Trong đĩ:
Flkb là lực kéo nhánh bị dẫn. Flkd là lực kéo nhánh dẫn.
Fwlkd là lực động học nhánh dẫn. Fs là lực kéo dây đai.
Fv là lực căng ban đầu
3.3. Bộ truyền vít me bi- đai ốc
3.3.1. Giới thiệu
Truyền động vít me bi – đai ốc là loại truyền động biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến và ngược lại, thường dùng nhất là biến chuyển động quay của trục vitme thành chuyển động tịnh tiến của đai ốc. Loại truyền động này khác với truyền động vít đai ốc ở chỗ cĩ thêm các con lăn là các bi cầu.
0 20 40 60 80 100 120 140 11.6 20 30 40 60 80 100 Fs Fv Flkb Flkd Fwlkd
Hình 3.10.Bộ truyền vít me bi – đai ốc[60]
3.3.2. Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính tốn
Trong truyền động vitme –bi, khi làm việc thường gặp một số dạng hỏng sau: - Biến dạng dư bề mặt làm việc: Do chịu tải trọng va đập hoặc tải trọng tĩnh quá lớn.
- Trĩc vì mỏi bề mặt làm việc: Do chịu ứng suất tiếp xúc thay đổi, khi số chu kỳ thay đổi ứng suất đạt tới giá trị đủ lớn, trên bề mặt tiếp xúc (của bi hoặc rãnh lăn trên trục vít và đai ốc) sinh ra những vết nứt rồi phát triển thành trĩc.
- Mịn rãnh vít và bi: Xảy ra nhiều khi bề mặt làm việc khơng được bơi trơn và khơng được giữ sạch.
- Vỡ con lăn (là các viên bi): Xảy ra khi bị quá tải do va đập, chấn động. - Trục vitme bị mất ổn định: Xảy ra đối với các trục vít dài, dẫn đến trục vít me bị uốn làm ảnh hưởng xấu đến sự tiếp xúc của bi và các rãnh lăn.
- Biến dạng xoắn hoặc kéo/nén khi chịu tải lớn.
Với các dạng hỏng như trên thì để bộ truyền động vitme bi-đai ốc được thiết kế đảm bảo độ bền, ổn định và tuổi thọ cần tính tốn về:
- Tính theo khả năng tải động: Nhằm ngăn ngừa các dạng hỏng bề mặt như trĩc và mịn.
- Độ ổn định: Đề phịng trục mất ổn định gây uốn trục vitme.
Chương 4. TÍNH TỐN KẾT CẤU MÁY 4.1. Tính tốn hệ thống kẹp 4.1. Tính tốn hệ thống kẹp
4.1.1. Giới thiệu
Ngày nay, quá trình ép phun đã được sử dụng rộng rãi để sản xuất hàng loạt các sản phẩm cĩ cấu trúc hình học phức tạp với độ chính xác kích thước cao. Chất lượng bộ phận đúc phần lớn phụ thuộc vào độ chính xác của máy ép phun và các thơng số gia cơng. Hệ thống kẹp khuơn là một trong những hệ thống quan trọng nhất ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác về kích thước và chất lượng của sản phẩm được đúc. Bộ phận kẹp được sử dụng để giữ cho khuơn đĩng lại chống lại các lực phát triển khi áp suất phun đẩy nhựa nĩng chảy vào trong khoang. Đã cĩ nhiều nghiên cứu về cơ chế kẹp khuơn, khuơn chín liên kết được ứng dụng rộng rãi trong ngành cơng nghiệp trong nhiều năm [13]. Đối với phương pháp thực nghiệm, đã cĩ nhiều nghiên cứu được trình bày trong các tài liệu. Ví dụ, Rao [14], Huang và các cộng sự [15, 16] đã sử dụng các cảm biến dựa trên máy đo biến dạng để đo độ giãn dài của trục dẫn hướng và để ước tính thêm lực kẹp. Chang và cộng sự đã nghiên cứu một thiết kế mới của hệ thống kẹp khơng cĩ thanh dẫn hướng cho máy ép phun vi mơ [17]. Các đầu dị siêu âm được thiết lập trên các đầu của các thanh dẫn hướng, để đo lực kẹp dựa trên mơ hình được đề xuất liên hệ giữa thời gian truyền sĩng siêu âm với lực kẹp của cơ cấu cũng được thực hiện bởi Zhao [18]. Liên quan đến phân tích lý thuyết và giải pháp thực nghiệm, một nghiên cứu điển hình đã được thực hiện bởi Chang, để xem xét các phương trình sai số động học của các liên kết và dung sai trong cơ cấu kẹp khuơn [19]. Lin và các cộng sự đã tìm hiểu ảnh hưởng của ma sát tại các khớp chốt của cơ cấu kẹp trong quá trình hoạt động của cơ cấu kẹp thực [20]. Họ cũng cải tiến hệ thống kẹp để nâng cao hiệu suất của tỷ lệ hành trình và tiết kiệm lực đẩy cũng như thiết kế một khơng gian hợp lý cho bộ phận đẩy [21, 22]. Trong cơng việc khác, đã cĩ những cách tiếp cận khác nhau được trình bày dựa trên phân tích lý thuyết và mơ phỏng. Zhang và các cộng sự đã phân tích hiệu suất của cơ cấu kẹp khuơn trong máy ép phun bằng cách đánh giá cấu trúc vi mơ, ứng suất, hành trình, tỷ lệ tốc độ và tỷ lệ lực khuếch đại. Sau đĩ, cơ cấu kẹp được thiết kế với cấu trúc vi mơ được nghiên cứu bằng phân tích lý thuyết và mơ phỏng [23]. Kỹ thuật số của thuật tốn di truyền (GA) để tối ưu hĩa các thơng số thiết kế chính của cơ chế kẹp [24]. Fung và các cộng sự cũng đã nghiên cứu động học và độ nhạy của một cơ cấu được hình thành bởi hai cơ cấu trục trượt-tay quay [25]. Bên cạnh đĩ, X.Li và cộng sự [26] đã sử dụng MATLAB để cĩ được các thơng số tối ưu hĩa của cơ cấu kẹp như tỷ số hành trình, tỷ số vận tốc và tỷ số lực khuếch đại của máy ép phun vi mơ. Hơn nữa, Jiao và các cộng sự đã nghiên cứu đặc tính kẹp của các loại bộ kẹp khác nhau nhờ phương pháp phần tử hữu hạn trong ứng dụng ABAQUS và thực
nghiệm nhằm khảo sát tính đồng nhất của bộ kẹp và đánh giá độ chính xác lặp lại lực kẹp [27].
Trong các cơng trình trước đĩ, hầu hết các phương pháp tiếp cận được giới hạn trong phân tích lý thuyết hoặc / và khảo sát thực nghiệm về thiết kế cơ cấu kẹp. Cĩ thể thấy rằng cơ chế chín liên kết nên được mơ tả bằng mơ hình động lực học nhiều khâu để phân tích chặt chẽ trước khi chế tạo máy ép phun thực để giảm chi phí sản xuất. Ngồi ra, theo tìm hiểu, người ta khơng thể tìm thấy một hướng dẫn đầy đủ nào trong tài liệu để giúp thiết kế nhanh chĩng cơ cấu kẹp cho một loạt các lực trong máy đúc ép phun chính xác. Về vấn đề này, mục tiêu của cơng việc này là thiết kế cơ cấu kẹp chuyển đổi kép năm điểm của máy ép phun vi mơ bằng cách phân tích số động lực học nhiều cơ cấu, tối ưu và xác minh lý thuyết. Phương pháp mơ phỏng động lực học nhiều cơ cấu đã được áp dụng để thiết kế nhanh chĩng và dễ dàng cơ cấu kẹp của máy ép phun vi mơ. Bên cạnh đĩ, mơ phỏng động lực học nhiều cơ cấu cĩ thể giúp nhà thiết kế kiểm tra chuyển động của cơ cấu trực quan hơn. Nhờ kết quả của phân tích này, chúng ta cĩ thể cĩ các đề xuất thiết kế hữu ích và hiểu biết sâu sắc hơn để thiết kế hệ thống kẹp trong máy đúc ép phun.
4.1.2. Tổng quan về cơ cấu
4.1.2.1 Mơ tả vấn đề
Bộ phận kẹp đĩng một chức năng quan trọng trong việc đĩng, mở và giữ khuơn trong quá trình ép phun. Đáng chú ý, nĩ cũng cho phép ngăn nhựa nĩng chảy đi ra khỏi các khoang trong quá trình đúc ép phun. Cơ cấu kẹp phải tạo ra một lực đủ lớn, lên tới xấp xỉ hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn tấn để giữ khuơn đĩng lại. Nĩi chung, cơ cấu đĩng, mở thể hiện những ưu điểm của hiệu quả chuyển động và tiết kiệm năng lượng, do đĩ nĩ thường được sử dụng làm cơ cấu kẹp cho máy đúc ép phun [24]. Cơ cấu kẹp khuơn kép đĩng mở năm điểm được sử dụng rộng rãi nhất cho máy ép phun cĩ lực kẹp từ 50 đến 500 tấn do hệ thống vận tốc động học lý tưởng và các tính năng cơ học [16]. Trong những năm gần đây, máy ép phun cĩ cơ chế kẹp này với lực lên đến 5000 tấn đã được phát triển liên tục. Về vấn đề này, nghiên cứu này đã chọn cơ cấu kẹp khuơn kép đĩng mở năm điểm cho thiết kế hiện tại.
Một cơ chế kẹp chuyển đổi kép năm điểm được áp dụng để khai thác việc tạo ra lực kẹp đầu ra lớn với giá trị đầu vào nhỏ của lực trục khuỷu. Cĩ chín liên kết của cơ cấu kẹp như cố định tấm khuơn, hai liên kết ACD, hai liên kết BC, hai liên kết DE, liên kết trục khuỷu và tấm khuơn di động như trong hình 4.1.