Tính vít me
Vít me chính là đầu nhỏ của thanh truyền chịu tác dụng của các lực: + Lực quán tính của nhóm đầu trượt: Pqt
+ Lực ép để làm biến dạng và cắt vật liệu : Pc
Như ta đã tính ở phần động lực học thì lực tổng cộng tác dụng lên thanh truyền là : Ptt= 1004077,29 N
(Chính bằng lực danh nghĩa)
Ở đây ta phải tính toán ở thời điểm tải trọng tác dụng lên vít me là tối đa đối với góc quay: =300
Ta có công thức tính toán đường kính của ren d theo sức bền ren, áp lực tác dụng lên mặt ren: P= Ptt π.d.t.L.Z h = Ptt.h π.d.t.L.Z d = Ptt.h π.t.L.Z.P
Hình 5.6: Kết cấu thanh truyền
t: Chiều cao làm việc của ren: t =
h 2= 1 2=0,5 mm L: Chiều dài vít me : L = 200 mm Z: Số mối ren, chọn : t = 3 P: Áp lực cho phép ren : P = 4 N /mm2 II I L II I L d D P1
Vậy : d =
1004077,29
3,14.0,5.200.3.4=266 mm + Tính đường kính của khớp cầu:
σd= Ptt F ≤[σ]d σd= Ptt 4 2.π.R ≤[σ]d R≥√ 2 .Ptt 4 .π.[σ]d=√2. 10040774 .3,14 . 50,29=56,5 mm Chọn R = 60 mm D=2.R =2.60 = 120 mm 3.3.4 Tính sức bền tay biên
Tính thân tay biên thường được tính toán ở tiết diện nhỏ nhất, chỗ tiếp giáp thanh truyền với đầu nhỏ tiết diện trung bình và tiết diện tính toán
Tiết diện nhỏ chịu nén và uốn dọc cũng do các lực trên
Tiết diện tính toán chịu nén và uốn dọc cũng do các lực trên, lực quán tính chuyển động tịnh tiến, còn uốn ngang là do lực quán tính vận động lắc chuẩn thanh truyền
+ tại tiết diện (I-I).
Ứng suất nén : σn=
P1 Fmin .
Tiết diện nhỏ nhất của thanh truyền chính là tiết diện của vít me (Cho khớp nối)
F=π.d2 4 = 3,14 . 2662 4 =55543,46mm 2 σn= 1004077,29 55543,46 =18,1 N mm2
Ứng suất kéo do lực quán tính của đầu trượt và khối lượng đầu nhỏ thanh truyền (Vít me) được xác định theo biểu thức:
σk= Pid Fmin
Trong đó Pid = ( Mđt + Mđn) . R . 2 . (1 + ) Mđt : Khối lượng đầu trượt : Mđt = 292,5 kg
Mđn ; Khối lượng đầu nhỏ của thanh truyền ( Khối lượng vít me)
Mđn = π.d2 4 .200.7,85.10 −6 =3,14.2662 4 .200.7,85.10 −6 =87,2kg Piđ = (292,5 + 87,2) . 50 . (8,37)2 . (1 + 0,1) . 10-3 = 1463 kg = 14630 N Vậy σk=14630 55543,46=0,26
Kiểm nghiệm hệ số an toàn trên n ở tiết diện nhỏ nhất Với 2,5 ¿ n ¿ 5 (điều kiện bền)
Được tính theo công thức:
n =
2 .σ−1
(σn−σk)+Ψσ.(σn+σk)
Trong đó -1 : Là giới hạn mỏi. Đối với thép 45 : -1 = 260 N/mm2
: hệ số ảnh hưởng đến trị số ứng suất trung bình = 0,1 ( Đối với thép các bon trung bình)
nσ= 2.260
(100−0,99)+0,1 .(100+0,99)=4,76
(Thỏa điều kiện) + Tại tiết diện (II - II)
Tại tiết diện trung bình thân thanh truyền chịu ứng suất kéo, nén, uốn dọc, ứng suất kéo do lực quán tính của khối lượng đầu trượt và thanh truyền ở phía dưới tiết diện trung bình gây ra
σk=Pjtb
Trong đó Pjtb = (Mđt + Mtb) . R . 2 . (1 + ) Mtb = (144+110).90 2 .125.7,8 .10 −6=11,14kg Mđt = 292,5 kg Pjtb = (292,5 + 11, 14) . 0,05. (5,44)2 . (1 + 0,1) . 10-3 = 4942 N Ftb = 144 . 90 = 12960 σk= 4942 12960=0,38 N/mm2 < [ ]k
Ứng suất nén và uốn dọc do tổng lực P và lực quán tính chuyển động tịnh tiến được xác định theo công thức:
σ= P∑¿ Ftb + σy.L0 m.π2.EJ P ∑¿= P ∑¿ Ftb [1+C L 02 m.i2]¿ ¿ ¿ Trong đó : P = 1000000 N
Ftb : Tiết diện trung bình của thanh truyền Ftb = 12960 mm2
C : hệ số đặc tính của vật liệu C = 2 . 104
Lo : Chiều dài biến dạng của thân thanh tryuền khi chịu uốn dọc L0 = 1, m = 1
m : Hệ số ảnh hưởng ngàm chịu lực của thanh truyền khi uốn dọc i : Bán kính quán tính của tiết diện.
Đối với trục x - x ié=√ Jx Ftb=√90 . 1443 12 .12960=41,57mm σx=1000000 12960 [1+2. 10−4. 1 41,572]=77,2N/mm2 σx¿ ¿
iy=√ jy Ftb=√144 . 903 12. 12960=26mm σy=1000000 12960 [1+2 . 10−4. 1 262]=77,2N/mm2 σy¿ ¿
Tính sức bền đầu to thanh truyền :
Do kết cấu có tiết diện phức tạp nên ta tính toán gần đúng
Tính đầu to thanh truyền theo phương pháp Kinaxotsvili với giả thiết + Đầu to xem như một khối nguyên, không xét đến mối ghép
+ Tiết diện của đầu to không đổi bằng tiết diện nắp
+ Khi lắp căng bạc lót đầu to thì bạc lót cùng đầu to và bị biến dạng như nhau. Do đó mômen tác dụng tỷ lệ với mômen quán tính của tiết diện, còn lực tác dụng tỷ lệ với diện tích tiết diện
+ Coi đầu to như một dầm cong tiết diện không đổi, ngắm một đầu của tiết diện ứng với góc = 400. Dầm ngàm một đầu đó có được do cắt bỏ một nửa của đầu to và thay thế sự ảnh hưởng của nó bằng giá trị mômen uốn MA và lực pháp tuyến NA tại tiết diện (A-A) dầm có bán kính cong bằng một nửa khoảng cách giữa hai đường tâm lỗ ghép bu lông thanh truyền
+ Lực phân bố trên dầm cong của đầu to theo qui luật đường cosinnuyt.
Hình 3.6: Sơ đồ phân tích lực 520 r = 150 R = 230 A = 40 = 40
Ta có : Ứng suất tổng trên nóc đầu to là σ ∑¿=Pd [W0tt,023.(1+C j b j d + 0,4 F b+Fd]≤¿¿ ¿
Trong đó : Pd : Lực phân bố trên dầm cong
Pd=4.P
π.C.cosβ=
4.1000000
3,14 .520 cos3,15=2446 (N)
C : Khoảng cách giữa hai đường tâm bu lông C = 520 mm Với Wu : Mômen chống uốn theo tiết diện A - A
b : Bề rộng thanh truyền b = 240 mm R : Bán kính thanh truyền R = 230 mm
r : Bán kính trong của thanh truyền r = 150 mm
Wtt=b.(R−r)2
6 =
240 .(230−150)2
6 =256000mm
3
Jb : Momen quán tính bạc lót tiết diện A -A Bạc lót có tiết diện cắt ngang là 240 x 15
Jb=240 .152
12 =4500mm
3
Jd : Mômen quán tính tại tiết diện A - A nắp thanh truyền
Jd=240 .(150−15)2 12 =128000mm 3 Fb + Fd = 240 (R - r) = 240 (230 - 150) = 19200 mm2 Vậy σ ∑¿=1541 [2560000,023 .520(1+4500 128000)+ 0,4 19200]=0,1 ¿ N/mm2
Vậy < [].
CHƯƠNG 4:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, HỆ THỐNG PHANH AN TOÀN, THANH TRUYỀN VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN
4.1 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN4.1.1 Tính ly hợp 4.1.1 Tính ly hợp
Qua sơ đồ động của máy ta thấy nếu các bộ phận truyền động của máy liên kết cùng với nhau thì máy chi có chế độ làm việc liên tục, không có chế độ dập nhát một. Mặt khác khó có thể dừng đầu trượt tức thời. Vì quán tính của bánh răng rất lớn. Do đó trong kết cấu của máy phải có một cơ cấu chỉ có liên kết giữa phần chủ động với phần bánh răng với đầu trượt ở thời gian làm việc, còn lại là bánh răng chạy không, quay tự do với trục khuỷu. Một cơ cấu như vậy gọi là li hợp.
A.Kết cấu li hợp và nguyên tắc làm việc:
a)Kết cấu:
Ở máy dập 100 tấn ta chọn cơ cấu li hợp kiểu xoay cấu tạo như hình vẽ.
b)Nguyên tắc làm việc
Trên phần cuối của trục khuỷu, tại chỗ lắp bánh răng ( hay bánh đà). Người ta chế tạo 2 rãnh bán nguyệt dọc theo tâm trục. Trên 2 rãnh đó lắp 2 then có tiết diện làm việc là hình bán nguyệt, then (1) là then chủ động, then( 2) là then bị động.
Hai then này khi không hoạt động thì phần bán nguyệt của then năm lọt hoàn toàn trong rãnh của trục khuỷu và lúc này bánh răng ( hay bánh đà) quay tự do với trục khuỷu trên 2 bạc đồng (3) và (4)
Trong lỗ của bánh răng (5) ép một bạc đỡ (6) có 4 rãnh hình bán nguyệt, kích thước rãnh tương tự như hai rãnh trên trục khuỷu
Ở một phía đầu, cuối của 2 then xoay, lắp với hai cam (7) và (8) có lổ để bắt lò xo (9). Đầu cuối của lò xo được giữ chặt bằng chốt (10) bắt cố định với bạc (11)
Nhờ lực căng của lò xo, nên hai then luôn luôn có xu hướng quay lọt vào trong rãnh của trục khuỷu ở trạng thái không làm việc
Một đầu kia của then chủ động (1) có lắp một ngàm (12) giữ cho then không xoay. Ngàm này được liên hệ với một hệ thống điều khiển bằng nam châm điện. Đồng thời cam (7) giữ cho cam (8) của then bị động không thể tự quay được
Khi ấn nút cho điện vào nam châm, để cho ly hợp vào khớp máy làm việc, ngàm (12) rời khỏi vị trí giữ then chủ động
Then xoay lập tưc bị xoay đi vào khớp với rãnh của bánh răng. Trục khuỷu mang biên và đầu trượt chuyển động. Then xoay (2) gọi là bị động vì chỉ là phụ, ngoài ra làm nhiệm vụ khi cần quay bánh đà bằng tay để trục khuỷu quay ngược chiều lúc gá lắp và kiểm tra hiệu chỉnh chày, cối
Nắp (13) giữ cho toàn bộ then xoay không dịch chuyển dọc theo tâm trục, cam 14 dùng để ra khớp sau một vòng quay
4.1.2 Tính then xoay
Then này dùng để truyền momen xoắn từ động cơ đến trục khuỷu trong quá trình làm việc. Nên ta cần phải tính sức bền then
Chọn vật liệu làm then là thép 40XH. Nhiệt luyện đạt độ cứng tương ứng 45HRC để đảm bảo điều kiện bền và dập trong khi làm việc
Trong quá trình làm việc then chịu ứng suất cắt và ứng suất dập ở mặt ngoài then +Điều kiện cắt: ℑc= MX1 R.b.l≤[ℑc] => b≥ MX1 R.l[ℑc]
với [ℑc]=54N/mm2 (ứng suất cắt cho phép ở tải trọng va đập)
R=60mm L=275mm
Momem xoắn cần thiết vì làm việc 2 then nên
MX1=0,75MX=0,75. 1730664=1297998
=>b≥1297998
60.275 .54=1,46mm
Chọn b=25mm
Đường kính then D=48mm
Kiểm tra điều kiện bền dập của thép:
δd= 2MX R πD 2 l = 2 .1297998 603,14 . 48 2 .275 =2,1N/mm2
Kiểm tra δd=1,48<[δd]=30N/mm2 thoả mãn đk dập
Các chi tiết chính của bộ phận điều khiển gồm có:
Giá đỡ 24 lắp chặt với thân máy bằng 4 vít đầu hình trục lỗ lục giác đều, trục lắp vào lỗ ngang của giá đỡ 24 đầu trục trái lắp cam 15 bằng chốt. Vị trí từ trên máy đến mặt đầu cam được xác định bởi lò xo nén 18, lò xo này đẩy bánh răng 17 cố định bên trục bằng then dẹt sát với gờ trục đã tính toán phía sau giá đỡ lắp thanh răng 19 và cần gạt 14, thanh răng ăn khớp với bánh răng 17 và phần vát của cần gạt. Đầu dưới của cả hai chi tiết này đều có lỗ cắm lõi lò xo thẳng đứng 22 và lỗ ngang của đòn chốt 20 và 21 nhờ lực đẩy của hai lò xo 22 thông qua lõi lò xo 12 mà vị trí thanh răng cần gạt được xác định. Hệ thống dây chuyền điều khiển thanh răng hoặc cần gạt được thông qua cơ cấu đòn bẩy của nam châm điện.
Có hai trường hợp điều khiển :
26 14 15 16 17 18 19 22 20 21 23 24 25
Dây điều khiển thông qua đòn bẩy (23) móc với chốt (21) trên cần gạt. Muốn thực hiện quá trình dập nhát một ta ấn nút cho điện vào nam châm điện của hệ thống điều khiển (đã trình bày ở trên) được kéo xuống phía dưới và qua chốt (21) cần gạt (14) cũng được kéo xuống thanh răng cũng được kéo xuống nhờ phần gờ vát của cầu gạt móc thanh răng. Khi thanh răng di trượt thì bánh răng quay và trục (16) mang cam (15) cũng quay theo làm cho cam rời khỏi vị trí tiếp xúc với ngàm tiếp hợp, lúc đó nhờ
hai lò xo (9) ở hai đầu bên phải của trục chính kéo tay gạt ly hợp làm việc, trục chính quay theo bánh răng lớn, đầu trượt sẽ dập được một nhát khi trục chính quay được một vòng. Nhờ cam đẩy bắt trên bạc chặn đẩy cầu gạt (14) làm cho gờ móc thanh răng (19) bật ra và lực đẩy của lò xo (22) đẩy thanh răng lên, bánh răng (17) quay ngược lại trở về trạng thái đứng yên mặc dù ta vẫn tiếp tục ấn nút. Muốn cho trục chính quay vòng tiếp theo (nghĩa là dập nhát tiếp theo) sau khi ấn nút dập xong một nhát thì ta không ấn. Để thực hiện hành trình tiếp theo, nam châm điện cần ngắt mạch.khi đó dưới tác dung của lò xo (22) cần gạt (14) được nâng lên. Sau đó công nhân cần nhả nút ấn và lại ấn nút. Chế độ làm việc từng nhát.
b)Điều khiển liên tục
Ta chỉ cần thay đổi vị trí dây điều khiển (23) cho móc trực tiếp với thanh răng bằng chốt (20. Lúc đó khi ta ấn nút thì thanh răng trượt xuống, nên ta giữ nút ở vị trí này liên tục thì thanh răng sẽ không trượt lên được như trường hợp trên , có nghĩa là sau khi bánh răng (17) quay theo chiều thanh răng đi xuống thì nó giữ nguyên vị trí ấy làm cho hai cam sau khi đã quay cũng được giữ ở vị trí như bánh răng. Then làm việc được kết liên tục ta có quá trình đột dập liên tục.
c) Tính sức bền cho hệ thống điều khiển
Trong hệ thống điều khiển chi tiết thường hư hỏng nhất là then. Dạng hỏng của then thường xảy ra là
Dập các mặt bên Then bị cắt
Giả thiết ứng suất phân bố đều trên then, nên dập bề mặt thường xảy ra. Do đó ta tính then theo điều kiện đảm bảo về sức bền dập và kiểm tra lại theo điều kiện bền cắt.
Để đảm bảo điều kiện về sự bền dập thì
δd≤[δ]d
mà
δd=2MX dlh
Trong đó: d :đường kính ngõng trục lắp l : chiều dài then
M : Momem xoắn trục II h : chiều cao then
Trong then quay thì h=ddt : đường kính tiết diện then với đường kính ngõng
trục lắp then là:
ϕ=120mm
dth=48mm
MX=1730664Nmm
Đối với thép [δ]d=30N/mm2 công thức [7-20] theo trang 142,[2] Then chịu va đập và di động. Do đó ta có: l≥ 2MX dh 2[δ]d =2 .1730664 120 .48 2 .30 =40,1mm
Nhưng đây là loại then xoay dạng đặc biệt do vậy chiều dài then phải đảm bảo tương đương với bề mặt bánh răng thì nó có thể cắt hoặc truyền momen chuyển động khi xoay. Do vậy chọn khoảng chiều dài làm việc 275mm
Kiểm tra điều kiện bền cắt Ι
ℑc=
2MX
d.b.l≤[ℑ0]c
Công thức [7-21] theo trang 142,[2]
Có [ℑ0]c=54N/mm2 ] Chọn b=25mm then xoay Nên ℑc= 2MX d.b.l= 2 .1730664 120. 25 . 275=4,2N/mm 2
ℑc<[ℑ0]c Vậy đảm bảo điều kiện cắt
4.2.1 Tác dụng của phanh
Nếu máy không có cơ cấu hãm thì sau khi ly hợp ra khớp trục khuỷu vẫn tiếp tục quay theo quán tính hoặc khi đầu trượt đã dừng ở vị trí bất kỳ, lại có thể tiếp tục rơi theo trọng lượng. Do đó tất cả các máy ép cơ khí nói chung hay máy ép trục khuỷu nói riêng đều có cơ cấu hãm.
Công dụng của nó là giữ cho đầu trượt dừng lại ở vị trí điểm chết trên sau khi ly hợp đã ra khớp. Do đó máy thiết kế là ly hợp then xoay nên ta chọn cơ cấu phanh bằng đai. 4.2.2 Kết cấu phanh Ø 6 7 5 3 4 1
Hình 4.2: Kết cấu phanh
1. Chốt cố định 2. Bạc 3. Lò xo 4. Dây đai 5. Đai ma sát 6. Pu li 7. Bánh đà
4.2.3 Nguyên tắc hoạt động
Bộ phận này được lắp phía bên trái của đầu trục chính puly phanh (7) được lắp bằng then trên trục chính , đai ma sát (má phanh) tán vào đai hãm(4). Một đầu đai hãm được nối với bản lề, một đầu nối với gugiông (4), bản lề (1) xoay được trên trục, ống bạc (lõi lò xo sau khi lắp lò xo nén được lồng qua rãnh giữa bản lề (1) và xiết chặt bằng đai ốc ở phía sau làm cho lò xo tích luỹ một lực đàn hồi: gugông (4) lại được lồng qua lỗ của ống bạc và cũng được xiết bằng đai ốc để kéo đai hãm và má phanh áp sát vào puly phanh được bố trí tương ứng với độ lệch tâm của trục chính nên lực kéo đai hãm đạt giá trị lớn nhất khi con trượt ở vị trí trên cùng (vị trí điểm chết trên). Lực kéo này sinh ra do phần lực đàn hồi của lò xo được tích luỹ (ta có thể chỉnh được) và