Đồ án tốt nghiệp cơ khí Tính toán động lực cho máy đột kim loại

CHƯƠNG I CẤU TẠO, CÔNG DỤNG CỦA MÁY ĐỘT KIM LOẠI 1.1 CẤU TẠO CỦA MÁY ĐỘT KIM LOẠI Hiện nay có rất nhiều chủng loại máy móc được sử dụng trong các nhà máy,xínghiệp,máy đột cũng là loại má

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU……… …2

CHƯƠNG I: CẤU TẠO, CÔNG DỤNG CỦA MÁY ĐỘT KIM LOẠI… 4

1.1 Cấu tạo của máy đột kim loại……….……….4

1.2 Công dụng của máy đột kim loại……….6

CHƯƠNG II: BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC CỦA CƠ CẤU MÁY ĐỘT……… 8

2.1 Chuyển vị góc, vận tốc góc, gia tốc góc của thanh truyền……….10

2.2 Chuyển vị, vận tốc, gia tốc của chày……….13

CHƯƠNG III: ÁP LỰC KHỚP ĐỘNG VÀ MÔ MEN CÂN BẰNG TRÊN KHÂU DẪN……….16

3.1 Lực cần thiết để đột lỗ………16

3.2 Áp lực khớp động và mô men cân bằng trên khâu dẫn………17

3.3 Vị trí đặt phôi ……….19

CHƯƠNG IV: BÁNH ĐÀ CỦA MÁY ĐỘT KIM LOẠI………28

4.1 Tổng quan về bánh đà……….28

4.2 Tính bánh đà………29

4.3 Chuyển động thực của máy……… … 38

KẾT LUẬN……… 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 42

PHỤ LỤC……… 43

LỜI NÓI ĐẦU

Gia công áp lực là một công nghệ mới so với so với lịch sử phát triển thế giới.

Đây không những là một phương pháp chế tạo phôi mà còn là phương pháp chế tạo

ra sản phẩm Có chất lượng bề mặt tốt, cơ tính cao và khắc phục được các khuyếttật để lại từ trước Đặc biệt trong sản xuất thiết bị phục vụ cho ngành điện với cáckích thước chi tiết nhỏ và phần lớn được chế tạo từ các kim loại màu Gia công áplực là phương pháp thích hợp và tối ưu nhất được áp dụng khá hiệu quả Đăc biệtkhi được sự hỗ trợ của các loại máy móc và khuôn mẫu ngày càng được chế tạochính xác hơn nên cho các sản phẩm chất lượng cao hơn

Trong đợt làm đồ án tốt nghiệp này, em đã chọn đề tài: “ Tính toán động lực cho máy đột kim loại”

Nội dung chính của đề tài bao gồm các phần:

Chương 1 Cấu tạo, công dụng của máy đột kim loại

Chương 2 Bài toán động học của cơ cấu máy đột

Chương 3 Áp lực khớp động và mô men cân bằng trên khâu dẫn

Chương 4 Bánh đà của máy đột kim loại

Do trình độ và năng lực của em còn nhiều hạn chế nên bản thuyết minh này khótránh khỏi thiếu sót và những chỗ chưa hợp lý Em rất mong nhận được những ýkiến nhận xét của các thầy và các bạn sinh viên để bản thuyết minh đề tài tốtnghiệp của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong trường Đại học Giao thông vận tải,

kiến thức quý báu và giúp đỡ tận tình để em hoàn thành đề tài tốt nghiệp này Đặcbiệt cảm ơn thầy Ths Nguyễn Bá Nghị trong thời gian thực hiện đề tài thầy đã tậntình giúp đỡ và hướng dẫn để em hoàn thành đề tài.

Hà Nội, 25 tháng 4 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Phạm Văn khánh

CHƯƠNG I CẤU TẠO, CÔNG DỤNG CỦA MÁY ĐỘT KIM LOẠI 1.1 CẤU TẠO CỦA MÁY ĐỘT KIM LOẠI

Hiện nay có rất nhiều chủng loại máy móc được sử dụng trong các nhà máy,xínghiệp,máy đột cũng là loại máy được sử dụng rất phổ biến

Máy đột là loại máy sử dụng áp lực mạnh để đục lỗ khi đặt vật liệu lên cối, do đó

nó cần một cái búa chuyển động lên xuống để đục lỗ

- Nếu quá trình chuyển động lên xuống của búa dùng lực lấy từ dầu nén thì gọi làmáy đột thủy lực

Hình 1.1 Đầu đột thủy lực

- Nếu quá trình chuyển động lên xuống của búa dùng lực lấy từ máy đột thì đượcgọi là máy đột kiểu cơ khí

15 16 17 18

Hình 1.4 Sơ đồ cấu tạo của máy đột JB04-1

1 Hộp điện 10 Giá đỡ

2 Cơ cấu phanh 11 Ly hợp

3 Trục khuỷu 12 Cơ cấu điện từ điều khiển ly hợp

4 Trụ máy 13 Con trượt

5 Giá đỡ 14 Thân máy

6 Đai ốc 15 Đế máy

7 Tay quay 16 Hộp bảo vệ

8 Trục vít điều chỉnh 17 Động cơ

9 Tay biên 18 Bộ truyền đai

Trong hai loại mày này, kiểu máy đột kiểu cơ khí được sử dụng phổ biến hơn cả.Hầu hết các máy đột được điều khiển bởi một mô tơ điện, chuyển động tròn của mô

tơ điện được chuyển thành chuyển động lên xuống của búa Vật liệu được tạo hìnhnhờ lực nén của búa và cối ở bên dưới vật liệu

Có hai kiểu vận hành máy đột:

+ Kiểu dùng tay: là kiểu mà con người trực tiếp đưa vật liệu vào và lấy thành phẩmra

+ Kiểu tự động: là kiểu mà vật liệu được tự động cung cấp bằng máy và thànhphẩm cũng được đưa ra ngoài

1.2 CỘNG DỤNG CỦA MÁY ĐỘT KIM LOẠI

Máy đột là loại máy được dùng khá phổ biến trong chế tạo và gia công cơ khí.Dưới đây là các công dụng của máy đột kim loại:

- Máy đột kim loại làm biến dạng kim loại ở thể rắn, khắc phục được các khuyếttật, làm tổ chức kim loại mịn chặt, nâng cao cơ tính của sản phẩm

- Tạo ra sản phẩm có cơ tính bề mặt tốt, độ chính xác, độ bóng cao

- Máy đột cho phép tạo ra các lỗ một cách nhanh chóng mà không cần dùng đếncác loại máy khoan.

- Gia công cơ khí bằng máy đột sẽ tiết kiệm được vật liệu, không đòi hỏi tay nghềcông nhân cao, năng suất cao thuận lợi cho quá trình tự động hóa, sản lượng lớn giáthành hạ

Hình 1.5 Các sản phẩm của phương pháp đột

CHƯƠNG II

BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC CỦA CƠ CẤU MÁY ĐỘT

Hình 2.1 Sơ đồ máy đột kim loại

Để thuận tiện cho việc tính toán, ta tách sơ đồ máy đột kim loại (hình 2.1) thành hìnhnhư hình bên dưới

2.1 TÍNH CHUYỂN VỊ GÓC, VẬN TỐC GÓC,GIA TỐC GÓC CỦA THANH TRUYỀN

Gọi α là góc hợp bởi thanh truyền L và trục thẳng đứng

L 

⇒ α ¿ arcsin

RsinL

Đạo hàm (2.2) theo t ta được: Lcosα.α´ ¿ Rcosθ.´θ (2.4)

Tiếp tục đạo hàm (2.4) theo thời gian ta được:

− ¿Lsinα.α´.α´ + ¿ Lcosα.α´ ¿ − ¿Rsinθ.´θ.´θ + ¿ Rcosθ.´θ (2.5)

Từ (2.4), (2.5) ta có vận tốc góc, gia tốc góc của thanh truyền lần lượt là:

α´

R cosLcos





 ´θ¿ ω1

R cosLcos

´

α ¿ 1

RcosLcos

-0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2

- Đồ thị biểu diễn vận tốc góc của thanh truyền

0 50 100 150 200 250 300 350 400 -1.5

-1 -0.5 0 0.5 1 1.5

Hình 2.4 Vận tốc góc của thanh truyền

- Đồ thị biểu diễn gia tốc góc của thanh truyền

0 50 100 150 200 250 300 350 400 -8

-6 -4 -2 0 2 4 6 8

2.2 CHUYỂN VỊ, VẬN TỐC, GIA TỐC CỦA CHÀY

Từ (2.1) ta có chuyển vị của chày: X ¿ Lcosα – Rcosθ

Vận tốc của chày: V C X´ ¿ −¿Lsinα.α´ +¿ Rsinθ.´θ (2.10)

Gia tốc của chày: a C X´ ¿ −¿Lcosα.α´.α´ – Lsinα.α´ +¿Rcosθ.´θ.´θ+¿ Rsinθ.´θ

a C X´ ¿ − ¿Lcosα.( ´α )2 – Lsinα.α´ + ¿ Rcosθ.(´θ)2 (2.11)

2 2

0 50 100 150 200 250 300 350 400 50

52 54 56 58 60 62 64 66 68 70

Hình 2.6 Chuyển vị của chày

- Đồ thị biểu diễn vận tốc của chày

0 50 100 150 200 250 300 350 400 -80

-60 -40 -20 0 20 40 60 80

0 50 100 150 200 250 300 350 400 -400

-300 -200 -100 0 100 200 300 400

ÁP LỰC KHỚP ĐỘNG VÀ MÔ MEN CÂN BẰNG TRÊN KHÂU DẪN

Mục đích phân tích lực nhằm xác định quy luật chuyển động thực của máy,tínhtoán kích thước và độ bền các khâu, quy định hợp lý chế độ bôi trơn các khớpđộng, xác định công suất máy và một loạt các vấn đề có liên quan tới việc thiết kếcác máy mới và sử dụng tốt các máy hiện có

3.1 LỰC CẦN THIẾT ĐỂ ĐỘT LỖ

Lực đột lỗ phụ thuộc vào kích thước của sản phẩm đột lỗ, vào chiều dày và tínhchất cơ học của vật liệu, khe khở giữa chày và cối, hình dáng và trạng thái mép cắtcủa chày và cối (khi mép cắt bị cùn lực cắt tăng lên rất lớn) Lực đột lỗ được xácđịnh theo công thức:

S : Bề dày của phôi

τ : ứng suất cắt của vật liệu

Ta chọn thép đem gia công đục lỗ là thép C45 có τ ¿ 200 MPa ¿ 2.10 8 N/m2

Theo yêu cầu của đề bài, lỗ cần đục có đường kính d ¿ 0,04(m), bề dày của tấmphôi S¿ 0,01(m)

Ta có: L ¿ 2πd ¿ 2.3,14.0,04 ¿ 0,2512(m)

Vì khối lượng, vận tốc của các khâu nhỏ nên ta bỏ qua các lực quán tính, các lực

ma sát trong các khớp

* Xét khâu 3 ta có: P N R   12 0

(3.1) Trong đó: P là lực cản của phôi

R12 : phản lực khâu 1 tác dụng lên khâu 2, có phương dọc theo khâu 2

R32 : phản lực khâu 3 tác dụng lên khâu 2, có phương dọc theo khâu 2

Chiếu (3.2) theo phương ngang ta có: R12cosα ¿ R32cosα

Từ trên ta có R01 = R21 = R12 = R32 = 23

PR

cos



 Trong đó:P là lực cần thiết để máy thực hiện nguyên công đột lỗ

3.3 VI TRÍ ĐẶT PHÔI

Ta có mô men cân bằng trên khâu dẫn M cb chính là mô men tác dụng lên khâu dẫn

và bằng mô men ngoại lực cần tác dụng lên khâu dẫn để chày thực hiện nguyêncông đột

Ta sẽ xác định được vị trí đặt phôi sao cho tại vị trí đó ngoại lực tác dụng lên khâudẫn để thực hiện nguyên công đột là nhỏ nhất Ta xét đến các ví trí đặt phôi cụ thểsau:

- Trường hợp 1: Chọn vị trí kê cối sao cho tại vị tríθ ¿ 90° thì chày bắt đầu tiếp xúcvới phôi Khi đó x = 59,1608 (cm), khi chày bắt đầu tiếp xúc với mặt phân cáchgiữa phôi và cối thì x=60,1608 (cm) Ta xác định góc θ khi x = 60,1608 (cm)

A

B O



 

Hình 3.3

θ i R01 (N) R21 (N) R12 (N) R32 (N) R23 (N)

90 662396 662396 662396 662396 66239690,6 596157 596157 596157 596157 59615791,1 529917 529917 529917 529917 52991791,7 463677 463677 463677 463677 46367792,3 397438 397438 397438 397438 39743892,9 331198 331198 331198 331198 33119893,4 264958 264958 264958 264958 26495894,0 198719 198719 198719 198719 19871994,6 132479 132479 132479 132479 13247995,1 66240 66240 66240 66240 66240

AB = L = 60 (cm)

OB = x = 66,9368 (cm)

Áp dụng định lý có trong tam giác ta có:

133,5 328942 328942 328942 328942 328942134,2 263154 263154 263154 263154 263154134,9 197324 197324 197324 197324 197324135,6 131522 131522 131522 131522 131522136,3 65748 65748 65748 65748 65748

- Trường hợp 3: Chọn vị trí kê cối sao cho tại vị tríθ ¿ 155° thì chày bắt đầu tiếpxúc với phôi Khi đó x = 68, 9141(cm), khi chày bắt đầu tiếp xúc với mặt phân cáchgiữa phôi và cối thì x=69,9141 (cm) Ta xác định góc θ khi x = 69,9141 (cm)

Vậy trong một chu kỳ quay của khâu dẫn,tại góc θ=¿ 155°thì chày bắt đầu tiếp xúcvới phôi, tại góc θ ¿ 173° thì chày bắt đầu đi qua phôi.

Khi chày tiếp xúc, ăn xuống phôi 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 cm ta lần lượt có cácgiá trị của P, N, α, Mcb, R01, R21, R12, R32, R23 trong bảng sau:

154 156 158 160 162 164 166 168 170 172 174 0

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

CHƯƠNG IV BÁNH ĐÀ CỦA MÁY ĐỘT KIM LOẠI

4.1 Tổng quan về bánh đà

Khi nghiên cứu về các loại máy móc có khi nói chung và máy đột đập kim loạinói riêng chúng ta nhận thấy rằng ngay cả khi máy làm việc ổn định thì vận tốc góccủa khâu dẫn thường vẫn không ổn định Chuyển động của máy không đểu khiếncác khâu bị rung làm giảm hiệu suất của máy, giảm chất lượng sản phẩm… Khôngnhững vậy trong một chu kỳ làm việc của máy có những thời điểm mô men cản rấtlớn và cũng có thời điểm mô men cản rất nhỏ Để máy có thể làm việc ở mọitrường hợp thì người ta phải chọn loại động cơ có công suất lớn để thắng được mômen cản lớn nhất Chính điều đó dẫn đến hiện tượng không tận dụng hết công suất

động cơ Để khắc phục hiện tượng trên một trong các trục của máy khối lượng phụgọi là bánh đà.

4.1.1 Khái niệm bánh đà

Bánh đà là một chi tiết máy được sử dụng rộng rãi trong hầu hết tất cả các loại máymóc cơ khí, bánh đà thường có dạng hình đĩa có vành nặng hoặc một bánh có nanhoa Bánh đà có hình dáng sao cho trục đối xứng là trục mô men quán tính chính

- Giai phóng năng lượng

- Tận dụng tối đa công suất động cơ

4.2 Tính bánh đà

Ta có M ci

i i 1

VP





(4.1) Trong đó: - P i : Lực đột lỗ

- V i : Vận tốc của chày

- ω1¿ 2π

rads

Khi làm việc ổn định, sau một chu kì (θ=360°) ta có công động bằng với công cản

Momen quán tính của bánh đà được xác định theo công thức sau:

ω tb ¿ 2π (

rad

s ): Vận tốc góc trung bình của bánh đà [δ]¿ 0,3: Hệ số không đều

Hình 4.3 Đồ thị mô men động và mô men cản đặt trên trục khuỷu

Gọi diện tích hình OABC, CDF, BDE, CBEF lần lượt là S1, S2, S3, S4

Khi chày bắt đầu tiếp xúc với phôi tại θ ¿ 155° thì công dư đạt lớn nhất, khi chàybắt đầu đi qua phôi tại θ = 173 ° thì công dư dạt nhỏ nhất Khi đó :

Từ hình vẽ trên ta thấy: S3= ¿ S2 − ¿ S4

Mà S4 ≈ M d(173 – 155)180



¿ 527,28.18180



¿ 52,72π ⇒ S3 ¿ 1054,56π – 52,72π ¿ 1001,84π

Thay các giá trị vào (4.2) ta được:

Khối lượng m của bánh đà được xác định theo công thức:

m ¿

bd 2

Tương tự như phần trên, ta lần lượt tính được:

- Mô men cản ứng với mỗi góc quay θ i được thống kê trong bảng bên dưới:

θ i (°) M ci(N.m)

- Mô men được cung cấp bởi động cơ.

Khi làm việc ổn định, sau một chu kì (θ=360°) ta có công động bằng với công cản

A c = ∑∆ A i

=∆ A1+¿ ∆ A2+¿ ∆ A3 +¿∆ A4+¿∆ A5+¿ ∆ A6+¿∆ A7 +¿ ∆ A8+∆ A9+∆ A10

= (206,98 + ¿ 154,56 + ¿163,89 + ¿ 142,25 + ¿ 120,52+ ¿ 82,26+ ¿ 76,86 + ¿ 54,95

+ ¿

27,49 + ¿ 11,00)π

= 1040,76π (J)

Từ đó ta có: M d.2π = A c = 1040,76π

⇒ M d = 520,38 (N.m)

- Mô men quán tính của bánh đà

Mô men quán tính của bánh đà được xác định theo công thức sau:

A min: Công dư nhỏ nhất

ω tb ¿ 2π (

rad

s ): Vận tốc góc trung bình của bánh đà [δ]¿ 0,3: Hệ số không đều

90 95,7

Gọi diện tích hình OABC, CDF, BDE, CBEF lần lượt là S1, S2, S3, S4

Khi chày bắt đầu tiếp xúc với phôi tại θ ¿ 90° thì công dư đạt lớn nhất, khi chày bắtđầu đi qua phôi tại θ = 95,7 ° thì công dư dạt nhỏ nhất Khi đó :

góc quay θ ¿ 155° thì chày tiếp xúc với phôi cho nên ta chọn vị trí đặt phôi nhưtrong phần 3.3 là hợp lí nhất

0 50 100 150 200 250 300 350 400 3

3.5 4 4.5 5 5.5 6

Wo

Wmin Wmax

Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn vận tốc của khâu dẫn khi ω0 = 5s− 1

-Giả sử ω0 = 6,5s−1, ta có vận tốc của khâu dẫn được biểu thị trong hình bên dưới

0 50 100 150 200 250 300 350 400 5.4

5.6 5.8 6 6.2 6.4 6.6 6.8 7 7.2 7.4

Hình 4.7 Đồ thị biểu diễn vận tốc của khâu dẫn khi ω0 = 6,5s−1

KẾT LUẬN

Qua thời gian, thực hiện và hoàn thành đồ án đề tài em thấy được việc làm đề tàitốt nghiệp giúp em hệ thống lại những kiến thức đã được học trong trường ngoài racòn giúp em tìm hiểu được nhiều vấn đề mới trong thực tế và các vấn đề khác cóliên quan

Do nước ta đang trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa, do đặc thù củangành công nghiệp Việt Nam là ngành công nghiệp lắp ráp nên công nghiệp chế tạocòn kém phát triển Trong khi đó nhu cầu về công nghiệp chế tạo ngày càng cao,trong đó vai trò của máy đột kim loại là không thể thay thế Hiện nay trên thế giới,tại các các nước có nền công nghiệp hiện đại như Nhật, Mỹ, Nga…máy đột kimloại là loại máy móc được sử dụng phổ biến

Để tiết kiệm động cơ cho máy đột kim loại và những sản phẩm được tạo ra có chấtlượng cao thì việc xác định vị trí đặt phôi, việc nghiên cứu và tính toán bánh đà trênmáy đột kim loại là vô cùng cần thiết và đòi hỏi độ chính xác cao

Đề tài“ Tính toán động lực cho máy đột kim loại” là cơ sở để mở ra những thiên

hướng nghiên cứu sâu và rộng hơn về bánh đà, máy đột kim loại cũng như côngnghiệp chế tạo

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Bá Nghị, Phạm Hoàng Vương

Động lực học máy

NXB Giao thông Vận tải - Hà Nôi 2013

[2] Lê Phước Ninh

Nguyên Lý Máy

NXB Giao thông Vận tải - Hà Nôi 2000

[3] Lê Phước Ninh

Bài tập Nguyên Lý Máy

NXB Giao thông Vận tải - Hà Nôi 2005

PHỤ LỤC

- Phụ lục 1: Chương trình tính chuyển vị góc của thanh truyền

% CHUONG TRINH TINH CHUYEN VI GOC CUA THANH TRUYEN

R=10; %Chieu dai tay quay(cm)

L=60; %Chieu dai thanh truyen(cm)

w1=2*pi; %Van toc goc cua tay quay

theta=0:2*pi/360:2*pi; % Chuyen vi goc cua tay quay

alpha=asin(R/L*sin(theta))% Chuyen vi goc cau thanh truyen

plot(alpha);

grid

xlabel('Goc theta-do');

ylabel('Chuyen vi goc cua thanh truyen-rad')

- Phụ lục 2: Chương trình tính vận tốc góc của thanh truyền

% CHUONG TRINH TINH VAN TOC GOC CUA THANH TRUYEN

R=10; %Chieu dai tay quay(cm)

L=60; %Chieu dai thanh truyen(cm)

w1=2*pi; %Van toc goc cua tay quay

theta=0:2*pi/360:2*pi; % Chuyen vi goc cua tay quay

alpha=asin(R/L*sin(theta))% Chuyen vi goc cua thanh truyen

v=w1*(R/L)*cos(theta)./cos(alpha);

plot(v);

grid

xlabel('Goc theta-do');

ylabel('Van toc goc cua thanh truyen - s^-1)

- Phụ lục 3: Chương trình tính gia tốc góc của thanh truyền

% CHUONG TRINH TINH GIA TOC GOC CUA THANH TRUYEN

R=10; %Chieu dai tay quay(cm)

L=60; %Chieu dai thanh truyen(cm)

w1=2*pi; %Van toc goc cua tay quay

theta=0:2*pi/360:2*pi; % Chuyen vi goc cua tay quay

alpha=asin(R/L*sin(theta))% Chuyen vi goc cua thanh truyen