Giáo trình Công nghệ chế tạo phôi - Chương 4

Chia sẻ: Văn Ngô Viết Anh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:22

Thêm vào BST

Báo xấu

524
lượt xem 219
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'giáo trình công nghệ chế tạo phôi - 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:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Công nghệ chế tạo phôi - Chương 4

37 Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 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 ®éng cña piston nÐn. cã 2 kho¸ ngang. a. D¹ngrong qu¸ tr×nh gia c«ng, mÆc dï chiÒu cao vËt rÌn thay ®æi nh−ng sè hµnh T chung; b. 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
38 Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 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 α2 c. a. 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
39 Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 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 S α3 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
40 Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 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 P1.f1 + P0(f2 - f1) - P2f2 - ϕ0.G = 0 c«ng t¸c ta cã: 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
41 Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao b1 (− A1 sin q 1α − B1 cos q 1α + cos α ) j = ω2 .a 1q 1 cos q 1 (α − α1 ) + (q ) 2 −1 2 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: ⎡ ⎤ n V02 + R∗ ⎥ P2 = P0 ⎢ ⎢ (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
42 Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 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 + w (q 2 − 1) ω.q 2 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 ⎣ ⎦ q2 2 f .P .R ∗ .g ⎛ k⎞ b 2 ⎜1 + ⎟ − ϕ1 .g − 2 0 a2 = ⎝ 4⎠ G Trong ®ã: l2 2 P0 .n.g.R ⎛ f1 .f3 f2 .f4 ⎞ ⎜ ⎟ b2 = + ⎜ V01 ⎟ G 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 + R∗ ⎥ = P0 ⎢ Pδ0 ⎢ (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
43 Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 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 Z 0 0,2 0,4 0,6 0,8 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 hδ ⎟ ⎝ ⎠ Pδ0 δ γn - tung ®é ®iÓm ®Çu cña ®o¹n th¼ng; Trong ®ã: 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
44 Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao k ′ (H + X n ) P0 ⎤ f .P .g ⎡ ⎛ k⎞ b 3 ⎜1 + ⎟ − ϕ1,2 .g − 2 δ0 ⎢ γ n − n δ − ⎥ ⎝ 4⎠ G⎣ Pδ0 ⎦ hδ a3 = 2 l3 P0 .n.g.R.f1 .f3 b3 = G.V01 P0 .g ⎛ n.f12 ⎞ P k′ ⎜ ⎟. + f2 δ0 . n = 2 l3 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 ⎤ = Pδ0 ⎢ 02 2 m 4 δ ⎥ P2 k ⎢ (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
45 Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 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: f2 .P0 .R ∗ ⎛ k⎞ 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 ⎜ ⎟ = +2 l2 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 ⎣ ⎦ q4 4 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
46 Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao S,X X S α0 00 a/ α1 1800 3600 V α0 αb α1 b/ α5 00 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 cña m¸y bóa R, γ1, γ2, γ3, γ4 chiÒu cao hÖ sè nµy phô thuéc vµo chiÒu cao th«ng sè 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
47 Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao P1 P1 2,0 2,0 α1 ¸p suÊt khÝ trêi 1,0 α1 ¸p suÊt khÝ trêi 1 ,0 0 0 D−íi D−íi Trªn Trªn αb α4 P2 P2 α4 Më buång ®Öm 2,0 2,0 α3 §ãng Buång α3 ®Öm α=0 α5 α2 1,0 1,0 ¸p suÊt khÝ trêi ¸p suÊt khÝ trêi α1 α1 X, cm 0 0 Trªn S, cm Trªn D−íi D−íi Xilanh c«ng t¸c Xilanh nÐn 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 ⎤ = Pδ0 ⎢ 02 2 m 4 δ ⎥ P2 k ⎢ (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
48 Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 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 Aip = LE + 2ϕ.G.H ma s¸t: 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 2 .p = (3 ÷ 5)G n 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 Dn = Tõ ®ã: 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
49 Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 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
50 Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 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). 1 2 3 Khi ®ãng li hîp (6), trôc khuûu (8) quay, 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 R Hmin, Hmax: chiÒu cao khÐp kÝn nhá nhÊt α M A vµ lín nhÊt cña m¸y. 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
51 Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 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 K4 ⎣ ⎦ ⎡ ⎤ S α = R ⎢(1 − cos α ) + (1 − cos 2α )⎥ K ⎣ ⎦ 4 Tèc ®é ®Çu tr−ît: ⎤ dα d⎡ R ⎢(1 − cos α ) + (1 − cos 2α )⎥ dS K Vα = α = dα ⎣ ⎦ dt dt 4 dα = ω . Gi¶ thiÕt r»ng, ω = const mµ dt ⎡ ⎤ K Vα = ωR ⎢sin α + sin 2α ⎥ VËy, (2) ⎣ ⎦ 2 Gia tèc cña ®Çu tr−ît: d 2 S α dv = ω2 R[cos α + K cos 2α ] Jα = = (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
52 Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao ⎛ 1⎞ C 2 + 2(1 − C )⎜1 + ⎟ ⎝ K⎠ cos α = (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 0 V 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 J ω2 R ω2 R 0,8 0,4 K = 0,1 K = 0,2 0 K = 0,3 K = 0,4 - 0,4 - 0,8 α0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 H.4.10- §å thÞ Sα, Vα, Jα Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa - §¹i häc §µ n½ng
53 Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 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 0 Tõ h×nh 4.11 ta thÊy râ r»ng: R Hµnh tr×nh cña ®Çu tr−ît: α A (R + L )2 − e 2 − (R cos α + L cos β) Sα = e Ký hiÖu: K = R/L; e’ = e/R (e’ lµ hÖ sè lÖch L β trôc). 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 (sin α + e' )2 kh«ng ®ång trôc ≈ 1− 2 2 e2 ⎛e⎞ (R + L )2 − e 2 = (R + L ) 1−⎜ ⎟ ≈R+L− Ta cã: 2(R + L ) ⎝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) 2 (1 + K )⎥ ⎢ 4 ⎣ ⎦ 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: 2S α e'.K α≈− ± (9) (1 + K )R 1+ K §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
54 Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 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
55 Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao PD + PH = PAB 0 mK f.rA víi, PH : lùc t¸c dông lªn thanh dÉn h−íng. R Aα f.rA PAB : lùc t¸c dông däc theo biªn. C ChØ sè “u” t−¬ng øng víi lùc trong φ PHn tr−êng hîp lý t−ëng. L β Tõ h×nh 4.12 thÊy r»ng: u γ u PHn PAB P PAB PAB = D ; PH = PD .tgβ β PD u u f.rB cos β B γ Bëi v×: sinβ = K(sinα + e’), ta cã: PD PD H×nh 4.12- TÜnh häc cña PAB = u ; 1 − K (sin α + e' ) c¬ cÊu biªn - trôc khuûu 2 2 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 ⎟ (10) k ⎝ ⎠ 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 ⎟ (11) k ⎝ ⎠ 2 Tõ (11) thÊy râ r»ng: V mu = (tèc ®é dµi/tèc ®é gãc) k ω Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa - §¹i häc §µ n½ng
56 Gi¸o tr×nh: C«ng nghÖ t¹o ph«i n©ng cao 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 α kh«ng h−íng theo trôc t©m mµ sÏ h−íng theo tiÕp A 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 CBA = γ; CA = f (r + r ); AB = L ∆ABC cã: ˆ A B f (rA + rB ) sin γ = Do ®ã, 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 < 1,06 vµ ta cã thÓ coi c¸c gi¸ trÞ k, th«ng th−êng k < 0,25. Khi ®ã, tû lÖ 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