Giáo trình Máy ép thủy lực - Chương 6: Các chi tiết cơ khí chính của máy ép thuỷ lực

Nội dung text: Giáo trình Máy ép thủy lực - Chương 6: Các chi tiết cơ khí chính của máy ép thuỷ lực

1. Ch−ơng 6 Các chi tiết cơ khí chính của máy ép thuỷ lực 6.1. Xi lanh và pittông Th−ờng dùng các kiểu xi lanh sau: kiểu pittông trụ, kiểu pittông bậc, kiểu pittông đứng và kiểu nằm ngang, kiểu cố định và kiểu di động, kiểu có bệ đỡ trên mặt bích và trên đáy. Số l−ợng các xi lanh công tác (một, hai, ba bốn và nhiều hơn) phụ thuộc vào công dụng, chức năng công nghệ, lực của máy ép và số l−ợng các mức lực ép khác nhau theo yêu cầu. Trong máy ép thuỷ lực hay sử dụng nhiều nhất là các xi lanh cố định (hình 6-1.b). Gần đây, ng−ời ta đã chế tạo máy ép có nhiều xi lanh công tác kiểu di động nh− máy ép rèn có các xi lanh bố trí ở phía d−ới và bệ di động. Trong lĩnh vực chế tạo máy ép hay sử dụng các xi lanh có bệ đỡ trên đáy và trên mặt bích. Bệ đỡ của xi lanh trên đáy là hợp lí nếu xét từ phía độ bền, vì trong tr−ờng hợp này loại trừ đ−ợc các ứng suất do sự uốn thành xi lanh bởi phản lực của bệ đỡ trên mặt bích. Ngoài ra, thành của xi lanh sẽ không chịu ứng suất kéo theo chiều trục. Khi có bệ đỡ xi lanh trên đáy, làm phức tạp thêm kết Hình 6-1. Kết cấu của xi lanh cấu, tăng khối l−ợng và kích a. xi lanh có bệ đỡ trên mặt bích; b. cụm xi của thân của máy ép, , Vì vậy, lanh đ−ợc cố định với dầm ngang trên;1. xi trong ngành chế tạo máy ép, lanh; 2. van tiết l−u của phanh; 3. pittông; 4. ng−ời ta sử dụng rộng rãi nhất ống dẫn h−ớng; 5. đệm; 6. vòng; 7. vòng kẹp; là các xi lanh có bệ đỡ trên 8. ống kẹp mặt bích (hình 6-1a) Theo các đặc tr−ng của trạng thái ứng suất xi lanh đ−ợc chia ra làm ba vùng chính: vùng trụ A, vùng mặt bích đỡ B, vùng đáy C. 108
2. Do vùng hình trụ khá lớn so với vùng đáy và vùng mặt bích đỡ cho nên có thể coi nh− ống dày và đ−ợc tính theo công thức Lamê. Nếu nh− chỉ có áp suất trong p tác dụng lên xi lanh thì trên thành của xi lanh xuất hiện: - ứng suất h−ớng kính: p.r ⎛ r 2 ⎞ σ = B ⎜1− H ⎟ (6.1) r 2 2 ⎜ 2 ⎟ rH − rB ⎝ r ⎠ - ứng suất h−ớng tiếp: p.r ⎛ r 2 ⎞ σ = B ⎜1+ H ⎟ (6.2) t 2 2 ⎜ 2 ⎟ rH − rB ⎝ r ⎠ - ứng suất theo chiều trục do ảnh h−ởng của đáy: p.r σ = B (6.3) z 2 2 rH − rB trong đó: σt > σz > σr ứng suất lớn nhất xuất hiện bên bề mặt trong của xi lanh (r = rB). Theo thuyết độ bền năng l−ợng, ứng suất t−ơng đ−ơng đ−ợc xác định theo công thức: 1 2 2 2 σe = (σt − σz ) + (σz − σr ) + (σr − σt ) (6.4) 2 ứng suất lớn nhất σe max trên thành bên trong sẽ là: 3.r 2 σ = H .p (6.5) e max 2 2 rH − rB ứng suất cho phép đ−ợc xác định bằng biểu thức: σ 3.r 2 [σ] = T = H .p (6.6) n 2 2 rH − rB trong đó: σT - giới hạn chảy khi thử kéo; n - hệ số dự trữ bền theo giới hạn chảy. Từ đó nhận đ−ợc: 109
3. [σ ] rH = rB. (6.7) [σ ] − 3p Giá trị ứng suất cho phép [σ] với xi lanh đúc là 80 - 100 MN/m2 (800 - 1000 kG/cm2), xi lanh bằng thép (0,3 - 0,35%C) rèn là 110 - 150 MN/m2 (1100 ữ 1500kG/cm2); còn xi lanh bằng thép hợp kim (1,5 ữ 2% Ni) rèn là 150 -180 MN/m2 (1500 ữ 1800 kG/cm2). Quan hệ giữa [σ] và p khi đ−ờng kính ngoài của xi lanh sẽ là nhỏ nhất: 2 PH = π.rB p (6.8) trong đó: PH - lực chính do xi lanh tạo ra; Từ đó suy ra: P r = H (6.9) B πp Thay biểu thức (6.9) vào (6.7), nhận đ−ợc: PH .[σ ] rH = (6.10) πp([σ ] − 3p) Từ biểu thức này, suy ra rH nhỏ nhất khi biểu thức (6.10) đạt giá trị lớn nhất: U = π . p ([σ] - 3 p) ở đây, [σ] là hằng số, còn p thay đổi. Khi đó: dU = π.[σ] − π 3.2p dp từ đó: [σ ] pOT = (6.11) 2 3 áp suất p từ ph−ơng trình (6.11) gọi là giá trị chính. Thay giá trị p từ ph−ơng trình (6.11) vào (6.10) nhận đ−ợc ph−ơng trình: P r = 1,5 . H (6.12) min [σ ] Khi chọn áp suất chất lỏng công tác, cần phải chú ý, khi trị số của p tiến gần tới pOT, khi tăng áp suất, có sự giảm không đáng kể kích th−ớc của xi lanh. Vì vậy, lấy: p = (0,70 ữ 0,75) pOT Giá trị áp suất p gọi là giá trị hợp lí. 110
4. Các công thức Lamê đúng đối với các tiết diện xi lanh nằm xa các đoạn có sự thay đổi chiều dày của thành xi lanh. Tại các tiết diện của xi lanh nằm ở gần mặt bích hoặc nằm gần phần vòm cong, xuất hiện các ứng suất phụ có trị số gần bằng các ứng suất tính theo các công thức Lamê. Vì vậy kích th−ớc thành xi lanh ở vùng vòm và vùng mặt bích đ−ợc chọn theo kinh nghiệm thực tế. Chiều dày phần đáy xi lanh, ở phần giữa phải vào khoảng không ít hơn hai lần chiều dày thành xi lanh và phải có sự chuyển tiếp đều từ phần hình trụ của xi lanh sang phần đáy (R > 0,4t). Kích th−ớc của góc l−ợn mặt bích đ−ợc kiểm tra theo áp suất khoảng 80 MN/m2 (800 kG/cm2). Chiều dày của mặt bích b = 0,7t; chiều dày h của mặt bích đ−ợc kiểm tra theo độ bền cắt, ứng suất cho phép th−ờng lấy tới 40 MN/m2 (400 kG/cm2) hoặc chọn theo chiều dày t của thành xi lanh. Để giảm ứng suất tập trung, phải làm tròn các góc tạo bởi bề mặt ngoài của xi lanh với bề mặt của mặt bích bằng các góc l−ợn: r ~ (0,7 ữ 0,75) t Cụm xi lanh công tác cùng mối ghép đ−ợc chỉ dẫn trên hình 6-1.b. Các pittông của xi lanh công tác đ−ợc làm đặc hoặc rỗng. Pittông truyền lực tới dầm ngang di động và chịu nén. Liên kết giữa pittông có thể là kiểu cứng (đuôi pittông ngàm chặt vào dầm ngang di động), qua ngõng cầu hoặc liên kết qua chày bằng các nắp hình cầu. Khi pittông liên kết cứng, chúng chịu tác dụng mômen xuất hiện do máy ép chịu tải lệch, dẫn đến mài mòn nhanh ống dẫn h−ớng và làm hỏng đệm bịt kín. Liên kết cứng đ−ợc sử dụng trong máy ép một xi lanh và dùng trong pittông giữa của máy ép ba xi lanh. Pittông đ−ợc chế tạo theo cách rèn từ thép cácbon 45 hoặc 60, bề mặt của chúng đ−ợc tôi và đánh bóng cẩn thận (độ nhám bề mặt không quá cấp 8 và độ chính xác t−ơng đ−ơng cấp 2 khi lắp vào ống dẫn h−ớng). Các pittông đ−ợc liên kết cứng với dầm ngang di động th−ờng đ−ợc chế tạo từ thép hợp kim Cr-Ni, Cr- Mo, độ cứng bề mặt công tác 48 ữ 60 HRC. 6.2. Đệm kín các xi lanh và các ph−ơng pháp thử nghiệm Có ba kiểu đệm kín các mối ghép động: kiểu đệm tự bung, kiểu đệm vòng và kiểu dùng xecmăng. 111
5. Đệm tự bung th−ờng phải ép và nhờ đó sẽ làm triệt tiêu sự rò rỉ của dầu thuỷ lực. Đệm vòng sẽ làm việc tự động d−ới tác dụng của áp suất chất lỏng. Trong máy ép, kiểu sử dụng rộng rãi nhất là kiểu đệm tự bung. Đệm vòng th−ờng đ−ợc sử dụng cho các pittông có đ−ờng kính tới 100 ữ 150 mm khi máy ép làm việc với dầu khoáng. Các vòng xecmăng đ−ợc dùng để đệm kín cho các xi lanh có đ−ờng kính trong tới 600 mm khi làm việc với dầu là chất lỏng công tác. Trong số các vòng đệm tự bung thì đ−ợc sử dụng rộng rãi nhất là các đệm vải - cao su kiểu chữ V nhiều lớp. H−ớng chuyển động của vòng đệm luôn h−ớng về phía tác dụng của áp suất. Việc bố trí đệm kiểu chữ V trong xi lanh máy ép thuỷ lực đ−ợc trình bày trên hình 6.2.a. Trạng thái bề mặt của pittông có ý nghĩa rất lớn đối với khả năng hoạt động của đệm tự bung. Hình 6-2. Đệm pittông 1. xi lanh; 2. pittông; 3. ống dẫn h−ớng; 4. đệm tự bung; 5. ống kẹp; 6-7. vòng kẹp; 8-9. cao su mềm và cứng. Các vít cấy đ−ợc tính toán với lực P bằng: 112
6. π[(D + 2δ ) 2 − D 2 ] P = p (6.14) 4 Trong đó: p - áp suất định mức của chất lỏng. ứng suất cho phép của các vít cấy là 60 ữ 100 MPa (600 ữ 1000 kG/cm2). Bộ đệm vải cao su kiểu chữ V nhiều lớp đ−ợc trình bày trên hình 6-2.b. Các vòng đệm kiểu chữ V đ−ợc làm từ vải bông có tráng cao su và tẩm graphit. Cao su đ−ợc sử dụng phải có tính chất cơ học sau: độ cứng bề mặt theo So là 80 ữ 90 đơn vị; độ bền chống đứt không nhỏ hơn 100%; độ dãn dài d− không quá 5%; tính chịu dầu sau 24 giờ ở 20 0C, có nghĩa là sự tăng khối l−ợng không quá 20%. Số l−ợng các vòng đệm phụ thuộc vào đ−ờng kính của pittông và áp suất của chất lỏng công tác và đ−ợc chọn theo tiêu chuẩn. Lực ma sát khi sử dụng đ−ợc tính theo công thức: R = 0,15 f.π.D.b.p (6.15) trong đó: f - hệ số ma sát (bằng 0,05 đối với đệm tự bung; 0,20 đối với các loại đệm kiểu chữ V); D - đ−ờng kính pittông; b - chiều cao đệm; p - áp suất của chất lỏng. Hệ số 0,15 có tính đến sự giảm áp suất sự giảm áp suất theo chiều cao của đệm. Vòng đệm kiểu chữ V một lớp th−ờng đ−ợc chế tạo từ cao su. Trên hình 6-2.b trình bày vòng đệm kiểu chữ V đ−ờng kính 100 mm (ΓOCT 6969 - 54). Đệm chữ V này đ−ợc lắp sao cho các cạnh h−ớng theo chiều tác động của áp suất chất lỏng. Do có sự tác động của áp suất, các vòng đệm sẽ tự động đảm bảo sự khép kín. Đệm này sẽ làm việc không tốt ở áp suất thấp, vì khi đó chất lỏng không ép các cạnh của đệm vào kim loại. Nh−ợc điểm này đ−ợc khắc phục bằng cách tạo độ căng ban đầu và tăng cứng cho vòng đệm (hình 6.2.d) bằng lò xo kim loại hoặc bằng cao su mềm. Cao su mềm 8 sẽ tạo độ căng ban đầu, còn cao su cứng 9 sẽ đảm bảo sức cản chống ép phần đỡ của đệm vào các khe hở. Sự mài mòn đệm kiểu chữ V xảy ra ở phần đỡ của đệm, nơi có sự ép đệm vào khe hở. Vì nguyên nhân này mà đối với các áp suất lớn hơn 32 MN/m2 (320 kG/cm2) th−ờng sử dụng các vòng đệm có chiều cao hơn. 113
7. Các xi lanh cần phải đ−ợc thử bằng áp suất chất lỏng cao hơn áp suất định mức công tác 1,5 lần; xi lanh nhỏ đ−ợc thử bằng bơm tay; các xi lanh lớn đ−ợc thử bằng bơm dẫn động. Khi đạt áp suất thử, cần phải giữ áp suất này một thời gian, sau đó giảm áp suất và lặp lại chu kỳ thử vài lần. 6.3. Đệm kín các mối ghép cố định Nguyên tắc hoạt động của các đệm kín các mối liên kết cố định dựa trên cơ sở biến dạng đàn hồi - dẻo của chi tiết làm kín, nhờ đó mà trên các bề mặt này có khả năng tạo áp suất lớn hơn áp suất cực đại khả năng của chất lỏng công tác. Chi tiết làm kín các mối liên kết cố định th−ờng là các vòng đệm có tiết diện khác nhau, đ−ợc đặt trong không gian kín giữa các bề mặt. Các vòng th−ờng đ−ợc chế tạo từ đồng đỏ, nhôm, thép mềm, capron và cao su. Hình 6-3. Các đệm kín của các mối liên kết cố định a. tiết diện hình thang b. tiết diện hình tròn Trên hình 6-3 chỉ ra các kích th−ớc chính của đệm capron dùng cho mối liên kết cố định (áp suất công tác tới 40 MPa). Các đệm kim loại mềm đ−ợc sử dụng chủ yếu để làm kín các mối liên kết có thể tháo rời nh− để lắp đặt ống. Trong một số tr−ờng hợp thì các đệm này đ−ợc thay bằng đệm capron. Vòng cao su có tiết diện tròn đ−ợc sử dụng rộng rãi để làm chi tiết bao kín mối liên kết cố định. Các vòng cao su để bao kín các mối liên kết động (p tới 10 MPa) và cố định (p tới 32 MPa) đ−ợc chỉ ra trên hình 6.3.b. Các đệm đ−ợc làm từ cao su chịu dầu và xăng 3826, TY 233-54p. Khi lắp đặt vòng đệm cần phải chú ý tránh lệch, vòng đệm bị h− hỏng do nứt. Đối với các mối liên kết cố định thì độ nhám bề mặt tiếp xúc với các vòng đệm cần phải không thấp hơn cấp 7. Còn bề mặt của rãnh độ nhám không đ−ợc thấp hơn cấp 6. 114
8. Hình 6-4. Đệm bao kín các mối liên kết cố định băng vòng cao su Các đệm bao kín các mối liên kết cố định bằng vòng cao su tiết diện tròn đ−ợc trình bày trên hình 6-4. 6.4. Thân máy Thân máy ép thuỷ lực Kiểu nằm ngang Kiểu thẳng đứng Kiểu hỗn hợp Kiểu Ghép Kiểu Ghép Kiểu Ghép Kiểu một từ hai từ cột từ đặc trụ nhiều trụ nhiều nhiều biệt thân thân thân 2 một hai hoặc trụ trụ 4 cột Kiểu Kiểu Kiểu Kiểu hai ba cột bốn nhiều cột cột cột Hình 6-5. Phân loại các thân máy ép thuỷ lực Trên hình 6-5 trình bày sơ đồ phân loại thân máy ép thuỷ lực. Chỉ tiêu đầu tiên đ−ợc dùng để phân loại là h−ớng chuyển động của dụng cụ công tác: kiểu nằm ngang, kiểu đứng hoặc kiểu hỗn hợp (dụng cụ công tác dịch chuyển theo 115
9. ph−ơng nằm ngang và ph−ơng thẳng đứng, theo ph−ơng thẳng đứng và nghiêng ). Các máy ép kiểu đứng còn phân loại tiếp theo h−ớng tác động của lực làm việc (h−ớng lên trên hoặc xuống d−ới), máy có dẫn động trên và dẫn động d−ới. Ng−ời ta cũng phân biệt các loại khung: một trụ, hai trụ, kiểu kết cấu đặc biệt. Mỗi thân máy ép có thể lại là kiểu làm liền hoặc kiểu lắp ghép,kiểu đ−ợc đúc (thép 35 II) hoặc đ−ợc hàn (thép CT3). Các thân máy ép cỡ lớn có khi đ−ợc làm bằng bê tông cốt thép. Để gia công các chi tiết có kích th−ớc lớn, ng−ời ta sử dụng các thân máy kiểu tổ hợp từ nhiều các thân máy một trụ, hai trụ hoặc từ nhiều các thân máy ghép nối với nhau. Phụ thuộc vào chức năng công nghệ của máy và số l−ợng các chi tiết phải gia công mà kết cấu thân máy có thể thay đổi. Trên hình 6.6 trình bày các ph−ơng án kết cấu thân máy ép hai trụ. Hình 6-6. Các ph−ơng án kết cấu thân máy ép thuỷ lực. a. kiểu hai trụ; b. kiểu tổ hợp từ thân hai trụ; 1. kiểu thao tác lắp có bu lông liên kết; 2. thân kiểu hàn hoặc lắp ráp (các cột - các tấm); 3. lắp ráp từ các tấm song song mặt tr−ớc của máy ép; 4. thân kiểu vành đai; 5. thân có cuộn dây; 6-7. thân đ−ợc lắp bằng bu lông có chung dầm trên; 8. kiểu lắp ráp không có chung dầm trên. 116
10. Tính toán các thân máy ép kiểu tháo lắp và kiểu làm liền có một trụ và hai trụ có thể tiến hành t−ơng tự nh− tính toán các thân máy ép cơ khí kiểu giống nh− vậy. Việc tính toán các thân kiểu cột có đặc điểm riêng. Tính toán các thân máy kiểu đứng cũng tuơng tự việc tính toán của thân kiểu hai trụ (chiều cao của thân đ−ợc lấy bằng độ dài của cột giữa các mặt phẳng trong của các dầm ngang). Đối với máy ép kiểu đứng, nếu ta tính thân theo tải nằm ngang sẽ không thích hợp vì các cột có độ cứng vững nhỏ so với độ cứng vững của dầm ngang. Th−ờng thì các cột chịu tác động của tải nằm ngang, đ−ợc coi nh− là các dầm, mà các đầu mút đ−ợc cố định chặt ở các dầm ngang cố định. Đồng thời giả sử là có tải đều tác dụng lên các cột (có thể có sự không đều của các tải ở thời điểm ban đầu, nh−ng sau đó sẽ đ−ợc san bằng đều, vì có sự phân bố lại tải), ứng suất ở các cột sẽ là: N M σ = + u ≤ [σ] (6.16) F 0,1d3 trong đó: F - diện tích tiết diện ngang của cột; d - đ−ờng kính trụ. Đối với máy ép kiểu bốn cột, thì lực N tác dụng lên trụ là: P ⎛ 2e ⎞ N = ⎜1+ ⎟ (6.17) 4 ⎝ L ⎠ Trị số của momen uốn Mu tác dụng vào cột phụ thuộc vào sơ đồ kết cấu của thân máy ép (giả sử cả bốn cột đều làm việc). Đối với sơ đồ trên hình 6-7.a (pittông máy ép đ−ợc nối với dầm ngang di động treo kiểu bản lề): Mu = P.e.z/4 (6.18) Đối với trên hình 6-7.b (nối cứng giữa pittông với dầm ngang di động hoặc là có cán dẫn h−ớng đặc biệt ): Pe M = (6.19) u 32(y + k) Đối với máy ép kiểu hai cột (hình 6-8) thì nguy hiểm nhất là độ lệch tâm theo h−ớng trục y. Khi đó ứng suất ở các cột của máy ép hai cột là: P ⎛ 2e 8e ⎞ σ = ⎜1+ + ⎟ (6.20) 2F ⎝ l d ⎠ 117
11. πd2 πd3 l d F= ;l = ; = 4 32 F 8 Hình 6-7. Máy ép kiểu bốn cột Hình 6-8. Máy ép kiểu hai cột Đối với máy ép kiểu ba cột có thể lấy gần đúng là: P ⎛ e ⎞ σ = ⎜1+ 8 ⎟ (6.21) 3F ⎝ d ⎠ Các cột của máy ép chuyên dụng (với độ cứng vững, chiều dài và bố trí đối xứng của chúng khác nhau) thì tính toán theo ph−ơng pháp biến dạng là thuận tiện hơn cả. 6.5. Dầm ngang Dầm ngang d−ới có kết cấu dạng hộp và có gân tăng cứng bên trong. Chiều cao của dầm bằng 2,5 ữ 3,5 lần đ−ờng kính của các trụ dẫn h−ớng. Dầm ngang d−ới đ−ợc đặt trên các phần côngson hoặc bằng các đế ở d−ới dạng đai ốc và đầu các trụ. ở các máy ép có lực lớn hơn 40MN thì các dầm d−ới đ−ợc chế tạo lắp ghép và liên kết lại bằng các bulông làm việc chỉ ở chế độ chịu kéo. Vật liệu để chế tạo dầm d−ới th−ờng dùng là thép đúc có σb= 450 ữ 550 MN/m2 (45 - 55 kG/mm2). Trong các phôi đúc dầy có ứng suất d− nhiệt, chúng có thể gây phá huỷ sớm tr−ớc sự phá huỷ do ứng suất gia công vật liệu gây ra. Vì vậy, khi thiết kế khối đúc dầm d−ới cần phải xử lý nhiệt, khử ứng suất d− sau đúc. 118
12. Hình 6-9. Các dầm ngang A - dầm trên; b - dầm di động 119
13. Gần đây, ng−ời ta hay sử dụng dầm kiểu hàn, các dầm ngang này có cùng độ cứng vững nh−ng có khối l−ợng và thời gian chế tạo nhỏ hơn. Khi tính toán dầm ngang theo kiểu uốn, cũng giống nh− tính cho thanh nằm trên hai gối tựa và có tải đặt đối xứng. Khi đó tính toán mang tính gần đúng, do hình dạng của dầm rất phức tạp. Khoảng cách giữa hai gối tựa đ−ợc lấy bằng khoảng cách giữa hai đ−ờng tâm của các trụ. Trên hình 6-9a chỉ dẫn dầm trên của máy ép rèn có lực 30 MN (3000T). Cơ sở của kết cấu là các hốc dạng ống để lắp xi lanh và các trụ. Các hốc này đ−ợc liên kết bằng các gân và tạo thành một chi tiết thống nhất, có dạng hình chữ nhật theo hình chiếu thẳng. Từ các điều kiện công nghệ, ngoài các máy ép thuỷ lực có một xi lanh, còn có các máy sử dụng hai, ba xi lanh hoặc nhiều hơn và thay đổi kết cấu của các dầm ngang. Dầm ngang trên đ−ợc chế tạo kiểu đúc hoặc hàn, vật liệu chế tạo là thép đúc hoặc thép tấm dầy có giới hạn bền không nhỏ hơn 450 MPa. Chiều cao của dầm trên có thể là nh− nhau trên suốt chiều dài và bằng chiều cao của các hốc cho trụ hoặc là chiều cao đ−ợc tăng thêm ở các phần trung tâm. chiều cao của dầm trên của các trụ th−ờng bằng 2,5 ữ 3,5 lần đ−ờng kính cột. Các dầm trên của máy có lực ép lớn đ−ợc chế tạo kiểu lắp ghép. Mặt phẳng phân cách của các phần ghép của dầm th−ờng song song với hình chiếu chính của máy ép, một nửa của lực ép từ mỗi pittông đ−ợc đặt trọng tâm của nửa vòng - là bề mặt đỡ của mặt bích xi lanh t−ơng ứng. ứng suất cho phép của thép đúc 50 ữ 70 MPa. Dầm di động của máy ép thuỷ lực dùng để cố định dụng cụ công tác phía trên và truyền lực từ pittông công tác tới phôi cần biến dạng (hình 6-9.b). Dầm đ−ợc chế tạo theo kiểu làm liền khối hoặc kiểu lắp ghép, kiểu đúc hoặc kiểu hàn. Vật liệu chế tạo th−ờng dùng là thép đúc hoặc thép tấm có σs không nhỏ hơn 450 MPa. Chiều cao của phần giữa của dầm đ−ợc tính trên cơ sở giả thiết khi dầm nằm trên bộ hạn chế hành trình thì dầm chịu toàn bộ áp suất của máy ép. Dầm di động đ−ợc tính toán nh− tính cho thanh nằm trên hai gối tựa, có khoảng cách giữa chúng bằng khoảng cách giữa các cột, ứng suất cho phép chịu uốn khi dầm tỳ trên bộ phận hạn chế hành trình là 120 ữ 150 MPa. Trên bề mặt d−ới của dầm di động có các rãnh hình chữ T để cố định đầu búa hoặc khuôn dập. H−ớng của dầm di động theo các cột đ−ợc đảm bảo bằng các ống dẫn h−ớng, đ−ợc chế tạo bằng đồng chất l−ợng cao hoặc bằng gang đặc biệt, và các ống dẫn h−ớng này đ−ợc lắp trong hốc xi lanh của dầm. Bề mặt bên 120
14. trong của các ống lót đ−ợc gia công đạt độ nhám cấp 8. Giữa ống và cột ở máy ép rèn cần phải có khe hở một mặt, vào khoảng không nhỏ hơn 1mm, khe hở này dần dần sẽ giảm đi khi máy ép làm việc do có sự dãn nở nhiệt của dầm. Để ngăn ngừa sự xuất hiện áp suất cục bộ và để cho toàn bộ bề mặt của ống dẫn h−ớng đều làm việc, ng−ời ta th−ờng làm bề mặt ống có dạng hình cầu. Đôi khi để đạt đ−ợc mục đích này, ng−ời ta tăng chiều cao của hốc cho ống dẫn h−ớng của các trụ (so với chiều cao đã xét của kết cấu tr−ớc) và nh− vậy làm tăng cánh tay đòn dầm di động khi truyền mômen tạo thành do lệch tải lên các trụ máy ép. Việc cố định các pittông vào dầm di động sử dụng kết cấu kiểu cứng (ở máy thuỷ lực có một pittông công tác hình 6-10.a,b); theo kiểu có đế tựa hình cầu (để cố định các xi lanh phía bên vào dầm di động, đông thời khi đó xi lanh ở giữa đ−ợc cố định cứng với dầm - hình 6-10.c ); theo kiểu có các nửa vòng (đối với xi lanh kiểu pittông ở máy ép có thuỷ lực không lớn, khi hạ và nâng dầm đ−ợc thực hiện bằng một cán duy nhất - hình 6-10.d). Hình 6-10. Các ph−ơng án cố định pittông với dầm cố định H−ớng của máy ép thân hai trụ th−ờng đ−ợc thực hiện bằng các bộ dẫn h−ớng lăng trụ, nh− máy ép có trục khuỷu. H−ớng nh− vậy cho phép trong quá trình tăng sự mài mòn bề mặt dẫn h−ớng, thì có thể chọn đ−ợc khe hở, và vì vậy sẽ thuận lợi hơn cho các máy ép cần có độ chính xác cao khi đặt trùng các phần khuôn với nhau (ví dụ nh− máy ép để chặt, để dập ). 6.6. Các cột và đai ốc Các cột dùng để liên kết dầm trên và dầm d−ới bằng đai ốc vào thành một khung máy ép hoàn chỉnh. Cột còn đ−ợc dùng để dẫn h−ớng dầm di động. Các cột có đ−ờng kính d−ới 500 ữ 700 mm th−ờng đ−ợc chế tạo dạng khối đặc. Các cột có đ−ờng kính lớn hơn đ−ợc làm rỗng bằng cách khoan lỗ dọc theo đ−ờng trục 121
15. của cột, với đ−ờng kính lỗ khoan 150 ữ 300mm. Các cột rỗng, nếu có cùng diện tích tiết diện nh− cột đặc, thì sẽ có mômen chống uốn lớn hơn. Mặt ngoài của cột đ−ợc đánh bóng cẩn thận để dễ di tr−ợt dầm ngang. Độ nhám bề mặt nh− vậy phải không đ−ợc nhỏ hơn cấp 7, các bề mặt còn lại của cột đ−ợc gia công sao cho không có vết x−ớc. Các b−ớc chuyển tiếp từ tiết diện này sang tiết diện khác phải đ−ợc đảm bảo trơn đều. Vật liệu chế tạo các cột th−ờng là thép cácbon dẻo chứa 0,30 ữ 0,45%C và thép hợp kim chứa 1,5 ữ 2%Ni. Khả năng làm việc của các khung máy ép phụ thuộc rất nhiều vào kiểu liên kết của dầm trên, dầm d−ới với các cột. Hình 6-11. Các ph−ơng án cố định cột và dầm di động Sử dụng rộng rãi nhất là kiểu cố định các cột vào các dầm bằng các đai ốc (hình 6-11.a). Kiểu cố định này không đảm bảo sự dịch chuyển của cột trong dầm ngang một l−ợng bằng khe hở giữa chúng và các hốc (khe hở khoảng 2mm) nh−ng nó lại đơn giản trong việc chế tạo, lắp ráp các cột và dầm ngang. Để ngăn sự tự xoay các đai ốc d−ới, trên dầm d−ới có các chặn chống xoay. Các đai ốc đ−ợc hãm bằng các tấm hãm. Việc chống xoay cho các đai ốc là việc cần thiết. Kiểu cố định đ−ợc sử dụng ở các máy ép có lực ≈ 1MN và lớn hơn. Nh−ợc điểm của kiểu cố định này là có ứng suất tập trung ở các đ−ờng ren của cột tại chỗ thoát ren từ dầm cố định trên và d−ới, tại đây có momen cực đại. Trên hình 6-11 trình bày kiểu cố định các cột vào các dầm bằng vai trục dạng côn và đai ốc. Kiểu cố định này đòi hỏi độ chính xác cao của các vị trí các vai trục trên các cột và các lỗ trên dầm. Để đảm bảo độ căng ban đầu, trong các 122
16. cột có các lỗ để đặt vào đó các bộ sấy nóng. Sau khi sấy nóng, các cột sẽ dãn ra và sẽ bao đảm sự kéo căng các cột với dầm sau khi nguội. Trong các máy ép có lực nhỏ hơn 10MN ng−ời ta th−ờng sử dụng các vai tựa phẳng ở các cột. Trên hình 6-11.c trình bày kiểu cố định phần trên của các cột, cho phép loại trừ ứng suất tập trung do đ−ờng ren hoặc vai tựa gây ra. Độ cứng của mối liên kết các cột với dầm đ−ợc đảm bảo bằng các thanh néo dài, chúng tiếp nhận khối l−ợng của dầm trên, các lực quán tính và trong một số tr−ờng hợp là lực do hành trình khứ hồi của dầm ngang gây ra. Trên các cột ng−ời ta sử dụng kiểu ren chặn. Đ−ờng kính ngoài của ren trên trụ của máy ép có lực gần bằng 10MN (1000 T) cần phải nhỏ hơn khoảng 1mm so với kích th−ớc của hốc đặt cột. Các đai ốc của cột th−ờng có dạng hình trụ. Các đai ốc có kích th−ớc lớn hơn th−ờng đ−ợc chế tạo từ thép đúc với σb = 450 MPa, theo kiểu liền khối hoặc kiểu ghép. Đ−ờng kính ngoài của đai ốc th−ờng lấy bằng1.5d (d-đ−ờng kính cột), chiều cao của chúng đ−ợc lấy bằng (1.0 ữ 1.5)d. Ren của đai ốc đ−ợc tính để chịu áp suất tới 80 MPa, chịu ứng suất cắt vòng ren tới 55 MPa, chịu ứng suất uốn vòng ren tới 80 MPa. Mặt phẳng đỡ của đai ốc, tiếp xúc với dầm ngang, đ−ợc tính để chịu áp suất tới 80MPa. 6.7. Các bàn di động và cơ cấu đẩy Bàn di động để đặt dụng cụ, dịch chuyển phôi gia công, đ−a chúng vào vùng làm việc của máy ép và chuyển các sản phẩm đã đ−ợc dập ra ngoài. Bàn di động đ−ợc nằm tì trên dầm d−ới của máy ép và các phần công son của nó. Vật liệu bàn di động là thép đúc có σB = 450MPa. Trong tr−ờng hợp này phần d−ới của dầm d−ới đ−ợc làm bằng các tấm gang. Phần dẫn h−ớng có dạng phẳng, phải đ−ợc che bằng các tấm chắn đ−ợc gắn vào phía đầu bàn. Việc điều chỉnh phần dẫn h−ớng của bàn đ−ợc thực hiện bằng cách thay các tấm gang. Lực để di chuyển bàn: P = f.N (6.22) trong đó: N - tổng các trọng l−ợng của bàn kéo, phôi lớn nhất và của dụng cụ. f - hệ số ma sát, th−ờng lấy bằng 0.5 ữ 0.6. Bàn đ−ợc dịch chuyển bằng hai xi lanh, đ−ợc bố trí ở hai bên bàn, hoặc bằng một xi lanh. 123
17. Các pittông có thể liên kết trực tiếp với bàn máy hoặc qua một khâu trung gian. Liên kết trực tiếp đ−ợc sử dụng khi hành trình t−ơng đối nhỏ (khoảng 2 ữ 3mm). Đối với hành trình dài bàn đ−ợc dịch chuyển theo từng nấc, để dịch chuyển toàn bộ thì pittông phải thực hiện một số hành trình. Để đẩy các vật dập ra khỏi khuôn ở tâm của dầm d−ới hoặc để đẩy phôi đi một khoảng bằng hành trình của bàn, ng−ời ta sử dụng cơ cấu đẩy. Kết cấu đ−ợc sử dụng rộng rãi của cơ cấu đẩy đ−ợc trình bày trên hình 6-12. ở đây xi lanh kiểu di động, còn pittông là cố định. Hành trình trở về của cơ cấu đẩy đ−ợc thực hiện bằng hai xi lanh đẩy về, tác dụng lên thanh ngang của cơ cấu đẩy. Khi đó sẽ loại trừ khả năng các bụi bẩn và vẩy sắt rơi vào các đệm. Xi lanh của cơ cấu đẩy đ−ợc tính toán nh− xi lanh có thành dày, còn dầm ngang đ−ợc tính chịu uốn; các thanh kéo đ−ợc tính chịu kéo. Bàn di động và các thanh kéo dẫn động nó phải có các lỗ để cần của cơ cấu đẩy đi qua. Khi sử dụng dầu làm chất lỏng công tác, ng−ời ta th−ờng sử dụng xi lanh của cơ cấu đẩy là xi lanh kiểu pittông, th−ờng thì Hình 6.12. Cơ cấu đẩy pittông đ−ợc bao kín bằng các xecmăng. 6.8. Tính toán thiết kế cụm pittông - xi lanh máy 500T 6.8.1. Tính toán thiết kế xi lanh chính Cụm pittông - xi lanh chính có nhiệm vụ tạo ra lực ép làm biến dạng vật dập. Khi cụm đầu tr−ợt đi xuống nhờ hai pittông phụ, pittông chính đi xuống với tốc độ 50 mm/s, dầu từ thùng dầu phụ phía trên điền đầy vào trong xi lanh chính. Khi khuôn trên chạm vật dập, áp suất dầu tăng lên dần dần trong xi lanh chính nhờ bơm pittông cao áp, đầu tr−ợt tiếp tục chuyển động xuống ép vật dập với tốc độ 1 mm/s. Sơ đồ nguyên lý kết cấu của cụm pittông - xi lanh chính nh− hình 6-13. Bán kính trong của xi lanh đ−ợc tính theo công thức: 124
18. P r = H B π.p trong đó: - PH: lực ép danh nghĩa của máy. PH = 500 tấn -p: áp suất làm việc của dầu thuỷ lực. p = 40 MPa Thay số vào ta có: rB ≈ 199,52 mm Vậy đ−ờng kính trong tính toán của xi lanh chính là: DB = 2.rB = 399,04 mm Lấy DB = 400 mm. Ta có thể lấy: p = (0,7 - 0,75) po.m trong đó po.m là giá trị áp suất tối −u trong xi lanh t−ơng ứng với vật liệu chế tạo xi lanh. Lấy p = 0,7.po.m hay p 40 p = = = 57,15 MPa o.m 0,7 0,7 ta có: Hình 6-13 Nguyên lý cấu tạo cụm [σ] p = pittông xi lanh chính o.m 2 3 trong đó: [σ] là ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo xi lanh. Thay số ta có: [σ ] = po.m .2. 3 = 197,973 MPa Giá trị ứng suất cho phép trên nằm trong khoảng giá trị của thép đúc 45, thép chuyên dùng chế tạo các chi tiết chịu áp lực nh− xi lanh, thép có [σ] = 320 MPa, vậy ta chọn vật liệu chế tạo xi lanh là thép đúc 45. Ta tính đ−ợc: 320 rH = 200. ≈ 225,95 mm 320 − 3.40 Vậy đ−ờng kính ngoài của xi lanh là: DH = 2.rH = 451,89 mm. Lấy DH = 480 mm. Diện tích tiết diện ngang bên trong của xi lanh chính là: 125
19. π.D 2 3,14.400 2 F = B = =125600 (mm 2 ) 4 4 Thể tích dầu làm việc lớn nhất của xi lanh là: 3 3 Vmax = H.F = 600.125600 = 75360000 mm hay 0,07536 m . 6.8.2. Tính toán thiết kế pittông chính Đ−ờng kính pittông có thể tính theo công thức sau: ϕ −1 d = D ϕ trong đó: d - đ−ờng kính cán pittông; D - đ−ờng kính pittông; ϕ - hệ số tỷ lệ (ϕ = 1,25 - 2,5). Chọn ϕ = 2,5 thay số vào ta có: 2,5 −1 d = 400. ≈ 309,839 (mm) 2,5 6.8.3. Tính kiểm bền cho xi lanh và pittông a. Tính kiểm bền cho xi lanh ứng suất tại mặt ngoài xi lanh là: 3.r 2 3.480 2 H =226,741 (MPa) σ = 2 2 .p = 2 2 .40 rH − rB 480 − 400 So sánh với [σ] của vật liệu chế tạo xi lanh ta thấy xi lanh đủ bền. b. Tính kiểm bền cho pittông - ứng suất xuất hiện trong pittông là: N σ = Fc trong đó: N - lực tác dụng trên cán pittông; Fc - tiết diện ngang của cán pittông. 500000.4 Thay số ta có: [σ] = = 441,096(KG / cm 2 ) = 44,11MPa 3,14.382 - ứng suất cho phép của pittông với vật liệu thép 45 là: 126
20. σ [σ] = ch n Thép 45 có σch = 320 MPa n: hệ số an toàn, lấy n = 3 Thay số ta đ−ợc: [σ] = 120 MPa So sánh ta thấy diện tích pittông lớn hơn so với yêu cầu của kết cấu pittông khi làm việc, vì vậy ta có thể giảm tiết diện làm việc của pittông bằng cách chế tạo pittông rỗng. Theo tính toán trên ta có diện tích tối thiểu của pittông là: P 500000 F = = = 416,67(cm 2 ) = 41667 mm2 min [σ ] 1200 Đ−ờng kính ngoài của pittông là 380 mm, vậy diện tích tiết diện ngang của pittông là: π.D 2 F = n =113411,5 mm 2 n 4 Phần diện tích rỗng của pittông là: 2 Fr = Fn - Fmin = 11341,5 - 41667 = 71744,5 mm Đ−ờng kính trong của pittông là: 4.F D = r = 302,2382 mm t 3,14 Để bảo đảm có thể lắp ghép pittông với đầu tr−ợt đ−ợc thuận tiện và đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật về độ an toàn, tính bền vững của mối ghép chọn đ−ờng kính lỗ trong của pittông là Dt = 200 mm. Các thông số cơ bản của xi lanh chính là: - Đ−ờng kính trong: 400 mm. - Đ−ờng kính ngoài: 480 mm. - Vật liệu chế tạo: thép đúc 45. Các thông số cơ bản của pittông là: - Đ−ờng kính ngoài của pittông: 380 mm. - Đ−ờng kính trong của pittông: 200 mm. - Vật liệu chế tạo cán pittông: thép 45. 6.8.4. Tính toán thiết kế pittông - xi lanh phụ, cụm tháo sản phẩm T−ơng tự nh− cách tính của cụm pittông - xi lanh chính ta tính cho cụm pittông xi lanh phụ và cơ cấu tháo sản phẩm nh− sau. 127
21. a. Tính toán cụm pittông - xi lanh phụ Theo thông số thiết kế ban đầu: lực trở về của cụm đầu tr−ợt là 10 T, vậy lực tác dụng trên mỗi xi lanh phụ là 5 T. Hình 6-14. Nguyên lý cấu tạo cụm xi lanh - pittông phụ Chọn vật liệu chế tạo xi lanh và pittông là thép đúc 35 có σch = 280MPa Bán kính trong xi lanh phụ: PH rt = Π.p 5 r = = 0,798 dm t 3,14.2,5 rt = 79,8 mm Đ−ờng kính trong xi lanh phụ sẽ là: Dt = 2.rt = 2.79,8 = 159,6 mm Lấy Dt = 160 mm 128
22. T−ơng tự nh− tính với xi lanh chính ta có đ−ờng kính ngoài của xi lanh phụ là: [σ ] rn = rB . [σ ] − 3.p 280 rn = 80. ≈ 87,012 mm 280 − 3.2,5 Vậy đ−ờng kính ngoài của xi lanh phụ là: Dn = 2.rn = 2.87,012 = 174,024 mm Lấy Dn = 180 mm. Tính đ−ờng kính cán pittông phụ: ϕ −1 d = D ϕ 2,5 −1 d =160 =123,936 mm 2,5 Lấy đ−ờng kính cán pittông d = 130 mm Các thông số của cụm pittông xi lanh phụ là: - Đ−ờng kính ngoài: Dn = 180 mm - Đ−ờng kính trong: Dt = 160 mm - Đ−ờng kính cán pittông: d = 130 mm b. Tính toán cụm pittông - xi lanh tháo phôi Chọn vật liệu chế tạo xi lanh và pittông là thép đúc 45 có σch = 320MPa Bán kính trong xi lanh tháo phôi là: PH rt = Π.p 60 r = ≈ 0,692 dm t 3,14.40 rt = 69,2 mm Đ−ờng kính trong của xi lanh: Dt = 2.rt =2.69,2 = 138,4 mm Lấy Dt = 140 mm Bán kính ngoài xi lanh phụ: [σ ] rn = rB . [σ ] − 3.p 320 rn = 70. ≈ 79,082 mm 320 − 3.40 129
23. Đ−ờng kính ngoài xi lanh tháo phôi là: Dn = 2.rn = 2.79,082 = 158,164 mm Lấy đ−ờng kính ngoài xi lanh tháo phôi Dn = 170 mm Đ−ờng kính cán pittông tháo phôi: ϕ −1 d = D. ϕ 2,5 −1 d = 140 =108,44 mm 2,5 Lấy d = 110 mm Hình 6-15. Nguyên lý cấu tạo cụm xi lanh - pittông tháo phôi. Các thông số chính của xi lanh - pittông tháo phôi là: - Đ−ờng kính ngoài: Dn = 170 mm - Đ−ờng kính trong: Dt = 140 mm - Đ−ờng kính cán pittông: d = 110 mm 6.9 . Tính toán đàn hồi khung thân máy 500T Thân máy là một bộ phận kết cấu chủ yếu của máy, nó mang một số các bộ phận kết cấu t−ơng ứng với các nhóm. Thân máy là một bộ phận dùng để gá lắp, định vị và kẹp chặt tất cả các cụm chi tiết khác của máy, đồng thời truyền lực cho 130
24. khuôn dập. Chất l−ợng gia công của máy phụ thuộc vào thuộc tính tĩnh và động của nó. Vì vậy việc nghiên cứu thuộc tính cơ học của máy là mối quan tâm lớn. Khi gia công các phôi kim loại trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau, tải trọng làm việc thay đổi, yêu cầu thân máy có độ cứng vững lớn, có khả năng chịu các thay đổi lớn về lực, về ứng suất. Để đáp ứng đ−ợc yêu cầu trên, thân máy cần đ−ợc thiết kế sao cho kết cấu máy có khả năng chống uốn tốt, biến dạng đàn hồi theo h−ớng thẳng đứng nhỏ, giảm chấn, giảm rung tốt, nh−ng kích th−ớc và trọng l−ợng của thân máy không quá lớn. Khi tính toán thân máy dạng khung th−ờng tính theo sức bền tĩnh và độ cứng, hệ số an toàn bền lấy bằng 2,5 - 3 đối với thép cán, nhằm bảo đảm độ an toàn khi quá tải và độ cứng vững của máy. Tải trọng tác dụng lên bàn máy coi nh− tải trọng phân bố đều trên chiều dài c=(2/3)l 0 (l 0- khoảng cách giữa các đ−ờng tâm của trụ máy). Các lực tác dụng lên bộ phận dẫn h−ớng do tải trọng của đầu tr−ợt th−ờng coi bằng không. Hiện nay đối với loại khung kín ng−ời ta tính các trị số mô men tại các điểm đặc tr−ng của nó. Công thức tính các trị số mô men tại các điểm nguy hiểm của thân máy nh− sau: Các hệ số phụ: l 2 J 2 J 3 α 1 = ; k21 = ; k32 = l1 J 1 J 2 Các mô men: ⎧ 1 a 2 ⎫ 3.P.⎨l1 − ( . ).(2.α.k 32 + 3)⎬α 3 l 2 ⎩ 2 ⎭ M1 = 2 8[(2.α.k 32 + 3).(3.k 21 + 2.α) − α .k 32 ] 3.P.l1 + αK 32 .8.M1 M 2 = 8.(2.α.k 32 + 3) P.l M = 1 − M 4 4 2 M1 + M 2 M 5 = M 2 − l 2 Các giá trị ứng suất tại các tiết diện nguy hiểm: P M M σ = ± i ± n 2.F J y 2.J x h x h y trong đó: P - lực ép danh nghĩa của máy; 131
25. Mi - mô men uốn của khung tại các vị trí nguy hiểm; Mn - mô men ở mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng của khung Mn = P.l1,2; l1,2 - khoảng cách từ đ−ờng tác dụng lực P đến mặt phẳng đi qua trọng tâm trụ t−ơng ứng; F - diện tích tiết diện ngang nguy hiểm của trụ thân máy; Jx, Jy - mô men quán tính tại các tiết diện nguy hiểm theo các trục x,y đi qua trọng tâm tiết diện; J1, J2, J3 - mô men quán tính tại các mặt cắt của khung thân máy; hx, hy - khoảng cách từ thớ ngoài cùng của tiết diện đến trục trung hoà x,y. Độ biến dạng theo ph−ơng tác dụng lực đ−ợc tính theo công thức: 2 l1 δ = [P.l1 − 2.(M 2 + M 1.k31 )] + 48.E.J 3 P.l M M + 2 + k. 3 + k. 1 2.E.F2 G.F1 G.F3 trong đó: k = 1,2 - đối với tiết diện là hình chữ nhật. k = 1,7 - 2 đối với tiết diện là hình chữ nhật rỗng. Trên khung thân máy ta tính cho 3 vị trí tiết diện nguy hiểm là dầm ngang phía trên, thân trụ đứng và bàn máy. Hình 6-16. Mô hình tính khung Để tính toán, chọn 3 mặt cắt tại 3 vị trí thân máy nguy hiểm của khung thân máy: - Vị trí 1, giữa dầm ngang khung thân máy (mặt cắt A-A). - Vị trí 2, giữa trụ khung thân máy (mặt cắt B-B). - Vị trí 3, giữa bàn máy (mặt cắt C-C). Thí dụ tính khung máy ép 500T. Thân sử dụng vật liệu: thép tấm CT3 dầy 40mm, 60mm và 25mm. N σch = 230 mm2 N σk = 450 mm2 Hệ số an toàn n = 2,5. 132
26. Vậy các ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo thân máy đ−ợc xác định nh− sau: 2 []σk = 92N / mm 2 []σk = 180N / mm Hình 6-17. Tiết diện ngang dầm ngang phía trên (mặt cắt A-A) Xác định toạ độ trọng tâm mặt cắt tiết diện ngang của dầm ngang: n ∑ Fxii. Sy i=1 Fx11 cccccc+++++ Fx 2 2 Fx 33 Fx 4 4 Fx 55 Fx 6 6 xc = ==n F FFFFFF123456+++++ ∑ Fi i=1 n ∑ Fyii. Sx i=1 Fy11 cccccc+++++ Fy 2 2 Fy 33 Fy 4 4 Fy 55 Fy 6 6 yc = ==n F FFFFFF123456+++++ ∑ Fi i=1 trong đó: xc,yc - toạ độ trọng tâm trục quán tính chính của mặt cắt; xci, yci - toạ độ trọng tâm các tiết diện thành phần của mặt cắt; Fi - diện tích các tiết diện thành phần. 133
27. Toạ độ trọng tâm các tiết diện thành phần của mặt cắt: xc1 = 128,75 xc5 = 147,5 yc3 = 340 xc2 = 871,25 xc6 = 20 yc4 = 20 xc3 = 980 yc1 = 710 yc5 = 20 xc4 = 852,5 yc2 = 710 yc6 = 340 Thay số ta có: F1x c1 + F2 x c2 + F3x c3 + F4 x c4 + F5x c5 + F6 x c6 x c = F1 + F2 + F3 + F4 + F5 + F6 25,75.6.12,875+87,125.6.25,75+98.4.68 +85,25.6.21,5 +14,75.6.21,5 + 2.68.4 x = c 25,75.6+25,75.6+68.4+21,5.6+21,5.6 x cI = 50(cm) F1y c1 + F2 y c2 + F3 yc3 + F4 y c4 + F5y c5 + F6 y c6 y c = F1 + F2 + F3 + F4 + F5 + F6 27125756. .,.+ 234468222156 . + ,. = 225756., .++ 246826215 , ycI = 36,86 cm. Vậy: xcI = 50 cm ycI = 36,86 cm Mô men quán tính theo các trục và các tiết diện đ−ợc xác định nh− sau: ()i 2 JJbFxi=+ x . i i 2 JJaFyi=+ y . i (i) Jxiyi = Jxy + ai.bi.Fi JJxy+ 1 22 J max = J = ±−+()JJxy4 J xy min 2 2 trong đó: Jxi, Jyi - mô men quán tính theo các trục x, y của các tiết diện thành phần; ()i ()i JJx , y - mô men quán tính của các tiết diện thành phần ; a, b - khoảng cách từ trục quán tính trung tâm của mặt cắt tới các trục toạ độ trọng tâm của các tiết diện thành phần; 134
28. Fi - diện tích của các tiết diện thành phần. Thay số vào ta có: (1) 2 4 Jx1 = Jx + b1 .F1 = 180 539,36 cm (2) 2 4 Jx2 = Jx + b2 .F2 = 180 539,36 cm (3) 2 4 Jx3 = Jx + b3 .F3 = 107 035,51 cm (4) 2 4 Jx4 = Jx + b4 .F4 = 179 024,28 cm (5) 2 4 Jx5 = Jx + b5 .F5 = 179 024,28 cm (6) 2 4 Jx6 = Jx + b6 .F6 = 107 035,51 cm 4 JxI = Jx1 + Jx2 + Jx3 + Jx4 + Jx5 + Jx6 = 933 198,3 cm (1) 2 4 Jy1 = Jy + a1 .F1 = 221 478,95 cm (2) 2 4 Jy2 = Jy + a2 .F2 = 221 478,95 cm (3) 2 4 Jy3 = Jy + a3 .F3 = 627 050,66 cm (4) 2 4 Jy4 = Jy + a4 .F4 = 165 259,73 cm (5) 2 4 Jy5 = Jy + a5 .F5 = 165 259,73 cm (6) 2 4 Jy6 = Jy + a6 .F6 = 627 050,66 cm 4 JyI = Jy1 + Jy2 + Jy3 + Jy4 + Jy5 + Jy6 = 2 027 578,6 cm 4 Jx1y1 = a1.b1.F1 = -195821 cm 4 Jx2y2 = a2.b2.F2 = 195821 cm 4 Jx3y3 = a3.b3.F3 = -37340,2 cm 4 Jx4y4 = a4.b4.F4 = -158967 cm 4 Jx5y5= a5.b5.F5 = -158967 cm 4 Jx6y6 = a6.b6.F6 = 37340,2 cm Jxy = Jx1y1 + Jx2y2 + Jx3y3 + Jx4y4 + Jx5y5 + Jx6y6 = 0 4 JmaxI = 3507967,05 cm 4 JminI = 2413586,75 cm Hình 6-18. Tiết diện ngang thân trụ đứng (mặt cắt B-B) 135
29. Toạ độ trọng tâm của các tiết diện thành phần mặt cắt B-B: xc1 = 1,25 xc2 = 26,25 xc3 = 26,25 yc1 = 60 yc2 = 118 yc3 = 2 Tính t−ơng tự nh− trên ta có: xcII = 15,54 cm ycII = 36,86 cm Từ đó ta có: a1 = -14,29 a2 = 10,71 a3 = 10,71 b1 = 23,14 b2 = 79,14 b3 = 34,86 4 Jx1 = 520637,88 cm 4 Jx2 = 1252894,59 cm 4 Jx3 = 243310,59 cm 4 JxII = 2016843,05 cm 4 Jy1 = 61417 cm 4 Jy2 = 64607 cm 4 Jy3 = 64607 cm 4 JyII = 190632 cm 4 Jx1y1 = a1.b1.F1 = -99201 cm 4 Jx2y2 = a2.b2.F2 = 169518 cm 4 Jx3y3 = a3.b3.F3 = 74670 cm 4 JxyII = 144987 cm 4 JmaxII = 2028282,22 cm 4 JminII = 179193,29 cm Toạ độ trọng tâm của các tiết diện thành phần mặt cắt C-C: xc1 = 4,5 xc5 = 123 yc3 = 68,75 xc2 = 7 xc6 = 125,5 yc4 = 68,75 xc3 = 26 yc1 = 2 yc5 = 28,25 xc4 = 104 yc2 = 28,25 yc6 = 2 Thay số vào ta có: 136
30. xcIII = 65 cm ycIII = 63,41 cm Hình 6-19. Tiết diện ngang bàn máy (mặt cắt C-C) Từ toạ độ trục quán tính trung tâm mặt cắt ta suy ra khoảng cách từ toạ độ trục quán tính tới các toạ độ trọng tâm các mặt cắt thành phần: a1 = -62,5 a2 = -62 a3 = -39 A4 = 39 a5 = 62 a6 = 62,5 b1= -62,2 b2 =-39,95 b3 = 4,55 B4 = 4,55 b5 =-39,95 b6= -62,2 (1) 2 4 Jx1 = Jx + b1 .F1 = 135810,77 cm (2) 2 4 Jx2 = Jx + b2 .F2 = 277855,81 cm (3) 2 4 Jx3 = Jx + b3 .F3 = 196946,57 cm (4) 2 4 Jx4 = Jx + b4 .F4 = 196946,57 cm (5) 2 4 Jx5 = Jx + b5 .F5 = 277855,81 cm (6) 2 4 Jx6 = Jx + b6 .F6 = 135810,77 cm 4 JxIII = Jx1 + Jx2 + Jx3 + Jx4 + Jx5 + Jx6 = 1221226,3 cm (1) 2 4 Jy1 = Jy + a1 .F1 = 132201 cm (2) 2 4 Jy2 = Jy + a2 .F2 = 652874,67 cm (3) 2 4 Jy3 = Jy + a3 .F3 = 2951303,33 cm (4) 2 4 Jy4 = Jy + a4 .F4 = 2951303,33 cm (5) 2 4 Jy5 = Jy + a5 .F5 = 652874,67 cm 137
31. (6) 2 4 Jy6 = Jy + a6 .F6 = 132201 cm 4 JyIII = Jy1 + Jy2 + Jy3 + Jy4 + Jy5 + Jy6 = 7472380 cm 4 Jx1y1 = a1.b1.F1 = 133750,98 cm 4 Jx2y2 = a2.b2.F2 = 395620,32 cm 4 Jx3y3 = a3.b3.F3 = -351959 cm 4 Jx4y4 = a4.b4.F4 = 351959 cm 4 Jx5y5= a5.b5.F5 = -395620,32 cm 4 Jx6y6 = a6.b6.F6 = -133750,98 cm JxyIII = Jx1y1 + Jx2y2 + Jx3y3 + Jx4y4 + Jx5y5 + Jx6y6 = 0 4 JmaxIII = 74 723 880 cm 4 JminIII = 1 221 226,304 cm Sau khi tính bền, nhận thấy các ứng suất tính toán nhỏ hơn giá trị cho phép. Thân máy đủ bền và bảo đảm biến dạng đàn hồi nhỏ. 138