CHƯƠNG 3 – THIẾT KẾ HỆ TRỤC
3.1.DỮ KIỆN PHỤC VỤ THIẾT KẾ
3.1.1.Số liệu ban đầu
_ Công suất tính toán H = 2427/3300 kW/(hp)
_ Vòng quay tính toán N = 216 v/p
_ Vật liệu làm hệ trục SF50
+ Giới hạn bền kéo T
s
= 490 N/mm
2
+ Giới hạn chảy T
c
= 350 N/mm
2
+ Giới hạn mỏi T
m
= 208 N/mm
2
+ Độ cứng HB = 180 Rw
+ Hệ số đàn tính E = 2,1.10
6
kG/cm
4
+ Tỷ trọng γ = 7,85.10
-3
kG/cm
3
_ Trọng lượng chong chóng Q = 2190(Kg)
_Vật liệu làm chong chóng Đồng KHB
S
C_1

Được xác định theo
lý lịch máy
2427
2
Vòng quay của trục
chong chóng ở công
suất liên tục lớn
nhất
N v/p
Được xác định theo
lý lịch máy
210
3
Hệ số tính toán
đường kính trục
k
2
_
Được xác định theo
bảng 3/6.3, [1]
1,26
4
Hệ số xét đến trục
rỗng
K _ Theo 6.2.4-1, [1] 1,0
5
Giới hạn bền kéo
danh nghĩa của vật
liệu trục
T


+
=
268,5
7
7
Chiều dày lớp áo
bọc trục
s mm 0,75 + 0,03 d
s
15,6
Kết luận:Đường kính cơ bản của trục chong chóng thiết kế
d
s
= 340 mm
47
Chiều dày lớp bọc trục bằng hợp kim đồng thiết kế
S = 21 mm
3.2.2.Đường kính trục trung gian
Bảng tính đường kính chong chóng
№ Hạng mục tính
Ký
hiệu
Đơn
vị
Công thức - Nguồn
gốc
Kết
quả
1

Giới hạn bền kéo
danh nghĩa của vật
liệu trục
T
s
N/m
m
2
Lấy giá trị nhỏ nhất
của thép SF50
490
6
Hệ số tính chọn
đường kính
F
1
_
Được xác định theo
bảng 3/6.1, [1]
100
7
Đường kính tính
toán của trục trung
gian
o
d
Mm
Theo 6.2.4, [1]
213,1
48

o
d
Mm Thiết kế chỉ định 300
Kết luận:
Đường kính cơ bản của trục trung gian thiết kế:
d
o
= 300 mm
3.2.3.CÁC CHI TIẾT CHÍNH CỦA HỆ TRỤC
3.2.3.1.Tính bích nối và bulông bích nối trục
Bảng tính bulông khớp nối trục
№ Hạng mục tính
Ký
hiệu
Đơn
vị
Công thức - Nguồn
gốc
Kết quả
1 Vật liệu bu-lông

Thiết kế chỉ định SF50
2
Đường kính trục
trung gian
do mm Theo thiết kế 213,1
3
Đường kính trục
chong chóng
d

vị
Công thức - Nguồn
gốc
Kết quả
liệu làm bulông
8
Đường kính bu-long
nối bích trục chong
chóng
d
b1
mm
3
( 160)
0,65.
. .
s S
s
b
d T
d
n D T
+
=
40,5
9
Đường kính bu lông
nối bích trục trung
gian
d

suất liên tục lớn nhất
N rpm Được xác định theo lý
lịch máy
210
50
b
S
b
TDn
Td
d

)160(
.65,0
3
0
+
=
№ Hạng mục tính
Ký
hiệu
Đơn
vị
Công thức - Nguồn
gốc
Kết
quả
3
Hệ số tính toán
đường kính trục

Được xác định theo
bảng 3/6.1, [1]
100
7
Đường kính trục
trung gian tính toán
o
d
mm
Tính toán trên
213,1
8
Đường kính trục
chong chóng tính
toán
s
d
mm Tính toán trên 268,5
9 Vật liệu chế tạo bích
trục
Theo thiết kế (Xem bản
vẽ Toàn đồ trục chong
chóng)
SF55
10
Chiều dày bích nối
trục trung gian
1
b
mm 42,6

u
Đơn
vị
Công thức - Nguồn
gốc
Kết quả
1 Vật liệu làm bạc
trục

Thiết kế chỉ định
Nhựa
caproon
2
Đường kính trục
chong chóng tính
toán
d
s
mm Theo 3.2.1-7 268,5
3
Chiều dài tối thiểu
bạc đỡ sau cùng trục
chong chóng theo
tính toán
L
1
mm
1
4
s

Chiều dài bạcđỡ sau
trục chong chóng
L
s
mm Thiết kế chỉ định 1360
8 Chiều dài bạc trước
trục chong chóng
L
t
mm Thiết kế chỉ định 340
Kết luận:
Chiều dài bạc đỡ trước trục chong chóng : L
t
= 340 (mm)
Chiều dài bạc đỡ sau trục chong chóng : L
s
= 1360 (mm)
52
3.2.5. Chiều dày ống bao trục chong chóng :
Đường kính áo trục: D
a
= d
s
+2.t
1
=268,5+2.21 = 382 mm.
Ống nối trục được chết tạo bằng gang đúc
Chiều dày ống bao:
+ Tại chỗ lắp bạc đỡ: S
2

Theo lý lịch máy 2427
2 Vòng quay trục n v/p Theo lý lịch máy 216
3
Đường kính trung
bình đọan lắp côn
chong chóng
d
tb
mm Theo tính toán 245,5
4
Giới hạn chảy của
vật liệu
σ
KG/m
m
2
Thép SF55 245
5 Chiều rộng then b mm Theo QCVN 70
6
Chiều cao then h mm Theo QCVN 40
7
Đoạn vát của then k mm Theo QCVN 12
53
8
Chiều dài toàn bộ
của then
l
s
mm
4

8
Đường kính trung
bình đọan lắp côn
trục
d
tb
mm Theo tính toán 256,3
9
Giới hạn chảy của
vật liệu
R
e
KG/mm
2
Thép SF55 245
10 Chiều rộng then b mm Theo QCVN 70
6
Chiều cao then h mm Theo QCVN 40
7
Đoạn vát của then k mm Theo QCVN 12
8
Chiều dài toàn bộ
của then
L mm
4
4.955.10 .
0,5. . . .( 2 )
s
Ne
l b

2
R
M
2
R
3
3
M
l
o 1
l l
2
3
l
cc
l
Hình 3.1 Sơ đồ phụ tải tác dụng lên gối đỡ
3.3.1.2.Số liệu tính toán
Chiều dài đoạn K l = 140 cm
Chiều dài đoạn dầm treo l
0
= 208 cm
Chiều dài nhịp No1 l
1
= 185 cm
Chiều dài nhịp No2 l
2
= 388 cm
Chiều dài nhịp No3 l
3

o
lq
) (1)
Tại gối 1 :M
0
.l
1
+2.M
1
.(l
1
+l
2
) +M
2
.l
2
=
).(
4
3
2
3
1
ll
q
+−
(2)
Tại gối 2 :M
1

.
.24
.
3
33
3
32
3
3
32
=++=
E
lM
E
lM
E
lq
θ

⇒
q
2
.l
3
3
+ 4.M
2
.l
3
+8.M

3
là tỉ trọng của thép 50
Giải hệ phương trình ta có kết quả:
0
1
2
3
3396953,6( . )
708223,5( . )
406508,2( . )
27912,3( . )
M kG cm
M kG cm
M kG cm
M kG cm
= −


=


= −


=

Vậy M
0
, M
2

R
−
−
−
++=
56
Tại gối 2:
2
12
3
233
2
2
2
.
2
.
l
MM
l
MMlq
lq
R
−
−
−
++=
Tại ngàm 3:
3
23



=

Nghiệm lại kết quả tính:
ΣQ = Q
B
+ Q
tg
+ Q
cc
=40299,639
ΣR = 39669,6-8633,63+8485,1-778,56=40299,6
δ =
40299,639 40299,6
0,01
40299,6
Q R
Q
Σ − Σ −
= =
Σ
% ≤ 3%
Vậy kết quả trên là đúng và quá trình bố trí hệ trục, khoảng cách giữa
các gối là thỏa mãn.
3.3.2.Nghiệm bền trục
3.3.2.1.Nghiệm bền tĩnh
3.3.2.1.1.Nghiệm bền tĩnh trục chong chóng
№ Hạng mục tính
Ký

p
u
d
W
π
=
3856,70
5
57
№ Hạng mục tính
Ký
hiệu
Đơn vị
Công thức - Nguồn
gốc
Kết quả
4
Ứng suất uốn lớn
nhất tác động lên trục
chong chóng
σ
u
kG/cm
2
σ
u
= M
u
/W
u

8
Ứng suất do chế tạo
va lắp ráp gây ra
σ
L
kG/cm
2
σ
L
= 150÷ 300
300
9
Ứng suất pháp tác
dụng lên trục
σ
p
kG/cm
2
σ
p
= σ
u
+ σ
n
+ σ
L
756,53
10
Mô men xoắn tác
dụng lên trục

x
104,32
13
Tổng ứng suất tác
dụng lên trục
σ
kG/cm
2
σ =
22
.3
cM
τσ
+
851,9
14 Hệ số an toàn n n =
σ
σ
ch
5,8
Kết luận:
58
So sánh với hệ số an toàn cho phép n ≥ [n] = 2,8÷ 5,8. Vậy trục chong
chóng công tác an toàn.
3.3.2.1.2 Nghiệm bền tĩnh trục trung gian
№ Hạng mục tính
Ký
hiệu
Đơn
vị

d
W
π
=
3856,70
5
4
Ứng suất uốn lớn
nhất tác động lên
trục chong chóng
σ
u
kG/cm
2
σ
u
= M
u
/W
u
78,56
5
Lực đẩy của chong
chóng tác động lên
trục
P kG Thiết kế chỉ định 21635
6
Diện tích mặt cắt
trục
F cm

σ
L
= 150÷ 300
300
9
Ứng suất pháp tác
dụng lên trục
σ
p
kG/cm
2
σ
p
= σ
u
+ σ
n
+ σ
L
447,57
10
Mô men xoắn tác
dụng lên trục
M
x
kG.cm M
x
=
n
N

c
kG/cm
τ
c
= M
x
/W
x
365,36
13
Tổng ứng suất tác
dụng lên trục
σ
kG/cm
2
σ =
22
.3
cM
τσ
+
775,1
14 Hệ số an toàn n n =
σ
σ
ch
5,9
Kết luận:So sánh với hệ số an toàn cho phép n ≥ [n] = 2,8÷ 5,8. Vậy trục
chong chóng công tác an toàn.
3.3.2.2.Kiểm nghiệm ổn định dọc trục

=
183890,9
6
3
Chiều dài khoảng
trục lớn nhất
l
max
cm Thiết kế chỉ định 243
4
Hệ số xét đến liên
kết giữa 2 đầu trục
k
Theo TKTTHĐL tập
II
1
5 Lực đẩy tới hạn P
th
kG P
th
=
2
max
2
).(

l
JE
µ
π

kG/c
m
2
σ
th
= P
th
/F
42427,88
8
Lực đẩy chong
chóng khi thử buộc
bến
P
max
kG P
max
= 1, 3.P 28125
9
Ứng suất nén do lực
đẩy lớn nhất gây ra
σ
max
kG/c
m
2
σ
max
= P
max

σ
65,165
Kết luận:
Kết quả tính toán cho thấy K
ôđ
> 25 và σ
max
< [σ
ôđ
]. Hệ trục ổn định dọc.
3.3.2.3.Kiểm nghiệm biến dạng xoắn
Kiểm nghiệm biến dạng xoắn
№ Hạng mục tính
Ký
hiệu
Đơn
vị
Công thức -
Nguồn gốc
Kết
quả
1
Mô men xoắn trên
trục
M
x
kG/c
m
M
x

,31
4
Mô men quán tính
độc cực của trục
J cm
4
32
.
4
p
d
π
367781
,92
5 Độ biến dạng xoắn
ϕ
độ/
m
ϕ =
100.
.
.
180
JG
M
x
π
0,073
6
Độ biến dạng xoắn

Ký
hiệu
Đơn
vị
Công thức -
Nguồn gốc
Kết
quả
2
Chiều dài khoảng trục
lớn nhát
L
max
cm Thiết kế chỉ định 388
3
Mô men quán tính
thiết diện mặt cắt trục
J
1
cm
4
J
1
=
64
.
4
p
d
π

1
= q
1
.L
max
597,78
7
Độ võng do trọng
lượng đoạn trục gây ra
f
1
cm f
1
=
1
3
max1
384
5
JE
LG
0
8 Độ võng toàn bộ f cm f = f
1
+ f
2
0,032
9 Độ võng cho phép [f] cm [f] = L
max
/1750 0,139

tính toán của gối đỡ
trước
S
t
cm
2
η
9,0
tt
LDS =
5568,
75
6
Diện tính chịu áp lực
tính toán của gối đỡ sau
S
s
cm
2
η
9,0
ss
LDS =
6682,
5
7
Lực tác dụng lên gối đỡ
sau trục chân vịt
P
s

P
p =
5,936
10
Áp lực riêng trên bạc
đỡ trước
p
t
kG/cm
2

t
t
t
S
P
p =
1726,
72
11 Áp lực riêng cho phép [p] kG/cm
2
Bạc caproon 5
Kết luận:
Với áp lực riêng trên gối đỡ cho phép của bạc cao su = 5 kG/
cm
2
, các gối đỡ trục chong chóng làm việc an toàn.
64
3.4. PHƯƠNG PHÁP VÀ SƠ ĐỒ TÍNH
3.4.1.Phương pháp tính

= 388 cm
Chiều dài nhịp No3 l
3
= 230 cm
Trọng lượng chong chóng G = 2190 kG
Đường kính trục chong chóng d = 34 cm
Tỷ trọng vật liệu làm trục γ = 7,85.10
-3
kG/cm
3
Tải trọng phân bố q= 2,46 kG/cm
3.4.2.3.Toán đồ dùng cho tra cứu (µ - a)
65
Hình 3.3 : Toán đồ
µ
- a.
3.4.3.Các bước tính toán và thành lập bảng tính
3.4.3.1.Bước 1
Hàng ngang đầu tiên trong bảng ghi thứ tự các đoạn trục, ô sau cùng là
dầm treo.
3.4.3.2.Bước 2
Hàng ngang thứ hai ghi chiều dài các nhịp (tính bằng cm).
3.4.3.3.Bước 3
Hàng ngang thứ ba ghi tỉ số chiều dài của hai nhịp kề nhau.
1−
=
n
n
n
l

– l
max
, Chiều dài nhịp dài nhất;
– E , Mô-đuyn đàn hồi của vật liệu;
– I, Mô men quán tính tiết diện trục;
–
µ
, Hệ số hiệu chỉnh;
– q, Tải trọng phân bố trên chiều dài trục.
3.4.3.5.Bước 5
Tính giá trị
µ
n
cho tất cả các nhịp (trừ nhịp cuối cùng) rồi điền vào hàng
ngang thứ 5.
2
,
.
n
k
n
l
A
n
=
µ
Trong đó:
q
IE
A

n
– X
1n
3.4.3.8.Bước 8
Căn cứ vào trị số X
2n
của nhịp cuối cùng để tính trị số X
k
của dầm treo,
sau đó tính
µ
k
k
k
k
X
X
.5,01
1
−
−
=
µ
3.4.3.9.Bước 9
Tính lại giá trị n
k
theo công thức
k
k
k

Ký
hiệu
Đơn
vị
Công thức -
Nguồn gốc
Kết quả
1
Đường kính trục chong
chóng
d cm Theo thiết kế 34
2
Hệ số đàn tính của vật
liệu làm trục
E
kG/c
m
2
Theo vật liệu trục 2,1.10
6
68
№ Hạng mục tính
Ký
hiệu
Đơn
vị
Công thức -
Nguồn gốc
Kết quả
3

cm Theo thiết kế 388
7
Chiều dài nhịp trục thứ
ba (nhịp [3])
l
3
cm Theo thiết kế 230
8
Chiều dài nhịp treo
(nhịp consom [K])
l
K
cm Theo thiết kế 140
9 Trọng lượng chân vịt Q kG Theo thiết kế 2910
10
Trọng lượng đơn vị
trục
q
kG/c
m
γ
π
2
4
dq
=
11,93
11
Mo-men quán tính tiết
diện trục

n
K
=
55,32
15
Tần số dao động ban
đầu đã hiệu chỉnh
n
K
'
lần/
s
KK
nn 8,0
,
=
44,3
16
Tần số dao động của
hệ theo tính toán
n
K
R
lần/
s
Theo bảng tính
dưới đây
12
17
Số lần dao động trong

0,37
6
LẦN GẦN ĐÚNG THỨ NHẤT
44,3
,
2
K
n n
n
l
A
µ
=
0,757 0,801 0,59
μ
K
=0,508
( )
1 2n n n
a X X= +
2,37 2,3 2,6
n
K
’ =
X
1n
X
2n
0
2,98

=0,514
12,543
( )
nnn
XXa
21
+=
2,988 2,944 2,92
n
K
’’ =
X
1n
X
2n
0 2,988 0,594 2,35 0,67 1,91
X
K
=
0,84
8
n
K2
=
3.4.6.Kết luận
Kết luận
№ Hạng mục tính
Ký
hiệu
Đơn