Tính toán sức bền và kết cấu máy

tính toán sức bền cho thân dao trên kết cấu

Chương 4 TÍNH TOÁN SỨC BỀN VÀ KẾT CẤU MÁY

4.1 TÍNH TOÁN SỨC BỀN CHO THÂN DAO TRÊN

Kết cấu

Dựa theo sự bố trí của các xilanh trên chiều dài thân máy, ta có được kết cấu của thân gá dao trên

Hình 4.1 Kết cấu thân dao trên Thân dao có các kích thước:

Thân dao có kích thước và lực tác dụng như hình vẽ:

Giả sử lực tác dụng lên thân dao phân bố đều, ta có sơ đồ lực tác dụng lên thân dao như sau:

Hình 4.2 Sơ đồ lực tác dụng Để tính toán sức bền cho thân gá dao trên khi làm việc với công suất lớn nhất của máy ta mô hình hóa thân thành một dầm có mặt cắt ngang thay đổi, chịu tải trọng phân bố q = 106 N/m và giả sử lực tác dụng của

3 bộ xilanh - piston là các phản lực tác dụng lên dầm thì ta có sơ đồ để tính toán như sau:

Hình 4.3 Sơ đồ tính toán

Ta thấy dầm trên là một dầm siêu tỉnh để giải được bài toán này ta dùng phương pháp giải bằng phương trình 3 mômen ẩn số là các mômen

M0= - q.a2/2 , M1 và M2 = - q.a2/2

Tách dầm ra thành các dầm đơn giản để đảm bảo dầm làm việc như một dầm thực ta thêm vào các mômen tại các gối tựa:

Hình 4.4 Sơ đồ mômen tại các gối Biểu đồ mômen do tải trọng gây ra:

8

b

2 b

B

Hình 4.5 Biểu đồ mômen do tải trọng gây ra Lập phương trình 3 mômen có dạng như sau:

Ω +

Ω

−

= +

+ +

+ +

−

1

1 1

6

1 1

2 1

.

i l i b i i

i i i

M i i M i l i i

1

b q b b

2

b q

= Ω

=

Ω

Có được giá trị của M1 ta sẽ đi vẽ biểu đồ mômen uốn và lực cắt

do tải trọng gây ra của dầm liên tục

Trên đoạn BC: Z2 = 0 ⇒ Qy = - 1,012.106N

Z2 = 2,5 ⇒ Qy = 1,487.106NTrên đoạn CD: Z3 = 0 ⇒ Qy = - 1,488.106N

Z3 = 2,5 ⇒ Qy = 1,012.106NTrên đoạn DE: Z4 = 0 ⇒ Qy = 5.106N

Z2 = a ⇒ Qy = 0Từ các số liệu đã tính toán trên ta vẽ được các biểu đồ mômen uốn và lực cắt của dầm

Biểu đồ mômen uốn:

Biểu đồ lực cắt:

Hình 4.7 Biểu đồ lực cắtVới các số liệu tính toán được ta đi kiểm tra bền cho thân giá dao trên

Trên biểu đồ nội lực tại điểm C đồng thời vừa có Qy lớn nhất và

Mx lớn nhất, do vậy ta kiểm tra bền cho dầm tại điểm C

Điểm C chịu ứng suất phẳng đặc biệt theo thuyết bền thế năng biến đổi hình dạng ta có:

[ ] σ σ

3 0 10 187 7

, ,

,

=

d x S x J y

4

2 y

h b

S x : Mômen tĩnh đối với trục trung hoà x của phần mặt cắt nằm về một phía của đường có toạ độ y là đường mà

ta xét đối với ứng suất tiếp (y = 0)

Trong đó:

Qy = 1,488.106N

F = b.h = 0,08.0,6Vậy T = 31, 625.106N/m2

10875

y J

3

= 31,625.106N/m2

⇒ σtd = 2 , 17 2 + 331 , 625 2 10 6 = 54 , 819 10 6N /m2

Như vậy: σtd ≤[ ]σ =370.106N /m2

Tính toán độ võng thân dao:

Dùng phần mềm tính toán RDM ta có được độ võng thân dao tại các mặt cắt nguy hiểm hay độ võng lớn nhất

Biểu đồ độ võng:

Hình 4.8 Biểu đồ độ võngBiểu đồ góc xoay:

Hình 4.9 Biểu đồ góc xoay Vậy độ võng lớn nhất của thân daô tại K1 và K2 trên biểu đồ độ võng là: f = 2,254mm

Góc xoay lớn nhất tại N1 và N2 trên biểu đồ góc xoay là:

φ1 = φ2 = 3,126.10-3rad

4.2 TÍNH SỨC BỀN THÂN DAO DƯỚI

Sơ đồ lực tác dụng lên thân gá dao dưới:

Hình 4.10 Sơ đồ lực tác dụng lên thân gá dao dưới

Ta thấy rằng thân dao dưới chịu lực tác dụng của ngoại lực giống như thân dao trên, gối đõ được gia cường các gân chịu lực và liên

kết bằng hàn Do đó độ võng của thân dao sẽ rất nhỏ, vì vậy ta không cần đi tính toán độ võng của thân dao dưới.

Kết cấu của thân dao dưới

Hình 4.11 Kết cấu thân gá dao dưới

4.3 TÍNH TOÁN SỨC BỀN CHO CẦN PISTON.

Kết cấu

Hình 4.12 Kết cấu của cần piston

Ta mô hình cần piston như một thanh chịu nén đúng tâm một đầu chịu tác dụng của lực ép một đầu giả sử được cố định, lực ép ở đây chính là lực Pmax cần để uốn phôi thép

Trong đó: Pmax = 6.000.000 N

Do bố trí 3 piston - xilanh cho nên: P1 = 2.000.000N

Ta có ∑F2 =N2−P1 =0⇒ N2 =P1

Vậy N2 = P1 = 2.106 N

Theo điều kiện bền ta có muốn đảm bảo sự làm việc an toàn khi thanh chịu kéo nén đúng tâm thì ứng suất lớn nhất trên mặt cắt ngang của nó không được vượt quá ứng suất cho phép:

F : tiết diện mặt cắt ngang

n

σ σ σ

N

4 2

[ ]σ πZ

N

D ≥ 4

vậy ta chọn đường kính trục piston là D= 110mm

4.4 TÍNH BỀ DÀY THÀNH XILANH

δ

Ta có phương trình cân bằng

δ π

σk 2 .R.

=

Ρ (4.7)

Trong đó:

δ: chiều dày của thành xilanh

R: bán kính trong của thành xilanh

P: lực dọc trục được xác định bằng công thức

PK: bán kính cong của kinh tuyến đang xét

P1 : bán kính cong của vĩ tuyến đang xét

Do xi lanh hình trụ nên: PK = ∞

Pt = R

⇒ σ =Ρρ.Ρt =Ρρ.R

1viết điều kiện bền theo lý thuyết M0 ( Lý thuyết ứng suất tiếp lớn nhất )

[ ]σ σ σ

σb : ứng suất cho phép

với vật liệu CT3 ta có [σ]b= 360N/mm2

σk

Với n: là hệ số an toàn, chọn n = 1,5

4.5 TÍNH CHỌN VÍT ĐỂ GHÉP VÒNG CHẮN KHÍT

Sơ đồ cấu tạo

4 5

3

Ta có lực tác dụng trực tiếp của dầu lên vòng chắn khít khi chày chạy về nhanh

Từ công thức P = π(D2 - d2).p/4

Trong đó:

D: Đường kính của piston

d: Đường kính trụ piston

p : Aïp suất dầu

0 ( chi tiết máy tập I)

trong đó:

P0 là lực toàn phần tác dụng lên vít

với P0 = 1,3v + X.P = [1,3.k (1 -X) + X].P (chi tiết máy tập I)

Ta phải nhân thêm hệ số 1,3 vì ở đây có xét đến tác dụng của mômen lúc xiết chặt vít

Với k : hệ số an toàn, k= 1,3 đến 1,5⇒ ta chọn k = 1,4

X: hệ số ngoại lực

Theo bảng (5-2) CTMT1 Ta chọn X = 0,26

Thay vào công thức trên ta được:

P0 = 56948,2 N, ở đây ta chọn số vít ghép là n = 30

⇒ lực tác dụng lên mỗi vít ghép là P01 = P0/30 = 949,13N

Từ công thức d π[ ]σ0k

4 1

Ρ

≥

Chọn vật liệu làm vít thép 45

Theo bảng (5-3) trang 87 CTMT1 ta có:

σch = 350N/mm2, nch = 1,4

⇒ [σk] = σch/ nch = 250N/mm2

⇒ d [ ]k 15186mm

0 4

1 ≥ Ρ = ,

σ πvậy chọn đường kính của vít là d= 16mm

theo bảng (5-1) CTM tập 1 trang 67 ta có các thông số của vít như sau: + Đường kính bbên ngoài của vít là : d=16

+ Đường kính bên trong của vít: d=13.8

+ Bước ren: S = 2.0mm

Chương 5 QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT GỐI ĐỠ

5.1.2 Các yêu cầu kỹ thuật:

Độ không song song giữa mặt đáy với đường tâm lỗ 60 không quá 0.01 trên 100mm chiều dài đo

Độ không vuông góc giữa đường tâm lỗ 60 với mặt đầu không quá 0.01/100mm chiều dài

5.1.3 Vật liệu chế tạo:

Chi tiết ta làm bằng gang xám GX 21-40, phôi ta chọn là phôi đúc, và có những đặc tính sau: Tính đúc tốt, dòn, dẻo kém, dể gia công cắt gọt

Gang xám GX 21-40 loại này có cơ tính trung bình ít chịu mài mòn, được dùng làm các chi tiết chịu tải trong nhẹ và trung bình như vỏ hộp giảm tốc, bích,

Cơ tính của chúng như sau :

+ Sức bền chảy δch= 17 Kg/mm2

+ Sức bền kéo δbk= 21 Kg/mm2

+ Sức bền uốn δu= 40 Kg/mm2

5.1.4 Phân tích chi tiết gia công :

Nhìn chung chi tiết gia công không phức tạp lắm nên tính công nghệ cao

5.2 XÁC ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤT

Dựa vào sản lượng cần sản xuất và theo khối lượng của chi tiết cần gia công ta xác định được dạng sản xuất là loạt bé

5.3 CHỌN PHÔI VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO PHÔI

5.3.1.Chọn dạng phôi:

Ở đây chi tiết chúng ta làm bằng gang xám GX 21-40 mà gang lại có tính dễ đúc nhưng gang lại có nhược điểm là dòn

Kích thước chi tiết không lớn lắm, hình dáng không phức tạp vì vậy

ta chọn phôi đúc là tốt nhất

5.3.2.Phương pháp chế tạo phôi :

Dùng phương pháp đúc trong khuôn cát, vì dạng sản xuất là loạt bé nên đúc trong khuôn cát kinh tế hơn các phương pháp chế tạo phôi khác

+ Chính xác chế tạo phôi : Cấp II

+ Dung sai phôi : δ = 0.8(mm)

+ Độ bóng bề mặt : ∇1 ÷ ∇3

5.3.4 Tra lượng dư gia công cho các bề mặt của phôi :

Lượng dư đối với các kích thước danh nghĩa cho các bề mặt như sau :

+Mặt đáy là 3(mm)

+Hai mặt bên của trụ là 3(mm)

5.4 PHÂN TÍCH CHUẨN VÀ LẬP QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ

Công việc chọn chuẩn là một công việc có ý nghĩa rất quan trọng Mục đích của việc chọn chuẩn là nhằm đảm bảo các yêu cầu sau :+ Chất lượng chi tiết trong quá trình gia công

+ Đảm bảo độ chính xác của chi tiết

+ Đảm bảo năng suất hạ giá thành

5.4.1 Chọn chuẩn thô :

Chuẩn thô thường được dùng ở nguyên công đầu tiên trong quá trình gia công cơ, việc chọn chuẩn thô có ý nghĩa quyết định đối với quá trình công nghệ, nó ảnh hưởng tới những nguyên công sau và đến độ chính xác gia công chi tiết Cho nên khi chọn chuẩn thô cần chú ý những điểm sau :

+ Phân phối đủ lượng dư cho các bề mặt gia công

+ Bảo đảm độ chính xác cần thiết về vị trí tương quan giữa các bề mặt không gia công và bề mặt sắp gia công

+ Nếu chi tiết có một bề mặt không gia công thì ta chọn bề mặt đó làm chuẩn thô

+ Nếu có một số bề mặt không gia công thì ta chọn bề mặt nào có yêu cầu độ chính xác tương quan cao nhất đối với các bề mặt gia công làm chuẩn thô

+Trong các bề mặt phải gia công nên chọn mặt nào có lượng dư nhỏ nhất, đều làm chuẩn thô

+Chọn bề mặt làm chuẩn thô tương đối bằng phẳng

+Chuẩn thô chỉ nên dùng một lần

Đối với chi tiết này ta chọn chuẩn thô như sau :

Hình 5.1 Sơ đồ chọn chuẩn Lấy mặt D làm chuẩn thô khống chế ba bậc tự do Kẹp chặt ở mặt C, sau đó phay mặt A và lấy A làm chuẩn tinh để gia công các mặt còn lại

5.4.2 Trình tự gia công chi tiết như sau :

+Nguyên công 1 : Phay mặt đáy đạt ∇6

+ Nguyên công 2 : Khoan, khóet lỗ 8 đạt ∇5

+ Nguyên công 3 : Khoan, khóet lô ùbậc 18 đạt∇6

+ Nguyên công 4 : Phay các mặt đầu đạt ∇5

+ Nguyên công 5 : Phay hai mặt bên đạt độ bóng ∇6

+ Nguyên công 6 : khoét doa vát lỗ 60 đạt ∇7

+ Nguyên công 7 : Khoan và tarô 2 lỗ M10

+ Nguyên công 8 : Kiểm tra

5.5 NỘI DUNG CÁC NGUYÊN CÔNG

5.5.1 Nguyên công 1::

Gia công bề mặt đáy bằng phương pháp phay ,độ bóng bề mặt cần đạt được là ∇6

1.Nguyên công có hai bước :

Bước 1 : Phay thô đạt độ bóng ∇4

Bước 2 : Phay tinh đạt độ bóng ∇6

2.Sơ đồ định vị và kẹp chặt :

B

A

D

Hình 5.2 Sơ đồ định vị phay Chuẩn định vị :

Mặt A khống chế 3 bậc tự do

Mặt trụ trong C dùng để kẹp chặt

3 chuyển động cắt gọt :

+ Chi tiết giá trên bàn máy chuyển động tịnh tiến khứ hồi

+ Dao phay chuyển động quay tròn

Với chiều sâu cắt t = 3(mm)

7.Tính toán chế độ cắt :

a/Bước 1 : Phay thô

Với bước này ta chọn t = 2(mm)

Tra bảng (5-33) trang 29 STCNCTM tập II ta có

Sz = 0.14(mm/răng) ; S = Sz × Z = 0.14 × 10 = 1.4(mm/vòng)

Tra bảng (5-127) trang 115 STCNCTM tập II ta có :

Vb = 180(m/phút)

Vậy tốc độ quay là:

Chọn theo máy n = 407(vòng/phút)

Vậy Sph = n × Z × Sz = 407 × 10 × 0.14 = 569,8(mm/răng)

Tra bảng (5-130) trang 118 tập II STCNCTM ta có công suất cắt là :

)/(26.57314

.3100

18010001000

phut vong D

Nc = 5.5(Kw)

b/Bước 2: Phay tinh

Với bước này ta chọn t = 1(mm)

Tra bảng (5-37) trang 31 STCNCTM tập II ta có

S = 1.3(mm/vòng) ; Sz = S/Z = 1.3 / 10 = 0.13(mm/vòng) Tra bảng (5-127) trang 115 STCNCTM tập II ta có :

Vb = 228(m/phút)

Vậy tốc độ quay n là

Chọn theo máy n = 512(vòng/phút)

Lúc này ta có tốc độ cắt như sau :

T(mm)21

S(mm/r)569,8665,6

V(m/ph)127,7160,76

n(v/ph)407512

N(Kw)5.52.3

8.Tính thời gian cơ bản :

L L L

×

+ +

0

) / ( 14 726 14 3 100

228 1000 1000

phut vong D

1000

14 3 100 512

1000× = × × =

×

) ( 254 0 407 4 1

4 17 180

×

+ +

=

(phut)

i n S

L L L

×

+ +

0

Bước 1 : Khoan lỗ φ6 thông suốt đạt ∇4

Bước 2 : Khoan lỗ φ8thông suốt đạt ∇6

2 Sơ đồ định vị và kẹp chặt :

3 Chuyển động cắt gọt :

+ Chi tiết giá trên bàn máy đứng yên

+ Mũi khoan chuyển động quay tròn và tịnh tiến lên xuống

3 1

4 95 12 180

×

+ +

=

W

6 Lượng dư gia công :

Với chiều sâu cắt t = 3(mm)

7 Tính toán chế độ cắt :

Vậy tốc độ quay là:

Chọn theo máy n = 1360(vòng/phút)

Lúc này ta có tốc độ cắt như sau :

Vậy tốc độ quay n là :

Chọn theo máy n = 482 (vòng/phút)

Lúc này ta có tốc độ cắt như sau :

T(mm)2

S(mm/v)272

V(m/ph)34.16

n(v/ph)1360

N(Kw)1.1

) / ( 1253 14

3 6

5 31 1000 1000

phut vong D

1000

14 3 8 1360

1000× = × × =

×

) / ( 1486 14

3 8

28 1000 1000

phut vong D

1000

14 3 8 482

1000× = × × =

×

L :Chiêu daì bề mặt gia công (mm)

L1: Chiều dài ăn dao (mm)

L2: chiều dài thoát dao

Khoan khoét lỗ φ12 đạt độ bóng cấp 6

Khoan khoét lỗ bậc φ18 đạt độ bóng cấp 6

1.Nguyên công có 4 bước

Bước 1: khoan lỗ φ10 đạt độ bóng cấp 4

Bước 2: Khoan lỗ bậc φ16 đạt độ bóng cấp 4

Bước 3: Khoét lỗ φ12 đạt độ bóng cấp 6

Bước 4: Khoét lỗ bậc φ18 đạt độ bóng cấp 6

2.Sơ đồ định vị và kẹp chặt

(phut)

i n S

L L L

×

+ +

0

) ( 1557 0 1360 17

0

2 2 32

×

+ +

=

(phut)

i n S

L L

5 1 32

3.Chuyển động cắt gọt

Chi tiết được gá trên bàn máy đứng yên

Mũi khoan chuyển động quay tròn và tịnh tiến lên xuống

Vậy tốc độ quay n là :

Chọn theo máy n = 1000 (vòng/phút)

Lúc này ta có tốc độ cắt như sau :

Vậy Sph = n × S = 1000 × 0.2 = 200 (mm/răng)

) / ( 1000 14

3 10

5 31 1000 1000

phut vong D

1000

14 3 10 482

1000× = × × =

×

Tra bảng (5-92) trang 87 tập II STCNCTM ta có công suất cắt là

Vậy tốc độ quay n là :

Chọn theo máy n = 600 (vòng/phút)

Lúc này ta có tốc độ cắt như sau :

Vậy tốc độ quay n là :

Chọn theo máy n = 850 (vòng/phút)

Lúc này ta có tốc độ cắt như sau :

3 16

5 31 1000 1000

phut vong D

1000

14 3 16 600

1000× = × × =

×

) / ( 850 14 3 12

28 1000 1000

phut vong D

1000

14 3 12 482

1000× = × × =

×

Với bước này ta có chiều sâu cắt t là :

Vậy tốc độ quay n là :

Chọn theo máy n = 482 (vòng/phút)

Lúc này ta có tốc độ cắt như sau :

T(mm)5811

S(mm/p)0.20.20.170.17

V(m/ph)31,430,218.227.13

n(v/ph)10001000482482

N(Kw)1,11,11.11,1

L :Chiêu daì bề mặt gia công (mm)

L1: Chiều dài ăn dao (mm)

L2: chiều dài thoát dao (mm)

28 1000 1000

phut vong D

1000

14 3 18 482

L L L

×

+ +

0

) ( 18 0 1000 2

0

2 2 32

×

+ +

=

( )

L

L+

Trong đó

L :Chiêu daì bề mặt gia công (mm)

L1: Chiều dài ăn dao (mm)

L2: chiều dài thoát dao

Gia công bề mặt đầu bằng phương pháp phay ,độ bóng bề mặt

cần đạt được là ∇6

1 Nguyên công có hai bước :

Bước 1 : Phay thô đạt độ bóng ∇4

Bước 2 : Phay tinh đạt độ bóng ∇6

Sơ đồ định vị và kẹp chặt :

(phut)

i n S

L L L

×

+ +

0

) ( 24 0 482 17 0

2 2 16

×

+ +

=

) ( 15 0 600 2 0

2 16

L L

2 16

Hình 5.5 Sơ đồ định vị gia công mặt đầu

Chuẩn định vị :

Mặt A khống chế 3 bậc tự do

Hai chốt khống chế 3 bậc tự do trong đó chốt ngắn khống chế 2 bậc tự do còn chốt trám khống chế 1 bậc tự do

Kẹp chặt bằng cơ khí bằng lực kẹp như trên hình vẽ

3 chuyển động cắt gọt :

+ Chi tiết giá trên bàn máy chuyển động tịnh tiến khứ hồi

+ Dao phay chuyển động quay tròn

Với chiều sâu cắt t = 3(mm)

7 Tính toán chế độ cắt :

a/Bước 1 : Phay thô

Với bước này ta chọn t = 2(mm)

Tra bảng (5-34) trang 29 STCNCTM tập II ta có

Sz = 0.2(mm/răng) ; S = Sz × Z = 0.2 × 20 = 4(mm/vòng)

Tra bảng (5-127) trang 115 STCNCTM tập II ta có :

Vb = 30(m/phút)

Vậy tốc độ quay n là : Chọn theo máy n = 51(vòng/phút)

Lúc này ta có tốc độ cắt như sau:

30 1000 1000

phut vong D

1000

14 3 200 51

1000× = × × =

×

Với bước này ta chọn t = 1(mm)

Tra bảng (5-37) trang 31 STCNCTM tập II ta có

S = 0.5 (mm/vòng) ; Sz = S/Z = 0.5 / 20 = 0.025 (mm/vòng)

Tra bảng (5-127) STCNCTM tập II ta có :

Vb = 42.5 (m/phút)

Vậy tốc độ quay n là :

Chọn theo máy n = 64 (vòng/phút)

Lúc này ta có tốc độ cắt như sau :

T(mm)21

S(mm/r)20432

V(m/ph)3240

n(v/ph)5164

N(Kw)1.71

8 Tính thời gian cơ bản :

L L L

×

+ +

0

) (

140 mm

(D t) ( )mm ( ) ( )mm t

) / ( 67 67 14 3 200

5 42 1000 1000

phut vong D

1000

14 3 200 64

1000× = × × =

×

) ( 77 0 204

2 17 140

(phut)

i L L L

T = + 1+ 2 ×