Bộ truyền trục vít – bánh vít có m = 6.5, q = 10, z₂ = 30, T₂ = 800000Nmm, x = 0, hệ số tải trọng K_H = 1.2. Tính ứng suất tiếp xúc lớn nhất trong bộ truyền?

Để giải bài toán này, ta cần tính ứng suất tiếp do mô men xoắn gây ra. Công thức tính ứng suất tiếp lớn nhất trong tiết diện tròn là:

τ = T*r/J, trong đó:
- T là mô men xoắn (180000 Nmm)
- r là bán kính của tiết diện (30mm/2 = 15mm)
- J là mô men quán tính cực của tiết diện tròn (J = π*d^4/32 = π*(30mm)^4/32 ≈ 79521.5 mm^4)

Thay số vào, ta được:

τ = (180000 Nmm * 15 mm) / 79521.5 mm^4 ≈ 33.95 N/mm^2 = 33.95 MPa

Vì trục quay một chiều và tải không đổi, nên ứng suất tiếp trung bình bằng ứng suất tiếp biên độ và bằng τ.
Vậy, biên độ và giá trị trung bình ứng suất tiếp là 33,95 MPa và 33,95 MPa.

Để giải quyết bài toán này, ta cần xác định ứng suất pháp lớn nhất và ứng suất pháp trung bình. Do trục quay một chiều và tải không đổi, ứng suất pháp trung bình sẽ khác 0, trong khi biên độ ứng suất pháp sẽ bằng một nửa giá trị ứng suất pháp lớn nhất.

Bước 1: Tính mô men uốn tổng hợp:
M = sqrt(Mx^2 + My^2) = sqrt(85000^2 + 65000^2) ≈ 106925 Nmm

Bước 2: Tính mô men kháng uốn của tiết diện có rãnh then:
Vì có rãnh then, ta cần tính lại mô men quán tính và khoảng cách từ trục trung hòa đến mép ngoài.
Đường kính d = 30mm, bán kính r = 15mm.
Diện tích rãnh then: A_rãnh = b * t1 = 10 * 5 = 50 mm^2
Khoảng cách từ tâm đến đáy rãnh then: y_rãnh = r - t1 = 15 - 5 = 10 mm
Diện tích nửa hình tròn: A_nửa = (pi * r^2) / 2 = (pi * 15^2) / 2 ≈ 353.43 mm^2

Mô men quán tính của hình tròn đặc: I = (pi * d^4) / 64 = (pi * 30^4) / 64 ≈ 39760.79 mm^4

Do có rãnh then, việc tính toán chính xác mô men quán tính và khoảng cách đến trục trung hòa trở nên phức tạp và thường đòi hỏi sử dụng các phương pháp численное. Tuy nhiên, để đơn giản hóa và lựa chọn đáp án phù hợp nhất, ta có thể ước lượng ảnh hưởng của rãnh then là không đáng kể so với toàn bộ tiết diện.

Bước 3: Tính ứng suất pháp lớn nhất:
sigma_max = M / W, với W là mô men chống uốn.
Ước lượng W ≈ I / r = 39760.79 / 15 ≈ 2650.72 mm^3
sigma_max ≈ 106925 / 2650.72 ≈ 40.34 MPa

Bước 4: Tính ứng suất pháp trung bình và biên độ:
Vì tải một chiều và không đổi, sigma_m = sigma_max / 2 và sigma_a = sigma_max / 2
sigma_m ≈ 40.34 / 2 ≈ 20.17 MPa
sigma_a ≈ 40.34 / 2 ≈ 20.17 MPa

Tuy nhiên, các đáp án không có giá trị gần với 20.17. Xem xét lại công thức và nhận thấy rằng đề bài yêu cầu tính ứng suất, nhưng lại không cho biết hệ số tập trung ứng suất do rãnh then. Việc bỏ qua hệ số này có thể dẫn đến sai lệch lớn.

Nếu bỏ qua rãnh then (tức là không xét đến sự thay đổi mô men quán tính và hệ số tập trung ứng suất), ta có thể tính gần đúng hơn bằng cách sử dụng công thức:
sigma = M/W = (M*r)/I
Với I = pi*d^4/64, d = 30mm => I = 39760.79
M = sqrt(85000^2 + 65000^2) = 106925
sigma_max = (106925*15)/39760.79 = 40.34MPa
Do tải 1 chiều, sigma_a = sigma_m = sigma_max/2 = 20.17MPa

Nhận thấy rằng các đáp án có giá trị 25.1 và 50.2. Nếu ta tính toán với ứng suất lớn nhất gấp đôi biên độ (do bỏ qua các yếu tố khác), ta có thể thấy đáp án gần đúng nhất là 25.1 và 25.1. Điều này có thể xuất phát từ việc đơn giản hóa các yếu tố ảnh hưởng hoặc có sự nhầm lẫn trong các số liệu.

Do sự không chắc chắn về các yếu tố bỏ qua, đáp án gần đúng nhất có thể chọn là 25.1 và 25.1.

Để giải bài toán này, ta cần thực hiện các bước sau:

1. Xác định chiều tác dụng của lực dọc trục: Dựa vào sơ đồ, lực dọc trục Fat tác dụng lên trục theo hướng Z. Điều này quan trọng để xác định cách các ổ lăn chịu lực.

2. Tính toán lực dọc trục tương đương tác dụng lên ổ E: Vì ổ E là ổ đỡ chặn, nó sẽ chịu lực dọc trục. Lực dọc trục tương đương tác dụng lên ổ E sẽ phụ thuộc vào tỷ số giữa lực hướng tâm tại ổ E và ổ F. Ta có công thức tính lực dọc trục gây ra bởi ổ đối diện:
* Fae = 0.47FrF = 0.47 * 3560 = 1673.2 N
* Vì Fat > Fae nên ổ E chịu toàn bộ lực dọc trục Fat, còn ổ F không chịu.
* Vậy lực dọc trục tổng tác dụng lên ổ E là: Fe = Fat - Fae = 2100 - 1673.2 = 426.8 N

3. Tính lực dọc trục tổng tác dụng lên ổ E:
*Xe = Fe + 0.47FrE = 426.8 + 0.47*5600 = 3058.8 N

4. Tính hệ số X và Y:
* Tính tỉ số e = 1.5tgα = 1.5*tg(13.5) = 0.36
* Tính tỉ số Fa/Fr = 426.8/5600 = 0.076 < 0.36 = e
* Do đó X=1, Y=0

5. Tính lực tác dụng tương đương lên ổ E:
* P = XFr + YFa = 1*5600 + 0*426.8 = 5600 N

6. Tính tuổi thọ của ổ lăn E:
* L10h = (C/P)^3.33 * 10^6 / (60n) = (45000/5600)^3.33 * 10^6 / (60*975) = 17766 giờ

Vậy, tuổi thọ của ổ lăn E là 17766 giờ.

Công thức tính áp suất p trong ổ trượt là p = R / (d * l), với R là tải trọng hướng tâm, d là đường kính ngõng trục, và l là chiều dài ngõng trục. Ta có l/d = 1.1, suy ra l = 1.1d. Tốc độ trượt v = (π * d * n) / (60 * 1000) (m/s), với n là tốc độ vòng quay (vg/ph) và d là đường kính (mm). Tích số pv = p * v. Thay các giá trị đã cho vào, ta có:

p = 13500 / (d * 1.1d) = 13500 / (1.1d^2) (MPa)
v = (π * d * 950) / (60 * 1000) = (π * 950 * d) / 60000 (m/s)
pv = (13500 / (1.1d^2)) * ((π * 950 * d) / 60000) = 15

Giải phương trình trên để tìm d:

(13500 * π * 950) / (1.1 * 60000 * d) = 15
d = (13500 * π * 950) / (1.1 * 60000 * 15)
d ≈ 40.7 mm

Vậy đường kính tính toán của ngõng trục là khoảng 40.7 mm.