Phần mềm COSMOS có tính năng nổi bật sau:
• Trước đây việc tính toán kiểm nghiệm bền các chi tiết máy như trục máy, thân máy,... thường phải mô hình hóa trục, thân máy thành các dạng đơn giản hơn rồi đặt lực lên đó thêm một số giả thiết nhằm tính toán đơn giản hóa, sau đó tính toán theo các giả thiết trên. Việc giả thiết như vậy vừa không đưa ra kết quả xác
thực vừa không chính xác. Phần mềm COSMOS có ưu điểm tính toán rất sát thực tế, ví dụ như khi tính bền của một trục hay thân máy ta tiến hành theo các bước sau: ban đầu ta có chi tiết đã vẽ 3D bằng phần mềm SOLIDWORKS hay CATIA (là phần mềm thiết kế 3D), rồi save lại thành file. Khi đã mở được file trên ta thao tác các bước rất đơn giản như: đưa vào các điều kiện ràng buộc, chia phần tử và chạy chương trình. Sau khi chạy chương trình ta sẽ đạt được kết quả thu được cụ thể mà không tốn nhiều thời gian cũng như công sức.
• Phần mềm COSMOS có thể tính được các bài toán như: tính toán tần số riêng của một chi tiết, một cụm chi tiết, có thể tính được độ bền chi tiết dưới dạng tác dụng của ngoại lực, có thế tính đến ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ bền, tần số riêng của chi tiết máy,... Ngoài ra, phần mềm có thể tính được các bài toán về truyền nhiệt, dẫn nhiệt,... COSMOS là phần mềm phân tích thiết kế phát triển từ SARC (phân tích và thiết kế cấu trúc).
• Phần mềm phát triển có cấu trúc mở, chương trình đa tài liệu để tận dụng giao diện đồ họa của window hiệu quả và trực quan. Cấu trúc mở của chương trình cho phép người dùng có thể nhúng vào các phần mềm thiết kế của một hãng thứ ba bằng cách dùng tính năng Customization cộng chương trình vào hoàn chỉnh chương trình.
• COSMOS được thiết kế trên nền cơ sở Parasolid, cũng hỗ trợ chuẩn ACIS và STEP AP203. Chương trình có thể mở trực tiếp từ SOLIDWORKS và Pro/Engineer. Ngoài ra, chương trình có thể đọc hầu hết các file CAD hiện nay.
• Phần mềm trên còn rất nhiều tính năng nổi bật và ứng dụng trong nhiều ngành khác nhau.
5.3. Ứng dụng COSMOS giải bài toán kiểm nghiệm bền
5.3.1 Sơ đồ hóa các bước thực hiện giải bài toán kiểm nghiệm bền:
Thiết kế trên các phần mềm CAD 3D
(Catia, Solidworks, Pro/engineer,...)
Đánh giá độ bền và độ cứng vững bằng CAE ( COSMOS, ANSYS,...)
5.3.2. Cụ thể các bước: ứng dụng COSMOS giải bài toán kiểm nghiệm bền.
• Ở trên ta đã thiết kế bằng CATIA cho trục trung gian. Sau đó chuyển sang COMOS. Bánh răng Then Trục Lắp ghép các thành phần Sử a đổ i kế t cấ
Chuyển dữ liệu sang COSMOS Gán vật liệu cho các thành phần trục
Đặt lực và các ràng buộc vào trục Rời rạc hóa trục thành các phần tử
Chạy chương trình tính toán kiểm tra, đánh giá kết quả
Hợp lý Chưa hợp lý
• Chọn vật liệu cho chi tiết: click chuột phải vào solids. Chọn Apply Material to Allhiện ra thư viện vật liệu. Chọn vật liệu cần dùng.
•Đặt lực và các ràng buộc vào trục
Chọn thư mục Restraint, sau đó chọn ràng buộc On cylindrical face để tạo ràng buộc tại vị trí của các ổ lăn
Chọn mục Remote Load đặt lực nên chi tiết
Sau khi đã chọn bề mặt đặt lực ta tiến hành nhập thông số, vị trí và giá trị của các lực theo các phương khác nhau như hình bên.
Sau khi tạo ràng buộc và đặt lực lên chi tiết ta được giao diện:
Click vào Mesh trên cây thư mục chọn Create Mesh để tạo lưới cho chi tiết
•Chạy chương trình tính toán
Click chuột phải vào Study chọn Run và đợi máy thực hiện tính toán
•Xem kết quả tính toán
- Stress: ứng suất tổng hợp - Displacement: chuyển vị của chi tiết
•Kết quả tính bền
Ứng suất tay số 1
Kết quả của quá trình sử dụng phần mềm COSMOS:
Biểu đồ chuyển vị Biểu đồ ứng suất
• Đánh giá kết quả
Kết quả thu được là trục thiết kế đủ bền.
So với kết quả trong kiểm tra tính bền bằng phương pháp truyền thống thì phương pháp này:
- Quá trình tính toán nhanh.
- Cụ thể.
- Đạt độ chính xác cao hơn.
- Dễ quan sát chuyển vị và ứng suất.
CHƯƠNG VI
TẠO CHI TIẾT TRỤC TRUNG GIAN. 6.1. Giới thiệu trục
• Trục là chi tiết được dùng rất phổ biến trong ngành chế tạo máy, nó có nhiệm vụ truyền chuyển động quay, mô men xoắn nên chịu biến dạng phức tạp: xoắn, uốn, kéo, nén.
• Các chi tiết trục có bề mặt cơ bản cần gia công là mặt tròn xoay ngoài, mặt này thường dùng làm mặt lắp ghép.
• Vật liệu để chế tạo trục thông thường là thép cacbon như thép 30, 40, 45; thép hợp kim như 40Cr, 40Mn, 50Mn,... dùng cho trục chịu tải trọng lớn.
• Tùy theo kết cấu ta có thể chia các chi tiết dạng trục ra các loại khác nhau:
• Trục trơn: trên suốt chiều dài l, trục chỉ có một kích thước đường kính d. Với l/d < 4 là trục trơn ngắn, 4 ≤ l/d ≤ 10 là trục trơn thường, l/d >10 là trục trơn dài.
• Trục bậc: trên suốt chiều dài l trục có một số kích thước đường kính khác nhau. Trên trục bậc có thể có rãnh then, rãnh then hoa, hoặc có ren.
• Trục rỗng: có tác dụng làm giảm trọng lượng hoặc làm mặt lắp ghép.
• Trục răng: là loại trục trên đó có bánh răng liền trục.
• Trục lệch tâm: là loại trục có những cổ trục không cùng lằm trên một đường tâm như trục khuỷu.
• Trục của hộp số ôtô ta xét là trục bậc.
6.2. Yêu cầu kỹ thuật
Chế tạo các chi tiết dạng trục cần đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật sau:
• Kích thước đường kính các cổ lắp ghép yêu cầu cấp chính xác 7 ÷ 10, một vài trường hợp cần cấp 5.
• Độ chính xác hình dạng hình học như độ côn, độ ôvan của các trục lằm trong khoảng 0,25 ÷ 0,5 dung sai đường kính cổ trục.
• Dung sai chiều dài mỗi bậc trục khoảng 0,05 ÷ 0,2 mm.
• Độ lệch tâm giữa các cổ trục lắp ghép không quá 0,01 ÷ 0,03 mm.
• Độ không xong xong của các rãnh then hay then hoa đối với tâm trục không quá 0,01 mm trên 100 mm chiều dài.
• Độ nhám các cổ trục lắp ghép đạt Ra = 1,25 ÷ 0,63; các mặt đầu Rz = 40 ÷ 20; các bề mặt không lắp ghép Rz = 80 ÷ 40.
• Tính chất cơ lý của bề mặt trục như độ cứng bề mặt, độ thấm tôi thì tuỳ từng trường hợp cụ thể mà đặt điều kiện kỹ thuật.
• Ngoài ra, đối với một số trục làm việc ở tốc độ cao thì còn yêu cầu về cân bằng tĩnh và cân bằng động để khử rung động trong quá trình làm việc.
6.3. Tính công nghệ trong kết cấu
Khi thiết kế chi tiết dạng trục cần chú ý những vấn đề sau:
• Các bề mặt trên trục có thể gia công được bằng các dao thông thường.
• Đường kính các cổ trục nên giảm dần về hai đầu.
• Giảm đường kính trục đến mức có thể mà vẫn đảm bảo khả năng làm việc.
• Chọn bố trí các bề mặt như then, rãnh, xoắn, ... phải thích hợp và thuận lợi cho quá trình gia công.
6.4. Trình tự gia công chi tiết trục trung gian của hộp số
a) Chuẩn bị
• Chọn vật liệu: thép C45 có dạng trục.
• Cắt vật liệu để có đường kính, chiều dài lớn hơn trục cần gia công một lượng nhất định.
• Chuẩn định vị trục: dùng mâm cặp ba chấu định vị bốn bậc tự do để kẹp chặt một đầu trục. Khoan lỗ chống tâm ở đầu kia trục, định vị trục bằng mũi tâm. Khi đó ta được chi tiết dạng như hình vẽ: 6.1.
Hình 6.1. Gá trục bằng chấu định vị và mũi tâm
b) Gia công thô và gia công tinh các bề mặt trục
Thực hiện gia công chi tiết: ta cần gia công các đoạn trục có đường kính lớn trước, rồi gia công các đường kính nhỏ sau.
• Tiện thô và bán tinh các mặt trụ bằng nhiều dao chia theo lượng gia công.
• Mài thô một số cổ trục để đỡ chi tiết khi phay.
• Tiện tinh các mặt trụ bằng dao rộng bản: để đạt được độ nhẵn bóng bề mặt và độ chính xác cao.
Sn
Sd
a) Tiện thô và bán tinh trục bằng nhiều dao
S
b) Tiện tinh mặt trụ bằng dao rộng bản Hình 6.2: Gia công thô, gia công tinh bề mặt trục
c) Gia công bánh răng
• Gia công bánh răng là một công việc khó vì vừa phải đảm bảo cho được các chỉ tiêu kỹ thuật vừa phải đảm bảo tính kinh tế. Chọn phương pháp gia công bánh răng phụ thuộc vào vật liệu, độ chính xác và kết cấu của bánh răng, yêu cầu về truyền tải và các chỉ tiêu kinh tế.
• Bánh răng trên trục trung gian có vật liệu thép C45 và là bánh răng thẳng. Phương pháp gia công: phay định hình, được tiến hành bằng dao phay định hình mà prôfin của nó phù hợp với prôfin của rãnh răng.
Hình 6.3: Gia công bánh răng trụ bằng dao phay định hình
d) Gia công then
• Then sử dụng trong hộp số này là: then bán nguyệt.
• Bề mặt then là loại bề mặt dùng để truyền mô men xoắn hoặc dẫn hướng, được dùng rộng rãi bởi vì đơn giản, dễ tháo lắp, giá thành rẻ,...
• Then là chi tiết được tiêu chuẩn hoá.
• Then trên trục được gia công bằng phương pháp phay sau khi đã tiện tinh.
• Then bán nguyệt có mặt làm việc là hai mặt bên, nó có ưu điểm là tự động thích ứng với các độ nghiêng của rãnh mayơ, rãnh răng nhưng nhược điểm là trục bị yếu do phay rãnh.
• Để gia công then bán nguyệt trên trục dùng dao phay đĩa ba mặt. Lúc này, dao quay và chỉ có chuyển động hướng kính. Bán kính của dao bằng bán kính then và thường là bé (để rãnh sâu) nên chế độ cắt bị hạn chế. Hình vẽ:
Hình 6.4. Dùng dao phay đĩa: gia công then bán nguyệt
e) Nhiệt luyện thép C45
• Định nghĩa nhiệt luyện: nhiệt luyện thép là quá trình nung nóng thép đến một nhiệt độ nhất định, giữ nhiệt một thời gian thích hợp rồi sau đó làm nguội với tốc độ xác định để nhận được tổ chức, tính chất theo yêu cầu.
• Đặc điểm:
Không làm nóng chảy và biến dạng sản phẩm thép.
Kết quả được đánh giá bằng biến đổi tổ chức tế vi và tính chất.
• Các yếu tố đặc trưng cho nhiệt luyện thép:
Nhiệt độ nung nóng.
Thời gian giữ nhiệt.
Tốc độ làm nguội.
• Các chỉ tiêu đánh giá kết quả:
Tổ chức tế vi bao gồm cấu tạo pha, kích thước hạt, chiều sâu lớp hoá bền,... là chỉ tiêu gốc quan trọng nhất.
Độ cứng, độ bền, độ dẻo, độ dai.
Độ cong vênh, biến dạng.
Nhiệt luyện: thường gặp nhất, chỉ có biến đổi về tổ chức và tính chất. Gồm nhiều phương pháp: ủ, thường hoá, tôi, ram.
Hoá - nhiệt luyện: nhiệt luyện có kèm theo thay đổi thành phần hoá học ở bề mặt rồi nhiệt luyện tiếp theo để cải thiện hơn bữa tính chất của vật liệu: thấm đơn hoặc thấm đa nguyên tố: C, N, ...
Cơ - nhiệt luyện: là biến dạng dẻo thép ở trạng thái γ sau đó tôi và ram để nhận được tổ chức M nhỏ mịn có cơ tính tổng hợp cao nhất thường ở xưởng cán nóng thép, luyện kim.
f) Gia công sau nhiệt luyện
• Sau khi nhiệt luyện chi tiết luôn bị biến dạng so với trước khi nhiệt luyện, độ chính xác không đúng nữa. Để đảm bảo độ chính xác thì sau nhiệt luyện cần gia công tinh lại.
• Việc gia công tinh các bề mặt thường thực hiện trên máy mài.
• Đây là một phương pháp gia công tinh bằng đá mài:
S
Hình 6.5. Gia công tinh bằng đá mài
Nếu bề mặt chi tiết cần độ nhẵn bóng và độ chính xác cao hơn thì có thể dùng phương pháp mài khôn hoặc mài nghiền để gia công tinh lần cuối.
g) Gia công tinh lần cuối chi tiết
• Đối với các trục có độ chính xác thông thường thì chỉ cần mài tinh là đủ. Tuy nhiên, đối với các trục có yêu cầu độ chính xác cao như: trục của hộp số ô tô thì sau khi mài tinh các cổ trục phải qua gia công tinh lần cuối bằng đánh bóng, mài khôn hoặc mài tinh siêu chính xác.
• Có nhiều phương pháp để gia công tinh sau nhiệt luyện: tiện mỏng, nghiền bằng bạc nghiền,...
• Xét phương pháp gia công dùng bạc nghiền: nghiền bạc bằng bạc nghiền đạt độ chính xác và độ bóng bề mặt cao. Bạc nghiền được xẻ rãnh để có thể bóp được tạo áp lực nghiền, bên trong có các rãnh xoắn chứa bột nghiền. Bạc nghiền được giữ không quay mà chỉ chuyển động tịnh tiến theo chiều dọc trục để các vết mài xoa đều trên bề mặt chi tiết, hớt đi một lớp mỏng phoi nâng cao độ chính xác và độ nhẵn bóng khi gia công.
S
Hình 6.6. Gia công tinh bằng bạc nghiền
h) Mài siêu tinh Mặt trụ ngoài
• Là phương pháp gia công tinh lần cuối đạt chất lượng gia công cao.
• Có nhiều cách để làm. Đây ta xét 1 phương pháp: ta sử dụng hai thanh đá mịn được ghép trên một đầu mài. Hình vẽ 6.7:
• Chú ý: Ngoài chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay của chi tiết, còn có thêm chuyển động lắc ngắn dọc trục với tần số (500 – 2000 vòng/phút ) và biên độ nhỏ 1.5 – 6 mm/phút nhờ một cơ cấu lệch tâm. Trên bề mặt gia công được tưới một lớp dung dịch trơn nguội. Các vết cắt xoa đều nên nhau đạt độ nhẵn bề mặt cao Ra = 0.1 – 0.025 µm.
e S S A A n A-A
Hình 6.7. Mài siêu tinh mặt trụ ngoài dùng đá mài
i) Kiểm tra chi tiết trục sau gia công
• Đây là công đoạn cuối cùng của quá trình gia công. Đối chi tiết trục thường phải kiểm tra kích thước, độ nhám bề mặt, hình dạng hình học các bề mặt.
• Kiểm tra kích thước bao gồm: kích thước đường kính, chiều dài các bậc trục, kích thước then, bánh răng,... Có thể dùng thước cặp nếu yêu cầu dung sai, nếu dung sai nhỏ hơn có thể dùng panme, đồng hồ số, dụng cụ quang học, đồ gá chuyên dùng.
• Kiểm tra hình dáng hình học của các cổ trục được thực hiện nhờ đồng hồ đo. Chi tiết được gá trên máy tiện hoặc đồ gá chuyên dụng. Kiểm tra ở một tiết diện đánh giá được độ ô van, đa cạnh. Kiểm tra ở nhiều tiết diện dọc trục suy ra độ côn.
Độ dao động giữa các cổ trục được kiểm tra bằng cách đặt trục lên khối V, còn đầu đo của đồng hồ thì tì vào cổ trục cần đo. Hiệu số của hai chỉ số lớn nhất và nhỏ nhất của đồng hồ sau khi quay trục đi một vòng là trị số dao động đó.
Độ song song giữa đỉnh, chân và mặt bên của then, then hoa so với đường tâm của các cổ đỡ cũng được kiểm tra bằng đồng hồ so. Chi tiết cũng được đặt lên hai khối V, dùng đồng hồ so rà trên đỉnh, chân, mặt bên của then, then hoa sẽ được độ song song so với đường tâm các cổ đỡ.
Kiểm tra độ đồng tâm của các cổ trục. Nhờ đồ gá mang theo đồng hồ so quay quanh một bậc trục trong khi đó mũi tỳ của đồng hồ tỳ vào bậc trục cần kiểm tra. Hình vẽ: hhbbbbbbbề mtddddđadda dN(goài chuyển động t
Hình 6.8. Dùng đồng hồ so kiểm tra độ đồng tâm của trục
Chú ý: kiểm tra bánh răng liền trục đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và tính