Khái niệm về biến dạng của kim loại
Dưới tác dụng của ngoại lực hoặc nhiệt độ, thế năng của nguyên tử trong kim loại thay đổi sự dịch chuyển của các nguyên tử tạo ra sự biến dạng theo các giai đoạn: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá huỷ.
Vật thể dưới tác dụng ngoại lực bị biến dạng Nếu sau khi cất tải biến dạng bị mất đi, vật thể trở về hình dạng kích thước ban đầu như khi chưa bị tác dụng lực, gọi biến dạng đó là biến dạng đàn hồi.
Biến dạng đàn hồi phụ thuộc vào hai yếu tố:lực và nhiệt độ.
Là biến dạng vẫn còn lại sau khi bỏ tải trọng.
Nguyên nhân là do khi tăng tải, nguyên tử của kim loại chuyển dời sang một vị trí xa hơn và ổn định hơn, không trở về vị trí cân bằng cũ khi thôi lực tác dụng.
Phá huỷ là ngoài sự thay đổi hình dáng và kích thước của vật thể dưới tác dụng của ngoại lực, sau khi cất tải chúng không còn giữ nguyên liên kết ban đầu giữa các nguyên tử hoặc các phần Phá huỷ là nứt, gãy, vỡ mối liên kết giữa các nguyên tử do ứng suất kéo gây nên.
Ta có biểu đồ thể hiện mối liên hệ giữa lực tác dụng và biến dạng đối với vật liệu dẻo bị kéo như sau:
Hình 1.1: Biểu đồ quan hệ giữa lực và biến dạng
-Nếu giá trị của tải trọng đặt vào PPA thì quan hệ giữa P và l là bậc 1 Đây là giai đoạn biến dạng đàn hồi.
-Nếu tải trọng PAtg (f là hệ số ma sát)
h để vật cán dễ ăn vào trục ta tìm các biện pháp để tăng f và giảm .
Làm tăng f, tức là tăng góc ma sát bằng cách:
+ Tạo gờ hoặc xẻ rãnh trên trục.
+ Dùng lỗ hình thích hợp.
+ Giảm bôi trơn trên rãnh cán.
Làm giảm góc bằng cách:
+ Giảm h nhờ đập bẹp đầu phôi.
+ Tăng đường kính D của trục cán.
Trong thực tế, phương pháp làm tăng hệ số ma sát f người ta thường dùng hơn.
1.4.6 Hiện tượng vượt trước và hiện tượng trễ sau khi cán
Từ thực tế người ta thấy rằng: khi cán tại vùng biến dạng có hiện tượng sau: Tốc độ cán tại điểm tiếp xúc với trục cán Vh cho tới tiết diện trung hoà luôn nhỏ hơn tốc độ trục cán V
Từ tiết diện trung hoà theo hướng cán ra khỏi trục cán luôn có hiện tượng
Tại tiết diện trung hoà thì
Hiện tượng mà tại vùng biến dạng của kim loại có Vh No = 10 7 nên ta lấy K ’ n = 1
Do đó theo bảng 3-9 [4] ta có
[] 1 tx = 2,6.HB = 2,6.200 = 520 (N/mm 2 )[] 2 = 2,6.HB = 2,6.160 = 416 (N/mm 2 ) Để tính bền ta dùng trị số nhỏ là []tx = 416 (N/mm 2 )
Ứng suất uốn cho phép:
Khi răng làm việc một mặt ta có:
+ n = 1,5 là hệ số an toàn.
+ K = 1,8 là hệ số tập trung ứng suất ở chân răng.
+ -1 là giới hạn mỏi uốn; -1 = (0,40,45)B (N/mm 2 )
Giới hạn mỏi của thép C45 của bánh nhỏ:
-1 = 0,43.B = 0,43.600= 258 (N/mm 2 ) Giới hạn mỏi của thép C35 của bánh lớn là:
K ’’ là hệ số chu kỳ ứng suất uốn Tương tự như trên lấy gần đúng K ’’ = 1. Vậy ứng suất uốn cho phép của bánh răng nhỏ.
Chọn sơ bộ hệ số tải trọng: K = 1,31,5
Chọn hệ số chiều rộng bánh răng: A = = 0,4.
Xác đinh khoảng cách trục A:
Theo công thức 3-10 [4] ta có
A 287 (mm), Chọn sơ bộ A = 290 (mm)
Tính vận tốc vòng của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng:
Tra bảng 3-11 [4] ứng với V=6,38 m/s ta chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng là cấp 8.
Định chính xác hệ số tải trọng và khoảng cách trục:
Hệ số tải trọng: K= Ktt.Kđ
Trong đó: +Ktt là hệ số tập trung tải trọng, lấy gần đúng Ktt= 1
+Kđ là hệ số tải trọng động. Ứng với cấp chính xác 8, độ cứng HB No = 10 7 nên ta lấy K ’ n = 1
Do đó theo bảng 3-9 [4] ta có công thức tính ứng suất tiếp xúc cho phép:
[] 1 tx = 2,6.HB = 2,6.200 = 520 (N/mm 2 ) [] 2 tx = 2,6.HB = 2,6.160 = 416 (N/mm 2 ) Để tính bền ta dùng trị số nhỏ là []tx = 416 (N/mm 2 )
Ứng suất uốn cho phép:
Khi răng làm việc một mặt ta có:
[]u Tương tự như ở bộ truyền cấp nhanh, ở bộ truyền cấp chậm ta cũng tính được ứng suất uốn cho phép của bánh răng nhỏ và lớn như sau:
Chọn sơ bộ hệ số tải trọng K = 1,5
Chọn hệ số chiều rộng bánh răng: A = = 0,4.
Xác định khoảng cách trục A:
Theo công thức 3-10 [4] ta có
A 364,1 (mm) Chọn sơ bộ A = 366 (mm)
Tính vận tốc vòng của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng:
Tra bảng 3-11 [4] ứng với V=3,56 m/s ta chọn cấp chính xác chế tạo bánh
Định chính xác hệ số tải trọng và khoảng cách trục:
Hệ số tải trọng: K= Ktt.Kđ
Trong đó: +Ktt là hệ số tập trung tải trọng, lấy gần đúng Ktt= 1
+Kđ là hệ số tải trọng động. Ứng với cấp chính xác 9, độ cứng HB0 nên chỉ có ổ tại vị trí B chịu lực dọc trục
Vì QB>QA nên ta chọn ổ cho gối đỡ tại B, còn ổ của gối đỡ tại A ta lấy cùng kích thước.
= 960(750.20000) 0,3 = 124997 Theo bảng 18P [4] ứng với dnt = 45 mm có Cbảng= 128000
Vậy chọn ổ có kí hiệu 7309 có các kích thước: Đường kính ngoài : D= 100 (mm)
Ta có: Đường kính tại chỗ lắp bánh răng dII = 75 mm nên chọn đường kính ngõng trục: dnt = 60 mm Tra bảng 18P [4] ứng với ổ cỡ trung, sơ bộ chọn ổ có β11 o 30 ’ , ký hiệu 7300.
Sơ đồ lực tác dụng lên ổ đỡ như sau:
+Tính phản lực tại các gối đỡ:
+ Hệ số khả năng làm việc:
C = Q(nh) 0,3 Cbảng h= 20000 (giờ) là tổng thời gian làm việc n = 292 (vg/ph)
+ Tính tải trọng tương đương:
+ m: hệ số chuyển tải trọng dọc trục về tải trọng hướng tâm, m = 1,8.
+ Kt = 1,3 1,5 ta chọn Kt = 1,3 hệ số tải trọng động (Bảng 3_8 [4])
+ Kn = 1: hệ số nhiệt độ (Bảng 8_4 [4]).
+ Kv = 1: hệ số xét đến vòng nào của ổ là vòng quay.
+ Tổng lực chiều trục: At
At = S + (SC – SD) Ở đây:S = -Pa2 +Pa3 = -1495 + 2810 (N)
Với sơ đồ bố trí ổ như trên, At>0 nên chỉ có ổ tại vị trí D chịu lực dọc trục
Vì QD>QC nên ta chọn ổ cho gối đỡ tại D, còn ổ của gối đỡ tại C ta lấy cùng kích thước.
= 1930(292.20000) 0,3 = 178886 Theo bảng 18P [4] ứng với dnt = 60 mm có Cbảng= 194000
Vậy chọn ổ có kí hiệu 7312 có các kích thước: Đường kính ngoài : D= 130 (mm)
Ta có: Đường kính tại chỗ lắp bánh răng dIII = 85 mm nên chọn đường kính ngõng trục: dnt = 75 mm Tra bảng 18P [4] ứng với ổ cỡ trung, sơ bộ chọn ổ có β12 o 20 ’ , ký hiệu 7300.
Sơ đồ lực tác dụng lên ổ đỡ như sau:
+Tính phản lực tại các gối đỡ:
+ Hệ số khả năng làm việc:
C = Q(nh) 0,3 Cbảng h= 20000 (giờ) là tổng thời gian làm việc n = 136 (vg/ph)
+ Tính tải trọng tương đương:
+ m: hệ số chuyển tải trọng dọc trục về tải trọng hướng tâm, m = 1,8.
+ Kt = 1,3 1,5 ta chọn Kt = 1,3 hệ số tải trọng động (Bảng 3_8 [4]) + Kn = 1: hệ số nhiệt độ (Bảng 8_4 [4]).
+ Kv = 1: hệ số xét đến vòng nào của ổ là vòng quay.
+ Tổng lực chiều trục: At
S F Hình 4.13: Sơ đồ lực tác dụng lên ổ đỡ tại trục III. Ở đây:S = -Pa4 = -2735 (N)
Với sơ đồ bố trí ổ như trên, AtQF nên ta chọn ổ cho gối đỡ tại E, còn ổ của gối đỡ tại F ta lấy cùng kích thước.
= 1695(136.20000) 0,3 = 144391 Theo bảng 18P [4] ứng với dnt = 75 mm có Cbảng= 280000
Vậy chọn ổ có kí hiệu 7315 có các kích thước: Đường kính ngoài : D= 160 (mm)
Bề rộng của ổ : B= 37 (mm) g) Cấu tạo vỏ hộp:
Chọn vật liệu vỏ hộp bằng gang xám GX 15-32
Chọn mặt ghép theo bề mặt đi qua đường tâm trục, nhờ đó việc lắp ghép thuận tiện hơn.
Các kích thước cơ bản của hộp theo bảng 10_9 tài liệu [4] như sau:
- Chiều dày thành thân hộp: d = 0,025A + 3 = 0,025.358 + 3 = 11,95 >8(mm) Chọn d(mm)
- Chiều dày thành nắp hộp d1=0,02A + 3 = 0,02.358 + 3 = 10,16(mm) Chọn d1 = 11(mm)
- Chiều dày mặt bích dưới thân hộp b= 1,5.d = 1,5.12 = 18 (mm)
- Chiều dày mặt bích trên của nắp hộp b1 = 1,5d1 = 1,5.11 = 16,5(mm)
- Chiều dày gân ở nắp hộp: m1=(0,85 1)d1 =(0,85 1)11
- Chiều dày gân ở thân hộp: m = (0,85 1)d =(0,85 1)12
- Chiều dày mặt đế không có phần lồi:
- Đường kính Bulông nền: dn = 0,036.A + 12 = 0,036.358 + 12 = 24,888(mm) Chọn dn = 30 (mm)
Số lượng bulông nền chọn n = 6.
Bulông cạnh ổ: d1 = 0,7dn = 21 mm, chọn d1 = 20 (mm) Bulông ghép nắp vào thân: d2 = 0,5dn = 15(mm), chọn d2 = 14 (mm) Bulông ghép nắp ổ: d3= 0,4dn = 12(mm), chọn d3 = 12 (mm) Bulông ghép nắp ở cửa thăm: d4 = 0,3.dn = 9(mm), chọn d4 = 8
- Khoảng cách C1 từ mặt ngoài của vỏ đến tâm bu lông dn, d1 và d2:
- Chiều dày mặt bích (không kể chiều dày thân hoặc nắp hộp)
- Để quan sát các chi tiết máy trong hộp và rót dầu vào hộp, trên đỉnh nắp hộp có cửa thăm , theo bảng 10_12 [4] chọn nắp cửa thăm có các kích thước sau
Số lượng 6 vít, kích thước vít M10x22.
Trọng lượng của hộp giảm tốc khoảng 645(KG).
* Bôi trơn hộp giảm tốc: Để giảm mất mát công suất vì ma sát, giảm mài mòn răng, đảm bảo thoát nhiệt tốt và đề phòng các chi tiết máy bị han gỉ cần phải bôi trơn liên tục các bộ truyền trong hộp giảm tốc.
Các phương án bôi trơn hộp giảm tốc:
+ Theo cách dẫn dầu đến bôi trơn các chi tiết máy người ta phân biệt bôi trơn ngâm dầu và bôi trơn lưu thông Ngoài ra các bộ truyền để hở của những máy không quan trọng có thể bôi trơn định kỳ bằng mỡ.
- Bôi trơn ngâm dầu bằng cách ngâm bánh răng, bánh vít, trục vít, hoặc các tiết máy phụ (bánh bôi trơn , vòng vung dầu ) trong dầu chứa ở hộp.
- Bôi trơn lưu thông dùng cho các bộ truyền có vận tốc lớn (v > 12 14 m/s) và cho các hộp giảm tốc cỡ lớn có vận tốc nhỏ Phương pháp này còn dùng cho các hộp giảm tốc có công suất và vận tốc không lớn lắm nhưng cấu tạo của nó không cho phép việc bôi trơn ngâm dầu
Chọn phương án bôi trơn ngâm dầu:
Chiều cao mức dầu: 1/6 bán kính bánh răng cấp nhanh và dưới 1/3 bán kính bánh răng cấp chậm
Các loại dầu bôi trơn hộp giảm tốc:
Thường dùng các loại dầu sau đây để bôi trơn hộp giảm tốc:
- Dầu công nghiệp được dùng rộng rãi để bôi trơn nhiều loại máy khác nhau. Bôi trơn bằng phương pháp lưa thông nên dùng dầu công nghiệp 45.
- Dầu tuabin có chất lượng tốt nên thường dùng để bôi trơn cho các loại bánh răng quay nhanh.
- Dầu ôtô máy kéo cũng được bôi trơn hộp giảm tốc.
Vậy chọn loại dầu ôtô máy kéo AK-20 để bôi trơn hộp giảm tốc.
* Kích thước của bulông vòng:
Theo bảng 10-11a [4] ta chọn các kích thước như sau: d= 16 (mm); d1 = 63 (mm); d2 = 35 (mm) d3= 14 (mm); l = 32 (mm); h = 30 (mm)
Hình 4.14: Kích thước bulông vòng
- Để kiểm tra mức dầu trong hộp, trên thân có làm mắt dầu kiểu đèn ló
Các kích thước của mắt dầu: d = 50(mm) ; D= 80 (mm) ;
4.2.2 Thiết kế hộp phân lực.
Hộp phân lực dùng để phân phối momen xoắn và truyền chuyển động quay cho các trục của máy cán từ hệ thống truyền động.
Tính toán năng suất máy
Năng suất máy (A) là một chỉ tiêu kinh tế khá quan trọng vì khi thiết kế máy bao giờ cũng muốn năng suất máy cao hơn Năng suất máy có cao thì ta mới biết được phương pháp thiết kế máy tối ưu hay chưa Nếu chưa thích hợp ta cần tìm biện pháp khắc phục, nâng cao năng suất.
-Năng suất được tính theo công thức:
A = Fph.Vc.γ (Tấn/giờ) Trong đó:
Fph là tiết diện của phôi Fph = 32.32 = 1024 mm 2 = 1024.10 -6 (m 2 )
V là tốc độ cán, V = 2,5 (m/s) = 9000 (m/giờ)
Yêu cầu về lắp ráp
Việc lắp ráp máy cán cũng như các máy khác nói chung là phải bảo đảm an toàn tuyệt đối về người và thiết bị Phải tuân theo qui định, qui phạm lắp ráp máy, theo sự chỉ đạo của cán bộ chuyên môn trực tiếp chỉ huy. Đối với động cơ, hộp giảm tốc, hộp phân lực và giá cán cần phải đủ độ cứng vững với nền móng khi vận hành Khi vận hành máy ít rung động, cả hệ thống hoạt động ít ồn.
Trục tâm của các trục dẫn động từ trục cán đến động cơ, đặc biệt là từ trục động cơ đến hộp phân lực phải nằm trên cùng một mặt phẳng.
Chế độ và dầu bôi trơn máy cán
Bôi trơn nhằm các mục đích sau: giảm ma sát, chống mài mòn, tăng tuổi thọ của các chi tiết, giảm tiêu hao điện năng, tăng năng suất.
Máy cán cũng như các máy khác cần có dầu mỡ bôi trơn và chế độ bôi trơn hợp lý để đạt được các mục đích trên.
Vật liệu bôi trơn cần phải lựa chọn sao cho khi máy làm việc phải luôn luôn hình thành và duy trì một màng dầu mỏng bám vào bề mặt các chi tiết tại những nơi tiếp xúc như ổ trục và ngõng trục, các khớp nối, ổ nối, ….
Các loại dầu, mỡ bôi trơn thường ở dạng lỏng như dầu khoáng vật, dầu công nghiệp; ở dạng đặc như mỡ công nghiệp, mỡ động thực vật hay ở dạng rắn như parafin, than chì, …
Khi chọn dầu mỡ bôi trơn cần chú ý tới các tính chất cơ bản sau:
An toàn vận hành máy
Khi máy đã hoàn tất việc chế tạo và lắp đặt, chuẩn bị đưa vào vận hành, chúng ta cần phải làm tốt những công việc sau:
- Kiểm tra và bảo quản các cơ cấu an toàn điện của máy trước khi làm việc.
- Kiểm tra các thùng dầu bôi trơn và nước làm mát, nếu thiếu phải bổ sung cho đủ theo yêu cầu.
- Trước khi cán phải kiểm tra xem phôi cán có đảm bảo các điều kiện kỹ thuật không.
- Công nhân vận hành máy phải được đào tạo kỹ thuật trước để nắm vững các nguyên lý hoạt động của máy, phải hiểu rõ các cơ cấu an toàn về điện, phải biết điều khiển và điều chỉnh máy để kịp thời xử lý khi xự cố xảy ra gây nguy hiểm trong nhà máy.
- Khi máy lắp ráp xong phải cho máy chạy không tải một thời gian để kiểm tra lại các thiết bị điện, hộp giảm tốc và các chi tiết khác Đặc biệt là kiểm tra trục cán, trục khớp nối, các bulông lắp ghép,… Chạy không tải làm cho các bạc lót trục được mòn đều với cổ trục để máy sau này làm việc êm và chính xác Trước khi mở máy chạy thử cần chú ý không để bất kỳ một vật gì rơi và khe hở giữa hai trục cán.
- Trong không gian nhà máy phải bố trí bảng nội qui, qui định về an toàn, các cơ cấu bảo đảm an toàn cho người công nhân làm việc tốt, phải có biện pháp phòng chống cháy nổ hiệu quả.
- Trang bị đầy đủ bảo hộ lao động cho công nhân đúng qui trình của pháp lệnh nhà nước về an toàn lao động.
Qua một thời gian làm việc, để dảm bảo năng suất cũng như tuổi thọ của máy, đem lại cho máy những điều kiện kỹ thuật tốt nhất để duy trì thời gian làm việc đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn, chúng ta phải có các khoảng thời gian định kỳ dành cho việc bảo dưỡng máy.
Bảo dưỡng máy phải thực hiện các công việc sau:
- Kiểm tra lại các hệ thống mạng điện cung cấp và bảo vệ an toàn cho nhà máy
- Điều chỉnh lại khe hở của các lỗ hình nếu cần thiết.
- Kiểm tra lại trục cán, điều chỉnh lại khỏi bị dao động, đảm bảo các điều kiện để trục cán làm việc an toàn.
- Kiểm tra lại các khớp nối, trục truyền, thoả mãn các điều kiện làm việc.
- Kiểm tra dầu mỡ của của các ổ lăn, ổ trượt.
- Điều chỉnh độ rơ của hộp giảm tốc, hộp phân lực và các cơ cấu khác.
- Có chế độ chạy thử máy sau khi bảo dưỡng để kiểm tra các điều kiện làm việc của máy.
Trải qua thời gian làm việc miệt mài, với sự chỉ bảo tận tình của thầy hướng dẫn, đến nay em đã hoàn thành xong đồ án tốt nghiệp của mình với các nội dung chính gồm:
+ Cơ sở lý thuyết của quá trình cán kim loại.
+ Tính toán công nghệ và thiết kế lỗ hình trục cán.
+ Thiết kế động học máy.
+ Tính toán thiết kế động lực học máy.
+ Tính toán năng suất máy.
+ An toàn vận hành máy.
Với các nôi dung trên, do thời gian và tài liệu tham khảo không nhiều, cộng với kiến thức bản thân có nhiều hạn chế nên chắc chắn sẽ có nhiều sai sót trong bài làm của mình Mong quý thầy cô chỉ bảo góp ý thêm để bản thiết kế này cũng như kiến của em được hoàn thiện hơn.
Lần nữa, xin gởi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy và cùng toàn thể quý thầy, cô trong khoa Cơ khí đã nhiệt tình giúp đỡ em trong quá trình học tập và là đồ án tốt nghiệp này!