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. 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
2. Hình 6-9. Các dầm ngang A - dầm trên; b - dầm di động 119
3. 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
4. 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
5. 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
6. 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
7. 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
8. 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
9. 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
10. 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
11. 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
12. 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
13. 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
14. 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
15. 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
16. 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