6 Kết luận
4.4 Hệ số an toàn ở các cấp tải khác nhau:
Tải trọng (kN) σ(von) n
300kN 216.42 1,663 350kN 243.36 1,479 400kN 278.17 1,294 450kN 266.73 1,349
Nhận xét: Với các hệ số an toàn như trên bảng 4.4 bàn gia tải có thể làm việc bảo đảm ở điều kiện cấp tải 300kN và có khả năng vượt tải 150% lên đến 450kN.
4.5.3 Tay đòn
Là chi tiết cuối trong hệ thống khung gia tải, tay đòn có chức năng truyền toàn bộ lực từ xy-lanh nhằm thực hiện kéo đứt chi tiết. Theo đó hệ thống ngàm kẹp thủy lực được tích hợp trên tay đòn nhằm giữ chi tiết được chắc chắn. Tay đòn có kết cấu bằng thép C45, với môđun đàn hồi E=2.1011 N/m2, hệ số Poissonv= 0.3, khối lượng riêng: 7,850kG/m3. Tay đòn có kích thước như (hình 4.18).
Hình 4.18: Tay đòn
Hình 4.19 cho sơ đồ chịu lực của bàn gia tải và hốc ngàm kẹp bên trong, theo đó hình 4.19(a) mô tả dưới tác dụng lực nâng của bàn gia tải, hai thanh trụ tác động lên tay đòn để thực hiện kéo chi tiết.
Trong khi đó, hốc ngàm kẹp được thiết kế theo dạng hình côn (hình 4.19(b)), kết hợp với lực kẹp từ động cơ thủy lực gắn trên tay đòn nhằm điều khiển chuyển động thanh răng - bánh răng, mà ngàm kẹp có chức năng giữ chặt chi tiết. Tuy nhiên theo thiết kế dạng này thì trong quá trình tay đòn chuyển động, thì ngàm kẹp còn tác dụng vào hai thành hốc kẹp và gây ra biến dạng và ứng suất tập trung tại vị trí hốc này.
Khảo sát tại vị trí hốc ngàm kẹp hình 4.20, trong suốt quá trình gia tải thì ngàm tác đông một lực bằng P/2 phân bố đều vào mỗi thành, lực này phân tích gồm
Lực nâng bàn gia tải Hốc ngàm kẹp (a) Ngàm kẹp Chi tiết (b)
Hình 4.19: Sơ đồ chịu lực của tay đòn (a), và hốc ngàm kẹp (b) khi gia tải
P/2
Fn
Fms
Hình 4.20: Hốc ngàm kẹp
Trong đó Fms được gây ra bởi sự trượt của ngàm kẹp với hốc kẹp, và Fn là phản lực của hốc kẹp tác động lại ngàm trong suốt quá trình gia tải.
Vị trí khống chế chuyển vị
(a) (b)
Hình 4.21: Mô hình tay đòn trong môi trường Ansys
Trong đó hình 4.21(a) là mô hình chi tiết bị khống chế chuyển vị tại hai vị trí nối với thanh trụ và hình 4.21(b) là mô hình chia lưới của chi tiết trong Ansys
Hình 4.22: Chuyển vị của tay đòn
Kết quả phân tích tính toán về ứng suất và chuyển vị của tay đòn khi chịu tải ở cấp 300kN.
Khi tay đòn kẹp chặt chi tiết và tiến hành thí nghiệm (hình 4.22), ta thấy đây cũng là chi tiết chịu uốn, Trong đó chuyển vị của tay đòn phân bố không đồng đều, tập trung chính tại hai bên thành hốc ngàm kẹp và giảm dần sang các bên. Cắt dọc chi tiết cho thấy tại vị trí tiếp xúc với ngàm kẹp, giá trị chuyển vị lớn nhất tập trung chủ yếu tại hai thành bên của hốc côn, nơi chịu tác động trực tiếp của ngàm, với giá trị tim được là 0,107mm.
Tại hình 4.23 cho ta kết quả ứng suất của tay đòn, với ứng suất lớn nhất tập trung tại hai chỗ: thành hốc kẹp và tại nơi được liên kết với hai trụ trơn với đạt giá trị tính được xấp xỉ bằng 138 Mpa. Với các giá trị chuyển vị và ứng suất tính được tại tay đòn đã được xác định. Tuy nhiên ngay tại chi tiết này cũng cần đánh giá đến kết quả hốc ngàm kẹp, vì đây là nơi quan trọng của kết cấu.
Hình 4.23: Ứng suất của tay đòn
(a) (b)
Hình 4.24: Chuyển vị (a) và ứng suất (b) tại hốc ngàm kẹp
Theo đó, tại hình 4.24(a) cho kết quả chuyển vị đã được xác định ở trên đạt 0,107mm và giá trị ứng suất lớn nhất tại vị trí này tương đối nhỏ đạt xấp xỉ 92Mpa 4.24(b) thì ta nhận xét chi tiết này đảm bảo bền và độ cứng vững khi thí nghiệm.
4.6 Hệ thống khung chịu lực 4.6.1 Trục vít me 3 2 8 Hình 4.25: Khung chịu lực
Hệ thống khung chịu lực của máy thí nghiệm (hình 4.25) bao gồm: mặt đế (8), hai thanh trục vít me (3), và tay đòn (2). Tuy nhiên ở phần này do có chi tiết là tay đòn có cùng cấu tạo và chức năng tương tự như tính toán ở phần trước nên khi xét hệ thống khung chịu lực ta chỉ xét các chi tiết còn lại của hệ thống bao gồm: mặt đế và hai thanh trục vít me.
Hình 4.26 mô tả cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thanh vit-me: theo đó với hai cột trụ vit me được liên kết chặt với mặt đế nhằm tăng độ cứng vững cho toàn bộ hệ thống. Ngoài ra trên hai thanh này ta lắp đặt thêm hệ thống truyền động xích qua đó nó có tác dụng tăng và giảm khoảng cách thí nghiẹm (hình 4.26(a)). Thanh trục vít me được thiết kế với chiều dài trục là 2000mm và đường kính trục 60mm, trục được làm bằng thép C45, với môđun đàn hồi E=2.1011 N/m2, hệ số Poisson v=0.3, khối lượng riêng: 7,850kG/m3 (hình 4.27).
Đai ốc Trục vít me (a) E E (b)
Hình 4.26: Nguyên lý hoạt động (a) và cấu tạo (b) trục vít me-đai ốc
C C
Hình 4.27: Trục vít me
Kết quả phân tích chuyển vị và ứng suất của trục vit me trong môi trường Ansys. Trong đó hình 4.28(a) mô tả biến dạng dài của thanh khi chịu kéo với giá trị chuyển vị lớn nhất tính được xấp xỉ bằng 0,27mm.
Hình 4.28(b) cho kết quả ứng suất phân bố của thanh, trong đó ứng suất phân bố tập trung ở phía dưới của thanh, nơi liên kết với mặt đế và giá trị lớn nhất đạt được tại đó khoảng 84Mpa. Xét tại mặt cắt ngang của thanh ta thấy khi chịu lực kéo ở cấp tải 150kN thì ứng suất tại chân ren đạt giá trị tại đó khoảng 40Mpa
D
D
(a) (b)
Hình 4.28: Chuyển vị (a) và ứng suất (b) của trục vít4.6.2 Mặt đế 4.6.2 Mặt đế
Là nơi chịu toàn bộ khối lượng của cả hệ thống, mặt đế cần có kết cấu vững chắc để đảm bảo độ cứng vững và độ ổn định cao nhằm nâng cao độ chính xác của máy kéo nén. Hình 4.29(a) cho mô hình chịu lực của mặt đế. Ta thấy trong quá trình thí nghiệm mặt đế còn chịu lực nén tác động đồng thời từ xy-lanh. Do đó để đảm bảo độ ổn định của hệ thống ta chọn vật liệu bằng thép C45, với môđun đàn hồi E=2.1011 N/m2, hệ số Poisson v= 0.3, khối lượng riêng: 7,850kG/m3
6
7
8
(a) (b)
Hình 4.29: Mô hình chịu lực của mặt đế
Hình 4.30 cho kết quả phân tích chuyển vị của mặt đế, do chịu lực nén từ xy-lanh và lực kéo từ hai thanh trục vít me gây ra, theo mô hình trong Ansys thì dây là chi tiết chịu uốn. Với giá trị biến dạng lớn nhất tập trung tại giữa bề mặt đạt xấp xỉ bằng 0,24mm
Hình 4.31: Ứng suất của mặt đế
Trong khi đó tại hình 4.31 mô tả ứng suất của chi tiết này. Theo đó ứng suất tập trung nhiều nhất và rõ nhất tại hai vị trí liên kết với trục vít-me và đạt giá trị tại đó là 250Mpa.
Chương 5
Chế tạo và đánh giá kết quả 5.1 Chế tạo
Trên cơ sở kết quả mô phỏng quá trình chịu tải của hệ thống cơ khí, các chi tiết chịu lực chính của máy trong điều kiện làm việc ở cấp tải lớn nhất. Theo đó với các giá trị chuyển vị và ứng suất tương đối nhỏ so với giới hạn của vật liệu từ đó có thể kết luận hệ thống đảm bảo bền và ổn định khi hoạt động. Tiến hành chế tạo các chi tiết và lắp ghép hoàn chỉnh hệ thống máy.
Hình 5.1: Một số hình ảnh của máy sau khi lắp ráp
5.2 Thực hành đo
Sau khi chế tạo và lắp ráp hoàn chỉnh, tiến hành đo và đánh giá mức độ ảnh hưởng biến dạng của khung đến kết quả thí nghiệm, với các dụng cụ dùng cho thí nghiệm bao gồm: mẫu thử và cảm biến đo chuyển vị
5.2.1 Xác định chuyển vị tay đòn
(a) (b)
Dụng cụ bao gồm hệ thống đầu dò (hình 5.2(a)) dùng để xác định chuyển vị, chúng được gá đặt tại vị trí tay đòn nhằm xác định độ biến dạng của chi tiết (hình 5.2(b))
Tiến hành gia tải cho kết quả thu được: