II. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY BÀO VIA
2.5 Tớnh lực cắt
Lực tỏc dụng lờn mặt trước của dao thực hiện quỏ trỡnh tạo phoi và phụ thuộc vào tớnh chất của vật liệu gia cụng, kớch thước lớp cắt, hỡnh dạng hỡnh học của lưỡi cắt, điều kiện gia cụng. Cũn lực tỏc dụng lờn mặt sau của dao khụng tham gia quỏ trỡnh tạo phoi, tuy độ lớn của nú nhỏ
nhưng ảnh hưởng lớn đến rung động và độ mũn của dao.
Lực tỏc dụng lờn mặt sau phụ thuộc vào tớnh chất của vật liệu gia cụng, gúc sau của dao, hệ số ma sỏt giữa mặt sau của dao với bề mặt gia cụng. Ta cú cụng thức tớnh lực cắt : Pz = τco ( ) (φ ψ γ) φ γ ψ − + − cos . sin cos . .b a Trong đú :
τco : ứng suất tiếp của vật liệu gia cụng trờn mặt trượt khi cắt, với vật liệu PVC ta cú τco = 20(N/mm2).
φ : gúc trượt ψ : gúc ma sỏt
Ta cú φ + ψ + γ = C thường thay đổi trong phạm vi hẹp cú thể lấy gần đỳng C = 450 . Để cắt vật liờu PVC ta chọn: γ = 200; φ = 450 ψ = 200 a = 2mm b = 2mm ⇒ Pz = 20. 45 cos . 45 sin 0 cos . 2 . 2 = 160 (N)
Nhưng phải gia cụng đồng thời cả hai mặt của chi tiết cho nờn lực cắt tối đa là :
Pmax = 2.Pz = 320 (N)
Nguyờn lớ làm việc của hệ thống truyền động khớ nộn như sau:
Khi chưa đúng cụng tắc khởi động KĐ, xylanh chưa làm việc piston dừng ở vị trớ như trờn hỡnh vẽ. Khi đúng KĐ nguồn khớ nộn cú ỏp suất cao được dẫn tới van VP, đồng thời cỏc tớn hiệu điốu khiển đi qua K1 (đang bịđố) tời ngăn bờn trỏi của VP tạo tớn hiệu f1 ,van VP làm việc khớ nộn được dẫn qua van tới khoang trỏi của xylanh khoang đối diện của xylanh qua VP ra ngoài khớ quyển. Piston sẽ chuyển động sang bờn phải cho đến cuối hành trỡnh, đầu tỡ trờn cần piston sẽđố lờn K2.Cụng tắc K2 làm việc và suất hiện tớn hiệu khớ nộn đi qua K2 tới ngăn phải của van phõn phối (tớn hiệu lỳc này f1 do cụng tắc K1 đang bị ngắt ,ngăn f2 trỏi của van phõn phối nối qua K1 với khớ quyển ).Bởi vậy van phõn phối làm việc đảo chiều cho dũng khớ vào xilanh khớ nguồn được nối qua VP tới khoang phải của xylanh cũn khoang trỏi của xilanh được xả qua VP ra ngoài khớ quyển .Piston sẽ chuyển động ngược lại từ phải qua trỏi đến, cuối hành trỡnh để dừng chuyển động của piston ta ngắt cụng tắc khởi
đõy do khụng yờu cầu tỡnh tự động hoàn toàn cho nờn ta cần phải được
đơn giản hoỏ trong thiết kế chế tạo và giảm chi phớ vậy ta cắt bỏ cụng tắc hành trỡnh mà chỉ cần dựng van điều khiển 2/4 để điều khiển cho nú cú thể chuyển động khứ hồi là thoả món được yờu cầu cụng việc.
Khớ nộn cú ỏp suất qua bộ điều chỉnh ỏp lực 2 nhằm đảm bảo ỏp lực khớ nộn cần thiết qua van một chiều 3 để khớ nộn khụng cú khả năng
đi ngược lại ,nhằm đảm bảo an toàn khi khớ nộn bị tụt ỏp đột ngột ,saqu
đú qua van phõn phối 4 để đưa khớ nộn vào xilanh 7 của cơ cấu chấp hành để cơ cấu này sinh ra lực tỏc dụng vào cơ cấu kẹp sau khi đó qua van điều chỉnh dũng khớ nộn 5 và được kiểm tra lại ỏp lực dũng khớ sử
dụng bằng đồng hồ đo ỏp lực 6 và đảo cần gạt 4 thỡ dũng khớ vào bờn dưới piston 7 và làm xilanh di chuyển ngược lại.
Khớ nộn được dẫn từ mỏy nộn của trạm sản xuất, khớ nộn đi qua bỡnh lọc nước 1, qua van điều chỉnh ỏp lực 2, bỡnh phun dầu 3 tại đõy phun vào dũng khớ nộn những hạt dầu nhỏ bộ để bụi trơn cỏc cơ cấu cơ
khớ. Dũng khớ được dẫn qua van một chiều 4, vào van điều khiển 5. Van một chiều chỉ cho phộp dũng khớ đi theo một chiều và khụng thểđi theo hớng ngược lại để đảm bảo cho cơ cấu chấp hành khụng bị tụt ỏp những khi mất nguồn cấp khớ nộn. Để đảm bảo độ an toàn cho hệ thống ta đặt vào van giảm ỏp 7, dũng khớ cú thể được kiểm tra ỏp lực bằng đồng hồ
do ỏp trước khi vào Piston – xylanh.
Khi làm việc với hệ thống khớ nộn, ta biết rằng thời gian gõy tỏc
động của khớ lờn cơ cấu chấp hành là rất nhanh. Trong yờu cầu làm việc thỡ đầu dao ta cần cú một chuyển động đều là rất quan trọng, cho nờn khi khớ nộn tỏc động vào đầu dao tạo lực cắt ta phải cú thiết bị giảm chấn 9
để quỏ trỡnh cắt được ờm, đồng thời làm cho hệ thống dừng nhẹ nhàng vào cuối hành trỡnh. Việc nghiờn cứu tớnh toỏn cỏc thiết bị cho quỏ trỡnh hóm này là rất cần thiết.
Một trong những phương phỏp giảm chấn đơn giản là tạo một
đệm khớ đối ỏp ở cuối hành trỡnh bằng cỏch làm giảm đột ngột tiết diện
đường xả. Để thực hiện được điều này, ta cú thể sử dụng bằng nhiều biện phỏp. Cú thể sử dụng thiết bị hóm ngoài (van hóm) hoặc thiết bị hóm trong (bố trớ ngay bờn trong xylanh).
45
Van hóm ngoài thường cú kết cấu gồm một tiết lưu mắc song song với một van một chiều (bộđiều tốc) và một van hành trỡnh kiểu 2/2 thường mở. Khi tớnh toỏn thiết kế bộ hóm ta quan trọng chỳ ý tới hai thụng số chớnh: Chiều dài quóng đường hóm Sh và tiết diện kờnh tiết lưu của van hóm th. Nhỡn chung cỏc thiết bị hóm trong và hóm ngoài cú nguyờn lý làm việc giống nhau, ở đõy vai trũ của van hóm cuối hành trỡnh được thực hiện bởi piston, khi đến cuối hành trỡnh nú sẽ bịt đường xả chớnh và khớ nộn chỉ cú thể đi qua van tiết lưu trong để ra ngoài khớ quyển. Trong trường hơp này việc điều chỉnh quóng đường hóm hầu như
khụng thực hiện được và độ lớn của nú phụ thuộc vào kết cấu của từng xylanh.
Ngoài hai cỏch chớnh ở trờn ta cú thể sử dụng phương phỏp bố trớ cỏc kờnh xả bằng cú tiết diện khỏc nhau ngay trờn thành xylanh ở đoạn cuối hành trỡnh piston. Khi piston đi đến cuối hành trỡnh nú sẽ lần lượt bịt dần cỏc kờnh xả và nhờ đú vận tốc của piston giảm dần đến khi dừng hẳn
Trong tất cả cỏc trường hợp này, động năng của khối lượng chuyển động đều chuyển thành cụng khớ nộn được hỡnh thành trờn cơ sở
lượng khớ cú trong khoang xả tại thời điểm hóm. Với cỏc bộ truyền động khớ nộn cú khối lượng chuyển động lớn, làm việc với vận tốc lớn, quóng
đường hóm lớn làm cho việc tiết kiệm được ý nghĩa. Trong trường hợp này ta hoặc phải đặt vấn đề điều chỉnh vận tốc trờn toàn bộ hành trỡnh, hoặc phải tỡm cỏch giảm bớt tổng khối lượng chuyển động của hệ thống. 2.6 Tớnh toỏn lực kẹp Để đảm bảo kẹp được cứng vững thỡ lực kẹp phải vuụng gúc với lực cắt và mặt chuẩn chớnh. Ta cú sơ đồ lực kẹp : W W.f
W = K. 2 1 max f f P + .
Để quỏ trỡnh kẹp chặt khụng làm hỏng xõy sớt bề mặt của chi tiết (bởi vỡ chi tiết là PVC) ta phải gắn vào cỏc bề mặt của mỏ kẹp và bề mặt phiến tỳ (Phần tiếp xỳc với chi tiết) một lớp cao su mỏng đặc biệt. Qua
đú ta chọn hệ số ma sỏt cho chỳng là bằng nhau.
f1: hệ số ma sỏt giữa mỏ kẹp và chi tiết. Chọn f1 = 0,3
f2: Hệ số ma sỏt giữa mặt của chi tiết và phiến tỳ. Chọn f2 = 0,3. Việc tớnh toỏn lực kẹp chỉ cú tớnh tương đối trong điều kiện phụi ở
trạng thỏi cõn bằng tĩnh, dưới tỏc dụng của ngoại lực. Cỏc ngoại lực bao gồm lực kẹp, phản lực ở cỏc điểm tiếp xỳc, lực cắt, trọng lượng của chi tiết gia cụng.
Giỏ trị của lực kẹp lớn hay nhỏ tuỳ thuộc vào cỏc ngoại lực tỏc dụng kể trờn. Lực cắt và mụmen cắt được xỏc định cụ thể theo phương phỏp gia cụng.
Trong thực tế, lực cắt khụng khụng phải là một hằng số. Ngoài ra cũn cú nhiều yếu tố bờn ngoài tỏc động vào làm tăng tớnh khụng ổn định của lực cắt như bề mặt phụi cú lượng dư khụng đều, nguồn sinh lực tỏc dụng vào cơ cấu kẹp để sinh ra lực kẹp khụng ổn định, nguồn sinh lực cắt khụng ổn định.
Để tớnh toỏn đến cỏc yếu tố gõy nờn tớnh khụng ổn định, khi tớnh lực kẹp ta đưa thờm vào cỏc hệ số
K = k0.k1.k2.k3.k4k5.k6.
•k0 hệ số an toàn trong mọi trường hợp, chọn k0 = 1,5 •k hệ sốảnh hưởng đến lượng dư khụng đều, chọn k = 1
•k2 hệ số kểđến dao mũn làm tăng lực cắt, chọn k2 = 1 •k3 hệ số kểđến lực cắt khụng liờn tục, chọn k3 = 1
•k4 hệ số kể đến nguồn sinh lực kẹp khụng ổn định vỡ kẹp chặt bằng khớ nộn, chọn k4 = 1
•k5 hệ số kể đến mức độ thuận tiện của tay quay của cơ cấu kẹp, chọn k5 = 1
•k6 hệ số kể đến mụmen làm tăng khả năng lật phụi quanh điểm tựa, vỡ khi định vị trờn cỏc phiến tỳ, chọn k6 = 1,5 ⇒ K = 1,5.1.1.1.1.1,5 = 2,25 Vậy lực kẹp W = 2,25. 3 , 0 3 , 0 320 + = 1200(N). Ta cú sơđồ kẹp bằng khớ nộn như hỡnh vẽ sau:
Vậy nếu khớ nộn vào piston cú tỏc dụng đẩy cần đi xuống để kẹp chặt chi tiết thỡ : Q = η. D .P 4 . 2 π
Dựa vào kết cấu của cơ cấu kẹp ta chọn đường kớnh ống piston là φ35mm, đường kớnh của cần đẩy là φ15mm.
Ta cú vận tốc dũng khớ: v = 10 ữ 20(m/s)
Ta coi như ỏp suất tại mọi điểm trong hệ thống là như nhau và bằng ỏp suất sau khi ra khỏi van điều ỏp. Coi như hiệu suất đạt η = 100%
Q = D .P
4 . 2
π
Thay số vào ta được: 1200 = ( ) .P 4 5 , 3 2 π ⇒ P = 125(N/cm2) = 12,5(Kg/cm2)
Vậy ta điều chỉnh van điều ỏp sao cho ỏp suất của dũng khớ vào piston của cơ cấu kẹp là 13Kg/cm2.
2.7 Tớnh toỏn lực ma sỏt của cơ cấu đầu dao trượt trờn hai trục
Đầu dao được lắp chuyển động trờn cặp trục - bạc trượt, nhờ hệ
thống Piston-xylanh tạo chuyển động khứ hồi. Từ đõy ta phải xỏc định
được lực ma sỏt của cặp trục – bạc trờn. Đặc điểm ma sỏt của cặp ma sỏt này là dạng bụi trơn định kỳ do làm việc cú cường độ thấp và làm việc trong mụi trường bỡnh thường và vận tốc tương đối của chỳng khụng lớn của đầu dao khụng lớn.
Khi bụi trơn theo phương phỏp này, cỏc bề mặt lắp ghộp bị phõn cỏch bởi một lớp chất bụi trơn rất mỏng (cú chiều dày từ dữ1àm, với d là
đường kớnh của một phõn tử chất bụi trơn). Sự tồn tại của lớp chất bụi trơn này giảm đi rất nhiều ma sỏt so với ma sỏt bụi trơn liờn tục từ 2ữ10 lần, đồng thời cú thể tăng độ mũn bề mặt cặp ma sỏt đến hàng trăm lần. Tất cả cỏc loại dầu cú khả năng được hấp thụ trờn bề mặt kim loại. Trong
đú độ bền của màng phụ thuộc vào sự cú mặt của cỏc phần tử hoạt động, chất lượng và số lượng của chất bụi trơn. Mặc dự cỏc loại dầu khoỏng là hỗn hợp của H-C khụng hoạt động nhưng bao giờ cũng cú lẫn một lượng rất nhỏ axit hữu cơ, keo và một số chất hoạt tớnh bề mặt khỏc làm giảm tớnh chất của dầu. Nếu lớp dầu trong bề mặt ma sỏt tương đối dày thỡ sự
chuyển đổi từ cấu trỳc định hướng của dầu sang cấu trỳc khụng định hướng, được thực hiện theo cơ chế nhảy vọt.
Cơ chế ma sỏt trong bụi trơn định kỳ cú thể biểu diễn như sau : dưới tỏc dụng của tải trọng xẩy ra sự biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo trờn diện tớch tiếp xỳc, ở đõy là diện tớch của cỏc phần gần nhau nhất của bề mặt được phủ màng giới hạn của chất bụi trơn, cú thể cú chiều dày cho đến một lớp phõn tử chất bụi trơn. Trờn diện tớch tiếp xỳc cú xảy ra sự xõm nhập của cỏc bề mặt mà khụng phỏ huỷ màng bụi trơn. Lực cản chuyển động trượt là tổng của lực cản sự trượt của lớp giới hạn và lực cản (sự cầy xới) của bề mặt bằng cỏc thể tớch thõm nhập vào. Ngoài ra, trờn diện tớch tiếp xỳc chịu biến dạng dẻo lớn nhất và trờn cỏc điểm cú nhiệt độ cao, cú thể xẩy ra sự phỏ huỷ màng dầu, bỏm dớnh bề mặt hoặc cú cả sự xõm thực của kim loại. Điều này càng làm tăng thờm sức cản chuyển động.
Sơđồ sự trượt của vật rắn khi bụi trơn giới hạn
A - đoạn truyền tải trọng B- đoạn tiếp xỳc thực.
Nhờ cú độ linh động của cỏc phõn tử chất bụi trơn, sự hấp thụ xảy ra với tốc độ lớn trờn bề mặt ma sỏt, do đú màng dầu cú tớnh chất tự gắn liền khi bị rỏch cục bộ. Khả năng này đúng một vai trũ rất quan trọng trong việc ngăn cản quỏ trỡnh xõm thực dày đặc. Khi màng giới hạn khụng được phục hồi, dầu từ màng được hấp thụ trờn chi tiết bị mũn và bị đưa ra khỏi bề mặt ma sỏt. Từđú rất thuận lợi cho sự oxi hoỏ và mất tớnh định hướng cấu trỳc của màng dầu dẫn tới phỏ huỷ.
A A
B
Cỏc loại dầu cựng độ nhớt nhưng cú mỏc khỏc nhau sẽ cú tỏc dụng bụi trơn khỏc nhau. Để đỏnh giỏ dầu trong bụi trơn giới hạn, đú là sự
phức hợp cỏc tớnh chất đảm bảo bụi trơn cú hiệu quả. Độ bụi trơn được
đỏnh giỏ chủ yếu bằng hệ số ma sỏt. Hệ số ma sỏt càng nhỏ, độ bụi trơn càng cao.
Khi ma sỏt cú bụi trơn giới hạn, độ mũn của chi tiết mỏy khỏ lớn. Vỡ cú độ súng và độ nhấp nhụ bề mặt của chi tiết cho nờn diện tớch tiếp xỳc thực tương đối của chỳng là khỏ nhỏ. Áp lực tiếp xỳc cú giới hạn rất lớn và chiều dày màng dầu giới hạn rất mỏng khụng thể bảo vệ bề mặt chi tiết khỏi biến dạng dẻo, từđú dẫn đến mài mũn chi tiết. Đõy là nhược
điểm khụng thể khắc phục của bụi trơn giới hạn.
Cỏc chếđộ ma sỏt trong ổ trượt
Ta hóy xột cỏc điều kiện chuyển từ dạng ma sỏt này sang dạng khỏc khi cú chất bụi trơn lỏng. Nếu lượng dầu hạn chế nhưng đủ để tạo thành lớp hấp thụ rất mỏng (mụnụ) và màng giới hạn thỡ khi ma sỏt, thỡ lớp đầu tiờn trờn đỉnh nhấp nhụ sẽ mũn rất nhanh lỳc này ma sỏt trong bụi trơn giới hạn chuyển một phần thành ma sỏt khụng cú chất bụi trơn, thật ra nhờ cú đọ linh động trong cỏc phần tử hoạt động cú cực, lớp hấp thụ mỏng được phục hồi ngay sau đú. Nhưng để phục hồi pha giới hạn – do cú sự lưu thụng dầu từ chỗ lừm sẽ tốn nhiều thời gian. Sau khi phục hồi màng dầu giới hạn, điều kiện ma sỏt được cải thiện, dẫn tới sự dao
đụng của hệ số ma sỏt.
Kết quả sau một thời gian thỡ chất bụi trơn bị tiờu hao và phải
được bổ sung kịp thời. Nếu ngoài sự chi phớ cho việc tạo thành màng giới hạn, cũn cú thừa dầu, lượng dầu thừa này sẽ điền đầy vết lừm của nhấp nhụ bề mặt chi tiết và phục hồi màng giới hạn. Ma sỏt khi bụi trơn giới hạn trong trường hợp này sẽ bền vững. Khi lượng dầu tăng đủđể tạo ra hiệu ứng thuỷ động thỡ sẽ chuyển thành bụi trơn nửa ướt. Dạng bụi