Giáo trình công nghệ tạo phôi nâng cao chương 4

Chia sẻ: Luuvan Qui | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:22

0
112
lượt xem
57
download

Giáo trình công nghệ tạo phôi nâng cao chương 4

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'giáo trình công nghệ tạo phôi nâng cao chương 4', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Giáo trình công nghệ tạo phôi nâng cao chương 4

  1. Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 37 Ch−¬ng 4 Mét sè thiÕt bÞ th«ng dông trong rÌn dËp 4.1. M¸y bóa kh«ng khÝ nÐn 4.1.1. Kh¸i niÖm M¸y bóa kh«ng khÝ nÐn lµm viÖc nhê kh«ng khÝ ®−a vµo tõ xi lanh nÐn cña chÝnh b¶n th©n m¸y. Theo ®Æc tr−ng t¸c dông cña kh«ng khÝ lªn piston c«ng t¸c, ng−êi ta chia thµnh m¸y bóa t¸c ®éng ®¬n vµ m¸y bóa t¸c ®éng kÐp. Theo sè xi lanh chia ra lo¹i mét xi lanh vµ lo¹i hai xi lanh. Theo sè ph−¬ng ph¸p dÉn h−íng ®Çu bóa, chia ra m¸y kh«ng cã dÉn h−íng vµ m¸y cã dÉn h−íng. Theo c¸ch bè trÝ buång ®Öm chia ra m¸y cã buång ®Öm trªn vµ d−íi. Theo cÊu t¹o c¬ cÊu ph©n phèi h¬i chia ra m¸y cã kho¸ ngang vµ van trô. Theo lo¹i th©n m¸y: m¸y mét trô vµ 2 trô. M¸y bóa ®−îc chÕ t¹o phæ biÕn lµ lo¹i 2 xi lanh t¸c ®éng kÐp cã 2 kho¸ ngang vµ mét kho¸ kh«ng t¶i cã khèi l−îng phÇn r¬i 75 ÷ 1000 kg. 4.1.2. Nguyªn lý t¸c dông cña m¸y bóa kh«ng khÝ nÐn Nhê nhËn ®−îc chuyÓn ®éng tõ ®éng c¬ qua hép gi¶m tèc vµ c¬ cÊu biªn - trôc khuûu, piston nÐn chuyÓn ®éng qua l¹i nÐn kh«ng khÝ trong xi lanh ®Ó ®−a vµo xi lanh c«ng t¸c. ChuyÓn ®éng cña piston nÐn lµ chuyÓn ®éng mét bËc tù do vµ ®−îc x¸c ®Þnh b»ng gãc quay cña trôc khuûu α (H×nh 4.1). Trong m¸y bóa kh«ng khÝ nÐn, chÊt c«ng t¸c còng lµ kh«ng khÝ vµ gi÷ chøc n¨ng nh− ®Öm ®µn håi ®¶m b¶o chuyÓn ®éng cña piston c«ng t¸c phô thuéc vµo chuyÓn H×nh 4.1. M¸y bóa kh«ng khÝ nÐn 2 xilanh cã 2 kho¸ ngang. ®éng cña piston nÐn. a. D¹ng chung; b. tr×nh gia c«ng, mÆc dï chiÒu cao vËt rÌn thay ®æi nh−ng sè hµnh Trong qu¸ VÞ trÝ ®iÒu khiÓn b»ng tay tr×nh kÐp cña m¸y bóa kh«ng thay ®æi vµ b»ng sè vßng quay cña trôc quay. Quy −íc ban ®Çu α = 00 øng víi thêi ®iÓm piston nÐn ë vÞ trÝ cao nhÊt, piston c«ng t¸c ë vÞ trÝ thÊp nhÊt vµ ®Çu bóa tiÕp xóc víi vËt rÌn. Trong vÞ trÝ nµy kho¸ trªn vµ d−íi lu«n më, c¸c buång trªn vµ d−íi cña xi lanh nÐn th«ng víi c¸c buång trªn vµ d−íi Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa - §¹i häc §µ n½ng
  2. Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 38 cña xi lanh c«ng t¸c vµ ®Òu th«ng víi m«i tr−êng nªn cã ¸p suÊt P0 = 0,1 MN/m2 (H×nh 4.2a). T¹i thêi ®iÓm α = 0 → α = α1: Khi piston nÐn tõ vÞ trÝ ban ®Çu chuyÓn ®éng xuèng d−íi, ¸p suÊt trong buång d−íi cña 2 xi lanh t¨ng lªn, cßn ¸p suÊt trong c¸c buång trªn gi¶m. §Õn mét lóc nµo ®ã ¸p suÊt c¸c buång d−íi t¨ng ®ñ ®Ó th¾ng träng l−îng bé phËn r¬i, lùc ma s¸t vµ ¸p lùc cña kh«ng khÝ buång trªn vµ xi lanh c«ng t¸c, piston c«ng t¸c b¾t ®Çu ®−îc n©ng lªn. Gãc t−¬ng øng víi thêi ®iÓm ®ã gäi lµ gãc ®Çu bóa rêi khái vËt rÌn α1. T¹i thêi ®iÓm α = α1 → α2 = 1800 (H×nh 4.2b): sù thay ®æi ¸p suÊt kh«ng khÝ c¸c buång trªn vµ d−íi phô thuéc vµo sù thay ®æi tæng thÓ tÝch c¸c buång trªn vµ d−íi cña 2 xi lanh vµ t−¬ng øng víi qu¸ tr×nh ®o¹n nhiÖt P.V = const. Khi α = α2 = 1800 piston nÐn ë vÞ trÝ d−íi cïng, buång trªn xi lanh nÐn th«ng víi ngoµi trêi cßn buång d−íi kÝn. Khi α = α2: chuyÓn ®éng tiÕp theo cña 2 piston theo cïng mét h−íng. Khi α = α3 piston c«ng t¸c ®ãng r·nh th«ng gi÷a 2 buång trªn cña 2 xi lanh. Do sù t¨ng dÇn trë lùc cña kh«ng khÝ trong buång ®Öm vµ sù gi¶m ¸p suÊt trong c¸c buång d−íi, chuyÓn ®éng cña piston c«ng t¸c chËm dÇn vµ dõng nhanh ë vÞ trÝ khi α = αb. D−íi t¸c dông cña kh«ng khÝ trong buång ®Öm, piston c«ng t¸c ®−îc chuyÓn ®éng ngay lËp tøc xuèng d−íi mét chót. ¸p suÊt cña kh«ng khÝ trong buång ®Öm thay ®æi theo ®−êng ®o¹n nhiÖt vµ kh¸c víi ¸p suÊt cña kh«ng khÝ trong buång trªn cña xilanh nÐn. f4 f3 f2 Theo A Theo A Theo A f1 α=0 A A A α4 a. α2 c. b. H×nh 4..2. VÞ trÝ cña xilanh c«ng t¸c vµ xilanh nÐn. α = α4 (H×nh 4.2c): khi h¹ piston c«ng t¸c, ¸p suÊt trong buång ®Öm gi¶m vµ khi ®ã ¸p suÊt buång trªn cña xilanh nÐn vÉn t¨ng do piston nÐn ®ang chuyÓn ®éng lªn. §Õn lóc nµo ®ã buång trªn xilanh c«ng t¸c sÏ ®−îc th«ng víi buång trªn xi lanh nÐn qua van mét chiÒu. Thêi ®iÓm piston c«ng t¸c ra khái buång ®Öm t−¬ng øng víi gãc α = α4 - α = α4 → α = α5 . Trôc khuûu tiÕp tôc quay, piston nÐn lªn gÇn tíi ®iÓm trªn cïng cßn piston c«ng t¸c xuèng tíi vÞ trÝ d−íi vµ ®Ëp vµo vËt t¹i thêi ®iÓm α = α5 < 3600. α5 → α1: Khi trôc khuûu quay tõ α5 ®Õn α1, piston c«ng t¸c ®øng ë vÞ trÝ d−íi va ®Ëp nh− vËy gäi lµ “va ®Ëp dÝnh”. Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa - §¹i häc §µ n½ng
  3. Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 39 Chu tr×nh tiÕp theo lÆp l¹i theo nguyªn lý lµm viÖc nãi trªn ®−îc biÓu diÔn b»ng gi¶n ®å chu tr×nh vßng trßn (H.4.3) gåm 4 phÇn vµ ký hiÖu: • α1 - α2: n©ng piston c«ng t¸c tõ lóc ®Çu bóa rêi khái vËt rÌn ®Õn lóc buång trªn cña xilanh nÐn th«ng víi m«i tr−êng. • α2 - α3: n©ng piston c«ng t¸c tõ lóc tr−íc ®ã ®Õn lóc ®ãng buång ®Öm. • α3 - α4: n©ng vµ chuyÓn ®éng tiÕp theo xuèng d−íi cña piston c«ng t¸c tõ lóc ®ãng buång ®Öm ®Õn lóc më buång ®Öm. • α4 - α5: piston c«ng t¸c chuyÓn ®éng xuèng d−íi tõ lóc më buång ®Öm ®Õn lóc va ®Ëp. Gãc quay cña trôc khuûu ®Ó n©ng piston c«ng t¸c (α1 - αb) rÊt lín so víi gãc quay (αb - α5) khi piston c«ng t¸c chuyÓn ®éng xuèng d−íi. Trong m¸y bóa α1 ≈ 400, αb ≈ 2700 vµ α5 = 340 ÷ 3600. hδ f4 α5 α1 f2 H f3 f1 α4 αb α3 S α2 H×nh 4.3- Gi¶n ®å chu tr×nh cña m¸y X bóa (a) vµ nguyªn lý cña m¸y bóa (b). Chó thÝch: §−êng nÐt ®Ëm biÓu diÔn piston nÐn vµ piston c«ng t¸c chuyÓn ®éng cïng h−íng. 4.1.3. TÝnh to¸n m¸y bóa Ta thÊy r»ng: khi trôc khuûu quay mét vßng,chuyÓn ®éng cña piston c«ng t¸c ®−îc chia ra 4 giai ®o¹n riªng biÖt. §Ó dÓ tÝnh to¸n ta ký hiÖu: G - träng l−îng phÇn r¬i; M - khèi l−îng phÇn r¬i. ω - vËn tèc gãc cña trôc khuûu; n0 - sè vßng quay cña trôc khuûu; n - hÖ sè ®o¹n nhiÖt; r - b¸n kÝnh trôc khuûu; l - chiÒu dµi biªn; h - chiÒu cao ban ®Çu cña vËt rÌn; hδ - chiÒu cao cña buång ®Öm; Hδ - hµnh tr×nh cña cña ®Çu bóa tÝnh tõ mÆt trªn cña piston c«ng t¸c ®Õn buång ®Öm; k - hÖ sè biªn k = r/l; H - hµnh tr×nh l¾p r¸p cña piston c«ng t¸c tÝnh tõ mÆt trªn cña piston ®Õn n¾p xilanh khi piston c«ng t¸c ë vÞ trÝ d−íi cïng vµ kh«ng cã vËt rÌn; Hm - hµnh tr×nh cùc ®¹i cña ®Çu bóa tÝnh tõ mÆt trªn cña piston ®Õn n¾p xilanh khi piston c«ng t¸c ë vÞ trÝ d−íi cïng vµ cã vËt rÌn; S vµ X - ®−êng ®i cña piston nÐn vµ c«ng t¸c; Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa - §¹i häc §µ n½ng
  4. Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 40 f1, f2, f3, f4 - diÖn tÝch mÆt d−íi, mÆt trªn cña piston c«ng t¸c vµ piston nÐn; V01, V02 - thÓ tÝch ban ®Çu cña c¸c buång d−íi, c¸c buång trªn cña 2 xilanh kÓ c¶ thÓ tÝch c¸c r·nh ë bé ph©n ph©n phèi khÝ; P1, P2 - ¸p suÊt tuyÖt ®èi cña kh«ng khÝ ë c¸c buång d−íi, c¸c buång trªn ë thêi ®iÓm ®ang xÐt; Pδ - ¸p suÊt tuyÖt ®èi cña kh«ng khÝ ë buång trªn xilanh c«ng t¸c t¹i thêi ®iÓm ®ãng buång ®Öm; P0 - ¸p suÊt cña m«i tr−êng; ϕ0, ϕ1, ϕ2 - hÖ sè tÝnh ®Õn lùc ma s¸t khi ®Çu bóa ®øng yªn, chuyÓn ®éng lªn trªn vµ chuyÓn ®éng xuèng d−íi; V1, V2 - thÓ tÝch cña c¸c buång d−íi, c¸c buång trªn ë t¹i thêi ®iÓm ®ang xÐt; a/ X¸c ®Þnh gãc rêi khái vËt rÌn α1 Trong phÇn 00 < α < α1: ®Çu bóa dõng ë vÞ trÝ d−íi. Trong phÇn ®ã tæng thÓ tÝch c¸c buång d−íi vµ c¸c buång trªn V1 vµ V2 chØ thay ®æi do sù thay ®æi thÓ tÝch buång d−íi vµ buång trªn cña xilanh nÐn: V1 = V01 - Sf3 ; V2 = V02 - Sf4 Tõ ph−¬ng tr×nh ®o¹n nhiÖt ta cã ph−¬ng tr×nh c©n b»ng lùc t¸c dông lªn piston c«ng t¸c ta cã: P1.f1 + P0(f2 - f1) - P2f2 - ϕ0.G = 0 BiÕn ®æi ph−¬ng tr×nh trªn ta cã: ϕ0 .q S= (4.1) ⎛ n.f3 C.n.f4 ⎞ P0 ⎜ ⎜V + V ⎟ ⎟ ⎝ 01 02 ⎠ MÆt kh¸c ®é chuyÓn dÞch cña piston nÐn nhê truyÒn ®éng tõ c¬ cÊu biªn-trôc khuûu cã thÓ tÝch theo c«ng thøc gÇn ®óng sau: S ≈ r[(1 - cosα) + 0,25k(1 - cos2α)] (4.2) T¹i thêi ®iÓm α = α1: S = S.(α1) = r[(1 - cosα) + 0,25k(1 - cos2α1)] n n V01 V02 P1 = P0 ; P2 = P0 [V01 − S (a1 )f3 ]n [V02 − S (a1 )f4 ]n b/ Hµnh tr×nh ®o¹n 1 cña m¸y tõ α1 < α < α2: d2x f1 .P1 + P0 (f2 − f1 ) − f2 .P2 − ϕ1 .G = M (4.3) dt 2 Trong ®o¹n 1, piston nÐn vµ c«ng t¸c ®Òu chuyÓn ®éng, gi¶i ph−¬ng tr×nh trªn ta ®−îc: X = a 1 [1 − cos q 1 (α − α1 )] + (A1 sin q1α + B1 cos q 1α − q1 cos α ) (4.4) b1 ( ) ω2 .q 1 q 1 − 1 2 §¹o hµm bËc 1, bËc 2 theo thêi gian ph−¬ng tr×nh (4.4) ta ®−îc tèc ®é, gia tèc ®Çu bóa: b (− A1 cos q 1α − B1 sin q 1α + cos α ) v = ω .a 1q 1 sin q 1 (α − α1 ) + 1 ( ) 2 ω q1 − 1 2 Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa - §¹i häc §µ n½ng
  5. Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 41 b1 (− A1 sin q 1α − B1 cos q 1α + cos α ) j = ω2 .a 1q 1 cos q 1 (α − α1 ) + (q ) 2 2 1 −1 ⎛ k⎞ b1 ⎜1 + ⎟ − f1 .g a1 = ⎝ 4⎠ Trong ®ã: 2 l1 P0 .n.g.r ⎛ f1 .f3 f2 .f4 ⎜ ⎞ ⎟. b1 = + G ⎜ V01 V02 ⎟ ⎝ ⎠ P0 .n.g ⎛ f12 ⎜ f2 ⎞ 2 ⎟ 2 l1 = + G ⎜ V01 V02 ⎟ ⎝ ⎠ l q1 = 1 ω A1 = q 1 cos α1 sin q 1α1 − sin α1 cos q 1α1 . B1 = q 1 cos α1 cos q 1α1 − sin α1 sin q 1α1 . n p 0 .V01 Khi α1 = α th×: P1 = . [V01 + X α2 .f1 − S α2 .f3 ]n n p 0 .V02 P2 = [V02 + X α2 .f2 − S α2 .f4 ]n ë thêi ®iÓm α = α2 buång trªn cña piston nÐn th«ng víi ngoµi trêi nªn P2 = P0. Bëi vËy nÕu α > α2 th× P2 x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: ⎡ V02n ⎤ P2 = P0 ⎢ + R∗ ⎥ ⎢ (V02 − f2 .X + f 4 .S ) n ⎣ ⎥ ⎦ n ∗ V02 R = 1− (V02 − f2 .X α 2 + f4 .S α2 )n Tõ ®¼ng thøc trªn ta thÊy r»ng khi thiÕt kÕ sao cho f2.Xα2 = f4.Sα2 th× R∗ = 0 tøc lµ P2 = P0. Do ®ã khi buång trªn xilanh nÐn th«ng víi ngoµi trêi th× sù gi¶m ¸p suÊt kh«ng x¶y ra. c/ Hµnh tr×nh ®o¹n thø 2 (α2 ≤ α ≤ α3) Ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng cña ®Çu bóa ë ®o¹n 2 cã d¹ng: d2x f1 .P1 + P0 (f2 − f1 ) − f2 .P2 − ϕ1 .G = M dt 2 Gi¶i ph−¬ng tr×nh trªn ta ®−îc tèc ®é ®Çu bóa: Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa - §¹i häc §µ n½ng
  6. Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 42 v = (a 2 + X1 )cos q 2 sin q 2 (α − α 2 ) + v 1 cos q 2 (α − α 2 ) b (A cos q 2 a − B 2 cos q 2 a + sin a ) sin q 2 (α − α 2 ) + 2 2 v1 + ω.q 2 w (q 2 − 1) X1 = Xα2; v1 = vα2 Trong ®ã X1, v1 lµ ®−êng ®i vµ tèc ®é cña ®Çu bóa ë cuèi giai ®o¹n 1 (t¹i thêi ®iÓm α = α2 ) Gia tèc cña ®Çu bóa: = (a 2 − X 1 )q 2 .ϖ 2 cos q 2 (α − α 2 ) − v 1 .ω.q 2 sin (α − α 2 ) + dv j=ω 2 dα b .q ⎡ 1 ⎤ + 2 2 ⎢− A 2 sin q 2 α − B 2 cos q 2 α + cos α ⎥ q2 −1 ⎣ 2 q2 ⎦ ⎛ k⎞ f .P .R ∗ .g b 2 ⎜1 + ⎟ − ϕ1 .g − 2 0 a2 = ⎝ 4⎠ G Trong ®ã: l2 2 P0 .n.g.R ⎛ f1 .f3 f2 .f4 ⎜ ⎞ ⎟ b2 = + G ⎜ V01 V02 ⎟ ⎝ ⎠ P0 .n.g ⎛ f12 ⎜ f2 ⎞ ⎟ ; q2 = l2 l2 = + 2 G ⎜ V01 V02 ⎟ 2 ⎝ ⎠ ω A 2 = q 2 cos α 2 sin q 2 α 2 − sin α 2 cos q 2 α 2 . B 2 = q 2 cos α 2 cos q 2 α 2 + sin α 2 sin q 2 α 2 . d/ Hµnh tr×nh ®o¹n 3 tõ α3 < α < α4 Khi α = α3 ¸p suÊt kh«ng khÝ trong buång ®Öm b»ng: ⎡ n V02 ⎤ Pδ0 = P0 ⎢ + R∗ ⎥ ⎢ (V02 − f2 .H δ + f4 .S δ )n ⎣ ⎥ ⎦ Trong ®ã, Sδ = Sα3 - hµnh tr×nh cña m¸y t¹i thêi ®iÓm ®ãng r·nh th«ng gi÷a c¸c buång trªn cña 2 xilanh. Hδ = Xα3 Khi α > α3 ¸p suÊt trong buång ®Öm Pδ sÏ tÝnh theo c«ng thøc: Pδ .hn = Pδ0.hδn (4.5) Trong ®ã h - chiÒu cao cña buång ®Öm t¹i ®iÓm ®ang xÐt; hδ - chiÒu cao toµn phÇn cña buång ®Öm. NÕu gäi X1 lµ chiÒu s©u sö dông piston trong buång ®Öm vµ Z = X1/hd lµ chiÒu cao t−¬ng ®èi sö dông piston trong buång ®Öm th× tõ ( 4.5) ta cã: Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa - §¹i häc §µ n½ng
  7. Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 43 n n n ⎛ hδ ⎞ ⎛ hδ ⎞ ⎛ 1 ⎞ Pδ = Pδ0 ⎜ ⎟ = Pδ0 ⎜ ⎜ h − X ⎟ = Pδ0 ⎜ 1 − Z ⎟ ⎟ ⎝ h ⎠ ⎝ δ 1⎠ ⎝ ⎠ Pδ NÕu vÏ ®å thÞ theo biÕn sè Z ta sÏ cã ®å thÞ nh− h×nh 4.4. Pδ0 Pδ/Pδ0 hδ hX1 1 0 0,2 0,4 0,6 0,8 Z H×nh 4.4 §Ó ®¬n gi¶n cho tÝnh to¸n ta chia ®−êng cong ra mét sè phÇn vµ thay thÕ tõng phÇn b»ng c¸c ®o¹n th¼ng nèi ®iÓm ®Çu vµ ®iÓm cuèi cña ®o¹n cong. C¸c ®o¹n th¼ng cã ph−¬ng tr×nh tæng qu¸t: ⎛ X − Hδ Xn ⎞ = γ n + k ′n (Z − Z n ) = γ n + k ′n ⎜ Pδ ⎜ h − ⎟ Pδ0 ⎝ δ hδ ⎟ ⎠ Trong ®ã: γn - tung ®é ®iÓm ®Çu cña ®o¹n th¼ng; Kn - hÖ sè gãc cña ®o¹n th¼ng; Z, Zn - hoµnh ®é ®iÓm ®Çu vµ cuèi cña ®o¹n th¼ng X - hµnh tr×nh cña m¸y bóa lóc cuèi (lóc ®ang xÐt); Xn - tæng chiÒu s©u ban ®Çu sö dông piston trong buång ®Öm; §èi víi ®o¹n th¼ng thø nhÊt: Xn = 0; §èi víi ®o¹n th¼ng thø 2: Xn = X1. §èi víi ®o¹n th¼ng thø 3: Xn = X1 + X2; §èi víi ®o¹n th¼ng thø 4: Xn = X1 + X2 + X3. Ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng cña ®Çu bóa ë ®o¹n 3: d2x f1 .P1 + P0 (f2 − f1 ) − f2 .Pδ − ϕ1,2 .G = M . (4.6) dt 2 ϕ1 = 1,1; ϕ2 = 0,9 Gi¶i ph−¬ng tr×nh trªn ta ®−îc: X = a 3 [1 − cos q 3 (α − α 3 )] + X 2 cos q 3 (α − α 3 ) + sin q 3 (α − α 3 ) + v2 ω.q 3 (4.7) b 3 (A 3 sin q 3α + B 3 cos q 3α + q 3 cos α ) + ( q 3 .ω2 q 3 − 1 2 ) Trong ®ã: Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa - §¹i häc §µ n½ng
  8. Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 44 ⎛ k⎞ f .P .g ⎡ k ′ (H + X n ) P0 ⎤ b 3 ⎜1 + ⎟ − ϕ1,2 .g − 2 δ0 ⎢ γ n − n δ − ⎥ ⎝ 4⎠ G ⎣ hδ Pδ0 ⎦ a3 = 2 l3 P0 .n.g.R.f1 .f3 b3 = G.V01 P0 .g ⎛ n.f12 ⎜ P k′ ⎞ ⎟. 2 l3 = + f2 δ0 . n G ⎜ V01 ⎝ P0 h δ ⎟ ⎠ l3 q3 = ω A 3 = q 3 cos α 3 sin q 3 α 3 − sin α 3 cos q 3 α 3 B 3 = q 3 cos α 3 cos q 3 α 3 + sin α 3 sin q 3 α 3 Tèc ®é ®Çu bóa vµ gia tèc ®Çu bóa ®−îc tÝnh: v = (a 3 + X 2 )ω.q 3 sin q 3 (α − α 3 ) + v 2 cos q 3 (α − α 3 ) b 3 (A 3 cos q 3a − B 3 cos q 3a + sin a ) + ( w q3 −1 2 ) j = (a 3 − X 2 )q 3 .ϖ 2 cos q 3 (α − α 3 ) − v 2 .ω.q 3 sin (α − α 3 ) + 2 b 3 .q 3 ⎡ 1 ⎤ + ⎢− A 3 sin q 3α − B 3 cos q 3α + cos α ⎥ q3 −1 ⎣ 2 q3 ⎦ ¸p suÊt kh«ng khÝ trong buång trªn cña xilanh nÐn: n ⎡ V − f .H + f .S ⎤ P2 k = Pδ0 ⎢ 02 2 m 4 δ ⎥ ⎢ (V02 − f2 .H m + f 4 .S ) ⎣ ⎥ ⎦ Trong ®ã Sδ lµ ®−êng ®i cña piston nÐn t¹i thêi ®iÓm ®ãng r·nh th«ng gi÷a c¸c buång trªn cña 2 xilanh. ¸p suÊt buång d−íi 2 xilanh vÉn tÝnh theo c«ng thøc: n p 0 .V01 P1 = [V01 + X.f1 − S.f3 ]n ®/ Hµnh tr×nh ®o¹n 4 cña ®Çu bóa α4 ≤ α ≤ α5 Ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng cña ®Çu bóa t−¬ng tù nh− ®o¹n 2: d2x f1 .P1 + P0 (f2 − f1 ) − f2 .P2 − ϕ 2 .G = M dt 2 Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa - §¹i häc §µ n½ng
  9. Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 45 Gi¶i ph−¬ng tr×nh nhËn ®−îc: X = a 4 [1 − cos q 4 (α − α 4 )] + X 3 cos q 4 (α − α 4 ) + sin q 4 (α − α 4 ) + v3 ω.q 4 (2.8) b 4 (A 4 sin q 4 α + B 4 cos q 4 α + q 4 cos α ) + ( q 4 .ω2 q 2 − 1 4 ) Trong ®ã: ⎛ k⎞ f2 .P0 .R ∗ b 4 ⎜1 + ⎟ − ϕ 2 .g − a4 = ⎝ 4⎠ G l2 4 P0 .n.g.R. ⎛ f1 .f3 f2 .f4 ⎞ b4 = ⎜ + ⎟ G.V01 ⎜ V01 V02 ⎟ ⎝ ⎠ P0 .g.n ⎛ f1 ⎜ 2 f ⎞ ⎟ l2 = + 2 G ⎜ V01 V02 ⎟ 4 ⎝ ⎠ l4 q4 = ω A 4 = q 4 cos α 4 sin q 4 α 4 − sin α 4 cos q 4 α 4 . B 4 = q 4 cos α 4 cos q 4 α 4 + sin α 4 sin q 4 α 4 . X3 = Xα3; v3 = vα3 Tèc ®é ®Çu bóa ®−îc tÝnh: v = (a 4 + X 3 )ω.q 4 sin q 4 (α − α 4 ) + v 3 cos q 4 (α − α 4 ) b 4 (A 4 cos q 4 a − B 4 cos q 4 a + sin a ) + ( w q2 −1 4 ) Khi thiÕt kÕ ph¶i tÝnh sao cho q > 0,9. V× bµi to¸n phøc t¹p nªn chØ ra h−íng thay ®æi c¸c th«ng sè: j = (a 4 − X 3 )q 2 .ϖ 2 cos q 4 (α − α 4 ) − v 3 .ω.q 4 sin (α − α 4 ) + 4 b 4 .q 4 ⎡ 1 ⎤ + ⎢− A 4 sin q 4 α − B 4 cos q 4 α + cos α ⎥ q2 −1 ⎣ 4 q4 ⎦ NÕu vÏ ®å thÞ biÓu diÔn hµnh tr×nh cña piston nÐn vµ piston c«ng t¸c theo gãc quay cña trôc khuûu ta ®−îc ®å thÞ cã d¹ng h×nh 4.5a cßn vËn tèc cña ®Çu bóa còng theo gãc quay α cã d¹ng nh− h×nh 4.5b. Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa - §¹i häc §µ n½ng
  10. Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 46 S,X X S a/ 00 α0 V α1 1800 3600 αb α0 b/ 00 α1 α5 H×nh 4.5 Chó ý: Khi λi = ω tøc lµ qi = 1 th× cã céng h−ëng. Lóc ®ã c¸c phÇn cuèi cïng cña x, y, j cã d¹ng 0/0. V× vËy ph¶i dïng quy t¾c lopitan ®Ó t×m x, v, j. Tuy vËy khi lµm viÖc chiÒu cao vËt rÌn vµ gãc α1 t¨ng lªn. V× vËy λ1 = ω chØ ph¸t sinh trong mét thêi ®iÓm nµo ®ã. Cßn t¹i c¸c thêi ®iÓm cßn l¹i λi ≠ ω nªn kh«ng cã céng h−ëng mµ nÕu cã céng h−ëng th× do cã buång ®Öm vµ vËt rÌn nªn m¸y vÉn lµm viÖc b×nh th−êng (Pδ = 7 at). Khi tÝnh to¸n ta ph©n tÝch ®iÒu kiÖn céng h−ëng ®Ó cã thÓ nhËn ®−îc biªn ®é dao ®éng lín nhÊt tøc lµ cã tèc ®é va ®Ëp lín nhÊt. Tuy nhiªn hiÖn t−îng céng h−ëng chØ cã khi h b»ng chiÒu cao vËt chän ®Ó tÝnh to¸n, ta cã: V01 = [4af1 + f3(2r + bM)].1,09 + f1.h V02 = [f2.H + bb.fH].1,04 - f2.h A = 25 mm; b = bH = 5 mm. Trong ®ã: a - kho¶ng c¸ch tõ mÐp d−íi piston c«ng t¸c ®Õn n¾p d−íi xilanh; H - hµnh tr×nh l¾p r¸p; h - chiÒu cao vËt rÌn γa - chiÒu cao kho¶ng trèng cã h¹i d−íi xilanh c«ng t¸c; bb, bH - chiÒu cao kho¶ng trèng cã h¹i trªn vµ d−íi xilanh nÐn. Trong c¸c c«ng thøc x¸c ®Þnh vËn tèc ®Çu bóa ta thÊy c¸c hÖ sè q, b, λ, a. C¸c hÖ sè nµy phô thuéc vµo chiÒu cao th«ng sè cña m¸y bóa R, γ1, γ2, γ3, γ4 chiÒu cao cña vËt rÌn h. Khi va ®Ëp h thay ®æi, v× vËy cßn chän c¸c th«ng sè sao cho tèc ®é va ®Ëp lín nhÊt. 4.1.4. Gi¶n ®å chØ dÉn, c«ng vµ hiÖu suÊt cña m¸y bóa a/ Gi¶n ®å chØ dÉn BiÓu diÔn sù thay ®æi ¸p suÊt cña c¸c buång trªn vµ d−íi theo hµnh tr×nh cña piston nÐn vµ hµnh tr×nh cña ®Çu bóa (H.2.6), ta vÏ ®−îc c¸c ®−êng cong ¸p suÊt phô thuéc vµo c¸c trÞ sè gãc quay α cña trôc khuûu c¨n cø vµo c«ng thøc tÝnh ¸p suÊt P1, P2. Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa - §¹i häc §µ n½ng
  11. Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 47 P1 P1 2,0 2,0 α1 ¸p suÊt khÝ trêi 1,0 1,0 ¸p suÊt khÝ trêi α1 0 0 D−íi Trªn Trªn D−íi αb P2 α4 P2 α4 Më buång ®Öm 2,0 α3 2,0 §ãng Buång α3 ®Öm 1,0 α=0 α2 α5 1,0 ¸p suÊt khÝ trêi ¸p suÊt khÝ trêi α1 α1 X, cm 0 0 D−íi Xilanh nÐn Trªn S, cm Trªn Xilanh c«ng t¸c D−íi H×nh 2.6- Gi¶n ®å chØ dÉn ¸p suÊt kh«ng khÝ P1 ë c¸c buång d−íi cña 2 xilanh t−¬ng øng b»ng nhau nÕu bá qua sù rß van tiÕt l−u kh«ng khÝ trong r·nh nèi. ¸p suÊt cña kh«ng khÝ P2 nh− nhau ®èi víi c¶ 2 xilanh tr−íc khi ®ãng buång ®Öm. Sau khi ®ãng buång ®Öm, ¸p suÊt cña kh«ng khÝ trong buång trªn cña xilanh nÐn khi gãc quay α = α3 ÷ α4 thay ®æi theo biÓu thøc: n ⎡ V − f .H + f .S ⎤ P2 k = Pδ0 ⎢ 02 2 m 4 δ ⎥ ⎢ (V02 − f2 .H m + f 4 .S ) ⎣ ⎥ ⎦ Trong ®ã Sδ - hµnh tr×nh cña piston nÐn t¹i lóc ®ãng buång ®Öm; S - gi¸ trÞ tøc thêi cña hµnh tr×nh piston nÐn sau khi ®ãng buång ®Öm; Gi¶n ®å chØ dÉn ®Æc tr−ng cho c«ng cña kh«ng khÝ trong c¸c xilanh m¸y bóa. ChØ sè c«ng chØ dÉn cña kh«ng khÝ trªn vµ d−íi ®−îc x¸c ®Þnh theo gi¶n ®å nµy. b/ C«ng vµ hiÖu suÊt cña m¸y bóa N¨ng l−îng ®iÖn cung cÊp cña ®éng c¬ ®iÖn ®−îc biÕn ®æi liªn tôc thµnh c¬ n¨ng cña ®éng c¬ thµnh c«ng chØ dÉn cña kh«ng khÝ trong xilanh c«ng t¸c vµ trong xilanh nÐn, thµnh c«ng c¬ häc n©ng bé phËn r¬i vµ n¨ng l−îng ®Ëp cã Ých LE. Sau mét hµnh tr×nh kÐp, kh«ng khÝ trong xilanh c«ng t¸c thùc hiÖn mét c«ng chØ dÉn Aip. C«ng ®o ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: Aip = AipH + Aipb Trong ®ã, AipH, Aipb lµ c«ng chØ dÉn cña kh«ng khÝ d−íi vµ trªn trong xilanh Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa - §¹i häc §µ n½ng
  12. Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 48 c«ng t¸c x¸c ®Þnh theo gi¶n ®å chØ dÉn. C«ng chØ dÉn cña kh«ng khÝ Aip tiªu tèn ®Ó t¹o ra n¨ng l−îng cã Ých vµ th¾ng ma s¸t: Aip = LE + 2ϕ.G.H Trong ®ã, ϕ - hÖ sè mÊt m¸t do ma s¸t; G - träng l−îng r¬i; H - hµnh tr×nh bóa. ηM = LE/An = ηMP.ηMK.ηoi ≈ 0,55 ÷ 0,65 NÕu nh− tÝnh to¸n ®Õn tÊt c¶ c¸c n¨ng l−îng mÊt m¸t trong ®éng c¬ ®iÖn, hép gi¶m tèc, m¹ng ®iÖn m¸y ph¸t vµ hiÖu suÊt va ®Ëp ta sÏ cã hiÖu suÊt kinh tÕ cña thiÕt bÞ m¸y bóa. HiÖu suÊt nµy phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn chÕ t¹o vµ tr¹ng th¸i lµm viÖc vµ b»ng 0,03 ÷ 0,06. 4.1.5. Xilanh vµ piston m¸y bóa Xilanh lµ mét trong nh÷ng chi tiÕt quan träng nhÊt cña m¸y bóa. HiÖn nay th−êng dïng hai d¹ng xilanh nguyªn vµ xilanh cã ®¸y hë. Xilanh cã ®¸y hë gia c«ng dÓ h¬n v× cã d¹ng mét èng rçng, nªn rÊt dÓ tiÖn vµ doa. Gi÷a xilanh vµ th©n m¸y cã ®Æt tÊm ®Öm. Xilanh bóa th−êng ®óc b»ng gang cã chiÒu dµy ph¶i tÝnh ®Õn l−îng kim lo¹i bÞ mµi mßn cã thÓ ®em doa l¹i kh«ng qu¸ 3 lÇn mçi lÇn lµ ≤ 5 mm. Xilanh bóa dËp chÕ t¹o b»ng ®óc thÐp c¸cbon mÒm (C30) bªn trong xilanh bóa cã b¹c lãt lµm b»ng gang GX28-48. ChiÒu dµy xilanh = 0,1D (nÕu lµm b»ng thÐp) , ®èi víi m¸y bóa nhá th× = 0,2D. ChiÒu dµy b¹c xilanh = 0,05D. Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc, b¹c xilanh cã thÓ bÞ vì do piston va ®Ëp. §Ó x¸c ®Þnh ®−êng kÝnh xilanh m¸y bóa t¸c dông kÐp cã thÓ dïng c«ng thøc thùc nghiÖm sau: πD 2n .p = (3 ÷ 5)G 4 Trong ®ã: Dn - ®−êng kÝnh piston (cm); p - ¸p suÊt h¬i ë ®ång hå ®o (at) G - khèi l−îng phÇn r¬i (kg) 4(3 ÷ 5)G = (1,95 ÷ 2,5) G Tõ ®ã: Dn = π.p p nÕu p = 6 at th× Dn = (0,8 ÷ 1,03) G . Gi÷a piston vµ xilanh lµ xÐcm¨ng. Sè l−îng xÐcm¨ng th−êng tõ 2 ÷ 4 chiÕc vµ ®−îc chÕ t¹o b»ng thÐp (C35; C40). V× cã tÝnh ®µn håi cña xÐcm¨ng nªn piston vµ thµnh xilanh gi÷ ®−îc ®é khÝt, ng¨n c¶n h¬i l−u th«ng gi÷a buång trªn vµ buång d−íi. Thêi gian lµm viÖc cña xÐcm¨ng tõ 6 ®Õn a b 12 th¸ng. XÐcm¨ng sö dông 2 lo¹i (H×nh 4.7). Lo¹i b tèt v× kÝn h¬n nh−ng chÕ t¹o l¹i khã h¬n. Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa - §¹i häc §µ n½ng
  13. Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 49 ChiÒu cao piston: hn = (1 ÷ 0,8)d d - ®−êng kÝnh piston §−êng kÝnh piston th−êng nhá h¬n ®−êng kÝnh xilanh (1 ÷ 2,5) mm. Piston lµ chi tiÕt cã khèi l−îng Gn ≤ 0,05GH Piston chÕ t¹o b»ng thÐp 45, 50 (H×nh 4.8). Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa - §¹i häc §µ n½ng
  14. Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 50 4.2. M¸y Ðp trôc khuûu 4.2.1. S¬ ®å nguyªn lý M¸y Ðp trôc khuûu cã lùc Ðp tõ 16 ÷ 10.000 tÊn. M¸y nµy cã lo¹i hµnh tr×nh ®Çu con tr−ît cè ®Þnh gäi lµ m¸y cã hµnh tr×nh cøng; cã lo¹i ®Çu con tr−ît cã thÓ ®iÒu chØnh ®−îc gäi lµ hµnh tr×nh mÒm. Nh×n chung c¸c m¸y lín ®Òu cã hµnh tr×nh mÒm. Trªn m¸y Ðp c¬ khÝ cã thÓ lµm ®−îc c¸c c«ng viÖc kh¸c nhau: rÌn trong khu«n hë, Ðp ph«i, ®ét lç, c¾t bavia v.v... S¬ ®å nguyªn lý ®−îc tr×nh bµy trªn h×nh sau: Nguyªn lý lµm viÖc: §éng c¬ (1) qua bé truyÒn ®ai (2) truyÒn chuyÓn ®éng cho trôc (3), b¸nh r¨ng (4) ¨n khíp víi b¸nh r¨ng (7) l¾p lång kh«ng trªn trôc khuûu (5). Khi ®ãng li hîp (6), trôc khuûu (8) quay, 1 2 3 th«ng qua tay biªn (8) lµm cho ®Çu tr−ît (9) 4 chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn lªn xuèng, thùc hiÖn chu 5 tr×nh dËp. §e d−íi (10) l¾p trªn bÖ nghiªng cã 6 thÓ ®iÒu chØnh ®−îc vÞ trÝ ¨n khíp cña khu«n trªn vµ khu«n d−íi. §Æc ®iÓm cña m¸y Ðp trôc khuûu: 7 chuyÓn ®éng cña ®Çu tr−ît ªm h¬n m¸y bóa, 8 10 n¨ng suÊt cao, tæn hao n¨ng l−îng Ýt, nh−ng cã nh−îc ®iÓm lµ ph¹m vi ®iÒu chØnh hµnh tr×nh bÐ, ®ßi hái tÝnh to¸n ph«i chÝnh x¸c vµ ph¶i lµm s¹ch 9 ph«i kü tr−íc khi dËp. 4.2.2. §éng häc cña c¬ cÊu tay biªn-trôc khuûu Khi thiÕt kÕ m¸y Ðp trôc khuûu ta cÇn x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè ®éng häc (quy luËt thay ®æi hµnh tr×nh, tèc ®é vµ gia tèc cña ®Çu tr−ît), x¸c ®Þnh c¸c trÞ sè ®éng häc ®ã trong suèt hµnh tr×nh c«ng t¸c. HÇu hÕt c¸c m¸y Ðp trôc khuûu ®Òu cã c¬ cÊu tay biªn- trôc khuûu. Ta cÇn xem xÐt ®éng häc cña c¬ cÊu nµy. ω a/Tr−êng hîp ®ång trôc 0 Hmin, Hmax: chiÒu cao khÐp kÝn nhá nhÊt R M α vµ lín nhÊt cña m¸y. A L-R S - hµnh tr×nh toµn bé cña m¸y. L L+R Sα - hµnh tr×nh tøc thêi cña m¸y t−¬ng B2 øng víi gãc quay α. β α - gãc quay cña trôc khuûu tÝnh tõ S HMax ®−êng trôc tíi b¸n kÝnh khuûu. Sα β - gãc kÑp gi÷a biªn vµ ®−êng trôc. B1 HMin Bµn m¸y R, L - b¸n kÝnh khuûu, chiÒu dµi biªn ω - vËn tèc gãc cña trôc khuûu H 4.9- Ph©n tÝch ®éng häc c¬ cÊu tay biªn-trôc khuûu Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa - §¹i häc §µ n½ng
  15. Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 51 K - hÖ sè tay biªn K = R/L B1, B2 - ®iÓm chÕt trªn, d−íi cña m¸y Hµnh tr×nh cña ®Çu tr−ît Tõ h×nh 2.9: Sα = R + L - Rcosα - Lcosβ = R(1 - cosα) + L(1 - cosβ) (1) AM = Rsinα = Lsinβ ⇒ sinβ = (Rsinα)/L ( ) ( ) 1 1 cos β = 1 − sin β = 1 − K sin α 2 2 2 2 2 ≈ 1 − K 2 sin 2 α = 1 − K 2 (1 − cos 2α ) 1 1 2 4 Tõ (1) ta cã: ⎡ ⎤ ⎡ 1 K2 ⎤ S α = R ⎢1 − cos α + (1 − cos β )⎥ = R ⎢(1 − cos α ) + . (1 − cos 2α )⎥ L ⎣ R ⎦ ⎢ ⎣ K 4 ⎥ ⎦ ⎡ ⎤ S α = R ⎢(1 − cos α ) + (1 − cos 2α )⎥ K ⎣ 4 ⎦ Tèc ®é ®Çu tr−ît: d ⎡ ⎤ dα R ⎢(1 − cos α ) + (1 − cos 2α )⎥ dS K Vα = α = dt dα ⎣ 4 ⎦ dt dα mµ = ω . Gi¶ thiÕt r»ng, ω = const dt ⎡ K ⎤ VËy, Vα = ωR ⎢sin α + sin 2α ⎥ (2) ⎣ 2 ⎦ Gia tèc cña ®Çu tr−ît: d 2 S α dv Jα = = = ω2 R[cos α + K cos 2α ] (3) dt dt X¸c ®Þnh gãc α khi biÕt Sα: NÕu biÕt trÞ sè hµnh tr×nh Sα, trong thùc tÕ tÝnh to¸n ng−êi ta t×m trÞ sè gãc α nh− sau: ⎡ ⎤ Tõ c«ng thøc: S α = R ⎢(1 − cos α ) + (1 − cos β)⎥ 1 ⎣ K ⎦ Thay: cos β = 1 − K 2 sin 2 α vµo c«ng thøc trªn, ta ®−îc: ⎡ ⎤ S α = R ⎢1 − cos α + ⎛1 − 1 − K 2 sin 2 α ⎞⎥ 1 ⎜ ⎟ ⎣ K⎝ ⎠⎦ §Æt C = Sα/R vµo ph−¬ng tr×nh trªn ta ®−îc cosα: Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa - §¹i häc §µ n½ng
  16. Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 52 ⎛ 1⎞ C 2 + 2(1 − C )⎜1 + ⎟ cos α = ⎝ K⎠ (4) ⎛ 1⎞ 2⎜ 1 − C + ⎟ ⎝ K⎠ C«ng thøc trªn ®−îc gäi lµ c«ng thøc Xt«r«giÐp. SR 1,6 K = 0,1 K = 0,2 1,2 K = 0,3 K = 0,4 0,8 0,4 SR = S/R V0 ωR 0,8 K = 0,1 0,4 K = 0,2 K = 0,3 0 K = 0,4 - 0,4 - 0,8 V ωR J ω2 R J 0,8 ω2 R 0,4 K = 0,1 K = 0,2 0 K = 0,3 K = 0,4 - 0,4 - 0,8 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 α0 H.4.10- §å thÞ Sα, Vα, Jα Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa - §¹i häc §µ n½ng
  17. Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 53 VÏ ®å thÞ biÓu diÔn Sα, Vα, Jα hay Sα/R, Vα/ωR, Jα/ω2R phô thuéc vµo gãc quay α ta ®−îc d¹ng ®å thÞ nh− h×nh 4.10. Tõ ®ã ta thÊy r»ng, hµnh tr×nh vµ tèc ®é cña ®Çu tr−ît Ýt chÞu ¶nh h−ëng cña hÖ sè tay biªn K, cßn gia tèc chÞu ¶nh h−ëng nhiÒu cña hÖ sè K. HÖ sè K còng ¶nh h−ëng ®Õn lùc, lµm thay ®æi chÕ ®é lùc t¸c dông lªn m¸y vµ ¶nh h−ëng ®Õn kÝch th−íc (ngang vµ däc) cña m¸y. V× thÕ ®èi víi c¸c lo¹i m¸y kh¸c nhau, gi¸ trÞ còng kh¸c nhau. ω b/Tr−êng hîp kh«ng ®ång trôc Tõ h×nh 4.11 ta thÊy râ r»ng: 0 R Hµnh tr×nh cña ®Çu tr−ît: A α Sα = (R + L )2 − e 2 − (R cos α + L cos β) e Ký hiÖu: K = R/L; e’ = e/R (e’ lµ hÖ sè lÖch L trôc). β H Còng chó ý r»ng: B sinβ = Ksinα + e’K (5) S cos β = 1 − (K sin α + e' K )2 B1 H×nh 4.11- Tr−êng hîp K2 ≈ 1− (sin α + e' )2 kh«ng ®ång trôc 2 2 ⎛ e ⎞ e2 Ta cã: (R + L )2 − e 2 = (R + L ) 1−⎜ ⎟ ≈R+L− ⎝R+L⎠ 2(R + L ) Thùc tÕ c¸c gi¸ trÞ K vµ e nhá, v× vËy ta cã ®−îc: ⎡ 1 e'.K 2 ⎤ S α = R ⎢1 − cos α + (1 − cos 2α ) + K.e'. sin α + K ⎥ (6) ⎢ ⎣ 4 2 (1 + K )⎥ ⎦ Trong c¸c c«ng thøc nµy, e vµ e’ cã dÊu “+” khi vÞ trÝ cña ®iÓm B ë bªn ph¶i ®−êng trôc th¼ng ®øng tõ ®iÓm O. Cßn e vµ cã dÊu “-” khi B ë bªn tr¸i ®−êng trôc ®ã. HÖ sè K = 0,05 ÷ 0,45 (th−êng K < 0,25) cßn e’ = 0 ÷ 1,3 (th−êng lÊy e’ < 0,5). Khi ®ã sai sè cña Sα kh«ng v−ît qu¸ 8 ÷ 10%. T−¬ng tù nh− víi c¬ cÊu ®ång t©m, ta cã tèc ®é cña ®Çu tr−ît (sai sè < 6%). ⎛ K ⎞ Vα = ωR⎜ sin α + sin 2α + e'.K cos α ⎟ (7) ⎝ 2 ⎠ Gia tèc cña ®Çu tr−ît (sai sè nhá h¬n 8%): Jα = ωR2(cosα + Kcosα - e’.Ksinα) (8) Gãc quay α (khi α < 300) cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc gÇn ®óng sau: e'.K 2S α α≈− ± (9) 1+ K (1 + K )R §èi víi nh÷ng c¬ cÊu cã nhiÒu kh©u, viÖc thiÕt lËp c¸c c«ng thøc Sα, Vα, Jα cång Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa - §¹i häc §µ n½ng
  18. Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 54 kÒnh vµ rÊt phøc t¹p. V× vËy th−êng x©y dùng ®å thÞ Sα b»ng c¸ch vÏ t¹i nhiÒu vÞ trÝ cña ®Çu tr−ît. Cßn ®å thÞ Vα, Jα cã ®−îc b»ng c¸ch vi ph©n ®å thÞ Sα. Ngµy nay víi c¸c phÇn mÒm cã kh¶ n¨ng m« pháng ®éng häc nh− Solid Work, CATIA, Solid Edge, ng−êi ta dÔ dµng x¸c ®Þnh ®−îc c¸c ®å thÞ Sα, Vα, Jα sau khi ®· x©y dùng m« h×nh ba chiÒu cña kÕt cÊu m¸y. Lóc ®ã chØ cÇn cho kh©u dÉn - trôc khuûu quay theo qui luËt x¸c ®Þnh tr−íc. 4.2.3. TÜnh häc cña c¬ cÊu tay biªn-trôc khuûu Lùc qu¸n tÝnh cña c¬ cÊu chÊp hµnh biªn - trôc khuûu rÊt nhá vµ cã thÓ bá qua ®−îc. §èi víi mayeps tù ®éng, theo Haбpoцки Г. A, lùc qu¸n tÝnh cña c¸c m¸y cì trung b×nh vµ cì lín còng kh«ng v−ît qu¸ 10% lùc Ðp danh nghÜa, cßn ®èi víi m¸y Ðp th«ng dông cã sè hµnh tr×nh nhá h[n nhiÒu so víi m¸y Ðp tù ®éng nªn lùc qu¸n tÝnh cßn nhá h¬n. V× thÕ trong phÇn nµy ta chØ xÐt ®Õn tÜnh häc cña c¸c c¬ cÊu. Khi tÝnh to¸n c¸c lùc tÜnh t¸c dông lªn c¸c kh©u cña c¸c c¬ cÊu cÇn ph¶i ®Æc biÖt chó ý ®Õn t¸c dông cña lùc ma s¸t. Lùc t¸c dông lªn ®Çu tr−ît cña m¸y Ðp th−êng lín, t¹o cho c¸c khíp nèi còng ph¶i cã kÝch th−íc lín. V× vËy bá qua ma s¸t ë c¸c khíp nèi khi tÝnh to¸n sÏ dÉn tíi sai sè ®¸ng kÓ vµ ®«i khi kh«ng thÓ chÝnh x¸c, vÝ dô nh− khi tÝnh ®Õn qóa tr×nh kÑt m¸y. ViÖc x¸c ®Þnh c¸c lùc t¸c dông lªn c¬ cÊu còng nh− khi tÝnh to¸n ®éng häc cña c¬ cÊu Êy cã thÓ b»ng ph−¬ng ph¸p ®å thÞ hoÆc gi¶i tÝch ®å thÞ. §Ó tÝnh ®é bÒn c¸c chi tiÕt, bé phËn m¸y (còng nh− tÝnh n¨ng l−îng) cÇn biÕt: - C¸c lùc thùc tÕ t¸c dông lªn c¸c thanh, dÇm cña m¸y bao gåm: + Trë lùc cã Ých (lùc c«ng nghÖ). + Träng l−îng b¶n th©n cña c¬ cÊu. + Lùc ma s¸t ë c¸c khíp nèi. + Lùc qu¸n tÝnh. Trong 4 lùc nµy chØ cÇn chó ý ®Õn trë lùc cã Ých vµ lùc ma s¸t vµ khi tÝnh to¸n c¸c c¬ cÊu phô mµ trë lùc cã Ých kh«ng lín l¾m hoÆc tÝnh m¸y cã hµnh tr×nh qu¸ lín th× lùc qu¸n tÝnh míi ®−îc xÐt ®Õn. - C¸c ph¶n lùc ë æ, khíp nèi c¸c thanh, dÇm cña m¸y. - M«men xo¾n mµ nh÷ng thanh, dÇm chÝnh chÞu t¸c dông. Trong ph¹m vi gi¸o tr×nh nµy, ta kh«ng ®i s©u ®Ó xÐt cô thÓ c¸c lo¹i c¬ cÊu mµ chØ xÐt ®Õn tÜnh häc cña c¬ cÊu biªn - trôc khuûu trong tr−êng hîp lý t−ëng (kh«ng tÝnh ®Õn ma s¸t) vµ thùc tÕ (cã ma s¸t). D¹ng c¬ cÊu biªn - trôc khuûu lÖch t©m tæng qu¸t h¬n lo¹i ®ång t©m. a/Tr−êng hîp lý t−ëng Ta coi r»ng kÝch th−íc cña c¸c c¬ cÊu ®· biÕt ë mçi vÞ trÝ cña trôc khuûu t−¬ng øng víi gãc quay α. Lùc ®· cho PD t¸c dông lªn ®Çu tr−ît ®−îc x¸c ®Þnh b»ng trë lùc cã Ých hoÆc b»ng trÞ sè lùc Ðp danh nghÜa cña m¸y khi tÝnh to¸n m¸y Ðp. Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa - §¹i häc §µ n½ng
  19. Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 55 PD + PH = PAB 0 mK víi, PH : lùc t¸c dông lªn thanh dÉn h−íng. R f.rA f.rA Aα PAB : lùc t¸c dông däc theo biªn. C ChØ sè “u” t−¬ng øng víi lùc trong tr−êng hîp lý t−ëng. PHn φ L β Tõ h×nh 4.12 thÊy r»ng: u γ PAB u PHn P PAB PAB = D ; PH = PD .tgβ u u β PD f.rB cos β γ B Bëi v×: sinβ = K(sinα + e’), ta cã: PD PD H×nh 4.12- TÜnh häc cña PAB = u ; 1 − K (sin α + e' ) 2 2 c¬ cÊu biªn - trôc khuûu PD .K (sin α + e' ) PH = u 1 − K 2 (sin α + e' )2 ë ®©y còng nh− víi tÝnh to¸n ®éng häc, khi gi¸ trÞ K, e nhá vµ sinα ≈ 1 ta ®−îc c¸c c«ng thøc gÇn ®óng sau: PAB ≈ PD ; PH ≈ PD .K (sin α + e ) u §Ó x¸c ®Þnh m«men xo¾n t¸c dông lªn trôc khuûu Muk ta sö dông ph−¬ng tr×nh c«ng nguyªn tè: ds M u dα = PD .ds hay lµ M u = PD k k dα Thay vµo c«ng thøc sau nµy, gi¸ trÞ ds/dα tõ c«ng thøc (7) ta cã: ⎛ K ⎞ M u = PD .R⎜ sin α + sin 2α + K.e' cos α ⎟ k (10) ⎝ 2 ⎠ ⎛ K ⎞ §¹i l−îng R⎜ sin α + sin 2α + Ke' cos α ⎟ trong c«ng thøc (10) gäi lµ c¸nh tay ⎝ 2 ⎠ u ®ßn m«men xo¾n trong tr−êng hîp lý t−ëng m k; muk còng cã thÓ t×m ®−îc b»ng c¸ch tÝnh to¸n h×nh häc theo h×nh 4.13. ⎛ K ⎞ m u = R⎜ sin α + sin 2α + Ke' cos α ⎟ k (11) ⎝ 2 ⎠ Tõ (11) thÊy râ r»ng: V mu = k (tèc ®é dµi/tèc ®é gãc) ω Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa - §¹i häc §µ n½ng
  20. Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 56 b/Tr−êng hîp thùc tÕ ω Theo Nguyªn lý m¸y, do m«men ma s¸t ë 0 khíp nèi cña biªn, lùc t¸c dông lªn biªn PAB sÏ R kh«ng h−íng theo trôc t©m mµ sÏ h−íng theo tiÕp A α tuyÕn chung cña 2 vßng trßn ma s¸t cña ®Çu lín e vµ ®Çu nhá cña biªn (h×nh 4.12). L Ta ký hiÖu: β r0: b¸n kÝnh ë æ tùa cña trôc khuûu. B rA: b¸n kÝnh ngâng khuûu (ngâng l¾p biªn). rB: b¸n kÝnh khíp nèi biªn víi ®Çu tr−ît. µ: hÖ sè ma s¸t r khíp nèi vµ thanh dÉn h−íng. H×nh.4.13- TÜnh häc c¬ cÊu ϕ: gãc ma s¸t, tgϕ = µ. biªn - trôc khuûu cã ma s¸t πA, πB: b¸n kÝnh vßng trßn ma s¸t ë ®Çu lín vµ nhá cña biªn (ρA = µ.rA, ρB = µ.rB). γ: gãc kÑp gi÷a biªn vµ®−êng tiÕp tuyÕn gi÷a hai vßng trßn ma s¸t. NÕu ph©n tÝch sù c©n b»ng cña ®iÓm A vµ B ta sÏ thÊy lùc t¸c dông lªn biªn h−íng tõ phÝa ph¶i ®iÓm B ®Õn phÝa tr¸i ®iÓm A (h×nh 4.12). Tõ t©m B kÎ ®−êng th¼ng BC song song víi tiÕp tuyÕn cña c¸c vßng trßn ma s¸t t¹i A vµ B råi h¹ ®−êng vu«ng gãc AC tõ t©m A víi ®−êng th¼ng Êy. Râ rµng lµ trong ∆ABC cã: CBA = γ; CA = f (r + r ); AB = L ˆ A B f (rA + rB ) Do ®ã, sin γ = L Tõ tam gi¸c lùc, theo ®Þnh lý hµm sè sin, ta cã: PAB PD ( = ) [ sin 90 0 + ϕ sin 90 0 − (β + γ + ϕ) ] cos ϕ ⇒ PAB = PD cos(β + γ + ϕ) Gãc ϕ th−êng < 5040’ (khi f = 0,1); γ = 30; β < 100 khi α ®ñ nhá (< 300) vµ víi cos ϕ c¸c gi¸ trÞ k, th«ng th−êng k < 0,25. Khi ®ã, tû lÖ < 1,06 vµ ta cã thÓ coi cos(β + γ + ϕ) PAB = PD mµ sai sè kh«ng lín (< 6%). Còng tõ tam gi¸c lùc ta rót ra lùc t¸c dông lªn bé phËn dÉn h−íng: sin (γ + β) P ' Hn = PD cos(β + γ + ϕ) Thµnh phÇn lùc ngang cña lùc P’Hn: sin(γ + β) cos ϕ PHn = P ' Hn . cos ϕ = PD cos(β + γ + ϕ) Thµnh phÇn lùc ngang ®ã cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc gÇn ®óng sau (khi k ≤ 0,25; α ≤ 300; sai sè cña PHn < 3%): Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa - §¹i häc §µ n½ng

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản