đề thi chi tiết máy [PDF]

Zitiervorschau

Hội Cơ học Việt Nam Đề thi OLYMPIC CƠ HỌC TOÀN QUỐC Môn thi: ỨNG DỤNG TIN HỌC TRONG CƠ HỌC (CHI TIẾT MÁY) Ngày thi: 24 tháng 04 năm 2011 Thời gian: 240 phút. Thiết kế hệ thống dẫn động cho thùng trộn (hình 1) với các yêu cầu kỹ thuật sau: - Động cơ có công suất Pđc = 5,5 kW, số vòng quay nđc = 960 vg/ph. 1. 2. 3. 4. 5.

Động cơ Bộ truyền đai thang Hộp giảm tốc Bộ truyền xích Thùng trộn



-

-

Số liệu ban đầu: Công suất của thùng trộn: P = 4,16 (kW) Số vòng quay của thùng trộn: n = 48 (vòng/phút) Thời gian phục vụ: a = 6 (năm) Quay 1 chiều, làm việc 2 ca, tải trọng tĩnh (1 năm làm việc 300 ngày, 1 ca làm việc 8 giờ) Tỷ số truyền: + Tỷ số truyền chung uch = 20. + Tỷ số truyền của bộ truyền đai thang uđ = 3,2. + Tỷ số truyền của bộ truyền xích ux = 2,5. Hiệu suất: + Hiệu suất bộ truyền đai thang ηđ = 0,95. + Hiệu suất cặp bánh răng trụ răng thẳng ηbr = 0,96. + Hiệu suất cặp ổ lăn ηol = 0,99. + Hiệu suất bộ truyền xích ηx = 0,95.

Phần 1 Thuyết minh (20đ) Phần thuyết minh bao gồm các mục sau. 1. Tỉ số truyền cặp bánh răng và lập bảng các thông số kỹ thuật 2. Thiết kế bộ truyền bánh răng Cho trước: Tỷ số truyền u, công suất P, số vòng quay n. Yêu cầu: Tính theo tiêu chuẩn ISO, chọn vật liệu (theo tiêu chuẩn ISO giới hạn mỏi tiếp xúc sHlim  570MPa), tính khoảng cách trục, môđun m, số răng, đường kính vòng chia, chiều rộng vành răng, vận tốc vòng của bánh răng, lực hướng tâm, lực tiếp tuyến. Mô hình 3D cặp bánh răng. Lưu ý: Các hệ số KA = 1; KHv = 1; KHβ = 1,2; KHα = 1 khi nhập trong Autodesk Inventor. Đưa các kết quả vào thuyết minh. 3. Thiết kế trục và chọn then + Tính bằng tay: Xác định đường kính sơ bộ, phác thảo sơ bộ kết cấu trục . 1

+ Tính bằng Autodesk Inventor: Định kích thước các đoạn trục, chọn vật liệu với Sy = 400MPa, nhập giá trị các lực tác dụng lên trục, các biểu đồ mômen uốn, ứng suất…. Đưa các kết quả vào thuyết minh. Mô hình 3D các đoạn trục. + Chọn then theo phần mềm. 4. Chọn ổ lăn + Chọn ổ lăn trong Autodesk Inventor theo tiêu chuẩn. 5.

Thiết kế bộ truyền đai Chọn trước: Chọn ký hiệu đai, đường kính các bánh đai (chọn d1 =180mm), khoảng cách trục (a =d2), chiều dài đai. Yêu cầu: Chọn ký hiệu đai theo tiêu chuẩn DIN 2215, nhập các thông số d1, d2, L. Tính bằng Autodesk Inventor: Số dây đai z và các thông số bộ truyền: vận tốc, lực căng đai ban đầu, lực vòng có ích, lực căng trên nhánh đai chủ động và bị động, lực tác dụng lên trục, góc ôm đai, bề rộng bánh đai, khoảng cách trục... bằng Autodesk Inventor. Mô hình 3D bộ truyền đai. Các kết quả đưa vào thuyết minh Lưu ý: Chọn các hệ số PRB = 3.8 kW, k1 = 1.2.

6.

Thiết kế bộ truyền xích Chọn trước: Số dãy xích k, số răng z1 và z2. Yêu cầu: Chọn xích theo tiêu chuẩn ISO 606:2004 (EU), nhập số răng z 1, z2, công suất P, số vòng quay n. Tính bằng Autodesk Inventor: Bước xích, số mắt xích, chiều dài xích, khoảng cách trục, đường kính các đĩa xích, vận tốc trung bình, lực trên nhánh căng (chùng) F1 (F2), lực tác dụng lên trục. Mô hình 3D bộ truyền xích. Các kết quả đưa vào thuyết minh.

Phần 2 Mô hình hoá chi tiết và lắp 3D (15đ) 1. Mô hình hóa hình học vỏ, thân hộp giảm tốc. 2. Chọn từ Content center các chi tiết tiêu chuẩn và mô hình hoá các chi tiết khác. 3. Lắp ráp mô hình 3D hộp giảm tốc. 4. Bản vẽ lắp 3D (tách các chi tiết). Phần 3 Bản vẽ lắp 2D (5đ) Tạo bản vẽ lắp bản vẽ 2D là hình chiếu bằng của hộp giảm tốc từ mô hình 3D. Lưu ý:

2

- Lưu tất cả file kết quả tính và thuyết minh vào 1 thư mục. - Lưu các file mô hình chi tiết, mô hình lắp, bản vẽ vào cùng 1 thư mục.

Hội Cơ học Việt Nam

Đáp án OLYMPIC CƠ HỌC TOÀN QUỐC Môn thi: ỨNG DỤNG TIN HỌC TRONG CƠ HỌC(CHI TIẾT MÁY) Ngày thi: 24 tháng 04 năm 2011 Phần 1 Tính toán thiết kế (20 đ) 1. Phân phối tỷ số truyền và lập bảng các thông số kỹ thuật (2 đ)

+ Tỉ số truyền chung: uch  ud ub u x  20 u đ - tỉ số truyền bộ truyền đai 3,2; u x - xích 2,5 ubr – tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng ubr = 20/(3,2x2,5) = 2,5 + Công suất các trục: P 4,16 Công suất làm việc: Plv  4,16kW PII  lv   4,423kW  ol . x 0,99.0,95 ;

PII 4,423 P 4,654   4,654kW Pđc  II   4,9kW đ 0,95  ol . br 0,99.0,96 + Số vòng quay các trục: n ndc  960 vòng/phút; nI  đc  960  300 vòng/phút uđ 3,2 n II 120 n 300   48 vòng/phút nII  I   120 vòng/phút; nlv  ux 2,5 ubr 2,5 P + Mô men xoắn động cơ và các trục: Ti  9,55.10 6. i ni P P 4,654 4,9  148153 Nmm Tđc  9,55.10 6. ct  9,55.10 6  48745 Nmm TI  9,55.10 6. I  9,55.10 6. nđc 960 nI 300 P 4,16 P 4,423  827667 Nmm TII  9,55.10 6. II  9,55.10 6.  351997 Nmm; TIII  9,55.10 6. II  9,55.10 6. n II 48 n II 120 + Bảng các thông số kỹ thuật: Bảng 1: Các thông số kỹ thuật của hệ thống truyền động PI 

Trục Thông số Công suất P,kW Tỉ số truyền u Số vòng quay n, vg/ph Mômen xoắn T, Nmm

Động cơ

I

II

III

4,9

4,654

4,423

4,16

3,2 960 48745

2,5 300 148153

120 351997

2,5 48 827667

1

2.

Thiết kế bộ truyền bánh răng (3đ) + Công suất P = 4,654kW; + Tỷ số truyền ubr = 2,5. + Số vòng quay n = 300 vòng/phút. + Lh  LK namK n  6.300.16  28800 giờ.

Hình 1: Các thông số trong tab Calculation

Hình 2: Các hệ số nhập theo yêu cầu của đề bài

2

Hình 3: Các thông số trong tab Design

Hình 4: Bộ truyền bánh răng theo yêu cầu thiết kế 3

+ Kết quả tính trong Autodesk Inventor: Bảng 2: Các thông số bộ truyền bánh răng STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

THÔNG SỐ Chọn vật liệu Tính khoảng cách trục Module m Số răng z1 Số răng z2 Đường kính vòng chia d1 Đường kính vòng chia d2 Chiều rộng vành răng b1 Chiều rộng vành răng b2 Lực hướng tâm Fr Lực tiếp tuyến Ft Vận tốc vòng của bánh răng

Kết quả EN C60 160mm 4 23 57 92 228 64 60 1172,154 N 3220,466N 1,445 m/s

3. Thiết kế trục và chọn then (6đ +1đ) a. Trục I: + Công suất P1  4,654kW . + Mômen xoắn: T1  148141Nmm + Số vòng quay: n  300vg / ph. + Lực tác dụng lên trục do bộ truyền đai gây nên: Fr  849,96 N (từ kết quả tính bộ truyền đai) + Lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng (số liệu bảng 2): Ft1  3220,466 N Fr1  1172,154 N ; d= + Đường kính trục vị trí lắp bánh đai:

3

5T 3 5.148141   33,3mm chọn d0 = 35mm.  20

+ Chọn sơ bộ kích thước dọc trục: lm12 = 50; lm13 = 70; k2 = 5; k3 = 15; k1 = 10; hn = 20; bo = 25;l13 = 0,5(lm13 + bo)+ k1 + k2 = 62,5 l11 = 2l13 = 2x62,5 = 125; l12 = lc2 = 0,5(lm12 + bo)+ k3 + hn = 72,5

Hình 5: Phác thảo kết cấu trục 1 4

Hình 6: Tab Design cho trục 1

Hình 7: Tab Calculation các thông số cho trục 1

5

Hình 8: Biểu đồ moment uốn

6

Hình 9: Biểu đồ ứng suất uốn Chọn then:

Hình 10: Thông số trong tab Design

7

Hình 11: Thông số trong tab Calculation

Hình 12: Trục 1 Trục II: + Công suất P1  4,423kW . + Mômen xoắn: T1  351997 Nmm + Số vòng quay: n  120vg / ph. + Lực tác dung lên trục từ bộ truyền xích: Fr  3633,236 N + Lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng: Ft 2  3220,466 N và Fr 2  1172,154N d= + Đường kính trục vị trí lắp bánh đĩa xích:

3

5T 3 5.351997   38,8mm chọn d0 = 40mm.  30

(lưu ý ta chọn  = 20 MPa – trục đầu vào;  = 30 MPa – trục đầu ra)

+ Các trị số khoảng cách được chọn như sau: lm12 = 60; lm13 = 66; k2 = 5; k3 = 17,5; k1 = 10; hn = 20; bo = 25; l13 = 0,5(lm13 + bo)+ k1 + k2 = 62,5; l11 = 2l13 = 2x62,5 = 125; l12 = lc2 = 0,5(lm12 + bo)+ k3 + hn = 80

8

Hình 13: Phác thảo kết cấu của trục 2

Hình 14: Kích thước trục trong tab Design

9

Hình 15 Thông số tính toán trục trong tab Calculation

10

Hình 16 Moment uốn trục 2

11

Hình 17 Ứng suất uốn trục 2 

Thiết kế then cho trục 2:

Hình 18: Thông số then trong tab Design

12

Hình 19: Tính toán và chọn then trong tab Calculation

Hình 20: Kết cấu trục vo71i ra4nh then 4.

Chọn ổ lăn ( 2đ) Tính toán ổ lăn cho trục I: Theo hình 9, ta có kết quả các lực tác dụng lên ổ. Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ A: 2 FRA  RAX  R AY2  1055,507 2  1571,587 2  1893,14 N

Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ B: 2 FRB  RBX  R BY2  753,239 2  1648,879 2  1812,78N

Vì FRA  FRB , nên ta tính toán theo ổ A: FR  FRA  1893,14 N Số vòng quay n = 300 vg/ph; L = 28800 giờ, Ổ bi đỡ (Deep Groove Ball Bearing)

13

Hình 21: Tab Design cho ổ trục 1

Hình 22: Tab Calculation cho ổ trục 1

Hình 23: Ổ lăn cho trục 1 Tính toán ổ lăn cho trục II: Theo hình 18, ta có kết quả các lực tác dụng lên ổ. Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ A: 2 FRA  RAX  R AY2  6726,804 2  1497,7282  6891,52 N

14

Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ B: 2 FRB  RBX  R BY2  1897,1982  1722,7382  2562,65N

Vì FRA  FRB , nên ta tính toán theo ổ A: FR  FRA  6891,5N Số vòng quay n = 120 vg/ph. L = 14400 giờ, Ổ bi đỡ (Deep Groove Ball Bearing)

Hình 24: Tab thiết kế cho ổ trục 2

Hình 25: Tab tính toán cho ổ trục 2

15

Hình 26: Ổ lăn cho trục 2 5.

Thiết kế bộ truyền đai (3đ) + Công suất P = 4,9 kW. + Số vòng quay n = 960 vòng/phút. + Chọn đai thang loại B dựa trên công suất P và số vòng quay n. + Đường kính bánh đai nhỏ d1 = 180 mm. + Đường kính bánh đai lớn: d2 = u d1(1 -  ) = 3,2.180.(1-0,01) = 570,24 mm với hệ số trượt tương đối   0,01

Ta chọn d2 =560 mm theo tiêu chuẩn.

+ Khoảng cách trục nhỏ nhất a = d2 = 560mm. + Chiều dài tính toán của đai: L = 2 a +

L = 2.560 +

 (560  180) 2



 (d1  d 2 ) 2



( d 2  d1 ) 2 4a

(560  180) 2  2346,9 mm 4.560

Chọn theo tiêu chuẩn L = 2500 mm

Hình 27: Các thông số trong tab Design 16

Hình 28: Các thông số trong tab Calculation + Kết quả tính trong Autodesk Inventor: Bảng 3: Các thông số tính từ Autodesk Inventor STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

THÔNG SỐ Loại đai Số dây đai z Vận tốc Lực căng đai ban đầu Lực căng trên mỗi nhánh đai Lực căng trên nhánh căng Lực căng trên nhánh chùng Lực vòng có ích Lực tác dụng lên trục Fr Góc ôm đai Chiều dài dây đai Bề rộng bánh đai Khoảng cách trục

Kết quả V-Belt DIN 2215 17x2457 2 9,048 m/s 414 N 218,5 N 707,778 N 166,21 N 541,569 N 849,96 N 145,48 độ & 214,52 độ 2500 44 mm 640,408 mm

17

Hình 29: Bộ truyền đai được thiết kế 6.

Thiết kế bộ truyền xích (3đ) + Công suất truyền P  PII  4,423kW + Số vòng quay đĩa nhỏ n  nII  120 vg/ph; Tỷ số truyền u  u x  2,5 + Chọn xích con lăn 2 dãy + Chọn số răng của đĩa xích: z1  29  2u x  29  2.2,5  24 răng z 2  u x .z1  2,5.24  60 răng

+ Chọn bước xích: - Xác định các hệ số điều kiện sử dụng xích K theo công thức: K  K r K a K o K dcK b K lv  1,1.1.1.1,1.1,5.1,12  1,848 - Tính công suất tính toán: Pt KK z K n P1 1,848.1,04.1,667.4,423 Pt    7,09kW chọn bước xích pc  25,4mm Kx 2

Hình 30: Chọn xích con lăn 2 dãy

18

Hình 31: Các thông số trong tab Design

Hình 32 Các thông số trong tab Calculation

+ Kết quả tính trong Autodesk Inventor: Bảng 4: Thông số bộ truyền xích STT THÔNG SỐ 1 Loại xích 2 Số dãy xích

Kết quả Roller chain 16B-2-124 2 19

3 4 5 6 7 8 9 10

Số mắt xích Lực vòng có ích Lực căng trên nhánh chủ động Lực căng trên nhánh bị động Lực tác dụng lên trục Fr Góc ôm Khoảng cách trục Đường kính đĩa xích d1, d2

124 3617,437 N 3625,5 N 8,1N 3633,236 N 163,79 độ & 196,21 độ 1031 mm 194,597mm & 485,326

Hình 33: Bộ truyền xích được thiết kế Phần 2 Mô hình hoá chi tiết và lắp 3D (15đ) 1. Mô hình hóa hình học vỏ, thân hộp giảm tốc.

Hình 34: Vỏ hộp (3đ)

20

Hình 35: Thân hộp (3đ) 2. Chọn từ content center và mô hình hoá các chi tiết khác.

Hình 36: Các chi tiết khác và chi tiết tiêu chuẩn (3đ) 3. Lắp ráp mô hình 3D hộp giảm tốc.

21

Hình 37: Lắp ráp mô hình 3D (3đ) 4. Bản vẽ lắp 3D (tách các chi tiết)

Hình 38: Bản vẽ lắp tách (3 đ) Phần 3 Bản vẽ lắp 2D (5đ) Tạo bản vẽ lắp bản vẽ 2D là hình chiếu bằng của hộp giảm tốc từ mô hình 3D (tham khao. 22

Hình 39 Bản vẽ 3 hình chiếu (tham khảo)

Hình 40: Bản vẻ 2D hộp giảm tốc (5đ): kết cấu 3đ, kích thước + chỉ số vị trí 2đ

23