TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Giới thiệu chung về Công ty máy kéo và máy nông nghiệp
Công ty máy kéo và máy nông nghiệp thuộc Tổng công ty máy động lực và máy nông nghiệp của Bộ công nghiệp, là doanh nghiệp nhà nước có tư cách pháp nhân và hoạt động theo hình thức hạch toán kinh tế độc lập Trụ sở chính của công ty tọa lạc tại đường Chu Văn An, Hà Đông, Hà Nội.
1.1.1 Quá trình hình thành và phát triển
Công ty máy kéo và máy nông nghiệp có tiền thân là nhà máy công cụ
Nhà máy Hà Đông, được thành lập vào ngày 22/10/1960, ra đời từ sự sát nhập của năm tập đoàn sản xuất miền Nam, chuyên về nông cụ cải tiến, đồ mộc và sửa chữa ô tô Thời điểm ban đầu, nhà máy có 131 công nhân viên, chủ yếu là công nhân cơ giới, cùng với 36 thiết bị cũ do Pháp để lại và diện tích nhà xưởng gần 2000 m².
Trong giai đoạn này, nhiệm vụ của nhà máy là nghiên cứu và sản xuất máy kéo cùng các máy công tác phục vụ cho cơ giới hóa nông nghiệp, đồng thời sản xuất hàng phục vụ quốc phòng và đào tạo đội ngũ cán bộ cho ngành cơ khí Từ năm 1960 đến 1968, nhà máy chủ yếu tập trung vào sản xuất các sản phẩm cơ khí như máy kéo MTZ50, máy kéo tháng Tám 50CV và máy bơm chống hạn 6K18 để hỗ trợ nông nghiệp Năm 1967, nhà máy được đổi tên thành Nhà máy cơ khí Nông nghiệp.
Từ năm 1968 đến 1988, nhà máy đã mở rộng quy mô với 4000 m², đầu tư thêm thiết bị sản xuất và tăng cường đội ngũ công nhân lên 1200 người Đồng thời, nhà máy cử cán bộ sang Trung Quốc nghiên cứu máy kéo 12 Trong giai đoạn này, sản lượng sản xuất máy kéo và bình bơm tăng dần, chất lượng sản phẩm ngày càng cao, góp phần cải thiện đời sống cán bộ công nhân viên.
Năm 1989, Việt Nam chuyển từ nền kinh tế tập trung sang nền kinh tế thị trường có sự quản lý của nhà nước, yêu cầu các nhà máy phải tự đổi mới để thích ứng Kết quả là trong giai đoạn này, các nhà máy đã sản xuất gần 30 loại sản phẩm phục vụ cho nông nghiệp.
Ngày 25/02/1993 thành lập lại Nhà máy cơ khí nông nghiệp theo nghị định 338, Quyết định số 287QD/TCNSĐT
Ngày 17/04/1994, theo quyết định số 175/ TCCBĐT của Bộ Công nghiệp, Nhà máy Cơ khí nông nghiệp đổi tên thành Công ty máy kéo và máy nông nghiệp
Qua 50 năm hoạt động, đến nay công ty không ngừng phát triển lớn mạnh về mọi mặt Từ chỗ sản xuất công cụ cải tiến và sửa chữa đến sản xuất đồng bộ máy kéo và thiết kế chuyên dùng có độ phức tạp cao, từ chỗ chỉ có
36 thiết bị cũ lên tới 600 thiết bị đặt trong 8 phân xưởng sản xuất
Hiện nay sản phẩm của công ty đã có mặt ở mọi miền đất nước và được bà con nông dân tín nhiệm sử dụng
1.1.2 Đặc điểm của hoạt động sản xuất kinh doanh
1.1.2.1 Cơ cấu tổ chức sản xuất
Công ty chuyên sản xuất máy móc phục vụ nông nghiệp, áp dụng quy trình khép kín từ rèn đúc thép, đúc gang, gia công cơ khí, đến mạ nhiệt luyện và lắp ráp sản phẩm Hệ thống sản xuất bao gồm 8 phân xưởng, đảm bảo chất lượng và hiệu quả trong từng giai đoạn sản xuất.
Hình 1.1 Sơ đồ tổ chức bộ máy sản xuất
* Phân xưởng đúc: tạo phôi chi tiết bằng gang, thép
* Phân xưởng rèn dập: cắt phôi, nén, dập, gò, hàn các loại chi tiết
* Phân xưởng cơ khí: gia công các loại hộp, trục, càng, bánh răng…
* Phân xưởng nhiệt mạ: mạ và nhiệt luyện các chi tiết
* Phân xưởng lắp ráp: lắp ráp và hoàn thiện sản phẩm
* Phân xưởng cơ khí 3: sản xuất bình bơm thuốc trừ sâu
* Phân xưởng dụng cụ: sản xuất trang bị công nghệ, khuôn mẫu, dụng cụ cắt phục vụ sản xuất
* Phân xưởng sửa chữa: chuyên sản xuất, sửa chữa thiết bị, đại tu máy móc thiết bị…
Công ty máy kéo và máy nông nghiệp chuyên cung cấp các thiết bị và phụ tùng phục vụ sản xuất nông nghiệp Để đáp ứng nhu cầu thị trường, công ty đa dạng hóa sản phẩm với nhiều loại máy như máy kéo 8CV, 12CV, 15-18CV, máy gặt đập liên hợp, máy cấy, máy gieo hạt, bình bơm thuốc trừ sâu, cùng với các phụ tùng máy móc khác.
Thép phôi và gang được xuất kho xuống các phân xưởng đúc, rèn dập, nơi thực hiện công nghệ chế tạo phôi Sau khi chế tạo, phôi được nhập vào kho phôi để cung cấp cho phân xưởng cơ khí Tại đây, sản phẩm được chuyển đến phân xưởng nhiệt mạ để mạ, sau đó quay lại phân xưởng cơ khí hoặc nhập vào kho bán thành phẩm Từ kho bán thành phẩm, các phụ tùng có thể được xuất xuống kho thành phẩm để bán hoặc chuyển đến phân xưởng lắp ráp trước khi nhập kho thành phẩm Mỗi phân xưởng đều có nhân viên KCS để kiểm tra chất lượng sản phẩm.
Hình 1.2 Sơ đồ quy trình sản xuất
1.1.2.3 Đặc điểm về lao động
Công ty hiện có 949 cán bộ công nhân viên, trong đó 13% là nhân viên quản lý và 125 kỹ sư Đội ngũ công nhân dày dạn kinh nghiệm giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và khắc phục sự cố do thiết bị cũ gây ra Chúng tôi cam kết đáp ứng nhanh chóng các sản phẩm phù hợp với nhu cầu của khách hàng.
1.1.2.4 Đặc điểm về máy móc thiết bị
Công ty máy kéo và máy nông nghiệp chủ yếu sử dụng máy móc thiết bị từ Liên Xô, nhưng phần lớn đã trở nên cũ kỹ và lạc hậu Gần đây, công ty đã đầu tư vào các loại máy công cụ mới từ Trung Quốc và Đài Loan, đặc biệt là việc trang bị thêm máy CNC cho dây chuyền sản xuất, nhằm nâng cao hiệu quả và hiện đại hóa quy trình sản xuất.
Công ty sở hữu một lượng lớn máy móc và thiết bị sản xuất, đáp ứng tốt nhu cầu sản xuất hiện tại Tuy nhiên, để nâng cao sức cạnh tranh trên thị trường, công ty cần đầu tư vào trang thiết bị hiện đại trong những năm tới Việc này sẽ giúp tăng năng suất, cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm giá thành, từ đó phù hợp với yêu cầu phát triển của xã hội Dưới đây là hình ảnh một số máy móc thiết bị tại Công ty máy kéo và máy nông nghiệp.
Hình 1.3 Máy CNC để gia công các chi tiết máy
Hình 1.4 Máy doa sửa Hình 1.5 Máy doa xylanh tay biên
Mục tiêu của khóa luận
Mục tiêu của khóa luận là nghiên cứu và thiết kế quy trình công nghệ chế tạo tay biên cho động cơ D12, nhằm tạo cơ sở cho các nhà máy và doanh nghiệp chế tạo máy nông nghiệp áp dụng vào sản xuất.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết áp dụng kiến thức về ô tô máy kéo và kết cấu tính toán động cơ đốt trong để thiết kế quy trình công nghệ chế tạo tay biên cho động cơ D12 Công nghệ chế tạo máy cũng được sử dụng để tối ưu hóa quy trình này, nhằm nâng cao hiệu suất và độ bền của sản phẩm.
Nội dung của khóa luận
1.4.1 Thiết kế tay biên của động cơ D12
+ Cấu tạo chung và điều kiện làm việc của tay biên
+ Phân tích lực tác dụng lên cơ cấu biên tay quay
+ Tính toán thiết kế tay biên của động cơ D12
1.4.2 Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo tay biên của động cơ D12
+ Phân tích chức năng làm việc của tay biên
+ Phân tích tính công nghệ trong kết cấu của tay biên
+ Xác định dạng sản xuất
+ Chọn phương pháp chế tạo phôi
Để thực hiện quy trình gia công, cần lập thứ tự các nguyên công và các bước, bao gồm việc vẽ sơ đồ gá đặt, ký hiệu định vị, kẹp chặt, chọn máy, chọn dao, và vẽ ký hiệu chiều chuyển động của dao cũng như của chi tiết.
Để tính lượng dư cho bề mặt, như mặt tròn trong, mặt tròn ngoài hoặc mặt phẳng, cần tham khảo Sổ tay công nghệ chế tạo máy cho các mặt gia công khác của chi tiết.
Để tính toán chế độ cắt cho một nguyên công cụ cụ thể, thường là những nguyên công cần sử dụng đồ gá, trong khi đó, các nguyên công khác có thể tham khảo thông tin từ Sổ tay công nghệ chế tạo máy.
+ Tính thời gian gia công cơ bản cho tất cả các nguyên công
+ Thiết kế một đồ gá gia công hoặc một đồ gá kiểm tra
+ Xây dựng các bản vẽ.
THIẾT KẾ TAY BIÊN CỦA ĐỘNG CƠ D12
Cấu tạo chung và điều kiện làm việc của tay biên
2.1.1 Cấu tạo chung của tay biên
Thanh truyền, hay còn gọi là tay biên, bao gồm ba phần chính: đầu nhỏ, thân và đầu to Đầu nhỏ của thanh truyền được kết nối với chốt piston, trong khi đầu to lắp ghép với chốt trục khuỷu.
Cấu tạo của tay biên bao gồm ba phần chính: đầu nhỏ tay biên, thân tay biên và đầu to tay biên Đầu nhỏ tay biên được lắp với chốt piston, bên trong có bạc đồng và lỗ dầu bôi trơn cho bạc Bạc đồng được ghép chặt vào đầu nhỏ thanh truyền, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Chốt piston lắp cố định trên đầu nhỏ có khe cắt xiên và được giữ bằng bulông Khi chốt piston kết nối với đầu nhỏ của thanh truyền, cần sử dụng bạc lót và chú trọng đến việc bôi trơn hiệu quả.
Người ta thường khoan lỗ trên đầu nhỏ hoặc khoan dọc thân thanh truyền để dẫn dầu bôi trơn từ cổ trục lên Trong các động cơ cỡ nhỏ, đặc biệt là động cơ 2 kỳ cao tốc, thay vì sử dụng bạc lót, người ta sử dụng ổ bi đũa Để điều chỉnh trọng lượng của thanh truyền, trên đầu nhỏ có vấu lồi dự trữ kim loại.
Thanh truyền có cấu trúc nối giữa đầu nhỏ và đầu to với tiết diện hình chữ I, được ứng dụng phổ biến trong nhiều loại động cơ Việc sử dụng vật liệu hợp lý giúp giảm trọng lượng thanh truyền trong khi vẫn đảm bảo độ cứng vững cao.
Trong thân thanh truyền, lỗ dẫn dầu bôi trơn cần có đường kính phù hợp để đảm bảo cung cấp đủ lượng dầu và nhanh chóng bôi trơn khi khởi động Lỗ dẫn dầu không nên quá lớn hoặc quá bé Để tăng độ cứng vững và dễ dàng khoan lỗ, người ta thường làm gân dọc suốt chiều dài thân thanh truyền Trong trường hợp không thể khoan lỗ dẫn dầu, đặc biệt với các loại thanh truyền dài hoặc trong điều kiện công nghệ khó khăn, người ta sẽ gắn ống dẫn dầu bôi trơn bên ngoài để đưa dầu từ đầu to lên đầu nhỏ.
Thân thanh truyền có kích thước lớn dần từ đầu nhỏ đến đầu to, nhằm phù hợp với quy luật phân bố lực quán tính lắc Chiều dày của thân thanh truyền được thiết kế đồng đều suốt chiều dài, đảm bảo tính ổn định và hiệu suất hoạt động.
Đầu to thanh truyền, được lắp với chốt khuỷu, có kích thước phụ thuộc vào đường kính và chiều dài của chốt Để thuận tiện cho việc lắp ghép, đầu to thường được cắt làm 2 nửa và lắp lại bằng bulông Đối với động cơ lớn, để giảm kích thước, người ta cắt theo mặt phẳng xiên nhưng cần lưu ý tránh lực cắt cho bulông và thanh truyền Bạc lót đầu to cũng được thiết kế thành 2 nửa Trong các động cơ tàu thủy hoặc tĩnh tại lớn, đầu to được chế tạo rời và lắp ghép với thân bằng bulông hoặc vít cấy, trong khi ở động cơ cỡ nhỏ, đầu to thường là 1 khối nguyên và sử dụng ổ bi đũa thay vì bạc lót.
2.1.2 Điều kiện làm việc của tay biên
Tay biên (thanh truyền) là một chi tiết quan trọng trong cơ cấu động cơ, giúp truyền lực từ piston đến trục khuỷu để tạo ra công Trong quá trình hoạt động, thanh truyền phải chịu tác động của lực khí thể và lực quán tính Cụ thể, đầu nhỏ của thanh truyền chủ yếu chịu lực quán tính từ nhóm piston, trong khi đầu to chịu lực từ nhóm piston, nhóm thanh truyền và lực quán tính ly tâm Do đó, thanh truyền thường gặp phải hiện tượng uốn cong và xoắn dưới tác dụng của các lực này.
Phân tích lực tác dụng lên cơ cấu biên tay quay
Lực tác dụng lên chốt piston P1 bao gồm hợp lực giữa lực quán tính Pj và lực khí thể Pz, tạo ra áp lực lên chốt piston và thúc đẩy tay biên (thanh truyền).
Hình 2.3 Lực và mômen tác dụng trên cơ cấu thanh truyền trục khuỷu
Trong quá trình tính toán các lực, thường tính trên đơn vị diện tích đỉnh piston Do đó, sau khi chia hai vế của biểu thức (*) cho diện tích piston, ta có thể xác định các lực một cách chính xác hơn.
Fp ta có: p1 = pz + pj (**) Trong đó: p 1 = và p j
Phân p1 thành hai phân lực: p tt - tác dụng trên đường tâm thanh truyền
N - tác dụng trên phương thẳng góc với đường tâm xylanh
Từ quan hệ lượng giác ta có thể xác định được trị số của p tt và N p tt = p 1 và N = p 1 (****)
Phân ptt thành hai phân lực: lực tiếp tuyến T và lực pháp tuyến Z, ta cũng có thể xác định trị số của T và Z bằng các quan hệ sau đây:
Từ sự phân tích llực ở trên ta có thể rút ra kết luận sau:
+ Lực khí thể do áp suất khí thể sinh ra tác dụng lên nắp xylanh, lên thân máy và lên piston
+ Hợp lực của lực quán tính và lực khí thể tác dụng lên chốt piston sản sinh ra lực đẩy thanh truyền, đồng thời cũng tác dụng trên ổ trục
Lực quán tính chuyển động tịnh tiến ảnh hưởng đến ổ trục, chốt khuỷu và chốt piston, trong khi lực quán tính chuyển động quay là một hằng số luôn tác động lên ổ trục khuỷu.
Khi làm việc, thanh truyền chịu tác động của lực khí thể và lực quán tính, dẫn đến hiện tượng uốn cong và xoắn.
Tính toán thiết kế tay biên động cơ D12
2.3.1 Tính sức bền đầu nhỏ tay biên
Trong quá trình làm việc, đầu nhỏ tay biên phải chịu lực kéo từ quán tính của nhóm piston, đồng thời cũng chịu lực nén do sự tác động kết hợp của lực quán tính, lực khí thể và lực phát sinh từ quá trình lắp ghép cũng như biến dạng nhiệt.
Hình 2.4 Sơ đồ tính toán đầu nhỏ tay biên
* Đường kính ngoài bạc : d1= (1,1÷1,25)dcp (2-1)
+ d cp - đường kính chốt : d cp = (0,3÷0,45)D (2-2)
* Đường kính ngoài của đầu nhỏ thanh truyền: d2= (1,3÷1,7)dcp = (1,3÷1,7)24 = (31,2÷40,8) (2-3) Chọn d2= 40(mm)
* Chiều dài đầu nhỏ: l d = (0,28 ÷ 0,32)D = (0,28 ÷ 0,32).80= (22,4 ÷ 25,6) (2-4) Chọn l d = 25(mm)
* Chiều dày bạc đầu nhỏ: s = (0,07 ÷ 0,085)dcp = (0,07 ÷ 0,085).24= (1,68 ÷ 2,04) (2-5) Chọn s = 2 (mm)
Vậy đầu nhỏ tay biên là loại đầu nhỏ mỏng a) Tính sức bền của đầu nhỏ thanh truyền khi chịu kéo
Lực quán tính P j tạo ra ứng suất uốn và kéo trên đầu nhỏ, với giả thiết lực này phân bố đồng đều theo hướng kính trên đường kính trung bình của đầu nhỏ.
Trong đó: ρ - bán kính trung bình của đầu nhỏ thanh truyền ρ= = 17,5 (mm) ≈ 0,02 (m) (2-7)
Với : mnp - khối lượng nhóm piston mnp = 1,5 kg
R - bán kính quay của trục khuỷu
R = = = 40 (mm) (2-9) với S mm là hành trình của piston ω - vận tốc góc ω = =
Fp - diện tích đỉnh piston Fp = = ≈ 5,03.10 -3 (m 2 ) (2-11) λ - tham số kết cấu λ = 0,243
Coi đầu nhỏ là dầm cong với một đầu ngàm tại tiết diện C – C, nơi chuyển tiếp giữa đầu nhỏ và thân thanh truyền, tương ứng với góc γ Ngàm C – C chịu uốn lớn nhất trong cấu trúc này.
Hình 2.5 Tải trọng tác dụng đầu nhỏ tay biên khi chịu kéo
Hình 2.6 Ứng suất tác dụng lên đầu nhỏ tay biên khi chịu kéo
Trong đó: ρ - bán kính trung bình của đầu nhỏ tay biên: ρ = 17,5 (mm) ≈ 0,02 (m) r2 - bán kính ngoài của đầu nhỏ: r 2 = = = 20 (mm) (2-13)
H - chiều rộng của thân chỗ nối với đầu nhỏ: H = 28 (mm) = 0,028 (m)
≈ 121,8 0 ≈ 2,13 (rad) Tại mặt cắt C-C ta có:
Mj = MA + NAρ(1 – cosγ)- 0,5P j ρ(sinγ – cosγ) (2-14)
Coi đầu nhỏ thanh truyền chịu lực như một dầm cong, với một đầu ngàm tại (C-C), momen uốn M A và lực pháp tuyến N A có thể được tính gần đúng theo công thức, trong đó γ được tính theo độ.
Do đó momen uốn và lực kéo tại tiết diện C-C:
Vì bạc đầu nhỏ lắp chặt trong đầu nhỏ nên khi lắp ráp đầu nhỏ đã chịu ứng suất kéo dư do đó đầu nhỏ được giảm tải:
Với: χ là hệ số giảm tải χ (2-19)
Ed , Eb là môđun đàn hồi của vật liệu thanh truyền và bạc lót
Fd , Fb là tiết diện dọc của đầu nhỏ thanh truyền và bạc lót
- Ứng suất tác dụng lên mặt ngoài khi chịu kéo: σ nj = [ ] (2-22)
- Ứng suất tác dụng lên mặt trong khi chịu kéo: σ tj = [ ] (2-23)
≈ - 3,5.10 6 (N/m 2 ) = - 3,5(MN/m 2 ) b) Tính sức bền đầu nhỏ thanh truyền khi chịu nén
Hình 2.7 Tải trọng tác dụng lên đầu nhỏ thanh truyền khi chịu nén
Hình 2.8 Ứng suất tác dụng lên đầu nhỏ thanh truyền khi chịu nén
Lực nén tác dụng là hợp lực của lực khí thể và lực quán tính:
F p - diện tích đỉnh piston, F p = 5,03.10 -3 (m 2 ) pz - áp suất khí thể tác dụng lên đỉnh piston, pz = 8,5 (MN/m 2 )
Theo Kinaxotsvily lực P1 phân bố trên nửa dưới đầu nhỏ theo đường Côsin Tại tiết diện C-C nguy hiểm nhất, momen uốn và lực pháp tuyến tại đây được tính:
NA - lực kéo pháp tuyến: NA = 15,3 (N)
P1 - lực nén tác dụng lên đầu nhỏ thanh truyền: P1 = 43,03.10 3 (N) ρ - bán kính trung bình của đầu nhỏ tay biên: ρ = 0,02 (m) γ = 2,13 rad
Lực pháp tuyến thực tế tác dụng lên đầu nhỏ khi chịu nén là:
- Ứng suất nén mặt ngoài tại C-C là: σ nz = [ ] (2-29)
- Ứng suất nén mặt trong tại C-C là: σ tz = [ ] (2-30)
Ứng suất biến dạng của đầu nhỏ thanh truyền là kết quả của việc thanh truyền chịu nhiệt và sự không khớp giữa bạc lắp ghép và đầu nhỏ thanh truyền.
Khi động cơ làm việc, nhiệt độ đầu nhỏ thanh truyền có khi lên đến
Khi nhiệt độ tăng từ 370 đến 430 độ K, thanh truyền và bạc lót đều trải qua hiện tượng dãn nở Tuy nhiên, do vật liệu chế tạo thanh truyền và bạc lót khác nhau, mức độ dãn nở cũng không đồng nhất, dẫn đến ứng suất biến dạng Để tính toán độ dãn nở của đầu nhỏ khi chịu nhiệt, có thể áp dụng công thức Δ t = (αb – αtt) td1.
Hệ số dãn dài của bạc lót được xác định là αb = 1,8 × 10^-5, trong khi hệ số dãn dài của thanh truyền bằng thép là αtt = 1 × 10^-5 Nhiệt độ làm việc của bạc lót và đầu nhỏ thanh truyền là t = 430 K Đường kính ngoài của bạc lót là d1 = 30 mm, tương đương với 0,03 m.
Ngoài ra lắp bạc lót vào đầu nhỏ thường lắp chặt, có độ dôi Δ Khi tính toán thường lấy Δ bằng độ dôi lớn nhất của mối ghép Δ = 1,2.10 -4 (m)
Tổng độ dôi Δ + Δ t tạo ra áp suất nén trên bề mặt lắp ghép Nếu coi áp suất này là hằng số và phân bố đều trên toàn bộ mặt trụ lắp ghép, ta có thể xác định áp suất theo công thức p = Δ Δ.
Trong đó: d1 - đường kính ngoài bạc: d1 = 30 (mm)= 0,03 (m) d2 - đường kính ngoài của đầu nhỏ thanh truyền: d2= 40(mm) = 0,04(m) db - đường kính bệ chốt piston: d b = (1,3÷1,6)d cp = (1,3÷1,6)24 = (31,2÷38,4) Chọn d b = 35(mm) (2-33)
Ett - môđun đàn hồi của vật liệu chế tạo thanh truyền, đối với thép:
Eb - môđun đàn hồi của vật liệu chế tạo bạc lót, đối với đồng:
Eb = 1,15.10 5 MN/m 2 μ - hệ số poát xông, thông thường lấy μ = 0,3
≈ 39,6(MN/m 2 ) Áp suất này gây ứng suất biến dạng mặt trong và mặt ngoài:
+ Ứng suất biến dạng mặt trong của đầu nhỏ thanh truyền: σtΔ = p
+ Ứng suất biến dạng mặt ngoài của đầu nhỏ thanh truyền: σ nΔ = p
= 101,8 (MN/m 2 ) (2-35) d) Độ biến dạng đầu nhỏ:
Do tác động của lực quán tính P j, đầu nhỏ của thanh truyền có thể bị biến dạng, dẫn đến việc khe hở giữa chốt piston và bạc lót bị giảm hoặc thậm chí bị kẹt Để tránh tình trạng kẹt, độ biến dạng theo hướng kính của đầu nhỏ thanh truyền (δ) không được vượt quá một nửa khe hở lắp ghép ban đầu giữa bạc lót và chốt piston Độ biến dạng này được tính theo công thức: δ =
Pj - lực quán tính của nhóm piston: Pj = 32,2 (N) = 32,2.10 -6 (MN) dtb - đường kính trung bình của đầu nhỏ thanh truyền dtb = 2ρ =2.0,02 = 0,04 (m) (2-37)
J - Momen quán tính của tiết diện dọc đầu nhỏ thanh truyền
E - Môđun đàn hồi của vật liệu, đối với thép: E = 2,2.10 5 MN/m 2
2.3.2 Tính sức bền của thân thanh truyền
Khi động cơ làm việc, thân thanh truyền chịu các lực sau đây:
- Lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến
- Lực quán tính chuyển động lắc của thanh truyền
Vì vậy trạng thái chịu lực của thân thanh truyền thường là:
- Chịu nén và uốn dọc do hợp lực của lực khí thể và lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến
- Chịu kéo do tác dụng của lực quán tính chuyển động tịnh tiến
- Chịu uốn ngang do tác dụng của lực quán tính chuyển động lắc của thanh truyền
Tốc độ trung bình của piston được tính theo công thức:
S - hành trình của piston: S (mm) = 0,08(m) n - tốc độ không tải lớn nhất: n = 2800 ( vòng/ phút)
Động cơ với tốc độ trung bình yêu cầu tính toán độ bền cho thân thanh truyền, nhằm đảm bảo hiệu suất và độ an toàn trong quá trình vận hành.
Để tính toán ứng suất nén, cần xác định tải trọng tĩnh lớn nhất của lực khí thể, đồng thời bỏ qua các yếu tố quán tính liên quan đến chuyển động thẳng và chuyển động lắc của thanh truyền.
Hình 2.9 Sơ đồ tính thân thanh truyền tốc độ trung bình
+ Chiều dài thân thanh truyền: l = (2-40)
Với: R- bán kính quay trục khủy: R = 40 mm λ - tham số kết cấu: λ = 0,0243
+ Thông số của mặt cắt tiết diện thân thanh truyền:
H- bề rộng thân thanh truyền: H = 28mm (2-41) h = 0,668H = 0,668.28 = 18,7 (mm) (2-42)
= 0,292H = 0,292.28 = 8,2 (mm) (2-44) Ứng suất nén và uốn dọc tại tiết diện trung bình ( Theo công thức
Lo - chiều dài biến dạng của thân thanh truyền:
Khi uốn quanh trục x-x, chiều dài của thanh truyền được ký hiệu là Lo = l, trong khi đó khi uốn quanh trục y-y, chiều dài được ký hiệu là Lo = l1 Hệ số m thể hiện sự ảnh hưởng của khớp nối của dầm, với giá trị m = 1 cho uốn quanh trục x-x và m = 4 cho uốn quanh trục y-y Bán kính quán tính của tiết diện thân thanh truyền đối với các trục x-x và y-y được ký hiệu là i, với công thức tính ix = √.
C - hệ số : C = ; σ dh - Giới hạn đàn hồi của vật liệu (2-48)
Hay ứng suất nén khi chịu nén và uốn ở tiết diện trung bình (trục x-x và y-y): σx kx (2-49) σy ky (2-50)
Trong đó: kx , ky - các hệ số : kx = ( 1 + C ) ; ky = ( 1 + C
) (2-51) Đối với các thanh truyền hiện nay thì kx ≈ ky ≈ 1,1÷ 1,15 Chọn kx ≈ ky ≈ 1,1
Pz - lực khí thể: Pz = 0,043(MN)
F tb - tiết diện trung bình của thanh truyền
1,1 ≈ 169 (MN/m 2 ) b) Độ ổn định khi uốn dọc
Lực tới hạn khi uốn dọc đối với thanh truyền bằng thép hợp kim:
Ftb - tiết diện trung bình của thanh truyền: Ftb = 2,8.10 -4 (m 2 ) i - bán kính quán tính nhỏ nhất của tiết diện trung bình i = √
≈ 0,001 (m) l - chiều dài thân thanh truyền: l = 165(mm)
Hệ số ổn định uốn dọc: η = =
2.3.3 Tính sức bền của đầu to thanh truyền
Hình 2.10 Tải trọng tác dụng lên đầu to thanh truyền
Thông số đầu to thanh truyền:
* Đường kính chốt khuỷu: d ck = (0,56÷0,75)D (2-56) Với: D - đường kính piston: D= 80 (mm) = 0,08 (m)
* Chiều dày bạc lót: tbl = (0,03÷0,05)dck = (0,03÷0,05)50 = (1,5÷2,5) (2-57) Chọn t bl = 2 (mm)
* Khoảng cách tâm bu lông: c = (1,3÷1,75)dck = (1,3÷1,75)50 = (65÷87,5) (2-58) Chọn c = 80(mm)
* Chiều dài đầu to: ldt = (0,45÷0,95)dck = (0,45÷0,95)50 = (22,5÷47,5) (2-59) Chọn ldt = 29(mm)
Tính toán sức bền đầu to thanh truyền thường được thực hiện theo phương pháp gần đúng, với vị trí tính toán chủ yếu ở điểm chết trên Tại vị trí này, đầu to thanh truyền chịu ảnh hưởng của lực quán tính từ chuyển động tịnh tiến và lực quán tính từ chuyển động quay, mà không tính đến khối lượng của nắp đầu to thanh truyền.
Fp - diện tích đỉnh piston, Fp = 5,03.10 -3 (m 2 )
Bán kính quay trục khuỷu được xác định là R = 40 mm, với vận tốc góc ω = 293 vòng/phút Tham số kết cấu λ là 0,243 m Khối lượng nhóm piston là m = 1,5 kg Khối lượng của thanh truyền tập trung ở tâm đầu to thanh truyền theo thực nghiệm là m2 = 0,65 kg, trong khi khối lượng thanh truyền mtt = 1 kg Khối lượng của nắp đầu to thanh truyền theo thực nghiệm là mn = 0,2 kg.
Momen uốn và lực pháp tuyến tại tiết diện A-A tính gần đúng như sau:
- Momen uốn và lực pháp tuyến tại tiết diện A-A tác dụng lên nắp đầu to:
- Ứng suất tổng tác dụng lên nắp đầu to: σ = (2-66)
Thông thường góc giữa đường tâm thanh truyền với tiết diện ngàm γ 40 0 Vì vậy ứng suất tổng được tính theo công thức: σ = Pd[
Fb , Fd - diện tích tiết diện của bạc lót và nắp đầu to tại tiết diện A-A
Jb , Jd - momen quán tính của tiết diện bạc lót và nắp đầu to thanh truyền
W u - modun chống uốn của nắp đầu to ở tiết diện A-A
Để đảm bảo điều kiện làm việc tối ưu cho mối ghép và thuận lợi cho việc hình thành màng dầu bôi trơn, cần kiểm tra độ biến dạng theo hướng kính ∆d của đầu to thanh truyền bằng công thức phù hợp.
(2-73) Với: Eb- modun đàn hồi của vật liệu chế tạo đầu to, Eb = 2,2.10 5 MN/m 2
XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TAY BIÊN CỦA ĐỘNG CƠ D12
Phân tích chức năng làm việc của tay biên
Tay biên là một loại chi tiết thuộc họ chi tiết dạng càng, đặc trưng bởi việc có một hoặc nhiều lỗ cơ bản mà tâm của chúng song song hoặc tạo thành một góc nhất định.
Chi tiết dạng càng, thường là piston trong động cơ, có chức năng chuyển đổi chuyển động thẳng thành chuyển động quay của các chi tiết khác như trục khuỷu, hoặc ngược lại Ngoài ra, chi tiết này còn được sử dụng để đẩy bánh răng nhằm thay đổi tỉ số truyền trong các hộp tốc độ Điều kiện làm việc của tay biên yêu cầu tiêu chuẩn khá cao.
+Luôn chịu ứng suất thay đổi theo chu kì
+ Luôn chịu lực tuần hoàn, va đập.
Phân tích tính công nghệ trong kết cấu của tay biên
Hình 3.1 Chi tiết tay biên động cơ D12
Bề mặt làm việc chính của tay biên nằm ở hai bề mặt trong của hai lỗ Để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu, cần tuân thủ các điều kiện kỹ thuật sau đây.
- Lỗ 1 và 2 dùng để dẫn dầu vào trong 2 lỗ I và II (trong lỗ I và II có lắp bạc)
Hai đường tâm của hai lỗ I và II phải song song và vuông góc với mặt đầu tay biên, với khoảng cách A = 165 0,1 mm Độ không song song của hai tâm lỗ là 0,08 mm trên chiều dài 25 mm, và độ không vuông góc của tâm lỗ so với mặt đầu cũng là 0,08 mm trên chiều dài 25 mm Hai lỗ thường được lắp bạc lót có thể tháo lắp dễ dàng.
Qua các điều kiện kỹ thuật trên ta có thể đưa ra một số nét công nghệ điển hình gia công chi tiết tay biên như sau:
+ Kết cấu của càng phải được đảm bảo khả năng cứng vững
Để đảm bảo tay biên hoạt động hiệu quả trong các điều kiện làm việc khắc nghiệt, việc lựa chọn phôi dập với kích thước không lớn là rất quan trọng.
+ Chiều dài các lỗ cơ bản nên chọn bằng nhau và các mặt đầu của chúng thuộc hai mặt phẳng song song với nhau là tốt nhất
Khi thiết kế kết cấu của càng, cần lựa chọn sự đối xứng qua một mặt phẳng nhất định Đối với tay biên, các lỗ vuông góc phải được bố trí sao cho thuận tiện cho quá trình gia công lỗ.
+ Kết cấu của càng phải thuận lợi cho việc gia công nhiều chi tiết cùng một lúc
+ Kết cấu của càng phải thuận lợi cho việc chọn chuẩn thô và chuẩn tinh thống nhất
Để đảm bảo độ song song cho hai mặt đầu trong quá trình gia công, nguyên công đầu tiên sử dụng tay biên gia công đồng thời cả hai mặt Chuẩn thô được chọn là hai mặt thân biên chưa gia công, giúp làm chuẩn cho các nguyên công tiếp theo, bao gồm gia công hai lỗ chính Thứ tự gia công cho hai mặt đầu là phay bằng hai dao phay đĩa 3 mặt, sau đó mài phẳng để đạt được yêu cầu kỹ thuật.
Xác định dạng sản xuất
Sản lượng hàng năm được xác định theo công thức sau đây:
N : Số chi tiết được sản xuất trong một năm;
N1 : Số sản phẩm (số máy) được sản xuất trong một năm; m : Số chi tiết trong một sản phẩm; β : Số chi tiết được chế tạo thêm để dự trữ (5% đến 7%)
Sau khi xác định được sản lượng hàng năm ta phải xác định trọng lượng của chi tiết Trọng lượng của chi tiết được xác định theo công thức:
Theo bảng 2 trang 14 – Thiết kế đồ án CNCTM, ta có:
Dạng sản suất: Hàng loạt lớn
Chọn phương pháp chế tạo phôi
3.4.1 Phôi ban đầu để rèn và dập nóng
Trước khi tiến hành rèn và dập nóng kim loại, cần làm sạch và cắt kim loại thành các phần nhỏ phù hợp bằng máy cưa Đối với chi tiết có trọng lượng khoảng 1 kg đến dưới 10 kg, phôi được chọn là cán định hình.
Từ quy trình chế tạo phôi, có thể tra cứu lượng dư theo bảng 3-9 trong Sổ tay công nghệ chế tạo máy Kích thước của vật rèn khuôn được xác định cho các bề mặt gia công, và khi làm tròn, lượng dư sẽ tăng lên với độ chính xác là +0,5 mm Giá trị lượng dư được cung cấp trong bảng áp dụng cho bề mặt có Rz = 80; nếu bề mặt gia công có
Khi Rz đạt từ 20 đến 40, trị số lượng dư sẽ tăng từ 0.3 đến 0.5 mm Nếu bề mặt có độ nhấp nhô thấp hơn, trị số lượng dư sẽ tăng thêm từ 0.5 đến 0.8 mm Trong trường hợp này, bề mặt gia công có Ra = 1.25, tương đương với cấp nhẵn bóng 7, có Rz = 6.3.
Ta có các lượng dư tương ứng như sau:
Hình 3.2 Bản vẽ lồng phôi chi tiết tay biên
Lập thứ tự các nguyên công
3.5.1 Lập sơ bộ các nguyên công
Nguyên công 1 bao gồm phay mặt đầu với kích thước 29 ±0,1 mm trên máy phay ngang sử dụng hai dao phay đĩa 3 mặt có đường kính tối thiểu 200 mm Sau khi phay, bề mặt sẽ được mài phẳng để đạt độ nhám R a = 1,25, tương ứng với cấp độ bóng cấp 7, nhằm tạo chuẩn định vị cho các nguyên công tiếp theo.
Gia công lỗ nhỏ tay biên với kích thước 30 0,033 yêu cầu vát mép lỗ và được thực hiện trên máy doa bằng mũi khoét, mũi doa và dao vát mép Mục tiêu là đạt độ nhám bề mặt R a = 1,25.
Gia công lỗ to tay biên với kích thước 50 0,037 yêu cầu vát mép lỗ và đạt độ nhám R a = 1,25 Quá trình này được thực hiện trên máy doa, sử dụng mũi khoét, mũi doa và dao vát mép để đảm bảo chất lượng hoàn thiện.
- Nguyên công 4: Gia công vấu đầu nhỏ tay biên trên máy phay đứng bằng dao phay ngón để đạt được kích thước 28 0,1
- Nguyên công 5: Gia công lỗ dầu đầu nhỏ, khoan trên máy khoan với 2 mũi có đường kính 6 và 2
- Nguyên công 6: Gia công vấu đầu to tay biên trên máy phay đứng bằng dao phay ngón để đạt được kích thước 40 0,16
- Nguyên công 7: Gia công lỗ dầu đầu to, khoan trên máy khoan với 2 mũi có đường kính 6 và 2
- Nguyên công 8: Gia công lại mặt đầu đầu nhỏ, Phay hạ bậc trên máy phay ngang với 2 dao phay đĩa 3 mặt để đạt kích thước 25 0,1
Nguyên công 9 yêu cầu kiểm tra độ song song của hai lỗ biên không vượt quá 0,08 mm, đồng thời độ vuông góc của cả hai lỗ với mặt đầu tương ứng cũng không được quá 0,08 mm Ngoài ra, độ song song giữa hai mặt đầu cũng phải đảm bảo không vượt quá 0,08 mm.
3.5.2 Thiết kế các nguyên công cụ thể
3.5.2.1 Nguyên công 1: Phay mặt đầu a) Lập sơ đồ gá đặt
Để đảm bảo độ song song và đối xứng của mặt đầu tay biên qua mặt phẳng đối xứng, cần sử dụng cơ cấu kẹp tự định tâm nhằm hạn chế cả 6 bậc tự do Má kẹp với khía nhám sẽ định vị chính xác vào hai mặt phẳng của thân tay biên, vì đây là chuẩn thô cần thiết trong quá trình gia công.
Hình 3.3 Sơ đồ gá đặt phay mặt đầu b) Kẹp chặt
Sử dụng hai miếng kẹp để giữ chặt chi tiết, với lực kẹp từ hai phía đồng thời tiến vào, đảm bảo phương lực kẹp song song với kích thước cần gia công Để đảm bảo độ phẳng cho hai mặt đầu, cần gia công cả hai mặt trong cùng một nguyên công, vì vậy cần sử dụng cơ cấu bàn phân độ.
Máy phay nằm ngang 6H82 Công suất của máy Nm=7kW d) Chọn dao
Phay bằng hai dao phay đĩa ba mặt răng gắn mảnh thép gió, có các kích thước sau(Tra theo bảng 4-84 Sổ tay Công nghệ chế tạo máy tập 2):
D = 250 mm, d P mm, B = 18 mm, số răng Z = 26 răng e) Lượng dư gia công
Phay 2 lần với lượng dư phay thô Zb1 = 2.5 mm và lượng dư mài thô
Để xác định chế độ cắt cho một dao, cần chú ý đến chiều sâu cắt t = 2.5 mm, lượng chạy dao S trong khoảng 0.1 – 0.18 mm/răng, và tốc độ cắt V có thể là 32.5, 30.5 hoặc 27.5 m/phút Các hệ số hiệu chỉnh k1, k2 và k3 cũng rất quan trọng; k1 là hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào nhóm và cơ tính của thép (k1 = 1), k2 phụ thuộc vào trạng thái bề mặt gia công và chu kỳ bền của dao (k2 = 0.8), và k3 phụ thuộc vào dạng gia công.
Vậy tốc độ tính toán là: Vt=Vb.k1.k2.k3= 32,5.1.0,8.1 = 26 m/phút (3-3)
Số vòng quay của trục chính theo tốc độ tính toán là: nt =
Ta chọn số vòng quay theo máy nm = 30 vòng/phút Như vậy, tốc độ cắt thực tế sẽ là: Vtt =
Lượng chạy dao phút là Sp = Sr.z.n = 0,13.26.30 1,4 mm/phút (3-6) Theo máy ta có Sm = 95 mm/phút
Hình 3.4 Đồ gá phay mặt đầu tay biên
3.5.2.2 Nguyên công 2: Khoét, doa, vát mép lỗ 30 0.033 a) Lập sơ đồ gá đặt
Gia công lỗ biên đầu nhỏ yêu cầu độ đồng tâm giữa hình trụ trong và hình tròn ngoài của phôi, cũng như độ vuông góc giữa tâm lỗ và mặt đầu Để đạt được điều này, cần định vị bằng một mặt phẳng hạn chế 3 bậc tự do vào mặt đầu, cùng với bạc côn chụp vào đầu biên nhỏ để hạn chế 2 bậc tự do và định tâm Ngoài ra, có thể sử dụng một khối V cố định định vị vào mặt trụ ngoài của đầu nhỏ tay biên, cũng nhằm hạn chế 2 bậc tự do.
Hình 3.5 Sơ đồ gá đặt khoét, doa, vát mép lỗ 30 0.033 b) Kẹp chặt
Dùng cơ cấu trụ trượt thanh răng và kẹp từ trên xuống c) Chọn máy
Máy khoan đứng 2A135(K135) có đường kính mũi khoan lớn nhất khi khoan thép có độ bền trung bình max = 35mm Công suất của máy N m = 6 kW d) Chọn dao
Mũi khoét có lắp mảnh hợp kim cứng D = 29.5 mm(có các kích thước sau: L = 180 355mm, l = 85210 mm), mũi doa có lắp mảnh hợp kim cứng
D = 30mm,vát mép D = 35mm (Tra theo bảng [4-47], [4-49] Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 2) e) Lượng dư gia công
Gia công 2 lần với lượng dư khoét Zb1 = 1,25 mm và lượng dư doa
Zb2 = 0,25 mm f) Chế độ cắt
Xác định chế độ cắt cho khoét với chiều sâu cắt t = 1,25 mm, lượng chạy dao S = 0,8 mm/vòng (trong khoảng 0,81), và tốc độ cắt V = 10 mm/vòng Các hệ số phụ thuộc được tra cứu như sau: k1 là hệ số phụ thuộc vào chu kỳ bền, lấy từ bảng [5-109] trong Sổ tay CNCTM tập 2, với k1 = 1; k2 là hệ số phụ thuộc vào trạng thái bề mặt phôi, cũng tra bảng [5-109] Sổ tay CNCTM tập 2, với k2 = 1; k3 là hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào Mác của hợp kim cứng, được xác định từ bảng tương ứng.
109] Sổ tay CNCTM tập 2, k3 = 1 vt = vb.k1.k2.k3 = 72.1.1.1.1 = 72 m/phút
Ta xác định số vòng quay tính toán của trục chính nt vào công thức: n t =
Số vòng quay của trục chính theo dãy số vòng quay: nm = 696 vòng/phút và lượng chạy dao S = 0,1 mm/vòng
Xác định chế độ cắt cho doa Chiều sâu cắt t= 0,25 mm, lượng chạy dao
S = 1 mm/vòng(11,3), tốc độ cắt V = 10 mm/vòng
Ta xác định số vòng quay tính toán của trục chính nt vào công thức: nt =
Số vòng quay của trục chính theo dãy số vòng quay: nm = 87 vòng/phút và lượng chạy dao S = 0,1 mm/vòng
Hình 3.6 Đồ gá khoét, doa, vát mép lỗ 30 0.033
3.5.2.3 Nguyên công 3: Khoét, doa, vát mép lỗ 50 0.037 a) Lập sơ đồ gá đặt
Gia công lỗ biên đầu to yêu cầu đảm bảo độ đồng tâm giữa hình trụ trong và hình tròn ngoài của phôi, cũng như độ vuông góc giữa tâm lỗ và mặt đầu Khoảng cách tâm của hai lỗ A cần đạt 165 ±0.1 mm Để định vị chính xác, cần sử dụng một mặt phẳng hạn chế 3 bậc tự do vào mặt đầu, kết hợp với một bạc côn chụp vào đầu biên to để hạn chế 2 bậc tự do và định tâm Ngoài ra, một chốt chám định vị vào lỗ 30 đã gia công ở công đoạn trước sẽ hạn chế 1 bậc tự do chống xoay, hoặc có thể sử dụng một khối V di động định vị vào mặt trụ ngoài của đầu to tay biên để hạn chế 1 bậc tự do, trong khi chốt trụ ngắn định vị lỗ 30 sẽ hạn chế 2 bậc tự do còn lại.
Hình 3.7 Sơ đồ gá đặt khoét, doa, vát mép lỗ 50 0.037 b) Kẹp chặt
Dùng cơ cấu trụ trượt thanh răng và kẹp từ trên xuống c) Chọn máy
Máy khoan đứng 216A có đường kính mũi khoan lớn nhất khi khoan thép có độ bền trung bình max = 75mm Công suất của máy Nm = 13 kW d) Chọn dao
Mũi khoét có lắp mảnh hợp kim cứng D= 49.5 mm, mũi doa bằng thép gió D= 50mm,Vát mép bằng thép gió DUmm (Tra theo bảng [4-47], [4-49]
Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 2) e) Lượng dư gia công
Gia công 2 lần với lượng dư khoét Zb1 = 1,25 mm và lượng dư doa
Để xác định chế độ cắt cho quá trình khoét, chiều sâu cắt được thiết lập là t = 1,25 mm, với lượng chạy dao S là 1 mm/vòng (trong khoảng 1 đến 1,3) Tốc độ cắt V được khuyến nghị là 86 hoặc 96 mm/phút Ngoài ra, cần tham khảo các hệ số phụ thuộc, cụ thể là k1, liên quan đến chu kỳ bền, được trình bày trong Bảng [5-109] của Sổ tay CNCTM.
2, k1 = 1 k 2 : Hệ số phụ thuộc vào trạng thái bề mặt phôi, Bảng [5-109] Sổ tay CNCTM tập 2, k2=1 k3 : Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào Mác của hợp kim cứng, Bảng [5-
109] Sổ tay CNCTM tập 2, k3 = 1 v t = v b k 1 k 2 k 3 = 86.1.1.1.1 = 86 mm/phút
Ta xác định số vòng quay tính toán của trục chính n t vào công thức: nt =
Số vòng quay của trục chính theo dãy số vòng quay: nm = 500 vòng/phút và lượng chạy dao S = 0,12 mm/vòng
Xác định chế độ cắt cho doa: Chiều sâu cắt t = 0,25 mm, lượng chạy dao S = 1,17 (1,0 1,5 )mm/vòng, tốc độ cắt V = 10 mm/vòng
Ta xác định số vòng quay tính toán của trục chính n t vào công thức: nt =
Số vòng quay của trục chính theo dãy số vòng quay: nm = 89 vòng/phút và lượng chạy dao S = 0,12 mm/vòng
Hình 3.8 Đồ gá khoét, doa, vát mép lỗ 50 0.037
3.5.2.4 Nguyên công 4: Phay vấu đầu nhỏ a) Lập sơ đồ gá đặt
Mặt đầu của vấu đầu nhỏ tay biên cần đảm bảo độ song song với mặt phẳng đối xứng của tay biên, đồng thời phải đạt được khoảng cách chính xác tới tâm lỗ.
Để hạn chế 6 bậc tự do trong hệ thống, chúng ta sử dụng cơ cấu như sau: mặt đầu hạn chế 3 bậc tự do, chốt trụ ngắn hạn chế 2 bậc tự do và chốt chám hạn chế 1 bậc tự do để chống xoay.
Hình 3.9 Sơ đồ gá đặt phay vấu đầu nhỏ b) Kẹp chặt
Sử dụng cơ cấu đòn kẹp với phương lực kẹp vuông góc giúp đảm bảo kích thước thực hiện chính xác Bên cạnh đó, việc tích hợp cơ cấu so dao cho phép điều chỉnh máy để đạt được kích thước theo yêu cầu.
Máy phay nằm đứng vạn năng 6H12 Công suất của máy Nm = 10kW d) Chọn dao
Dao phay ngón được trang bị mảnh hợp kim cứng với các kích thước cụ thể: đường kính d = 40 mm, chiều dài L = 221 mm, chiều dài cắt l = 63 mm và số răng Z = 6 Tham khảo bảng 4-69 trong Sổ tay Công nghệ chế tạo máy tập 2 để biết thêm chi tiết về lượng dư gia công.
Phay 1 lần với lượng dư phay thô Z b = 3 mm f) Chế độ cắt
Xác định chế độ cắt Chiều sâu cắt t = 3 mm, lượng chạy dao S = 0.1 – 0.18mm/răng, tốc độ cắt V = 172(hoặc 181) m/phút Bảng [5-160] và [5-161]
Tính lượng dư cho bề mặt 50 +0,037
Tính lượng dư của bề mặt 50 +0,037 Độ chính xác của phôi dập cấp , trọng phôi: 1 kg vật liệu phôi: thép 45
Quy trình công nghệ bao gồm hai bước chính: khoét và doa Trong đó, chi tiết được định vị tại mặt phẳng đầu để hạn chế ba bậc tự do, đồng thời chốt trụ ngắn được sử dụng ở lỗ.
30 +0,033 (hạn chế 2 bậc tự do), khối V tuỳ động định vị vào đường kính ngoài của đầu biên lớn (hạn chế 1 bậc tự do)
Công thức tính lượng dư cho bề mặt trụ trong đối xứng 50 +0,037 :
RZa : Chiều cao nhấp nhô tế vi do bước công nghệ sát trước để lại
Ta : Chiều sâu lớp hư hỏng bề mặt do bước công nghệ sát trước để lại
a : Sai lệch về vị trí không gian do bước công nghệ sát trước để lại (độ cong vênh, độ lệch tâm, độ không song song …)
b : Sai số gá đặt chi tiết ở bước công nghệ đang thực hiện
Theo bảng [10] – Thiết kế Đồ án công nghệ chế tạo máy, ta có:
Sai lệch vị trí không gian tổng cộng được xác định theo công thức sau:
(3-8) Giá trị cong vênh c của lỗ được tính theo cả hai phương hướng kính và hướng trục:
+ k lấy theo bảng [15] –Sổ tay Công nghệ chế tạo máy
+ l,d - chiều dài và đường kính lỗ
Giá trị cm (Độ xê dịch phôi dập ) được tra theo bảng [3.77] – Sổ tay Công nghệ chế tạo máy tập 1, cm = 0.3 mm = 300m
Sai lệch không gian còn lại sau khi khoét là:
1 = k.a (3-10) đối với gia công lỗ thì k = 0,05, đối với gia công thô( hệ số chính xác hoá)
Sai số gá đặt chi tiết b trong bước nguyên công hiện tại được xác định bằng tổng véctơ sai số chuẩn c và sai số kẹp chặt, trong trường hợp không tính đến sai số đồ gá.
c : sai số chuẩn(khi gốc kích thước không trùng với chuẩn định vị)
c = 0.2 + 2.e (chọn e = 0- không tồn tại độ lệch tâm) c = 0,2
k: sại số kẹp chặt (Bảng 24) k = 80 m
Bây giờ ta có thể xác định lượng dư nhỏ nhất theo công thức:
Lượng dư nhỏ nhất của khoét (gia công thô):
Tính lượng dư cho bước gia công tinh( doa):
(sau khi khoét thô đạt cấp chính xác 3 – theo Bảng 13 )
Ta có thể lập được bảng tính toán lượng dư như sau:
Bước R Za T i a b Z mt dt D min D max 2Z min 2Z max
Kiểm tra: T ph – T ch = 2000 – 25 = 1975 = 3671 – 1696 = 2Z bmax – 2Z bmin
Tính chế độ cắt cho nguyên công phay mặt đầu
Nguyên công tính chế độ cắt(trùng nguyên công thiết kế đồ gá):
Nguyên công 1 – Phay mặt đầu để đạt kích thước 29 0,1 và cấp nhẵn bóng Ra
Máy phay nằm vạn năng với công suất động cơ 7kW được sử dụng để phay với độ chính xác 1,25 m Quy trình phay diễn ra bằng hai dao phay đĩa ba mặt răng, được gắn mảnh thép gió, với các kích thước theo bảng 4-84 trong Sổ tay Công nghệ chế tạo máy tập 2.
D = 250 mm, d P mm, B = 18 mm, số răng Z = 26 răng
- Tốc độ cắt V(m/ph) Tốc độ cắt được tính theo công thức:
C v , m, x, y, u, q và p: hệ số và các số mũ cho trong bảng [5-39]- Sổ tay
T : chu kỳ bền của dao cho trong bảng [5-40]- Sổ tay CNCTM tập 2
Thời gian cắt T được xác định là 240 phút, với hệ số hiệu chỉnh chung k v phụ thuộc vào các điều kiện cắt cụ thể, được tính bằng công thức k v = k mv k nv k uv = 1,22.0,8.1 = 0,976 Trong đó, k mv là hệ số liên quan đến chất lượng của vật liệu gia công, được tham khảo từ bảng (5-1) đến (5-4) trong Sổ tay CNCTM tập 2.
Giới hạn bền của vật liệu được xác định là 600 Mpa, với hệ số điều chỉnh kn bằng 1, tùy thuộc vào nhóm thép theo tính gia công Số mũ nv được lấy từ bảng [5-2] trong Sổ tay CNCTM tập 2, có giá trị là 0.9 Hệ số k nv phụ thuộc vào trạng thái bề mặt của phôi, được cung cấp trong bảng [5-].
5] Sổ tay CNCTM tập 2, knv = 0,8 kuv- hệ số phụ thuộc vào vật liệu của dụng cụ cắt cho trong bảng [5-6]
Sổ tay CNCTM tập 2, knv = 1
Lực cắt được tính theo công thức:
Z – số răng dao phay, Z & răng;
N – số vòng quay của dao:
C p - và các số mũ – cho trong bảng [5 – 41] Sổ tay CNCTM tập 2:
Cp = 68.2, x = 0.86, y = 0.72, u = 1.0, q = 0.86, w = 0 k mp – hệ số điều chỉnh cho chất lượng của vật liệu gia công đối với thép và gang cho trong bảng [5-9] Sổ tay CNCTM tập 2: kmp n
Giá trị của các lực cắt thành phần bao gồm lực ngang P h, lực thẳng đứng P v, lực hướng kính Py, và lực hướng trục Px được xác định dựa trên mối quan hệ cắt chính theo bảng [5-42].
- Mômen xoắn M x [Nm], để tính trục dao theo uốn:
(3-19)Công suất cắt Ne [kw]
Tính thời gian gia công cơ bản cho tất cả các nguyên công
Trong sản xuất hàng loạt và sản xuất hàng khối thời gian nguyên công được xác định theo công thức sau đây:
Ttc = To + Tp + Tpv + Ttn (3-20)
Ttc - Thời gian từng chiếc (thời gian nguyên công)
Thời gian cơ bản là khoảng thời gian cần thiết để thay đổi trực tiếp hình dạng, kích thước và tính chất cơ lý của chi tiết Thời gian này có thể được thực hiện bằng máy hoặc bằng tay, và mỗi trường hợp gia công cụ thể sẽ có công thức tính toán tương ứng.
Thời gian phụ (Tp) là khoảng thời gian cần thiết cho các công việc như gá, tháo chi tiết, mở máy, chọn chế độ cắt, dịch chuyển ụ dao và bàn máy, cùng với việc kiểm tra kích thước của chi tiết Để xác định thời gian nguyên công, có thể ước tính Tp gần đúng là 10% của thời gian chính (To).
Thời gian phục vụ chỗ làm việc (Tpv) bao gồm thời gian phục vụ kỹ thuật (Tpvkt) và thời gian phục vụ tổ chức (Tpvtc) Cụ thể, Tpvkt chiếm 8% tổng thời gian (To) và liên quan đến các hoạt động như thay đổi dụng cụ, mài dao, sửa đá, và điều chỉnh máy Trong khi đó, Tpvtc chiếm 3% To, bao gồm các công việc như tra dầu cho máy, thu dọn chỗ làm việc và bàn giao ca kíp.
Ttn – Thời gian nghỉ ngơi tự nhiên của công nhân (Ttn = 5%To)
Xác định thời gian cơ bản theo công thức sau đây:
L – Chiều dài bề mặt gia công (mm)
L1 – Chiều dài ăn dao (mm)
L 2 – Chiều dài thoát dao (mm)
S – Lượng chạy dao vòng(mm/vòng) n – Số vòng quay hoặc hành trình kép trong 1 phút
3.8.1 Thời gian cơ bản của nguyên công 1: Phay mặt đầu bằng 2 dao phay đĩa
3.8.2 Thời gian cơ bản của nguyên công 2: Khoét – Doa – Vát mép lỗ 30
3.8.3 Thời gian cơ bản của nguyên công 3: Khoét - Doa - Vát mép lỗ 50
3.8.4 Thời gian cơ bản của nguyên công 4: Phay vấu đầu nhỏ
3.8.5 Thời gian cơ bản của nguyên công 5: Khoan lỗ dầu đầu nhỏ
- Khoan lỗ dầu 6, không thông suốt:
3.8.6 Thời gian cơ bản của nguyên công 6: Phay vấu đầu to
3.8.7 Thời gian cơ bản của nguyên công 7: Khoan lỗ dầu đầu to
- Khoan lỗ dầu 6, không thông suốt:
3.8.8 Thời gian cơ bản của nguyên công 8: Phay hạ bậc
Vậy thời gian cơ bản để gia công chi tiết là:
Thiết kế một đồ gá gia công
Khi thiết kế đồ gá, cần tuân thủ các bước quan trọng Đầu tiên, xác định kích thước bàn máy là 320x1250 mm và khoảng cách từ bàn máy đến trục chính để có số liệu chính xác cho kích thước đồ gá Tiếp theo, cần xác định phương pháp định vị phù hợp.
Để đảm bảo độ song song và đối xứng của mặt đầu tay biên qua mặt phẳng đối xứng, cần sử dụng cơ cấu kẹp tự định tâm nhằm hạn chế cả 6 bậc tự do Má kẹp với khía nhám sẽ định vị vào hai mặt phẳng của thân tay biên, vì đây là chuẩn thô Việc chọn kết cấu đồ định vị cũng rất quan trọng trong quá trình này.
Khi gia công phôi cụ thể, cần xác định kích thước thực của bề mặt chuẩn để lựa chọn kết cấu đồ định vị hợp lý Định vị vào thân tay biên với kích thước thô khoảng 105x35 mm, ta nên chọn miếng kẹp của Êtô (phiến kẹp có khía nhám) với kích thước B phù hợp.
Chi tiết có kích thước dưới 105 mm và trên 35 mm Đường bao của chi tiết trong thiết kế đồ gá được thể hiện bằng nét chấm gạch Số lượng hình chiếu (hai hoặc ba) phụ thuộc vào độ phức tạp của đồ gá Hình chiếu đầu tiên cần thể hiện đúng vị trí gia công trên máy.
Hình 3.20 Sơ đồ đường bao chi tiết e) Xác định phương, chiều và điểm đặt của lực cắt, lực kẹp
Lực kẹp vuông góc với thân tay biên có hướng từ hai phía cùng tiến vào tự định tâm, với điểm đặt lực kẹp chọn vào giữa phiến kẹp Cần xác định vị trí và vẽ kết cấu của đồ định vị, đảm bảo rằng lực cắt và lực kẹp hướng vào đồ định vị vuông góc với chúng.
Hình 3.21 Sơ đồ vị trí lực kẹp g) Tính lực kẹp cần thiết
Khi phay, lực kẹp cần thiết để giữ chặt chi tiết lớn hơn khi phay đầu nhỏ, do đó, chỉ cần tính toán lực kẹp cho đầu phay lớn.
Khi gia công bằng hai loại dao phay, lực cắt có thể xác định cho một dao và sau đó nhân đôi để có lực cắt cho dao còn lại Dựa vào sơ đồ cắt, ta có thể nhận biết xu hướng xoay của chi tiết quanh chốt tỳ cố định trong quá trình gia công.
Pc : Lực cắt theo phương thẳng đứng đã xác định ở mục 7,
Pc = Pz = 3192,3 N l1 : Khoảng cách từ điểm đặt lực tới tâm của tâm chốt tỳ theo phương ngang, l1 = 32 mm
P x : Lực cắt theo phương ngang đã xác định ở mục 7, P x = 1296,15 N l2 : Khoảng cách từ điểm đặt lực tới tâm của tâm chốt tỳ theo phương đứng, l2 = 15 mm
Lực kẹp P k cần được xác định dựa trên hệ số ma sát f giữa mặt chuẩn và đồ định vị, với giá trị f trong khoảng 0,2 đến 0,3 Khoảng cách từ tâm phiến kẹp tới chốt tỳ cố định là 50,5 mm.
Nếu thêm hệ số K ta có:
K : Các hệ số phụ thuộc
K 0 : Hệ số an toàn trong mọi trường hợp K 0 = 1,52;
K 1 : Hệ số kể đến lượng dư không đều trong trường hợp gia công thô
K 2 : Hệ số kể đến dao cùn làm tăng lực cắt, K 2 = 11,9
K3 : Hệ số kể đến vì cắt không liên tục làm tăng lực cắt, K3 = 1;
K4 : Hệ số kể đến nguồn sinh lực không ổn định khi kẹp bằng tay,
K5 : Hệ số kể đến vị trí của tay quay của cơ cấu kẹp có thuận tiện không, khi kẹp chặt bằng tay góc quay < 90 o , K 5 = 1
K6 : Hệ số kể đến mômen lật phôi quay điểm tựa, khi định vị trên các phiến tỳ , K6 = 1,5;
= 43488,6 N (3-29) h) Chọn cơ cấu kẹp chặt
Cơ cấu kẹp được lựa chọn dựa trên loại đồ gá, có thể là một vị trí hoặc nhiều vị trí, và phụ thuộc vào sản lượng chi tiết cũng như trị số lực kẹp Trong trường hợp này, chúng ta chọn cơ cấu kẹp Êtô (kẹp bằng ren) Để hoàn thiện, cần vẽ cơ cấu dẫn hướng và so dao, cùng với các chi tiết phụ của đồ gá.
Các chi tiết phụ của đồ gá bao gồm vít, lò xo, đai ốc và các bộ phận khác như cơ cấu phân độ Cần thực hiện vẽ thân đồ gá và tạo ra 3 hình chiếu của đồ gá, đồng thời xác định đúng vị trí của tất cả các chi tiết trong đồ gá.
Khi gia công và lắp ráp, cần chú ý đến tính công nghệ, phương pháp gá và tháo chi tiết, cũng như phương pháp thoát khi gia công Đồng thời, cần vẽ các phần cắt trích cần thiết của đồ gá, lập bảng kê khai các chi tiết của đồ gá và tính sai số chế tạo cho phép của đồ gá.
Các thành phần của sai số gá đặt
Khi thiết kế đồ gá cần chú ý một số điểm sau đây:
Sai số của đồ gá không chỉ ảnh hưởng đến sai số kích thước gia công mà còn chủ yếu tác động đến sai số vị trí tương quan giữa bề mặt gia công và bề mặt chuẩn.
Nếu chi tiết được gia công bằng dao định hình và dao định kích thước, thì sai số của đồ gá sẽ không ảnh hưởng đến kích thước và sai số hình dáng của bề mặt gia công.
Khi gia công bằng phiến dẫn dụng cụ, sai số đồ gá có tác động đáng kể đến khoảng cách giữa các tâm lỗ gia công và khoảng cách từ mặt định vị đến tâm lỗ.
- Sai số của đồ gá phân độ ảnh hưởng đến sai số của bề mặt gia công
Khi thực hiện phay, bào, chuốt trên các đồ gá nhiều vị trí, độ chính xác kích thước và vị trí giữa các bề mặt gia công sẽ bị ảnh hưởng bởi sự tương quan giữa các chi tiết định vị của đồ gá.
Kết luận
Sau một thời gian thực hiện đề tài với sự hỗ trợ và hướng dẫn tận tình từ thầy Lê Văn Thái cùng các giảng viên trong bộ môn kỹ thuật cơ khí, tôi đã hoàn thành khóa luận tốt nghiệp mang tên: “Thiết kế và xây dựng quy trình công nghệ chế tạo tay biên của động cơ D12 tại công ty máy kéo và máy nông nghiệp.”
Trong quá trình thực hiện khóa luận, tôi đã giải quyết các vấn đề cơ bản trong phạm vi nghiên cứu, đáp ứng đầy đủ yêu cầu và mục đích của đề tài.
- Khái quát được cấu tạo, điều kiện làm việc của chi tiết tay biên
- Tính toán, thiết kế được chi tiết tay biên cho động cơ D12
- Xây dựng được quy trình công nghệ chế tạo tay biên
Trong quá trình thực hiện khóa luận, tôi đã nỗ lực hết mình, nhưng do hạn chế về trình độ và thời gian, không thể tránh khỏi một số sai sót Tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ thầy cô và các bạn đồng nghiệp để có thể hoàn thiện khóa luận tốt hơn.
Kiến nghị 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO
Thời gian và phạm vi nghiên cứu của đề tài còn hạn chế, do đó cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về thiết kế tay biên và các chi tiết khác của động cơ để nâng cao hiệu quả và tính chính xác trong tính toán.
1.Trần Thanh Hải Tùng (2007), "Tính toán thiết kế động cơ đốt trong" Giáo trình trường đại học Bách khoa Đà Nẵng- Khoa cơ khí giao thông
2.Nguyễn Văn Trạng (2006), " Động cơ đốt trong 2" Giáo trình trường sư phạm kỹ thuật TP.Hồ Chí Minh- Khoa cơ khí động lực
3 Hồ Tuấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến (1971),
" Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong" Nhà xuất bản đại học và trung học chuyên nghiệp
4 Trần Văn Địch (2008), " Thiết kế đồ án công nghệ chế tạo máy" Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật
5 Nguyễn Đắc Lộc," Sổ tay công nghệ chế tạo máy 123" Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật
LỜI CẢM ƠN ĐẶT VẤN ĐỀ 1
Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3
1.1 Giới thiệu chung về Công ty máy kéo và máy nông nghiệp 3
1.1.1 Quá trình hình thành và phát triển 3
1.1.2 Đặc điểm của hoạt động sản xuất kinh doanh 4
1.2 Mục tiêu của khóa luận 7
1.4 Nội dung của khóa luận 8
1.4.1 Thiết kế tay biên của động cơ D12 8
1.4.2 Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo tay biên của động cơ D12 8
Chương 2: THIẾT KẾ TAY BIÊN CỦA ĐỘNG CƠ D12 9
2.1 Cấu tạo chung và điều kiện làm việc của tay biên 9
2.1.1 Cấu tạo chung của tay biên 9
2.1.2 Điều kiện làm việc của tay biên 11
2.2 Phân tích lực tác dụng lên cơ cấu biên tay quay 11
2.3 Tính toán thiết kế tay biên động cơ D12 12
2.3.1 Tính sức bền đầu nhỏ tay biên 12
2.3.2 Tính sức bền của thân thanh truyền 21
2.3.3 Tính sức bền của đầu to thanh truyền 25
Chương 3: XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TAY BIÊN CỦA ĐỘNG CƠ D12 28
3.1 Phân tích chức năng làm việc của tay biên 28
3.2 Phân tích tính công nghệ trong kết cấu của tay biên 28
3.3 Xác định dạng sản xuất 30
3.4 Chọn phương pháp chế tạo phôi 30
3.4.1 Phôi ban đầu để rèn và dập nóng 30