3.4. Tính toán thiết kế và kiểm tra sức bền thân máy
3.4.2. Tính toán ổn định cho thân máy
Để tính toán ổn định cho thân máy, ta phải xác định được mối liên kết của khung máy, khảo sát xem khung máy có đủ bền hay không, khi làm việc có bị rung động hoặc có chịu được tải trọng động quá trính ép phôi hay không.
Ta thấy kết cấu của thân máy được phân bố bởi hai trụ dầm nối với thân ngang (như hình vẽ 3.4.). Được mô phỏng ban đầu dạng dầm cơ bản, nhưng với kết cấu này thì dầm có dạng siêu tĩnh. Khi làm việc ta xem lực nén đúng tâm. Do đó với kết cấu này máy làm việc với lực ép Pmax=180 tấn lực sẽ truyền trực tiếp xuống sàn máy, sẽ gây ra các hiện tượng rung động thân máy, nứt nẻ nền móng.
Để tính được ổn định cho máy ta quy dầm về khung, khung đơn giản hơn để tính lực khảo sát dầm, tìm cách triệt tiêu lực nén tâm theo dầm. Làm cho khung làm việc ổn định, không rung động.
Ta đưa nửa trên thân máy về dạng khung siêu tĩnh như hình 3.4, đây là khung siêu tĩnh có trục đối xứng nên thành phần lực cắt đi qua trục đối xứng bằng không, ta cắt khung ABCD theo trục đối xứng và xét một nửa khung như hình vẽ.
Nữa khung có hai bậc siêu tĩnh, hệ cơ bản được tách như hình 3.6.
Hình 3.6. Hệ tuơng đương với hệ siêu tĩnh
Với a = 2425 mm = 2,425 (m) b = 2890 mm = 2,890 (m)
Biểu diễn mô men uốn do các phản lực đơn vị và tải trọng như hình sau:
a
b
D
P/2
C
P/2
x1 x1
x2
x2
DUT.LRCC
Hình 3.7. Biểu đồ nội lực của hệ Hệ phương trình chính tắc có dạng:
11X1 +12X2 +1p = 0
21X1 +22X2 +2p = 0
Áp dụng phương pháp nhân biểu đồ Vê-rê-sa-ghin ta có:
11= EJ
2 . 2 b2
.3 2b =
EJ b 3
2 3
= EJ 092 , 16
12= EJ
2 . 2 b2
.1= EJ b 2
2 =21 = EJ
177 , 4
22= EJ
2 .(a+b) = EJ
63 , 10
1p= EJ
2 . 2
.a
P .b. = EJ
b a P
4 . . 2
= EJ P 063 , 5
2p= - EJ
2 .(
2 .a P .1.b+
2 1
2 .a
P .a) = - EJ
P . 949 , 9
Thay các giá trị trên vào hệ phương trình chính tắc và rút gọn ta có:
16,092X1 + 4,177X2 +5,063P = 0 4,177 X1+ 10,63X2 - 9,949P = 0 Giải ra ta được:
X1= - 0,621 P X2= 1,18 P
Biểu đồ lực cắt và mô men uốn như sau:
1 1
P.a/2
P/2 P/2 P.a/2
M2 M1
Mp X2 = 1
b X1 = 1
b
2 b
DUT.LRCC
Hình 3.8. Biểu đồ lực cắt và mô men uốn
Kiểm tra bền đối với các phân tố ở trạng thái ứng suất đơn Theo thuyết bền ta có: theo [ V ]
max= Wx
Mmax
[]
Đối với thép CT38 ta có [] = 490 (N/mm2) Wx = 2 1 2
6
.h a
với : =
a b =
770
720= 0,935
Hình 3.9. Mặt cắt ngang khung P/2
0,621 P Q
A D
Pmax
M 0,032P
1,762 P
1,18 P
b a
h
DUT.LRCC
Do đó ta có:
Wx = 2 1 0,9352
6 790 .
770 = 107 (mm3)
max = Wx
Mmax
= 7
10
1000 . 10 . 180000 .
76 ,
1 = 316,8 (N/mm2)
Vậy: max = 203,4 < 490 = []
Vậy điều kiện bền đối với phân tố này được thõa mãn.
Kiểm tra bền đối với phân tố ở trạng thái ứng suất phẳng đặc biệt Theo thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất: theo [V]
2 2 4
[]
Phân tố này được chọn ở điểm giao nhau của hai cạnh góc vuông (Điểm ở góc ).
k = k
x
x y
J M .
Trong đó: Jx =
12 . 12
.h3 b1h1 b
= 12
740 . 720 12
790 .
770 3 3
= 71904170 (mm3) yk = 360 (mm)
Vậy: k = .360 71907170
1000 . 10 . 180000 .
032 , 0
= 58,57 (N/mm2)
k = d J
S Q
x cx y
. .
Trong đó: Qy = 2 P
= 90000 (kG) = 900000 (N) Jx = 71904170 (mm3)
D = 50 (mm)
Scx = 770.(395-370).(395+370).
2 1 = 736312 (mm3)
Vậy: k =
50 . 71904170
736312 .
900000
= 184,3 (N/mm2)
DUT.LRCC
Ứng suất tương đương là:
tđ = 58,572 4.184,32 = 373,2 (N/mm2)
tđ = 373,2490 = [].
Vậy thân máy đủ bền.
3.4.3. Tính toán bu lông ghép thân máy
Khi ta ép với lực ép P xuống bàn máy thì một phần lực ép làm biến dạng chi tiết cần ép, một phần lực ép tác dụng lên bàn máy thì khi đó sinh ra phản lực tác dụng ngược lại lên thân máy, lực này có xu hướng tách hở bu lông ghép giữa hai phần thân máy, do đó ta phải tính số bulông đai ốc và đường kính bulông để đảm bảo không bị tách hở trong quá trình ép.
Hình 3.10. Sơ đồ các lực tác dụng lên thân máy
Giả sử ta cho phản lực lớn nhất trong quá trình ép do lực ép gây ra nên bằng chính lực ép. Khi đó lực dọc truc mỗi bên là:
P1 = 2 P =
2 200000
= 100000 (kG)
Theo thực tế, ta chọn số bu lông ghép ở thân máy là: Z = 36 (chiếc bulông) Do đó lực tác dụng lên mỗi bu lông là:
F = P1 = 100000 = 27777 ( kG ) = 277770 (N)
N
Pep
Bu lông -Đai ốc
Thân máy
DUT.LRCC
Điều kiện bền của bu lông có dạng:
= 4 .d12
F
[]k
Trong đó:
F- Lực dọc truc tại tâm vít theo phương dọc trục (N) d1 - Đường kính chân ren của bu lông (mm)
[]bk - Ứng suất kéo cho phép của vật liêu làm bu lông (N/mm2) Chọn vật liệu làm bu lông là thép 35Cr có []ch
Lúc này []k được tính
[]k. =
ch ch
n
Trong đó:
[]ch - Giớ hạn chảy của vật liệu Chọn []ch = 800 (N/mm2)
nch - Hệ số an toàn về chảy Chọn nch = 1,4
Suy ra:
[]k.= 4 , 1
800 = 571 (N/mm2) Đường kính d1 của bu lông:
d1= k
F
. . 4 . Thay các giá trị vào để tính:
d1=
571 . 14 , 3
277770 .
4 = 24,8 (mm) Chọn d1 = 25 (mm).