thiết kế máy uốn ống

Một trong những ngành phát triển mạnh mẽ đó là ngành cơ khi nói chung và chếtạo máy nói riêng.Từ khi mới thành lập đến nay ngành chế tạo máy phần nào tạo ranhững sản phẩm có chất lượng t

TỔNG QUAN VỀ MÁY UỐN ỐNG

Tình hình và xu hướng phát triển kỹ thuật sản xuất thép uốn

1.1.1 Tầm quan trọng của sắt thép

Sắt là tên một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu là Fe và số hiệu nguyên tử bằng 26 Nằm ở phân nhóm VIII B chu kỳ 4 Sắt là nguyên tố có nhiều trên Trái Đất, là cấu thành lớp vỏ ngoài và trong của lõi Trái Đất Sắt là kim loại phổ biến nhất, và người ta cho rằng nó là nguyên tố phổ biến thứ 10 trong vũ trụ.

Thép là hợp kim với thành phần chính là sắt (Fe) và cacbon (C), lượng cacbon từ 0,02% đến 2,14% theo trọng lượng, và một số nguyên tố hóa học khác Chúng làm tăng độ cứng, hạn chế sự di chuyển của nguyên tử sắt trong cấu trúc tinh thể dưới tác động của nhiều nguyên nhân khác nhau.

Từ xa xưa, loài người đã biết sử dụng đồ đồng, đồ sắt để làm công cụ lao động, dụng cụ sản xuất, đồ dùng gia đình, đồ trang sức và còn để chế tạo vũ khí chiến tranh.

Ngày nay, sắt thép là một loại vật liệu quan trọng không thể thiếu, chúng ta có thể dễ dàng tìm thấy chúng có mặt ở khắp mọi nơi, từ công trình xây dựng, trường học, bệnh xá, trung tâm thương mại, siêu thị… cho tới các thiết bị công nghiệp như máy móc, xe tăng, vũ khí chiến tranh, dây chuyền sản xuất… và các đồ dùng trong gia đình.

Hình 1.1 Vũ khí và công cụ lao động của người Ai Cập cổ

Có thể nói, sắt thép xây dựng được Việt Nam cũng như các quốc gia và các nước phát triển mạnh coi là nghành kinh tế mũi nhọn hàng đầu và được chú trọng đầu tư một cách mạnh mẽ Trong những năm gần đây, Việt nam đã gia nhập vào Tổ chức thương mại thế giới (WTO), mở ra một cánh cửa mới cho nghành sắt thép và thúc đẩy nghành sắt thép phát triển Thông qua đó, làm cho giá thép xây dựng cạnh tranh cao hơn so với nguồn hàng nhập khẩu, các doanh nghiệp sắt thép trong nước phải đối mặt với sự cạnh tranh giữa các sản phẩm từ nước ngoài làm ảnh hưởng đến quá trình sản xuất sắt thép ở trong nước Vì vậy, việc năng cao chất lượng sản phẩm và tạo ra nhiều mẫu mã, kết cấu đa dạng là vấn đề chúng ta cần đẩy mạnh phát triển.

1.1.2 Tình hình phát triển kỹ thuật sản xuất thép uốn

Những ứng dụng của thép uốn đã có từ thế kỷ 18 Ở nước Nga, thép uốn đã được sử dụng lần đầu vào năm 1838 trong công trình sữa chữa cải tạo cung điện mùa đông sau trận cháy lớn Còn ở nước Mỹ, năm 1855, để xây dựng nhà công vụ ở New York, đã sử dụng thép uốn chữ U với chiều dày từ 1,6 đến 3,5 mm liên kết bulông Khi đó, quá trình uốn được thực hiện trên máy ép có năng suất thấp.

Cùng với sự phát triển của các nghành công nghiệp và dân dụng, đặc biệt là nghành công nghiệp xây dựng, chế tạo máy nói chung và chế tạo máy nông nghiệp, đóng toa xe lửa nói riêng đã đòi hỏi sự phát triển các phương pháp sản xuất thép uốn khác hiệu quả hơn Để đáp ứng nhu cầu trong sử dụng thép uốn, đầu thế kỉ XX, phương pháp uốn trên máy ép được thay thế bằng phương pháp uốn liên tục Hệ máy uốn có năng suất cao hơn, chất lượng sản phẩm tốt hơn và hạ được giá thành Năm 1910, Mỹ là quốc gia đầu tiên đã xây dựng các dây chuyền uốn có năng suất cao, đáp ứng được các nhu cầu trên Còn ở Châu Âu, các dây chuyền uốn tương tự được xây lắp muộn hơn Cho đến thời điểm hiện tại, hầu hết các nước có nền kinh tế phát triển, đều sản xuất thép uốn.

Thép uốn có hành loạt ưu điểm so với thép hình cán nóng Ưu thế nổi trội hơn cả là thép uốn có biên dạng phức tạp, thành mỏng và độ bền cao, giá thành sản xuất thấp, khả năng sử dụng thép uốn rộng rãi trong nhiều nghành công nghiệp và xây dựng.

Công nghiệp sản xuất thép uốn phát triển mạnh trong chiến tranh thế giới thứ 2 và những năm kế tiếp, sự phát triển của thép uốn ở các nước thành viên Hiệp hội kim loại quốc tế liên kết chặt chẽ với sự phát triển của công nghiệp quốc phòng, công

8 nghiệp chế tạo máy và xây dựng, do việc sử dụng thép uốn trong các kết cấu và các máy móc cho phép đạt hiệu quả kinh tế cao hơn Các hãng cực lớn của Mỹ có sản xuất thép uốn bao gồm: “Joder”, “Alside”, “Inland Steel Products Company”, “Fenestra Incorporated”, “Steelcraft Manufacturing Company”…

Công suất các dây chuyền uốn ở Liên Bang Nga tại các nhà máy cơ khí và công nghiệp xây dựng lớn hơn công suất các dây chuyền uốn trong các liên hợp luyện kim. Ở Nga, có tất cả 90 dây chuyền uốn có khả năng sản xuất hơn 350 loại sản phẩm khác nhau.

Từ hoạt động của các dây chuyền uốn đang hoạt động trong các liên hiệp chế tạo máy và xây dựng, cho phép rút ra kết luận sau: sự phát triển và phát triển sản xuất các loại thép uốn đã có ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của nền kinh tế quốc dân nói chung.

Sự phát triển của nghành sản xuất thép uốn, không những chỉ thể hiện trong tổng sản lượng, mà còn thể hiện trong cả sự năng cao về chất lượng, chủng loại, kích cỡ và hình dạng thép uốn Sản lượng hình uốn hợp kim, trong đó có cả hợp kim không gỉ, chịu nhiệt cao, độ bền cao… không ngừng được nâng cao Các cỡ kích thước thép uốn được mở rộng Hình dạng tiết diện ngang và tiết diện dọc của thép uốn ngày càng phức tạp. Đặc điểm nổi bật của nền sản xuất thép uốn trên thế giới là phát triển với tốc độ lớn nhất so với các nghành luyện kim khác Đó là quy luật chung của các nước phát triển như Mỹ, Anh, Pháp, Đức: từ năm 1939 đến năm 1959 tổng sản lượng thép uốn tăng từ 1,8 đến 5,0 lần Ở Liên Bang Nga, ưu thế phát triển của thép uốn còn rõ rệt hơn nhiều: từ năm 1928 đến năm 1966 tổng sản lượng thép cán, thép và gang tăng 21 đến 22 lần, còn sản lượng thép uốn tăng 50 lần.

1.1.3 Xu hướng phát triển kỹ thuật sản xuất thép uốn

Xu hướng phát triển của thép uốn hiện nay và trong giai đoạn tiếp theo tập trung vào các nội dung sau:

Nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị, phát triển các xưởng sản xuất thép uốn, từng bước cải tạo nâng cấp chúng.

Mở rộng quy mô sản xuất, tăng độ bền sản phẩm.

Xây dựng dây chuyền chuyên môn sản xuất từng chủng loại thép uốn hoàn chỉnh như các chi tiết máy, dải phân cách, cánh tản nhiệt, các loại kết cấu xây dựng công nghiệp và dân dụng, các loại ống dẫn…

Chuyên sâu, mở rộng chuyên môn hóa và hợp tác với các xí nghiệp sản xuất có tiềm năng nhằm phục vụ nhu cầu chung của các nước trong khu vực và thế giới.

Giới thiệu về các sản phẩm từ thép uốn

1.2.1 Các sản phẩm thép uốn dùng trong công nghiệp

Trong sản xuất hiện nay, các sản phẩm thép uốn được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các ngành nghề, lĩnh vực Đặc biệt ở lĩnh vực công nghiệp và khai thác, các đường ống dẫn dầu, ống dẫn gas, ống dẫn nước, dẫn hóa chất, dẫn dung dịch và dẫn khoáng sản… được phát triển rất mạnh mẽ vì chúng được lắp đặt dễ dàng, tiết kiệm thời gian,chi phí và ít tổn thất hơn tất cả các phương thức vận chuyển khác.

Hình 1.2 (a)- Hệ thống đường ống tại nhà máy Dệt nhuộm Hưng Yên;

(b) - Hệ thống đường ống dẫn khí đốt

Hình 1.3 Hệ thống đường ống hút bụi cho dây chuyền sản xuất ván

Ngoài ra, trong lĩnh vực xây dựng, sản phẩm thép uốn rất được ưa chuộng do yêu cầu kết cấu phức tạp, khả năng làm việc lâu dài, khả năng chịu tải lớn, độ bền cao, đồng thời cũng đảm bảo được tính thẩm mỹ, kinh tế.

1.2.2 Các sản phẩm thép uốn dùng trong sinh hoạt

Trong sinh hoạt sản phẩm, thép uống cũng không thể thiếu ở bất kỳ nơi đâu Do nhu cầu sử dụng và phục vụ cuộc sống của con người ngày càng cao đòi hỏi các mặt hang không những đảm bảo về chất lượng (độ bền, độ chịu nhiệt, độ tin cậy…) mà còn mang tính thẩm mỹ cao và khả năng kinh tế.

Hình 1.5 (a)-Bàn ghế Inox; (b)-Lan can cầu thang

Ngoài ra còn có các sản phẩm ống uốn phục vụ nhu cầu giải trí, công cộng, sản phẩm được thể hiện như hình 1.6.

Hình 1.6 (a)-Máy tập thể dục (b)-cầu trượt ở công viên

Tình hình sử dụng máy uốn thép hiện tại

Nhận thức rõ lợi thế, tầm quan trọng và giá trị kinh tế của các sản phẩm thép uốn,nên việc đẩy mạnh phát triển các máy móc uốn ống rất được quan tâm Từ những sản phẩm đơn giản, giá thành thấp, dễ chế tạo cho đến các loại máy móc công nghiệp hiện đại ứng dụng điều khiển số NC hoặc CNC trong gia công, nhằm đạt được năng suất cao, độ chính xác cao và giá trị kinh tế rất lớn

Hình 1.7 Cơ cấu uốn ống thủ công

Trong hình 1.7 là cơ cấu uốn ống thủ công hoàn toàn, kết cấu nhỏ gọn, dễ chế tạo, phí đầu tư ban đầu thấp, thích hợp cho việc sản xuất các sản phẩm đơn chiếc trong các xưởng thủ công mỹ nghệ, các cơ sở gia đình Nhưng, cơ cấu này chỉ uốn được các sản phẩm nhỏ, đơn giản, kém chính xác, giá trị thấp…

Hình 1.8 Máy uốn ống thủy lực dùng tay

Trên hình 1.8 là dòng máy uốn ống thủy lực dùng tay loại nhỏ phùhợp các loại ống có kích thước nhỏ và mỏng cũng như độ dày vừa phải Máy được thiết kế khá nhỏ gọn, đơn giản, dễ thao tác, vận hành Máy uốn có khuôn uốn nhiều kích cỡ cho phép thay đổi đường kính ống uốn một cách dễ dàng, thuận tiện Đây là loại máy theo nguyên lý uốn góc không liên tục nên bề mặt tại chỗ uốn dễ dàng biến dạng, méo mó.

Máy này phù hợp cho các cơ sở sản xuất nhỏ.

Hình 1.9 Máy uốn ống 3 trục

Trên hình 1.9 là dòng máy uốn ống 3 trục sử dụng động cơ điện thủy lực,Máy uốn này hoạt động nhờ vào hệ thống pittông xylanh đẩy làm thay đổi độ cong của ống uốn Do đó, việc sử dụng tương đối đơn giản nhờ sự di chuyển tịnh tiến của xylanh kết với các khuôn có sẵn sẽ làm cho ống thép uốn cong theo ý muốn Hệ thống khuôn thông minh phù hợp với nhiều loại ống có kích thước khác nhau mà khi uốn sẽ tạo nên những đường cong không bị móp méo Máy đạt năng suất tương đối cao, phù hợp với các xưởng gia công vừa và lớn.

Hình 1.10 Máy uốn CNC Elip E-63 2A 1-S của Tập đoàn sản xuất Elip

Máy uốn CNC Elip E-63 2A 1-S của Tập đoàn sản xuất Elip là máy uốn ống sử dụng hệ thống điều khiển số CNC được điều khiển hoàn toàn tự động thông qua máy tính, có trục cấp phôi và trục truyền dẫn được điều khiển bởi động cơ servo, đảm bảo tính chính xác cao và ổn định tốt, tốc độ gia công nhanh, máy chạy ổn định không rung lắc, chất lượng sản phẩm uốn có độ chuẩn xác cao hơn, đạt năng suất cao, giá trị sản phẩm cao Ở nước ta máy này được dùng chủ yếu trong nghành công nghiệp đóng tàu.

Phù hợp với các cơ sở sản xuất hàng loạt và hàng khối.

Các thông số phôi thép

Bảng quy chuẩn trọng lượng ống tròn theo TCVN 2056 – 77 về ống thép không hàn kéo nguội và cán nóng Các kích cỡ, thông số, kích thước do Ủy ban Khoa học vàKỹ thuật Nhà nước ban hành ngày 27/12/1977.

Bảng 1.1 Bảng quy chuẩn trọng lượng ống tròn theo TCVN 2056

CÔNG NGHỆ UỐN VÀ THIẾT BỊ UỐN

Công nghệ uốn

CÔNG NGHỆ UỐN VÀ THIẾT BỊ UỐN

Uốn là một trong những nguyên công thường gặp nhất trong dập nguội Uốn là quá trình gia công kim loại bằng cách sử dụng áp lực để tác động vào phôi nhằm làm biến dạng dẻo phôi để tạo thành chi tiết có hình dạng cong đều hay gấp khúc,…[1]

Quá trình công nghệ cơ bản của uốn là dựa trên cơ sở biến dạng uốn dẻo ngang hoặc dọc nhờ khuôn, con lăn hoặc trục cán Ngoài ra, còn có uốn tự do hoặc uốn theo dưỡng Sau này người ta ứng dụng uốn có kéo, uốn có nén trong một vài loại máy hiện đại.

Hình 2.1 Thứ tự quá trình uốn gấp tạo thành góc 90°

1 Cối.; 2 Chày; 3 Chi tiết gia công

Hình 2.1 giới thiệu quá trình uốn chi tiết hình chữ V Đầu tiên, chày chỉ tiếp xúc với phôi tại điểm đầu chày Trong quá trình chày đi xuống sẽ uốn cong phôi và thu nhỏ dần bán kính uốn Cuối cùng, phôi bị ép chặt giữa chày và cối, 2 cạnh chữ V được nắn thẳng và phần đỉnh có bán kính uốn nhỏ nhất theo đầu chày Vì lực uốn tác dụng chủ yếu ở đầu chày nên quá trình biến dạng dẻo cũng xảy ra chính ở đó Bởi vậy, sau khi khử bỏ lực tác dụng thì vật liệu còn có khả năng đàn hồi trở lại, biểu hiện ở góc đàn hồi sau khi uốn. Đặc điểm của quá trình uốn là dưới tác dụng của chày và cối, phôi được biến dạng dẻo từng vùng để tạo thành hình dáng cần thiết.

2.1.2 Quá trình biến dạng kim loại

Cơ tính của vật liệu được xác định bằng các phương pháp thử khác nhau, tùy thuộc vào bản chất của tải và môi trường đặt tải Thực tế, chi tiết chịu tải trọng phức tạp với ứng suất 3 chiều Tuy nhiên, phương pháp thử đơn giản và thông dụng để phản ánh được các đặc trưng cơ tính của vật liệu là thử kéo Trong đó, mẫu thử được kéo một chiều, đúng tâm với tải trọng tăng dần cho tới khi bị đứt. Để thử, người ta tác động lên mẫu thử có tiết diện F0, chiều dài l0 một lực kéo P, sau đó lập quan hệ giữa lực kéo P và độ dãn dài (∆𝑙 = 𝑙 − 𝑙0) Ta được biểu đồ kéo có dạng như hình 2.2, chúng gồm 3 giai đoạn nối tiếp nhau như sau:

Hình 2.2 Biểu đồ quan hệ giữa lực kéo P và độ dãn dài l

Ban đầu, khi tải trọng tăng, độ dãn dài tăng theo quy luật hàm bậc nhất và chậm (đoạn OA) Sau khi loại bỏ tải trọng, kích thước mẫu lại trở về vị trí ban đầu Giai đoạn này gọi là biến dạng đàn hồi.

Khi tải trọng vượt quá giá trị nhất định (điểm A), biến dạng tăng nhanh, nếu bỏ tải trọng, kích thước mẫu l dài hơn trị số ban dầu l0 Giai đoạn này gọi là biến dạng dẻo đi kèm biến dạng đàn hồi (ví dụ: điểm K trên biểu đồ).

Khi tải trọng đạt giá trị lớn nhất (điểm C), trên vùng nào đó của mẫu xuất hiện biến dạng tập trung, tiết diện mẫu giảm nhanh (hình thành cổ thắt) tại đó vết nứt xuất hiện, kích thước vết nứt tăng nhanh và cuối cùng gây ra phá hủy mẫu (điểm D) Đó gọi là giai đoạn phá hủy.

Trong quá trình uốn, các lớp kim loại phía trong góc uốn (phía chày) bị nén ở hướng dọc và bị kéo ở hướng ngang Giữa các lớp co ngắn và giãn dài là lớp trung hòa Độ dài của lớp trung hòa bằng độ dài ban đầu của phôi.

Hình 2.3 Sự phân bố lại tiết diện

Như vậy, có thể thấy lớp trung hoà không phải là một lớp mang tính chất vật lý nào đó có thể thấy được mà nó là một mặt cong quy ước chạy qua các lớp phôi khác nhau.

Khi uốn những phôi có dải hẹp, thường xảy ra sai lệch rất lớn của tiết diện ngang, kèm theo sự giảm chiều dày của vật liệu ở chỗ uốn, sự dịch chuyển của lớp trung hoà về phía thớ bị nén và sự thay đổi hình dạng chữ nhật của tiết diện ngang thành dạng hình thang.

Khi uốn những dải rộng hoặc tấm cũng xảy ra sự biến mỏng của vật liệu nhưng hầu như không có sự sai lệch của tiết diện ngang, bởi vì vật liệu có chiều rộng lớn sẽ cản trở sự biến dạng theo phương ngang.

2.1.4 Xác định chiều dài phôi

Xác định chiều dài phôi đảm bảo kích thước của chi tiết sau khi uốn phải:

+ Xác định vị trí lớp trung hòa, chiều dài lớp trung hòa ở vùng biến dạng.

+ Chia kết cấu của chi tiết uốn thành những đoạn thẳng và cong đơn giản.

+ Cộng chiều dài của các đoạn lại với nhau: chiều dài của các đoạn thẳng theo bản vẽ chi tiết, còn phần cong được tính theo chiều dài lớp trung hòa

Nhược điểm lớn nhất trên máy uốn ống 3 trục không thể khắc phục triệt để được là khoảng cách a của 2 đầu tự do của phôi không thể gia công trên máy được (hình 2.6) Để hoàn thành sản phẩm ta buộc phải dùng thêm 1 công đoạn nữa là vê tròn đầu phôi trên máy uốn thủy lực chuyên dụng hoặc cắt bỏ khoảng cách a đó.

Hình 2.4 Khoảng cách a ở 2 đầu tự do

Trong sản xuất thực tế, những cơ sở sản xuất vừa và nhỏ thường chọn cách cắt bỏ khoảng cách a của 2 đầu tự do này để tiết kiệm chi phí mua máy vê đầu phôi chuyên dùng Khoảng cách đầu mút không thể uốn a thường được lấy bằng phần nửa khoảng giữa 2 trục uốn phía dưới: a = 0,5.L (mm) Đối với phôi tấm

Chiều dài của lớp trung gian của đoạn cong được xác định theo công thức:

2+ : Góc của đọan uốn cong.

+ x: Hệ số xác định từ vị trí lớp trung hòa

Hình 2.5 Quan hệ giữa góc uốn và đoạn được uốn

Chỉ khi φ = 90° thì góc của đoạn uốn mới bằng góc uốn bên trong, còn mọi trường hợp còn lại thì: φ = 180 – α Trong đó α là góc uốn bên trong như hình trên.

Bảng 2.4 giới thiệu những ví dụ xác định kích thước của phôi uốn đối với các trường hợp phổ biến nhất

Bảng 2.1 Xác định chiều dài phôi

Kiểu uốn Sơ đồ Độ dài phôi

Uốn một đầu (cuốn) vòng bản lề

L= 1,5πρ+2R−S ρ = R − y.S l   Trong đó: y là giá trị hệ số khi bán kính tương ứng R/S và được tra theo bảng sau:

Hệ số y 0,4 0,42 0,44 0,46 0,48 0,49 0,5 0,5 0,5 Đối với phôi uốn tiết diện tròn

Chiều dài lớp trung hòa của đoạn cong phôi có tiết diện tròn được tính theo công thức:

+ φ: góc của đoạn uốn cong.

+ x: hệ số xác định từ vị trí lớp trung hòa Tra tại bảng 2.2 phía trên.

2.1.5 Bán kính uốn cho phép

Khi uốn, bán kính uốn phía trong được quy định trong một giới hạn nhất định.

Thiết bị uốn

Có nhiều phương pháp để thực hiện gia công uốn ống, nhưng dựa vào đặc điểm gia công mà người ta phân thành các phương pháp sau:

2.2.1 Uốn theo kiểu ép đùn vào ống

Sơ đồ phương pháp uốn theo kiểu ép đùn vào ống như thể hiện ở hình 2.7

Hình 2.7 Phương pháp uốn theo kiểu ép đùn vào thành ống, (a)-sử dụng kích tay;

Hình 2.7 miêu tả phương pháp uốn ống theo kiểu ép đùn vào thành ống, là phương pháp đơn giản nhất và rẻ tiền nhất trong các phương pháp uốn ống Lúc uốn,phôi được tựa vào 2 con lăn quay cố định, bộ phận uốn bằng tay hoặc thủy lực có sử dụng khuôn uốn chuyển động tịnh tiến và tiến hành ép đùn vào thành ống Phương pháp này làm biến dạng cả mặt trong và mặt ngoài của ống Phôi uốn bị biến dạng thành hình ovan tùy thuộc vào độ dày của vật liệu và hình dạng của khuôn uốn.

Phương pháp này chỉ thích hợp để uốn ống có đường kính nhỏ, yêu cầu độ chính

(a) (b) xác thấp, sau khi uốn không thể xác định được sai số đàn hồi, tốn nhiều công sức và thời gian, tỉ lệ uốn thất bại cao. Để sử dụng máy uốn ống bằng tay tạo ra độ cong đúng chuẩn, chính xác, không làm méo hình dạng uốn của ống kim loại, kỹ thuật của người sử dụng máy phải cao, khi thực hiện phải làm tỉ mỉ, cẩn thận Kiểu uốn này phù hợp với uốn các ống chứa dây dẫn điện hoặc chứa các dây nối tới đèn chiếu sáng Thích hợp với các cơ sở sản xuất thủ công nhỏ lẻ

2.2.2.Uốn theo kiểu kéo theo

Sơ đồ phương pháp uốn theo kiểu kéo theo như thể hiện ở hình 2.8

Hình 2.8 Phương pháp uốn kéo theo: (a)- bằng tay, (b)-sử dụng thủy lực; (c)-CNC

Hình 2.8 mô tả phương pháp uốn ống theo kiểu kéo ống theo quay quanh khuôn cố định Kiểu uốn ống này được sử dụng khá phổ biển, trải dài từ thủ công, đơn giản cho đến phức tạp và chính xác nhất Do việc uốn ống chỉ quay quanh theo 1 khuôn cố định có trước, nên các sản phẩm uốn đảm bảo đường kính ống uốn là chính xác và không thay đổi trong quá trình uốn.

Các sản phẩm của phương pháp uốn theo kiểu này đa dạng, phong phú, chẳng hạn như uốn các co ống dẫn dây điện không yêu cầu độ chính xác cao, tay vịn lan can, uốn các ống dẫn vật liệu, các dạng ống từ đơn giản nhất đến các sản phẩm vô cùng phức tạp bắt buộc phải dụng đến sự trợ giúp của máy tính như các đường ống của tàu thủy, ô tô hoặc máy bay…

2.2.3 Uốn bằng các trục lăn

Sơ đồ phương pháp uốn bằng các trục lăn như thể hiện ở hình 2.13 (a)

Hình 2.9 Uốn bằng các trục lăn: (a)-3 trục con lăn; (b)-4 trục con lăn; (c)-3 trục sử dụng điện – thủy lực

Phương pháp uốn bằng trục các lăn được sử dụng cho việc uốn các sản phẩm có đường kính phôi lớn hoặc các sản phẩm có dạng tròn gần khép kín hoặc khép kín mà đường kính sản phẩm khá lớn Việc điều chỉnh vị trí trục uốn căn cứ vào đường kính ống thành phẩm Phôi được uốn trên máy uốn 3 trục vài lần rồi mới nhận được dạng hình trục mong muốn. Đặc điểm của máy loại máy loại này là nguyên công thay đổi hình dạng được thực hiện khi phôi chuyển động Do đó, phôi được gia công một cách liên tục, do vậy khả năng tạo hình đồng đều, ít gây phá hủy hơn đối với các phương pháp uốn khác.

Tuy nhiên, năng suất của các loại máy này không cao, thường được sử dụng trong các nhà máy cơ khí như chế tạo phôi cho các sản phẩm cơ khí vì tính gọn nhẹ của máy và năng suất phù hợp.

Nếu ở các máy ép, lực danh nghĩa là thông số cơ bản nhất thì với máy loại trục quay, thông số cơ bản là mômen xoắn tác dụng lên trục chính.

PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

Các yêu cầu đối với máy cần thiết kế

Có khả năng sản xuất các sản phẩm với đường kính và chiều dài như đã thiết kế.

Khả năng hoạt động liên tục nhưng vẫn giữ được độ ổn định.

Máy phải đạt năng suất như yêu cầu thiết kế, hiệu suất cao, ít tốn năng lượng, kích thước phải đảm bảo nhỏ gọn, vận hành dễ…

Sản phẩm sau khi hoàn thành phải đảm bảo được tính chính xác, đồng thời phải đảm bảo được năng suất, chất lượng sản phẩm.

Cơ cấu có thể hoàn thành các chức năng đã định mà vẫn giữ được độ bền, sự ổn định, đảm bảo được tính chịu nhiệt, chịu mài mòn và chịu va chấn, và đặc biệt là không làm thay đổi kết cấu, hình dạng của máy. Độ tin cậy

Một cơ cấu được xem là đáng tin cậy khi nó đảm bảo thực hiện đúng các chức năng như thiết kế đồng thời vẫn giữ nguyên được các chỉ tiêu về hiệu quả sử dụng (như năng suất, công suất máy, mức độ tiêu thụ năng lượng, độ chính xác sản phẩm…) trong quá trình thực hiện công việc đã định.Đặc trưng cơ bản của độ tin cậy là khả năng làm việc không hỏng hóc trong thời gian quy định.

An toàn trong sử dụng

Hệ thống điện phải được che chắn, bao bọc sao cho đảm bảo an toàn và mỹ quan, nhưng đồng thời hệ thống điều khiển cũng phải dễ thao tác, vận hành.Hệ thống biển báo vùng nguy hiểm phải được bố trí trực quan, dễ nhìn Nhưng không cản trở các hoạt động của máy và tầm nhìn của người vận hành Các vùng hoạt động nguy hiểm phải được che chắn kỹ càng Các thiết bị nạp, lưu trữ nhiên liệu phải được bố trí an toàn, hợp lý.

Thành phần kết cấu của máy phải đảm bảo chất lượng Quá trình lắp ráp, chế tạo các thiết bị phải được thực hiện đúng quy trình, phải tuân theo những tiêu chuẩn kỹ thuật về tính an toàn kết cấu và an toàn vận hành.

Phương án thiết kế 1

Uốn bằng các trục con lăn, trục ép bố trí giữa 2 trục đỡ

Sơ đồ nguyên lý phương án thiết kế 1: uốn bằng các trục con lăn trong đó trục ép bố trí giữa 2 trục đỡ như thể hiện ở hình 3.1

Hình 3.1.Phương án thiết kế 1: (a)-Sơ đồ nguyên lý; (b)-sơ đồ truyền lực Nguyên lý hoạt động

Khi uốn, phôi uốn được đặt lên 2 con lăn đỡ, nằm giữa 2 con lăn đỡ và con lăn ép (hình 3.1a) Con lăn ép phía trên có khả năng di chuyển tịnh tiến lên xuống tạo lực ép phôi uốn Khi thực hiện quá trình uốn, 2 con lăn đỡ dẫn động quay cùng chiều để dẫn động chi tiết đi qua khuôn uốn Lúc này, con lăn ép ở phía trên có nhiệm vụ tịnh tiến lên xuống tạo lực ép để uốn chi tiết theo yêu cầu đưa ra Mặt bích của xylanh đặt lên 1 mặt tựa để chịu lực, cần pittông được liên kết với puly uốn (hình 3.1b) Quá trình chuyển động tịnh tiến lên xuống của puly uốn nhờ quá trình điều khiển xylanh thông qua van điều khiển bằng tay hoặc van điện từ. Đặc điểm

Máy uốn được chế tạo theo phương án này có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, độ cứng vững cao và năng suất lớn Sản phẩm uốn đối xứng đều, uốn được theo cả 2 kiểu là uốn vành và uốn góc Chiều dày thành sản phẩm phân bố đều, uốn được phôi có chiều dày sản phẩm lớn, tiết kiệm chi phí và thời gian gia công Tuy nhiên, độ linh hoạt hình dạng sản phẩm thấp.

Phương án truyền lực sử dụng thủy lực tạo ra năng suất cao, tiết kiệm được thời gian gia công, giảm khối lượng lao động, có thể điều khiển được tốc độ tịnh tiến của puly uốn, thành sản phẩm đồng đều, ít sinh ra phế phẩm Tuy nhiên, chi phí đầu tư cao,tốn không gian lắp đặt, tăng khối lượng máy.

Phương án 2

Uốn bằng các trục con lăn, trục đỡ bố trí giữa 2 trục ép-truyền lực uốn bằng tay

Sơ đồ nguyên lý phương án thiết kế 2: uốn bằng các trục con lăn trong đó trục đỡ bố trí giữa 2 trục ép như thể hiện ở hình 3.2

Hình 3.2 Phương án thiết kế 2: (a)-Sơ đồ nguyên lý; (b)-sơ đồ truyền lực Nguyên lý hoạt động

Khi uốn phôi uốn được đặt lên 2 con lăn phía dưới, vừa có nhiệm vụ đỡ phôi vừa tạo lực ép, con lăn phía trên quay cố định tại 1 chỗ làm điểm tựa (hình 3.2a) Khi thực hiện quá trình uốn, cả 3 con lăn đều dẫn động quay để dẫn động chi tiết qua khuôn uốn Lúc này, con lăn cố định phía trên quay cố định 1 chỗ, cả 2 con lăn phía dưới vừa quay quanh trục vừa quay hành tinh với tâm quay là 1 trục cố định nhằm tạo lực uốn,cả 2 con lăn dưới này quay hành tinh độc lập với nhau, tức là mỗi con lăn chịu lực tác động bởi lực uốn riêng biệt (hình 3.2b) trình bày sơ đồ truyền lực bằng tay, đai ốc được đặt cố định trên 1 mặt tựa để chịu lực, puly uốn chuyển động tịnh tiến lên xuống nhờ quá trình xoay tay quay biến chuyển động xoay của tay quay thành chuyển động tịnh tiến của puly uốn thông qua cơ cấu vít me – đai ốc. Đặc điểm

Máy uốn được chế tạo theo phương án này có kết cấu phức tạp, khó chế tạo, chi phí đầu tư cao, năng suất không cao Tuy nhiên, khả năng uốn linh hoạt, đa dạng, độ chính xác cao, tính tự động hóa cao, uốn được các sản phẩm có hình dáng tương đối phức tạp.

Phương án truyền lực bằng tay có ưu điểm là dễ chế tạo, tiết kiệm chi phí sản xuất Tuy nhiên, năng suất làm việc thấp, tốn thời gian, tốn rất nhiều công sức khi sử dụng, thành ống dễ biến dạng, móp méo do tốc độ tịnh tiến lên xuống của puly uốn không đồng đều, dễ sinh ra phế phẩm

Lựa chọn phương án thiết kế

Nhìn chung, mỗi phương án thiết kế khác nhau có những ưu nhược điểm khác nhau Tùy thuộc vào yêu cầu sản phẩm, năng suất làm việc và khả năng công nghệ mà ta chọn phương án thiết kế cho phù hợp sao cho sản phẩm đảm bảo được hình dạng thiết kế, đảm bảo độ chính xác, chất lượng sản phẩm, khả năng công nghệ và khả năng kinh tế.

Từ những ưu nhược điểm của từng phương án truyền động và phương án truyền lực mà ta đã nêu trên Một cách tổng quan, ta nhận thấy cách bố trí truyền động theo phương án trục ép bố trí giữa 2 trục đỡ và cách truyền lực theo phương án sử dụng thủy lực là phương án thiết kế phù hợp nhất mà vẫn đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật, yêu cầu thiết kế và các chỉ tiêu đã đề ra ta chọn Phương án 1.

TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT MÁY

Xây dựng sơ đồ động học của máy, xác định các thông số ban đầu

Sơ đồ động học của máy được biểu diễn như hình 4.1

Hình 4.1 Sơ đồ động học của máy:1-Động cơ điện; 2-Bộ truyền bánh răng; 3-ổ lăn; 4-Puly uốn Các thông số ban đầu của phôi

+ Đường kính ngoài của ống: D = 21 mm.

+ Chiều dày của thành ống: S = 1 mm.

+ Khối lượng lý thuyết của 1m ống: 1 kg.

+ Vật liệu phôi: Thép CT38 (tương đương mác thép CT3 của Nga) + Giới hạn bền kéo σb = 380 MPa.

+ Giới hạn chảy σch = 210 Mpa.

Kết cấu phôi như hình 4.1

Hình 4.2 Kết cấu phôi uốn

Tính toán lực uốn

4.2.1 Tính toán lực uốn tạo hình

Lực uốn trong khuôn dập bao gồm lực uốn tự do và lực uốn là phẳng vật liệu.

Trong trường hợp này, ta uốn ống thông qua các puly uốn, mà không dùng cối uốn nên ta bỏ qua lực là phẳng vật liệu Do đó, lực uốn ống lúc này bằng lực uốn tự do

Mômen chống uốn là đại lượng đặc trưng cho khả năng chống uốn của vật liệu khi có lực tác động Mỗi phôi uốn có hình dạng mặt cắt ngang khác nhau thì có mômen quán tính khác nhau, nhưng mômen chống uốn lại là điều kiện bền tiên quyết của phôi uốn Để có thể uốn được phôi uốn, mômen uốn phải lớn hơn mômen chống uốn của vật liệu.

Công thức tính lực uốn tự do như sau:

+ l: Khoảng cách giữa 2 điểm tựa, mm.

+  td : Kích thước quy đổi về tiết diện thỏi vuông, mm.

+  b : Giới hạn bền kéo của vật liệu (Mpa) Thép CT38 có σb = 380 (Mpa).

+ B: Chiều rộng phôi uốn tại điểm uốn, mm.

+ S: Chiều dày phôi tại điểm uốn, mm.

Mômen quán tính của mặt cắt ngang tiết diện hình vành khăn được xác định theo công thức:

Do tiết diện mặt cắt ngang hình vành khăn đối xứng qua cả 2 trục x, y nên ta có mômen chống uốn được xác định bởi công thức sau:

Mômen chống uốn của mặt cắt ngang hình chữ nhật là: b.h 2

W u  Áp dụng cho thỏi vuông ta quy đổi trong bài ta được momen chống uốn là:6

6 Để thuận tiện cho việc tính toán ,ta quy đổi tiết diện ống tròn về thỏi vuông Ta có mômen chống uốn của tiết diện ngang hình và vành khăn bằng mômen chống uốn của hình vuông : w x  w u

Hình 4.4 Sơ đồ uốn ống tròn

Với α = 40° ta tính được HT2 bằng định lý pytago trong tam giác vuông IHT2.

HT2 = IT2 Sin (α) = 192 Sin 40° 3,5 mm Vậy khoảng cách l được xác định như sau: l = 2.IT2= 2.123,5 = 247 mm

Thay các số liệu đã tính được vào công thức tính lực uốn, ta có:

4.2.2 Tính lực tác dụng lên hai puly uốn

Hình 4.5 Sơ đồ lực uốn tác dụng lên puly uốn

Ta có: Phương trình cân bằng lực như sau:

+ G-Trọng lượng của phôi thép G=0 (coi trọng lượng của phôi không đáng kể).

+ Q-Lực uốn tác dụng lên 2 puly uốn 2 bên (N).

Vậy: Lực tác dụng lên 2 puly uốn 2 bên Q = 19414 (N).

Tính toán tốc độ quay của trục dẫn

Đối với chiều dày vật liệu từ 1-6 mm, tốc độ uốn trên máy uốn 3 trục từ 3 - 6 m/phút

Do sản phẩm được thiết kế có tiết diện tương đối nhỏ, nên ta chọn tốc độ uốn tương đối cao để tăng năng suất làm việc nhưng vẫn đảm bảo được khả năng vận hành ổn định của máy Ta chọn vận tốc uốn V = 5,3 m/phút = 0,091 m/s.

Ta có đường kính puly uốn D = 85 mm Ta có công thức tính tốc độ quay của puly uốn được tính như sau: n lv

Xác định công suất dẫn động máy, chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền

4.3.1 Xác định công suất dẫn động máy

Công suất dẫn động động cơ khi có lực kéo F của trục công tác được xác định theo công thức sau:

Thay các thông số vào công thức trên,ta đuợc:

F.V 0.0, 085 0(KW) 1000 1000 Công suất khắc phục ma sát giữa vật uốn và puly uốn :

N 2  (F ms1  F ms2  F ms3 ).V (W) Trong đó:

(Với f=0,15 hệ số ma sát của cặp vật liệu thép) Từ đó ta có:

F ms 2  F ms3  Q.f  19414.0,15  2912(N) Vậy công suất khắc phục ma sát giữa vật uốn cần thiết :

 Trong đó -hiệu suất truyền động từ động cơ giảm tốc đến trục puly uốn.

+  brtk = 0,96: Hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ (kín).

+  brth = 0,93: Hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ (hở).

+  ol=0,99: Hiệu suất của một cặp ổ lăn.

 =ηbrtk2 ×  brth ×  ol5 = 0,96 2 ×0,93 ×0,99 6 = 0,81 Từ đó ta suy ra:

4.3.2 Phân phối tỉ số truyền sơ bộ

Tra bảng: Ta chọn tỉ số truyền bánh răng trụ để hở là: uđh = 4 ÷ 6 + Chọn uđh =2

Ta chọn tỉ số truyền hợp giảm tốc 2 cấp là: uh = 8 ÷ 40 + Chọn uh 5

Nên tỉ số truyền sơ bộ của hệ thống là: usb = uh.uđh = 35.2 = 70 Vận tốc sơ bộ của động cơ là: nsb = usb.n lv = 70 20 = 1400 (v/p).

Chọn động cơ phải thỏa mãn các điều kiện sau:

Ta chọn động cơ giảm tốc 1 pha kí hiệu YH-32- 1100- 20-S do Công Ty Trách Nhiệm Hữu Hạn THIẾT BỊ TÂN TAM PHÁT cung cấp.

Các thông số của động cơ YH-32-1100-20-S:

+ Số vòng quay động cơ: nđc = 1400 (v/p).

+ Đường kính trục ra:  = 15 (mm).

+ Công suất động cơ: Nđc = 1100 (W) = 1,5 (Hp).

+ Tỉ số truyền hộp giảm tốc: ih 5 + Động cơ 1P 220 (V).

+ Tốc độ trục ra của động cơ hộp giảm tốc: ntr 00  35@ (v/p)

4.3.4 Phân phối lại tỉ số truyền

Do tỉ số thuyền thực truyền đã chọn u t h bằng tỉ số truyền sơ bộ

Vậy: u u dh  2 h  35 u s p nên ta giữ nguyên tỉ số

Tính toán các thông số trên các trục

Tốc độ trục động cơ n c d 00(v/p)

Trục ra động cơ hộp giảm tốc : n tr @ (v/p)

Do trục 2 và trục 3 là hai trục công tác đối xứng nên tốc độ quay của 2 trục này là như nhau.

4.4.2 Công suất trên các trục

Công suất trục ra động cơ:

N dc  1,1(K W) Công suất trục ra hộp giảm tốc:

Công suất trên các trục:

Do trục 2 và trục 3 là hai trục công tác đối xứng nên công suất của 2 trục này là như nhau.

4.4.3 Mômen xoắn trên các trục

 507514,3(N.mm) n 3 17,5 Đối với máy, bán kính uốn lớn nhất và nhỏ nhất của máy có thể thực hiện được phụ thuộc vào vị trí của 3 puly uốn.

4.5 Bán kính uốn lớn nhất của máy Đối với máy,bán kính uốn lớn nhất và nhỏ nhất của máy có thể thực hiện được phụ thuộc vào vị trí của 3 puly uốn.

Bán kính uốn lớn nhất của máy

Với khoảng cách giữa 2 puly đỡ bên dưới quay cố định là L = 300mm, bán kính uốn lớn nhất của máy có thể gia công phụ thuộc vào đường kính ống, chiều dày vật liệu và vị trí của puly ép.

Giả sử với vị trí khi puly uốn vừa đặt vào phôi uốn như hình 4.7 bên dưới, với lượng tinh tiến của puly ép cách trị trí ban đầu thấp nhất là 5mm, ta đo được bán kính uốn lớn nhất mà máy có thể thực hiện là 2170,5mm Với quan điểm thiết kế, ta đặt bán kính uốn lớn nhất của máy có thể thực hiện là 2000mm.

Hình 4.7 Vị trí ban đầu

Hình 4.8 Bán kính uốn của phôi với lượng tịnh tiến cho trước Bán kính uốn nhỏ nhất của máy

Bán kính uốn nhỏ nhất máy có thể thực hiện đươc bằng với bán kính của puly uốn (với góc uốn tối đa là 90 0 ):

Hình 4.10 Bán kính uốn r = 400 mm

Hình 4.11 Góc uốn với bán kính uốn cố định

+ Bán kính uốn lớn nhất của máy có thể thực hiện:

+ Bán kính uốn nhỏ nhất của máy có thể thực hiện:

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH

Xác định ứng suất cho phép

 F và g 0 tra bảng ta được  F =0,011 và g 0  73 và v=0,22(m/2)

Thay tất cả thông số vào công thức ta được:

Vậy bộ truyền bánh răng đạt yêu cầu về độ bền uốn.

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC Chương 7 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THEN VÀ Ổ LĂN Chương 7 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THEN VÀ Ổ LĂN

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC

Vật liệu làm trục phải có độ bền cao, ít tập trung ứng suất,có thể nhiệt luyện được và dễ gia công.Vì các trục chịu tải trọng tương đối lớn nên ta chọn loại thép 45 tôi cải thiện có giới hạn bền  850(N / mm 2 )

6.2 Tính toán thiết kế trục về độ bền 6.2.1 Tính toán kích thước đường kính sơ bộ của trục Đường kính sợ bộ của trục được tính theo công thức sau: d 

+ d : đường kính sớ bộ của trục,(mm) +    :là ứng suất cho phép với vật liệu bằng thép 45    có giá trị từ15  30 Mpa.chọn     25Mpa

Do trục I cũng là trục ra hộp giảm tốc nên ta không tính lại đường kính trục.

Theo như catalogue của nhà sản xuất thì trục 1 có d1 = 32 (mm). Đối với trục 2

Do cả 2 trục bố trí đối xứng nhau nên có hình dạng tương tự nhau Do đó, ta chỉ tính các thông số cho trục II và từ đó suy ra hình dạng trục III.

Với TP7514,3 N.mm     25(Mpa). d    46, 65(mm) (công thức nữa nha ko bôi được đen) Đối với trục 3

Tương tự trục 2 Đối với trục 4

Do trục 4 quay bị động nên không chịu momen xoắn, vì thế đường kính sơ bộ trục không thể xác định theo moomen Nhưng vì 4 chịu lực tác dụng

P u lớn hơn trục 2 và trục 3, nên ta chọn sơ bộ đường kính trục toán chính xác đường kính trục d 4  50(mm) nhằm có dữ liệu sơ bộ tính

Kết luận: Ta chọn đường kính như sau:

6.2.2 Tính gần đúng chiều dài trục d 1  32(mm)

Chiều dài của các đoạn trục của máy uốn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đường kính đoạn trục, khoảng cách giữa các ổ lăn, bánh răng, bạc lót, puly uốn… Nên để tính được chiều dài các đoạn trục được chính xác, ta lựa chọn phương án thiết kế sơ bộ trục trước rồi mới quay lại kiểm tra chiều dài này thỏa mãn với phương án thiết kế hay không.

Sau khi xác thiết kế sơ bộ trục, ta có chiều dài các đoạn trục như sau:

Trục 4: l 41  83(mm) l 12  55(mm) l 22  141.5(mm) l 32  141.5(mm) l 42  137.5(mm) l 23  196(mm) l 33  196(mm)

6.2.3 Phân tích lực tác dụng lên bộ truyền

Lực hướng tâm: F r1  F r 2  F t1 tan(20)  4548.tan(20) 1655(N)

6.2.4 Xác định phương trình cân bằng lực và đường kính các đoạn trục

Moomen uốn tổng tại các tiết diện j được tính theo công thức:

M j  Moomen tướng đương tại tiết diện j được tính theo công thức:

M tdj  Đường kính trục tại tiết diện j được tính theo công thức: d j 

+ M xj , M yj lần lượt là các moomen uốn trong mặt phẳng zOx và zOy (N.mm).

Do trục I là trục ra hộp giảm tốc nên ta bỏ qua bước tính toán này.

Hình 6.1 Sơ đồ phân tích lực trên trục II

Phương trình cân bằng trong mặt phẳng yOz:

+ Momen gây ra tại điểm B:

+ Phương trình cân bằng lực theo trục y:

Dấu (-)của F y B thể hiện chiều thực tế của lực ngược chiều với chiều ta quy ước.

Phương trình cân bằng trong mặt phẳng xOz:

+ Mô men gây ra tại điểm B:

22 21 thể hiện chiều thực tế của lực ngược chiều với chiều ta quy ước.

+ Phương trình cân bằng lực theo trục x:

F r 2  1655(N ) F uon  9707(N )Biểu đồ phân bố mômen trên trục II được xác định như hình 6.2 sau:

Hình 6.2 Biểu đồ phân bố mômen trên trục

Momen tại các điểm nguy hiểm và đường kính các đoạn trục : Tại tiết diện A-A:

Chọn theo dãy tiêu chuẩn ta được kích thước sau:

Hình 6.3 Hình dạng chi tiết trục 2

6.3 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi

Kết cấu của trục vừa thiết kế đảm bảo được độ bền mỏi nếu hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện sau:

+  s   hệ số an toàn cho phép s   1,5…2,5.

+ s  j  hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp: s    1

-hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp: s    1

1  0,85.1  0,58.397,5  230,55(MPa) Tra bảng ta được:   0,1

Do trục I là trục ra của hộp giảm tốc, và đã được nhà thiết kế tính toán kỹ lưỡng rồi nên ta không phải tính lại độ bền mỏi, độ bền cứng của trục.

Dựa theo kết cấu trục ở hình 6.1 và biểu đồ mômen ở hình 6.2, ta có thể thấy tại tiết diện B – B và C – C chỗ lắp ổ lăn là các tiết diện nguy hiểm cần được kiểm tra độ bền mỏi.

Tại tiết diện A – A chỗ lắp bánh răng và tại tiết diện D – D chỗ lắp puly uốn không phải là tiết diện nguy hiểm do không có mômen uốn nên ta không cần kiểm tra.

Do đường kính tại tiết diện B – B và tiết diện C – C bằng nhau nên ta chỉ kiểm tra độ bền mỏi tại tiết diện C – C là tiết diện có mômen uốn lớn nhất.

Tại tiết diện C – C Đường kính tại mặt cắt C – C: dC = 65 (mm). k

K 1 Đối với trục quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng do đó:

Moomen cản uốn tại mặt C được xác định theo công thức :

Do trục quay hai chiều, nên ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ đối xứng, do đó:

+ W oC -Mô men xoắn Được xác định theo công thức:

+ Trị số của K  , K  ,đối với bề mặt trục lắp có độ dôi và b 

Tra bảng ta được: Trị số của hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt K x : K x  1,1; W

6, 6.20, 6 6, 62  20, 62 Trị số của hệ số tắng bền:

dC được xác định theo công thức :

Thay các thông số đã tính được vào công thức ,ta được: s C 

Suy ra: dC aC  mC s c  s  C s 

Vậy trục 2 thỏa mãn độ bền mỏi Hơn nữa, khi cần tăng độ cứng  s   2,5  3 , như vậy ta không cần kiểm nghiệm về độ cứng của trục 2 gần 61 (Mpa), thấp hơn vùng ứng dẻo cho phép của vật liệu là 530(Mpa) Vậy trục 2 được thiết kế thỏa mãn điều kiện chịu lực

Do trục IV không chịu mômen xoắn truyền từ động cơ nên ta không cần phải kiểm tra độ bền mỏi mà chỉ thiết kế trục dựa theo mômen uốn vừa được tính ở trên.

Sử dụng phần mềm Inventer để kiểm tra ứng suất và chuyển vị của trục IV, ta nhận thấy ứng suất dẻo lớn nhất của trục IV gần 13 (Mpa), thấp hơn vùng ứng dẻo cho phép của vật liệu là 530 (Mpa) Vậy trục IV được thiết kế thỏa mãn điều kiện chịu

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ TRỤC GIỮA

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THEN VÀ Ổ LĂN 7.1 Tính toán thiết kế then

Mối ghép then được dùng để cố định bánh răng theo phương tiếp tuyến hay để truyền mômen và truyền chuyển động từ trục tới bánh răng hoặc ngược lại [4].

Hình 7.1 Các thông số then 7.1.1 Tính toán then trên trục I

Do động cơ ta chọn là động cơ giảm tốc và có đường kính trục ra d = 15 mm.

Nên ta chọn then theo đường kính trục 1 và ta được các thông số của then trên trục 1 là:

+ Chiều sâu rãnh then trên trục t1 = 3,0 (mm).

+ Chiều sâu rãnh then trên lỗ t2 = 2,1(mm).

+ Chiều dài then: ta có công thức tính chiều dài then: lt = (0,8 ÷ 0,9)bw = (0,8 ÷ 0,9) 15 = 12 ÷ 13.5 (mm)

Chọn lt = 12 (mm). Độ bền dập và độ bền cắt được kiểm nghiệm theo công thức sau:

-ứng suất dập cho thép, (Mpa).

Tra bảng do vật liệu làm may ơ bằng thép ,dạng lắp cố địnhvà đặc tính tải trọng tĩnh nên ta chọn  d  150(Mpa).

+ T- moomen xoắn trên trục.T6428,5(Mpa).

+ d- đường kính đoạn trục đang xét d(mm).

+ t 1 -chiều sâu rãnh then trên trục: t 1 =3,0(mm).

Thay các thông số vào công thức trên ta được :

Vậy then đảm bảo điều kiện bền dập và bền cắt.

7.1.2 Tính toán then trên trục 2 Then tại bánh răng Tra bảng 7.1 ta có:

+ d = 25mm + Chiều rộng then: b = 8 (mm).

+ Chiều sâu rãnh then trên trục: t1 = 4,0 (mm).

+ Chiề u sâu rãnh then trên lỗ: t2 3, (mm ).

+ Chiề u dài then: ta có côn g thức tính chiề u dài then như sau:

Ta chọn l t  20(mm). Độ bền dập và độ bền cắt được kiểm nghiệm theo công thức 9.1 và 9.2 :

-ứng suất dạp cho phép,(Mpa) Do vật liệu làm bằng may ơ bằng thép, dạng cố định và đặc tính tải trọng là tải trọng tĩnh nên ta chọn d  150(Mpa).

+  c ứng suất cắt cho phép, (Mpa) Do vật liệu làm then là thép C45 Và chịu tải trọng tĩnh nên ta có:   c   60  90(Mpa).

+ T- moomen xoắn trên trục: TP7514,3(Mpa).

+ d- đường kính đoạn trục đang xét: d%(mm).

+ t 1 -chiều sâu rãnh then trên trục t 1  5,5 Thay các thông số vào công thức trên,ta được :

Vậy then đảm bảo điều kiện dập và bền cắt.

Then tại vị trí lắp puly uốn

Với d%(mm) Ta có : + chiều rộng then: b=8(mm) + chiều cao then: h=7(mm) c c

+ chiều sâu rãnh then trên trục: t 1 =4,0(mm) + chiều sâu rãnh then trên lỗ: t 2 =3,1(mm)

+ chiều dài then Ta chọn lp(mm).Độ bền dập và độ bền cắt được kiểm nghiệm theo công thức sau:

- ứng suất dập cho phép,(Mpa) Do vật liệu làm may ơ bằng thép

,dạng lắp cố định may ơ bằng thép,dạng lắp cố định và đặc tính tải trọng là tải trọng tĩnh nên ta chọn

-ứng suất cắt cho phép,(Mpa).dp vật liệu làm then là thép C45 và chịu tải trọng tĩnh nên ta có: TP7514,3(Mpa) + T- moomen xoắn trên trục: TP7514,3 (Mpa) + d- đường kính đoạn trục đang xét dP (mm) + l t

+ t 1 -chiều sâu rãnh then trên trục: t 1 =5,5 (mm)\

Thay các thông số vào công thức trên,ta được:

Vậy then đảm bảo điều kiện bền dập và bền cắt. d d

Then trên trục 3 t ương tự trục 2

Với d = 25 (mm) Tra bảng ta có:

+ Chiều sâu rãnh then trên trục: t1 = 4,0 (mm).

+ Chiều sâu rãnh then trên lỗ: t2 = 3,1 (mm).

+ Chiều dài then Ta chọn l = 70 (mm).

Thông số kích thước then được tổng kết lại trong bảng sau:

Bảng 7.1 Bảng tổng kết thông số then Trục Đường kính Đoạn trục

7.2 Tính toán thiết kế ổ lăn

7.2.1 Tính toán ổ trên trục 2 Chọn loại ổ

Do có lực dọc trục sinh ra trong quá trình uốn tác dụng lên ổ và ổ chịu tải trọng làm việc khá lớn nên ta chọn loại ổ sử dụng là ổ bi đỡ

Sơ đồ phác họa cấu tạo của ổ bi đỡ :

Hình 7.2 Bảng tra ổ bi Chọn cấp chính xác ổ

Trong thực tế thì cấp chính xác của của ổ lăn đối với các cơ cấu bình thường không phải dạng đặc biệt thì người ta thường chọn cấp chính xác là 0 Nên ta chọn cấp chính xác của ổ được lắp trên trục II là 0.

Sơ đồ lực tác dụng của ổ trên trục II được trình bày như sau:

Hình 7.3 Sơ đồ lực tác dụng trên trục 2

Các thông số ban đầu:

F xC  3205, 5(N ) Với kết cấu trục II vị lắp ổ lăn lần lượt tại điểm B và C có cùng đường kính d 65 (mm) Theo catalogue ổ lăn SKF, ta chọn sơ bộ loại ổ đũa côn có các thông số cơ bản sau:

Bảng 7.2 Bảng thông số của ổ bi đỡ ngắn đỡ trên trục 2

Kí hiệu ổ d (mm) D (mm) B (mm)

Tính kiểm nghiệm khả năng tải của ổ

Phản lực tổng cộng tác dụng vào ổ:

Tải trọng động quy ước:

Tải trọng động quy ước của ổ đũa được tính theo công thức sau:

Q=(X.V.Fr +Y.Fa).kt.Kd Trong đó:

+ V: là hệ số kể đến vòng nào quay Ta có V = 1 vì vòng trong của ổ quay.

+ kt: là hệ số ảnh hưởng của nhiệt độ Ta chọn kt = 1 với nhiệt độ là 105 °C.

+ kd: là hệ số đặc tính tải trọng.

+ Fr: tải trọng hướng tâm (KN) Ta lấy giá trị Fr bằng với giá trị phản lực tác dụng lên ổ.

+ Fa: tải trọng dọc trục (KN).

+ X: hệ số tải trọng hướng tâm.

+ Y: hệ số tải trọng dọc trục Xác định lực dọc trục Fa:

Lực dọc trục Fa là tổng của lực dọc trục ngoài do các chi tiết quay gây ra và lực dọc trục xuất hiện bên trong ổ do các lực hướng tâm Fr tác động lên ổ gây ra.

Với loại ổ đũa côn ta chọn bên trên thì tra trong catalogue ổ lăn SKF ta được hệ số e = 0,4 và góc tiếp xúc  = 15° Ta xác định được lực dọc trục sinh ra bên trong ổ đũa côn theo công thức:

Thay các thông số vào công thức trên ta được:

Lực dọc trục sinh ra bên trong ổ lăn tại vị trí B:

F sB = 0,83.0,4.12595,3 = 4181,6 (N) Lực dọc trục sinh ra bên trong ổ lăn tại vị trí C:

= 0,83.0,4.31160,3 = 10345,2 (N) Ta có sơ đồ bố trí các ổ đũa côn như hình sau:

Hình 7.4 Sơ đồ bố trí ổ bi đỡ trên trục 2

Theo sơ đồ bố trí ổ lăn như bên trên thì lực dọc trục tổng cộng F  tác dụng lên 2 ổ lăn được tính như sau:

Hệ số X,Y được tìm bằng cách xác định tỉ số F VF a / r ta được :

Với hệ số F a / VF r  1,1 và đây là đũa côn Tra bảng ta được hệ số của X,Y tại B là X=0,4 và Y=0,4 cos  0, 4.cot  15 0   1,5

F a / VF r  0, 02 và ddây là ổ đũa côn Tra bảng ta được giá trị của hệ số X,Y tại C là X=1 và Y=0.

Thay tất cả các thông số vào công thức tính tải trọng động quy ước ta được : Tải trọng động quy ước tại B:

Q B  (0, 4.1.12595,3 1,5.13888, 6).1.1  25871(N) Tải trọng động quy ước tại C:

Tính khả năng tải động C d tại các ổ

Theo công thức ta có :

+ L h :là tuổi thọ của ổ lăn tính bằng giờ, ta chọn L 25.10  3 giờ.

+ n :là số vòng quay của ổ lăn,

Thay các thông số vào công thức tính trên ta được :

Ta có khả năng tải động cơ C d  Q m L

Trong đó : + m :bậc đường cong mỏi khi thử về ổ lăn.Ta chọn m/3 vì đây là ổ đũa côn.

+ Q :là tải trọng quy ước.

Thay tất cả các thông số vào công thức ta được khả năng tải động của ổ lần lượt tại B và B như sau :

C d  25871 10/3 26, 25  68,9(KN) Ta có C d  68,9(KN)  C 132(KN)

Vậy ổ lăn tại C thảo mãn điều kiện tải trọng Vậy cả 2 ổ lăn lắp trên trục IV thỏa mãn điều kiện tải trọng.

Tính toán ổ lăn trên trục 3 tương tự trục 2

7.2.2 Tính toán ổ trên trục 4 Chọn loại ổ

Do có lực dọc trục sinh ra trong quá trình uốn tác dụng lên ổ và ổ chịu tải trọng làm việc khá lớn nên ta chọn loại ổ sử dụng trên trục IV là loại ổ đũa côn.

Trong thực tế thì cấp chính xác của của ổ lăn đối với các cơ cấu bình thường không phải đặc biệt thì người ta thường chọn cấp chính xác là 0 Nên ta chọn cấp chính xác của ổ được lắp trên trục IV là 0.

Sơ đồ lực tác dụng của ổ trên trục IV được trình bày như sau:

Hình 7.5 Sơ đồ lực tác dụng trên trục4

Các thông số ban đầu:

Với kết cấu trục IV vị lắp ổ lăn lần lượt tại điểm A và B có cùng đường kính d

= 65 (mm).Theo catalogue ổ lăn SKF, ta chọn sơ bộ loại ổ đũa côn có các thông số cơ bản

Bảng 7.3 Bảng thông số của ổ đũa trụ ngắn đỡ trên trục 4

Kí hiệu ổ d (mm) D (mm) B (mm)

Tính kiểm nghiệm khả năng tải của ổ

Tải trọng động quy ước:

Tải trọng quy ước của ổ đũa côn được tính theo công thức sau:

Q=(X.V.Fr +Y.Fa).kt.kd Trong đó:

+ V: là hệ số kể đến vòng nào quay Ta có V = 1 vì vòng trong của ổ quay.

+ kt: là hệ số ảnh hưởng của nhiệt độ Ta chọn kt = 1 với nhiệt độ là 105 °C.

+ kd: là hệ số đặc tính tải trọng ta chọn: kd =1.

+ Fr: tải trọng hướng tâm (KN) Do trên trục IV chỉ có lực hướng tâm tác dụng lên ổ lăn nên ta có ta lấy giá trị Fr bằng với giá trị phản lực tác dụng lên ổ.

+ Fa: tải trọng dọc trục (KN).

+ X: hệ số tải trọng hướng tâm.

+ Y: hệ số tải trọng dọc trục Xác định lực dọc trục F  : Lực dọc trục F  là tổng của lực dọc trục ngoài do các chi tiết quay gây ra và lực dọc trục xuất hiện bên trong ổ do các lực hướng tâm

F r tác động lên ổ gây ra.

Với loại ổ đũa côn ta chọn bên trên thì tra trong catalogue ổ lăn SKF ta được hệ số e = 0,4 và góc tiếp xúc  = 15° Ta xác định được lực dọc trục sinh ra bên trong ổ đũa côn theo công thức:

Thay các thông số vào công thức trên ta được:

Lực dọc trục sinh ra bên trong ổ lăn tại vị trí A:

F sA = 0,83.0,4.19530,7 = 6484 (N) Lực dọc trục sinh ra bên trong ổ lăn tại vị trí B:

= 0,83.0,4.49274,7 = 16359 (N) Ta có sơ đồ bố trí các ổ đũa côn trên trục IV như sau:

Hình 7.6 Sơ đồ bố trí ổ bi đỡ trên trục 4

Theo sơ đồ bố trí ổ lăn như bên trên thì lực dọc trục tổng cộng 𝐹𝑎 tác dụng lên 2 ổ lăn được tính như sau:

Hệ số X,Y được tìm bằng cách xác định tỉ số F a /

Với hệ số Fa/VFr = 1,1 và đây là ổ đũa côn Tra bảng ,ta được giá trị của hệ số X, Y tại A là X = 0,4 và Y = 0,4.cotα = 0,4.cot(15°) = 1,5.

Với hệ số Fa/VFr = 0,03 và đây là ổ đũa côn Tra bảng ,ta được giá trị của hệ số X, Y tại B là X = 1 và Y = 0.

Thay tất cả các thông số vào công thức tính tải trọng động quy ước ta được: Tải trọng h

QA = (0,4.1.19530,7 + 1,5.21356) 1.1 = 39846 (N) Tải trọng động quy ước tại B:

Tính khả năng tải động C d

Thời gian làm việc : Theo công thức ta có : tại các ổ:

+ L h :là tuổi thọ của ổ lăn tính bằng giờ.Ta chọn L 25.10  3 giờ.

+ n :số vòng quay của ổ lăn Thay các thông số vào công thức tính trên ta được :

Ta có khả năng tải động cơ C d  Q m L

+ m :bậc đường cong mỏi khi thử về ổ lăn, m/3 vì đây là ổ đũa côn, + Q :là tải trọng động quy ước

+ L :tuổi thọ ổ lăn Thay tất cả các thông số vào công thức ta được khả năng tải trọng của ổ lăn lần lượt tạiA và B như sau :

C d  39846 10/3 26, 25 106(KN) Ta có C d  106(KN)  C  132(KN) Vậy ổ lăn tại A thảo mãn điều kiện tải trọng,

C d  49274, 7 10/3 26, 25 131,3(KN)Ta có C d  131,3(KN)  C 132(KN)

Vậy ổ lăn tại B thỏa mãn điều kiện tải trọng.

YÊU CẦU LẮP ĐẶT VẬN HÀNH MÁY

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN TRỤC GIỮA

8 1 Phần điều khiển roller : - có 3 cách điều khiển roller :

* Sử dụng trục vít me :

+ Ưu điểm : gọn nhẹ + Nhược điểm : tốn công lao động , độ chính xác thấp

*Dùng xi lanh thủy lực :

Hình 3.3 Điều khiển ROLLER bằng vít me

Hình 3.4 Điều khiển ROLLER bằng xi lanh thủy lực

+ Ưu điểm : độ chính xác cao ổn định + Nhược điểm : giá thành cao , phải có thêm trạm thủy lực

*Dùng kích thủy lực oto :

+ Ưu điểm : giá thành rẻ + Nhược điểm : thao tác chậm

=))) kết luận :Với những ưa điểm và nhược điểm cũng như là kết cấu máy giữa 2 phương án nêu trên, nhóm chúng em quyết định lựa chọn phương án 1: sử dụng bộ truyền bánh răng với các ưu nhược điểm như trên và điều khiển ROLLER bằng kích thủy lực

YÊU CẦU LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG MÁY 9.1.Yêu cầu về lắp đặt máy

Quá trình vận chuyển máy có thể được thực hiện bằng xe nâng thông qua phần đế máy, chiều cao nâng không cao hơn 200mm để tránh nguy cơ bị lật.

Máy phải được đặt ở một nơi có không gian đủ rộng để trong quá trình vận hành không bị vướng mắc gây tai nạn, có đủ không gian để người vận hành làm việc dễ dàng và đủ chỗ cho chiều dài làm việc của chi tiết.

Máy phải được đặt trên nền phẳng, có đủ độ cứng vững để chịu được trọng lượng của bản thân máy, cũng như chịu được độ rung và sự di chuyển sinh ra trong quá trình vận hành máy.

Các bộ phận điều khiển máy phải được bố trí vừa tầm tay cho công nhân để thuận tiện thao tác Các nút điều khiển phải nhạy và làm việc tin cậy Các bulông, đai ốc phải được kiểm tra, siết chặt để không bị tuột ra trong qua trình máy hoạt động.

Tất cả các bộ phận truyền động của máy đều phải được che chắn kín Phần điện của máy phải được bố trí gọn ràng, ngăn nắp và trực quan.

9.2.Yêu cầu về vận hành máy

Trước khi cho máy chạy, ta phải kiểm tra lại toàn bộ các bộ phận có chuyển động, kiểm tra lại hệ thống điện Sau khi kiểm tra xong, ta mới vận hành máy.

Máy sau khi lắp xong phải được chạy thử không tải, sau đó siết chặt các bulông lại lần nữa cho chắc chắn.

Khi sử dụng máy phải mặc áo bảo hộ lao động, ăn mặc gọn gàng Máy có thể được vận hành bởi 1 người, người vận hành phải cần phải đứng trước máy để xử lý các vấn đề, không được đứng bên hông máy đề phòng tai nạn do chi tiết gia công gây ra.

Phát hiện những bất thường xảy ra đối với máy kịp thời để đảm bảo sữa chữa và thay thế tốt nhất.

Biết được tính công nghệ của các bộ phận để có biện pháp vận hành tốt, giảm được thời gian chạy không cũng như thời gian quá tải.

Sau khi sử dụng phải tắt bật công tắt về vị trí dừng, tắt máy và dọn vệ sinh máy,đưa dụng cụ và sản phẩm về vị trí đã định.

9.3.Yêu cầu về bảo dưỡng máy Để máy hoạt động tốt, chính xác và nâng cao tuổi thọ, cần phải có chế độ bảo quản máy đúng theo kế hoạch sau:

Làm sạch thân máy Kiểm tra mạch điện và công tắc: mở đóng bảo đảm, đóng tiếp đất.

Trước khi khởi động máy phải kiểm tra lượng dầu, độ nhớt của dầu trong hộp giảm tốc và hộp tốc độ thông qua mắt dầu, và thay dầu đúng thời hạn, tránh để dầu quá bị biến chất do thời gian làm việc và nhiệt độ cao liên tục.

Nếu có hiện tượng gì khác thường khi máy hoạt động thì phải dừng máy ngay và kiểm tra lại để điều chỉnh máy.

Bảo quản máy hằng tháng:

Kiểm tra kỹ thuật các mối nối lắp ghép, mối hàn Kiểm tra kỹ thuật và siết chặt các bulông cố định.

Thay dầu nhớt định kỳ cho hợp giảm tốc động cơ, châm thêm hoặc thay thế dầu thủy lực.

Kiểm tra hệ thống dây dẫn điện, đường ống dẫn dầu, các van an toàn, van điều tiết, van 4/3.

Kiểm tra tổng thể toàn bộ máy, sự mài mòn của các bạc trượt, của bánh răng, của trục và của puly uốn Bôi trơn các chi tiết cần thiết, bôi trơn ổ đũa, cũng như kịp thời phát hiện hư hại của các chi tiết máy để sửa chữa hoặc thay thế