Báo cáo khoa học: lựa chọn kích th-ớc hình học tối -u trong lắp ghép puly với trục dựa trên ph-ơng pháp phần tử hữu hạn (FEM) bằng phần mềm ANSYS

Tóm tắt: Bài báo đề xuất ph-ơng pháp nghiên cứu hình dáng hợp lý của puly với trục chịu ứng suất thay đổi theo thời gian cho các thiết kế điển hình dựa vào mô hình hoá máy tính bằng ph-ơng pháp phần tử hữu hạn. Phần mềm ANSYS đ-ợc sử dụng để phân tích trạng thái ứng suất cho các mẫu thiết kế và việc tính toán tuổi thọ của các chi tiết dựa theo tiêu chuẩn thí nghiệm của Hiệp hội Cơ khí Mỹ. ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo khoa học: "lựa chọn kích th-ớc hình học tối -u trong lắp ghép puly với trục dựa trên ph-ơng pháp phần tử hữu hạn (FEM) bằng phần mềm ANSYS" lùa chän kÝch th−íc h×nh häc tèi −u trong l¾p ghÐp puly víi trôc dùa trªn ph−¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n (FEM) b»ng phÇn mÒm ANSYS GS. TS lª v¨n Ngµn Tr−êng C«ng nghÖ cao cÊp, Canada ThS. nguyÔn hoµ ng©n Bé m«n Søc bÒn vËt liÖu Khoa C«ng tr×nh Tr−êng §¹i häc Giao th«ng VËn t¶i Tãm t¾t: Bμi b¸o ®Ò xuÊt ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu h×nh d¸ng hîp lý cña puly víi trôc chÞu øng suÊt thay ®æi theo thêi gian cho c¸c thiÕt kÕ ®iÓn h×nh dùa vμo m« h×nh ho¸ m¸y tÝnh b»ng ph−¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n. PhÇn mÒm ANSYS ®−îc sö dông ®Ó ph©n tÝch tr¹ng th¸i øng suÊt cho c¸c mÉu thiÕt kÕ vμ viÖc tÝnh to¸n tuæi thä cña c¸c chi tiÕt dùa theo tiªu chuÈn thÝ nghiÖm cña HiÖp héi C¬ khÝ Mü. CT 2 Summary: The article studies the optimized geometry of the form for the shrink - fitted hub – shaft joint subjected to fatigue by computational modeling. Finite element code ANSYS is used for stress analysis and the fatigue life of the shrink - fitted hub - shaft is estimated following the standard of ASME code. I. §Æt vÊn ®Ò Tõ khi nghiªn cøu ®é bÒn mái cña c¸c chi tiÕt m¸y ®Õn nay, c¸c nhµ b¸c häc ®−a ra c¸c lý thuyÕt mái nghiªn cøu sù phï hîp cña vËt liÖu vµ chi tiÕt m¸y trong tr−êng hîp øng suÊt thay ®æi theo thêi gian. Môc ®Ých chung cña c¸c thuyÕt nµy lµ t×m ra kÕt cÊu thÝch hîp, t¹o lËp ra c¸c thuyÕt bÒn vµ c¸c ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n ®Ó ¸p dông trong thùc tÕ kü thuËt ®¶m b¶o cho m¸y mãc vµ c«ng tr×nh lµm viÖc cã tuæi thä cao cho phÐp. ViÖc ph©n tÝch mái hiÖn t¹i cã hai h−íng gi¶i quyÕt: mét lµ ph¸t triÓn lý thuyÕt mái vµ hai lµ th«ng qua thùc nghiÖm ®Ó t×m ph−¬ng ph¸p chÕ t¹o tèi −u tõ ®ã ta cã thÓ t×m c¸c tham sè, hÖ sè vµ cã thÓ øng dông ngay vµo s¶n xuÊt. XuÊt ph¸t tõ ý t−ëng gi¶i quyÕt bµi to¸n ph©n tÝch mái b»ng ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm nªn c¸c t¸c gi¶ ®· ®Ò xuÊt h−íng gi¶i quyÕt nh− sau: trong c¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn ®é bÒn mái cã sù tËp trung øng suÊt, kÝch thÝch h×nh häc, ®é nh¸m bÒ mÆt, tr¹ng th¸i øng suÊt (thuÇn nhÊt hay kh«ng thuÇn nhÊt) vµ tÇn sè t¶i träng. Do vËy tr−íc khi tiÕn hµnh c¸c thÝ nghiÖm thùc tÕ b»ng c¸c mÉu thÝ nghiÖm nh»m ph©n tÝch mái cña puly víi trôc, c¸c t¸c gi¶ ®· tiÕn hµnh kh¶o s¸t c¸c yÕu tè nµy vµ th«ng qua sù hç trî cña phÇn mÒm ANSYS (ph−¬ng ph¸p PTHH), c¸c t¸c gi¶ ®· t×m ®−îc ¶nh h−ëng cña tham sè ®Çu tiªn, sù tËp trung øng suÊt do sù thay ®æi kÝch th−íc ®ét ngét. ë giai ®o¹n nghiªn cøu nµy chØ giíi h¹n t×m d¹ng h×nh häc hîp lý cña puly víi trôc nh»m t¨ng tuæi thä cña chi tiÕt. II. Giíi thiÖu chung vÒ puly víi trôc Puly víi trôc lµ chi tiÕt mµ chóng ta th−êng hay gÆp trong lß quay xi m¨ng, truyÒn ®éng b¨ng t¶i… Th«ng th−êng tang trèng (Puly) ®−îc ghÐp chÆt víi trôc l¨n. Sù cè ®Þnh t−¬ng ®èi gi÷a hai chi tiÕt l¾p ghÐp ®¹t ®−îc lµ do søc c¨ng gi÷a hai bÒ mÆt tiÕp xóc cña chi tiÕt. Søc c¨ng ®ã ph¸t sinh do t¸c ®éng cña biÕn d¹ng líp vËt liÖu bÒ mÆt tiÕp xóc vµ tØ lÖ víi ®é d«i cña l¾p ghÐp. Trong ®a sè tr−êng hîp l¾p ghÐp th× ®é d«i g©y ra biÕn d¹ng ®µn håi cña bÒ mÆt tiÕp xóc [1]. L¾p chÆt ®−îc thùc hiÖn b»ng ph−¬ng ph¸p nung nãng chi tiÕt bao. Khi l¾p r¸p, ng−êi ta nung nãng puly ®Õn khi ®−êng kÝnh trong cña nã réng h¬n ®−êng kÝnh ngoµi cña trôc th× ng−êi ta lång puly vµo trôc ®óng vÞ trÝ råi ®Ó nguéi l¹i ®Õn nhiÖt ®é th−êng, khi nµy puly co l¹i vµ siÕt chÆt trôc. T¹i bÒ mÆt tiÕp xóc gi÷a puly vµ trôc sÏ xuÊt hiÖn øng suÊt cã tr−íc (¸p lùc riªng), ®−îc tÝnh theo ph−¬ng tr×nh LamÐ cña bµi to¸n mèi ghÐp èng dµy, ¸p lùc riªng ®−îc giíi h¹n bëi gi¸ trÞ cho phÐp lín nhÊt ®Ó ®¶m b¶o kh«ng ph¸t sinh biÕn d¹ng dÎo t¹i bÒ mÆt tiÕp xóc (trang 58 – 64 [1]). T¹i chç ghÐp, trôc chÞu tËp trung øng suÊt do thay ®æi ®ét ngét tiÕt diÖn, do ®ã vÕt nøt lu«n CT 2 lu«n x¶y ra trªn trôc gÇn hai ®Çu tiÕp xóc víi puly. Ch¼ng h¹n s¬ ®å cña puly víi trôc trong kÕt cÊu lß quay xi m¨ng minh häa trªn h×nh 1, øng suÊt tËp trung sÏ xuÊt hiÖn trªn tiÕt diÖn AB, CD. H×nh 1. GhÐp chÆt Puly víi trôc §Ó gi¶m bít tËp trung øng suÊt ®èi víi mèi ghÐp nµy, ng−êi ta dïng biÖn ph¸p v¸t mÐp (khoÐt r·nh) puly hoÆc lµm t¨ng ®é mÒm cña mÐp puly, khi ®ã ¸p suÊt riªng gi÷a trôc vµ mÐp puly gi¶m xuèng vµ øng suÊt ph©n bè trong mèi ghÐp ®−îc ®Òu h¬n. H×nh d¹ng vµ kÝch th−íc cña c¸c r·nh khoÐt ®· ®−îc nhiÒu t¸c gi¶ nghiªn cøu [2, 3, 4]. Tuy nhiªn bµi to¸n vÉn ch−a ®−îc gi¶i quyÕt mét c¸ch tèi −u ®Ó ¸p dông vµo thùc tiÔn s¶n xuÊt. III. Ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n B»ng phÇn mÒn ANSYS, t¸c gi¶ ®· m« h×nh ho¸ ba mÉu cho l¾p ghÐp puly víi trôc cã kÝch th−íc nh− thùc tÕ víi thiÕt kÕ h×nh häc tõ ®¬n gi¶n nhÊt DS1 ®Õn DS2 ¸p dông ph−¬ng ph¸p lµm mÒm mÐp puly vµ DS3 lµm mÒm puly vµ trôc. Víi kÝch th−íc h×nh häc nh− thùc tÕ, t¶i träng t¸c dông lªn chi tiÕt lµ m«men xo¾n Mp vµ lùc däc trôc Fp nh− trong thùc tÕ, hÖ sè an toµn ®−îc chän; vËt liÖu cña puly vµ trôc ®−îc chän lµ thÐp siªu bÒn AISI 4340 vµ AISI 4140 theo tiªu chuÈn vËt liÖu Mü (American Society for Metals, ASM 6414 (1990)) víi øng suÊt cho phÐp [σ], m« ®uyn ®µn håi E, hÖ sè d·n në α, ®é nh¸m Ra, hÖ sè Poisson μ (xem b¶ng C theo ASM), ta dïng phÇn mÒm AUTODESK INVENTOR 10 ®Ó tÝnh ®−îc ®é d«i vµ dung sai cho phÐp. 1 Sau khi thiÕt kÕ ...