Các đề thi Chi tiết máy chính thức 2002-2013
CÁC ĐÈ THI CHI TIẾT MÁY CHÍNH THỨC
C âu 1 Cho hộp giảm tốc như hình vẽ (hình 1.1)
Phân tích lực ăn khớp tại các điểm A và B của bộ truyền HGT với chiều quay bất kỳ của trục dẫn I và hướng răng được thể hiện rõ trong hình vẽ Các biểu thức tính giá trị của lực ăn khớp sẽ được xác định dựa trên các yếu tố Tị, n；, dị, a và Pi, với i = 1, 2 Cuối cùng, cần nêu nhận xét và viết biểu thức tổng lực dọc trục tác dụng lên trục II để hoàn thiện phân tích.
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?
Lực phụ trong khớp nối xuất hiện do sự tác động của các lực bên ngoài và nội tại trong hệ thống Để xác định lực này, cần phân tích các yếu tố như tải trọng, cấu trúc khớp nối và các điều kiện vận hành Việc chọn chiều lực thay đổi khi tính toán trục và ổ lăn là rất quan trọng, giúp đảm bảo tính chính xác và hiệu quả của thiết kế.
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.
Khi phân tích các chi tiêu tính toán thiết kế bộ truyền đai dẹt, cần chú ý đến khả năng kéo của đai để đảm bảo tuổi thọ của bộ truyền Việc tính toán cần xem xét các yếu tố như vật liệu đai, tải trọng, tốc độ hoạt động và điều kiện làm việc Những vấn đề này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ bền của bộ truyền, từ đó giúp tối ưu hóa thiết kế và nâng cao tuổi thọ sản phẩm.
Để thiết kế trục UT.1C chịu tải, cần vẽ biểu đồ ứng suất uốn và mômen xoắn của trục như trong hình vẽ Việc áp dụng hệ số an toàn trong thiết kế trục là cần thiết để đảm bảo độ bền và an toàn trong quá trình hoạt động Nếu trục không đạt được hệ số an toàn yêu cầu (s < [s]), các giải pháp cần xem xét bao gồm tăng cường vật liệu, giảm tải trọng hoặc thay đổi hình dạng trục để cải thiện khả năng chịu lực.
Câu 3 Cho kết cấu có kích ứiước như hình vẽ (hình 1.2), biết: a i = 300mm; 2 L 2 - 240mm; b i = 450mm; b2 = 390mm; s = 20mm:
CÁC ĐỀ THI CHI TIÉTMÁY CHÍNH THỨC 2002-2013 3
Sử dụng bốn bulông được đánh số 1, 2, 3 và 4, với bulông bằng thép C30 có ứng suất cho phép [ơ j] = 240MPa Hệ số ma sát giữa giá đỡ và nền bê tông là f = 0,15, trong khi ứng suất dập cho phép của nền bê tông là [ơd] = 1,80MPa Hệ số an toàn khi xiết chặt dưới tải trọng tĩnh được xác định là k = 1,5.
Để xác định đường kính cần thiết của bulông cho hai phương án, cần xem xét bulông lắp không khe hở và bulông lắp có khe hở Ngoài ra, trong thiết kế ren kẹp chặt, nên sử dụng loại ren phù hợp để đảm bảo tính ổn định và độ bền của kết cấu.
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.
Khi tải trọng ngoài thay đổi từ Rmin đến Rmax, cần xem xét lại kích thước bulông để đảm bảo tính an toàn và độ bền của kết cấu Việc tính toán lại kích thước bulông là cần thiết nếu tải trọng vượt quá giới hạn cho phép, nhằm tránh nguy cơ hư hỏng Ngoài ra, cần kiểm tra bulông theo độ bền mỏi trong trường hợp có tải trọng lặp lại hoặc thay đổi thường xuyên, để đảm bảo bulông có thể chịu được các tác động này mà không bị gãy hoặc hỏng hóc.
4 25 NÃM OLYMPIC ca HỌC TOÀN Q11Ò c c) Nêu các giải pháp chống hiện tượng tự tháo lỏng trong mối ghép ren.
Để tính toán đường kính ngoài ren bulông mà không có bảng tra thông số, bạn có thể sử dụng công thức d = di + 2.h, trong đó h = 0,54p và p là bước ren Đối với bulông có đường kính lên đến 30mm, các giá trị p có thể lấy từ dãy: 2,5; 2,0; 1,5; 0,75 và 0,5mm Ngoài ra, dãy tiêu chuẩn các đường kính bulông bao gồm M8p và M10p.
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.
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 tiết máy chính thức từ năm 2002-2013 tập trung vào việc thiết kế các cặp bánh răng với tiêu chí sức bền cao Việc chứng minh rằng các ứng suất tiếp và ứng suất uốn đều thay đổi theo chu kỳ là rất quan trọng Công thức kiểm nghiệm răng tiêu độ bền tiếp xúc bao gồm các hệ số ZH và Ze, giúp xác định độ bền của bánh răng và từ đó đưa ra giải pháp cải thiện sức bền Hệ số KH(3 và KF|3 trong công thức tính toán bánh răng ảnh hưởng lớn đến độ bền tiếp xúc và độ bền uốn Để đạt được sự phân bố ứng suất đều trên chiều dài đường tiếp xúc, cần áp dụng các giải pháp kỹ thuật hợp lý.
Để chế tạo một bánh răng mới thay thế cho bánh răng hỏng, cần xác định các thông số quan trọng như đường kính ngoài, số răng, và bước răng Bên cạnh đó, việc đo các kích thước chính xác của bánh răng như chiều cao răng, độ dày, và đường kính lỗ cũng rất cần thiết để đảm bảo bánh răng mới hoạt động hiệu quả và tương thích với hệ thống hiện có.
Cấu trúc tay quay được sử dụng để tạo lực theo hình 1.4, với lực dọc trục tác động lên vít me là Fa = 75.000N Vít có số đầu mối z = 1 và bước ren p = 8 Các đường kính được xác định là d = 55mm và d2 = 51mm, cùng với ren thang có ot0ừ Các thành phần như mayơ, tay đòn và bulông đều được chế tạo bằng vật liệu chất lượng.
Trong 25 năm qua, Olympic Cơ Học Toàn Quốc đã đạt được những bước tiến đáng kể với hệ số ma sát giữa vít bằng thép và đai ốc bằng đồng là f = 0,15 Tải trọng ngoài không được kiểm tra và không có lực xiết, với giá trị chọn [n] = 6 Chúng ta có thể thấy rằng ứng suất cho phép là 220 MPa, điều này cho thấy sự quan trọng của việc tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật trong lĩnh vực cơ học.
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 h i = h2
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 thi chỉ tiết mái y chính thức từ năm 2002 đến 2013 bao gồm công thức tính chiều dài bulông là 7d = di + 2.h, trong đó h = 0,54p, với p là bước ren Đối với bulông có đường kính lên đến 30mm, bước ren p có thể lấy từ các giá trị: 2,5; 2,0; 1,5; 0,75 và 0,5mm Dãy tiêu chuẩn đường kính bulông (dãy 1) bao gồm các kích thước như M8p, M10p, M12p, M16p, M18p, M20p, M30p, và nhiều hơn nữa.
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.
Ma sát và mòn trong ổ đũa trụ thường nhỏ hơn so với ổ bi do thiết kế và cách thức hoạt động khác nhau của chúng Khi vòng ngoài của ổ lăn quay, có thể chứng minh rằng vòng trong cũng sẽ quay theo, dẫn đến việc giảm thiểu lực ma sát và mòn Hình vẽ minh họa cho thấy sự thay đổi ứng suất trên vòng ổ trong quá trình hoạt động, từ đó làm rõ cơ chế hoạt động hiệu quả của ổ đũa trụ.
Yếu tố này được xét đến khi tính ổ như ứiế nào?
Trong tính toán chi tiết máy, cần phân biệt các loại tải trọng tác dụng như tải trọng tĩnh, tải trọng động và tải trọng va đập Ví dụ, tải trọng tĩnh có thể là trọng lượng của chi tiết, trong khi tải trọng động là lực do chuyển động gây ra Để tính ứng suất cho phép, cần xem xét các trường hợp khác nhau: ứng suất không đổi, ứng suất thay đổi ổn định và ứng suất thay đổi không ổn định Hệ số tuổi thọ KN có ý nghĩa quan trọng trong việc đánh giá khả năng chịu tải và độ bền của chi tiết máy trong các điều kiện làm việc khác nhau.
8 25 NĂM OLYMPIC C ơ HỌC TO 入 N QUÔC
Đáp áp Chi tiết máy
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: Fr = Fftgoc,,, /cos(3
Chiều của lực dọc trục tác dụng lên các bánh răng 2 và 3 cùng chiều nhau, dẫn đến Fat = Fa2 + Fa3 Để giảm thiểu lực dọc trục, cần thay đổi hướng răng của một trong hai cặp bánh răng 2 hoặc 3.
1.2 Khi thay đổi chiều quay
Khi thay đổi chiều quay, hướng của lực vòng cũng sẽ thay đổi, vì lực vòng phụ thuộc vào chiều quay Đồng thời, hướng của lực dọc trục cũng bị ảnh hưởng do mặt làm việc của răng thay đổi.
Khi thay đổi đồng ứiời cả chiều quay và hướng răng, chỉ có chiều của lực vòng thay đổi, trong khi chiều của lực dọc ưục vẫn không thay đổi.
40 25 NẪM OLYMPIC c ơ HỌC TOÀN QUÔC
Khi chiều quay thay đổi, hướng của các lực Ft và Fa tác động lên trục cũng sẽ thay đổi, dẫn đến sự biến đổi trong giá trị mômen tác dụng tại tiết diện nguy hiểm, đồng thời làm thay đổi đường kính của trục.
Khi tính toán trục, cần lựa chọn phương án sao cho trục chịu mômen uốn lớn nhất Việc này không chỉ ảnh hưởng đến độ bền tĩnh mà còn tác động đến độ bền 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
Chiều của lực Fk có thể được chọn tùy ý, phụ thuộc vào sai số ngẫu nhiên trong quá trình lắp ghép Khi tính toán trục, chiều của Fk được xác định để tăng ứng suất và biến dạng của trục Ngược lại, trong tính toán lăn, chiều của Fk được chọn nhằm tối đa hóa phản lực gối tựa.
Tần số chịu tải của răng bánh nhỏ lớn hơn răng bánh lớn với tỷ số truyền u, do đó, vật liệu của răng bánh nhỏ cần có cơ tính và độ cứng bề mặt cao hơn so với răng bánh lớn.
Thường độ rắn mặt răng chọn theo quan hệ: ĐÁP ÁN CHI T1ÉT MÁ Y 2002-2013 41
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 kích thước bánh răng trong hệ thống, bánh răng chịu tải lớn cần được làm từ vật liệu có độ bền cao hơn Do đó, bánh răng cấp chậm chịu tải lớn hơn sẽ yêu cầu vật liệu có cơ tính tốt hơn so với bánh răng 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, việc xác định kích thước và diện tích dây đai dựa vào khả năng kéo là rất quan trọng Sự thay đổi ứng suất từ ơmin đến ơmax cùng với số chu trình thay đổi ứng suất ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ của bộ truyền đai Do đó, các thông số hình học của bộ truyền đai cần được lựa chọn cẩn thận để đảm bảo hiệu suất và độ bền.
• 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).
2 3 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 vỡ khi làm việc trục ửằường bị góy 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
• 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 K