Thiết kế, tính toán, mô phỏng máy cắt thép xây dựng

MỤC LỤC Chương I : Dẫn nhập 7 I. Lý do chọn đề tài 7 II. Tầm quan trọng của đề tài 8 III. Giới hạn đề tài 8 IV. Mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu 8 V. Kế hoạch nghiên cứu 8 Chương II: Cơ sở lý thuyết 9 I. Giới thiệu một số máy cắt t ……………………………………………. 9 II. Cơ sở lý thuyết tính lực cắt…….……………………… ……………...12 III. Chọn phương án thiết kế………………… …………………………...18 Chương III: Tính toán , thiết kế 21 I. Chọn động cơ điện và phân phối tỉ số truyền…… …...……………….21 II. Thiết kế bộ truyền đai thang 29 III. Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ nghiêng 33 IV. Tính toán,thiết kế trục 41 V. Thiết kế then 49 VI. Chọn ỗ lăn 51 VII. Thiết kế cam 54 VIII. Thiết kế hộp máy 54 Chương IV: Mô phỏng 56 Chương V: Kết luận 57 I. Kết luận 55 II. Đề nghị 55 Tài liệu tham khảo 58

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Họ và tên SV: Trần Văn Đại : MSSV: 06107018

1 Đầu đề luận văn:

- Tính toán, Thiết kế và mô phỏng máy cắt thép xây dựng

2 Các số liệu ban đầu:

- Đường kính thép cắt: 630

- Tốc độ cắt :2s

- Năng suất : 1500-1800 thanh thép /h

- Ứng suất cắt cho phép của thép CT3:   =82 N/mm 2

3 Yêu cầu:

- Dao cắt bằng thép gió

- Dễ sử dụng,dễ bão quản

- Năng suất máy đạt 1500-1800 thanh thép/h

4 Nội dung các phần lý thuyết và tính toán:

- Lựa chọn phương án thiết kế nguyên lý làm việc

- Thiết kế kết cấu, bố trí các cụm chi tiết và tạo dáng thẩm mỹ cho máy

- Tính toán kiểm tra theo phương án đã thiết kế

- Mô phỏng nguyên lý hoạt động

5 Thuyết minh và bản vẽ:

- Bản thuyết minh

- Tập bản vẽ

6 Cán bộ hướng dẫn: TS.Văn Hữu Thịnh

7 Cán bộ phản biện: Th.S Nguyễn Đức Tôn

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA XÂY DỰNG & CƠ HỌC ỨNG DỤNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHÌA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC.

Cán bộ hướng dẫn Trưởng bộ môn Thông qua bộ môn

Ngày tháng năm 2011

LỜI MỞ ĐẦU

Sau gần 5 năm ngồi trên ghế giảng đường đại học với biết bao kỷ niệm.Những bỡ ngỡ của ngày nhập trường, những giờ học hăng say và cả những giâyphút lo lắng, hồi hộp trước những kỳ thi Giờ đây chúng em đã nhận được quyếtđịnh làm đồ án tốt nghiệp Điều đó chứng tỏ bao năm đèn sách của chúng emgiờ đã có kết quả Luận văn tốt nghiệp là sản phẩm có ý nghĩa nhất đối bới bất

kỳ sinh viên nào Nó đã đánh dấu sự lớn lên, trưởng thành của chúng em cho dù

ít hay nhiều, nhất là trong lĩnh vưc học tập Với tinh thần luôn học hỏi, khámphá khoa học cùng với phương pháp học và kiến thức mà thầy cô đã truyền đạtcộng với những điều tiếp thu được ở bạn bè, hy vọng rằng với hành trang nhỏ

bé đó chúng em sẽ nhanh chóng hội nhập được với xã hội Nhất là trong thời kỳchuyển mình của đất nước giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa, hội nhậpkinh tế và nhanh chóng tiếp thu những tiến bộ của khoa học kỹ thuật mới trênthế giới

Và có lẽ là để phục vụ cho mục đích cuối cùng là làm giàu cho bản thân,

cho gia đình và cho xã hội Đề tài: Thiết kế, tính toán, mô phỏng máy cắt thép xây dựng là một bước thử sức của chúng em - là sự kết tinh những kiến

thức mà chúng em đã lĩnh hội được trong quá trình đào tạo và tự đào tạo

Trong thời gian thực hiện đề tài, chúng em đã cố gắng học hỏi, tìm hiểutài liệu tham khảo, khảo sát thực tế và sự giúp đỡ của thầy giáo hướng dẫn, đếnnay đề tài đã được hoàn thành Nhưng do năng lực và sự hiểu biết còn hạn chế,nên nội dung của đề tài không thể tránh khỏi thiếu sót Chúng em rất mongđược sự góp ý và chỉ bảo chân thành của thầy cô giáo và các bạn sinh viên đểcho đề tài càng hoàn thiện hơn

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện đề tài này, chúng em gặp rất nhiều khó khăn về

lý thuyết, cơ sở lý luận, về phương pháp nghiên cứu khám phá phát hiện rồi giảiquyết vấn đề nhưng chúng em đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình củaquý thầy cô, gia đình và những ý kiến đóng góp của các bạn đã giúp chúng emhoàn thành tốt đề tài

Trước hết chúng em xin gởi lời cảm ơn chân thành và lòng biết ơn sâu

sắc đến thầy Văn Hữu Thịnh đã tận tình chỉ bảo, theo dõi hướng dẫn, truyền

đạt cho chúng em nh ững kiến thức cơ bản nền tảng, những kinh nghiệm quýbáu trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Chúng em cũng xin chân thành cảm ơn quý thầy cô khoa Xây Dựng và

Cơ Học Ứng Dụng trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật đã tạo mọi điều kiệngiúp chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp

Cuối cùng chúng em xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã giúp đỡ, quan tâmđóng góp ý kiến, ủng hộ, chỉnh sửa đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn

Tuy chúng em đã hết sức cố gắng nhưng vì thời gian không cho phép vàkiến thức có hạn nên chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, chúng em rấtmong nhận được sự chỉ bảo của quý thầy cô và sự góp ý chân thành của cácbạn

Xin chân thành cảm ơn!

Tp.HCM, Ngày 22 tháng 7 năm 2011

Người thực hiện

Trần Văn Đại

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Tp.HCM, Ngày … tháng … năm 2011

GVHD

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Tp.HCM, Ngày … tháng … năm 2011 GVPB MỤC LỤC Chương I : Dẫn nhập 7

II Tầm quan trọng của đề tài 8

III.Giới hạn đề tài 8

IV Mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu 8

V Kế hoạch nghiên cứu 8

Chương II: Cơ sở lý thuyết 9

I Giới thiệu một số máy cắt t ……… 9

II Cơ sở lý thuyết tính lực cắt…….……… ……… 12

III Chọn phương án thiết kế……… ……… 18

Chương III: Tính toán , thiết kế 21

I Chọn động cơ điện và phân phối tỉ số truyền…… … ……….21

II Thiết kế bộ truyền đai thang 29

III Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ nghiêng 33

IV Tính toán,thiết kế trục 41

V Thiết kế then 49

VI Chọn ỗ lăn 51

VII Thiết kế cam 54

VIII Thiết kế hộp máy 54

Chương IV: Mô phỏng 56

Chương V: Kết luận 57

I Kết luận 55

II Đề nghị 55

Tài liệu tham khảo 58

CHƯƠNG I DẪN NHẬP

Trong bối cảnh kinh tế nước ta đang phát triển mạnh,quá trình công nghiệp hóahiện đại hóa nền kinh tế là xu hướng chung của toàn cầu.để quá trình công nghiệphóa, hiện đại hóa đi đến thành công thì phải xây dựng một cơ sở hạ tầng đảm bảotốt cho yêu cầu của quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa

Và lĩnh vực xây dựng là lĩnh vực tiên phong trong quá trình công nghiệp hóa hiệnđại hóa đất nước.do vậy trong ngành xây dựng rất cần những loại máy móc cónăng suất cao,tăng năng suất lao động

Nhiều thương gia đã bày tỏ mong muốn có được một máycắt thép xâydựng,làm việc hiệu quả, năng suất hơn công nhân lành nghề hiện tại,thay thế côngđoạn cắt thép do công nhân làm Hơn nữa, máy phải có kết cấu tương đối đơngiản, an toàn, giá thành thấp,dễ sử dụng

Từ nhu cầu thực tế như vậy việc “tính toán, thiết kế và mô phỏng máy cắt thép xây dựng ” là điều tất yếu có ý nghĩa quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, hòa nhập vào nền kinh tế thế giới Với đề tài “ tính toán, thiết kế và mô phỏng máy cắt thép xây dựng”, chúng em hy vọng trong

tương lai có thể sản xuất máy mang thương hiệu Việt Nam

Đề tài nghiên cứu xuất phát từ một nhu cầu của thực tế Do vậy có thể đápứng được nhu cầu cần thiết của thực tế hiện nay

Đề tài có tính ứng dụng tương đối và là một phần cơ sở lý thuyết để có thểtiếp tục nghiên cứu, ứng dụng phát triển hoàn thiện hơn thành máy cắt thép xâydựng

III Giới hạn đề tài

Vì thời gian và kiến thức có hạn, nên đề tài chỉ tập trung nghiên cứu nhữngnội dung sau:

 Thiết kế được các cơ cấu mô hình 3D của máy cắt thép xây dựng

 Mô phỏng động học của máy trong một chu trình làm việc

 Tính toán các chi tiết chính

IV Mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu

Mục tiêu trước mắt: nghiên cứu giải quyết bài toán tựa đề tài, tiến hành tínhtoán các chi tiết chính

Mục tiêu lâu dài: Thông qua việc thực hiện đề tài này sẽ giúp em nghiên cứu

mở rộng và nâng cao kiến thức, hình thành cho tác phong làm việc nghiên cứukhoa học với một quy trình công nghệ để tạo ra một tác phẩm khoa học, qua đótích lũy thêm được nhiều kinh nghiệm làm hành trang tương lai

Chính xác hóa đề tài

Xác định lực cắt & tính toán cơ cấu

Thiết kế sơ đồ nguyên lý & kết cấu

Hoàn thiện kết cấu

Mô phỏng

Viết thuyết minh

CHƯƠNG II CƠ SỞ LÍ THUYẾT

I Giới thiệu một số máy cắt thép

I.1 Máy cắt thép tự động MECH TECH

Là máy do Mỹ sản xuất, Máy được sự dụng rộng rãi tại Việt Nam trong thời gian gần đây đồng thời phục vụ ngành xây dựng công trình, có thể cắt đượccác loại sắt

- Mặt cắt phẳng, thuận tiện cho quá trình dập đầu

- Chiều dài cắt tối đa 15 m, dung sai ± 1 mm (có thể nâng chiều dài tối đa cắt lên – nếu cần)

- Áp dụng cho thép PC Wire, PC Bar, D = 5 – 10, 7 mm

- Cài đặt được: số lượng thanh thép, tốc độ cắt thép, vận tốc kéo phôi 2 cấp nhanh và chậm (đến 40 m/phút), bảo đảm cho năng suất và độ chính xác của sản phẩm

- Máy thuận tiện thao tác, dễ vận hành, bảo trì và sửa chữa

- Bao gồm hệ thống lọc khí và châm dầu, không

Hình 2

1.2 Máy c t thép model GQ ắt thép model GQ

Trung quốc sản xuất

Hình 3Máy cắt sắt GQ là thiết bị máy được sự dụng rộng rãi tại Việt Nam trong thời gian

công trình Thiết bị máy cắt GQ có thể cắt được các loại sắt, thép có đường kính50mm

1.3 Máy cắt thép KMC-25H

Hình 4

- Khả năng cắt sắt rất tốt do thuỷ lực của máy rất mạnh

-Máy có trọng lượng nhẹ(23kg) và thuận tiện trong việc mang đến công trường, là loại máy siêu nhẹ ở Hàn Quốc

- Lưỡi dao đặc biệt của máy vừa bền vừa dùng được cả 4 mặt

1.4 Máy cắt thép KMC-32

Hình 5 Nguồn gốc HÀN QUỐC

- Kết cấu máy vững chắc, độ bền cao, có khả năng chịu va đập từ bên ngoài

- Cắt sắt nhanh gọn, chính xác, năng suất cắt cao

- Dao cắt của máy vừa bền vừa dùng được cả 4 mặt

- Điều khiển bằng 1 cán nên dễ dàng sử dụng ngay từ lần đầu tiên

1 lực cắt

Muốn cắt kim loại cần phải tác dụng vào dao một lực để thắng được lực liênkết trong nôi bộ kim loại Nghiên cứu lực cắt có một tầm quan trọng rất lớn vì biếtlực cắt mới tính được công suất tiêu thụ của máy, Lực cắt lớn hay nhỏ ảnh hưởngđến tuổi bền của dao

Trong cắt gọt kim loại, người ta gọi lực sinh ra trong quá trình cắt tác động lên dao là lực cắt; Lực có cùng độ lớn, cùng phương nhưng ngược chiều với lực cắtgọi là phản lực cắt

- Khi cắt có tưới dung dịch trơn nguội, nhiệt cắt giảm, ma sát giảm nên lựccắt giảm.

2 Cơ sở lý thuyết tính toán lực cắt

2.1 Máy cắt có lưỡi dao song song

Lưỡi dao dưới cố định,lưỡi dao trên tịnh tiến lên xuống tạo nên chuyển độngcắt

Khi cắt phôi dưới tác dụng của lực cắt P của dao ép vào phôi sẽ làm cho phôi biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo rồi phá hủy

Tạo một đường cắt

Lực cắt tính theo công thức: P KBS . c

Hình 6Trong đó : k- hệ số ảnh hưởng của dao mềm, vật liệu khó cắt, khe hở

lớn.thường K=1.3

B: chiều rộng của tấm phôi (mm)

S: chiều dày của tấm phôi

Lưỡi dao dưới của máy nằm ngang và cố định.lưỡi dao trên nghiêng so với lưỡi dao dưới 1 góc ϕ=2÷60

Khi thực hiện cắt,lưỡi dao trên chỉ tiếp xúc với phôi ở một điểm nên quá trình cắt được tiến hành từ từ, lực cắt giảm đi nhiều

Hình 7

Lực cắt được xác định theo công thức :

2 c

K S P

Hình 8 2.4 Máy cắt có lưỡi dao đĩa

Lưỡi cắt là hai đĩa tròn quay ngược chiều nhau, trục đĩa song song với nhau.Khi phôi tiếp xúc với lưỡi dao, đĩa sẽ tác dụng vào phôi 1 lực P.Lực này được phân ra 2 thành phần

Khi chày tì lên tấm phôi ,lúc đầu phôi uốn cong và xảy ra quá trình biến dạng dẻo.Phần kim loại của phôi dưới chày lún sâu vào trong lỗ của cối.sự tập trung ứng suất của chày làm xuất hiện những vết nứt.Khi những vết nứt ở đầu lưỡi cắt của chày và đầu lưỡi cắt của cối gặp nhau, kim loại bị phá hủy hoàn toàn tạo thành vết cắt.

Lực cắt tính theo công thức ; P=KLSc

K- hệ số điều kiện cắt ,k=1.1-1.3

L-chiều dài đường cắt

S- chiều dày vật liệu

c

 : ứng suất cho phép cắt (KG/mm2)

III Chọn phương án thiết kế

3 1 Chọn phương án thiết kế

+ Phương án 1: cơ cấu tay quay con trượt

+ Phương án 2:sử dụng xi lanh thủy lực

+ Phương án 3 :dùng cơ cấu cam lệch tâm

Trong 3 phương án trên chọn phương án 3 làm phương án thiết kế

3.2 Chọn phương án cắt

+ sử dụng nguyên lí dập,chấn để cắt thanh sắt

dao c?t 1

Hình 10+dùng nguyên lí chuyển động tịnh tiến của 2 dao cắt chuyển động ngược chiều nhau

dao c?t 1 dao c?t 2

Hình 11 Chọn phương án cắt phương án 1

3.3 Sơ đồ động

I II

1

5 4 3

8 2

hình 12 1- Động cơ điện : 2- bánh đai dẫn : 3-dây đai : 4-bánh dai bị dẫn :

5-bánh răng dẫn : 6-bánh răng bị dẫn : 7- cam : 8-cần gắn dao cắt

3.4 Nguyên lí hoạt động

Động cơ (1) quay =>(2) quay=>(3)quay theo thông qua bộ truyền đai.trục I quay, bánh răng (5)quay =>bánh răng (6) quay.trục II quay,cam(7) quay =>cần (8) chuyển động tịnh tiến

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN ,THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG

I Chọn động cơ điện và phân phối tỉ số truyền

2 tính momen xoắn trên trục cam (trục II)

2.1 Phân tích lực giữa cơ cấu cam và cần

Lực tác dụng lên cơ cấu cam tới cần gồm : phản lực N, lực cắt F, Fms giữa con lăn và cam.do hệ số ma sát giữa con lăn và cam rất nhỏ f=0,0001 (ma sát học –GS.TSNguyễn Anh Tuấn) nên xem như không đáng kể.

hình 14trong đó :

Đồ thị  ( )

Hình 16Qua đồ thị ( ) ta tìm được quy luật biến thiên của góc áp lực theo góc quay  ở cam

(mm)

Đồ thị chuyển động của cần :

2 sin

11,53

2.5 Tính mômen xoắn của trục cam (trục 2)

Công suất của trục cam :

1000

p P

Chọn động cơ số hiệu KM30-KOREA có công suất P=3,5KW- ; n=360vòng/phút ,

2.7 Phân phối tỉ số truyền u

Tỉ sổ truyền chung u=360/30=12

II Thiết kế bộ truyền đai thang

Thông số đầu vào: công suất P DC=3,5 kW; số vòng quay n1=360 vg/ph; tỷ số truyền chung u=12

2.1 Tính đường kính bánh đai nhỏ và bánh đai lớn

136

P T

Chọn d2=400 theo tiêu chuẩn

2.2 Khoảng cách trục a cho trước theo kết cấu hoặc chọn sơ bộ

u 1 2 3 4 5 6

a 1,5d2 1,2d2 d2 0,95d2 0,9d2 0,85d2Xác định L theo a sơ bộ theo công thức: chọn a=400mm

Chọn L=1800 theo tiêu chuẩn

Và chọn L theo tiêu chuẩn (mm): 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000,

1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000, 2240, 2500, 2800, 3150, 3550, 4000, 5000,

5600, 6300, 7100, 8000, 9000, 10000, 11200, 12500, 14000, 16000, 18000 (chiềudài đai xác định theo lớp trung hòa của đai) Tính chính xác khoảng cách trục atheo L tiêu chuẩn theo công thức:

2 8 2 4

f t f

F e F

- Hệ số xét đến ảnh hưởng của chế độ tải trọng: C r

0

1800

1, 009 1700

L

L C

L

với L0 - chiều dài đai thực nghiệm, mm (bảng 4.19)

1 0

2.88 [ ] 1, 29.0,917.1,14.1, 009.0, 95.

d

u L z

P k z

kd = 1,25 (bảng 4.7 trang 55)

trong đó: [ ] 1, 29P 0 - tra theo bảng 4.20.

- Lực căng đai ban đầu:

f t f

F e F

III Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ nghiêng

3.1 Chọn vật liệu

_Chọn vật liệu làm bánh răng theo bảng 6.1

+ Bánh nhỏ làm bằng thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB241…285 có σ b 1

+Ta chọn độ rắn bánh răng nhỏ là HB1=250 và bánh răng lớn HB2=235,

S H =540

1 1,1=491( MPa )

sử dụng bánh răng trụ răng nghiêng: theo 6.12

[σ ] +[σ ] 518+ 491

_ Theo công thức 6.2a: Ứng suất uốn cho phép [σ F]=[σ F lim0

 chọn K Hβ=1 ,02 (theo bảng 6.7/98 (sơ đồ 7)): hệ số kể đến sự phân bố

không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng

4.25 100

w

a z

1, 75 sin(2. tw) sin(2.20)

190 0, 002.73.0, 48 0, 48

H H

b d K

2

2 .( 1)

2.261829.1,18.(4 1)

3.5 Xác định ứng suất tiếp cho phép

Số răng tương đương: Zv1=25 => YF1= 3,9

Số răng tương đương: Zv2=100 => YF1= 3,6

K Fβ=1 ,02 : theo bảng 6.7

Với bánh răng thẳng nghiêng K Fα=1,37

0

190 0, 006.73.0, 48 0, 02

2 2.261829.1, 02.1,13

F w w F

F F

b d K

   thỏa yêu cầu về độ bền uốn

3.6 Kiểm nghiệm răng về quá tải

df1= 68,48 (mm) df2= 296,45 (mm)_ Đường kính vòng chia

d1= 75,98 (mm) d2= 303,95 (mm)

IV Tính toán, thiết kế trục

Sơ đồ không gian

Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực

Dựa vào đường kính trục tra bảng 10.2 ta chọn chiều rộng ổ lăn như sau

bo(1) = 25 (mm)

bo(2) = 29 (mm)

tính chiều dài moayơ của bánh đai và bánh răng theo các công thức 10.10

lm12 = 1,4d1 = 1,4×45= 63 (mm) (bánh đai)

lm13 = 1,4d1 = 1,4×45 = 63 (mm) (bánh răng nhỏ)

lm12 = 1,4d2 = 1,4×55 = 77 (mm) (bánh răng lớn)

chiều dài moayơ nữa khớp nối lm23 = 1,6d2 = 1,6×55 = 88 (mm)

theo bảng 10.3 ta chọn các khoảng cách như sau :

- Khoảng cách từ mặt mút của thành trong của hộp hoặc khoảng cách giữa cácchi tiết quay