L ời nói đầu
3.3.2Dùng công cụ CAD/CAE để thiết kế, kiểm tra và tối ưu hóa hết cấu
Chi tiết thân cụm trục Z được thiết kếđể có thể gá lắp toàn bộ các chi tiết, bộ
phận chuyển động theo trục Z, bao gồm: trục chính, động cơ trục chính, 4 bạc trượt trục Z , bộ pít tông - xy lanh sinh lực đẩy thay dao, đai ốc bi trục Z, thước đo quang
học trục Z…
Hình 3.8: Mô hình hóa cụm trục Z bằng phần mềm Solidworks Mô hình hóa chi tiết trong môi trường CAD sau đó dùng công cụ CAE : Module Solidworks Simulation trong phần mền Solidworks 2012 với kiểu phân tích tĩnh học và phương pháp phần tử hữu hạn để kiểm tra bền và biến dạng (chuyển vị), xem xét kết quả kiểm tra và sữa đổi kết cấu sao cho phù hợp trên mô hình CAD
cho đến khi đạt yêu cầu, đểđẩy nhanh việc này cần sử dụng các công cụ hổ trợ
trong phần mềm đểgiúp đánh giá, xem xét kết quả kiểm tra (bền, biến dạng) và tối
ưu hóa kết cấu. Việc sữa đổi kết cấu và kiểm tra này có thểđược thực hiện nhiều lần
40
3.3.2.1 Kiểm tra bền và biến dạng chi tiết thân cụm chuyển động trục Z (thân cụm trục Z) với giả thiết 1
Giả thiết 1: Các chi tiết còn lại (trục chính, dụng cụ cắt, đầu kẹp dao, tấm đế
lắp động cơ…) tuyệt đối cứng. Với giả thiết này, tất cả các lực tác động đến chi tiết
được bảo toàn và tác động trực tiếp lên bề mặt chi tiết cần phân tích. Gia tốc trọng trường: g=9,81 (m/s2)
- Kiểm tra cho trường hợp: chịu lực cắt Fzmax=4654,73 (N) + Trọng lượng trục chính: Ps=29 . 9,81= 284,49 (N)
+ Trọng lượng động cơ trục chính: PM=30,5 . 9,81 = 299,205 (N) + Khối lượng thân cụm trục Z: mZ = 359,06 kg (có được nhờ dùng chức năng tính toán khối lượng chi tiết với vật liệu gang xám trong phần mềm SolidWorks)
+ Trọng lượng thân cụm trục Z: PZ = g. mZ =3522,38 N
+ Do trong trường hợp này không có mặt trục chính trong mô hình phân tích nên, lực dọc trục: F=Fzmax - Ps = 4654,73 - 284,49 =4370,24 (N) + Các lực F; PM; PZđều là các lực phân bố. Hình 3.9: Mô hình tính toán F PM PZ
41
Hình 3.10: Các bề mặt không chế (hạn chế 6 bậc tự do)
Hình 3.11: Lực dọc trục F tại bề mặt lắp ghép giữa trục chính và thân cụm trục Z
42
Hình 3.13: Mô hình tạo lưới các phần tử của thân trục Z
Bảng 3.6: Các thông số tạo lưới phần tử của thân trục Z trong Module Solidworks Simulation
Mesh Information (thông tin lưới)
Mesh type (kiểu lưới) Solid Mesh (lưới dạng khối)
Mesher Used (lưới sử dụng) Standard mesh (lưới chuẩn) Jacobian points (điểm đa giác) 4 Points
Element Size (cỡ phần tử) 18.1143 mm
Tolerance (dung sai) 0.905716 mm
Mesh Quality (chất lượng lưới) High (cao) Total Nodes (tổng số nút) 111567 Total Elements (tổng số phần tử) 70154
43
Hình 3.14: Kết quả vềứng suất (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
44
45
- Kiểm tra cho trường hợp: cụm trục Z dịch chuyển nhanh theo phương Z+ ,
tăng tốc từ0 đến = 30 (m/phút) trong ∆t =1,35s. Lúc này: chi tiết chuyển động với gia tốc tức thời: = ∆ . = , . = 0,37 (m/s2) P’Z = mZ.(g+ )= 359,06 (9,81+ 0,37)=3655,23 (N) Tương tự, P’M=30,5 (9,81+ 0,37)=310,49 (N) P’S=29 ( 9,81+ 0,37)=295,22 (N) Hình 3.16: Mô hình tính toán Hình 3.17: Kết quảứng suất P’S P’M P’Z
46
Hình 3.18: Kết quả chuyển vị.
- Kiểm tra cho trường hợp: chịu lực cắt Fxmax = 4654,73 (N)
Hình 3.19: Mô hình đơn giản hóa trục chính và dao + Khối lượng thực tế của trục chính: ms=29 kg
+ Dùng công cụ Mass Properties trong Solidworks có được thể tích của mô
hình đơn giản hóa trục chính và dao: Vs=3689416,12 mm3
+ Trong trường hợp này, khi phân tích trục chính và dao được định nghĩa
tuyệt đối cứng (Make Rigid), nhưng vẫn có khối lượng của nó, lấy gần đúng
m= ms=29 (kg) , suy ra khối lượng riêng δ= m/ Vs= 29/(3689416,12 .10 - 9) = 7860,32 kg/m3
47
+ Công cụ Gravity (gán trọng lượng chi tiết trong trọng trường có gia tốc g):
để dùng được công cụ này, Solidworks Simulation bắt buộc phải định nghĩa vật
liệu của tất cả chi tiết có mặt trong module phân tích. Do đó, trong thư viện vật liệu
cần phải tạo ra một vật liệu bất kỳ có δ= 7860,32 kg/m3 (các thông số khác về giới
hạn bền… không có tác dụng vì trục chính và dao đã được định nghĩa tuyệt đối
cứng ). Sao chép vật liệu thép hợp kim 1.2842 (trong Solidworks DIN Material ) và
thay đổi khối lượng riêng của nó bằng 7860,32 kg/m3, sau đó gán vật liệu này cho mô hình đơn giản hóa trục chính và dao.
48
Hình 3.21: Mô hình tính toán
Hình 3.22: Kết quả vềứng suất
49
Hình 3.23: Vùng chuyển vị≥ 0,00865 mm
- Kiểm tra cho trường hợp: chịu lực cắt Fymax = 4654,73 (N)
+ Lực Fymax theo phương y+
Hình 3.24: Mô hình tính toán
50 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.25: Kết quả ứng suất
51
+ Lực Fymaxtheo phương y -
Hình 3.27: Kết quả ứng suất
52
- Kiểm tra cho trường hợp: chịu đồng thời 3 thành phần lực cắt Fzmax =Fxmax =Fymax = 4654,73 (N)
Hình 3.29: Kết quảứng suất
53