯƠNG II ĐÁP ÁN CHI TIÉT MÁY ĐÁP ÁN NĂM 2002 Câu 1 .(15đ) 1.1. Phân tích lực ăn khớp: - Xác định chiều quay của các trục tương ứng. - Thứ tự được đánh số rir 1 đến 4, do vậy các thành phần lực tương ứng tác dụng lên các bánh răng sẽ là: F(i, Fri và Fai (với i = 1...4). - Các véctơ lục ăn khớp sẽ được đặt tại các điểm A và B tương ứng. - Giá trị các lực ăn khớp được xác định theo công thức sau: Lực vòng: F( = TT/d^ Lực vòng: Fr = Fftgoc,,, /cos(3 Lực vòng: Ft = F(tg3 Nhận xét: Chiều của lực dọc trục tác dụng ữên các bánh răng 2 và 3 cùng clũều nhau nên Fat = Fa2 + Fa3- Vì vậy, để cho lực dọc trục nhỏ thì cần đổi hướng răng của một ưong hai cặp 2 hoặc 3. 1.2. Khi thay đổi chiều quay Khi thay đổi chiều quay thì làm chiều của lực vòng thay đổi vì chiều cùa lực vòng phụ thuộc vào chiéu quay và chiều của lực dọc trục cũng thay đổi do mặt làm việc của răng cũng thay đổi tíieo. Tuy nhiên, khi thay đổi đồng ứiời cả chiều quay và hướng răng thì chỉ có chiều của lực vòng thay đổi còn chiều của lực dọc ưục sẽ không thay đối. 40 25 NẪM OLYMPIC c ơ HỌC TOÀN QUÔC 1.3. Khi chiều quay thay đổi thì chiều của các lực Ft và Fa tác dụng lên trục cũng ửiay đổi nên giá trị mômen tác dụng tại tiet diện nguy hiểm sẽ ửiay đổi và đường kính trục cũng ữiay đổi. Khi tính trục nên chọn phương án sao cho trục chịu mômen uốn lớn nhất để tính toán vì ưong trường hợp này không những ảnh hưởng đến độ bền tĩnh mà còn cả đọ ben mỏi của UỊ1C. 1.4. Nguyên nhân dẫn đến xuẩt hiện lực hướng tâm tác dụng lên trục khi sử dụng nòi trục: - Do sai số chế tạo, đặc biệt là độ lệch tâm của các nối đầu trục nối. - Do biến dạng uốn của các trục khi làm việc. Các giải pháp khắc phục: - Tăiig độ chúnh xác chế tạo, chủ yếu là độ đồng tâm của hai đâu trục nối. - Tăng độ cứng của trục bằng cách tăng đường kính của trục. Xác định trị số của lực Fk: - Giá trị của lực Fic = (0,2.. .0,3) F, = (0,2.. .0,3)2T/D〇 - Phương chiều của lực Fk: Chiều của Fk có thể chọn bất kỳ phụ thuộc vào sai số ngẫu nhiên khi lắp ghép nối tr\ic, Khi tính toán tr\ic, chiêu của Fk được chọn sao cho làm tăng ứng suất và biến dạng trục. Còn khi tính 0 lăn. chiều của Fk lại được chọn sao cho phản lực gối tựa là lớn nhất. Câu 2 .(12đ) 2.1. Do tần số chịu tải của răng bánh nhỏ lớn hơn răng bánh lớn u lần (u là tỷ số truyền), nên vật liệu của răng bánh nhỏ phải có cơ tính và độ rắn mặt răng lớn hơn so với răng bánh lún. Thường độ rắn mặt răng chọn theo quan hệ: ĐÁP ÁN CHI T1ÉT MÁ Y 2002-2013 41 HB1 = HB2 + (15...25)HB Vật liệu của các cấp bánh răng khác nhau trong HDD có ứìể chọn theo cách sau: - Theo quan điểm ửiông nhất hói ưong thiết kế thì vật liệu các cấp sẽ được chọn như nhau. - Theo yêu cầu về mối tương quan về kích thước của các bánh răng trong hệ: bánh răng chịu tài lóm sẽ phải chọn vật liệu có độ bền cao hơn và như vậy bánh răng cấp chậm chịu tải lớn hơn nên vật liệu phải có cơ tính cao hơn cấp nhanh. 2.2. - Nêu và giải ửiích chỉ tiêu về khả năng kéo. - Nêu và giải thích chi tiêu về độ bền mỏi của đai. - Khi thiết kế bộ truyền đai, ứiường dựa vào chỉ tiêu về khả năng kéo để xác định các kích thước úềt diện dây đai. Ảnh hường của sự thay đổi ứng suất từ ơmin đến ơmax và sổ chu trình thay đổi ứng suất đến tuổi thọ được xét đến khi chọn các ứiông số hình học bộ truyền đai, cụ thể: • Giảm biên độ ứng suất nên chọn tỷ sổ S/di hợp lý. • Giảm tần số thay đổi ứng suất bằng cách đảm bảo: i = v/1 < [i] (chọn dị； a và 1 hợp lý). 23. a) Vẽ đúng dạng biểu đồ mômen uốn và mômen xoắn của trục II. b) Trong thiết kế trục thường phải tính trục theo hệ sổ an toàn vì khi làm việc trục ử»ường bị gãy do mỏi do: - Trục chịu tác động của ứng suất ửiay đổi chu kỳ. - Trục có tập trung ứng suất do: • Kết cấu ữục phức tạp do chủ yếu là ưục bậc, ừên trục lại có rãnh then... 42_____________________________ 25 NĂM OLYMPIC c ơ HỌC TOÀN QUỐC • Các chi tiết lắp trên trục thường lắp ghép độ dôi (bánh răng, bánh đai,...). • Do độ nhám bề mặt gây ra. c) Các giai pháp khi trục không đảm bảo an toàn mỏi: - Giảm tập trung ứng suất K4F 4.4235 7t[Tc] V 71.120：5,859mm Sử dụng bulông tinh M6 (a) Kiểm tra điều kiện bền dập thân bulông: F 4235 _ s.d - 20.6= 35,2MPa<[ơd] Vậy bulông đủ bền dập • Phương án bulông có khe hở: Khi đó cần xiết chặt mỗi bulông một lực xiết tương ứng là: 44 25 NĂM OLYMPIC C ơ HỌC TOẢN QUÒC . 7 kF 1,5.4235 . . 0. . . . V = — = . = 42350N f 0，15 Từ đường kính bulông được xác định từ điêu kiện bên kéo: d ỉ> _ f E ^ =f A ^ = ì9 , 13m m Chọn bulông M24 X 1,5 có d i = 22,376mm (b) Từ (a) và (b) tliấy rằng nếu sử dụng bulông tinh thi đường kính bulông sẽ nhỏ hơn nhưng yêu cầu chế tạo chính xác bulông và lỗ trên giá, đồng ứiời ví trí các bu lông phải chính xác. Điều này khó thực hiện, vì vậy, nên sử dụng phưomg án bulông có khe hở. Nếu tăng hệ số ma sát lên f = 0,2 ữù lực xiết V sẽ là V = 31762N và d i = 17,09mm. Sử dụng bulông M20 X 1,5 có d i = 18,376mm. Như vậy nên sử dụng bulông M20 X 1,5. b) Trong ren kẹp chặt nên sử dụng ren dạng tam giác, bước nhỏ vì tính tự hãm cao nên có khả chống ứiáo lỏng tốt đặc biệt khi mối ghép chịu tải trong thay đổi va đập. 3.2. Kiểm ưa độ bền dập của bệ (nền bêtông): Khi xiết chặt, bề mặt tiếp xúc giữa nền bêtông và giá chịu áp lực phân bố đều (coi giắ có độ cứng lớn). Điều kiện bền dập của nền bêtông có dạng: zF 4.4235 Ad = 41400= 4,09MPa>[ơd] Trong đó: Aíứ là diện tích tiếp xúc giữa giá và nền (kể cả diện tích lỗ bulông), xác định theo kích thước đã cho: Ad = ai.bi- a2b2 = 41400mm2 Do ơd > [ơd] nên cần táng diện tích tiếp xúc bề mặt ghép lên Ad' được xác định từ điều kiện: ĐÁP ÁN CHI TIÉT MÁ Y 2002-2013 45 A _ zV _ 4.42350 — 2 A \ = — — = -------— = 94111mm d [ơdl 1，8 > y 1 Trong trưòng hợp này, kích Uiước bê mặt ghép có thê ửiay đôi như sau: Giảm kích thước a2 và b2 mỗi phía xuống 100mm, như vậy a2 = 140mm và b2 = 290mm. Khi đó diện tích mặt ghép là 94400mm2 丁ăng kích thước ngoài a! và bi hoặc tăng 3丨 và bi đồng thời giảm a2 và b2. Rõ ràng ở giải pháp thứ hai sẽ không hợp lý bằng giải pháp tíiứ nhất vì làm tăng kích thước của giá. 3,3. Xác định tài trọng lớn nhất mà mối ghép có thể chịu được nếu dùng bulông lắp có khe hơ. - Điều kiện bền dập của bệ, suy ra: ơd = [ơd] => =[ơd]Ad/z =1,8. 94400/4 = 42480N (a) - Điều kiện bền kéo của bulông (phương án dùng bulông M20) ' max [ơd]nả ị 4.1,3180.71.18,3762 4.1,336703N Đê thỏa man đông thơi(a) và (b) thây răng ứng von V = min (Va;Vb) thì lải ưọng tác dụng lên mối ghép sễ là: R = 8000N. 3.4. a) Khi tải ưọng ngoài thay đổi từ Rmin đến Rmax < R = 8000N, thì cần phai tính lại đường kính bulông vì: - Khi tải trọng ngoài thay đoi thì hệ số an toàn khi xiết chặt cũng thay aoi theo, thường chọn k =1,8.. .4. - Hệ sổ an toàn khi xác định [ơk] lấy lớn hơn, nghĩa là khi tải trọng ngoài thay aoi thì giá tộ của [ơ j sẽ nhỏ hơn. b) Trong trường này không cần phải tiến hành kiểm nghiệm bulông theo điều kiện sức bền mỏi vì tải trọng ngoài 46 25 NĂM OLYMPIC CO HỌC TOẢN QUÒC không trực tiếp tác dụng lên bulông. Bulông chi chịu lực kéo và mômen ren do xiết chặt nên ứng suất kéo trong thân bulông cùng không thay đổi. c) Các giải pháp để chống hiện tượng tự tháo lỏng trong mối ghép ren: - Tạo ma sát phụ trên bề mặt ren của đai ốc và bulông bằng cách: Sử dụng đệm đàn hồi; dùng hai đai ốc. - Co định chuyển dộng tương đoi giừa đai óc và bulông sau khi đã xiết chặt: dùng chốt chè; đệm gập; aai oc cánh + đệm cánh; hàn đính hoặc làm dập bề mặt ren. ĐÁP ÁN NĂM 2003 Câu 1 .(18đ) 1.1. Khi bộ truyền trục vít làm việc, ngoài trượt biên dạng còn có trượt dọc ren với vt lớn. (yêu cầu chứng minh được công thức dưới đây). Vận tốc trượt vt tính theo công thức sau: mn丨 19100 Ành hưởng của vt đến khả năng làm việc của bộ truyền: do răng bánh vít trượt dọc ren trục vít với vận tốc trượt lớn và do điêu kiện hình diành màng dầu bôi tron ưong vùng ăn khớp kém, nên ma sát sẽ lớn: - Sinh nhiệt nhieu, bộ truyền làm viẹc sẽ nóng, - Bề mặt tiếp xúc (chủ yếu là răng bánh vít) bị mài mòn, - Tăng mất mát và hiẹu suất truyèn động giảm, Vì vậy, dạng hỏng chính là dính và mòn răng. ĐÁP ÁN CHI TIÉT MÁ Y 2002-2013 47 1.2. Các giải pháp khắc phục: - Dùng vật liệu vành răng bánh vít có hệ số ma sát thấp, ít bị dính và lâu mòn như kim loại màu hoặc hợp kim kim loại màu. Thường vật liệu vành răng bánh vít được chọn theo vt và nên phối hợp cặp vật liệu trục vít - bánh vít để chúng có tính chất chung về chông mài mòn, chống ma sát, chống dính và khả năng chạy rà tốt. - Chọn các thông số khi thiết kế (Zi và q) hợp lý để tăng hiệu suất, giảm mất mát công suất. - Dùng dầu bôi ươn đặc biệt để chống dính. - Đảm bảo ứioát nhiệt tốt, vì vậy, ngoài các tính toán về tiếp xúc cần phải tính toán về nhiệt, cẩn có những giải pháp thoát nhiệt thích hợp như làm thêm gân tỏa nhiệt hay sử dụng ứiêm quạt gió lắp lên đầu trục vít. Câu 2 (17đ) 2 . 1 . a) - Cặp bánh răng Zị/z2 đặt trong hộp kín và được bôi trơn bang phương pháp ngâm dầu nên dạng hỏng chủ yếu là ưóc rồ bề mặt vì vậy bánh răng được thiết kế theo độ bền tiếp xúc. - Cặp bánh răng Z3/Z4 đặt bên ngoài hộp và bôi ươn bằng mờ nên dạng hỏng chủ yểu là mòn và gẫy răng, vì vậy, bánh răng được thiết kế ứieo độ bền mòn và độ bền uốn. Hiện nay, chù yếu thiết kế theo độ bền uốn.. - ứng suất tiếp xúc ƠH và ứng suất uốn ƠH đều thay đổi có chu kỳ vì: • Do điểm đặt lực ưên răng thay đổi tùy theo vị trí ăn khớp cùa đoi rang. • Tải trọng tác dụng trên răng cũng thay đổi tùy thuộc vị trí và số đôi răng đồng thòd ăn khớp. b) - ZH là hệ số xét đến hình dạng bề mặt răng, phụ ứiuộc vào loại răng và được xác định theo công thức sau: 48 25 NAM OLYMPIC C ơ HỌC TOÀN OUÔC í 2cosị3 Y sin 2 a w - Ze là hệ số xét đến chiều dài tiếp xúc của răng, phụ tíiuộc vào loại răng và được xác định theo công ửiức saụ: r ^ đôi với bánh trụ răng ửiăng và bánh côn răng thăng. đối với bộ truyền bánh ỪỊ1 răng nghiêng Suy ra các giải pháp để tăng sức bền của bánh răng: • Sử dụng bánh răng nghiêng thay cho bánh răng thẳng. • Sử dụng bánh răng có góc ăn khớp lớn ví dụ loại bánh răng có a = 25° hoặc dùng dịch chinh góc để tăng góc ăn khórp lên. • Dùng bánh răng có Zị và z2 lớn khi đó làm tăng hệ số trùng khớp ea. Tuy nhiên cũng cấn chú ý là khi cùng khoảng cách aí,, nếu tăng Z, thì môđun sẽ giảm xuống và khi đó nguy cơ về gãy sẽ răng tăng lên. c) KHp và Kpp là hệ số ành hưởng của sự phân bố tài trọng theo chiều rộng vành răng. - Các yếu tố ảnh hưởng: • Độ chính xác chế tạo bánh răng mà chủ yếu là độ chính xác chê tạo ve bien dạng răng và về phương răng. ® Độ cứng cùa trục và vị trí của bánh răng ơên trục (đối xứng, không đối xứng hay công xôn). ĐÁP ÁN CHI T1ÊT MÁ Y 2002-2013 49 • Biến dạng của vành răng và độ rắn mặt răng HB. - Các giai pháp để tải ư-ọng riêng phân bố trên răng đều hơn: • Tăng độ chính xác chế tạo bánh răng, đặc biệt khi bánh răng có HB lớn và lắp không đối xứng hoặc lắp công xôn. • Tăng độ cứng của trục lắp bánh răng, đặc biệt đối với trục lắp bánh răng côn và ưục vít. • Giảm chiều rộng bánh răng. 2.2. a) Ngoài số răng z, các kích thước khác về kết cấu bánh răng và vật liệu (bằng cách đếm số răng, đo các kích thước về kết cấu và thử vật liệu), để chế tạo bánh răng mới thay thế cho bánh răng bị hỏng cần phải xác định các thông số sau: - Môđun bánh răng. - Hệ số dịch chinh bánh răng X. - Góc profil răng b) Để xác định các thông số trên cần tiến hành đo các đại lirợn^ sau: - Chiều dài pháp tuyến chung _ w - Chiều dày răng trên vòng tròn chia _ s - Đường kính vòng tròn đinh一 da; đường kính vòng tròn chân răng_ df hoặc đường kính vòng tròn chia— d - Chiều cao răng_ h. Cũng có ứiể tính chiều cao răng khi biết da và df Dựa vào nhừng kết quả đo được và theo các công thức để xác định cninh xác các thông số ăn khớp nêu trên. Câu 3 .(15đ) 3.1. Chứng minh tính tự hãm ữong truyen động vít me ma sát trượt. 50 25 NAM OLYMPIC c ơ HỌC TOÀN ỌUÔC 〇 tgY = - ^ - = — = 0,0499 =>y = 2°51 Tido n51 Với f = 0,15 (bôi trơn kém), do đó hệ số ma sát tương đương sẽ là: f _ 0，15 coscx cosl5°0，155 , Suy ra góc ma sát tưomg đương P' = arctag(f') = 8°08 Do Y = 2°5 ỉ < P' = 8°08 nên bộ ưuyền có tính tự hãm. 3.2. Xác định tỷ số truyền quy ước: Gọi u là tỷ số truyền quy ước, biểu thị bằng tỷ sổ giữa đoạn dịch chuyển của đầu nắm tay đòn với đoạn dịch chuyển tịnh tiến của đầu vít: 2tĩL pz271.1250 u = ——- 8.1= 9 8 1， 25 3.3. Xác định lực tác dụng lên tay đòn quay: - Tải ưọng tác dụng lên đầu tay đòn quay bao gồm: - Tải trọng danh nghĩa Fa. - Tải ưọng để khắc phục mômen ma sát trên bề mặt ren của vít và aai oc, lải ưọng này khoảng 30% tải trọng danh nghĩa. Vậy tài trọng tính toán sẽ là: F = l,3.Fa =1,3.75000 = 97500N. - Lực tác dụng lên tay đòn quay: Ft Ft = F/U = 97500/981,25 = 99,36N. (Cũng có thể xác định F( từ điều kiện cân bằng mômen tay quay T = 0,5Fatg(Y + P ) = F,.L). 3.4. Xác định đường kính bulông trong mối ghép giữa tay đòn với mayơ theo hai phương án, VƠI h i= h2 = h3 = 8mm. ĐÁP ÁN CHI T1ÉT MÁ Y 2002-2013 51 Lực và mômen tác dụng lên mối ghép bulông: Dời lực F về tâm mối ghép ta được: - Lực ngang Ft = 99N - Mômen T = Ft(1000 + 5 0 )= 103950Nmm a) Dùng bulông lắp không khe hở: Xác định lực tác dụng lên bulông chịu tải lớn nhất: - Do lực ngang F: Các bulông chịu tải đều nhau: FP = Ft/z =99/4 = 25N - Dưới tác dụng của T: Do các bulông bố trí đối xứng qua tâm và cách tâm quay khoảng ĩị như nhau, nên các bulông sẽ chịu tải đêu nhau và FT xác định như sau: =Tri _ T Z Z in2 4.r 103950 4.70,7= 368N Trong đó r là khoảng cách từ tâm quay đến tâm mỗi bulông, xác định như sau: riooY ____ 4- 〔100、 \ ム ）70,7mm Như vậy, bulông số 1 và sò 4 sẽ chịu tải lớn nhất và bằng: F ! = F4 = + 2ÍViFn cos 45° = 386N (nếu lấy theo số lẻ thì F = 384N) Xác định đường kính bulông theo điều kiện bền cắt và bền dập: - Theo điều kiện bền cắt: dCat 4F i冗[てC] 4.386 2.7Ĩ.55=2,1lrrưn - Theo úieu kiện bền dập thân bulông: 52_____________________________ 25 NÂM OLYMPIC C ơ HỌC TOÀN QUÒC d dap = _ z _ = J 8 6 _ = 〇>2 7 m m Trong đó [ơd] = 0,8ơch = 0,8.220 = 176MPa Từ (a) và (b) chọn bulông tinh M4 lắp vào lỗ của tấm ghép được doa chính xác. b) Dùng bulông lắp có khe hở: Xác định lực xiết chặt trên mỗi bulông để bề mặt ghép không bị trượt nga«g: V = kF[/if với k hệ số an toàn chống trượt k =1,5. I_ số bề mặt ghép i = 2 và f =0,15 Vậy V = kF/if =1,5.386/2.0,15 = 1930mm. Từ điều kiện bền kéo của bulông xiết chặt, suy ra: d, > Ị3.4.V し [ơk] f ^ = 9 ,6 9 _ Trong đó: [ơk] = ơCh/n = 220/6,5 = 34MPa Với chế độ tải trọng thay đổi, vật liệu là thép Carbon và đường kính bulông dự kiến nằm trong khoảng từ M16...M30 ncn chọn n = 6,5. Với bước ren chon p =1,5 và theo công thức xác định đường kính ngoài bulông ta có: d = di + 2h với h = 0,54p Thay vào ta được: d = 9,69 + 2.0,54.1，5 = 1 1，32mm. Theo TCVN 96-63, chọn bu lông M12xl,5 có d ]= 1 l,026mm. Nhận xét: Đưòmg kính bulông lắp có klie hở lớn hơn khoảng 5,3 lần so với trường hợp dùng bulông không khe hở, tuy nhiên ở ĐÁP ÁN CHI TIÉT MÁ Y 2002-2013 53 phương án này chê tạo và lăp ghép dê dàng hơn so VƠI viẹc sử dụng ể r phương án lăp không khe hờ nên trong thực tê hay sừ dụng hom. ĐÁP ÁN NĂM 2004 Câu 1 .(13đ) 1 . 1 . a) Các bề mặt đổi tiếp tiếp xúc mặt (hoặc tiếp xúc trùng), bao gồm: 1 ìep xúc giừa thân và lỗ tấm ghép trong mối gnep đinh tán và mối ghép bulông; giưa chốt và máng lót trong bản lề xích; giữa ngỗng trục và lốt 0 ưong ổ ưuợt. Thông số đặc tnmg là p (áp suất) hoặc ơd (ứng suất dập bề mặt). b) Các bề mặt tiep xúc đường hay điem, bao gồm: Tiếp xúc của các mặt trụ có trục song song ( bánh răng), tiếp xúc giữa con lăn VƠI các vòng ổ. Thong số đặc trưng là ƠH (ứng suất tiếp xúc). 1.2. (Ghi chú: Viết đúng công thức và nêu đầy đủ ứng dụng của công thức trong Ưnh toán CTM). a) Tiếp xúc mặt Khi hai bề mặt tiếp xúc khít thì ơd coi là phân bố đều và có thể tính theo công thức sau: ơd = F/ld Đây là công ửiức dùng để tính toán ứng suất dập trong: - Moi ghép đinh tán - Moi ghép bulông không khe hơ ( bulông tinh) - Trong noi trục vòng đàn hoi 54 25 NẨM OLYMPIC Cơ HỌC TOÀN ọuôc Hoặc CÓ ửiể tính theo p = F/ld Đây là công thức dùng để: - Xác định áp suất ưong tính toán quy ước ổ trượt. - Xác định áp suất ưong tính xích theo độ bền mòn. b) Tiếp xúc đường (đổi với hai mặt trụ có trục song song) hoặc tiếp xúc điểm - Chi đúng khi chưa chịu tải, còn khi chịu tải trọng do vìing tiếp xúc bị biến dạng nên chúng tiếp xúc nhau theo một dải hẹp hình chừ nhật hoặc miền hẹp là hình tròn hoặc elip. ứng suất tiếp xúc phân bố theo hình Parabol và xác định theo cône thúc sau: Khi tiep xúc đường: ƠH=Z^ Kill uep xúc điểm: F E2 び" =〇 n (a) Giải thích đầy đù ý nghía các đại lượng trong công ữiức (a) và (b) Trong đó: ZM hàng số đàn hoi của vật liệu các vật thể tiep xúc qn cường độ tải trọng pháp tuyến và qn = Fn/lu Fn tải trọng pháp tuyến;lw _ chiều dài tiếp xúc p bán kính cong tương đương của các mặt tiep xúc 1 và 2. p = R| R2 / (R| 土 R2) (dấu + khi tiếp xúc trong; d ấ u ' khi tiep xúc ngoài) E môđun đàn hoi của vật liệu ĐÁP ÁN CHI TỈÊT MÁ Y 2002-2013 55 Các công thức (a) và (b) chi đúng đối với vật liệu tuân ửieo định luật Húc và có hệ số Poát xông ụ. = 0,3. Công thức (a) được sử dụng trong: - Tính bộ truyền bánh ma sát theo độ bền tiếp xúc - Tính bộ truyền bánh răng theo độ bền tiếp xúc - Tính bộ truyền trục vit theo độ bền tiếp xúc. Công thức (b) được dùng xác định ứng suất tiếp xúc giữa con lăn với vòng trong và vòng ngoài ổ lăn). 1.3. a) Tiếp xúc giữa con lăn với rãnh lăn của vòng ổ theo một cung ữòn, do vậy trong ổ lăn ngoài ma sát lăn còn có ma sat tnrợt, gây nên mòn và tổn that trong ổ lớn hơn . b) - Khi chịu tác dụng của tải trọng ngoài, ứng suất tiếp xúc phát sinh giừa con lăn với vòng trong là lớn nhất. - Khi vòng trong quay ứiì chu kỳ chịu tải sẽ nhỏ hơn khi vòng trong đứng yên. T=1 vòng quay 一 Vòng quay lẳAAAAÍÌAAA V òng đứng yên Hình 2.1 Hình 2 .1 là đồ ửìị về chu kỳ ửiay đổi ứng suất vòng quay và vòng đứng yên Kết luận: khi vòng Lrong quay ửiì tuổi thọ của ổ sẽ lớn hơn khi vòng ngoài quay 56 25 NẨM OLYMPIC c ơ HỌC TOÀN QUÓC Yếu tố vòng trong hay vòng ngoài quay đến tuổi thọ được xét đến khi xác định tải trọng quy ước bằng hệ số V (đối với đa sổ các ổ thì khi vòng trong quay lấy V = 1 ,còn khi vòng ngoài quay lấy V =1,2). Câu 2.(12 đ) 2 .1 .a) Tải ưọng tĩnh là tải trọng không tìiay đổi theo thời gian hoặc thay đổi không đáng kể. Tài ữọng thay đổi là tải ưọng có phương, chiều hoặc cường độ thay đổi theo ứiòd gian, trong đó tải trọng va đập là một loại tải trọng Uiay đổi có tính chất đặc biệt: đột nhiên thêm vào rồi mất đi trong khoảnh khắc. Trong tính toán cần phân biệt: Tải trọng danh nghĩa (Qdn), tải trọng tương đưomg (Qtđ) và tải trọng tính toán (Qt) Qtđ = ^NQdn Qt = Q^N^nkđkđk Giải thích đầy đủ ý nghiã các đại lượng trong công thức trên Trong đó: k„ - hệ số xét đến sự phân bố không đều tải ưọng trên chiều dài đường tiếp xúc kđ - hệ số tài trọng động, gây nên bởi đặc điểm cùa bộ phận truyền lực kđk - hệ số phụ thuộc điều kiện làm việc kN - hệ số tuổi thọ, phụ ứiuộc dạng thay đổi tải trọng và tải trọng nào trong các tải ưọng thay đổi được chọn làm tải trọng danh nghĩa (Qdn) Thí dụ minh họa về các dạng tải trọng: (đầy đù mỗi dạng tải trọng một thi dụ). ĐÁP ÁN CHI TIÉT MÁ Y 2002-2013 57 - Tải ưọng tình: ưọng lượng bản thân của bánh răng, bánh đai v.v. có kích ửíước lớn, áp lực trong nồi hơi khi làm việc ổn định,.. [a】，;[て]， - Tải trọng va đập: tải trọng trên máy búa, máy nghiền đá. - Tải ữọng ứiay đối: tải ữọng tác dụng trên răng khi vào và ra khớp. 2 . 1 . b) Xác định ứng suất cho phép: ứng suất cho phép được xác định theo các công thức sau: Trone đó: [S] hệ số an toàn cho phép được chọn tùy thuộc mức độ quan trọng của chi tiết khi bị phá hỏng. 〇iim，てlim - ứng suát giơi hạii， được xác định phụ thuộc vào dạng phá hỏng của chi tiet: - Khi chi tiết chịu ứng suất không thay đổi và dạng phá hỏng là tĩnh thì: Cfiim = ơch hoặc Tiũn = khi chi tiết làm bằng vật liệu dẻo ơlim = ơb hoặc Tiim = てb khi chi tiết làm bằng vật liệu dòn - Khi chi tiết chịu ứng suất ứiay đổi và dạng hỏng chủ yếu là mỏi thi ưng suất giới hạn là giới hạn mỏi. Có thể là giới hạn mỏi dài hạn (ơ r hoặc Tr) hay giới hạn mỏi ngắn hạn (ơ rN hoặc TrN) tuỳ thuộc kỳ làm việc N của chi tiẻt máy. Nếu chi tiết chịu ứng suất thay đổi ổn định, thì ứng suất mỏi ngắn hạn được xác định như sau: (ơrN và KN) ơrN = ơ r . n = ơrN.K N với K N = Trong đó: m - hằng số vật liẹu. 58 25 NĂM OLYMPIC c ơ HỌC TOÀN QUÔC Nếu chi tiết chịu ứng suất thay đổi không ổn định, thì ứng suất mòi ngăn hạn được xác định tương tự công ữiức trên, chú ý là thay N bằng Nịđ. Hệ số tuổi thọ Kn biểu ứiị ảnh hưởng của số chu kỳ chịu tải đến giơi hạn mỏi của chi tiết máy hoặc mẫu thử. 2.2. a) Viết đúng công thức tính hệ số tuổi thọ Khl và KpLdùng cho truyên động bánh răng (viết đúng công thức xác định (Khn và Kfn) ^ hl = 4Nh〇 V n hevới n he =60c^'T. '、 いT1ノn,t và Nho = 30HB2-4 KFL=m 卜。 với Npe=60cX(1) với Nf〇=4.106 - Giai thích các giá trị ưong các công thức trên (yêu cầu giải thích đầy đù) - Xác định các giá tn giori nạn của hệ số tuổi ửiọ: . KhiNHE>NH〇thìlấyNHE=NH〇dođóKHL=l. Tương tự khi Nre> Np〇 thì lấy Nfe= Nro do đó Kfl=1- • Khi Nhf く Nho hoặc Npg く Npn thì > 1 hoặc > 1 nhưng không vượt quá các giá trị xác định nhằm đảm bào cho ứng suất cho phép được tính theo giới hạn mỏi ngắn hạn mà không phải theo độ bền tĩnh, chẳng hạn khi tính tiep xúc + Khl= 2,6 đối với bánh răng có độ rắn HB < 350. + Khl= 1,8 đối với bánh răng có độ rắn HB > 350. ĐÁP ÁN CHI TIÊT MÁ Y 2002-2013 59 Câu 3 .(15đ) 3 .1 .a) Xác định chiều dày cạnh hàn k: Mặt cắt nguy hiểm là mặt cắt phân giác - ứng suất do ngoai lực R: TR = —A 、 ' 2T 2T và mômen xoăn T gây r a : てT = " ^ = —-T-— b 】 1 Ad 0,7knd Với A là diện tích mắt cắt phân giác mối hàn: A = 0,7k7id - Đieu kiện bền của mối hàn: Z = ^ ị + x ị = ì f 2 + { ~ ỉ ) - [t] Kích thước cạnh hàn k được xác định như sau: 2T Rw T2 , ,2.1750000、2 4000^+(100 k> 0,771[T] (0,7)(3，1 4 )_ (9 0 ) 2,68 Chọn chiều dày cạnh hàn k = 3mm với [x]= 0’6ơch = 90MPa Hình 2.2 60 25pẨM _qựM PIC C ơ HỌC TOÀN QUÓC b) Thay thế mối hàn chồng bằng mối hàn giáp : - Kết cấu của mối hàn giáp như hình 2.2 miệng hàn được gia công theo kình chữ K c) Kiểm nghiệm độ bền mối hàn Trường hợp này, moi hàn có ửiể bị hỏng dươi tác dụng của ứng suất cắt. Điều kiện bền có dạng: a td = > K +3てミ fR) 2í T ]2(40000) 2+ 3. 〔1750000) [ã ,+ 31 t 4220 J t 134542 J 制 CTiđ =v(9,47)2 +3(13)2 = 24,4MPa trong đó: Diện tích mặt cát ngang mối han A: A = - ( d 2-d ^ ) = 4220mm2 Mômen cản xoắn W〇: w0 = — Ịd3 -d ^ Ị = 134542mm3 - Nên dàim mối hàn nào: Vì cả hai moi hàn đều thoa mãn aieu kiẹn bền (hàn chừ K thừa bền nhieu hom). Tuy nhien, ở mối hàn giap phai gia công miẹng hàn mặt khác sẽ gặp kho khăn khi hàn pnia trong ong, vì vậy nên dùng mối hàn chồng đê han ống 1 vào chi tiẻt z. d) Tính moi hàn chịu tải ưọng thay đoi. Phương phap: so sánh ứng suất tính toán VƠI ưng suất cho phép đã được nhân với hệ số giam ứng suất cho phép ỵ được xác định theo công thức sau: ĐÁP ÁN CHI TIỀTMÁY 2002-2013 61 1 0,6K, ±0,3-(0,6K, +0,3r) Trong đó: Kt hệ sổ tập ưung ứng suất thực tế, Kt = 2,5 r hệ số chu trình ứng suất xác định như sau: てmin khi R = 0 (viết đúng công thức và tính đúng giá trị) 2.1750000 (659).(100)= 53MPa Tm^khÌP^RMaxVàT： ^ = > / < + ^ = 1 | r 2+ Í ^ Ì =80MPa A V \ à ) Vậy r = 53/80 = 0,66 Thay vào ta có hệ số giảm ứng suất cho phép: ỵ —-------------■——------ =1 2 ^ 1,8-1,5.0,66 0,81 Kết luân: Do gía trị tính được lớn hơn 1,nên lấy Y = 1 (chứng tỏ ràng trong trường hợp này độ Den tĩnh có tính quyết định aoi VƠI môi hàn). 3.2. a) Xác định aương lanh của các bulông Ngoai lực dọc trục R tác dụng đều lên moi bulông: Fr = R/z = 40000/6 = 1666N Gọi V là lực xiết trên mỗi bulông Áp lực trên bề mặt tiep xúc do lực xiết V và do ngoại lực (1-入)Fr tác dụng lên tấm ehép là: V - ( 1 - ằ)Fr 62 25 NÃM OLYMPIC CO HỌC TOẢN QUÓC Theo điều kiện tách hở, ta có: V = k (l- X)-= 1 ,5 (1 -0 ,2 ) = 7500N (a) Theo điều kiện chống xoay khi chịu mô men T: i=z f ^ - d - ^ F R j X Z i r j ^ k T i =l kT Suy ra: V = - _ + a - 入)Fr =23026,5+ 187,43 = 23214N (b) か Trong đó: Ĩ! = a V ĩ là khoảng cách ưr tâm moi ghép đến tâm các bulông số 1,3,4 và 6. r2 = a là khoảng cách ưr tâm mối ghép đến tâm các bulông số 2 và 5. So sánh giá trị trong (a) và (b), để moi ghép không bị tách hở và không bị xoay khi chịu tác dụng của ngoại lực R và T ,lực xiẻt V cần thiết thỏa mãn điều kiẹn: V = max(Va, vb) = 24275N Lực kéo tổng tác dụng lên mỗi bulông có kể đến mômen xoắn do xiet đai ốc: F〇= 1,3V + ^Fr= 1,3.24275+ 0,25.1666 = 31974N Đường kính trong của bulông d, 4 F〇 4.30595 7i[ơl \ 3,14.140：16,685mm Trong đó [ơ]k = — = = 140MPa k 2,5 Theo tiêu chuẩn bulông, chọn bulông M20 có dị = 17,296mm ĐÁP ÁN CHI TIÉT MÁ Y 2002-2013 63 b) - Khi mối ghép chịu tải trọng R thay đổi từ RMin đến RMax còn T = cont: sau khi xác định được đường kính bulông, cần tiến hành kiếm nghiệm hệ số an toàn về mỏi vì ứng suất trong bulông thay đổi và có tập trung ứng suất thực tế tại chân ren. - Khi mối ghép chịu tải trọng T thay đổi tò Tmìi, đến TMax còn R= const: Trong trường hợp này cần tính lại đường kính bulông vì hệ số an toàn chổng trượt ửiay đổi và lấy trong khoảng từ 1,5 đến 4, không cần tính lại bulông ửieo sức bền moi VI ứng suất trong bulông không thay đổi. ĐÁP ÁN NĂM 2005 Câu 1.(18đ) 1 .1 .a) Nguyên tắc chung chọn vật liệu: - Phù hợp với các chi tieu chù yếu về khả năng làm việc của chi tiết máy như độ bền, độ cứng, độ bền mòn, tính chịu nhiệt,.. - Đáp ứng các yếu cầu về khối lượng và kích thước của chi tiết may và máy - Có tính công nghệ phù hợp với hình dạng và phương pháp gia công chi tiet (phương pháp tạo phôi, tính cắt gọt,...) - Rẻ, dề cung ứng, ít chủng loại,... Ngoài ra cần quan tâm đến các chi tieu khác như: khối lượng nhỏ nhất, chất lượng cục bộ,... b) Nguyên tác ưên được thể hiện trong việc chọn vật liệu vành răng bánh vít: - Do dạng hỏng chủ yếu cùa truyền động trục vít là mòn và dính răng nên vật liệu vành răng bánh vít phải có độ bền mòn cao và có khả năng chống dính tốt. - Chọn theo nguyên tắc chất lượng cục bộ và tùy ửiuộc vào vt: 64 25 NẢM OLYMPIC c ơ HỌC TOÀN QUÔC • Khi V, < 2m/s vành răng và thân đều làm bàng gang • Khi V, > 2m/s vành răng làm bằng kim loại màu còn thân bàng gang hoặc thép đúc. c) Vật liệu vành răng bánh vít được chọn phụ thuộc vào vận tốc trượt (vt) là vì khi bọ truyền trục vít làm việc, răng bánh vít trượt dọc ren trục vít với Vị lớn và do điều kiện hình thành màng dầu bôi trơn kém nên ma sát ở vùng tiếp xúc rất lớn. Để giảm ma sát và mài mòn răng bánh vít, trước hết cần chọn cặp vật iiệu trục vít và vàiih răng bánh vít có f nhỏ và hệ số mòn nhò. 1.2. a) Các đặc điểm tính toán thiết kế chi tiết máy - Kết hợp công thức lý thuyết với các hệ số để kể đến các đặc điểm về kết cấu chi tiết máy có ảnh hưởng đến khả năng làm việc của chi tiết máy. - Tính theo hai bước: Ưnh thiết kế (tính sơ bộ) và tính kiểm nghiệm. - Do số ẩn nhiều hơn số phương trình nên cần dựa vào quan hệ kết cấu để chọn trước một số thông số trên cơ sở đó xác định các thông số còn lại, ví dụ, chọn Vị/a khi thiết kế bánh răng ửieo độ bền tiếp xúc. - Có nhiều giải pháp cho một phương án thiết kế, do đó cần chọn một số phương án để tính toán, so sánh trên cơ sở đó lựa chọn được phương án có lợi nhất. b) Do kết cấu và điều kiện làm việc của chi tiết máy rất đa dạng và phức tạp nên trong bước tính ửiiết kế thường phải đơn giản hoá nên kết quả thu được chỉ là gần đúng. Trong bước tính kiểm nghiệm, người thiết kế có điều kiện để xác định đầy đù các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền chi tiết máy. Nhờ vậy, người thiết kế có thể thay đổi và bổ sung để có thể lựa chọn tối ưu các thông số lần cuối trước khi quyết định kích thước cơ bản của chi tiet máy. c) Lấy ba ví dụ minh hoạ (nêu đầy đủ): ĐÁP ÁN CHI TIÉT MÁ Y 2002-2013 65 Ví dụ 1 : Khi thiết kế truyền động bánh răng theo độ bền tiếp xúc, [ơH] chỉ được xác định gần đúng (lấy sơ bộ ZvZrKxH = 1 vì chưa biết giá trị của vận tốc, nhám bề mặt cũng như kích ứiước của phôi chế tạo bánh răng và chọn sơ bộ KH), vì vậy, hệ số Ka hay ỈQ chỉ là giá ữ-ị trung bình. Sau khi xác định được hay do, (giá trị gần đúng), tiến hành xác định các ứiông số khác của bộ truyền và xác định chính xác Zv, ZR, KxH, ZH, Zg và KH. Từ đó tiến hành bước tính kiểm nghiệm răng theo độ bền tiếp xúc, người thiết kế mới quyết định lần cuối các ửiông số và kích thước bộ truyền. Ví dụ 2: Khi thiết kế trục, dựa vào T (hoặc cả T và M) để xác định sơ bộ đường kính một tiết diện trục hoặc đường kính các đoạn trục, từ đó thiết kế sơ bộ kết cấu trục. Ỏ trong bước tính này, các yếu tố ảnh hường đến độ bền mỏi của ưục như: sự tập ưung ứng suất, yếu tố kích thước, ưạng thái bề mặt, chế độ thay đổi ứng suất,... chưa được kể đến. Chi ưên cơ sở kết cấu sơ bộ trục, qua bước tính kiềm nghiệm trục về độ bền mòi mới có thể thay đổi, bổ sung và hoàn chinh kết cấu trục đáp ứng các yêu cầu cơ bản về độ bền. lắp ghép và công nghệ. Ví dụ 3: Khi chọn ổ lăn, ưước hết dựa vào đường kính ngỗng trục và tải trọng tác dụng lên gối đỡ U\IC để chọn sơ bộ loại ổ và cờ ô, trên cơ sở đó mới xác định được hệ số tải ữọng hướng tâm XịVà hệ số tải ưọng dọc trục Y| cũng như tải trọng dọc trục tác dụng lên ổ Fai (i = 0 và 1 ) theo sơ đồ bố trí đã chọn. Qua bước tính kiểm nghiệm về khả năng tải động và khả năng tải tĩnh móri có thể quyết định lần CUOI loại ổ và các ữiông số kích thước của ổ. d) Khi kiểm nghiệm không đạt yêu cầu, tức là các ứiông số và kích ửiước được xác định trong bước tính thiết kế: - Không đảm bảo khả năng tải, khi đó có thể tăng giá trị kích thước cơ bản đã được xác định trong bước tính thiết kế, từ đó xác định lại các thông sổ và kích thước liên quan. 66 25 NĂM OLYMPIC co HỌC TOÀN QUÔC - Quá dư thừa khả năng tải, khi đó cần quan tâm đến kết cấu để có ửiể quyết định xem có ửiể giảm kích thước hoặc các thông số khác được không. e) Các ví dụ về các giải pháp khắc phục khi chi tiết không ữiỏa mãn: (nêu đầy đủ các phương pháp xử lý) Ví dụ 1 :Khi kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc nếu ƠH > [ơH] (chi tiết thiếu bền), có thể táng dần hoặc dt,) và xác định lại các thông số ăn khớp và các kích thước cho đến khi ƠH < [ƠH]. Trường hợp chênh lệch giữa ƠH và [ơH] không lớn, ta có thể tăng bw theo công ửiức bu = b^íƠH /[ơH])2. Ví dụ 2: Khi kiểm nghiệm hệ số an toàn tại các tiết diện trục nếu s < [s] (chi tiết không đủ độ bền mỏi), có thể xử lý theo các hướng sau: • lớn bằng cách: • Chọn đường kính vai trục cũng như độ chênh lệch đường kính giữa các đoạn trục hợp lý. • Cần chọn bán kính góc lượn hợp lý tại chồ chuyển tiếp giữa hai đường kính hoặc dùng kết cấu vai trục có rãnh vòng. • Cần tảng độ mềm của mayơ hoặc vát mép mayơ ở các tiết máy lắp ưên trục khi sử dụng phương pháp lắp với độ dôi lớn hoặc chọn kiểu lắp hợp lý. • Đối với then ghép lỏng nên sử dụng dao phay đĩa để gia công rãnh then trên trục. • Chọn độ nhám bề mặt hợp lý. - Có thể sừ dụng ửiêm các phương pháp tăng bền bề mặt như phun bi, lăn nén hoặc sử dụng các phương pháp như thấm ửian, thấmnitơ rồi tôi,... ĐÁP ÁN CHI TIÉT MẢY 2002-2013 67 - Tăng đường kính trục (nếu kết cấu cho phép) để giảm các bi&i độ ứng suất và ứng suất trung bình. Tuy nhiên, d tăng ứiì có ửiể sẽ làm tảng các hệ số 8Ơ và Ex, mặt khác sẽ ảnh hưởng đến kết cấu các chi tiết khác lắp ưên trục (ví dụ bánh răng đang làm ròri trục thi sau khi táng d phải làm liền trục) - Chọn vật liệu chế tạo trục có giới hạn bền mỏi cao hoặc có thể giảm đưòmg kính trục nhằm giảm hệ số ảnh hưởng kích Uiước e〇 và Tuy nhiên, vật liệu có độ bền cao ửù đường kính trục lại nhỏ do vậy Uục có thề không đù độ cứng. Ví dụ 3: Khi kiểm nghiệm khả năng tài động của ổ lăn, nếu c t > Cbảng (ổ đã chọn không thỏa mãn bền), có thể xử lý theo: - Chọn cỡ ổ nặng hom - Chọn ỉại loại ổ khác (ví dụ dùng ổ đũa ửiay cho ổ bi nếu số vòng quay không lớn hay dùng ổ đùa côn thay cho ổ bi đỡ chặn hoặc loại ổ có góc tiếp xúc lớn hom). - Giảm ứiời gian sử dụng ổ cho đến kỳ đại tu hay ưung tu máy - Tăng đường kính ngồng trục nếu kết cấu cho phép Câu 2.(12đ) . 2.1. Xác định chiều dài mối hàn 1 ]và 12 (biết ei=25,lmm; k; [T]*(MPa); F(N)) từ điều kiện bền đều của hai mối hàn dọc, suy ra: 1,/12 = t 2/el = 64,9/25,1= 2,58 (a) với e2 = b - eị = 90 - 2 5,1= 64,9mm l r ^ + lfF /O /Z k M ’ O)) (1_ tổng chiều dài mối hàn dọc) và từ (a) suy ra :1 ]= 2,5812 và thay vào (b): 12 = F/(3,58.0,7k.[T]’） Vậy: 12 = F/(2,506.k•[て]’） 68 25 NẪM OLYMPIC C ơ HỌC TỌÀN_QUÓC Suy ra l i = 1 - 12 Chú ý:lj và Ỉ2 : nguyên và lớn hom giá trị tính toán 2.2. Xác định chiều dày cạnh hàn k biết: 1]=155mm và 12 = 60mm F = 6104N vàT = 3,5106Nmm và [T]= 105MPa a) ứng suất do F gây ra: Tp = F/A (a) trong đó A = Ai + A2= 0,7k(li + 12) = 0,7k.215 Thay vào, ta có: てF = F/A = 6104/150,5k = 398,67k b) ứng suất do T gây ra được xác định ứieo công ứiức sau: TT = T.r/J (b) Phương chiêu của các véctơ ứng suất Xp và Tt tại các aiem được biểu dien trên hình 2.3 Trong đó: T = 3,5106 Nmm r - khoảng cách từ trọng tâm G đến điểm xa nhất của cạnh hàn (ở đây lấy điểm 1 và điểm 4, hình 2.3). ffinh 23 ĐÁP ÁN CHI nÉT MÁ Y 2002-2013 69 = V(272)+(77,5)2 = 82,06mm r 2 h ị+ í^ - ì =V(672)+(30)2 = 73,4mm ， ， ， J_ mômen quán tính của tiêt diện môi hàn đôi với trọng tâm G, được xác định theo công thức sau: J = Ji +J2 trong đó: J i = Ai ấ + hỉ ：0,7kl.12_ + h? ：0,7k.l55í 9 、 155 +27: 296322,54k = A- ị12hí 0,7叫、 + hi 0,7k_60 = 201138k 12 ’ 602 ~ ĩ ĩ ノ + 67" Vậy J = (296322,54+201138)k = 497460,54k (mm4) Thay vào (b): Tại điểm 1 và 4 trên mối hàn 1: T1X = t4T = Trt /J = T.82,06 / 497460,54k = 3 ,5 106 .82,06 / 497460,54k = 577,35/k Tại điểm 2 và 3 trên mối hàn 2: ĨĨT = X3T = Tr2 /J = 3,5106.73,4 / 497460,54k = 516,42/k c) Xác định ứng suất tổng do F và T gây ra (hình 2.4) (Có nhieu cách xác định ứng suất tổng do R va f gây ra. Ở đây dùng phương pháp cộng véctơ. -T ạ i điểm 1 và 4 (hình 2.4). Tịt cos 01 -s = 70 25 NÃM OLYMPIC C ơ HỌC TOÀN QUÒC て F て 1T SÌI10! Hình 2.4 V ( T F ~ X1T s *n ) 2 + ( X1T C 0S ^ 1 ) 2 豐 - ⑩ sinl9〇2〇 f 3 9 8 , 6 7 1 9 1 〕2〔5 3 0 , 2 5 ’)25 7 0 , 5 8 l k k J 、 k ) k(*) Trong đó góc 01 được xác định như sau: t g 6 ! = h , / 0 ,5 1 1 = 2 7 / 7 7 , 5 = 0 , 3 4 8 0 1 = 1 9 ° 2 0 = > sin © ! = 0 , 3 2 5 v à C〇S 0 1 = 0 , 9 4 4 -Tại điểm 2 và 3 (hình 2.5) T = + t 2T C〇S 0 2 ) 2 + ( t 2T s i n 0 2 ) 2 ' 398,67 • 5 1 6 气 〇 坞 丫 k k 5 1 6 ,4 2 . - 、 ------------ s in ở , k 2 . 8 9 4 ,8 k Trong đó góc 〇2 được xác định như sau: t g 0 2 = 0 ,5 1 2 / h 2= 3 0 / 6 7 = 0 , 4 4 7 0 2 = 2 4 ° = > sin02 = 0 , 4 0 8 v à COS02 = 0 , 9 1 2 ĐÁP ÁN CHI TIÊT MÁ Y 2002-2013 ____________ 71T2TS/n02 て Xy 上 + s て2TCOS02 2 てX Hình 2.5 Điều kiện bền của mối hàn có dạng : T< [て]’ Từ (*) và (**) suy ra k = 894,8/[て]’ =894,8/105 = 8,52_ Vậy chieu dày cạnh hàn k = 9mm 2.3. Nếu thay đổi kết cấu theo phưcmg án 2b, ta thấy: a) về công nghệ hàn có vẻ đơn giàn hơn do dỗ xác định vị trí cùa moi han h khi hàn. b) về tính toán ửiiết kế: bài toán về ửúết kế sẽ phức tạp hơn vì: - Do ưọng tâm thay đổi nên cần phai xác định ưọng tâm của mối ghép - Các bước khác lần lượt tiến hành như trưòmg hợp trên. Câu 3 .(lOđ) 3 . 1 . a) Xác định giá trị các lực ần khớp (Tính đúng giá trị và phân tích aung phương chiều các các lực ữiành phần) - Trên răng bánh vít: Ft2 = 2T2M2 = 2.300000/252 = 238IN (lấy phần nguyên). Fr2 = Ft2tga/C0SY = 2381.0,363/0,987 = 875N Fa2 = Ft2 tgy =2381.0,158 = 376N - Trên ren trục vít: Ftl = Fa2 =376N 72 Frl= Fr2 = 875N Fal=Ft2 =238 IN Trong đó: 25 NĂM OLYMPに C ơ HỌC TOÀN QUÒC Y - góc nâng của ren trục vít. tgY = Zj/q = 2/12,5 = 0,16 Y = 90 COSỴ = 0,987 d2 = mz2 = m.u.Zi=6,3-20.2 = 252mm (aưong kính vòng chia vòng chia bánh vít. - Phương chieu của các lực ưên răng bánh vít (hình 2.6). b) Khi chieu quay ứiay đoi, chỉ chieu của các lực Fai và Fti (i = 1 ,2 ) thay đối, vì mặt làm viẹc của ren trục vít và răng bánh vít cũng thay aoi theo. Hình 2.6 3.2. Xác định độ dôi để lắp vành bánh vít với ửiân bánh vít. Áp suất cần thiết trên mặt ghép để truyền lực Fa2 = 376N và T = 300000 Nmm Áp lực trên bề mặt ghép xác định theo: kF 1,7.3023= 2 , 041MPa (a) Tlfdl 3,14.0,05.200.80 ĐÁP ÁN CHI TIÊT MÁ Y 2002-2013 73 Trong đó lực F được xác định: F = > . 2( 2T 3762 + 2.300000' 200 . .2 3023N Độ hở nhỏ nhât đê tạo áp lực p = 2,04N/mm được tính theo công thức: 1 + c, 1- d, d1 + d, 150 200 -0,3 = 3,27 (b) VỚ1： d - p 1 + 屮 = … =0,3 1 + íd n2 d. + ^2 [200 1240. ，200、 2+ 0,3 = 5,83 240 d - đường kính mặt ghép: d = 200mm d2 - ơương kính chân răng bánh vít: d2 = 240mm d i - đường kính trong vành răng:山 = 150mm 1 - chiều dài bề mặt ghép:1 = 80mm và Ei= Ẽ2 = 105MPa Thay vào (b): ô = pd £ i ì e 2 J = 2 ,04.200 3,27 105 5,83) 1 0 5 J=0,037mm = 37nm Ờ đây sử dụng phương pháp lẳp ép, nên độ dôi lứio ìihất cần thiet của moi ghép sẽ là: