Chương 4. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ, HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN-ĐIỀU KHIỂN
4.1 Tính toán thiết kế hệ thống cơ khí
4.1.4 Nghiệm bền và tính toán các chi tiết trên giá cán
Trục cán là nơi trực tiếp làm biến dạng kim loại để cho ra sản phẩm cán.
Chọn vật liệu làm trục cán là thép C45 được tôi và ram để mặt trục đạt độ cứng từ 35÷40 HRC, bên trong lại phải dẻo dai, chịu uốn tốt, chịu được va đập mạnh. Trục cán có thể chịu được tải trọng nặng và chống mòn, có độ bền cao, với vật liệu phôi cán là hợp kim nhôm.
- Cấu tạo hình học và các kích thước cơ bản của trục cán
Hình 4.9: Các kích thước cơ bản trục cán tấm (Nguồn: Đỗ Hữu Nhơn, 2006)
Giá cán 2 trục công suất nhỏ, cán tấm đối với kim loại màu như nhôm:
- D = 120mm: Đường kính làm việc trục cán.
- d = 55mm: đường kính cổ trục cán (mm).
- l (mm): chiều dài cổ trục, l=d=55mm.
- a (mm): khoảng cách tâm giữa 2 điểm đặt phản lực R1, R2. a = 235mm.
- L: chiều dài làm việc của trục cán, L = 110mm.
65 - Nghiệm bền cho trục cán tấm
Hình 4.10: Lực cán tác dụng lên trục cán và biểu đồ mômen uốn khi cán (Nguồn: Đỗ Hữu Nhơn, 2006)
Tại thân trục cán:
Ở đây chỉ chịu uốn, vì vậy nghiệm bền theo điều kiện uốn:
σu = Mu
Wu =P(a−b/2)
0.4D3 =3.5(235− 20/2)
0.4 ×1203 ≈ 1.14 kG/𝑚𝑚 Mu: mômen uốn do lực cán P gây ra.
Wu: mômen chống uốn của trục.
Đối với trục làm bằng thép [u] = 12kG/mm2: giới hạn bền uốn cho phép của vật liệu làm trục cán (Đỗ Hữu Nhơn, 2006).
Ta thấy u < [u].
Tại cổ trục: vừa chịu uốn vừa chịu xoắn nên nghiệm bền theo tđ. τx = Mx
Wx = Mx 0.2d3
Trong đó, Mx: mômen xoắn. Mx thường lấy theo kinh nghiệm Mx = 1.4 ×Mc ≈ 1.4 × 0.031 ≈ 0.0434 Tấn.m
τx = Mx
Wx =0.0434
0.2d3 = 0.0434
0.2 × 553 ≈ 1.3 kG/mm2 Nghiệm bền cổ trục:
σtđ = √3τx2+σu2 = √3 × 1.32+ 1.142 ≈ 2.5 kG/mm2 < [σtđ]
66 Trong đó, [σtđ] = (45 ÷ 50) kG/mm2. Kết luận: Trục cán làm việc tốt, đủ bền.
Ổ đỡ trục
Đây là chi tiết được lắp vào hai cổ trục cán và tất cả được lắp vào giá đỡ trục (giá cán). Khi trục cán làm việc, ổ đỡ trục là nơi chứa chất bôi trơn cho trục cán và đỡ trục cán qua cổ trục, khi ấy ổ đỡ trục sẽ chịu một áp lực rất lớn và còn bị nóng do ma sát sinh ra giữa bạc lót với cổ trục. Nếu ổ đỡ trục không chịu được tải trọng do lực cán sinh ra thì chẳng những không cán được sản phẩm mà còn xảy ra nhiều sự cố cho máy (Đỗ Hữu Nhơn, 2006).
Trong cán thép người ta thường dùng 3 loại ổ đỡ chính: ổ đỡ ma sát lỏng, ổ lăn, ổ trượt (Đỗ Hữu Nhơn, Đỗ Thành Dũng, Phan Văn Hạ, 2011).
- Ổ đỡ ma sát lỏng nước ta chưa sản xuất được.
- Ổ bi lớn cho các nhà máy công cụ và máy cán nước ta cũng chưa làm được.
- Ổ trượt thì nước ta đã sản xuất được các loại bạc lót đơn giản từ babít 82 đến bạc đồng…
Khi làm việc, ổ đỡ là nơi chịu tác dụng của các lực đặt trên trục, nhờ có nó mà trục cán có một vị trí xác định trong máy và quay quanh một trục tâm đã định để cán chính xác ra các kích thước sản phẩm khác nhau.
Nhóm chọn ổ đỡ trục là ổ trượt (bạc lót trục):
- Đậy là loại ổ được sử dụng nhiều, giá thành rẻ, chịu va đập, làm việc tốt trong môi trường nước và môi trường ăn mòn khác, chế tạo và lắp ráp dễ dàng.
- Bề mặt ổ trượt luôn tiếp xúc với cổ trục cán vì thế ổ trượt phải được làm từ vật liệu có hệ số ma sát thấp như: đồng thanh, babít 82…Nhóm chọn vật liệu làm ổ là đồng thanh.
- Chiều dày bạc lót: S=(0.035÷0.05)d+2.5 (mm).
Lấy S=0.05d+2.5=0.04×55+2.5=5.25 (mm), chọn S = 5.5mm.
- Đường kính trong d1 = d =55mm.
- Đường kính ngoài d2=d+2.S=55+2.5.5=66 (mm).
- Chiều dài L = l = 35mm (chiều dài cổ trục cán).
67 Hình 4.11: Gối đỡ trục và bạc lót
(Nguồn: Đỗ Hữu Nhơn, 2006) 1. Gối đỡ trục 2. Bạc lót trục - Bạc lót trục được nghiệm bền theo điều kiện:
Pmax≤[P]
Trong đó, Pmax: áp lực lớn nhất tác dụng lên bạc lót trục (2 bạc lót trục ở 2 bên cổ trục) (N/mm2)
Pmax = P
2×(π×d2)= 3.5
2×π× 552 ≈ 1.84 N/mm2 [P] là áp lực cho phép của vật liệu làm bạc lót
[P]=20 N/mm2 đối với đồng thau Vậy bạc lót đủ bền để đỡ trục cán.
Trục cán dùng then hoa
Nhóm chọn kiểu định tâm theo đường kính trong.
Kích thước chủ yếu của mối ghép then hoa:
- Đường kính trong của trục then hoa, d = 78mm.
- Đường kính ngoài của trục then hoa, D = 90mm.
- Đường kính trung bình của trục then hoa, d1 =d+D
2 = 84 mm - Chiều rộng của may ơ B = 110mm.
- Chiều dài trục then hoa l = 96mm.
- Số then trên trục z = 8.
68 - Chiều cao then ht = 12mm.
- Chiều rộng then b = 16.3mm.
Kiểu lắp của mối ghép then hoa trên bản vẽ:
d− 8 × 78H7
f7 × 90 × 16.3F8 f7 Tính mối ghép then hoa:
- Khi chịu tải trọng, mối ghép then hoa thường bị hỏng do dập bề mặt tiếp xúc giữa then và rãnh trên bạc. Do máy cán có dao động ngang nên mối ghép then hoa có bạc di trượt dọc trục, các bề mặt tiếp xúc còn bị mòn.
- Để hạn chế các dạng hỏng, mối ghép then hoa được tính toán theo chỉ tiêu:
σd ≤ [σd]
d là ứng suất dập trên bề mặt tiếp xúc của then và rãnh, d được tính theo công thức:
σd = 2Mx d1×z×B×ht× Mx là mômen xoắn trên trục
Mx = 0.0434 Tấn.m ≈434000 N.mm
là hệ số kể đến phân bố tải trọng không đều cho các then, lấy = 0.7÷0.8.
Lấy = 0.75 B = 110mm.
Nhóm tính được
σd = 2×434000
84×8×110×12× 0.75≈ 1.3 N/mm2
[d] là ứng suất dập cho phép. Trục và bạc làm bằng thép C45, được tôi và ram, trục cán quay và bạc trượt dọc trên trục. [d] = 30÷70 N/mm2.
Ta thấy:
σd ≤ [σd]
Vậy mối ghép then hoa đã chọn thỏa điều kiện làm việc.