Đề thi cuối học kì Chi tiết máy năm 2013 - Đại học Quốc gia Tp.HCM

Đại học Quốc gia Tp.HCM<br /> Trường Đại học Bách khoa<br /> Khoa Cơ khí<br /> Bộ môn THIẾT KẾ MÁY<br /> <br /> ĐỀ THI CUỐI HỌC KỲ<br /> Môn thi : CHI TIẾT MÁY<br /> Ngày thi: 05-01-2013<br /> Thời gian làm bài: 105 phút<br /> Sinh viên được phép sử dụng tài liệu<br /> <br /> Bài 1: (2 điểm)<br /> Bộ truyền đai dẹt truyền công suất P  4 kW , số vòng quay bánh dẫn n1  1250 vòng/phút,<br /> 1<br /> đường kính bánh dẫn d1  180 mm , khoảng cách trục a  700 mm . Hệ số ma sát giữa dây đai và<br /> bánh đai f  0,2 . Lực căng đai ban đầu F0  800 N . Bỏ qua lực căng phụ do lực ly tâm gây ra.<br /> Hãy xác định:<br /> a. Vận tốc vòng v1 và lực vòng có ích Ft trên bánh dẫn. (0,5đ)<br /> b. Lực trên nhánh căng F1 và lực trên nhánh chùng F2 . (0,5đ)<br /> c. Tỉ số truyền lớn nhất để không xảy ra hiện tượng trượt trơn. (1đ)<br /> Bài 2: (3 điểm)<br /> Trục trung gian của hệ thống truyền động truyền moment xoắn T  420000 Nmm . Lực tác<br /> dụng lên các bánh răng như Hình bài 2. Bánh răng trụ răng nghiêng 1 (góc nghiêng răng<br /> 1  160 ) là bánh bị dẫn của cặp cấp nhanh. Bánh răng trụ răng thẳng 2 là bánh dẫn của cặp cấp<br /> chậm. Góc ăn khớp của bánh răng tiêu chuẩn   200 . Trục được chế tạo từ thép có ứng suất<br /> uốn cho phép  F   50MPa . Hãy xác định:<br /> a. Giá trị các lực Ft1 , Fr1 , Fa1 , Ft 2 , Fr2 . (0,5đ)<br /> b. Phản lực tại các gối đỡ RAx , RAy , RCx , RCy . (1,25đ)<br /> c. Vẽ các biểu đồ moment uốn và moment xoắn M x , M y , T (ghi giá trị lên biểu đồ). (0,75đ)<br /> d. Đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm. (0,5đ)<br /> <br /> 120<br /> <br /> 100<br /> <br /> 80<br /> <br /> Fr<br /> <br /> 1<br /> <br /> Fa<br /> <br /> 1<br /> <br /> 2<br /> <br /> Ft<br /> A<br /> <br /> B<br /> <br /> C<br /> <br /> 1<br /> <br /> d 2  120<br /> <br /> d1  240<br /> <br /> 1<br /> <br /> D<br /> <br /> Ft<br /> <br /> 2<br /> <br /> Fr<br /> <br /> 2<br /> <br /> Hình bài 2<br /> (xem tiếp trang sau)<br /> 1<br /> <br /> Bài 3: (2,5 điểm)<br /> Ổ bi đỡ 1 dãy chịu lực hướng tâm Fr  7500 N và lực dọc trục Fa  1015 N . Số vòng quay<br /> của trục n  400 vòng/phút. Ổ làm việc 2 năm, một năm làm 250 ngày, một ngày làm 2 ca, một<br /> ca làm 8 giờ. Các hệ số xét đến ảnh hưởng của đặc tính tải trọng và nhiệt độ đến tuổi thọ của ổ<br /> K  1 , K t  1 . Khả năng tải động và ký hiệu của các cỡ ổ bi đỡ có đường kính trong d  50 mm<br /> cho trong bảng sau.<br /> Ký hiệu ổ lăn<br /> C (kN)<br /> C0 (kN)<br /> <br /> 110<br /> 16,5<br /> <br /> 210<br /> 27,5<br /> <br /> 310<br /> 48,5<br /> <br /> 410<br /> 68,5<br /> <br /> 13,4<br /> <br /> 20,2<br /> <br /> 36,3<br /> <br /> 53<br /> <br /> Hãy tính:<br /> a. Thời gian làm việc tính bằng triệu vòng quay L. (0,5đ)<br /> b. Tải trọng tương đương của ổ Q (kN). (0,75đ)<br /> c. Hệ số khả năng tải động của ổ Cđ (kN). Chọn ổ tiêu chuẩn trong bảng trên để đủ bền.(0,75đ)<br /> d. Tuổi thọ Lh của ổ vừa chọn ở câu c. (0,5đ)<br /> Bài 4: (2,5 điểm)<br /> Bảng chỉ dẫn đường đi gồm một trụ đứng và một trụ ngang được ghép với nhau bằng mối<br /> ghép 4 bulông như Hình bài 4. Trọng lượng của trụ ngang và bảng chỉ dẫn được qui đổi thành<br /> lực F  1200 N . Ứng suất kéo cho phép của vật liệu chế tạo bulông [ k ]  80 MPa . Hệ số ma<br /> sát giữa các tấm ghép f  0,18 . Hệ số an toàn k  1,5 và hệ số ngoại lực   0,25 .<br /> a. Tính lực xiết bulông V cần thiết để tránh trượt và tránh tách hở. (1,75đ)<br /> b. Tính đường kính chân ren d1 của bulông (xét trường hợp xiết chặt rồi mới chịu lực). (0,5đ)<br /> c. Chọn bulông theo tiêu chuẩn. (0,25đ)<br /> A<br /> Trụ ngang<br /> <br /> 2500<br /> <br /> A-A<br /> TL 2:1<br /> Trụ đứng<br /> <br /> A<br /> <br /> 1<br /> <br /> 2<br /> <br /> 4<br /> <br /> 3<br /> <br /> 300<br /> <br /> 5 km<br /> <br /> 400<br /> <br /> ĐHBK Tp.HCM<br /> <br /> F<br /> 300<br /> 400<br /> <br /> Hình bài 4<br /> Chủ nhiệm bộ môn<br /> <br /> GV ra đề thi<br /> <br /> PGS. TS. Phạm Huy Hoàng<br /> <br /> TS. Bùi Trọng Hiếu<br /> 2<br /> <br /> ĐÁP ÁN MÔN CHI TIẾT MÁY<br /> Ngày thi: 05/01/2013<br /> BÀI<br /> 1a<br /> <br /> NỘI DUNG<br /> <br /> ĐIỂM<br /> <br /> Vận tốc vòng trên bánh dẫn:<br /> v1 <br /> <br />  d1 n1<br /> 60000<br /> <br /> <br /> <br /> 3,14.180.1250<br />  11,775 (m/s)<br /> 60000<br /> <br /> 0,25đ<br /> <br /> Lực vòng có ích trên bánh dẫn:<br /> Ft <br /> <br /> 1b<br /> <br /> 0,25đ<br /> <br /> 1000. P 1000. 4<br /> 1<br /> <br />  339,7 (N)<br /> v1<br /> 11,775<br /> <br /> Lực trên nhánh căng:<br /> F1  F0 <br /> <br /> 0,25đ<br /> <br /> Ft<br /> 339,7<br />  800 <br />  969,85 (N)<br /> 2<br /> 2<br /> <br /> Lực trên nhánh chùng:<br /> F2  F0 <br /> <br /> 1c<br /> <br /> 0,25đ<br /> <br /> Ft<br /> 339,7<br />  800 <br />  630,15 (N)<br /> 2<br /> 2<br /> <br /> Điều kiện để không xảy ra hiện tượng trượt trơn:<br /> Ft (e f1  1)<br /> F0 <br /> 2 (e f1  1)<br /> 2 F0  Ft<br /> 2 F0  Ft<br /> <br /> <br /> <br /> e f1 <br /> <br /> <br /> <br /> 1 <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Ft<br /> 2  F1<br /> <br /> F<br /> F2<br /> F0  t<br /> 2<br /> F0 <br /> <br /> F <br /> f1  ln  1 <br /> F <br />  2<br /> <br /> <br /> <br /> 0,25đ<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> F <br /> 1<br /> 1<br />  969,85 <br /> . ln  1  <br /> . ln <br />   2,156<br /> F <br /> f<br /> 0,2<br />  630,15 <br />  2<br /> <br /> 0,25đ<br /> <br /> d 2  d1<br />  2,156<br /> a<br /> <br /> d1 (u  1)<br />  2,156<br /> a<br /> a (  2,156)<br /> u <br /> 1<br /> d1<br /> 1<br /> <br /> <br /> <br /> u  4,83<br /> <br /> 0,25đ<br /> <br /> Vậy tỉ số truyền lớn nhất để không xảy ra hiện tượng trượt trơn là umax  4,83<br /> <br /> TỔNG ĐIỂM BÀI 1<br /> 2a<br /> <br /> 2đ<br /> <br /> Giá trị các lực tác dụng lên các bánh răng:<br /> Ft1 <br /> <br /> 2.T 2. 420000<br /> <br />  3500 ( N )<br /> d1<br /> 240<br /> <br /> Fr1  Ft1 .<br /> <br /> tg<br /> tg 200<br />  3500.<br />  1325,2<br /> cos 1<br /> cos160<br /> <br /> Fa1  Ft1 . tg1  3500. tg160  1003,6<br /> <br /> Ft2 <br /> <br /> (N )<br /> 0,5đ<br /> <br /> (N )<br /> <br /> 2.T 2. 420000<br /> <br />  7000 ( N )<br /> d2<br /> 120<br /> <br /> Fr2  Ft21 . tg  7000. tg 200  2547,8<br /> <br /> 2b<br /> <br /> 0,25đ<br /> <br /> (N )<br /> <br /> Chuyển trục thành dầm sức bền:<br /> 120<br /> <br /> 100<br /> <br /> RAy<br /> T<br /> <br /> A<br /> <br /> M1<br /> <br /> 80<br /> RCy<br /> C<br /> <br /> B<br /> <br /> Fr2<br /> T<br /> D<br /> <br /> 0,25đ<br /> <br /> Ft1<br /> <br /> Fr1<br /> <br /> RAx<br /> <br /> với M 1  Fa1 .<br /> <br /> RCx<br /> <br /> Ft 2<br /> <br /> d1<br /> 240<br />  1003,6.<br />  120432 ( Nmm)<br /> 2<br /> 2<br /> <br /> Trong mặt phẳng thẳng đứng (yoz):<br /> -<br /> <br /> Phương trình cân bằng moment tại gối A:<br /> <br /> M<br /> <br /> A<br /> x<br /> <br />  100. Fr1  M1  220.RCy  300.Fr2  0<br /> <br />  RCy  2324,5 ( N )<br /> -<br /> <br /> 0,25đ<br /> <br /> Phương trình cân bằng lực theo phương Oy:<br /> <br /> F<br /> <br /> y<br /> <br />   RAy  Fr1  RCy  Fr2  0<br /> <br />  RAy  1101,9 ( N )<br /> <br /> 0,25đ<br /> 2<br /> <br /> Trong mặt phẳng ngang (xoz):<br /> -<br /> <br /> Phương trình cân bằng moment tại gối A:<br /> <br /> M<br /> <br /> A<br /> y<br /> <br />  100.Ft1  220.RCx  300.Ft2  0<br /> <br />  RCx  11136,4 ( N )<br /> -<br /> <br /> 0,25đ<br /> <br /> Phương trình cân bằng lực theo phương Ox:<br /> <br /> F<br /> <br /> x<br /> <br />  RAx  Ft1  RCx  Ft2  0<br /> <br />  RAx  636,4 ( N )<br /> 2c<br /> <br /> 0,25đ<br /> <br /> Biểu đồ moment uốn M x (Nmm) trong mặt phẳng thẳng đứng (yoz):<br /> 0,25đ<br /> <br /> 110190<br /> 120432<br /> <br /> 203824<br /> <br /> Biểu đồ moment uốn M y (Nmm) trong mặt phẳng thẳng ngang (xoz):<br /> 560000<br /> <br /> 0,25đ<br /> <br /> 63640<br /> <br /> Biểu đồ moment xoắn T (Nmm):<br /> 420000<br /> <br /> 0,25đ<br /> <br /> Moment tương đương tại tiết diện nguy hiểm (vị trí lắp ổ lăn C):<br /> <br /> M C tđ  2038242  5600002  0,75 * 4200002  698172,1 ( Nmm)<br /> <br /> 0,25đ<br /> <br /> Đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm (vị trí lắp ổ lăn C):<br /> <br /> M C tđ<br /> 698172,1<br /> d<br /> 3<br />  51,88 (mm)<br /> 0,1 * [ F ]<br /> 0,1 * 50<br /> 3<br /> <br /> 0,25đ<br /> <br /> Chọn d  55 mm .<br /> <br /> 3<br /> <br />