4. Tính toán thiết kế hoàn thiện một số bộ phận làm việc của máy
4.2.2.2.Tính toán trục bàn quay và các mối ghép then
Việc tính toán thiết kế hoàn thiện máy đóng bầu mía đ−ợc tiến hành đồng thời với tất cả các bộ phận làm việc chính của máy trên cơ sở giữ nguyên
chế độ động học của bàn quay và năng suất của máy. Với cơ cấu Man truyền động cho bàn quay, dù có thay đổi kích th−ớc của cơ cấu thì cơ cấu mới cũng là đồng dạng với cơ cấu cũ, nên chế độ động học của bàn quay hoàn toàn không bị thay đổi. Mô men cản trên trục bàn quay và mô men quán tính sẽ chỉ thay đổi nếu mô men quán tính khối l−ợng của các chi tiết chuyển động theo cùng chạc Man thay đổi. Riêng tải trọng tác dụng lên chốt tay quay và rZnh chạc Man còn phụ thuộc cả kích th−ớc của cơ cấu Man. Kích th−ớc chạc Man và chiều dài tay quay càng lớn thì tải trọng trên rZnh chạc Man và chốt tay quay sẽ càng nhỏ.
Để đảm bảo độ bền, độ cứng trục bàn quay sẽ đ−ợc thiết kế lại. Các mối ghép then bằng ghép trục bàn quay với chạc Man và với bàn quay đ−ợc thay bằng mối ghép then hoa.
Khi thiết kế thay thế mối ghép then bằng bằng mối ghép then hoa, đZ tính đến tải trọng động do chuyển động quay không đều của chạc Man gây ra. Kích th−ớc chiều dài trục giữ nguyên, nh−ng chiều dài moay ơ của chạc Man và các kích th−ớc đ−ờng kính trục đ−ợc tăng lên. Mối ghép then giữa trục bàn quay và chạc Man có đ−ờng kính danh nghĩa 25 mm, then bằng 8x7x15 mm đ−ợc chuyển thành mối ghép then hoa 6 then với các đ−ờng kính trong 28 mm, đ−ờng kính ngoài 34 mm [4]. Kích th−ớc các đoạn trục lắp ổ lăn tăng từ 25 mm lên 35 mm. Các tính toán đ−ợc thực hiện theo các công thức t−ơng ứng trong các giáo trình Cơ sở thiết kế máy, không trình bày trong luận văn này. Trục bàn quay tr−ớc và sau thiết kế lại đ−ợc thể hiện trên hình 4.12. và trong phụ lục P.2.
Độ bền và độ cứng của trục bàn quay đ−ợc kiểm tra bằng ch−ơng trình ANSYS chạy trong môi tr−ờng Inventor.
Khi thiết kế lại trục bàn quay và các chi tiết của cụm họng cấp liệu, mô men quán tính khối l−ợng của phân bị dẫn của cơ cấu Man bị thay đổi nh−ng không đáng kể.
Hình 4.12. Trục bàn quay cũ (bên trái) và trục bàn quay thiết kế lại (bên phải)
Theo số liệu xuất ra từ ch−ơng trình Inventor với trục bàn quay đZ thiết kế lại (hình 4.13), ta có:
Jqđ=JY=I2= 5,241 kg.m2.
Hình 4.13. Mô men quán tính khối l−ợng đối với trục bàn quay sau khi thiết kế lại. Thay vào công thức (4.9), ta có giá trị của mô men cực đại tác dụng lên trục bàn quay:
Sử dụng giá trị này để tính toán kiểm tra sức bền và biến dạng của trục bàn quay, với hệ số tải trọng động lấy bằng 2.0, ta đ−ợc mô men tính toán
Mtt= 64,10 Nm.
Chọn thép làm trục là thép 45, thuộc loại thép có cơ tính cao. Kết quả chạy ANSYS trong môi tr−ờng Inventor cho kết quả nh− trên hình 4.14. Các kết quả chi tiết trình bày trong phần phụ lục (P.5).
Qua kết quả thu đ−ợc, thấy ứng suất t−ơng đ−ơng tại điểm nguy hiểm nhất trên trục nhỏ hơn nhiều so với ứng suất cho phép:
σmaxtđ = 50,35 N/mm2 < [σ]= 275,8 N/mm2
Biến dạng của trục cũng rất nhỏ. Trị số biến dạng dài của lớp vật liệu bề mặt trục tại mặt cắt nguy hiểm nhất là 0,018 mm t−ơng ứng với bán kính trục 17 mm.
Với mức độ biến dạng nh− vậy, độ lệch của họng cấp liệu so với vị trí thiết kế t−ơng ứng với bán kính 510 mm sẽ là 0,54 mm.
Kiểm tra độ bền của trục theo ứng suất tiếp cực đại trên mắt ngoài của trục bàn quay.
Gọi τx là ứng suất xoắn cực đại trên trục thì ứng suất này đạt đ−ợc tại những điểm nằm trên mặt ngoài của trục. Xem trục là một trục trơn, đ−ờng kính 28 mm, ứng suất xoắn cực đại trên trục đ−ợc xác định theo công thức [5]:
τx= Mx/(0,2 x d3)= 64100/(0,2 x 283)= 14,60 N/mm2. ứng suất tiếp cực đại cũng nhỏ hơn nhiều so với ứng suất cho phép. Nh− vậy, sau khi tính toán thiết kế lại trục bàn quay đZ đủ độ bền và độ cứng.
Table A2.2 "Steel, High Strength Low Alloy" Stress Limits
Name Type Value
Tensile Yield Strength Temperature-Independent 275.8 MPa
Tensile Ultimate Strength Temperature-Independent 448.0 MPa