Chơng II TíNH TOáN THIếT Kế TRụC CHíNH CủA MáY
II.3. Tính chọn ổ lăn cho trục chính
2. Dùng phần mềm SAP2000 để thử lại kết quả
• Tính theo phơng Z.
- Mô hình hoá trục chính trên SAP
I-I
I I
a - Dùng mô hình tính dầm tĩnh định để tính toán: (Beam)
đơn vị tính là: N, mm
136
Số nút cần tính toán là 3: Khoảng cách các nút đã đợc tính toán ở trên:
b. Nhập vật liệu cho bài toán Với mudun đàn hồi : 2100N/mm2
Trọng lợng riêng : 0.0000785 N/mm3 Hệ số dãn nở nhiệt : = 0
Hệ số Piston : = 0,3
Vào menu Define>Materials hộp thoại mMeterial
c. Nhập mặt cắt cho các đoạn trục của dầm trục chính.
Dầm trục chính đợc chia thành 5 đoạn trục với các tiết diện khác nhau. Trong phần mềm SAP2000 có thể nhập các đoạn trục với các tiết diện khác nhau (ở đây ta chọn mặt cắt các đoạn trục là rỗng), điều này khác hẳn với khi ta tính tay là tính cho đoạn trục đồng nhất.
Đoạn trục 1 giống đoạn trục 5: Dngoài = 75mm , dtrong = 50 mm
Đoạn trục 2( lắp ổ đỡ ): Dngoài = 80mm , dtrong = 50 mm
Đoạn trục 3( trục trung gian ): Dngoài = 90mm , dtrong = 50 mm
Đoạn trục 4( lắp 2 ổ đỡ chặn và 1 ổ chặn ): Dngoài = 85 , dtrong = 50 mm
Vào menu Define>Frame section hộp thoại Pipe section xuất hiện, ta nhập từng loại mặt cắt vào, để định nghĩa cho chúng.
d. Chọn các tải trọng đặt lên trục chính Theo phơng Z có các loại tải trọng nh sau
Lực tập trung Fr và Pz, khi nhập vào SAP2000 kí hiệu là (luc).
Momen tập trung Muz , khi nhập vào SAP2000 kí hiệu là (momen).
Vào menu Define>loads cases hộp thoại Define loads xuất hiện Giao diện chọn các loại tải nh hình vẽ:
138
e. Nhập tổ hợp tải trọng
Khi lấy ra biểu đồ momen cho toàn trục ta phải tổ hợp (lực + momen ) = TH Trong SAP còn có thể lấy ra bất kì biểu đồ nào của các loại tải trọng mà ta đã
nhập. VD nh là biểu đồ của (lực) hoặc (momen).
Vào menu Define>Combinations hộp thoại Response combinations Data xuất hiện, ta nhập nh hình.
f. Gán bậc liên kết cho các phần tử
VD : ta muốn gán bậc tự do cho gối cố định thì làm nh sau.
- Kích vào gối cần tạo. Sau đó vào menu Assign > Joint >
Restraints hộp thoại Joint Restraints xuất hiện - Chọn nút sau đó ấn OK
- Các nút khác làm tơng tự nh trên - : §Çu tù do
- : Gối di động
Sau k hi nhập bậc tự do song, sẽ cho ta mô hình trục chính nh hình vẽ
g. Gán mặt cắt cho các đoạn trục .
Các mặt cắt của các đoạn trục mà ta đã nhập ở phần b, thì bây giờ ta sẽ dùng nó
để gán cho các đoạn trục.
Cách làm nh sau:
- Vào menu assign >
Frame/cable/tendon > Frame sestions hộp thoại Frame Properties Xuất hiện, chọn DAM1 sau đó kích OK. Nh vậy dầm 1 đã đợc nhập mặt cắt nh ta đã định nghĩa.
- Các trờng hợp khác làm tơng tự.
Sau khi nhập song các đoạn trục đựoc định nghĩa nh hình vẽ
h. NhËp lùc tËp trung cho trôc (TT)
140
Kích vào đoạn trục có lực, vào menu
Assign>Frame/cable/tendon loads>Point hộp thoại Frame Point loads xuất hiện ta chọn các thông số nh hình. Sau đó kích OK
Sau khi nhập lực ta có biểu đồ:
g. NhËp momen tËp trung (MM)
Chọn vị trí cần đặt lực tập trung sau đó vào menu Assign>Pointloads>Forces hộp thoại Point Forces xuất hiện ta chọn các thông số nh hình. Sau đó kích
OK.
i. Giải và lu bài toán
Vào menu Analyze > Run Analysis (F5) để giải và l-
j. Các thông số cơ bản và kết quả của bài toán.
- Biến dạng của dầm ( trục chính )
ấn F6 sau đó hộp thoại Deformed Shape xuất hiện.
Ta chọn các thông số nh hình. Sau đó nhấp OK.
Hình ảnh biến dạng của dầm xuất hiện
Biểu đồ momen.
- Biểu đồ nội lực.
Đây là phản lc tại các gối tựa, ta thấy việc tính toán bằng SAP 2000 và bằng tay là khá tin cậy.
- Bảng thống kê chuyển vị tại các nút.
TABLE: Joint Displacements
Joint OutputCase CaseType U1 U2 U3 R1 R2 R3
Text Text Text mm mm mm Radians Radians Radians
1 TH Combination 0 0 -0.001851 0 -0.00002 0
2 TH Combination 0 0 0 0 -0.000015 0
3 TH Combination 0 0 0 0 0.000026 0
4 TH Combination 0 0 -0.001708 0 -0.000241 0
142
Bảng hiển thị trạng thái lực, mômen:
TABLE: Element Forces - Frames
Frame Station OutputCase CaseType P V2 V3 T M2 M3
Text mm Text Text N N N N-mm N-mm N-mm
1 0 TH Combination 0 583 0 0 0 2.91E-11
1 80 TH Combination 0 583 0 0 0 -46640
2 0 TH Combination 0 383.01 0 0 0 -46640
2 250 TH Combination 0 383.01 0 0 0 -142392
3 0 TH Combination 0 -9496 0 0 0 -142392
3 175 TH Combination 0 -9496 0 0 0 1519408
• Tính theo phơng Y.
Các bớc làm cũng nh xuất nhập kết quả cũng tơng tự nh trên.
Các thông số cơ bản và kết quả của bài toán - Biến dạng của dầm trục chính
- Biểu đồ momen
- Biểu đồ lực tại các gối đỡ
Bảng thống kê chuyển vị, trạng thái lực, mômen tại các nút
Bây giờ ta tiến hành thay đổi đờng kính của trục chính máy nhng vẫn giữ lại các thông số đầu vào khác: Lực tác dụng, chiều dài các đoạn trục, các thông số về vật liệu trục, cỏc gối tựa, ... Từ đú cho ta biết độ vừng của trục sẽ thay đổi nh thế nào và khi d = ? thì vợt quá khả năng cho phép.
Vì cách tiến hành bài toán là hoàn toàn giống nhau với các phơng khác nhau nên ta chỉ tiến hành kiểm nghiệm trên một phơng (cụ thể là phơng XZ).
Khi tính toán trên SAP 2000 ta chỉ thay đổi đờng kính của 3 đoạn trục:
D2
D1 D3 d
TABLE: Joint Displacements
Joint OutputCase CaseType U1 U2 U3 R1 R2 R3
Text Text Text mm mm mm Radians Radians Radians
1 tong1 Combination 0 0 0.00681 0 0.000085 0
2 tong1 Combination 0 0 0 0 0.000085 0
3 tong1 Combination 0 0 0 0 -0.000287 0
4 tong1 Combination 0 0 0.105001 0 -0.000785 0
TABLE: Element Forces - Frames
Frame Station OutputCase CaseType P V2 V3 T M2 M3
Text mm Text Text N N N N-mm N-mm N-mm
1 0 tong1 Combination 0 4.547E-13 0 0 0 1.455E-11
1 80 tong1 Combination 0 4.547E-13 0 0 0 -2.183E-11
2 0 tong1 Combination 0 -6941.2 0 0 0 1.164E-10
2 250 tong1 Combination 0 -6941.2 0 0 0 1735300
3 0 tong1 Combination 0 5180 0 0 0 1735300
3 175 tong1 Combination 0 5180 0 0 0 828800
LÇn D1 D2 D3 d = 0,613.D
1 85 90 85 50
2 90 100 90 55
3 80 85 80 48
4 75 80 75 45
144
Lần 2: Các bớc giải tơng tự nh trên, ta có kết quả sau:
Biến dạng của dầm:
Biểu đồ mômen:
Biểu đồ nội lực:
Bảng thống kê lực mômen và chuyển vị tại các nút:
TABLE: Joint Displacements
Joint OutputCase CaseType U1 U2 U3 R1 R2 R3
Text Text Text mm mm mm Radians Radians Radians
1 tong Combination 0 0 -0.001479 0 -0.000016 0
4 tong Combination 0 0 -0.000943 0 -0.000246 0
TABLE: Element Forces - Frames
Frame Station OutputCase CaseType P V2 V3 T M2 M3
Text mm Text Text N N N N-mm N-mm N-mm
1 0 tong Combination 0 583 0 0 0 2.91E-11
1 80 tong Combination 0 583 0 0 0 -46640
2 0 TH Combination 0 383.01 0 0 0 -46640
2 0 tong Combination 0 383.01 0 0 0 -46640
2 250 tong Combination 0 383.01 0 0 0 -142392
3 0 TH Combination 0 -9496 0 0 0 -142392
3 0 tong Combination 0 -9496 0 0 0 -142392
3 175 tong Combination 0 -9496 0 0 0 1519408
LÇn 3:
Biến dạng của dầm:
Biểu đồ mômen:
Biểu đồ nội lực:
Bảng thống kê lực, mômen và chuyển vị tại các nút:
TABLE: Joint Displacements
146
Joint OutputCase CaseType U1 U2 U3 R1 R2 R3
Text Text Text mm mm mm Radians Radians Radians
1 tong Combination 0 0 -0.002211 0 -0.000025 0
2 tong Combination 0 0 0 0 -0.000019 0
3 tong Combination 0 0 0 0 0.000033 0
4 tong Combination 0 0 -0.000945 0 -0.00032 0
TABLE: Element Forces - Frames
Frame Station OutputCase CaseType P V2 V3 T M2 M3
Text mm Text Text N N N N-mm N-mm N-mm
1 0 tong Combination 0 583 0 0 0 0
1 80 tong Combination 0 583 0 0 0 -46640
2 0 tong Combination 0 383.01 0 0 0 -46640
2 250 tong Combination 0 383.01 0 0 0 -142392
3 0 tong Combination 0 -9496 0 0 0 -142392
3 175 tong Combination 0 -9496 0 0 0 1519408
LÇn 4:
Biến dạng của dầm:
Biểu đồ mômen:
Biểu đồ nội lực:
TABLE: Joint Displacements
Joint OutputCase CaseType U1 U2 U3 R1 R2 R3
2 tong3 Combination 0 0 0 0 -0.000026 0
3 tong3 Combination 0 0 0 0 0.000044 0
4 tong3 Combination 0 0 0.000486 0 -0.00044 0
TABLE: Element Forces - Frames
Frame Station OutputCase CaseType P V2 V3 T M2 M3
Text mm Text Text N N N N-mm N-mm N-mm
1 0 tong3 Combination 0 583 0 0 0 0
1 80 tong3 Combination 0 583 0 0 0 -46640
2 0 tong3 Combination 0 383.01 0 0 0 -46640
2 250 tong3 Combination 0 383.01 0 0 0 -142392
3 0 tong3 Combination 0 -9496 0 0 0 -142392
3 175 tong3 Combination 0 -9496 0 0 0 1519408
Qua 4 lần tính toán với các đờng kính trục khác nhau ta thấy: Tại điểm nguy hiểm nhất là gối tựa cố định, với đờng kính trục tăng lên thì độ uốn (chuyển vị) tại điểm nguy hiểm nhất này giảm đi, đồng thời khi ta giảm đờng kính trục thì
lập tức chuyển vị tại đây tăng lên, điều này cũng rất phù hợp trong tính toán cơ
khí từ trớc đến nay.
Trong ngành cơ khí chế tạo máy:
f: §é vâng θ: Gãc xoay
Khi độ vừng f quỏ lớn sẽ làm cho cỏc bỏnh răng ăn khớp bị nghiờn, làm tăng sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng.
Khi góc xoay θ quá lớn sẽ làm kẹt các con lăn trong các ổ. Do vậy, điều kiện đảm bảo độ cứng uốn sẽ là:
f≤ [f]
θ ≤ [θ]
148
Trong đú: [f] : Độ vừng cho phộp [θ] : Gãc xoay cho phÐp Đối với ổ bi đỡ [θ] = 0,005 rad
Đây là trục chính của máy tiện CNC nên độ chính xác của trục chính là rất quan trọng, nó quuyết định đến độ chính xác của sản phẩm cũng nh giá thành sản phẩm, độ làm việc ổn định của máy, ... Vì vậy, ta phải lấy độ chính xác của nó tăng lên so với việc tính toán trục chính cho các máy vạn năng.
Cụ thể ta chọn [f] = 0,002 mm Từ việc tính toán ở trên ta thấy:
Đờng kính trục chỉ có thể chọn theo phơng án 1 hoặc phơng án 2.
Tuy nhiên nếu chọn theo phơng án 2 đờng kính trục sẽ khá lớn kéo theo một loạt các thông số trên trục cũng tăng theo —> cụm trục chính rất cồng kềnh.
Vậy ta quyết địng chọn kết cấu trục chính theo phơng án 1:
Tại điểm nguy hiểm nhất: fmax = 0.001708 mm < [f]
θmax = 0,000241 rad < [θ]