THAN MAY VA SONG TRUOT
3. Tính độ biến dạng
6.2.3. Kết cấu sống trượt
Để bàn máy, bàn dao hay những bộ phân tương tự của máy công cụ có thể chuyển động theo đường thẳng nhất định, sống trượt cần phải có những bề mặt định hướng để cho chi tiết có thể chuyển động được một chiều. Như thế, tiết diện của sống trượt có thể là một đa giác bất kỳ như hình tam giác, hình chữ nhật, hình tròn, hình đuôi én v.v... Đối với máy có tải trọng nặng, thường dùng sống trượt tổ hợp một số dạng nói trên.
Sau day, ta dé cập đến một số loại sống trượt thường dùng.
1. Sống trượt phẳng: còn gọi là sống trượt hình chữ nhật. Nó có 2 loại (hình VI-10):
L (a) {b)
Hình VI-10: Sơ đô sống trượt phủng.
~ Loại dùng cả 4 mặt để xác định chiều chuyển động (hình VI-10a). Các bể mặt dẫn hướng được thể hiện bằng nét đậm.
~ Loại dùng 3 mat để xác định chiều chuyển động (hình VI-10b).
Loại này chỉ dùng trong trường hợp có một lực luôn luôn tác dụng thay thế cho mặt dẫn thứ tư.
ết cấu của loại này thường có những dạng chính yếu như sau (hình VI-11):
(0,65 + 0,75)H
=E WX)
Cre Ol 2 a
Hình VI-11: Kết cấu sống trượt phẳng.
Kích thước đặc trưng của sống trượt là chiều cao H, và những kích thước khác thường lấy phụ thuộc vào H. Dãy trị số của H thường dùng như sau:
H = 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 7ð, 100mm.
(c)
(0,5 + 0,65)H
140
Vì các mặt làm việc của sống trượt phẳng song song với nhau, nên việc gia công và sửa chữa loại sống trượt này được dễ dàng. Trong trường hợp nằm ngang, sống trượt phẳng dễ giữ dầu bôi trơn, nhưng do đó, phoi và tạp chất dễ đọng lại làm tổn hại bề mặt sống trượt. Một nhược điểm khác là việc điểu chỉnh khe hở loại sống trượt này hơi khó, cần phải thêm thiết bị riêng.
9. Sống trượt lăn trụ
Còn gọi là sống trượt hình tam giác. Nó có hai loại: đối xứng và không đối xứng (hình VI-12):
>0,25H 0,25H
= x =
S 59 ask — 5s 30" *
+p Ft TỊ Ẳ
1,5H 5 + 30° 1,6H J
Hinh VI-12: So dé séng trượt lăn trụ.
Sống trượt lăn trụ ít bị phoi hoặc tạp chất làm xay xác bề mặt, vì phoi dé bị trượt khỏi các bề mặt nghiêng. Ngoài ra nó còn có thể tự điều chỉnh khe hở.
Nhược điểm của nó là dầu khó giữ lại trên bề mặt nghiêng. Việc chế tạo và sửa chữa phức tạp hơn so với sống trượt phẳng, nhưng độ mòn của nó lại ít ảnh hưởng đến độ chính xác của máy.
3. Rãnh trượt chữ V
Chủ yếu dùng trong các máy bào giường, phay giường hay các loại máy cỡ lớn với vận tốc lớn (hình VI-13):
04H 1g
(a) (b)
Hinh VI-13: Ranh truot chit V.
Nếu ở vị trí nằm ngang thì rãnh trượt chữ V bôi trơn rất dễ dàng, nhưng mặt làm việc cũng dễ bị phoi làm xay xác. Các ưu điểm và nhược điểm khác cũng giống như sống trượt lăng trụ.
Loại rãnh trượt theo hình (VI-13a) dùng cho các cỡ máy loại nhẹ và trung bình. Loại nặng thường dùng theo dang 6 hinh (VI-13b).
4. Sống trượt đuôi ên
Loại này dùng cũng thuận lợi như sống trượt phẳng, vì nó có thể chịu tải trọng từ ba mặt. Nó có thể đảm bảo vị trí của chỉ tiết trượt theo hướng lên, xuống, cũng như ở mặt bên. Sống trượt đuôi én dùng phổ biến để di động bàn máy, bàn dao của máy tiện, tiện đứng, khoan cần, phay giường v.v... :
Ưu điểm chính của nó là việc điều chỉnh độ hở rat dé dàng với một thanh nêm. Nhược điêm là việc chế tạo và kiểm tra tương đối phức tạp, khó giữ dầu. và phoi dễ kẹt vào giữa
141
các mặt làm việc. Sống trượt đuôi én có độ cứng vững kém, chủ yếu dùng để di động chỉ tiết với vận tốc thấp.
Kết cấu của sống trượt và rãnh trượt đuôi én được trình bày ở hình (VI-14):
rytyt i
Hình VI~14: Sống trượt oà rãnh trượt đuôi én.
5. Sống trượt hình trụ
Loại sống trượt này được dùng với nhiều kiểu kết cấu khác nhau, chủ yếu dùng ở những máy có lực cắt nhỏ, có đường chuyển động ngắn, hoặc dùng để nâng xà ngang, nâng cần như ở máy phay giường, máy khoan cần. Loại kết cấu đơn giản nhất được thể hiện trên hình (VI-15).
+. [Sy =1)
Chi tiết trượt
Hình VI-15: Sơ đô sống trượt hình trụ
Để di động những bàn máy nặng, thường dùng 2 sống trượt trụ, hoặc dùng tổ hợp với một sống trượt phẳng.
Sống trượt trụ có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, nhưng độ cứng vững kém và khi mòn không điều chỉnh được.
6.3.4. Điều chỉnh sống trượt
Sau một thời gian, các bể mặt làm việc của sống trượt bị mòn và tạo nên khe hở. Để sống trượt làm việc được chính xác, không rung động, cần phải khử các khe hở ấy bằng những miếng đệm có mặt nghiêng hay bằng những vít điều chỉnh. Các cơ cấu điều chỉnh
khe hở sống trượt thường dùng như sau: .
\" h 3
“WYRE ` 2 B. tả
WwW
aT tớ
al +
Hình VI-16: Cơ cấu điêu chỉnh sống trượt phẳng.
Cơ cấu tổng quát nhất được trình bày ở hình (VI-16a). Độ hở do tác dụng của lực Pì được khử bằng miếng đệm có mặt nghiêng (1) và (2). Độ hở do lực P¿ tạo nên được điều chỉnh bằng miếng đệm (3).
142
Nếu bàn dao chỉ ôm lấy 3 mặt của sống trượt phẳng (hình VI-16b), thì cần miếng chan (1) va (2) vít chặt vào bàn dao. Trong trường hợp này, việc gia công các bể mặt dẫn hướng được đơn giản hơn. Khi điều chỉnh khe hở giữa các mặt nằm ngang. cần phải cao bẻ mặt của miếng chắn và thân máy. Điều chỉnh khe hở giữa các mặt thẳng đứng thì do vít (4) điều chỉnh miếng đệm (3) có tiết diện không đổi.
Ở sống trượt đuôi én, điều chỉnh độ hở chỉ cần một miếng đệm như ở hình (VI-17a):
7
a)
Hình VI-17: Cơ cấu điều chỉnh sống trượt đuôi én 0à tròn.
Khi điều chỉnh cân phải xê dịch miếng đệm hình nêm (2) nhờ vít (1). Các miếng nêm dùng để khử khe hở có độ nghiêng từ 1: 40 + 1: 100. Góc nghiêng càng lớn thì hiệu bề dày của hai đầu càng lớn. Do đó, nếu miếng nêm càng dài thì cần chế tạo góc nghiêng càng nhỏ.
Đối với sống trượt tròn (hình VI-—17b) việc khử độ hở bằng cách cạo hoặc mài bể mặt tiếp xúc ngoài của chi tiết (1). Trường hợp như hình (VI—17c) thì siết chặt bù lon để đai (1) siết chặt vào sống trượt.
Việc điều chỉnh bằng miếng đệm hay bằng miếng chắn có nhược điểm chung là tăng chuỗi kích thước, độ cứng vững kém, nên ít nhiều cũng giảm độ cứng vững của các chỉ tiết lắp với nó. Để giảm ảnh hưởng của nhược điểm này, can phải lựa chọn vị trí của miếng đệm cho đúng. Nếu miếng đệm có bề day khong đổi, thì cần dặt ở phía đối điện với bề mặt chịu tác dụng của tải trọng, để cho những bể mặt tiếp xúc trực tiếp với nhau của sống trượt tiếp nhận lực tác dụng (hình VI-16). Đối với miếng đệm có dạng hình nêm thì có thể đặt ở bất cứ phía nào, nhưng nếu theo nguyên tắc nêu trên thì tốt hơn.
Ngoài ra, sau khi điều chỉnh phải vặn chặt miếng đệm với bù lon, định vít.
6.9.5. Bảo vệ và bôi trơn sống trượt
Khi thiết kế, nếu không chú ý đến việc bảo vệ sống trượt, thì trong quá trình làm việc sẽ đưa đến các hậu quả sau đây:
- Các phoi nóng sau khi tách rời chỉ tiết gia công, có thể làm cho bề mặt sống trượt bị oxid-hóa.
- Phoi sắt, các hạt bụi sắt, bụi đá mài, đặc biệt là những mảnh bụi gang, sắt rỉ lẫn vào đầu và chen vào giữa các bề mặt làm việc của sống trượt làm cho chúng chóng mòn.
~ Ngoài ra, nước cũng có tác hại đối với sống trượt: làm han ri, mài mòn.
Nếu sống trượt được bảo vệ kỹ càng, độ mòn có thể giảm 60% và máy có thể làm việc liên tục 8 + 10 năm, mà vẫn duy trì dược độ chính xác và độ phẳng của sống trượt. Việc bảo vệ sống trượt đặc biệt quan trọng đối với các loại máy chính xác, máy mài và máy doa.
Bảo vệ sống trượt thường dùng ba phương pháp:
143
~ Dùng các lá chắn.
- Dùng các chổi quét, lau đi động cùng với bàn máy.
~ Đậy sống trượt bằng các lá thép có thể thay thế, hoặc có thể xếp vào nhau.
\ \\
a) b)
Hinh VI-18: Co cdu bdo vé séng truot bang Id chan.
Hinh (VI-18a) trinh bay co cau bảo vệ sống trượt bằng lá chắn, gồm có lá chắn (1) lắp trên ban đao và cùng di động theo ban dao. Lá chắn di động trong một rãnh nhõ ở thân máy.
Cơ cấu bảo vệ bằng lá chắn tốt hơn được trình bày ở hình (VI-18b). Nếu khe hở giữa các lá chắn và bàn máy rất nhỏ, thì có thể tránh được sự thâm nhập của bột mài hoặc bụi mài.
Để bảo vệ sống trượt, người ta còn dùng những tấm thép tạo thành hình dáng vừa khít với biên dạng của sống trượt và che kín cả chiều dài sống trượt. Tấm chắn này được lắp trên bàn máy và cùng đi động với bàn máy. Ở các loại máy mài, người ta thường dùng các tấm che bằng nhựa hoặc bằng vải dày được xếp thành dạng như đàn accordéon. Một đầu của nó được lắp chặt vào mặt cuối của sống trượt, còn đầu kia lắp vào bàn máy.
Biện pháp bảo vệ có hiệu quả, đồng thời có tác dụng quan trọng đối với việc nâng cao tuổi thọ của sống trượt là bôi trơn sống trượt. Độ mòn không những phụ thuộc vào áp suất bể mặt, mà còn phụ thuộc vào sự tiếp xúc giữa các bể mặt, độ nhấp nhô bể mặt và vào đặc điểm của màn dầu bôi trơn. Độ dày màn dầu bôi trơn thường từ 5 + 8 pm.
Người ta thường dùng các phương pháp bôi trơn sống trượt sau đây:
a) Bôi trơn đơn gián: Bôi trơn đơn giản được tiến hành bằng tay hoặc bằng cơ cấu bôi trơn. Bôi trơn bằng tay được tiến hành bằng bình dầu, hoặc bằng bơm tay đưa đầu trực tiếp vào bề mặt sống trượt hoặc vào các lỗ đầu ở bàn đao, bàn máy v.v... Phương pháp này đơn giản, nhưng không đảm bảo bôi trơn đêu đặn trong từng thời gian và sử dụng hợp lý lượng đầu bôi trơn.
Ở các máy có sống trượt phẳng hoặc rãnh trượt chữ V, người ta thường dùng các cơ cấu tự bôi trơn đơn giản như ở hình (VI-19).
Trên sống trượt hoặc ranh trượt hình thành các hộc dầu (1). Trong hộc dầu chứa dầu và đặt các con lăn (2). Số hộc dầu tùy thuộc vào chiều dài của sống trượt. Lò xo (3) luôn luôn đẩy các con lăn (2) tiếp xúc với mặt trượt của bàn dao, bàn máy. Khi bàn máy di động, các con lăn cùng quay theo và đưa dâu ở dưới hộc lên bôi trơn cho sống trượt.
144
Hình VI-19: Cơ cấu tụ bôi trơn rãnh trượi.
Cơ cấu tự bôi trơn bằng hộc dầu này chỉ dùng cho những sống trượt nằm ngang. Vận tốc bàn máy càng lớn, chất lượng bôi trơn càng tốt. Ưu điểm của cơ cấu này là đơn giản, rẻ và sử dụng lượng dầu được hợp lý. Nhược điểm là không dùng được ở sống trượt lăn trụ, sống trượt thẳng đứng hay đặt với góc nghiêng lớn. Ngoài ra, loại bôi trơn này không điều chỉnh được lượng đầu sử dụng.
b) Béi tron ap lực:
Trong máy công cu hiện đại, càng ngày càng dùng rộng rãi phương pháp bôi trơn bằng áp lực của dầu và sống trượt bôi trơn bằng áp lực dầu còn được gọi là sống trượt thủy tĩnh.
Đặc điểm của phương pháp bôi trơn áp lực là dầu có áp suất pạ do bơm đầu tạo nên, được đưa về các rãnh dầu hình thành trên bề mặt trượt của bộ phản di động trên sống trượt (bàn dao, bàn máy). Với áp suất dau, giữa các bể mặt trượt tạo thành ma sát ướt, các chi tiết trượt ít mòn.
Sơ đô của hệ thống bôi trơn áp lực được trình bày trên hình (VI-20).
3
5
4 Pi PL
=
vo
-FZ.1. 6
Hình VI-20: Sơ đồ bôi trơn áp lực.
Bơm dau (1) tạo nên dâu có áp suất pạ. qua bộ lọc (2), van tiết lưu (3) để điều chỉnh các áp suất pị. đưa đầu vào các rãnh dâu (4) được hình thành trên mặt trượt của bàn dao (5). Từ các rãnh đầu (4) dầu cháy qua khe hở h và áp suất pị của đầu được phân bổ theo biểu đô (6). Áp suất lớn nhất ở vùng quanh rãnh, và nhỏ dân đến áp suất khí quyển khi đến mép sống trượt.
Khả năng chịu tải P (tức là lực tác dụng thẳng góc với mặt trượt) của sống trượt phụ thuộc vào sự phân bố áp suất trong khe hở h. Ta có thể tính P theo công thức:
P=oœpIF (VI-20)
Ở đây: pị - áp suất của dầu trong khe hở.
F = BL - diện tích bề mặt trượt (hình VI-21)
145
œ - hệ số giảm áp trong khe hở, tùy thuộc vào kích thước của rãnh dầu.
'Ta có thể tính gần đúng với công thức sau đây:
a= . .. (VI-21)
3 6L 6B 3LB) 3 2
Các dang của rãnh đầu thường dùng trong sống trượt thủy tĩnh được trình bày ở hình
(VI-21):
a! R
- - sử| m
a) , {
1 q
_—— 1
L | R1 :3
. | A-A
8 |
ba 2l sự |
s =E=$=—ơ-!\ =
1 Ĩ
k———*——x |
4a
- zLIECH-CajF|
Hình VI-31: Sơ đô các rãnh dầu trên sống trượt thủy tĩnh
ag
Phương án (a) có 1 rãnh dọc, chủ yếu dùng trên những sống trượt hẹp. Phương án (b) và (e) dùng trên những sống trượt rộng trên 50 + 60mm. Những kích thước cơ bản có thể lấy như sau:
a, ~0,1B; ax=0.5a1; aa * 2a, Độ cứng vững của sống trượt thủy tĩnh có thể tính với công thức:
j=a{1-2L)-F (VI-22)
Po h
Từ đây ta thấy: muốn nâng cao độ cúng vững của sống trượt thuy tĩnh cần phải đảm bảo khe hở h có giá trị nhỏ nhất. Khả năng này tùy thuộc vào độ nhắn của bể mặt sống trượt. Độ hở tối thiểu có thể đạt được trong giới hạn 1ỗ + 25km và trong trường hợp này độ cứng vững có thể đạt trên j = 1000N/um.
Để giảm ma sát, trong những năm gần đây người ta cũng dùng phổ biến loại sống trượt khí ép. Đặc điểm của loại sống trượt này là đưa không khí có áp suất từ 3 + 6 bar vào giữa các bể mặt di trượt để tạo nên một gối đệm không khí. Không khí được đưa vào các rãnh được hình thành trên bể mặt trượt của bàn dao qua các lỗ có đường kính d x (15 + 90)h, thông thường d = 0,2 + 0,5 mm. Hệ số ma sát của sống trượt khí ép rất bé, có thể đạt đến trị số ụ = 0,0005, và độ cứng vững có thể lớn hơn j = 100N/um.
146
6.3.6. Tính toán sống trượt
Độ chịu mòn là chỉ tiêu quan trọng về khả năng làm việc của sống trượt. Nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, và một trong những yếu tố quan trọng là sự phân bố đều áp suất trên bề mặt sống trượt. Ngoài ra, áp suất trung bình (áp suất riêng) trên sống trượt cũng phải nhỏ hơn trị số cho phép được rút ra từ thực nghiệm.
Khi tính sống trượt cần phải theo các bước sau:
~ Xác định các lực tác dụng lên từng bể mặt của sống trượt, tức là xác định những phan lực tác dụng lên bàn máy, bàn dao ... của sống trượt.
~ Tính áp suất bề mặt trung bình tác dụng lên từng mặt của sống trượt.
~ Xác định áp suất bề mặt lớn nhất.
~ So sánh áp suất bề mặt lớn nhất đã tính với áp suất bê mặt cho phép được xác định từ thực nghiệm.
Với thứ tự này, ta sẽ tính sống trượt tổ hợp của máy tiện được trình bày trên hình (VI-22).
J UR Becosj a 4 ` Z9] cosy
LG
qe L > HÀ,
> é-
HỮ B Xa J0
|_——>
Xp ~ò Ý
Q=Q, | +
Q,
et we
Hinh VI-22: So dé tinh todn sống trượt máy tiện.
1. Xác định lực:
Các lực tác dụng lên sống trượt của thân máy, hay những phản lực A, B, Ở có độ lớn bằng với nó, có thể tính từ điều kiện cân bằng của hệ thống bàn dao. Ngoài các phản lực,
trên hệ thống bàn dao còn có các lực sau đây tác dụng:
~ Các thành phan ctia luc cat P,.P,. Py.
~ Trọng lượng bản thân G của hệ thống bàn dao.
Lực này có thể coi như tập trung ở trọng tâm của hệ thống bàn dao. Trong trường hợp trên sống trượt là bàn máy thì lực G bao gồm cả trọng lượng của vật gia công. Trọng
147
lượng của vật gia công có thể lấy từ 1 + 2 lần trọng lượng của bàn máy.
— Lực kéo bàn dao: Q.
~ Các lực ma sát HA, nB, HC. Các lực này tác dụng ngược chiều với chuyển động của bàn dao.
Ở máy tiện việc xác định trọng tâm của hệ thống bàn dao rất khó. Nếu có thể, người ta xác định nó trên hình mẫu làm bằng gỗ.
Ở bàn máy phay hay máy bào giường thì xác định điểm trọng tâm dễ hơn, vì các bộ phân máy phần lớn đặt đối xứng.
Xác định các phân lực P;,Py.P, ta dùng các phương pháp đã biết trong môn học
“Nguyên lý cắt kim loại”.
Xác định độ lớn của lực kéo bàn dao Q=Q, thì dùng các công thức đã biết ở phần
tính công suất động cơ điện. Nếu việc di động hệ thống bàn dao được tiến hành bằng vít me — dai ốc, thì lực Q cùng chiều với hướng chuyển động và không có phân lực song song với lực P; và Py. Nếu bàn dao được truyền động với bánh răng -— thanh răng, thì ngoài
phân lực Q, ra, còn có 2 thành phần khác được tính toán theo sơ đồ ở hình (VI-23).:
2
Hình VI-23: Sơ đô tính toán lực béo uới cơ cấu bánh răng - thanh răng.
Từ sơ dé trên ta có:
Q, =Q,.tgd
yo | (VI-23)
Qz =Q,.tg(œ¿ + p)]
Ở đây:
Œa— góc ăn khớp của răng.
p — góc ma sát trên răng; px~5° +79,
Š — góc ngiêng của răng.
Trong trường hợp răng thẳng: ử = 0, do đú Qy =0. Cỏc phần dưới đõy ta sẻ tớnh với
trường hợp ð = 0.
Phân lực Q„ tác dụng lên bánh răng - thanh răng trong trường hợp này có chiều làm tăng áp suất tác dung lên bể mát sống trượt. Trong trường hợp truyền động bằng thanh răng - bánh răng của bàn máy bào, thì Q„ có hướng trái lại, nên làm giảm tải trọng của
sống trượt, vì thế ở trường hợp này:
Q; = Qytg(Œo —P) (VI-24)
Nếu ta đặt các trục x, y, z của hệ thống tọa độ song song với các phan luc P,.P,.P, va
gốc tọa độ là điểm cắFcủa hai phản lực A, B, thì các phương trình cân bằng của hệ thống bàn dao có thể được đơn giản hơn. Ở đây, ta xét trường hợp bánh răng, thanh răng có răng thẳng, và với hệ thống lực đã cho, với các khoảng cách của lực trong hệ thống tọa độ
148