Việc chọn xi lanh và piston truyền lực cũng như tính toán đường kính của nó phụ thuộc vào đặc điểm làm việc của máy, vận tốc của piston và nhiệm vụ của xilanh.
06
4 10
3
5 190
220
200
01 02 03 04 05 07
07
02 01
06 04
05
03 Mặt bích
Vỏ lắp
Vòng đệm Xi lanh khờ neùn Nam châm từ
Piston cảm ứng từ Seùc màng
Hình 4.2 : Sơ đồ xi lanh mang dao cắt.
Trong đó:
F = P1 . A1 (N) : Lực tác dụng piston ở hành trình đi.
Fs = P2 . A2 (N) : Lực tác dụng piston ở hành trình về.
M = 200 (N) : Tải trọng
Fp : Lực ma sát giữa piston và xi lanh.
Ft = 20 (N) : Lực tác dụng lên dao cắt hay Ft = 2 (kg) P1 (N) : Áp suất ở buồng phải xi lanh.
P2 (N) :Áp suất ở buồng trái xi lanh.
Ta có phương trình cân bằng lực như sau:
F = Fs + Fp - Fqt + Ft + Fms (4.7)
* Xác định các lực giữa piston và xi lanh:
a). Lực ma sát giữa piston và xi lanh
DUT.LRCC
Để đảm bảo cho khí nén kín và tính công nghệ, khi gia công người ta sử dụng piston có nhiều vòng xécmăng. Các khe hở giữa các vòng này được đặt ngược nhau và lệch nhau một góc 1800 tùy thuộc vào việc sử dụng hai hay ba vòng xécmăng.
Hình vẽ biểu hiện vị trí vòng xécmăng giữa piston và xi lanh khi piston chuyển động từ phải sang trái được biểu diễn như hình sau:
Khe hở 1 mục đích để dẫn khí vào rãnh đẩy vòng xécmăng luôn tiếp xúc với xilanh.
Ngoài ra cả 2 vòng xécmăng đều chịu áp suất do sức căng của vòng xécmăng gây nên là Pk, áp suất này nhỏ hơn nhiều so với P1, P2.
Do đó ta có thể bỏ qua, các vòng xécmăng còn lại thì chịu áp suất do các vòng xécmăng gây ra nên giá trị Pk = (0,7 1,7) (kg/cm2) [4] và còn phụ thuộc vào dung sai chế tạo và độ đàn hồi các vòng xécmăng.
Ta chọn : Pk = 1 (kg/cm2)
Vậy áp lực của vòng xécmăng lên xi lanh:
N = . D . b . [P1 + (z - 2) . Pk + P2] Ta có lực ma sát giữa piston và xi lanh:
Fp = . N = . . D . b . [P1 + (z - 2) . Pk + P2] Với: D ( cm) : Đường kính của xi lanh
b = 1 (cm) : Bề dày của vòng xécmăng vì ta chọn z = 3 : Hệ số ma sát giữa xécmăng và xi lanh.
Nếu ta chọn vật liệu là hợp kim không nhiễm từ làm xi lanh, còn vật liệu làm vòng xécmăng là gang GX 1836 thì ta được hệ số ma sát là = 0,1 [4]
Vậy ta có được:
Fp = 0,1 . 3,14 . D . [P1 + 1 + P2] Fp = 0,314 . D . [P1 + 1 + P2]
Fp = 0,314 . D . [P1 + 1 + P2] (kg) (a) b). Lực quán tính :
Lực quán tính trong xilanh thủy lực bao gồm lực quán tính của cơ cấu chấp hành, piston và thể tích khí nén nhưng lực quán tính của khí nén bé nên ta có thể bỏ qua.
Ta có công thức:
Fqt = M . a = t V M
. [Kg]
Trong đó :
DUT.LRCC
M : Là khối lượng của piston và cơ cấu chấp hành: M = 2 (kg) V : Vận tốc chuyển động lớn nh : Vmax = 0,5 (m/s)
t : Thời gian tăng tốc cần thiết t = 0,5 (s) Fqt =
5 , 0
5 , 0 .
2 = 2 (kg)
c). Lực ma sát giữa mặt dẫn hướng và con trượt của bàn máy:
Là lực ma sát giữa mặt dẫn hướng và con trượt của bàn máy để dẫn bàn máy hoạt động được tính bao gồm ma sát toàn bộ khối lượng của cơ cấu chấp hành và khối lượng của piston cùng xi lanh tạo nên.
Dựa vào [4] ta có:
Fms = . m (N) Trong đó:
m = 22 (kg) : Khối lượng của toàn bộ cơ cấu
: Hệ số ma sát giữa mặt dẫn hướng và bàn trượt, do vật liệu dẫn hướng và bàn trượt là thép 45, nên hệ số ma sát = 0,1.
Vậy ta có:
Fms = . m = 0,1 . 22 = 2,2 (kg) (c) Thay (a), (b) và (c) vào (4.7) ta được:
F = Fs + Fp - Fql + Ft + Fms
= Fs + 0,314 . D . [P1 + P2 + 1] - 2 + 2 + 2,2 = Fs + 0,314 . D . [P1 + P2 + 1] + 2,2
Hay : A1 . P1 = A2 . P2 + 0,314 . D . [P1 + P2 + 1] + 2,2 Chọn : A1 = A2 .
Do vậy ta có được:
A1 . P1 = A2 . P2 + 0,314 . D . [P1 + P2 + 1] + 2,2 P1 = P2 + 0,314 . D . [P1 + P2 + 1] + 2,2.
Hay (P1 - P2) - 0,314 . D . [P1 + P2 + 1] - 2,2 = 0 Chọn D = 30 (mm) = 3 (cm) và P1 = 1,5 . P2
Do P2 tạo nên lực cản trở chuyển động, nó cho phép thực hiện việc làm đều, việc chuyển động được ổn định, đồng thời thực hiện việc hãm dừng chuyển động.
Khi áp suất ở hành trình bị nén đủ lớn, việc khống chế áp suất P2 được thực hiện nhờ van tiết lưu nối song song với van một chiều để cho khí đi vào xi lanh thì
DUT.LRCC
theo đường van một chiều và khi khí đi qua thì qua đường van tiết lưu ra ngoài, van tiết lưu sẽ không cho áp suất ở đầu ra tức P2 = 0.
Vậy ta có:
(P1 - P2) - 0,314 . D . [P1 + P2 + 1] - 2,2 = 0
(1,5 . P2 - P2) - 0,314 . 3 . [1,5 . P2 + P2 + 1] - 2,2 = 0
P2 = 2,5 (kg/cm2) Suy ra:
P1 = 1,5 . P2 = 1,5 . 2,5 = 3,75 (kg/cm2) Vậy đường kính trong xi lanh ta chọn là:
D = 30 (mm) = 3 (cm)
Khi đó để đảm bảo độ bền cho xi lanh ta chọn bề dày thành xi lanh là 5 (mm).
Do vậy đường kính ngoài của xi lanh khí nén sẽ được tính như sau:
Dn = D + 2 . 5 = 30 + 10 = 40 (mm) Từ đó ta được:
Dp = 30 (mm) Dn = 40 (mm)
DUT.LRCC
CHƯƠNG 5
TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CHO HỆ THỐNG CẤP VẢI