3.1.1.1. Các dạng thân máy chủ yếu.
Cụm thân máy bao gồm các bộ phận không chuyển động như thân máy,truh máy, khung xà, giá đỡ... và các bộ phận chuyển động như bàn máy, bàn dao, bàn quay... yêu cầu đối với các chi tiết của cụm thân máy phải có độ cứng vững cao, có khả năng chống lại rung động. Giữ được độ chính xác, có tính công nghệ trong kết cấu, có thể giảm được trọng lượng mà vẫn đảm
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn bảo ổn định của máy, thuận lợi bố trí các bộ phận của máy, có nơi chứa được dầu bôi trơn, dung dịch làm mát, các trang thiết bị điện.
Thân máy là chi tiết quan trọng trong các chi tiết của cụm thân máynó được dùng làm chuẩn để tổ hợp các bộ phận của máy tạo thành bố trí chung của máy. Thân máy có thể nằm ngang, trụ đứng hay hình khung. Thân máy nằm ngang có thể có đế là các bệ máy hoặc đế làm liền thành một khối. Thân máy có đế là bệ thường được dùng cho các máy để gia công các chi tiết dài với lực cắt không lớn lắm. Thân máy có đế làm liền thành một khối dùng khi lực cắt lớn, đường kính gia công lớn và khi cần bố trí bên trong thân máy các cơ cấu và các tổ hợp cần thiết khác nữa. Thân máy hình khung thường sử dụng đối với các mày gia công nhiều dao (như các máy bào giường, máy phay giường...). Thân máy trụ đứng như thân máy khoan, máy doa, máy phay, máy xọc... Trên thân máy có hệ thống các đường dẫn (các sống dẫn hướng) để dẫn hướng cho sự di chuyển của các bàn máy, bàn dao... hoặc sử dụng cho việc lắp đặt các bộ phận máy.
3.1.1.2. Vật liệu làm thân máy.
Phần lớn thân máy được đúc từ gang CЧ 21-40 và CЧ 32-52. Trong trường hợp đặc biệt cần thiết sử dụng gang có độ bền cao với cầu hóa. Thân máy làm bằng gang đúc có khả năng chống rung động cao, vì gang có hệ số ma sát trong lớn nên tạo ra khả năng làm tắt các dao động. Cũng có thể chế
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn tạo thân máy bằng thép đúc, trọng lượng thân máy có thể giảm 30%. Hoặc sử dụng thân máy bằng thép hàn, khi sử dụng thân máy bằng thép hàn cần chú ý đến kết cấu các thanh giằng sao cho đảm bảo được độ cứng vững và độ chính xác cần thiết về hình dáng. Đối với các máy nặng, không đòi hỏi độ chính xác cao thì thân máy có thể làm bằng bê tông cốt thép.
3.1.1.3. Các kết cấu của thân máy.
Kết cấu thân máy rất phức tạp, hình thù khác nhau, là kết cấu thân máy nằm ngang. Thân máy gồm vách dọc (có thể 2 hoặc nhiều hơn) được nối với nhau bằng các vách ngang để tăng độ cứng vững cho thân máy. Các vách ngang này cũng rất đa dạng, có thể là vách ngang chữ nhật, dạng chữП hay vách chéo. Các vách dọc thường có dạng chữ T, phía trên bố trí sống dẫn hướng . Sống dẫn hướng có thể làm liền vào vách hay làm rời sau đó ghép vào.
Số lượng vách ngang phụ thuộc vào chiều dài của thân máy. Khoảng cách giữa các vách ngang với nhau thường bằng chiều rộng của thân máy. Mặt cắt ngang của thân máy có thể có nhiều hình dáng prôfin khác nhau. Có thể la prôfin kín hay prôfin hở. Thân máy có vách nghiêng tạo điều kiện thuận lợi cho việc thoát phoi ra phía sau máy. Các sống dẫn hướng nằm trên cùng một độ cao. Kết cấu này cho độ cứng vững cao và việc lấy phoi cũng thuận tiện. Các thân máy có prôfin kín có độ cứng vững cao hơn so với các thân máy có prôfin hở.
3.1.1.4. Tính toán thân máy theo phương pháp truyền thống.
Thân máy là một chi tiết quan trọng trong tất cả các chi tiết của cụm thân máy. Nếu trong quá trình làm việc nó bị biến dạng và rung động sẽ ảnh hưởng đến toàn bộ độ chính xác của máy. Chỉ tiêu chính để đánh giá khả năng làm việc của thân máy là độ cứng vững. Việc tính toán thiết kế thân máy hiện nay chủ yếu dựa vào kinh nghiệm mà chưa có một trình tự tính toán chính xác. Tính toán thân máy theo độ cứng vững bao gồm một số vấn đề cơ bản sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Trên cơ sở các dạng điển hình của thân máy sơ đồ tính toán thường được chọn là dầm hay khung.
Đối với các máy đơn giản, thân máy nằm ngang được đặt trên hai bệ ta có thể coi là một dầm nằm ngang đặt trên hai gối đỡ, trong đó lt là chiều dài tính toán, được xác định bằng khoảng cách giữa hai chân của máy.
Đối với các thân máy đứng (trụ) ta có thể coi là một dầm công xôn với chiều dài tính toán: lt = l1 + l2 còn đối với các thân máy hình cổng thì sơ đồ tính toán ta coi là một khung siêu tĩnh (như các mày phay giường, máy bào giường).
2. Xác định, phân tích các lực tác dụng lên thân máy.
Trong quá trình làm việc, thân máy chịu tác dụng của các lực gồm: Lực cắt, trọng lượng của các bộ phận máy và của phôi gia công, lực quán tính. Tùy từng kết cấu và sơ đồ cụ thể ta phân tích các lực theo các thành phần khác nhau để thuận lợi cho quá trình tính toán.
Ví dụ : Phân tích lực tác dụng lên thân máy tiện. Giả sử chi tiết gia công trên máy được gá trên hai mũi tâm có đường kính được và trọng lượng G. Lực cắt tác dụng lên ụ trước, ụ sau và bàn dao. Các thành phần của lực cắt là Pz, Py, Px.
Gọi A và B là các phản lực nằm trong mặt cắt phẳng vuông góc với trục của chi tiết gia công. Ta có:
Trên ụ trước: 2 .P G l b ZA = z − x y A P l d P l b Y 2 . + = 2 2 A A Y Z A= +
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Trên ụ sau: 2 .P G l b ZB = z − x y B P l d P l b Y 2 . − = 2 2 B B Y Z B = +
Lực chiều trục XA tác dụng lên ụ trước bao gồm lực cắt Px, phản lực tại mũi tâm A.tgα (là góc nửa mũi tâm) và lực xiết căng ban đầu của ụ động C o (Co≈ 0,25Px).
XA = Px+ Atgα + Co
Lực chiều trục tác dụng lên ụ sau XB sẽ thay đổi trong quá trình cắt gọt. Lực cắt Px có xu hướng làm giảm lực căng ban đầu Co. Do vậy để tính toán có thể lấy giá trị lớn nhất của XB.
XB= Btgα + Co
Lực cắt tác dụng lên bàn dao sẽ làm cho thân máy bị uốn và xoắn. Mô men uốn trong mặt phẳng thẳng đứng của thân máy là:
MU = Px.c
Và mô men xoắn lớn nhất là: Mx = Py.c
Ở đây c là khoảng cách từ đường tâm máy (tâm chi tiết) đến trục của thân máy. Sau khi xác định được các lực tác dụng lên thân máy, ta vẽ được các biểu đồ mô men uốn (MU) trong các mặt phẳng thẳng đứng, nằm ngang và biểu đồ mô men
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn xoắn (Mx). Các biểu đồ này cần thiết cho việc tính toán biến dạng của thân máy và các bộ phận khác.
3. Tính biến dạng của thân máy.
Việc tính toán biến dạng của thân máy dưới tác dụng của tải trọng là một bài toán phức tạp. Việc tính toán này phụ thuộc nhiều vào tiết diện ngang của thân máy là prôfin kín hay prôfin hở.
a. Tính toán biến dạng của thân máy có tiết diện ngang là prôfin kín.
Khi tiết diện ngang của thân máy là prôfin kín thì việc tính biến dạng uốn và xoắn theo những phương pháp thông thường trong sức bền vật liệu. Ảnh hưởng của các gân ngang và khoang trống trong thân máy có tiết diện ngang là prôfin kín đến các biến dạng uốn và xoắn không lớn lắm và có thể bỏ qua.
Trong trường hợp tiết diện ngang của thân máy thay đổi theo chiều dài thì có thể xác định tiết diện tính toán là tiết diện tại 1/3 chiều dài kể từ phía có tiết diện lớn nhất.
Nếu trên các thành máy có các cửa sổ dùng để lắp đặt các cơ cấu khác hoặc các trang bị điện thì sẽ làm giảm độ ckứng vững của thân máy. Cửa sổ đặt trên mặt phẳng thẳng góc với phương của lực tác dụng gây ra uốn và càng xa trục trung hòa của tiết diện tính toán thì càng làm giảm độ cứng vững của thân máy, có thể hạ thập độ cứng vững từ 2 đến 10 tấn.
Tính biến dạng xoắn có thể áp dụng công thức tính cho prôfin thành mỏng:
∑ = i i t x l GF l M δ ϕ . 4 . 2 Trong đó: φ là góc xoắn (rad)
G là mô đun đàn hồi trượt (Пa) lt là chiều dài tính toán (m)
F là diện tích giới hạn bởi các thành vách tính từ đường trung bình (m3)
Mx là mô men xoắn (N.m)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn δi Là chiều dày thành của phần thứ i (m)
Nếu chiều dày của tất cả các thành như nhau thì ta có:
∑ = δ δ C l i i
Trong đó: C là chu vi của prôfin mặt cắt theo đường trung bình:
δ ϕ 2 4 . . GF l C Mx t =
b. Tính toán biến dạng của thân máy có tiết diện ngang là prôfin không kín (hở).
Khi mặt cắt ngang của thân máy là prôfin không kín, trong quá trình tính toán biến dạng của thâm máy ta cần phải kể đến sự ảnh hưởng của các gân ngang nối các thành vách dọc của thân máy.
Theo kết quả của nghiên cứu thực nghiệm thì các sườn ngang này ảnh hưởng không lớn lắm khi thân máy bị uốn trong mặt phẳng thẳng đứng. Vì vậy khi tính biến dạng có thể lấy mô men quán tính Jy đối với trục trung hòa Y - Y. Do vậy: để tăng độ cứng vững cho thân máy ở trong mặt phẳng thẳng đứng ta cần làm thêm các thành bên trong (thành kép). Xét t 1 – Z1 z – Z. Nh . Jt = Ku.Jz : : Ku = 0,1-0,2 П: Ku = 0,,3-0,45
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn : Ku = 0,4-0,5 . : - : Kx = 0,1 – 0,2 - П: Kx = 0,15 – 0,3 - : Kx = 0,2 – 0,4 . , : tb t L L=ε. . ∆
Ở đây: L là chiều dài thân máy (m) Ε là hệ số biến dạng dài (1/oC) ttb là nhiệtđộ trung bình (oC) L như sau: H t L X 8 2∆ = ε H t L∆ = ε ϕ
Ởđây: Δt là sự chênh lệch nhiệtđộ giữa bề mặt trên và dưới của thân máy (oC) H là chiều cao thân máy (m)
.
.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn . δ1 . (ngang) δ2= Δd2/2 = fu.ng δ3 = φ.c . . δ2 δ3 : fo = fu.ng + φ.c
, nó không được vượt quá 5-10% biến dạng của dụng cụ cắt.
Đối với các máy tiện kích thước trung bình thì biến dạng tổng cộng của thân máy thu gọn về dao nằm trong giới hạn: fo = (0,04-0,07)mm. trị số biến dạng fo tỷ lệ với thành phần lực cắt hướng kính Py theo công thức:
f o = kPy/E
Hệ số thực nghiệm k được xác định theo từng máy:
Máy 1A62 - hệ số k = 105;Máy 1K62 - hệ số k = 84; Máy 16K20 - hệ số k = 63. Các thân máy tiện có chiều rộng B bằng chiều cao H, máy ngắn, sườn chéo, prôfin mặt cắt ngang kín sẽ cho độ cứng vững cao.
Trong quá trình tính toán thân máy cũng có thể tính một cách đơn giản hóa bằng cách xác định ứng suất lớn nhất phát sinh trong thân máy không được vượt quá 10 - 20Mпa. Trị số thấp của ứng suất cho phép xác định điều kiện bảo toàn độ chính xác chiều dài và qua đó gián tiếp tính độ cứng.
3.1.2. Mô hình hình học với Mechanical Destop
* Sơđồ hoá tính toán Thân máy tiện theo dạng dầm khi sử dụng phần mềm Mechanical Destop 6.0 để kiểm tra biến dạng .
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Vì trong phần mềm Mechanical Destop 6.0 chỉ tồn tại các thư viện mặt cắt ngang:
Nhận thấy khi kiểm tra độ bền của chi tiết máy hay bộ phân máy thông qua phần mền Mechanical Destop 6.0, chỉ kiểm tra đối với các mặt cắt ngang có tiết diện được coi là không thay đổi. Vì vậy khi kiểm tra theo phần mềm này biên dạng hình học củađối tượng không được sát với mô hình thực tế.