Đề thi cuối học kì II - Môn: Nguyên lý – Chi tiết máy

g kính các bánh đai d1 = 140mm, d2 = 280mm, khoảng cách trục a = 550mm. Hệ số ma sát giữa đai và bánh đai f = 0,3. a. Tính góc ôm 1 (rad) và số vòng chạy (số lần chịu uốn) của đai trong 1 giây i=? (1,5đ) b. Tính lực căng ban đầu F0 cần thiết để bộ truyền làm việc không xảy ra trượt trơn? (1đ) Câu 2: (2,5 điểm) Cho hệ thống dẫn động băng tải với chiều quay của trục động cơ như hình 1 . Bộ truyền trục vít ren trái có modul m= 8mm, hệ số đường kính q= 10, số mối ren trục vít Z1= 2, số răng bánh vít Z2= 50, hiệu suất bộ truyền trục vít = 0,8. Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng có Z3 và Z4. Trục I truyền mô men xoắn TI= 2x105Nmm, xem như hiệu suất của ổ lăn bằng một (ol=1). a. Xác định phương, chiều các lực tác dụng lên trục vít, bánh vít và cặp bánh răng trụ răng thẳng Z3, Z4? (1đ) b. Tính hệ số ma sát f để bộ truyền trục vít có khả năng tự hãm? (0,5đ) c. Tính mô men xoắn TII trên trục II, Trị số lực vòng Ft1, Ft2 tác dụng lên trục vít và bánh vít? (1đ) Hình 1 Hình 2 Câu 3: (2 điểm) Cho hệ bánh răng như hình 2. Các bánh răng tiêu chuẩn có số răng: Z1= 60, Z2= 80, Z’2= 30, Z3= 40, Z’3= 30, Z4= 60, Z’4= 40, Z5= 50. Tốc độ quay cần C có nc= 450vg/ph. Hãy tính: a. Tốc độ quay n3 của bánh răng Z3? (0,5đ) b. Tốc độ quay n1 và xác định chiều quay của bánh răng Z1 (so với chiều quay của cần C)? (1,5đ) Số hiệu: BM1/QT-PĐBCL-RĐTV Trang 2/2 Câu 4: (3 điểm) Cho trục trung gian của hệ truyền động cơ khí như hình 3 có Z1 là bánh răng trụ răng thẳng bị dẫn cấp nhanh và Z2 là bánh răng trụ răng nghiêng dẫn cấp chậm. Bánh răng 𝑍1 có: 𝐹𝑡1 = 3750𝑁, 𝐹𝑟1 = 1365𝑁, 𝑑1 = 160𝑚𝑚 và bánh răng Z2: 𝐹𝑡2 = 4000𝑁, 𝐹𝑟2 = 1479 𝐹𝑎2 = 706𝑁 𝑑2 = 150𝑚𝑚. Các kích thước 𝐿1 = 140𝑚𝑚, 𝐿2 = 160𝑚𝑚, 𝐿3 = 160𝑚𝑚. Vật liệu chế tạo trục có ứng suất uốn cho phép [𝜎𝐹] = 50𝑀𝑃𝑎. a. Tính phản lực tại các gối đỡ B và D? (1đ) b. Vẽ biểu đồ mômen uốn 𝑀𝑥, 𝑀𝑦, mômen xoắn T và ghi giá trị các mômen tại các tiết diện nguy hiểm (1,5đ) c. Xác định đường kính trục tại tiết diện B theo chỉ tiêu độ bền? (0,5đ) Hình 3 Ghi chú: Cán bộ coi thi không được giải thích đề thi. Chuẩn đầu ra của học phần (về kiến thức) Nội dung kiểm tra [G1.2]: Có kiến thức trong tính toán thiết kế chi tiết máy và máy [G4.1]: Hiểu được các chỉ tiêu tính toán đối với từng chi tiết máy chung, từ đó nắm vững được trình tự tính toán thiết kế các hệ truyền động cơ khí và các liên kết trong máy Câu 1 [G2.2]: Nắm vững cơ sở tính toán thiết kế các chi tiết máy:các thông số cơ bản, các đặc điểm trong truyền động, tỉ số truyền, vận tốc, hiệu suất [G2.3]: Thành thạo trong giải quyết các bài toán về phân tích lực tác dụng lên chi tiết máy, cơ cấu máy Câu 2 Câu 4 [G2.2]: Nắm vững cơ sở tính toán thiết kế các chi tiết máy:các thông số cơ bản, các đặc điểm trong truyền động, tỉ số truyền, vận tốc, hiệu suất [G2.3]: Thành thạo trong giải quyết các bài toán về phân tích lực tác dụng lên chi tiết máy, cơ cấu máy Câu 3 Câu 4 TP.HCM, Ngày 10 tháng 7 năm 2020 Thông qua bộ môn (Đã ký) Số hiệu: BM1/QT-PĐBCL-RĐTV Trang 3/2 ĐÁP ÁN ĐỀ THI MÔN NGUYÊN LÝ - CHI TIẾT MÁY (TMMP230220) Ngày thi: 14-7-2020 1.a Tính góc ôm 1 (rad) và số vòng chạy (số lần chịu uốn) của đai trong 1 giây i=? + Tính góc ôm 1 (rad): 𝛼1 = 𝜋 − 𝑑2 − 𝑑1 𝑎 = 3,14 − 280 − 140 550 = 𝟐, 𝟖𝟗 (𝑟𝑎𝑑) + Số vòng chạy (số lần chịu uốn) của đai trong 1 giây i: 𝐿 ≈ 2𝑎 + 𝜋(𝑑2 + 𝑑1) 2 + (𝑑2 − 𝑑1) 2 4𝑎 = 𝟏𝟕𝟔𝟖, 𝟔 (𝑚𝑚) 𝑣1 = 𝜋𝑑1𝑛đ𝑐 60. 103 = 𝟏𝟎, 𝟕 ( 𝑚 𝑠 ) 𝑖 = 𝑣1 𝐿 = 10,7 10−3 ∗ 1768,6 = 𝟔, 𝟎𝟓 ( 𝑙ầ𝑛 𝑔𝑖â𝑦 ) 0,5 0.5 0.5 1.b Tính lực căng ban đầu F0 cần thiết để bộ truyền làm việc không xảy ra trượt trơn: 2𝐹𝑜(𝑒 𝑓𝛼1 − 1) ≥ 𝐹𝑡(𝑒 𝑓𝛼1 + 1) 𝐹𝑜 ≥ 𝐹𝑡(𝑒 𝑓𝛼1 + 1) 2(𝑒𝑓𝛼1 − 1) ≥ 513,9 ∗ (𝑒0,3∗2,89 + 1) 2 ∗ (𝑒0,3∗2,89 − 1) ≥ 𝟔𝟐𝟗, 𝟕𝟑 (𝑁) Với: 𝐹𝑡 = 1000𝑃1 𝑣1 = 1000 ∗ 5,5 10,7 = 𝟓𝟏𝟑, 𝟗 (𝑁) 0,5 0,5 2.a Xác định phương, chiều các lực tác dụng lên trục vít, bánh vít và cặp bánh răng trụ răng thẳng Z3, Z4: 0,25 0,75 Số hiệu: BM1/QT-PĐBCL-RĐTV Trang 4/2 2.b Tính hệ số ma sát f để bộ truyền trục vít có khả năng tự hãm: Điều kiện tự hãm:    Trong đó: : góc nâng ren, : góc ma sát (= arctang (f)) 𝑡𝑔 = 𝑍1 𝑞 = 2 10 = 0,2 Để bộ truyền tự hãm thì:   nghĩa là: f  0,2 0,25 0,25 2.c Tính mô men xoắn TII trên trục II, Trị số lực vòng Ft1, Ft2 tác dụng lên trục vít và bánh vít: 𝑇𝐼𝐼 = 𝑇𝐼 ∗ 𝑢𝑇𝑉 ∗ ô ∗ 𝑡𝑣 = 2 ∗ 10 5 ∗ 25 ∗ 0.8 ∗ 1 = 𝟒𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎 𝑁𝑚𝑚 𝐹𝑡1 = 2𝑇𝐼 𝑚𝑞 = 2 ∗ 200000 80 = 𝟓𝟎𝟎𝟎𝑁 𝐹𝑡2 = 2𝑇𝐼𝐼 𝑚𝑍2 = 2 ∗ 4000000 400 = 𝟐𝟎𝟎𝟎𝟎𝑁 0,5 0,25 0,25 3.a (Đây là hệ vi sai kín) Tốc độ quay n3 của bánh răng Z3: (hệ thường) 𝑢3′5 = 𝑛3′ 𝑛5 = (−1)𝑘 𝑧4 𝑧3′ 𝑧5 𝑧4′ = (−1)2 60 30 50 40 = 2,5 = 𝑛3 𝑛𝑐 𝑛3′ = 𝑛3 = 2,5 ∗ 𝑛𝑐 = 2,5 ∗ 450 = 𝟏𝟏𝟐𝟓 𝑣/𝑝ℎ 0,5 3.b Tốc độ quay n1 và xác định chiều quay của bánh răng Z1 (so với chiều quay của cần C): Tốc độ quay n1 của bánh răng Z1: 𝑢13/𝑐 = 1 − 𝑐 3 − 𝑐 = 𝑛1 − 𝑛𝑐 𝑛3 − 𝑛𝑐 = 𝑧2 𝑧1 𝑧3 𝑧2′ = − 80 ∗ 40 60 ∗ 30 = 𝟏𝟔 𝟗  9(𝑛1 − 𝑛𝑐) = 16(𝑛3 − 𝑛𝑐) 𝑛1 = 16𝑛3 − 7𝑛𝑐 9 = 16 ∗ 1125 − 7 ∗ 450 9 = 𝟏𝟔𝟓𝟎 𝑣/𝑝ℎ Vậy n1 sẽ quay cùng chiều với cần c 0,5 0,5 0,5 4 Tóm tắt: d1= 160𝑚𝑚, 𝐹𝑡1 = 3750𝑁, 𝐹𝑟1 = 1365 𝑁 𝑑2 = 150𝑚𝑚, 𝐹𝑡2 = 4000 𝑁, 𝐹𝑟2 = 1479 𝑁 , 𝐹𝑎2 = 706 𝑁. 𝐿1 = 140𝑚𝑚, 𝐿2 = 160𝑚𝑚, 𝐿3 = 160𝑚𝑚. Vật liệu chế tạo trục có ứng suất uốn cho phép [𝜎] = 50𝑀𝑃𝑎; T= 𝐹𝑡1 𝑑1 2 = 𝐹𝑡2 𝑑2 2 = 𝟑𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎 𝑁𝑚𝑚 𝑀𝑎2 = 𝐹𝑎2 𝑑2 2 = 𝟓𝟐𝟗𝟓𝟎 𝑁𝑚𝑚 Số hiệu: BM1/QT-PĐBCL-RĐTV Trang 5/2 4.a Tính phản lực tại các gối đỡ B và D: a. Xét mắt Z0Y: + PT cân bằng mômen tại B theo phương Y: ∑𝑚𝐵 (�⃗� 𝑦) = −𝐹𝑟1 ∗ 𝐿1 − 𝐹𝑟2 ∗ 𝐿2 − 𝑀𝑎2 + 𝑅𝐷𝑌 ∗ (𝐿2 + 𝐿3) = 0  𝑅𝐷𝑌 = (𝐹𝑟1∗𝐿1+𝐿2∗𝐹𝑟2+𝑀𝑎2) (𝐿2+𝐿3) = (1365∗140+160∗1479+52950) (320) = 𝟏𝟓𝟎𝟐, 𝟐(𝑁) + PT cân bằng lực: ∑𝑌 = 𝐹𝑟1 − 𝑅𝐵𝑌 − 𝐹𝑟2 + 𝑅𝐷𝑌 = 0  𝑅𝐵𝑌 = 𝐹𝑟1 − 𝐹𝑟2 + 𝑅𝐷𝑌 = 1365 − 1479 + 1502,2 = 𝟏𝟑𝟖𝟖, 𝟐(𝑁) b. Xét mặt Z0X: + PT cân bằng mômen tại B theo phương X:  ∑𝑚𝐵 (�⃗� 𝑥) = −𝐹𝑡1 ∗ 𝐿1 + 𝐹𝑡2 ∗ 𝐿2 − 𝑅𝐷𝑋 ∗ (𝐿2 + 𝐿3) = 0  𝑅𝐷𝑋 = −𝐹𝑡1∗𝐿1+𝐹𝑡2∗𝐿2 (𝐿2+𝐿3) = 𝟑𝟓𝟗, 𝟒(𝑁) + PT cân bằng lực: ∑𝑋 = 𝐹𝑡1 − 𝑅𝐵𝑋 + 𝐹𝑡2 − 𝑅𝐷𝑋 = 0  𝑅𝐵𝑋 = 𝐹𝑡1 + 𝐹𝑡2 − 𝑅𝐷𝑋 = 𝟕𝟑𝟗𝟎, 𝟔(𝑁) 0,25 0,25 0,25 0,25 4.b Vẽ biểu đồ mômen uốn 𝑀𝑥, 𝑀𝑦, mômen xoắn T và ghi giá trị các mômen tại các tiết diện nguy hiểm: Số hiệu: BM1/QT-PĐBCL-RĐTV Trang 6/2 0,25 0,75 0,25 0,25 Số hiệu: BM1/QT-PĐBCL-RĐTV Trang 7/2 4.c Xác định đường kính trục tại tiết diện B theo chỉ tiêu độ bền: + Moment tương đương tại vị trí B: 𝑀𝑡đ−𝐵 = √𝑀𝑢𝑥𝐶 2 + 𝑀𝑢𝑦𝐶 2 + 0,75𝑇2 = √1911002 + 5250002 + 0,75 ∗ 3000002 = 𝟔𝟏𝟔𝟏𝟓𝟑 𝑁𝑚𝑚 + Đường kính trục tại tiết diện B: 𝑑𝐵 ≥ √ 𝑀𝑡đ−𝐵 0,1 ∗ [𝜎𝐹] = 3 𝟒𝟗, 𝟖 𝑚𝑚 Vì tại B lắp ổ bi nên chọn dB= 50 mm 0,25 0,25 Tổng cộng: 10 GV: Kiểm tra đáp án: TS. Nguyễn Minh Kỳ PGS.TS Văn Hữu Thịnh