1
Chương 1: CÁC CHỈ TIÊU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY
Bài 1: Trục tâm quay có đường kính d = 60mm, ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng. Vật liệu trục –
thép hợp kim 40Cr (
1200
b
MPa


và
1
450
F
MPa



). Bề mặt trục được mài tinh. Tại tiết diện nguy
hiểm (có moment uốn lớn nhất) được lắp bánh răng có rãnh then. Số vòng quay của trục n = 200 vg/ph, thời
gian làm việc tính toán 4 năm, hệ số thời gian làm việc trong năm K
n
= 0,70; hệ số thời gian làm việc trong
ngày K
ng
= 0,33. Hệ số an toàn [s] = 2. Chỉ số mũ đường cong mỏi m = 6. Tải trọng thay đổi theo bậc như
hình vẽ. Hãy xác định:
a) Số chu kỳ làm việc tương đương N
LE
, hệ số tuổi thọ K
L

n = 200 vg/ph; L = 4 năm; K
n
= 0,70; K
ng
= 0,33
[s] = 2; m = 6; N
0
= 5.10
6

a) Số chu kỳ làm việc tương đương N
LE
, được tính như sau:
'
3
1
max
60
m
i
LE i i
i
T
N nt
T






0,4
0,4
ck
hh
ck
t
t L L
t

;
2
0,2
0,2
ck
hh
ck
t
t L L
t

;
3
0,4
0,4
ck
hh
ck
t
t L L
t

max max max max max max
6 6 6
60 60
0,4 0,4
60 200 3237,696 1618,848 3237,696
LE
TT
T T T T
N n t n t n t n t t t
T T T T T T
T T T
T T T
   
           
   
     
           
   
           
   

     
      

     
     







(2)
Do ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng nên
lim 1
450
F



Mpa (tham khảo thêm trang 40 –
SGK)


là hệ số kích thước (tra đồ thị 2.6 – trang 40) – với d = 60mm & đường 2 (giới hạn chảy và mỏi của
các loại thép carbon và thép hợp kim). Ta suy ra được:
0,78





hệ số tăng bền bề mặt (tra đồ thị 2.7 – trang 41) – với
1200
b
MPa


& đường 2 (mài tinh). Ta suy ra
được:


MPa 
Bài 2: Bánh răng trụ răng thẳng 1 (bánh dẫn) truyền chuyển động và công suất cho các bánh răng bị dẫn
2, 3, 4 như hình. Tải trọng tác dụng lên bánh dẫn 1 trong một chu kỳ thay đổi theo bậc. Các bánh răng
được chế tạo từ thép hợp kim được thấm than có cùng độ rắn bề mặt 64HRC. Số vòng quay bánh dẫn
không đổi n
1
= 420 vg/ph, bộ truyền làm việc 6000h. Hãy xác định:
a) Số chu kỳ làm việc tương đương N
HE
, hệ số K
HL
của bánh dẫn.
b) Ứng suất tiếp xúc cho phép
 
H

của bánh dẫn.

Giải bài 2:
TÓM TẮT SỐ LIỆU:
Tải trọng thay đổi theo bậc
Bánh răng chế tạo từ thép hợp kim được thấm than có cùng độ rắn bề mặt 64HRC = 640HB
n
1
= 420 vg/ph (không đổi)
L = 6000h
1. Số chu kỳ làm việc tương đương N
HE
là:

= 0,2T  T
max
= T
Ta có: t
ck
= 60s
1 2 3 4
15 15
6000 6000 1500
60
ck
t t t t
t
       
h
n
1
= n
2
= n
3
= n
4
= 420 vg/ph
Do đây là ứng suất tiếp xúc nên ta có m’ = 3
Thay vào công thức (1), ta được:
3 3 3 3
3
1 2 4
1 1 2 2 3 3 4 4


       

   
       

       

    
     
   
   
33
0,2T
T

  


   
   



8
1,605.10
chu kì
Để xác định K
HL
, ta phải xác định N

8
1,629.10
1,00248
1,605.10
HL
K 

2. Ứng suất tiếp xúc cho phép
 
H

của bánh dẫn được xác định theo công thức:
 
0 lim
0,9
HL
HH
H
K
s


(4) (công thức 6.33 – trang 220)
Với bánh răng chế tạo từ thép hợp kim được thấm than 
0 lim
25
H


HRC (tra bảng 6.13 – trang 220)

việc trong 3 năm, mỗi năm làm việc 300 ngày, mỗi ngày làm việc 8 giờ. Hệ số an toàn [S] = 1,75. Chỉ số
mũ m = 6. Hãy xác định:
a) Số chu kỳ làm việc tương đương N
LE
. Cho trước số chu kỳ cơ sở N
0
= 5.10
6
, hãy xác định hệ số tuổi
thọ K
L
.
b) Ứng suất uốn cho phép
 

của trục.

4

Giải bài 3:
TÓM TẮT SỐ LIỆU:
Bán kính góc lượn r = 4mm; đường kính d = 60mm, bề mặt mài tinh.
Ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng
n = 200 vg/ph
Thép 45
600
b


MPa;





(1)
t
ck
= 100s
T
1
= T; T
2
= 0,8T; T
3
= 0,3T; T
4
= 0,6T  T
max
= T
8
24
ng
K 
;
300
365
n
K 

Ta được:

2
= n
3
= n
4
= 200 vg/ph
m = 6
Theo (1), thì ta được:
6 6 6 6
3
1 2 4
1 1 2 2 3 3 4 4
max max max max
6 6 6 6
3
1 2 4
1 2 3 4
max max max max
66
60
60
0,8
60 200 1440 2160
LE
T
T T T
N n t n t n t n t
T T T T
T
T T T

   
  

   
   



7
2,53.10
chu kì
Do N
LE
= 2,53.10
7
> N
0
= 5.10
6
 K
L
= 1.

5
2. Ứng suất uốn cho phép
 

của trục được xác định theo công thức:
 
 

b


MPa & đường số 2 
0,95



K
L
= 1
[s] = 1,75
K

tra bảng 10.5 – trang 360 với 3 thông số tra là
(70 60)/ 2
1,25
4
t
r


(tra với t/r = 1) &
4
0,07
60
r
d

&

= 5.10
5
chu
kỳ. Vật liệu chế tạo trục là thép Carbon có độ rắn bề mặt 220HB. Bề mặt trục được mài bóng. Giới hạn
bền của vật liệu
700
b


MPa. Hệ số an toàn cho phép [s] = 2. Số chu kỳ cơ sở của vật liệu là N
0
=
4.10
6
chu kỳ. Xác định ứng suất mỏi uốn cho phép của vật liệu.

Giải bài 4:
TÓM TẮT SỐ LIỆU:
d = 80mm, trục có rãnh then; ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng
Số chu kỳ làm việc cho đến khi hỏng là N
L
= 5.10
5
Thép Carbon có độ rắn bề mặt 220HB; mài bóng
700
b


MPa; [s] = 2; N
0



  


(1)

6
Do ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng, ta có:
 
lim 1
0,4 0,5
Fb
  

  

Chọn
lim
0,4 700 280

  
MPa


tra đồ thị 2.6 – trang 40 với 2 thông số d = 80mm & đường số 2 
0,75




 
lim
280 0,75 1
1,4142 78,15
2 1,9
L
K
sK


  


   

MPa 
Bài 5: Trục tâm quay có đường kính d = 40mm, ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng. Vật liệu
trục – thép hợp kim 40Cr (
1000
b


MPa và
1
500
F



MPa). Bề mặt trục được mài tinh. Tại tiết diện



MPa và
1
500
F



MPa)
Mài tinh; lắp bánh răng có rãnh then.
n = 150 vg/ph; L
h
= 3 năm
K
n
= 0,66; K
ng
= 0,33; [s] = 2; m = 9; N
0
= 5.10
6

1. Số chu kỳ làm việc tương đương N
LE
, được tính như sau:
'
2
1
max

= 150 vg/ph
Cũng từ biểu đồ trên ta có, ta xác định được t
1
và t
27
1
0,3
0,3
ck
hh
ck
t
t L L
t

;
2
0,7
0,7
ck
hh
ck
t
t L L
t

(*)

LE
T T T T
N nt n t t
T T T T
TT
TT
   
       
   
   
       
   
       
   

   
    

   
   



7
1,55.10
chu kì
Do N
LE
= 1,55.10
7


MPa (tham khảo thêm trang 40 –
SGK)


là hệ số kích thước (tra đồ thị 2.6 – trang 40) – với d = 40mm & đường 2 (giới hạn chảy và mỏi của
các loại thép carbon và thép hợp kim). Ta suy ra được:
0,825





hệ số tăng bền bề mặt (tra đồ thị 2.7 – trang 41) – với
1000
b
MPa


& đường 2 (mài tinh). Ta suy ra
được:
0,9



[s] = 2 và K
L
= 1
K


1
500
F



MPa). Bề mặt trục được mài tinh. Tại tiết diện
nguy hiểm (có moment uốn lớn nhất) được lắp bánh răng có rãnh then. Số vòng quay của trục n = 200
vg/ph, thời gian làm việc tính toán 3 năm, hệ số thời gian làm việc trong năm K
n
= 0,66; hệ số thời gian
làm việc trong ngày K
ng
= 0,33. Hệ số an toàn [s] = 1,8. Chỉ số mũ đường cong mỏi m = 9. Tải trọng
thay đổi theo bậc như hình vẽ. Hãy xác định:
a) Số chu kỳ làm việc tương đương N
LE
, hệ số tuổi thọ K
L
của trục, biết rằng số chu kỳ cơ sơ N
0
=
5.10
6
.
b) Ứng suất uốn cho phép
 
F

của trục, cho biết hệ số

ng
= 0,33; [s] = 1,8; m = 9; N
0
= 5.10
6
;
0,80



1. Số chu kỳ làm việc tương đương N
LE
, được tính như sau:
'
2
1
max
60
m
i
LE i i
i
T
N nt
T






40 2
60 3
hh
t L L
(*)
Với
.24. .365. 0,33 24 0,66 365 3 5723,8
h ng n
L K K L      
h
Thay L
h
vào (*), ta suy ra được:
1
1
1907,93
3
h
tL
h;
2
2
3815,87
3
h
tL
h
Số mũ đường cong mỏi là m = m’

= 9



7
2,47.10
chu kì
Do N
LE
= 2,47.10
7
> N
0
= 5.10
6
 K
L
= 1
2. Ứng suất cho phép
 
F

của trục được xác định theo công thức sau:
 
 
lim
FL
K
sK


  


[s] = 1,8 và K
L
= 1
K

hệ số tập trung ứng suất (tra bảng 10.5  10.8 – trang 360/361/362). Với đây là trường hợp trục có
lắp bánh răng có rãnh then. (theo hình 10.18 – trang 360 => đó là hình a  tra bảng 10.8 – trang 362).
Tra với
1000
b


& Rãnh then 
2,3K


.
Thay tất cả vào công thức (2), ta được:
 
500 0,8 0,9
1 86,96
1,8 2,3
F


  

MPa 