Tính toán và thiết kế máy kéo P2

Chia sẻ: Tai Tieu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:29

Thêm vào BST

Báo xấu

267
lượt xem 93
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'tính toán và thiết kế máy kéo p2', 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: Tính toán và thiết kế máy kéo P2

Giáo trình: THIẾT BỊ CÁN 3.2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT TRÊN GIÁ CÁN Sau khi nghiên cứu về lực cán, mômen cán, công và công suất cán, người ta phải tính toán chính xác các kích thước hình học, chọn vật liệu chế tạo các chi tiết cấu thành nên giá cán như trục cán, thân giá cán, gối, ổ trục, cơ cấu nén trục v.v...để đảm bảo vừa kinh tế, vừa tối ưu, vừa đảm bảo độ bền cho phép máy làm việc tốt. 3.2.1. Trục cán a. khái niệm Trục cán là chi tiết trực tiếp làm biến dạng kim loại để tạo ra các sản phẩm kim loại có hình dạng và kích thước theo yêu cầu. trục cán phôi, thép hình, thép tấm nóng thường được chế tạo bằng thép hợp kim chất lượng cao như 40CrNi, 50CrNi, 40Cr, 60CrNi... hoặc được chế tạo từ gang cầu. trục cán nguội thép tấm thường chế tạo từ các loại thép 90CrSi, 90Cr2, 90Cr2MoV, 65CrNiMo, 90Cr2W, 45CrMoNi và gang biến trắng... . Độ cứng bề mặt trục cán từ (52 ÷ 64)HRC, bên trong phải có độ bền uốn tốt và chịu được va đập mạnh. Trục cán khi cán nóng không bị giãn nở vì nhiệt, trục cán nguội phải có tính đàn hồi dẻo tốt, bề mặt trục bóng đẹp v.v... Trục cán làm bằng sứ cũng phải có những tính chất trên. Các loại trục cán thường dùng là: trục cán thép hình, trục cán thép tấm, trục cán thép ống; ngoài ra còn có các loại trục cán chuyên dùng như trục cán ren, trục cán bi, trục cán phôi rèn, trục cán bánh xe lửa v.v... Trục cán tấm dùng để cán nóng thép tấm dày, dày vừa, mỏng; cán nguội thép tấm cực mỏng và cán giấy kim loại. H.3.8. Trục cán tấm a. Loại có cổ trục để lắp bạc lót; b. Loại có cổ trục để lắp bi và ổ bi; c. Loại có độ côn để lắp ổ ma sát lỏng Trục cán hình với bề mặt bị khoét rãnh dùng để cán các loại thép hình tròn, vuông, thép góc, thép chữ I, chữ U, chữ H, thép ray xe lửa, thép định hình v.v... Trường đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 41
Giáo trình: THIẾT BỊ CÁN H.3.9. Trục cán thép hình Trục cán ống cũng có nhiệm vụ như trục cán hình. Ngoài cán thép ra trục cán còn tham gia cán hình, cán tấm và cán ống kim loại màu như đồng, nhôm, kẽm, niken ... b. Cấu tạo hình học và các kích thước cơ bản của trục cán Lấy kích thước đường kính trục cán D làm chuẩn, các kích thước khác có quan hệ với D như sau: Chiều dài bề mặt làm việc của trục cán L được tính theo tỷ lệ sau: - Đối với giá cán 2 và 3 trục: L/D = (2,2 ÷ 2,7) cho máy cán phá L/D = (1,6 ÷ 2,5) cho máy cán hình, cán ống L/D = (2,2 ÷ 2,8) cho máy cán tấm - Đối với giá cán 4 trục và nhiều trục: L/D = (3 ÷ 5) cho trục làm việc L/D = (1,5 ÷ 2,5) cho trục tựa - Đối với các máy cán tấm mỏng, băng thép mỏng và giấy kim loại D có thể lấy theo kinh nghiệm sau: D = 2.000.hmin hmin là chiều dày nhỏ nhất của sản phẩm (mm). Đường kính cổ trục d được tính như sau: d = (0,55 ÷ 0,65)D (mm) cho trục cán hình d = (0,70 ÷ 0,75)D (mm) cho trục cán tấm Chú ý: Đối với các ổ lăn dùng vòng bi thì d phải lấy bằng đường kính trong của vòng bi đã chọn có dung sai lắp ghép dương để lắp chặt với vòng bi. Trường đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 42
Giáo trình: THIẾT BỊ CÁN H.3.10. Trục làm việc và trục tựa trong máy cán tấm 4 trục Các kích thước khác của trục: - Chiều dài cổ trục: l = d (mm); có khi lấy l = (1,0 ÷ 1,4)d - Bán kính lượn cổ trục r: r = 0,1d; - Khoảng cách từ tâm cổ trục tới mép ngoài mặt trục làm việc: l d c= = (mm) 2 2 - Khoảng cách tâm của điểm đặt 2 phản lực P1, P2 hoặc 2 lực P/2 khi trục cán bị lực cán P tác dụng. - l1 (mm) là chiều dài phần nối của trục cán với trục khớp nối; - d1 (mm) là đường kính ngỗng trục: d1 = (0,65 ÷ 0,75)d b 0,32 d1 r 0,32 D d l1 L c P/2 P/2 l a H.3.11. Các kích thước của trục cán tấm c. Khả năng chịu lực của trục cán Khả năng chịu lực cho phép tối đa của trục cán được tính như sau: - Lực tác dụng lên bề mặt trục cán: 0,4D 3 P= .[σ u ] (MN; T) b a− 2 - Lực tác dụng lên cổ trục cán: Trường đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 43
Giáo trình: THIẾT BỊ CÁN 0,1d 3 Pc = .[σ u ] (MN; T) c−r Trong đó: [σu ] là giới hạn bền uốn của vật liệu làm trục cán [σu ] = 70 N/mm2 đối với trục làm bằng gang; [σu ] = 120 N/mm2 đối với trục làm bằng thép; Các kích thước và đại lượng còn lại xem hình 3.11 H.3.12. Bố trí trục cán hình φ170 trên máy cán 3 trục thủ công d. Nghiệm bền trục cán Nghiệm bền trục cán tấm - Tại thân trục: Tại đây chỉ chịu uốn, vì vậy chỉ nghiệm bền theo điều kiện uốn: M u P(a − b / 2) σu = = ≤ [σ u ] Wu 0,4D 3 - Tại cổ trục và đẩu trục nối: Khi cán trục cán bị võng với độ võng f so với đường tâm trục ban đầu. Nếu cán với lực cán quá mức cho phép, nghĩa là trục cán bị quá tải và độ võng f lớn hơn độ võng cho phép [f] thì trục H.3.13. Lực tác dụng lên trục cán và cán dể bị gãy. biểu đồ mômen uốn khi cán thép tấm Trường đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 44
Giáo trình: THIẾT BỊ CÁN Độ võng của trục cán được tính theo công thức: F = f1 + f2 ≤ [f] (mm) Trong đó: [f] = (0,05 ÷ 0,3) mm khi cán nguội [f] = (0,3 ÷ 1,0) mm khi cán nóng. P ⎡ 3 3 ⎛ J1 ⎞⎤ f1 = ⎢8a − 4ab + b + 64c ⎜ − 1⎟⎥ (mm) 2 3 384EJ 1 ⎣ ⎜J ⎟ ⎝ 2 ⎠⎦ P ⎡ b ⎛ D2 ⎞⎤ f2 ⎢ a − + 2c⎜ 2 − 1⎟⎥ ⎜d ⎟ (mm) πGD 2 ⎣ 2 ⎝ ⎠⎦ Trong đó: E là môdun đàn hồi của vật liệu làm trục cán, E = 2.104 kG/mm2 3 G là môdun trượt, G ≈ E = 7.500kG / mm 2 ; 8 J1 và J2 là mômen quán tính ở thân và cổ trục: πD 4 πd 4 J1 = ; J2 = 64 64 Chú ý: Trong trường hợp vật liệu làm trục cán đều là những thép hợp kim tốt và chất lượng cao thì: E = 2,15.104 kG/mm2; G = 8.200 kG/mm2; f2 ≈ (0,1 ÷ 0,4)f1. Sau khi tính các kết quả của f1 và f2 rồi tính f nếu thỏa mãn điều kiện trên thì trục làm việc tốt. Ngoài ra có thể tính trước được độ võng trục trong cán tấm và cán nguội, chủ động thiết kế tạo ra biên dạng trục có hình lồi hoặc lõm để triệt tiêu độ võng trục cán làm cho sản phẩm tấm có kích thước chính xác. Nghiệm bền trục cán hình Khi làm việc, tại các lỗ hình khác nhau lực tác dụng lên trục cán khác nhau, vì vậy cần thiết phải xác định được tại lỗ hình nào có lực tác dụng lớn nhất (giả sử trên hình 14 tại lỗ hình thứ nhất). Khi ấy thân trục cán bị uốn, cổ trục cán vừa chịu uốn vừa chịu xoắn, tại đầu nối trục thì chịu uốn thuần túy. Lúc này phải tính toán các bộ phận của trục theo điều kiện bền uốn, xoắn, tương đương v.v…để xác định được trục có làm việc được hay không. - Tại thân trục cán: Thân trục chỉ chịu uốn nên phải kiểm tra độ bền uốn: M u P.x (1 − x / a ) σu = = ≤ [σ u ] Wu 0,1D 3 Mu là mômen uốn do lực cán gây ra; Wu là mômen chống uốn của trục; - Tại cổ trục cán: Tại đây cổ trục vừa chịu uốn vừa chịu xoắn nên nghiệm bền theo giới hạn tương đương σtđ: Trường đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 45
Giáo trình: THIẾT BỊ CÁN σ td = 3τ 2 + σ 2 ≤ [σ td ] đối với trục bằng thép x u σ td = 0,375σ u + 0,625 4τ 2 + σ 2 ≤ [σ td ] đối với trục bằng gang. x u Trong đó: Mu P.l σu = = 3 (kG/mm2) Wu 0,4d Mx Mx τx = = 3 (kG/mm2) Wx 0,2d [σtd ] = (35÷40) (kG/mm2) đối với gang; [σtd ] = (45÷50) (kG/mm2) đối với thép; Mx = 1,4Mc theo kinh nghiệm Các thông số khác xem hình 3.14 H.3.14. Lực tác dụng lên trục cán và biểu đồ mômen uốn khi cán thép hình - Tại đầu nối trục cán: Tại đây chỉ chịu xoắn thuần túy cho nên nghiệm bền theo τx: M x 1,4M c τx = = 3 ≤ [τ x ] Wx 0,2d 1 H.3.15. Biểu đồ lực và mômen uốn của trục cán phôi φ1150 P1 =1000 T; P2 =1700 T; ; P3 =800 T; ; P4 =600 T; ; P5 =550 T; F1 = 350x350; F2 = cán phẳng; F3 = 300x300; F4 = 250x250; F5 = 200x200 Trường đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 46
Giáo trình: THIẾT BỊ CÁN 3.2.2. Gối đỡ và ổ đỡ trục cán a/ Gối đỡ trục cán Gối đỡ trục cán là bộ phận đặt ở 2 bên thân giá cán để lắp ổ đỡ 2 đầu trục cán. Gối đỡ trục thường làm bằng gang xám, có khi làm bằng thép đúc thông thường. Gối đỡ trục thường làm bằng 2 nửa trên và nửa dưới ghép lại, có khi gối đỡ được đúc liền. Trong quá trình làm việc, trục cán dưới của các giá cán 2 trục; trục cán giữa của các giá cán 3 trục thường cố định cho nên gối đỡ dưới và giữa của chúng được đặt trực tiếp vào thân giá cán. Gối đỡ trên được lắp đặt vào thân giá cán và được nâng lên nhờ cơ cấu đối trọng, cơ cấu thủy lực hoặc cơ cấu lò xo nâng trục. H.3.16. Gối đỡ trục của máy cán 2 trục D = 200 1. Bulông; 2. Gối đỡ trục; 3. Bạc lót; 4. Lỗ chốt định vị b/ Ổ đỡ trục cán Đây là chi tiết được lắp vào hai cổ trục cán và tất cã lại được lắp vào gối đỡ trục. Khi trục cán làm việc, ổ đỡ trục là nơi chứa chất bôi trơn cho trục cán và đỡ trục cán qua cổ trục, khi ấy ổ đỡ trục sẽ chịu một áp lực rất lớn và còn bị nóng do ma sát sinh ra giữa bạc lót và cổ trục. Nếu ổ đỡ trục không chịu được tải trọng do lực cán sinh ra thì chẳng những không cán được sản phẩm mà còn xảy ra nhiều sự cố cho máy cán. Trong cán thép người ta thường dùng 3 loại ổ đỡ chính: ổ đỡ ma sát lỏng, ổ lăn và ổ trượt. H.3.17. Gối đỡ trục và bạc lót 1. Gối đõ trục; 2. Bạc lót trục Trường đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 47
Giáo trình: THIẾT BỊ CÁN Khi làm việc, ổ đỡ là nơi chịu tác dụng của các lực đặt trên trục và định vị vị trí xác định cho trục cán trong máy và quay quanh một trục tâm đã định để cán chính xác ra các kích thước sản phẩm khác nhau. H.3.18. Gối đỡ trục cán và bạc lót trục trên máy cán 1150 và 1300 đảo chiều 1. Gối đỡ trên; 2, 4. Bạc tectôlit; 3. Bộ phận dẫn nước làm nguội; 5. Gối đỡ trục; 6. Tấm đệm; 7. Bulông; 8. Hộp đựng dầu bôi trơn; 9. Bộ phận bôi trơn trục trên; 10. Bộ phận bôi trơn trục dưới; 11. Thanh giằng máy; 12. Xà ngang. Ổ đỡ ma sát lỏng: Ổ đỡ ma sát lỏng được dùng nhiều trong các máy cán tấm 2 trục, 4 trục, 6 trục và nhiều trục. Khi làm việc nó chịu được một tải trọng vô cùng lớn, truyền động êm. Thời gian sử dụng của loại ổ đỡ này thường từ 20 đến 25 năm. Ở Việt nam chưa sản xuất được loại ổ trượt ma sát lỏng. Khi máy cán làm việc, cổ trục luôn luôn được bôi trơn bởi một lớp dầu mỏng và luôn được ngâm trong một màng dầu cực mỏng đó. Trục cán luôn được đệm một lớp dầu mỏng vì vậy trục không trực tiếp tiếp xúc với bạc trục và ổ trục nên tuổi thọ được tăng lên đáng kể. dầu bôi trơn được thay thế theo định kỳ. Loại ổ này được chế tạo theo tiêu chuẩn. H.3.19. Sơ đồ bôi trơn trong ổ ma sát Trường đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 48
Giáo trình: THIẾT BỊ CÁN H.3.20. Cấu tạo của ổ ma sát lỏng 1. Bạc lót bácbit 83; 2. Máng dầu; 3. Trục cán; 4. Thân giá cán; 5. Ngỗng trục; 6. Gờ rãnh ổ trục; 7. Vòng chắn dầu; 8. Ốp chắn dầu; 9, 11. Nắp chặn; 10. Vòng giữa. Ổ lăn Trong các máy cán tấm, một số máy cán hình cỡ lớn và cán phôi thường dùng các loại ổ lăn là các loại vòng bị và ổ bi để đỡ trục cán. Ổ bi dùng trong máy cán thường dùng ổ bi đũa. Các loại ổ bi có kiểu đỡ chặn một phía, 2 phía và có bố trí một, hai, ba, bốn lớp bi đũa. Các loại ổ bi đũa được chế tạo theo tiêu chuẩn và bán rộng rãi trên thị trường.. Điều đáng lưu ý là phải dựa vào đường kính của ổ bi trong mà thiết kế tính toán đường kính cổ trục cán. H.3.21. a/ Các loại vòng bi dùng trong máy cán; b/ Vòng bi đũa đỡ trục con lăn trên máy cán phôi Ổ trượt Ổ trượt còn gọi là bạc lót trục là loại ổ được dùng nhiều, đặc biệt là trong máy cán hình. Vì ổ trượt chịu va đập tốt, làm việc trong môi trường nước và các môi trường ăn mòn khác, giá thành rẻ, chế tạo và lắp ráp dể dàng cho nên hay được Trường đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 49
Giáo trình: THIẾT BỊ CÁN dùng. Bề mặt ổ trượt luôn tiếp xúc với cổ trục cán vì thế ổ phải làm bằng vật liệu có hệ số ma sát thấp như đồng thanh, bacbít 82, 83, bakêlit …, ngoài ra có thể dùng cả gổ bột để làm bạc lót trục cán. Bạc lót có thể được làm tròn kín liền hoặc bằng hai nửa ghép lại. Loại 2 nửa ghép lại dể chế tạo, giá thành rẻ và dể tháo lắp nên được dùng nhiều. Các kích thước như sau: - Chiều dày S = (0,035 ÷ 0,05)d + 2,5 (mm); - d - đường kính cổ trục cán; - Chiều dài L = l (chiều dài cổ trục cán) (mm) - Chiều rộng gờ bạc b = 1,5.S (mm); - Chiều cao gờ bạc h = 0,6.S (mm); - Đường kính trong: d1 = d (mm); - Đường kính ngoài: dn = d + 2S (mm) - Đường kính gờ: dg = dn + 2h (mm); Bạc lót được nghiệm bền theo điều kiện: Pmax≤ [P] Trong đó: Pmax là áp lực lớn nhất tác dụng lên bạc lót trục (N/mm2). [P] là áp lực cho phép của vật liệu làm bạc lót trục (N/mm2). Đối với bacbít (82-89): [P] = 25 (N/mm2). Đối với đồng thau: [P] = 20 (N/mm2). Đối với hợp kim ACM: [P] = 20 (N/mm2). Đối với bakêlit, gổ nghiến [P] = (18 ÷ 20) (N/mm2). H.3.22. Bạc lót trong trục khớp nối vạn năng Trường đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 50
Giáo trình: THIẾT BỊ CÁN 3.2.3. Vít nén và cơ cấu điều chỉnh lượng ép a/ Khái niệm Để làm giảm chiều dày của vật cán, người ta thường dùng 2 vít nén điều chỉnh lượng ép. Hai vít nén này được lắp đặt vào 2 thanh ngang trên của giá cán. Ở một số giá cán 3 trục người ta còn bố trí vít nén ở 2 thanh ngang dưới. Nhiệm vụ chính của vít nén là điều chỉnh lượng ép theo thiết kế đẫ tính toán. Vít nén điều chỉnh lên xuống phải rất dể dàng, một đầu tỳ vào gối đỡ trục trên qua cốc an toàn, đầu kia được nối với bánh vít dẫn động quay bằng động cơ điện hay bằng sức người. H.3.23. Sơ đồ cơ cấu điều chỉnh lượng ép trục vít me bằng động cơ điện 1, 3. Khớp nối đĩa; 2, 9, 10. Động cơ; 4, 5. Bánh vít trục vít; 6. Vít me điều chỉnh lượng ép; 7. Then; 8. Hộp giảm tốc; 11. Trục cân bằng thủy lực cho 2 bên Hình 3.23. trình bày một kiểu dẫn động chung cho 2 trục vít me bằng 2 động cơ (cũng có loại mỗi trục vít me được truyền động bằng một động cơ riêng biệt). Nguyên lý hoạt động như sau: động cơ điện 2 truyền chuyển động quay cho trục vít bánh vít 4 nhờ có khớp nối đĩa 3 và 1. Bánh vít trục vít quay làm cho 2 vít me điều chỉnh lượng ép 6 quay và lên xuống được dể dàng vì nó được ghép lỏng với bánh vít. Vít nén đứng vững được trên máy cán là nhờ có cã một hệ thống cơ cấu điều chỉnh lượng ép gá lắp và bắt chặt vào thân giá cán. Nếu 1 trong 2 động cơ có sự cố hoặc bị cháy thì động cơ còn lại vẫn làm việc được và dẫn động chung cho cả 2 vít me. Điều chỉnh lượng ép bằng tay thường dùng trên máy cán nhỏ và năng suất thấp, đặc biệt là các máy cán dùng trong phòng thí nghiệm. Khi đó đầu trục vít không có cấu tạo hình then hoa nữa mà có dạng hình vuông hoặc hình lục lăng để dể dàng dùng clê chuyên dùng điều chỉnh lượng ép. Vật liệu làm vítme thường là thép 40Cr, 40CrNi, 55Mn, 65Mn v.v… Trường đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 51
Giáo trình: THIẾT BỊ CÁN H.3.24. Thiết bị điều chỉnh lượng ép của máy cán tấm 2800 1. Bánh vít, 2. trục vít; 3. Thân giá cán; 4. Vít me điều chỉnh lượng ép M560x12; 5. đai ốc đồng; 6. Tấm đệm; 7. Bulông b/ Cấu tạo và các kích thước hình học của vít ép Vít ép chia ra làm 3 đoạn, đoạn đầu dùng để lắp ráp với bánh vít, đoạn cuối áp chặt vào cốc an toàn và tỳ vào gối trục, đoạn giữa có ren và được lắp với đai ốc bằng đồng để điều chỉnh lượng ép. Ren dùng trong vít ép và đai ốc thường là loại ren hình thang đỡ chặn một phía, để chống rơ, lỏng khi làm việc. Dtb = (0,55 ÷ 0,62)d (mm); B B-B d1, d0 là đường kính chân ren và đỉnh ren. dtb D R dtb là đường kính trung bình của vítme. B d1, d0 lấy theo dtb và bước ren chọn theo L4 L3 L2 L1 tiêu chuẩn. L Khi ấy các kích thước của mũ ốc H.3.25. Các kích thước của trục vítme được tính: Vítme: L = (6 ÷ 8)d = (4 ÷ 5)D; L1, L2, L3, L4 D = (1,5 ÷ 1,8)dtb (mm); lấy theo thực tế; d là đường kính cổ trục cán; D là đường kính ngoài của đai ốc; H là chiều H = (0,95 ÷ 1,1)D (mm) cao của đai ốc Trường đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 52
Giáo trình: THIẾT BỊ CÁN Vật liệu làm đai ốc thường là đồng thau hoặc đồng thanh, đai ốc này được bắt chặt vào thân máy bởi các bulông vừa đỡ vừa chống xoay. Có thể tính đường kính trung bình của vít ép bằng công thức: P D tb = (mm) π(σ k ) P = Pc/2, Pc là lực cán σk là giới hạn bền kéo của trục vít c/ Nghiệm bền trục vítme Khi làm việc vít ép chịu nén, vì vậy nghiệm bền theo độ bền nén 4Q ≤ [σ u ] (kG/mm ) 2 σn = πd 2 Trong đó Q là áp lực tác dụng lên vít nén, Q = Pc/2 d là đường kính chân ren vít nén. H.3.26. Kích thước trục vítme và đai ốc máy cán hình 650 3.2.4. Khung giá cán 1. trục vítme; 2. Đai ốc a/ Khái niệm Khung giá cán (thân giá cán) là một chi tiết lớn nhất, tất cả các chi tiết như trục cán, gối, ổ đỡ trục, cơ cấu điều chỉnh lượng ép, cơ cấu dẫn hướng, cơ cấu cân bằng trục v.v…đều được lắp đặt trên khung giá này. Trong quá trình làm việc, lực cán tác dụng lên trục cán và truyền vào thân giá cán rồi truyền xuống móng máy, vì vậy thân giá cán đòi hỏi phải có độ bền cao, ít bị biến dạng, độ cứng vững lớn. Có những khung giá cán nặng tới hàng trăm tấn. Khung giá cán được chia thành 2 loại: kiểu kín và kiểu hở, vật liệu chế tạo khung thường là thép đúc C35 ÷ C55, có [σb] = 60 (N/mm2). Khung được chế tạo bằng phương pháp đúc hoặc bằng cách hàn ghép từng tấm kim loại vào thành khung đối với loại máy cán nhỏ. b/ Nghiệm bền khung giá cán Nghiệm bền khung giá cán kiểu kín Khi làm việc, dưới tác dụng của lực cán P ở các góc khung xuất hiện các mômen siêu tĩnh M0, thanh ngang có mômen M1. Dưới tác dụng của lực cán và các Trường đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 53
Giáo trình: THIẾT BỊ CÁN mômen, các thanh ngang của giá cán chịu uốn và các thanh đứng của khung giá cán chịu kéo. H.3.27. Khung giá cán kiểu kín dùng cho máy cán tấm 4 trục - Nghiệm bền thanh ngang theo điều kiện uốn: mu σu = ≤ [σ u ] (kG/mm2; N/mm2) Wu Pl1 Pl1 1 M u = M1 − M 0 = − . ; 4 8 l 2 .I1 1+ l1 .I 2 2 b1a 1 I Wu = = xx ; 4 Yxx Trong đó: [σu] là giới hạn bền uốn cho phép của thanh ngang; đối với thép hợp kim tốt thì [σu] =(14÷15) kG/mm2, đối với thép thường [σu] = (12÷13) kG/mm2 I1, I2 là mômen quán tính của thanh ngang và thanh đứng. 3 a 1 b1 a 2b3 I1 = ; I2 = 2 . 12 12 l1, l2 là chiều dài của thanh ngang và thanh đứng của khung giá cán. a1, a2, b1, b2 là các cạnh của tiết diện ngang và đứng của khung giá cán. Ixx và Yxx là mômen quán tính và trọng tâm tại tiết diện (x-x) Sau khi tính toán các đại lượng trên, người ta kiểm tra được thanh ngang giá cán làm việc tốt, đủ điều kiện bền. Trường đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 54
Giáo trình: THIẾT BỊ CÁN - Nghiệm bền thanh đứng theo độ bền kéo 2P M 0 σk = + ≤ [σ k ] (kG/mm2; N/mm2) 2F2 Wu Trong đó: F2 = a2.b2 (mm2) là diện tích mặt cắt ngang của thanh đứng. b 2a 2 Wu = ; thường lấy [σu] =(8÷12) kG/mm2. 4 Giống như thanh ngang khi nghiệm bền thấy thỏa mãn điều kiện là được và có kết luận thanh đứng đủ bền. H.3.28. Sơ đồ lực và mômen tác dụng lên khung giá cán kiểu kín Nghiệm bền khung giá cán kiểu hở Thân giá cán kiểu hở được dùng nhiều trong các nhà máy cán thép hình khi sản phẩm không cần độ chính xác cao vì nó dể chế tạo, lắp ráp. Nghiệm bền khung giá cán kiểu hở nói chung giống kiểu kín chỉ khác là khi cán, dưới tác dụng của lực cán P thì 2 thanh đứng của máy cán bị uốn cong vào bên trong. Lúc này xuất hiện 2 lực T chống uốn cho 2 thanh đứng. Độ lớn của lực T phụ thuộc vào khe hở ∆ giữa mặt phẳng thanh đứng và gối đỡ trên máy cán. yl1 ∆j1 3 − T= 8 c (T; kN) ⎛ 2 j ⎞ c⎜ l1 + .c 1 ⎜ ⎟ ⎟ ⎝ 3 j2 ⎠ Khi đó mômen uốn có độ lớn: M0 = T.C (T.m; kN.m) Trường đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 55
Giáo trình: THIẾT BỊ CÁN H.3.29. Lực và mômen tác dụng lên khung giá cán kiểu hở khi cán c/ Tính độ võng của khung giá cán Khi cán, khung giá cán bị võng, vì vậy phải tính độ võng của khung giá cán và nghiệm bền theo độ võng cho phép. Lúc này nghiệm bền kéo thanh đứng được tính theo công thức: P T.C σk = 2 + ≤ [σ k ] F2 W2 F2 là diện tích mặt cắt ngang thanh đứng. W2 là mômen chống uốn thanh đứng. Tính độ võng thanh ngang khung giá cán Độ võng f = f1 + f2 + f3 ≤ [f] (mm) [f] = (0,3 ÷ 0,5) (mm) khi cán nguội. [f] = (0,5 ÷ 1,0) (mm) khi cán nóng. 2 P.l 2 P.l1 l1 1,2P.l1 f1 = (mm); f 2 = − M0. (mm); f 3 = (mm). 2EF2 6 4EI1 2GF1 Trong đó: E = 2.103 N/mm2 = 2.104 kG/mm2 là môđun đàn hồi của vật liệu. G = (3/8)E = 0,75.105 N/mm2 = 7.500 kG/mm2 là môđun trượt. P = Pmax là lực cán lớn nhất. Trường đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 56
Giáo trình: THIẾT BỊ CÁN Tính độ võng của thanh đứng l2 f0 = M0. 2 ≤ [f 0 ] (mm) 8EI 2 Pl1l 2 1 f0 = 2 . ≤ [f 0 ] 64EI 2 l 2 I1 1+ l1 I 2 [f0] = (0,3 ÷ 0,5) mm cho cán nguội; [f0] = (0,5 ÷ 1,0) mm cho cán nóng. H.3.30. Biểu đồ mômen và độ võng khung giá cán kiểu kín do lực cán P và M0 gây ra 3.2.5. Kiểm tra mômen lật của máy và tính đường kính bulon nền Khi vật cán bắt đầu ăn vào trục, thì ở giá cán xuất hiện một lực quán tính I rất lớn có phương và chiều ngược với hướng cán. Lực quán tính I sinh ra một mômen có xu hướng làm giá cán bị lật ra khỏi đế giá cán, mômen đó gọi là mômen lật Ml: Mc I= (R là bán kính trục cán). R Mc M l = I.a = .a (kG.m; T.m) R a là khoảng cách từ đế máy tới đường cán. Trường đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 57
Giáo trình: THIẾT BỊ CÁN Để chống lại mômen lật người ta phải bắt 4 bulông nền và phải tính đường kính bulông để đủ bền. Khi có Ml thì 4 bulông nền phải chịu một lực kéo là Q và được tính theo công thức: Ml G Q= − (KN; T) b 2 Trong đó: b là khoảng cách tâm hai bulông trên giá cán. G là toàn bộ trọng lượng giá cán. Q = 4 Qb Qb là lực kéo tác dụng lên một bulông. Thường thì người ta lấy Qb cao hơn lý thuyết để đảm bảo an toàn. Q Q b = (1,2 ÷ 1,4 ) . n H.3.37. Sơ đồ tính mômen lật n là số lương bulông n = 4. 1. Khung giá cán; 2. Vật cán; 3. Trục cán; 4. Đế máy; 5. Bulông nền Như vậy, khi kiểm tra đường kính bulông cần nghiệm bền theo công thức: 4Q b σk = ≤ [σ k ] . πd 2 Tính đường kính bulông nền theo công thức: 4Q b d≥ (mm). πσ k Chú ý:- Mômen lật còn sinh ra khi mômen dẫn động phân bố không đều trên các trục cán. Giả sử Ml > M2 thì: Ml = M1 – M2. - Khi có lực kéo căng trước và lực kéo căng sau thì: Ml = (T0 – T1).a (giả sử T0 > T1) - Khi M1 = 0 hoặc M2 = 0 thì M1 ≥ Mc, nhưng vì a > R rất nhiều cho nên: M1 > Mc. Trường đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 58
Giáo trình: THIẾT BỊ CÁN 3.3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC KẾT CẤU TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CỦA MÁY CÁN 3.3.1. Trục khớp nối và ổ nối trục cán a/ Nhiệm vụ của trục khớp nối và ổ nối trục cán Trục khớp nối và ổ nối trục cán làm nhiệm vụ truyền mômen xoắn từ hộp phân lực tới trục cán để trục cán quay và ép kim loại, làm kim loại bị biến dạng. Các loại khớp nối thường dùng trong máy cán là: trục khớp nối vuông; trục khớp nối hoa mai; trục khớp nối vạn năng và trục khớp nối cácđăng (chỉ dùng cho máy cán thí nghiệm nhỏ, máy cán mini tự chế tạo. Được sử dụng nhiều nhất là trục khớp nối vạn năng và hoa mai. Khi làm việc trục khớp nối chịu va đập, chịu uốn và chịu xoắn, vì vậy cần thiết phải thiết kế, tính toán nghiệm bền để trục khớp nối làm việc tốt. b/ Trục khớp nối vạn năng Cấu tạo và nguyên lý làm việc Khớp nối vạn năng được dùng nhiều trong các máy cán tấm nóng, nguội và cán hình cỡ lớn. Nhờ có khớp nối vạn năng cầu mà có thể truyền mômen xoắn từ hộp phân lực tới các trục cán với góc nghiêng α. Góc nghiêng này được nâng lên hay hạ xuống từ 00 đến 100. H.3.31. a/ Sơ đồ truyền động trục khớp nối vạn năng trong máy cán 1. Trục cán; 2. Trục khớp nối vạn năng; 3. hộp phân lực; 4. Động cơ điện b, c/ Trục khớp nối vạn năng khi làm việc Trường đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 59
Giáo trình: THIẾT BỊ CÁN Các thông số cơ bản lớn nhất như sau: hmax = 1.500 mm; Lmax = 12.000 mm; Gmax = 40 T; Vật liệu chế tạo trục khớp nối: thép đúc, thép 40Cr, 40CrNi … Nghiệm bền và tính toán - Nghiệm bền đầu khớp nối vạn năng về phía trục cán. Khi trục nối truyền mômen xoắn tới trục cán thì tại đầu nối xuất hiện một lực P. Lực này tác dụng lên hai má đồng, chiều hướng ra 2 phía và tác dụng vào bề mặt của đầu trục nối, dưới tác dụng của lực P đầu trục nối chịu uốn và chịu xoắn. H.3.32. Cấu tạo trục khớp nối vạn năng trong máy cán tấm nóng 1500 1. Trục cán; 2. Trục khớp nối vạn năng; 3. Giá đỡ trục nối; 4. Má nối trục vạn năng; 5. Má đồng (hai bên); 6. Chốt nối; 7. Bạc lót giá đỡ trục nối; 8. Các đường ống dẫn dầu bôi trơn Tại mặt cắt A-A Đầu trục chịu uốn và xoắn vì vậy nghiệm bền theo công thức: σ td = 3τ 2 + σ 2 ≤ [σ td ] x u Mu 1,43M x .X σu = = 2 .h 2 . Wu 3b1 + 6b1 b 2 + 2b 2 2 6(3b1 + 4b 2 ) Mx Mx τx = = ≤ [τ x ] . Wx η(b1 + b 2 ).h 2 Trong đó: X là khoảng cách từ mặt cắt A-A tới tâm đặt lực P. Mx = P.a (a là khoảng cách đặt 2 lực P). B là chiều rộng của đầu trục nối. b1, b2, h là các kích thước chuyển đổi từ tiết diện hình vành khăn sang hình thang cân. η là hệ số phụ thuộc vào b1, b2, h : b1 + b 2 Khi = (2 ÷ 6 ) thì η = (0,25 ÷ 0,3). h Trường đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 60