Thiết kế máy cuốn tôn

CÁC PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG,NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA CÁC PHƯƠNG ÁN Để thực hiện việc cuốn tôn có nhiều phương án khác nhau, nhưng máy cần có các chuyển động chính là chuyể

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn tất cả thầy cô trong bộ môn Cơ Sở

Thiết Kế Máy thuộc khoa Cơ Khí, Trường Đại Học Bách Khoa

Tp.Hồ Chí Minh cùng tất cả bạn bè , những người đã giúp đỡ em

hoàn thành đề tài này Đặc biệt là thầy Lại Khắc Liễm đã tận tình

hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện

Mặc dù hết sức cố gắng, nhưng đây là một đề tài lớn , khối

lượng công việc tương đối nhiều nên không thể tránh khỏi thiếu sót

Rất mong nhận được sự đóng góp của thầy cô và bạn bè nhằm đem

lại cho đề tài này tính khả thi cao hơn

Tp.HCM 31/12 / 2004 Sinh viên thực hiện

Vũ Trung

Mục Lục Trang

CHƯƠNG 1 : CHỌN SƠ ĐỒ ĐỘNG CHO MÁY 1

1.1 CÁC PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG , NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

CHƯƠNG 2 : CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC 7

2.1.3 ĐIỀU KIỆN ĐỂ CÓ BIẾN DẠNG DẺO 10

2.2.1 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ UỐN 11

2.3.4 CHỌN ĐỘNG CƠ NÂNG HẠ TRỤC BỊ ĐỘNG VÀ TÍNH ĐỘNG HỌC 24

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC 28 3.1 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN HỘP GIẢM TỐC 28

3.1.1 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN CẤP NHANH 28

3.3 CHỌN Ổ CHO CÁC TRỤC CỦA HỘP GIẢM TỐC 58

CHƯƠNG 4 : TÍNH BỀN CHO MÁY CUỐN TÔN 64

4.1 THIẾT KẾ CẶP BÁNH RĂNG TRỤ DẪN ĐỘNG TRỤC CUỐN 64 4.2 THIẾT KẾ TRỤC CUỐN 72 4.3 THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN NÂNG HẠ TRỤC BỊ ĐỘNG 74

4.3.3 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT – ĐAI ỐC 80

4.3.4 THIẾT KẾ TRỤC LẮP BÁNH ĐAI 83

CHƯƠNG 5 : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 86

5.3.1 NUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN

5.3.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN

- Hiện nay các ngành kinh tế nói chung và ngành cơ khí nói riêng đòi hỏi sự phát triển đồng bộ, có tính cạnh tranh cao phù hợp với nhu cầu thị trường và phù hợp với nền kinh kế năng động

- ở nước ta ngành cơ khí chế tạo là một ngành phát triển rất chậm phụ thuộc rất nhiều vào công nghệ của Liên Xô cũ Các xưởng sản xuất cơ khí chủ yếu là sản xuất với số lượng nhỏ, sản xuất đơn chiếc phù hợp với việc sửa chữa dẫn đến độ chính xác không cao, giá thành cao Vì vậy nhu cầu về hạ giá thành và tăng độ chính xác được chú trọng ở các xưởng cơ khí Muốn làm được điều đó các xưởng cơ khí phải tự trang

bị cho mình các máy móc hiện đại Thông thường các máy móc ở xưởng cơ khí bao gồm: máy tiện, pháy phay, máy bào, máy mày, máy hàn, máy khoan v.v Bên cạnh đó nếu các xưởng cơ khí có nhu cầu sản xuất về bồn, các thiết bị lạnh, ống v.v cần phải trang bị thêm các máy: máy cuốn tôn, máy cắt tôn, máy chắn v.v để tăng sản lượng, nâng cao độ chính xác

- Trong thực tế giá thành các máy nói trên lá rất cao và các xưởng sản xuất thì không dám đầu tư vào nó Vì vậy nhu cầu cấp bách hiện nay là thiết kế chế tạo các máy trên với giá thành thấp phù hợp với túi tiền với các cơ sở sản xuất nhỏ và vừa.Xuất phát từ các yêu cầu trên, đề tài “Thiết kế máy cuốn tôn” được em chọn thực hiện

 Về công dụng của máy: dùng để cuốn tôn tấm có chiều dày từ 1÷8 mm thành những ống tròn và những tôn có hình dạng cong tròn cũng có thể cuốn lại thành tấm Tùy mục đích sử dụng mà ta lựa chọn vận tốc uốn, khoảng cách giữa các trục cuốn và thời gian cuốn

 Nhiệm vụ khi thực hiện thiết kế: gồm 5 chương

 Chương 1: đầu tiên là ta lựa chọn sơ đồ động cho máy, ta đưa ra từ 3 đến 4 phương án truyền động Nói rõ các nguyên lý hoạt động và ưu nhược điểm của từng phương án, sau đó rút ra 1 phương án tối ưu để làm sơ đồ động cho máy (phải dựa vào tính công nghệ của máy, giá thành và khả năng dễ chế tạo, sửa chữa, bảo trì)

 Chương 2: quá trình cuốn tôn hình thành dựa vào sự biến dạng dẻo của kim loại Từ đây ta tìm được lực P cần thiết để tạo ra biến dạng dẻo Sau đó ta tính công suất và chọn động cơ tính toán động học cho máy

 Chương 3: thiết kế hộp giảm tốc

thẳng, bánh răng côn, ổ lăn, ổ trượt, trục v.v

 Chương 5: ta trình bày các sơ đồ mạch điện, cong tắc tơ, để điều khiển các chuyển động cho máy

CHƯƠNG 1 CHỌN SƠ ĐỒ ĐỘNG CHO MÁY

1.1 CÁC PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG,NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA CÁC PHƯƠNG ÁN

Để thực hiện việc cuốn tôn có nhiều phương án khác nhau, nhưng máy cần có các chuyển động chính là chuyển động quay tròn của trục cuốn và chuyển động tịnh tiến của trục bị động nhằm tạo ra lực cuốn cũng như để điều chỉnh khe hở giữa trục cuốn và trục bị động cho phù hợp bề dày của tấm tôn.Chính vì vậy, máy gồm có ba trục : hai trục cuốn bố trí dưới trục bị động Để dẩn động cho các trục ta có nhiều phương án khác nhau.Sau đây là một số phương án ta có thể áp dụng:

1.1.1 PHƯƠNG ÁN 1 : Sơ đồ động của phương án 1 như trên hình 1.1

28

29 27

1 2

Hình 1.1 : Sơ đồ động phương án 1

1.1.1.1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:

Máy kết hợp các bộ truyền cơ khí và thuỷ lực để điều khiển các chuyển động của máy Trục cuốn (1) được dẩn động bằng động cơ (ĐC1) thông qua hộp giảm tốc (4) và cặp bánh răng trụ răng thẳng (3) Trục bị động(2) tịnh tiến lên

xuống trong rãnh dẫn hướng nhờ hai xy lanh thuỷ lực (25,26) nối với bơm thuỷ lực (28) qua hệ thống van thuỷ lực thích hợp (27) Dầu dùng cho hệ thống thuỷ lực chứa trong bể dầu (29)

1.1.1.2 ƯU NHƯỢC ĐIỂM PHƯƠNG ÁN 1:

* Ưu điểm :

- Năng suất cao, công suất lớn do được dẫn động bằng động cơ

- Nâng hạ trục bị động êm do dùng hệ thống thuỷ lực

- Có thể cuốn được tôn có bề dày thay đổi 1 đến 8mm

* Nhược điểm :

- Máy khó chế tạo

- Khó bảo trì sửa chữa

- Không tạo được bán kính cong ban đầu cho tấm tôn

1.1.2 PHƯƠNG ÁN 2: Sơ đồ động của phương án 2 như trên hình 1.2

1.1.2.1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:

Cũng tương tự như phương án 1, nhưng ta thay 2 xylanh thuỷ lực bằng 2 bánh vít-trục vít (17, 18) và được dẫn động bằng động cơ (ĐC2) thông qua bộ truyền đai (15) Như vậy ta sử dụng động cơ (ĐC2) là động cơ hai chiều để nâng hạ trục bị động

1.1.2.2 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG ÁN 2:

 Ưu điểm:

+ Nâng suất cao, công suất lớn

+ Có thể cuốn được tôn có bề dày thay đổi (1 ÷8 mm), do trục bị động linh hoạt, thay đổi khe hở giữa trục bị động và trục chủ động nhanh

+ Kết cấu nhỏ gọn, phù hợp với các xưởng sản xuất với diện tích nhỏ

Hình 1.3 : Sơ đồ động của phương án thứ 3

1.1.3.1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:

Máy gồm có 3 trục cuốn, một trục bị động (14) và hai trục chủ động (13) Hai trục chủ động được đặt dưới trục bị động Hai trục chủ động được nối vói động cơ thứ nhất (ĐC1) thông qua hộp giảm tốc (15)

Máy có các chuyển động sau:

- Chuyển động của trục cuốn (13) : được thực hiện bởi động cơ thứ nhất (ĐC1) truyền chuyển động qua hộp giảm tốc (15), trục ra hộp giảm tốc nối với trục cuốn (13) thông qua bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng (12)

- Chuyển động nâng hạ trục bị động (14) : được thực hiện bởi động cơ thứ hai (ĐC2), động cơ này truyền chuyển động đến hai bộ truyền bánh vít trục vít (17,18) thông qua bộ truyền đai (16),sau đó trục vít quay làm quay hai bánh vít ở hai đầu trục vít.Hai bánh vít đóng vai trò là hai đai ốc (19,20) cho nên khi bánh vít quay và không tịnh tiến sẽ làm cho hai trục vít thẳng đứng (21,22) tịnh tiến lên xuống làm cho hai đầu trục bị động (14) được nâng lên hoăïc hạ xuống tuỳ theo chiều quay động cơ Trục bị động được dẫn hướng trong rãnh dẩn hướng

- Chuyển động xoay lệch tâm trục bị động (14) được thưcï hiện bằng tay quay (1) truyền chuyển động đến bộ truyền trục vít-bánh vít (3) thông qua bộ truyền xích (2).Trục vít xoay làm bánh vít và bánh răng côn (4) được gắn hai đầu trục vít xoay bánh răng côn (4) quay làm quay trục vít đầu then hoa (5,6), thông qua nối trục then hoa (7,8) nên bánh vít có lỗ lệch tâm (10) sẽ xoay Đồng thời ở đầu kia bánh vít (3) làm xoay trục vít thẳng đứng có lắp bánh răng côn (9) tryền chuyển động cho cặp bánh răng trụ thẳng (11) Bánh răng này có lổ lệch tâm Vậy khi ta xoay tay quay điều chỉnh thì trục bị động sẽ bị xô lệch tâm , tạo nên bán kính cong ban đầu cho tấm tôn

1.1.3.2 ƯU NHƯỢC ĐIỂM PHƯƠNG ÁN 3:

* Ưu điểm :

- Máy có năng suất cao

- Hiệu suất của máy cao

- Có công suất lớn nên có thể cuốn được tôn có kích thướt lớn

- Điều khiển máy dể dàng

- Ưu điểm lớn nhất là tạo bán kính cong ban đầu cho tấm tôn

* Nhược điểm :

- Kết cấu máy tương đối phức tạp

- Kích thướt máy lớn

- Khó bảo trì , sửa chữa

1.1.4 PHƯƠNG ÁN 4 : Sơ đồ động của phương án 4 như trên hình 1.4

HGT

22 6

1.1.4.1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:

Tương tự như phương án 3, chỉ khác ở phần nâng hạ trục bị động: trục bị động 2 chuyển động lên xuống nhờ 2 xy lanh thuỷ lực, và các hệ thống điều khiển 2 xy lanh thuỷ lực

1.1.4.2 ƯU NHƯỢC ĐIỂM PHƯƠNG ÁN 4:

* Ưu điểm :

- Công suất lớn

- Năng suất cao

- Thời gian cuốn nhanh

- Nâng hạ trục bị động êm và nhanh do dùng hệ thống thuỷ lực

* Nhược điểm :

- Máy rât phức tạp nên rất khó chế tạo

- Khó bảo trì, sữa chữa

- Giá thành rất cao

1.2 CHỌN SƠ ĐỒ ĐỘNG CHO MÁY:

Qua việc phân tích các phương án ta thấy rằng : để thực hiện các chuyển động cần thiết để cuốn tôn ta có nhiều phương án khác nhau Mỗi phương án có những

ưu nhược điểm khác nhau

Phương án thứ nhất sử dụng động cơ điện truyền động cho trục cuốn, còn nâng hạ trục bị động được thực hiện bằng hệ thống thuỷ lực Phương án này có nhiều ưu điểm nhưng việc chế tạo máy khá phức tạp và tốn kém

Phương án hai ta truyền động trục bị động bằng(ĐC2) ,có ưu điểm là giá thành hạ , dễ bảo trì sữa chữa và linh kiện thay thế cũng dễ dang Nhươc điểm của nó là không tạo bán kính cong ban đầu

Phương án thứ ba là phương án có nhiều ưu điểm nhất Ngoài những ưu điểm chính mà các phương án trên đã có nó còn có một ưu điểm nữa là có thể tạo bán kính cong ban đầu cho tấm tôn Đây là điều hết sức cần thiết vì không tạo được bán kính cong ban đầu sẽ làm cho quá trình cuốn gặp nhiều khó khăn , sau khi cuốn sản phẩm không tròn đều mà sẽ có một một đoạn không được uốn cong

Phương án thứ tư cũng có nhiều ưu điểm của phương án 3 như tạo được bán kính cong ban đầu , chuyển động nâng hạ nhanh và êm Nhưng nhươc điểm là giá thành rất cao ,khó bảo trì sữa chữa, và việâc chế tạo nó là rất phức tạp, khó thực hiện

Chính vì những lý do đó, phương án phù hợp nhất mà ta chọn để thiết kế là phương án thứ ba có sơ đồ như hình 1.3

CHƯƠNG 2 CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ TÍNH

ĐỘNG HỌC

Để tính được công suất cần thiết của các động cơ ta phải tính được công suất cần thiết trên bộ phận công tác , từ đó tính ngược trở lại công suất cần thiết trên trục động cơ, sau đó có cơ sở để chọn động cơ cho phù hợp Để xác định được công suất làm việc ta phải dựa vào đặc điểm của quá trình làm việc Ở đây máy cuốn tôn làm việc dựa trên quá trình biến dạng dẻo của kim loại nên trước hết ta tìm hiểu về các đặc điểm quan trọng của quá trình biến dạng dẻo của kim loại

2.1 QUÁ TRÌNH BIẾN DẠNG DẺO CỦA KIM LOẠI :

Cuốn tôn là phương pháp gia công không cần gia nhiệt mà chỉ dựa trên sự biến dạng kim loại dưới tác dụng của áp lực Để có cơ sở tính toán cho quá trình cuốn ta tìm hiểu sơ lược các đặc điểm quan trọng của quá trình biến dạng của kim loại

Biến dạng dẻo kim loại là hình thái biểu diễn khi có tải trọng tác động lên vật thể kim loại mà sau khi bỏ tải trọng thì biến dạng đó vẫn còn tồn tại Lợi dụng tính chất này ta có thể gia công kim loại bằng áp lực

2.1.1 BIỂU ĐỒ QUAN HỆ GIỮA ỨNG SẤT VÀ BIẾN DẠNG:

Biểu đồ ứng suất và biến dạng là kết quả rút ra từ thực nghiệm kéo mẫu thép

Sau khi thực hiện thí nghiệm kéo mẫu thép này người ta lập được biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng như hình 2.1 :

Ta có :

- Trục hoành biểu thị cho độ biến dạng ε

- Trục tung biểu thị cho ứng suất σ =

F

P

(N/mm2) Từ đồ thị ta thấy : Quá trình biến dạng của kim loại có bốn giai đoạn :

 Giai đoạn đàn hồi (trên biểu đồ là đoạn o-p ):

Giai đoạn này khi tải trọng tăng thì biến dạng cũng tăng theo một cách tuyến

tính Trong giai đoạn này nếu ta bỏ tải trọng thì biến dạng cũng mất đi hoặc nếu có biến dạng thì cũng rất bé ( khoảng 0,001%-0,005% chiều dài ban đầu) Giai đoạn

này giới hạn bởi điểm p trên đồ thị Đây là điểm giới hạn đàn hồi lớn nhất

op: giai đoạn đàn hồi

0

F

P tl

tl 

 (Ptl: lực tỷ lệ, F0: diện tích mặt cắt ngang ban đầu)

Hình 2.1 : Biểu đồ ứng suất và biến dạng

 Giai đoạn biến dạng dẻo (trên biểu đồ đoạn p-a ) :

Khi đã đạt đến giới hạn đàn hồi lớn nhất nếu ta tiếp tục tăng tải trọng sẽ đến giai đoạn biến dạng dẻo Mặc dù tải trọng tăng rất ít nhưng biến dạng lại tăng rất nhanh Đây chính là giai đoạn có thể gia công nếu có lực tác dụng Sau khi thôi tác dụng lực thì kim loại vẫn giữ nguyên hình dạng Mặc dù có sự đàn hồi nhưng rất nhỏ, không đáng kể

p-a: giai đoạn chảy

 Giai đoạn cũng cố ( trên đồ thị đoạn a – b):

Giai đoạn này không phục hồi biến dạng nếu tiếp tục tăng tải trọng cho đến

một giá trị giới hạn nào đó thì sẽ dẫn đến phá huỷ vật liệu Điểm giới hạn đó chính là giới hạn bền của vật liệu (điểm b trên biểu đồ )

a-b: giai đoạn cũng cố

0

F

P B

B 

 (PB: lực tỷ lệ, F0: diện tích mặt cắt ngang ban đầu)

 Giai đoạn phá huỷ (trên đồ thị đoạn sau điểm b ):

Khi đã đạt đến giới hạn bền của vật liệu mà ta vẫn tiếp tục tăng tải trọng thì sẽ dẫn đến phá huỷ vật liệu Giai đoạn này mẫu thép bị thắt lại và xuất hiện những vết nứt làm phát sinh ứng suất tập trung và do lực tăng nên dẫn đến phá huỷ vật liệu

2.1.2 CÁC LOẠI ỨNG SUẤT CHÍNH :

Giả thiết trong vật thể hoàn toàn không có ứng suất tiếp thì vật thể có ba loại ứng suất chính : ứng suất đường (Hình 2.2.a) , ứng suất mặt (Hình 2.2.b) và ứng suất khối(Hình 2.2.c)

a) b) c)

Hình 2.2 : Các loại ứng suất chính

Trong gia công áp lực thường gặp nhất là trạng thái ứng suất khối.Ứng suất chính tạo ra ứng suất tiếp lớn nhất ở mặt cắt 45 ْ◌

Giá trị dược xác định theo các công thức [TL1, Trang 13]

Trạng thái ứng suất khối :

Nếu σ1 = σ2 =σ3 thì σ = 0 tức là không xảy ra biến dạng

2.1.3 ĐIỀU KIỆN ĐỂ CÓ BIẾN DẠNG DẺO :

Điều kiện để kim loại có thể biến dạng dẻo theo [TL1,trang 14] :

σ max = σ th

Ứng suất chính để kim loại biến dạng dẻo gọi là giới hạn chảy σch

Khi kim loại chịu ứng suất đường thì điều kiện biến dạng là :

(σch = max min )

Kết luận: đây chính là điều kiện dẻo cho quá trình gia công

2.2 QUÁ TRÌNH UỐN KIM LOẠI DẠNG TẤM :

2.2.1 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ UỐN :

2.2.1.1 Các ưu điểm của công nghệ gia công uốn:

+ Đặc điểm: công nghệ gia công uốn chỉ cho ta hình dáng thay đổi còn tiết diện coi như không đổi dựa vào sự biến dạng dẻo của kim loại

+ Ưu điểm:

- Tạo ra các sản phẩm có chiều dày đa dạng từ 0,120 mm mà các phương pháp gia công khác khó thực hiện được Nói cách khác, nó có thể tạo ra các chi tiết có bề dày rất mỏng

- Phương pháp này cho phép sản xuấ các chi tiết mà việc tiêu hao kim loại là ít nhất Còn gọi là phương pháp tạo hình kinh tế

- Thiết bị uốn hình đơn giản thường gia công ở trạng thái nguội có độ bền cao

- Phương này có thể kết hợp với các phương pháp khác như hàn để tạo ống

2.2.1.2 Công nghệ uốn:

Công nghệ gia công kim loại bằng áp lực là phương pháp gia công kim loại dựa trên sự biến dạng dẻo của kim loại Phương pháp này có đặc điểm là không cắt phôi nên không tạo ra phoi nên còn gọi là gia công không phoi Uốn là một trong những phương pháp gia công bằng áp lực đựơc biết đến sớm nhất Có hai cách gia công : trong quá trình gia công không cần gia nhiệt và có gia nhiệt Ngoài ra có thể kết hợp cả hai cách để gia công

Thực chất , uốn là nguyên công làm thay đổi hướng của trục phôi Trong quá trình uốn cong, lớp kim loại phía trên chịu nén còn lớp kim loại phía dưới chịu kéo, lớp kim loại ở giữa không chịu kéo cũng không chịu nén gọi là lớp trung hoà (hình 2.3) Khi bán kính uốn cong càng bé thì mức độ kéo và nén càng nhiều có thể làm cho vật uốn cong bị nứt nẻ Lúc này lớp trung hoà có xu hướng dịch dần về phía có bán kính nhỏ

Khi uốn những dải thép hẹp xảy ra sự sai lệch rất nhiều của tiết diện ngang như: giảm chiều dày chổ uốn, độ giản rộng ở trong góc với sự tạo thành độ cong ngang và hiện tượng co mặt ngoài Khi uốn tấm có xảy ra hiện tượng biến mỏng tại chổ uốn nhưng không có sự sai lệch tiết diện ngang vì trở kháng của vật liệu có

chiều rộng lớn sẽ chống lại biến dạng theo phương ngang Ngoài những tác dụng của ứng suất kéo và nén còn có ứng suất nén hướng kính do áp lực của các lớp kim loại bên ngoài tác dụng lên các lớp kim loại bên trong Trong quá trình uốn thì bề dài lớp trung hoà không thay đổi

a

 r

R

0 b

a

0

b

Hình 2.3 : Sự phân bố ứng suất trong phôi khi uốn

+ OO: đường trung hoà

+ r: bán kính uốn gần nhất

+ R: bán kính uốn xa nhất

+ : bán kính của đường trung hoà

Theo hình 2.3 ta thấy: ở phía bên trong r của đường trung hoà thì vật liệu sẽ chiu nén, ở phía bên ngoài R của đường trung hoà thì vật liệu sẽ chịu kéo Khi bị cuốn đường trung hoà có xu hướng dịch về phía chịu nén của vật liệu

2.2.2 TÍNH ĐÀN HỒI KHI UỐN :

Trong quá trình uốn không phải toàn bộ kim loại ở vùng uốn đều bị biến dạng dẻo mà còn một phần ở trạng thái biến dạng đàn hồi Vì vậy khi không còn lực tác dụng thì hình dạng vật uốn không còn như lúc chịu lực mà vật uốn có xu hướng mở rộng góc uốn α (hình 2.4)

Hình 2.4 : Tính đàn hồi khi uốn

Sự phục hồi đàn hồi thường được biểu hiện bằng sự thay đổi của góc uốn Như vậy để uốn được góc α0 ta phải uốn với góc α < α0 và góc đàn hồi được biểu thị như sau :

giá trị αdh có thể tính hoặc tra bảng thường chọn αdh từ 00 đến 100

Với thép CT3 ,bề dày s = 8mm ,bán kính uốn r = 90 mm

Tra bảng 35 [TL1, trang82] ta được :

αdh = 0,37(r/s) – 0,58 = 0,37(90/8) – 0,58 ≈ 4o

Vậy góc đàn hồi tính được là : αdh = 4o

2.2.3 TÍNH LỰC CUỐN CẦN THIẾT :

Quá trình cuốn tôn là quá trình uốn tự do nên lực uốn có thể xác định theo công thức [TL1, trang 87]

Trong đó :

- B = 2 m : bề rộng của tấm tôn

- S = 8 mm :bề dày tấm tôn

- L = 260 mm : khoảng cách tâm hai trục cuốn ( hình 2.5)

P = (B.S2/L).σb.n

- σb = 480 N/mm2 : giới hạn bền vật liệu

- n= 1,7 : hệ số đặc trưng ảnh hưởng của biến cứng

Ta tính được lực cuốn cần thiết :

N

260

) 8 (

2.2.4 TÍNH SỐ LẦN CUỐN :

Từ các số liệu đã tính được ở trên ta có thể tính được số lần cuốn cần thiết như sau :

- Vật liệu thép CT3 :

- Dày s = 8 mm , rộng B = 2 m

- Chiều dài L1= 3 m , L2 = 4 m

- Góc uốn phía trong α = 120o Do có hiện tượng đàn hồi khi uốn nên sau mỗi lần uốn ta thu được góc thực sự là :

n Li = L

Với :

- L : là chiều dài của phôi ban đầu

- Có thể xác định chiều dài lớp trung hoà Li theo công thức [TL1,trang 75]

180

.

s x r

Trong đó :

- r = 90 mm : bán kính uốn phía trong

- x : hệ số xác định vị trí lớp trung hoà được xác định theo công thức [TL1,trang74]:

) 1

( 2

Với

S



 : hệ số biến mỏng

Do quá trình uốn tấm với bán kính uốn lớn nên hệ số biến mỏng α = 1

2

1 2

2 2

Với L1= 3 thì số lần cuốn là : 14 , 8

0,5.8) (90

180

124 14 , 3

10

180

124 14 , 3

10

2.3 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC :

2.3.1 PHÂN TÍCH LỰC TRONG QUÁ TRÌNH CUỐN :

Trong quá trình cuốn trên mỗi trục cuốn chịu tác dụng của lực ma sát Fms và phản lực N tại các điểm tiếp xúc giữa trục cuốn và tấm tôn như ( hình vẽ 2.6)

Dưới tác dụng thẳng góc từ trên xuống , tại các điểm tiếp xúc A và B xuất hiện các phản lực N1 và N2 Ngoài ra , trong quá trình cuốn còn có lực ma sát giữa

trục cuốn và phôi cản trở chuyển động cuốn

- Phản lực N có:

 Phương đi qua tâm trục cuốn

 Chiều hướng ra xa tâm trục cuốn

 Độ lớn : N N N P.Cos

2

2

1   

- Lực ma sát có

 Phương tiếp tuyến biên dạng trục cuốn

 Chiều ngược chiều vận tốc dài của trục cuốn tại điểm tiếp xúc

 Độ lớn : F ms F ms F ms f N f P.Cos

2

2

1    

Qua việc phân tích lực ta thấy:

- Phản lực N gây ra mô men uốn làm uốn trục cuốn tác dụng trong mặt phẳng qua tâm điểm tiếp xúc

- Lực ma sát Fms gây ra mô men xoắn gây xoắn trục cuốn, tác dụng trong mạêt phẳng vuông góc với mặt phẳng tác dụng của phản lực N

Với các số liệu :

-Lực uốn cần thiết P = 401723 (N)

0

302

120180

cos.2

15 , 0

f

Trong đó f  0 , 15 là hệ số ma sát giữa phôi và truc cuốn

2.3.2 CÔNG SUẤT TRỤC CUỐN – CHỌN ĐỘNG CƠ CHÍNH :

Như đã phân tích , lực tác dụng lên trục cuốn trong quá trình cuốn gồm hai thành phần : lực ma sát Fms và phản lực N Trong đó lực masát Fms gây ra mô men cản trở chuyển động của trục cuốn Chính vì vậy trục cuốn muốn cuốn được tôn thì phải cần một mô men lớn hơn mô men ma sát do lực ma sát gây ra.Nói cách khác trục cuốn phải có một lực vòng Fv lớn hơn lực masát Fms

Fv = k.Fms

Trong đó k = (1,2÷1,5) : gọi là hệ số dự trữ quá tải

Suy ra : Fv = 1,4(26093) = 36530 (N)

Từ đây ta tính được công suất cần thiết trên trục cuốn như sau:

- Công suất làm việc ( cần thiết để có thể cuốn tôn) được tính theo 2.11 [TL3,Trang20]

6 36530 1000

.

Kw v

Đặc trưng cho chế độ làm việc này là tỉ số cường độ làm việc của động cơ

% 100

5 0 /

10

5

ph p

%100.4

Hình 2.7 : Đường phụ tải của máy

Giá trị này không trùng giá trị tiêu chuẩn(15%,40%,60%) nên ta tính theo giá trị tiêu chuẩn gần hơn là 15%

Công suất cần thiết để cung cấp cho hai truc cuốn của máy là :

tieuchuan CD

tính CD

P

P dm t

%

%

%15

%25.2,

Công suất động cơ sẽ bị tổn thất khi qua các bộ truyền , do đó công suất động

cơ cần chọn lớn hơn công suất cần thiết trên trục cuốn Nếu ta chọn công suất quá lớn sẽ làm cho động cơ hoạt động non tải Ngược lại , nếu chọn động cơ có công suất quá nhỏ thì động cơ phải làm việc ở chế độ quá tải Do đó cần phải tính chọn động cơ cho phù hợp

Vậy công suất cần thiết trên trục động cơ được tính như sau :

- P : công suất cần thiết trên trục cuốn

- P đc : công suất cần thiết trên trục động cơ

- η : hiệu suất tổng của đường truyền từ động cơ đến trục cuốn Giá trị này được xác định như sau :

η = ηot ηh ηbr ηkn [CT 2.9, TL3 ,trang 19]

Hộp giảm tốc hai cấp khai triển dùng bánh răng trụ như hình 2.8

Suy ra hiệu suất hộp giảm tốc : ηh = η1 η2 ηol

+ η1 = 0,98 : Hệu suất bộ truyền cấp nhanh

+ η2 = 0.98 : Hiệu sất bộ truyền cấp chậm

+ ηol = 0.99 : Hiệu suất 1 cặp ổ lăn

 ηh = (0,98)2.(0,99)3

- Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng ,để hở : br  0,98

- Hiệu suất cặp ổ trượt : ηot = 0.98

TRỤC CUỐN

ĐC1

Hình 2.8 : Sơ đồ hộp giảm tốc

Công suất trên trục động cơ được tính theo công thức 2.8 TL3,trang 19]:

) ( 23 , 10 )

99 , 0 (

) 98 , 0 (

2 , 9

P P

ot br h

t t

Vậy ta chọn động cơ theo bảng 1.3 [TL3 -trang 238] có các thông số như sau :

- Ký hiệu : 4A160M8Y3

- Công suất : Pđc = 11 (Kw ) - Số vòng quay : nđc = 730 (v/p)

2.3.3 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC :

Đường truyền từ động cơ đến trục cuốn có thể tóm tắt như hình 2.9 : Động cơ chính Hộp giảm tốc Bánh răng trụ Trục cuốn

* Tỉ số truyền chung từ động cơ đến trục cuốn :

20 170

14 , 3

18 1000

730

n i

truc

dc chung



* Phân phối tỉ số truyền :

Để phân phối tỉ số truyền ta dựa theo công thức 3.24 [TL3-trang 48] :

ichung = in ih

- in : tỉ số truyền các bộ truyền ngoài hộp giảm tốc

- in = ikn i br

Ta chọn

- ikn = 1 : tỉ số truyền khớp nối

- ibr = 2 : tỉ số truyền bộ truyền bánh răng

Suy ra tỉ số truyền của hộp giảm tốc : 10

i

i

Mặt khác : ih = i1 i2

Tra bảng 3.1 [ TL3,trang 43] ta được :

- i1 = 3,61 - tỉ số truyền cấp nhanh

- i2 = 2,77 - tỉ số truyền cấp chậm

tr

) 99 , 0 )(

98 , 0 (

2 , 9

98 , 0 (

48 , 9

98 , 0 (

77 , 9

2 2

* Số vòng quay các trục :

- Trục I : nI = nđc = 730 v/p

- Trục II : nII = nI/i1 = 725 / 3,61 = 202,2 v/p

- Trục III : nIII = nII/i2 = 200,8 / 2,77 = 73 v/p

- Trục cuốn : ntr = nIII/ibr = 72,5 / 3,88 =18,7 v/p

* Mô men xoắn trên các trục :

- Trục III: TIII = 9,55.106 .(9,48 / 73) = 1240191,8 Nmm

- Trục cuốn : Ttrục = 9,55.106.(9,2 / 18,7) = 4673404,2 Nmm

Các thông số được tóm tắt trong (bảng 2.1)

Bảng 2.1 : Kết quả tính toán động học xích truyền động trục cuốn

2.3.4 CHỌN ĐỘNG CƠ NÂNG HẠ TRỤC BỊ ĐỘNG VÀ TÍNH ĐỘNG HỌC :

Trục

Thông số

cuốn Công suất p

Để tính được công suất cần thiết cho việc nâng hạ trục bị động ta phải biết khối lượng trục bị động Từ đây ta tính được công suất cần thiết trên trục động cơ để chọn động cơ

2.3.4.1 TÍNH KHỐI LƯỢNG TRỤC BỊ ĐỘNG :

Kích thước trục bị động :

+ Đường kính : d =170 mm

+ chiều dài : l = 2 m

Trọng lượng riêng của thép chế tạo trục : γ = 7,852 kG/dm3

→ Khối lượng trục bị động :

mtr =1/4(π.d2.l.γ) = 0,25 (π 170.10 -3) 2.2.7,852.10 -3 =356,9 kG

Gtr = m tr.g = 356,9.9,81 = 3502KN

Chọn hành trình nâng hạ trục bị động : h =35 mm

Thời gian nâng hạ trục từ vị trí thấp nhất lên vị trí cao nhất : t =2 ph=120s Công suất cần thiết để nâng hạ trục:

KW t

h G



ηđ =0,95 : hiệu sất bộ truyền đai

ηbv-tv = 0,4 : hiệu suất bộ truyền bánh vít trục vít

ηtv-đo = 0,4 : hiệu suất bộ truyền trục vít đai ốc

ηol 0,99 : hiệu suất 1 cặp ổ lăn

ηot = 0,98 : hiệu suất ổ trượt

Ta tính được công suất cần thiết động cơ :

99 , 0 98 , 0 4 , 0 95 , 0

02 , 1

-Số vòng quay : nđc = 1500 v/ph

2.3.4.2 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC :

Xích truyền động nâng hạ trục bị động có thể tóm tắt như ( hình 2.10) :

Trục vít - đai ốc 1

Trục vít - đai ốc 1

ĐaiĐộng cơ

Trục vít - bánh vít 1Trục vít - bánh vít 1

ichung

Trục bị động

Hình 2.10 : Xích truyền nâng hạ trục bị động

* Phân phối tỉ số truyền :

Ta phân phối tỉ số truyền cho các bộ truyền như sau :

- iđ = 4 : tỉ số truyền bộ truyền đai

- ibv-tv = 25 : tỉ số truyền bánh vít trục vít

- itv-đo = 1 : tỉ số truyền trục vít đai ốc

Từ đây ta tính được công suất trên các trục :

- Công suất trục bánh đai :Ptv = Pđc .ηđ = 7,5.0,95 = 7,12 KW

- Công suất trục bánh vít : Pbv = Ptv.ηbv-tv ηol =7,12.0,4.0,99 = 2,82 KW

- Công suất nâng hạ trục bị động :Pnh = Pbv.ηtv-do.ηot=2,82.0,4.0,98= 1,1KW

* Số vòng quay các trục :

- Trục động cơ : nđc = 1500 v/p

- Trục bánh đai : ntv = nđc / iđ = 1500/4 = 375 v/p

- Trục bánh vít : nbv = ntv /itv-bv = 375/25 = 15 v/p

* Mômen xoắn trục :

-Trục động cơ : Tđc = 9,55.106.Pđc /nđc =47750 Nmm

-Truc bánh đai : Ttv = 9,55.106.Ptv /ntv = 181323 Nmm

-Trục bánh vít : Tbv = 9,55.106.Pbv /nbv =1795400 Nmm

* Kết quả tính toán cho trong ( bảng 2.2):

Bảng 2.2 : Kết quả tính toán động học cho xích nâng hạ trục bị động

2.3.5 TÍNH ĐỘNG HỌC XÍCH TRUYỀN XOAY LỆCH TÂM TRỤC BỊ ĐỘNG:

Xích truyền này có thể tóm tắt như ( hinh 2.11) :

Trục Thông số

Động cơ Trục bánh đai Trục bánh vít

Tay quay Xích

Trục bị động

Hình 2.11 : Xích truyền động xoay lệch tâm trục bị động

Do xích truyền động được thực hiện bằng cách quay tay quay nên ta cũng có thể tính bền cho các bộ truyền như đã tính cho các bộ truyền ở trên Nhưng để đơn giản ta có thể chọn như sau :

- Số vòng quay tay quay : ntq = 26 v/p

- Số vòng quay trục bị động khi xoay trong ổ lệch tâm : nlt = 1 v/p

Suy ra tỉ số truyền chung : ich = ntq/nlt = 26

* Phân phối tỉ số tuyền :

ichung = ix.(ibv-tv ibrcôn ibr.tru ï ) = ix (ibttrụ .ibv-tv )

Ta phân hối tỉ số truyền cho các bộ truyền như sau

d n

v F P

tq tq

tq tq

3

10 2 , 6 1000

60000

150 1000

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC

3.1 THẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC :

Hộp giảm tốc dùng loại khai triển có hai cấp : cấp nhanh và cấp chậm Cấp nhanh dùng cặp bánh răng trụ răng nghiêng , cấp chậm dùng cặp bánh răng trụ răng thẳng

3.1.1 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN CẤP NHANH :(TL3)

* Các thôngsố :

- Số vòng quay bánh nhỏ (chủ động) : n 1 = 730 v/p

- Số vòng quay bánh lớn ( bị động) : n2 = 202,2 v/p

- Tỉ số truyền cấp nhanh : i1 = 3,61

3.1.1.1.Chọn vật liệu :

Theo bảng 6.1[TL3 ,trang91 ] ta chọn vật liệu chế tạo các bánh răng như sau:

3.1.1.2 Xác định ứng suất cho phép :

Tra bảng 6.2 [TL3,trang 94 ] ta có công thức tính ứng suất cho phép :

- Ứng suất tiếp xúc cho phép :  0  2 HB  70

- Ứng suất uốn cho phép : lim0  1 , 8 HB

Từ đó ta tính được ứng suất cho phép như sau :

* Ứng suất tiếp xúc cho phép :

-Bánh nhỏ :  lim0  2 HB 1  70  560 MPa

- Bánh lớn :  lim0  2 HB 2  70  530 MPa

* Ứng suất uốn cho phép :

-Bánh nhỏ : lim0  1 , 8 HB1  441 MPa

-Bánh lớn : lim0  1 , 8 HB2  414 MPa

Theo 6.5 [TL3,trang93] ta có :

2 ( )

.60

T

T t

n c

HE

Với :

- c = 1 : Số lần ăn khớp của 1 răng sau 1 vòng quay

- n2 = 202 v/p : số vòng quay của bánh lớn

- Ti = Tmax : moment xoắn làm việc

- t  20 300 8  48000 h: tổng thời gian làm việc

Suy ra :

9 3

3

10 58 , 0 8 , 0 1 2 , 0 ) 1 ( 48000

202 1 60

H

1 , 1

560

S H HL

H

1,1

530

* Ứng suất uốn cho phép :

6 max

t n T

T c

6

10.5,0)8,0.12,0.1(48000

61,3

725.1



FE

N

Ta thấy NFE2 > NFO = 4.106 nên KHL2 = 1

Suy ra NFE1 > NFO =4.106 nên KHL1 = 1

Do đó theo 6.2a [TL3,trang 93] ta tính được :

75,1

414



* Ứng suất quá tải cho phép :

Theo 6.10 và 6.11 [TL3,trang 95] ta có :

  H max  2,8.ch2  2,8.450  1260 MPa

  F max  0,8.ch1  2,8.850  680 MPa

  H max2  0 , 8 ch2  0 , 8 450  360 MPa

3.1.1.3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục :

Theo công thức 6.15a [TL3,trang 96] ta có :

 3

1 2

1 1

.1

ba H

H a

w

i

K T i

K a

- ψba = 0,4 : tra bảng 6.6 [ TL3,trang 97]

theo công thức 6.16 [TL3,trang 97] :

161,3.(

4,495

2,1.4,133438)

161,3.(

Theo bảng 6.8 [TL3,trang99] chọn mô đun pháp m = 2

2

10cos.150.2)

1.(

cos 2

a

Chọn Z1 = 32 răng

- Bánh lớn : Z2 = i1.Z1 = 3,61.32 = 116 răng

Vậy tỉ số truyền thực tế là :

im1 = 116/32 = 3,62

-Tính chính xác góc nghiêng răng :

Ta có :  

98 0 150

2

) 32 116 ( 2

Suy ra β = 15o21’

3.1.1.4.Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc, uốn, quá tải :

*Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:

Theo 6.33 [TL3,trang 105] thì ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên bề mặt răng khi làm việc được xác định như sau :

1 2

1

.

) 1 (

2

w m w

m H H

M H

d i b

i K T Z

Z



- Theo bảng 6.5 [TL3, trang 96] : ZM = 274 Mpa 1/3

- Theo công thức 6.35 [TL3, trang105] : tgβb = cosαt.tgβ

tg arctg

tg

97 , 0

 

 2 20 , 68  1 , 71

sin

) 3 , 14 cos(

2 2

sin

cos 2

36,15sin.140.4,0

sin

m b

72 , 1 98 , 0 107

1 29

1 2 , 3 88 ,

,1

a d

m

w

161,3

150.21

d

60000

730.65.60000

H H

i

a v

g



σH =0,002 : tra bảng 6.15 [TL3,trang107]

go = 73 tra bảng 6.16 [TL3,trang 107]

Suy ra :

35,261,3

150

5,2.73.002

2

65.4,0.150.35,21

2

1

w w H HV

K K T

d b K

Theo 6.39 [TL3 ,trang106] :

KH = KHβ.KHα.KHV = 1,2.1,13.1,015 = 1,378

Vậy ứng suất tiếp xúc là :

MPa d

i b

i K T Z Z

Z

w m w

m H H

M

65 ).

4 , 0 150 ( 61 , 3

) 1 61 , 3 (

378 , 1 133438

2 77 , 0 71 , 1 247

.

) 1 ( 1 2

1 2



Xác định chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép :

Ta thấy:H  443 MPa nên thoả mãn điều kiện tiếp xúc Vậy ta chọn khoảng cách trục là aw1=150 mm

* Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn :

Để đảm bảo độ bền uốn cho răng trong quá trình làm việc thì ứng suất uốn sinh ra tai chân răng không được lớn hơn gíá trị ứng suất cho phép về uốn Theo 6.43 [TL3,trang 108] ta có :

] [

.

2

1 1

1 1

w w

F F

F

m d

b

Y Y Y K T

1

2 1

F

F F F

- KF = KFβ KFα KFv : hệ số tải trọng khi tính về uốn 6.45 [TL3,trang 109]

+ KFβ = 1,11 : tra bảng 6.7 [TL3,trang 98]

+ KFα = 1,37 : tra bảng 6.14 [TL3, trang 107]

w w F Fv

K K T

d b K

2

1

F F

i

a v

.

150

5 , 2 73 006 ,

2

65 4 , 0 150 05 , 7

d b

Y Y Y K T

w w

F F

2 65 4 , 0 150

7 , 3 82 , 0 58 , 0 627 , 1 133438

2

.

2

1

1 1



252 ]

[ 96

[ 3

, 95 7

, 3

6 , 3 96 , 97

1

2 1

F

F F