MỤC LỤC CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN ĐỀ TÀI.........................................................................1 1.1. Tổng quan về vít tải............................................................................................1 1.1.1 Sơ lượt về vít tải.............................................................................................1 1.1.2 Khái quát về cánh vít tải ................................................................................3 1.1.3 Gia công cánh vít ...........................................................................................4 1.2. Quy cách sản phẩm và mục tiêu hướng đến của đề tài ..................................8 1.2.1 Quy cách sản phẩm của máy .........................................................................8 1.2.2 Nhu cầu khách hàng.......................................................................................8 1.2.3 Tính cấp thiết của đề tài.................................................................................9 1.2.4 Mục tiêu cho đề tài.........................................................................................9 CHƯƠNG 2 :CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN LỰC CẢN KỸ THUẬT.........................................................................................................................11 2.1. Các phương án gia công cánh vít....................................................................11 2.1.1 Phương án uốn theo phương vuông góc với chiều dày tấm thép ................11 2.1.2 Phương án dùng ngàm kẹp vừa xoay vừa tịnh tiến .....................................14 2.1.3 Phương án sử dụng con lăn hình nón cụt.....................................................16 2.1.4 So sánh và chọn các phương án...................................................................18 2.1.5 Sơ đồ động phương án chính .......................................................................20 2.2. Tính lực cản kỹ thuật.......................................................................................22 2.2.1 Tính toán sơ bộ kích thước bộ phận công tác..............................................22 2.2.2 Tính toán lực tác động lên đầu công tác ......................................................24 2.2.3 Tính tốc độ vòng quay trục công tác ...........................................................25 2.2.4 Tính chọn động cơ .......................................................................................26 2.2.5 Phân phối tỉ số truyền ..................................................................................28 iii CHƯƠNG 3 :TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CỤM CƠ CẤU ...............................32 3.1. Tính toán bộ truyền đai ...................................................................................32 3.1.1 Chọn loại đai................................................................................................32 3.1.2 Tính toán các thông số bộ truyền đai...........................................................32 3.2. Tính toán thiết kế cặp bánh răng côn 34 ......................................................38 3.2.1 Thông số của bộ truyền................................................................................38 3.2.2 Chọn loại vật liệu làm bánh răng:................................................................38 3.2.3 Xác định ứng suất uốn cho phép..................................................................39 3.2.4 Tính toán kích thước bộ truyền....................................................................40 3.2.5 Xác định lực tác động lên bộ truyền............................................................42 3.2.6 Kiểm nghiện điều kiện bền uốn ...................................................................43 3.2.7 Bảng kết quả ................................................................................................43 3.3. Tính toán thiết kế cặp bánh răng côn 12 ......................................................45 3.3.1 Thông số của bộ truyền................................................................................45 3.3.2 Chọn loại vật liệu làm bánh răng:................................................................45 3.3.3 Xác định ứng suất uốn cho phép..................................................................45 3.3.4 Tính toán kích thước bộ truyền....................................................................46 3.3.5 Xác định lực tác động lên bộ truyền............................................................48 3.3.6 Kiểm nghiện điều kiện bền uốn ...................................................................49 3.3.7 Bảng tính toán..............................................................................................50 3.4. Tính toán thiết kế cặp bánh răng côn 1011 ..................................................51 3.4.1 Thông số của bộ truyền................................................................................51 3.4.2 Chọn loại vật liệu làm bánh răng:................................................................51 3.4.3 Xác định ứng suất uốn cho phép..................................................................52 3.4.4 Tính toán kích thước bộ truyền....................................................................52 iv 3.4.5 Xác định lực tác động lên bộ truyền............................................................55 3.4.6 Kiểm nghiện điều kiện bền uốn ...................................................................55 3.4.7 Bảng kết quả tính toán .................................................................................56 3.5. Tính toán thiết kế trục I...................................................................................58 3.5.1 Chọn vật liệu thiết kế trục............................................................................58 3.5.2 Phân tích lực tác động lên trục.....................................................................58 3.5.3 Biểu đồ momen trục I ..................................................................................61 3.5.4 Chọn then.....................................................................................................62 3.6. Tính toán thiết kế trục III ...............................................................................63 3.6.1 Chọn vật liệu chế tạo trục ............................................................................63 3.6.2 Phân tích lực tác động lên trục.....................................................................63 3.6.3 Biểu đồ momen trục III................................................................................65 3.6.4 Chọn then trên trục III .................................................................................66 3.7. Tính toán thiết kế trục IV................................................................................67 3.8. Tính toán thiết kế trục V .................................................................................67 3.8.1 Chọn vật liệu chế tạo trục V ........................................................................67 3.8.2 Phân tích lực tác động lên trục V.................................................................67 3.8.3 Biểu đồ momen trục V.................................................................................69 3.8.4 Chọn then trên trục V ..................................................................................70 3.9. Tính toán thiết kế trục VII..............................................................................71 3.9.1 Chọn vật liệu chế tạo trục VII......................................................................71 3.9.2 Phân tích lực tác động lên trục VII..............................................................71 3.9.3 Biểu đồ momen trên trục VII.......................................................................73 3.9.4 Chọn then trên trục VII................................................................................74 3.10. Chọn ổ lăn .......................................................................................................7
CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN LỰC CẢN KỸ THUẬT
Các phương án gia công cánh vít
2.1.1 Phương án uốn theo phương vuông góc với chiều dày tấm thép
H ì nh 2.1 Sơ đồ nguyên lí phương án số 1
Phương án này sẽ thực hiện cuốn tấm thép qua 2 giai đoạn:
- Giai đoạn 1 tạo độ cong cho tấm thép:
Tấm thép được đưa và cụm bánh lăn số 1, 5, 6 để uốn tâm thép cong cong lần đầu Bánh lăn số 1 và 6 là hai bánh bị dẫn và cố định, bánh số 5 là bánh dẫn, có thể di chuyển theo phương đường trung trực của đoạn thẳng nối hai tâm bánh lăn số 1 và 5 Quai giai đoạn 1 thì thanh thép sẽ cong lên với 1 đường kính lớn
- Giai đoạn 2 tạo độ cong vừa với ống trục và tạo biên dạng xoắn vít: Ở giai đoạn 2 thì tấm thép sẽ đi cụm bánh lăn 1, 2, 4 để tiếp tục tạo biên dạng cong với đường kính nhỏ hơn và vừa với đường kính ống trục Bánh lăn số 4 đóng vai trò tương tự như bánh lăn số 5, có thể di chuyển để điều chỉnh độ cong của tấm thép Cụm cơ cấu số 3 sẽ đóng vai tạo bước vít, cụm này gồm có 2 con lăn hình côn ghép với nhau tạo thành khe hở vừa đủ cho tấm thép đi qua để thép không bị biến dạng không mong muốn, cụm này có thể di chuyển theo phương vuông góc với mặt phẳng chứa các bánh lăn 1, 2, 4, 5, 6 Khi vít đi qua khe này thì phương chuyển động là vừa xoay vừa tịnh tiến tạo thành xoắn vít, bước vít phụ thuộc vào khoản cách của cụm này so với mặt phẳng chứa các con lăn còn lại, khoản cách lớn thì bước vít lớn và ngược lại
Cấu tạo của các bánh lăn đều có rảnh để khóa bậc tự do của tấm thép chỉ cho biến dạng theo các phương trên mặt phẳng của các bánh lăn Vì lực tác dụng lên tấm thép rất lớn nên nếu không có các rãnh để khóa bậc tự do thì tấm thép sẽ bị lệch khỏi quỹ đạo và cấn vào các cơ cấu, làm cho bánh dẫn bị kẹt và khiến động cơ bị tổn hại
Việc thực hiện uốn qua 2 giai đoạn là để tránh việc kéo dãn tấm thép với độ cong quá lớn trong thời gian ngắn sẽ làm cho tấm thép bị phá hủy hoặc biến dạng Trong các máy uốn khác như uống thép ống, thép hộp thì các máy sẽ cho cuốn nhiều lần bằng cách đảo chiều xoay của bánh dẫn, nhưng với sản phẩm cánh vít liên tục thì không thể cho xoay ngược lại nên phương án uốn qua nhiều giai đoạn được áp đụng Có thể qua nhiều hơn 2 giai đoạn và bố trí các cụm cơ cấu theo hình xoắn ốc
Với các máy có sẵn trên thị trường sử dụng nguyên lí này chỉ đi qua 1 giai đoạn và dùng để uốn loại cánh vít nhỏ, cho các trục vít nhỏ Đối với các loại vít có bề rộng cánh từ 80 – 120 mm thì không khả thi
H ì nh 2.2 Hình ả nh minh h ọa phương án số 1 2.1.1.3 Ưu điểm phương án
Phương án này có ưu điểm là vận hành liên tục, dễ điều chỉnh các kích thước hình học Đối với các loại vít nhỏ, bề rộng không quá lớn và trục nhỏ thì loại máy này có thể cho năng suất cao vì lực cản không lớn, động cơ có thể chạy với tốc độ cao hơn, gia công nhanh hơn
Các liên hệ giữa kích thước yêu cầu của sản phẩm và các điều chỉnh trên máy có thể trực quan, như điều chỉnh đườn kính trục vít thì ta điều chỉnh vị trí tương quan giữa các bánh lăn, vì thế nên công thức tính toán các điều chỉnh không quá phức tạp so với các phương án khác Nên việc tính toán để thiết kế du xích cho máy sẽ đơn giản hơn
2.1.1.4 Nhược điểm phương án Đối với các loại cánh vít bề rộng lớn nhưng độ dày quá nhỏ, thì máy không hiệu quả Sản phẩm dễ biến dạng và trở thành phế phẩm, vì khi bề rộng quá nhỏ mà khe hở của của cơ cấu cuốn quá to thì sẽ không khóa đủ bậc tự do, lúc vận hành sẽ gây ra biến dạng theo phương không mong muốn là cong vênh cánh vít Vì thế với loại thép mỏng phải làm một đầu uốn có khe hở nhỏ, như thế sẽ làm cho máy mất tính đa nhiệm và phải thay thế bộ phận công tác khác gây tốn kém chi phí chế tạo và tốn thời gian lúc vận hành
Vì gia công theo phương pháp này sẽ có ma sát rất nhiều nên bộ phận công tác sẽ hao mòn nhanh chóng Tốn chi phí nhiều cho bảo trì sữa chữa
2.1.2 Phương án dùng ngàm kẹp vừa xoay vừa tịnh tiến
H ì nh 2.3 Sơ đồ nguyên lí phương án số 2
Chuyển động chính trong phương án này là mâm quay số 4, vừa xoay vừa tịnh tiến Khi mâm số 4 xoay thì sẽ cuốn tấm thép quanh ống trục và di chuyển tịnh tiến tạo ra xoắn vít Tấm thép trước khi uốn sẽ đi qua cụm bánh lăn số 1 để khóa bậc tự do và chỉ di chuyển theo 1 phương duy nhất và tấm thép không bị nghiên Bánh lăn số 3 để khóa bậc tự do và hướng tấm thép di chuyển tròn quanh ống trục, đóng vai trò vừa là một bánh dẫn hướng vừa là điểm tựa cố định Ngàm kẹp số 2 được bắt cố định trên mâm quay số 4 để kẹp chặt tấm thép và kéo tấm thép di chuyển theo mâm quay
Trong phương án này, bộ phận dẫn hướng rất quan trọng vì nếu không khóa chặt các lực kéo rất lớn Không thích hợp đối với các loại cánh vít có đường kính ống quá nhỏ so với bề rộng cánh vít vì khi uốn cong đường kính nhỏ sẽ gây gãy hoặc nứt vì quá độ bền uốn Đối với phương án này có thể thiết kế để gia công được loại vít có bề rộng từ 80 –
100 mm và đường kính ống 74 – 90 mm
Dưới đây là hình ảnh minh họa một máy được thiết kế để gia công loại vít nhỏ với năng suất cao được dùng để tham khảo nguyên lí hoạt động
H ì nh 2.4 Hình ả nh minh h ọa cho phương án số 2 2.1.2.3 Ưu điểm phương án Ưu điểm của phương án là có thể gia công nhanh đối với các loại vít nhỏ và có vật liệu mềm Độ chính xác cao vì các thông số kích thước đều được tính toán kĩ Là một phương án để cân nhắc đến nếu không còn phương án nào tốt hơn
Nhược điểm của máy là gia công được đoạn vít ngắn, vì trục xoay không thể làm quá dài vì mô men cản rất lớn và gây mất ổn định Khi quấn thì do biến dạng quá nhanh nên nhiệt sinh ra rất lớn, rất dễ gây phá hủy thanh thép nếu tốc độ xoay của trục quá lớn Việc tính toán liên hệ giữa góc vào của thanh thép và bước vít cũng như tốc độ tịnh tiến của thanh thép sẽ rất phức tạp Nhiều cơ cấu phức tạp sẽ đẩy giá thành sản xuất lên cao, nhưng chỉ sản xuất giới hạn số ít loại vít nhỏ thì phương án này không có lợi về mặt kinh tế Sơ đồ nguyên lí
2.1.3 Phương án sử dụng con lăn hình nón cụt
H ì nh 2.5 Sơ đồ nguyên lí phương án số 3
1 Con bánh lăn số 1 điều chỉnh bước vít
2 Cụm con lăn hình nón cụt số 2
3 Cụm bánh lăn dẫn hướng số 3
Khi ta cho tấm thép ôm sát vào bề mặt con lăn hình nón cụt một góc nhỏ thì tấm thép sẽ bị uốn cong tạo thành biên dạng xoắn vít, do sự chênh lệch chu vi của các đường tròn tại từng vị trí của khối nón
Tính lực cản kỹ thuật
2.2.1 Tính toán sơ bộ kích thước bộ phận công tác
Bộ phận công tác có hình nón cụt và dựa vào sự chênh lệch vận tốc trên đường sinh của khối nón khi quay quanh trục để tạo lực kéo giãn tấm thép Để tìm được góc ở đỉnh của khối hình nón ta dựa vào sự chênh lệch cần thiết
Xét trên một bước vít:
Chu vi đường helix bao ngoài cánh vít
𝑙 𝑖 : chu vi đường helix ở chân cánh vít trên 1 bước vít
Tương tự ta cũng có thể xác định chu vi đường helix ở đỉnh cánh vít trên 1 bước vít qua công thức:
𝑙 𝑜 : chu vi đường helix ở đỉnh cánh vít trên 1 bước vít
𝑑 𝑜 : đường kính bao ngoài vít
Xét trên loại cánh vít có kích thước hình học là:
Tỉ lệ chênh lệch chiều dài
Vận tốc dài của 2 điểm trên đường sinh cách nhau một độ cao bằng bề rộng tấm thép cũng sẽ lệch nhau theo tỉ lệ t
Mà 𝑣 = 𝜔𝑅 suy ra ta có
Ta lập được kích thước sơ bộ của đầu công tác theo sơ đồ sau:
H ì nh 2.8 Kích thước sơ bộ đầ u công tác
2.2.2 Tính toán lực tác động lên đầu công tác
Vật liệu đã chọn là thép tấm ss400 theo tiêu chuẩn JISG của Nhật Bản với các kích thước bề dày đã chọn