3.3.1.1. Công dụng – yêu cầu.
Mấu bám cọc là chi tiết tiếp xúc trực tiếp với nền đất và chịu tải lớn nên nó có công dụng và yêu cầu sau:
Công dụng:
- Đỡ trọng lượng máy và bộ phận treo. - Là bộ phận bám đất giúp máy di chuyển.
Yêu cầu:
- Thân mấu cọc có thiết diện đảm bảo chịu lực.
- Hình dạng đế mấu bám ít bị lún khi làm việc ở đất lầy. - Có độ cứng lớn, độ bền cao và trọng lượng nhỏ.
3.3.1.2. Xác định lực tác dụng.
Để tính toán mấu cọc theo bền, chúng ta cần xác định độ lớn của các lực và phản lực tác dụng lên mấu cọc. Tùy theo từng trường hợp mà mấu cọc chịu tác dụng của các lực khác nhau.
Giả sử trọng lượng máy phân bố đều lên các bánh xe. Sơ đồ lực tác dụng lên hai bánh sau của máy được biểu diễn ở hình 3.8. Ý nghĩa các ký hiệu trên hình vẽ như sau:
X1, X2 – Phản lực của lực vòng truyền qua mấu cọc lên bánh xe trái và phải. Y1, Y2 – Phản lực ngang tác dụng lên bánh xe trái và phải.
SVTH: Phan Văn Đệ Page 39
Z1, Z2 - Phản lực thẳng đứng tác dụng lên bánh xe trái và phải. B - Là chiều rộng cơ sở của máy B = 2 m.
hg - Là chiều cao trọng tâm máy hg = 1,5 m.
Hình 3.8. Sơ đồ lực tác dụng lên hai bánh sau.
Khi máy hoạt động các mấu cọc có thể gặp 1 trong 2 chế độ tải trọng đặt biệt sau:
a) Trường hợp 1:
Xi = Ximax ; Y = 0 ; Z1 = Z2 Trường hợp 1 xảy ra khi máy truyền lực kéo cực đại:
Gs Z1 Z2 Y1 Y2 X1 = X2 h g Y h m R h bx B/2 A B Z Y O
SVTH: Phan Văn Đệ Page 40 { 𝑋1 = 𝑋2 = 𝐺𝑠. 𝜑 2 𝑌1 = 𝑌2 = 0 𝑍1 = 𝑍2 = 𝐺𝑠 2 Trong đó:
Gs – Là trọng lượng khai thác của máy phân bố lên cầu sau Gs = 1400 N. 𝜑 – Là hệ số bám dọc 𝜑 = 1 Vậy: { 𝑋1 = 𝑋2 = 𝐺𝑠.𝜑 2 =1400.1 2 = 700 𝑁 𝑌1 = 𝑌2 = 0 𝑁 𝑍1 = 𝑍2 = 𝐺𝑠 2 = 1400 2 = 700 𝑁 b) Trường hợp 2:
Xi = 0; Y = Ymax ; Z1 = Zmax, Z2 = Zmin
Z1 = Zmax , Z2 = Zmin = 0 khi Y đạt giá trị Ymax tức là máy chuẩn bị lật và tâm lật tại điểm đặt lực Z1.
Để xác định các thông số trong trường hợp 2 ta xét hệ phương trình cân bằng sau:
{∑ 𝐹𝑌 = 𝑌 − 𝑌1− 𝑌2 = 0
∑ 𝐹𝑍 = 𝑍1+ 𝑍2− 𝐺𝑆 = 0 (3.1)
Z1 = Zmax khi máy chuẩn bị lật nghĩa là bánh 2 không tiếp xúc với mặt đất. => {𝑍2 = 0
𝑌2 = 0 (3.2)
SVTH: Phan Văn Đệ Page 41 { {𝑍2 = 0 𝑁 𝑌2 = 0 𝑁 𝑌1 = 𝑌 = 700 𝑁 𝑍1 = 𝐺𝑆 = 1400 𝑁 3.3.1.3. Tính bền thân mấu cọc.
Chọn thép C45 là vật liệu làm thân mấu bám. Với điều kiện tải trọng của mấu bám và thép được chọn C45 ta có:
- Ứng suất kéo - nén cho phép: [𝜎𝑘] = 140 𝑀𝑁/𝑚2 - Ứng suất uốn cho phép: [𝜎𝑢] = 175 𝑀𝑁/𝑚2
- Ứng suất xoắn cho phép: [𝜏𝑡] = 105 𝑀𝑁/𝑚2
Trường hợp 1:
- Momen uốn do X1, X2.
Các lực X1, X2 gây ra các momen uốn lên mấu bám trong mặt phẳng chứa trục Ox.
Mux1 = Mux2 = X1. hm = X2. hm = 700 . 0,44 = 308 Nm. - Lực thằng đứng do Z1, Z2.
Các lực Z1, Z2 gây ra lực nén lên mấu. Z1 = Z2 = 700 N.
SVTH: Phan Văn Đệ Page 42
Hình 3.9. Biểu đồ nội lực mấu cọc trong trường hợp 1.
Trường hợp 2:
Trong trường hợp này thì bánh 1 chịu tải lớn, nên ta chỉ cần kiểm nghiệm độ bền của bánh 1.
- Momen uốn do Y1.
Lực Y1 gây ra các momen uốn lên mấu bám trong mặt phẳng yOz. Muy1 = Y1. hm = 700 . 0,44 = 308 Nm.
- Lực thẳng đứng do Z1
Lực Z1 gây ra lực nén lên mấu Z1 = 1400 N. X1 Z1 h m QX MX 700 N 308 Nm QZ 700 N
SVTH: Phan Văn Đệ Page 43
Hình 3.10. Biểu đồ nội lực mấu cọc trong trường hợp 2.
Do trong trường hợp 2 mấu bám chịu lực lớn hơn nên ta chỉ kiểm nghiêm bền mấu bám trong trường hợp 2.
a) Kiểm tra bền uốn của thân mấu cọc.
𝜎𝑢𝑦 = 𝑀𝑢𝑦
𝑊𝑢𝑦 ≤ [𝜎𝑢] ⇒ 𝑊𝑢𝑦 ≥ 𝑀𝑢𝑦 [𝜎𝑢]
Trong đó: Muy = 308 Nm – Là momen uốn theo phương Oy.
Wuy = 0,1 . 𝐷3 (1 − (𝑑
𝐷)4) m3 - Là momen chống uốn của thân mấu cọc.
D, d – Là đường kính ngoài và trong của thiết diện mấu cọc. [σu] = 175 MN/m2 - Là ứng suất uốn cho phép.
Vậy: 𝑊𝑢𝑦 ≥ 𝑀𝑢𝑦 [𝜎𝑢] = 308 175. 106 = 1,76 . 10−6 𝑚3 Với D = 32 mm, d = 26 mm, t = 3 mm thì: QY MY 1400 N 308 Nm QZ 700 N Y1 Z1 h m
SVTH: Phan Văn Đệ Page 44 𝑊𝑢𝑦 = 0,1 . 𝐷3 (1 − (𝑑 𝐷)4) = 0,1 . (32. 10−3)3 (1 − (26 32)4) = 1,84875. 10−6 > 1,8 . 10−6 𝑚3
b) Kiểm tra bền nén của thân mấu cọc.
𝜎𝑘 = 𝑍1 𝐴
Trong đó: Z1 = 1400 N – lực nén lớn nhất lên mấu. A = 𝜋(𝐷
2−𝑑2)
4 m2 – Là thiết diện mấu.
Với D = 32 mm, d = 26 mm. thì A = 2,73. 10-4 m2. Ta có: 𝜎𝑘 = 𝑍1 𝐴 = 1400 2,73. 10−4 = 5 128 205,13 𝑁 𝑚2 ≤ [𝜎𝑘] = 140𝑀𝑁 𝑚2
Vậy ta chọn thiết diện thân mấu cọc là thép ống có: D = 32 mm, d = 26 mm, t = 3 mm, A = 2,73. 10-4 m2.
SVTH: Phan Văn Đệ Page 45
Hình 3.11. Hình ảnh mô phỏng mấu cọc.
3.3.2. Tính bền bánh sao chính. 3.3.2.1. Công dụng – yêu cầu.
Bánh sao chính là chi tiết nhận lực kéo từ hệ thống truyền lực của máy đồng thời truyền lực chủ động này sang cơ câu di chuyển. Bánh sao chính cũng chịu trực tiếp trọng lượng của máy.
Công dụng:
- Đỡ trọng lượng máy thông qua mấu cọc.
- Các cánh của bánh sao chính, bánh sao phụ và tay đòn liên kết tạo thành cơ cấu hình bình hành, giúp mấu cọc chuyển động song phẳng.
SVTH: Phan Văn Đệ Page 46
- Là bộ phận nhận chuyển động quay từ hệ thống truyền lực của máy để truyền chuyển động đó lên hệ di động giúp máy di chuyển.
Yêu cầu:
- Có hình dạng và kết cấu hợp lý, đảm bảo chịu được lực - Có độ cứng lớn, độ bền cao và trọng lượng nhỏ.
3.3.2.2. Xác định lực tác dụng.
Để tính toán các cánh của bánh sao chính theo bền, chúng ta cần xác định độ lớn của các lực và phản lực tác dụng lên bánh sao chính. Tùy theo từng trường hợp mà bánh sao chính chịu tác dụng của các lực khác nhau.
Sơ đồ lực tác dụng lên bánh sao chính của hệ di động được biểu diễn ở hình 3.12. Ý nghĩa các ký hiệu trên hình vẽ như sau:
X1 - Phản lực của lực vòng truyền qua mấu cọc của bánh xe bên trái phía sau. Y1 - Phản lực ngang tác dụng lên bánh xe bên trái phía sau.
Z1 - Phản lực thẳng đứng tác dụng lên bánh xe bên trái phía sau. Zbsc1 - Phản lực thẳng đứng tác dụng lên bánh sao chính.
Xbsc1 - Phản lực dọc của bánh sao chính.
SVTH: Phan Văn Đệ Page 47
Hình 3.12. Sơ đồ lực tác dụng lên bánh sao chính.
Để xác định lực tác dụng lên bánh sao ta cũng xét 2 trường hợp chế độ tải trọng đặt biệt tác dụng lên cơ cấu di chuyển phía sau của máy.
a) Trường hợp 1:
Xi = Ximax ; Y = 0 ; Z1 = Z2. Trường hợp 1 xảy ra khi máy truyền lực kéo cực đại.
R c b a h m X1 h m h bx Xbsc1 Z1 Y1 Zbsc1 c b X1 Xbsc1 Z1 Zbsc1 Z X O Z Y O
SVTH: Phan Văn Đệ Page 48 Như đã tính ở trên ta có: { 𝑋1 = 𝑋2 = 700 𝑁 𝑌1 = 𝑌2 = 0 𝑁 𝑍1 = 𝑍2 = 700 𝑁 (3.3) Ta xét hệ phương trình sau: {∑ 𝐹𝑋 = 𝑋1− 𝑋𝑏𝑠𝑐1 = 0 ∑ 𝐹𝑍 = 𝑍1− 𝑍𝑏𝑠𝑐1 = 0 (3.4) Từ (3.3) và (3.4) ta có: {𝑋𝑏𝑠𝑐1 = 𝑋1 = 700 𝑁 𝑍𝑏𝑠𝑐1 = 𝑍1 = 700 𝑁 b) Trường hợp 2:
Xi = 0; Y = Ymax ; Z1 = Zmax, Z2 = Zmin Như đã tính ở trên ta có: { {𝑍2 = 0 𝑁 𝑌2 = 0 𝑁 𝑌1 = 700 𝑁 𝑍1= 1400 𝑁 (3.5) Ta xét phương trình sau: ∑ 𝐹𝑍 = 𝑍1− 𝑍𝑏𝑠𝑐1 = 0 (3.6) Từ (3.5) và (3.6) ta có: 𝑍𝑏𝑠𝑐1 = 𝑍1 = 1400 𝑁 3.3.2.3. Tính bền bánh sao chính. Trường hợp 1: - Momen uốn do Xbsc1.
SVTH: Phan Văn Đệ Page 49
Lực Xbsc1 gây ra các momen uốn lên cánh bánh sao chính trong mặt phẳng xOz. Chiều dài cánh bánh sao chính được tính bằng R - r với r là bán kính đĩa của bánh sao chính và r = 10 cm.
Mux = Xbsc1. (R - r)= 700 . (0,5 - 0,1) = 280 Nm. - Momen uốn do Z1.
Lực Z1 gây ra các momen uốn lên cánh bánh sao chính trong mặt phẳng YOZ. Với cánh tay đòn b = 0,07.
Muz = Z1. b = 700 . 0,07 = 49 Nm. - Lực thẳng đứng do Zbsc1.
Các lực Zbsc1 gây ra lực nén lên mấu. Zbsc1 = Zbsc2 = 700 N.
- Momen xoắn do X1.
Lực X1 gây ra momen xoắn lên cánh bánh sao chính với cánh tay đòn b. Mxoắn = X1. b= 700 . 0,07= 49 Nm
Hình 3.13. Biểu đồ nội lực của cánh bánh sao chính trong trường hợp 1.
QX MX 700 N 280Nm Mxoan 49 Nm Mz 49 Nm Qz 700 N Z1 R h m Zbsc1 c b X1 Xbsc1 r X1 Xbsc1
SVTH: Phan Văn Đệ Page 50 Trường hợp 2:
Trong trường hợp này thì bánh xe số 1 chịu tải lớn, nên ta chỉ cần kiểm nghiệm độ bền của bánh 1.
- Momen uốn do Z1, Y1.
Lực Y1, Z1 gây ra các momen uốn cánh banh sao chính trong mặt phẳng chứa trục YOZ. Momen gây uốn lớn nhất là.
Muy1 = Y1. [(R - r) + h m] + Z1.b
= 700 . (0,4 + 0,44) - 1400. 0,07 = 490 Nm. - Lực thẳng đứng do Zbsc1
Lực Zbsc1 gây ra lực nén lên mấu Zbsc1 = 1400 N.
Hình 3.14. Biểu đồ nội lực của cánh bánh sao chính trong trường hợp 2.
Z1 Y1 R h m b QZ 1400 N Zbsc1 Qy 700 N My 490 Nm 210 Nm II - II I - I r
SVTH: Phan Văn Đệ Page 51
Vật liệu làm bánh sao chính được là thép C45 với: - Ứng suất kéo nén cho phép: [𝜎𝑘] = 140 𝑀𝑁/𝑚2 - Ứng suất uốn cho phép: [𝜎𝑢] = 175 𝑀𝑁/𝑚2 - Ứng suất xoắn cho phép: [𝜏𝑡] = 105 𝑀𝑁/𝑚2
a) Kiểm tra độ bền uốn các cách của bánh sao chính.
Do trong trường hợp 2 các cánh của bánh sao chính chịu lực lớn hơn nên ta kiểm nghiêm bền uốn trong trường hợp 2 trước.
Trường hợp 2:
- Tại thiết diện I – I.
𝜎𝑢𝑦1 = 𝑀𝑢𝑦1
𝑊𝑢𝑦1 ≤ [𝜎𝑢]
Trong đó: Muy1 = 490 Nm – Là momen uốn theo phương Oy. Wuy1 (m3) - Là momen chống uốn theo phương Oy.
[𝜎𝑢] = 175 𝑀𝑁/𝑚2 - Là ứng suất uốn cho phép. Ta có:
Wuy1 ≥ Muy1 [σu] =
490
175. 106 = 2,8 . 10−6 m3
Với 𝑊𝑢𝑦1 ≥ 2,8 . 10-6 m3 thì ta chọn thiết diện tại mặt cắt I – I là thép chữ C uốn cạnh đều. Với thép chữ C uốn cạnh đều có h = 40 mm, b = 40 mm, S = 2,5 mm và 𝑊𝑥= 3,79 . 10-6 m3.
SVTH: Phan Văn Đệ Page 52
Hình 3.15. Thiết diện thép chữ C.
Trường hợp 1:
- Tại thiết diện I – I.
𝜎𝑢𝑥1 = 𝑀𝑢𝑥1
𝑊𝑢𝑥1 ≤ [𝜎𝑢]
Trong đó: Mux1 = 280 Nm – Là momen uốn theo phương Ox. Wux1 (m3) - Là momen chống uốn theo phương Ox.
[𝜎𝑢] = 175 𝑀𝑁/𝑚2 - Là ứng suất uốn cho phép.
Với thép chữ C uốn cạnh đều có: h = 40 mm, b = 40 mm, S = 2.5 mm, 𝑊𝑦= 1,83. 10-6 m3 (𝑊𝑦theo hình 3.10).
ta có: 𝜎𝑢𝑥1 = 280
1,83.10−6 = 153 005 464,5 𝑁/𝑚2 ≤ [𝜎𝑢] = 175 𝑀𝑁/𝑚2 Vậy thiết diện được chọn thỏa yêu cầu bền.
b) Kiểm tra bền nén của cánh bánh sao chính.
Do trong trường hợp 2 các cánh của bánh sao chính chịu lực nén lớn hơn nên ta chỉ kiểm nghiêm bền nén trong trường hợp 2.
SVTH: Phan Văn Đệ Page 53
σk = Z1 A
Trong đó: Z1 = 1400 N – lực nén lớn nhất lên mấu.
A = 2,78. 10-4 m2 – Là thiết diện cánh bánh sao chính. => 𝜎𝑘 = 𝑍1
𝐴 = 1400
2,78.10−4 = 5 035 971,2𝑁/𝑚2 ≤ [𝜎𝑘] = 140 𝑀𝑁/𝑚2 Vậy thiết diện được chọn thỏa yêu cầu bền nén.
Hình 3.16. Hình ảnh mô phỏng bánh sao chính.
3.3.3. Tính bền tay đòn liên kết. 3.3.3.1. Công dụng – yêu cầu.
Tay đòn liên kết là chi tiết liên kết cơ bản để tạo thành cơ cấu hình bình hành trong cơ cấu di chuyển. Bánh sao phụ được đặt lệch tâm với bánh sao chính một khoảng a bằng chiều dài tay đòn liên kết.
SVTH: Phan Văn Đệ Page 54 Công dụng:
- Tay đòn liên kết cùng với các cánh của bánh sao phụ, cánh của bánh sao chính tạo thành cơ cấu hình bình hành, giúp mấu cọc chuyển động song phẳng.
Yêu cầu:
- Có hình dạng và kết cấu hợp lý, đảm bảo chịu được lực - Có độ cứng lớn, độ bền cao và trọng lượng nhỏ.
3.3.3.2 Xác định lực tác dụng.
Để tính bền các tay đòn liên kết, chúng ta cần xác định độ lớn của các lực và phản lực tác dụng lên tay đòn liên kết.
Sơ đồ lực tác dụng lên tay đòn liên kết của hệ di động được biểu diễn ở hình 3.17. Ý nghĩa các ký hiệu trên hình vẽ như sau:
SVTH: Phan Văn Đệ Page 55
Hình 3.17. Sơ đồ lực tác dụng lên tay đòn liên kết.
Để xác định lực tác dụng lên cần liên kết ta chỉ cần xét trường hợp cơ cấu chịu lực kéo lớn nhất: Xi = Ximax; Y = 0; Z1 = Z2. Khi đó cần liên kết chỉ chịu momen uốn do mấu cọc gây ra.
Ta xét phương trình momen tại O - O:
∑ 𝑚(𝑂) = 𝑋1. ℎ𝑚− 𝑋𝑐𝑙𝑘. 𝑎 = 0 <=> 𝑋𝑐𝑙𝑘 = 𝑋1. ℎ𝑚 𝑎 = 700. 0,44 0,15 = 2053,3 𝑁 R c a h m X1 h m h bx Z X O Z Y O X1 Xclk Xclk o - o o o
SVTH: Phan Văn Đệ Page 56
3.3.3.3. Tính bền tay đòn liên kết.
Lực Xclk gây ra các momen uốn cần liên kết Mux. Mux = 2053,3. 0,15 = 308 Nm.
Hình 3.18. Biểu đồ nội lực của cần liên kết. - Tay đòn liên kết được làm bằng thép C45.
Ứng suất uốn cho phép: [𝜎𝑢] = 175 𝑀𝑁/𝑚2 Ta có: 𝜎𝑢𝑥 = 𝑀𝑢𝑥 𝑊𝑢𝑥 ≤ [𝜎𝑢] 𝑊𝑢𝑥 ≥ 𝑀𝑢𝑥 [𝜎𝑢]= 308 175. 106 = 1,76. 10−6𝑚3
Ta chọn thiết diện tay đòn liên kết có hình chư nhật có: a = 50 mm, b = 6 mm (theo hình 3.19). MX 308Nm 2053,3 N Qx Xclk a
SVTH: Phan Văn Đệ Page 57
𝑊𝑥 =𝑏.𝑎2
6 = 6 .502
6 = 2500 𝑚𝑚2 ≥ 1,76. 10−6𝑚3
Hình 3.19. Thiết diện hình chữ nhật của đòn liên kết.
3.3.4. Tính bền bánh sao phụ. 3.3.4.1. Công dụng – yêu cầu.
Vành bánh sao phụ được đặt lệch tâm với bánh sao chính một khoảng a. Cấu tạo bánh sao phụ gồm: các cánh của bánh sao phụ, các gối đỡ và vành liên kết. Do các cánh của bánh sao phụ cùng liên kết với vành liên kết nên khi một cánh bất kì của bánh sao phụ chịu lực thì các cánh sao khác trên bánh sao phụ sẽ chịu một phần lực và các cánh tác động tương hổ lẫn nhau.
Công dụng:
- Các cánh của bánh sao phụ cùng với các cánh của bánh sao chính và tay đòn liên kết tạo thành cơ cấu hình bình hành, giúp mấu cọc chuyển động song phẳng.
Yêu cầu: