THAN MAY VA SONG TRUOT
6.13. TÍNH TDÁN THÂN MÁY
Thân máy là một chỉ tiết có các kích thước hình học rất phức tạp: do đó trước đây, việc tính toán các kích thước chính của nó chỉ có thể tiến hành bằng phương pháp so sánh với một thân máy giống với nó, và trên thực tế đã được xác nhận là thích hợp, hoàn chỉnh.
Để việc tính toán được chính xác và tin cậy hơn, ta thay thân máy bằng một mạng dầm có hình đáng đơn giản. Sau đó, sẽ phân tích độ lớn và hướng của các lực tác dụng lên thân máy, tính các loại biến dang va ting suất uốn, xoắn theo những công thức đã biết trong môn “Sức bên vật liéu’.
Với việc sử dụng máy tính điện tử, việc tính toán thân máy được chính xác và nhanh chóng hơn. Trên cơ sở những công thức tính toán, máy tính sẽ cho hình dáng với những kích thước tối ưu của thân máy, và người thiết kế chỉ cần phóng đại những hình chụp ấy theo những tỷ lệ cần thiết.
Tính toán thân máy có thể tiến hành theo độ bên hoặc theo độ cứng vững. Nhưng độ cứng vững là chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá khả năng làm việc của thân máy. Do đó: người ta thường dùng phương pháp tính toán theo độ cứng vững để đánh giá sự biến đạng của thân máy dưới tác dụng của các tải trọng.
Tính toán theo độ cứng vững cần theo các bước như sau:
~ Lựa chọn sơ đồ tính toán của thân máy.
- Xác định các lực tác dụng lên thân máy.
- Tính toán độ biến dang cua than may.
- Đánh giá kết quả đạt được và hoàn thiện các thông số kết cấu của thân máy nhằm nâng cao độ cứng vững.
1. Sơ đồ tính toán của thân máy.
Dạng đơn giản của thân máy, cũng như trụ máy thường là dầm hoặc khung (hình VI-5).
fad (b) fe)
Hình VI-8: Sơ đồ tính todn ciia than may.
Hình (VI-ða) là sơ đồ tính toán của thân máy tiện. Nó được đặc trưng bằng một dam đặt trên hai gối tựa có độ dài tính toán ] ( - là khoảng cách giữa các đế của thân máy, hoặc giữa các điểm đặt máy ở vị trí nằm ngang). Hình (VI-5b) là sơ đồ của máy khoan đứng, điển hình của khung hở, có các độ dài tính toán là phần công xôn |, va chiều cao chịu biến dạng của trụ lạ. Hình (VI-õc) là thân máy phay giường được đặc trưng bằng khung siêu tĩnh.
130
2. Xác định lực.
Lực tác dụng lên thân máy bao gồm: lực cắt với các phân lực P„, P¿. P;; trọng lượng
của các bộ phận máy và chỉ tiết gia công Gj ; các lực kẹp chặt Kị, cũng như lực quán tính ở một số máy.
Việc xác định lực tác dụng lên thân máy tùy thuộc vào loại máy, vào hình dáng và kích thước của thân máy. Ở đây, ta chỉ đề cập đến vài loại thân máy điển hình.
œ) Máy tiện
Trên máy tiện, lực cắt tác dụng lên ụ trước, ụ sau và bàn dao của máy. Tải trọng nguy hiểm nhất xuất hiện, khi gia công chỉ tiết có chiều dài bằng khoảng cách lớn nhất giữa hai mũi tâm, và dao tiện cất ở phần giữa chỉ tiết. Do chênh lệch về đường kính của chỉ tiết gia công ở phần trước và sau mũi dao cắt không đáng kể, nên trọng lượng G của chỉ tiết gia công có thể đặt ở giữa, và phản lực do chúng tạo nên ở hai mũi tâm bằng Hình (VI-6) trình bày sơ đồ lực và mômen tác dụng trên máy tiện,
b) Hình VI-6: So dé luc va mémen tac dụng trên máy tiện. M xing Các phân lực trong mặt phẳng thẳng góc với trục chi tiết gia công được thể hiện ở hình (VI-6a), và hình (VI-6b) thể hiện mômen uốn và xoắn ở mặt phẳng ngang.
Theo [15], các lực tác dụng trên máy tiện được xác định như sau:
~ Lực tác dụng lên ụ đứng:
ZA-P,Ð-Đ; y, =P, Paps; A= ZA?+Ya? (VI-1)
1 2 “| 21
- Lực tác dụng lên ụ động:
a G a d 2 2
Z3 =P,—--—-; Yp=P,—-P, —; B=2 B z1 2 B yy x9] B + IB Y; ( VI-2 )
Ở đây: d - đường kính chỉ tiết gia công.
~ Lực chiều trục Xạ: tác dụng lên ụ đứng, bao gồm phân lực cắt P¿. phân lực chiều
131
trục của phản lực tại mũi tâm A.tgœ và lực kẹp chỉ tiết giữa hai mũi tâm K ~0,2ðP,. tức là
XA=P„+ Atga+ K (VI-3)
Ở đây: œ - phân nửa góc mũi tâm, thường œ = 302.
- Lực chiều trục Xp: tác dụng lên ụ động, nó thay đổi trong quá trình cắt. Vì phân lực P, lam giảm tải cho mũi tâm ụ động, nên lực kẹp K của tam u động giảm. Khi tính toán, ta lấy trị số lớn nhất của lực Xp, tức là:
Xp =B.tgơœ + K (VI-4)
~ Lực tác dụng lên bàn dao, truyền qua thân máy và làm cho nó bị uốn, bị xoắn bởi các mômen:
M,, = Px |
M, = Py.c} (VIS)
Ở đây: c — là khoáng cách từ tâm chỉ tiết gia công đến dầm.
b) Máy khoan cần.
Những bộ phận của thân máy khoan cần chịu tác dụng của lực được thể hiện trên hình (VI-7) bao gồm: đế máy, trụ máy, ống quay trên trụ và cần máy.
PE L
+
G 1} G
Hinh VI-7: So dé luc va mémen trén may khoan can.
Lực chạy dao P sẽ tạo nên biến dạng cla tru may va ống xoay quanh trụ với mômen uốn P.], cũng như dưới tác dụng của trọng lượng hộp tốc độ Gị, và trọng lượng của cin Gy.
Ngoài ra, trong mặt phẳng thẳng góc với trục của cần (hình VI-7e) còn có mômen xoắn của cần và mômen uốn trụ. Hình (VI-7a) là mômen uốn của ông xoay và hình (VI-7b) là momen uốn cua tru.
Tai trọng của trụ, ống xoay cũng như cần máy đạt trị số lớn nhất, nếu như cần máy nằm ở vị trí cao nhất của trụ, và hộp tốc độ ở vị trí xa nhất trên đầu ngoài của cần.
- Mômen xoắn của cần: Nếu khoảng cách từ trục mũi khoan đến đường trọng tâm của cần trong mặt phẳng thẳng góc với cần là e, thì cần khoan chịu tác dụng một mômen xoắn là:
132
M,; =P.e [Nmm] (VI-6)
Mômen này làm cho cần biến dạng một góc ọ. Theo phương pháp Weber [4], góc
xoắn trên 1 đơn vị chiều dài của 1 dầm có tiết diện vòng xuyến (hoặc tiết điện chữ nhật rỗng) được tính theo công thức:
=
aR forse [rad] (VI-7)
Ở đây: K - chu vi trung bình của tiết điện vòng xuyến [mm]
F„ - tiết diện giới hạn bởi chu vi trung bình K [mm”]
Fạ.F, - diện tích được tạo nên bởi vòng ngoài và vòng trong của vòng xuyến
[mm?]
s — bé day của vòng xuyến [mm]
G - modul đàn hồi trượt của cần | ni
mm Nếu mômen M,, tác dụng lên cần ở khoảng cách tâm trụ máy là dx thì góc xoắn sẽ bằng:
do, = 9.dx 'Tức là:
= Mại K
__ J AF, ADRs" [rad] (VI-8)
Ta coi như ống xoay quanh trụ không bị xoắn, nên có thể lấy tích phân từ giới hạn giữa bán kính r và trục của mũi khoan (hình VI-7).
~ Mômen uốn của trụ: Trên mặt phẳng thẳng góc với trục của cần có mômen tác dụng
vào trụ:
Mại =P. (VI-9)
- Mômen uốn của cần: Nếu ta gọi G, 1a trọng lượng của cần, Gị, là trọng lượng của hộp tốc độ, thì mômen uốn tác dụng lên tiết diện nguy hiểm nhất của cần là:
M, = Gels + Gulag -P-) (VI-10)
~ Lực tác dụng xuống đế máy: Theo kinh nghiệm: độ biến dạng của đế máy khoan cần sẽ đưa đến 1⁄3 độ lệch vị trí của trụ chính (2/3 do trụ và cần gây ra). Dưới tác dụng của lực chạy dao P, đế máy chịu tác dụng nén. Các mômen P] và Plị có xu hướng tách trụ ra
khỏi đế, làm cho đế chịu tác dụng uốn.
Các lực khác lấy theo hình (VI-7).