Đồ án tốt nghiệp cơ khí Tính toán động lực cho máy đột kim loại

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Nguyễn Bá Nghị MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU………………………………………………………………… …2 CHƯƠNG I: CẤU TẠO, CÔNG DỤNG CỦA MÁY ĐỘT KIM LOẠI… 4 1.1. Cấu tạo của máy đột kim loại……………………………………….……….4 1.2. Công dụng của máy đột kim loại…………………………………………….6 CHƯƠNG II: BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC CỦA CƠ CẤU MÁY ĐỘT……… 8 2.1. Chuyển vị góc, vận tốc góc, gia tốc góc của thanh truyền………………….10 2.2. Chuyển vị, vận tốc, gia tốc của chày……………………………………….13 CHƯƠNG III: ÁP LỰC KHỚP ĐỘNG VÀ MÔ MEN CÂN BẰNG TRÊN KHÂU DẪN…………………………………………………………………….16 3.1. Lực cần thiết để đột lỗ………………………………………………………16 3.2. Áp lực khớp động và mô men cân bằng trên khâu dẫn……………………17 3.3 Vị trí đặt phôi ……………………………………………………………….19 CHƯƠNG IV: BÁNH ĐÀ CỦA MÁY ĐỘT KIM LOẠI……………………28 4.1 Tổng quan về bánh đà……………………………………………………….28 4.2 Tính bánh đà…………………………………………………………………29 4.3 Chuyển động thực của máy…………………………………………… … 38 KẾT LUẬN…………………………………………………………………… 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………… 42 PHỤ LỤC……………………………………………………………………… 43 1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Nguyễn Bá Nghị LỜI NÓI ĐẦU Gia công áp lực là một công nghệ mới so với so với lịch sử phát triển thế giới. Đây không những là một phương pháp chế tạo phôi mà còn là phương pháp chế tạo ra sản phẩm. Có chất lượng bề mặt tốt, cơ tính cao và khắc phục được các khuyết tật để lại từ trước. Đặc biệt trong sản xuất thiết bị phục vụ cho ngành điện với các kích thước chi tiết nhỏ và phần lớn được chế tạo từ các kim loại màu. Gia công áp lực là phương pháp thích hợp và tối ưu nhất được áp dụng khá hiệu quả. Đăc biệt khi được sự hỗ trợ của các loại máy móc và khuôn mẫu ngày càng được chế tạo chính xác hơn nên cho các sản phẩm chất lượng cao hơn. Trong đợt làm đồ án tốt nghiệp này, em đã chọn đề tài: “ Tính toán động lực cho máy đột kim loại”. Nội dung chính của đề tài bao gồm các phần: Chương 1. Cấu tạo, công dụng của máy đột kim loại Chương 2. Bài toán động học của cơ cấu máy đột Chương 3. Áp lực khớp động và mô men cân bằng trên khâu dẫn Chương 4. Bánh đà của máy đột kim loại Do trình độ và năng lực của em còn nhiều hạn chế nên bản thuyết minh này khó tránh khỏi thiếu sót và những chỗ chưa hợp lý. Em rất mong nhận được những ý kiến nhận xét của các thầy và các bạn sinh viên để bản thuyết minh đề tài tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong trường Đại học Giao thông vận tải, các thầy trong Bộ môn Kỹ thuật máy trong bốn năm qua đã trang bị cho em những 2 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Nguyễn Bá Nghị kiến thức quý báu và giúp đỡ tận tình để em hoàn thành đề tài tốt nghiệp này. Đặc biệt cảm ơn thầy Ths Nguyễn Bá Nghị trong thời gian thực hiện đề tài thầy đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn để em hoàn thành đề tài. Hà Nội, 25 tháng 4 năm 2014 Sinh viên thực hiện Phạm Văn khánh 3 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Nguyễn Bá Nghị CHƯƠNG I CẤU TẠO, CÔNG DỤNG CỦA MÁY ĐỘT KIM LOẠI 1.1 CẤU TẠO CỦA MÁY ĐỘT KIM LOẠI Hiện nay có rất nhiều chủng loại máy móc được sử dụng trong các nhà máy,xí nghiệp,máy đột cũng là loại máy được sử dụng rất phổ biến. Máy đột là loại máy sử dụng áp lực mạnh để đục lỗ khi đặt vật liệu lên cối, do đó nó cần một cái búa chuyển động lên xuống để đục lỗ. - Nếu quá trình chuyển động lên xuống của búa dùng lực lấy từ dầu nén thì gọi là máy đột thủy lực Hình 1.1 Đầu đột thủy lực Hình 1.2 Sơ đồ máy đột thủy lực 4 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Nguyễn Bá Nghị - Nếu quá trình chuyển động lên xuống của búa dùng lực lấy từ máy đột thì được gọi là máy đột kiểu cơ khí Hình 1.3 Máy đột JB04-1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Hình 1.4 Sơ đồ cấu tạo của máy đột JB04-1 5 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Nguyễn Bá Nghị 1. Hộp điện 10. Giá đỡ 2. Cơ cấu phanh 11. Ly hợp 3. Trục khuỷu 12. Cơ cấu điện từ điều khiển ly hợp 4. Trụ máy 13. Con trượt 5. Giá đỡ 14. Thân máy 6. Đai ốc 15. Đế máy 7. Tay quay 16. Hộp bảo vệ 8. Trục vít điều chỉnh 17. Động cơ 9. Tay biên 18. Bộ truyền đai Trong hai loại mày này, kiểu máy đột kiểu cơ khí được sử dụng phổ biến hơn cả. Hầu hết các máy đột được điều khiển bởi một mô tơ điện, chuyển động tròn của mô tơ điện được chuyển thành chuyển động lên xuống của búa. Vật liệu được tạo hình nhờ lực nén của búa và cối ở bên dưới vật liệu. Có hai kiểu vận hành máy đột: + Kiểu dùng tay: là kiểu mà con người trực tiếp đưa vật liệu vào và lấy thành phẩm ra. + Kiểu tự động: là kiểu mà vật liệu được tự động cung cấp bằng máy và thành phẩm cũng được đưa ra ngoài 1.2 CỘNG DỤNG CỦA MÁY ĐỘT KIM LOẠI Máy đột là loại máy được dùng khá phổ biến trong chế tạo và gia công cơ khí. Dưới đây là các công dụng của máy đột kim loại: - Máy đột kim loại làm biến dạng kim loại ở thể rắn, khắc phục được các khuyết tật, làm tổ chức kim loại mịn chặt, nâng cao cơ tính của sản phẩm. - Tạo ra sản phẩm có cơ tính bề mặt tốt, độ chính xác, độ bóng cao. 6 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Nguyễn Bá Nghị - Máy đột cho phép tạo ra các lỗ một cách nhanh chóng mà không cần dùng đến các loại máy khoan. - Gia công cơ khí bằng máy đột sẽ tiết kiệm được vật liệu, không đòi hỏi tay nghề công nhân cao, năng suất cao thuận lợi cho quá trình tự động hóa, sản lượng lớn giá thành hạ. Hình 1.5 Các sản phẩm của phương pháp đột CHƯƠNG II 7 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Nguyễn Bá Nghị BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC CỦA CƠ CẤU MÁY ĐỘT θ α ω1 O A B Z1 Z2 Z3 Z4 Hình 2.1 Sơ đồ máy đột kim loại Để thuận tiện cho việc tính toán, ta tách sơ đồ máy đột kim loại (hình 2.1) thành hình như hình bên dưới 8 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Nguyễn Bá Nghị θ α ω1 X O A B Hình 2.2 Cơ cấu tay quay - con trượt của máy đột kim loại -R là chiều dài của tay quay, R 10 cm - L là chiều dài thanh truyền, L 60 cm Ta có: = t trong đó + là chuyển vị góc + là vận tốc góc của trục khuỷu Tốc độ quay của khâu dẫn là 60 (v/ph) nên ta có: 1 n .60 rad 2 30 30 s π π   ω = = = π  ÷   + t là thời gian chuyển động 9 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Nguyễn Bá Nghị 2.1 TÍNH CHUYỂN VỊ GÓC, VẬN TỐC GÓC,GIA TỐC GÓC CỦA THANH TRUYỀN Gọi là góc hợp bởi thanh truyền L và trục thẳng đứng Từ hình vẽ (2.2) ta có: Lcos Rcos X (2.1) Lsin Rsin (2.2) Từ (2.2) ta có sin R sin L θ ⇒ arcsin R sin L   θ  ÷   (2.3) Đạo hàm (2.2) theo t ta được: Lcos. Rcos. (2.4) Tiếp tục đạo hàm (2.4) theo thời gian ta được: Lsin Lcos. Rsin Rcos. (2.5) Từ (2.4), (2.5) ta có vận tốc góc, gia tốc góc của thanh truyền lần lượt là: R cos Lcos θ = α . . R cos Lcos θ α (2.6) ( ) ( ) 2 2 Lsin Rsin Lcos • • α α − θ θ α (2.7) 10 [...]... cân bằng 27 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Nguyễn Bá Nghị CHƯƠNG IV BÁNH ĐÀ CỦA MÁY ĐỘT KIM LOẠI 4.1 Tổng quan về bánh đà Khi nghiên cứu về các loại máy móc có khi nói chung và máy đột đập kim loại nói riêng chúng ta nhận thấy rằng ngay cả khi máy làm việc ổn định thì vận tốc góc của khâu dẫn thường vẫn không ổn định Chuyển động của máy không đểu khiến các khâu bị rung làm giảm hiệu suất của máy, giảm chất... là một chi tiết máy được sử dụng rộng rãi trong hầu hết tất cả các loại máy móc cơ khí, bánh đà thường có dạng hình đĩa có vành nặng hoặc một bánh có nan hoa Bánh đà có hình dáng sao cho trục đối xứng là trục mô men quán tính chính Hình 4.1 Hình ảnh một bánh đà 28 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Nguyễn Bá Nghị 4.1.2 Tác dụng của bánh đà Bánh đà có các nhiệm vụ chính sau: - Làm giảm sự dao động của vận tốc... gia tốc của chày 14 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Nguyễn Bá Nghị 400 300 2 Gia toc cua chay-cm/s 200 100 0 -100 -200 -300 -400 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Goc theta-do Hình 2.8 Gia tốc của chày CHƯƠNG III 15 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Nguyễn Bá Nghị ÁP LỰC KHỚP ĐỘNG VÀ MÔ MEN CÂN BẰNG TRÊN KHÂU DẪN Mục đích phân tích lực nhằm xác định quy luật chuyển động thực của máy ,tính toán kích thước và độ bền... các khớp động, xác định công suất máy và một loạt các vấn đề có liên quan tới việc thiết kế các máy mới và sử dụng tốt các máy hiện có 3.1 LỰC CẦN THIẾT ĐỂ ĐỘT LỖ Lực đột lỗ phụ thuộc vào kích thước của sản phẩm đột lỗ, vào chiều dày và tính chất cơ học của vật liệu, khe khở giữa chày và cối, hình dáng và trạng thái mép cắt của chày và cối (khi mép cắt bị cùn lực cắt tăng lên rất lớn) Lực đột lỗ được... d P S Hình 3.1 3.2 ÁP LỰC KHỚP ĐỘNG VÀ MÔ MEN CÂN BẰNG TRÊN KHÂU DẪN 1 3 2 ω1 R21 R12 N h Mcb R32 P R23 R01 Hình 3.2 17 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Nguyễn Bá Nghị Vì khối lượng, vận tốc của các khâu nhỏ nên ta bỏ qua các lực quán tính, các lực ma sát trong các khớp * Xét khâu 3 ta có: u u uu r r ur P + N + R12 = 0 (3.1) Trong đó: P là lực cản của phôi N là phản lực R23 là phản lực khâu 2 tác dụng lên... chính sau: - Làm giảm sự dao động của vận tốc khâu dẫn ( làm đều chuyển động của máy) - Tích tụ năng lượng - Giai phóng năng lượng - Tận dụng tối đa công suất động cơ 4.2 Tính bánh đà 4.2.1 Tính momen cản = Pi Ta có Trong đó: Vi ω1 (4.1) - : Lực đột lỗ - : Vận tốc của chày - 2  rad   ÷  s  là vận tốc góc của trục khuỷu 29 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Nguyễn Bá Nghị () 155,0 156,2 157,5 158,8 160,2 161,7... cân bằng trên khâu dẫn là nhỏ nhất nên công suất của động cơ máy đột là nhỏ nhất Vậy ta chọn vị trí đặt phôi sao cho tại góc 155thì chày bắt đầu tiếp xúc với phôi, khi đó tại góc 173 thì chày bắt đầu đi qua phôi Khi đó ta có mối quan hệ giữa góc quay với lực cắt P, phản lực và mô men cân bằng Mcb được biểu diễn trong các hình bên dưới: 25 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Nguyễn Bá Nghị 7 x 10 5 6 Luc cat P(N)... việc của máy có những thời điểm mô men cản rất lớn và cũng có thời điểm mô men cản rất nhỏ Để máy có thể làm việc ở mọi trường hợp thì người ta phải chọn loại động cơ có công suất lớn để thắng được mô men cản lớn nhất Chính điều đó dẫn đến hiện tượng không tận dụng hết công suất động cơ Để khắc phục hiện tượng trên một trong các trục của máy khối lượng phụ gọi là bánh đà 4.1.1 Khái niệm bánh đà Bánh đà... 180 52,72 1054,56 52,72 1001,84 Thay các giá trị vào (4.2) ta được: 33 Đồ án tốt nghiệp J bd = GVHD: Ths Nguyễn Bá Nghị 1001,84π ( 2π ) 2 0,3 = 265,7 (kg.) 4.2.4 Khối lượng bánh đà Khối lượng m của bánh đà được xác định theo công thức: m J bd R2 trong đó: J bd = 265,7 (kg.) là momen quán tính của bánh đà R = 0,5 (m) là bán kính của bánh đà m = 1062,8 (kg) * Khi ta thay đổi vị trí đặt phôi, giả sử ta đặt... 182,07 152,32 = 134,04 = 113,48 = 102,65 = 72,34 = 60,48 = 28,15 31 Đồ án tốt nghiệp = 1 2 () = 1 2 GVHD: Ths Nguyễn Bá Nghị (1346 0)(173,0 169,8) π 180 =11,96 = = = (197,07 182,07 152,32 134,04 113,48 102,65 72,34 60,48 28,15 11,96) = 1054,56 (J) Từ đó ta có: 2 = = 1054,56 = 527,28 (N.m) 4.2.3 Momen quán tính của bánh đà Momen quán tính của bánh đà được xác định theo công thức sau: J bd = ( ∆A ) max ω2 . vẽ (2. 2) ta có: Lcos Rcos X (2. 1) Lsin Rsin (2. 2) Từ (2. 2) ta có sin R sin L θ ⇒ arcsin R sin L   θ  ÷   (2. 3) Đạo hàm (2. 2) theo t ta được: Lcos. Rcos. (2. 4) Tiếp tục đạo hàm (2. 4). 1,3.0 ,25 12. 2.S 653 120 00.S(N) Với S (0)m. Nếu S 0 thì P 0 Nếu S 0.01 thì P 653 120 (N) d P S Hình 3.1 3 .2 ÁP LỰC KHỚP ĐỘNG VÀ MÔ MEN CÂN BẰNG TRÊN KHÂU DẪN ω 1 1 2 3 R 12 R 21 R 32 N P M cb h R 23 R 01 Hình. R 12 cos R 32 cos ⇒ R 12 R 32 * Xét khâu 1 ta có: 21 01 R R 0 + = uuur uuur R 21 : phản lực khâu 2 tác dụng lên khâu 1, có phương dọc theo khâu 2 R 01 : phản lực tại khớp quay O 18 Đồ án