Tính toán & thiết kế máy ép trục khuỷu biên

Trong các thiết bị gia công bằng áp lực, máy ép cơ khí có u điểm là : sửdụng và kết cấu máy đơn giản ,có thể chế tạo đợc các chi tiết có hình dạngphức tạp, chế tạo đợc các chi tiết có có

Lời nói đầu

Hiện nay, trong khuynh hớng công nghiệp hóa, hiện đại hóa nền kinh tế,phơng pháp gia công kim loại bằng áp lực ngày càng đợc ứng dụng rộng rãitrong các ngành công nghiệp Các sản phẩm gia công bằng áp lực rất phongphú đa dạng, từ những đồ dân dụng đến những máy móc hiện đại đắt tiền Ưu

điểm của phơng pháp gia công này là các chi tiết sau gia công cơ khí mà vẫn

đạt yêu cầu kỹ thuật đặt ra, nhng lại rất dễ sản suất hàng loạt với năng suất rấtcao .Để tiến hành gia công theo phơng pháp này, ngoài kĩ thuật gia công,trình độ của ngời kĩ s, công nhân, các thiết bị gia công áp lực giữa vai trò rấtquan trọng Ngày nay các thiết bị để gia công bằng kim loại rất phong phú, đadạng về chủng loại và ngày càng đợc hoàn thiện

Trong các thiết bị gia công bằng áp lực, máy ép cơ khí có u điểm là : sửdụng và kết cấu máy đơn giản ,có thể chế tạo đợc các chi tiết có hình dạngphức tạp, chế tạo đợc các chi tiết có có chất lợng bề mặt tơng đối tốt mà khôngcần qua gia công cắt gọt, năng suất của máy cao vì vậy máy ép cơ khí đợc sửdụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp nh: công nghiệp chế tạo máy ,công nghiệp xây dựng ,công nghiệp tiêu dùng, công nghiệp thực phẩm

ở nớc ta , phơng pháp gia công bằng áp lực đang và sẽ đợc phát triển mạnh

mẽ việc hoàn thiện và và phát triển các thiết bị gia công áp lực là hết sức cầnthiết Trong chơng trình giảng dạy học phần Thiết bị dập tạo hình, em đợcphân công đề tài tính toán thiết kế máy ép trục khuỷu 2 biên Với mục đính làsau khi làm xong đề tài, em sẽ hiểu kĩ hơn về môn học, đồng thời củng cốthêm đợc những kiến thức chuẩn bị trớc khi đi làm việc ngoài thực tế

Nội dung đồ án là :

- Phần I: Giới thiệu một số thiết bị trong Gia công áp lực

- Phần II : Các vấn đề chung về máy ép cơ khí

- Phần III : Tính toán & thiết kế máy ép trục khuỷu 2 biên

- Phần IV : Kết luận

Trong quá trình thiết kế đồ án này em đã nhận đợc sự giúp đỡ tận tình củacác thầy trong bộ môn Gia công áp lực Do kiến thức và kinh nghiệm thiết kếcòn hạn chế nên đồ án này không tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận đợc

sự góp ý của các thầy trong bộ môn để bản thuyết minh đồ án của em đợchoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Phần i:

GIớI THIệU MộT Số THIếT Bị TRONG

gia công áp lực

1 Máy búa hơi.

Đây là loại máy búa tác dụng kép đợc sử dụng rộng rãi trong các phân ởng rèn và dập tuỳ theo yêu cầu lực đập của các loại máy búa mà có nhiềukiểu khác nhau về hình dạng và kích thớc Máy búa hơi là máy vạn năng cóthể vuốt chồn, đột, uốn, chặn và các phụ trợ vuốt trên máy Máy có u điểm làcán pittông có đờng kính bằng nhau trên suốt chiều dài nên có độ cứng vữngtốt

hoặc Φ

Vật rèn

định hình

Trụctrơn

Tru

ng

bìn

Lớnnhất

Lớn nhất

00

20 70 250 160

Sơ đồ nguyên lý hoạt động:

1 Động cơ 12.Cán pittông

7 10 Xi lanh 19.Van giữa

8 .11 Pittông 18 Van dới

Máy búa hơi

2 Máy búa hơi nớc không khí nén.

Đây là loại máy rèn đợc sử dụng rộng trong các phân xởng rèn và dập lớn,gồm có hai loại:

-Máy búa hơi nớc không khí rèn tự do

-Máy búa hơi nớc không khí rèn khuôn

Loại máy này dùng để rèn tự do với máy dùng để rèn khuôn có khoảnghành trình , năng lực dập cũng nh độ cứng vững , độ chính xác không cao,kích thớc hình dạng cồng kềnh hơn.

Khối lợng vật rèn (Kg) Tiết diện lớn

nhất của phôi

Ф hoặc

Vật rèn trung bình Trục trơnTrung

ợc nhiều việc khác nhau nh: vuốt, chồn, đột, uốn dập tấm, dập thể tích…,vàthờng rèn những chi tiết lớn có hình dạng phức tạp Có loại máy lực ép lên tới

600 tấn, 800 tấn ,1vạn tấn

Mét sè lo¹i m¸y Ðp thñy lùc:

♦ Máy ép thủy lực 4 trụ

Loại máy ép thủy lực 4 trụ này thờng có công suất rất lớn

4.Máy ép trục khuỷu.

Máy ép trục khuỷu đợc sử dụng rộng rãi trong nhiều nghành công nghiệp nh: công nghiệp chế tạo máy và dụng cụ, công nghiệp xây dung, công nghiệp thực phẩm, hàng tiêu dùng… Một trong những chi tiết quan trọng

và phổ biến của máy là trục khuỷu Vì vậy tên “ Máy ép trục khuỷu” đợc gọi chính dựa trên cơ sở này

Máy ép trục khuỷu rất đa dạng và phong phú, đợc phân loại theo nhiều cách, sau đây là 1 số loại máy ép trục khuỷu điển hình:

♦ Máy ép trục khuỷu vạn năng:

♦ Máy ép trục khuỷu dập nóng:

Máy ép trục khuỷu dập nóng là 1 loại máy móc đợc sử dụng nhiều trongcác dây truyền sản xuất hàng loạt và hàng khối Máy có thể thực hiện đợc cáccông việc khác nhau nh : chồn ,đột lỗ ,cắt ba via, thực hiện dập từng nhát 1trong 1 lần nung

♦ Máy ép trục khuỷu song động, tam động:

Là loại máy hiện đại, ứng dụng CNC, chuyên để gia công các sản phẩm từ kim loại tấm với năng suất và độ chĩnh xác rất cao.

Các thiết bị dùng trong gia công áp lực còn rất đa dạng với nhiều chủng loại, trên đây mới chỉ là một số loại máy móc điển hình và thờng gặp ở thực tế

p lực biến dạng vật dập

αp

+Kết cấu và cách sử dụng máy đơn giản hoặc không quá khó

+Có thể chế tạo chi tiết hình dạng phức tạp

+Chế tạo đợc chi tiết có chất lợng bề mặt cao, chính xác mà không cần quagia công cắt gọt

+Năng suất của máy cao, xởng không ồn, không bẩn nền móng ít chịurung động nh móng của máy búa

Tuy vậy máy cũng có các nhợc điểm:

+ít vạn năng trong các nguyên công dập thể tích, không thực hiện cácnguyên công vuốt và ép tụ trên máy búa

+Lực ép danh nghĩa của máy không thể tăng quá lớn nh ở máy ép thuỷ lựcvì kích thớc của máy sẽ rất lớn

+Đầu trợt có thể bị kẹt ở điểm chết dới

Ii- cơ cấu chấp hành:

Cũng nh các loại máy khác, trong máy ép trục khuỷu có cơ cấu chấp hành

để dịch chuyển khuôn dập Trong cơ cấu chấp hành, thờng đầu trợt là khâucuối và khâu đầu có thể là trục khuỷu hoặc là cam

Đầu trợt đợc chuyển động tịnh tiến qua lại khi cơ cấu trục khuỷu, đòn làmviệc Do mối liên hệ động học là mối liên hệ cứng(nếu không tính đến biếndạng đàn hồi của các khâu và sự trợt của động cơ điện) nên có thể coi tốc độcủa đầu trợt luôn tuân theo quy luật xác định không phụ thuộc vào nguyêncông Dới đây là đồ thị của máy ép trục khuỷu có hình dạng đồ thị Tốc độ đầutrợt của 1 số cơ cấu chấp hành điển hình Trong 1 chu kỳ chuyển động tốc độ

đạt giá trị số 0 2 lần Vì vậy sẽ chuyển động chịu ảnh hởng của lực quán tínhthay đổi về trị số và chiều

Để đảm bảo chuyển động của đầu trợt hợp với yêu cầu công nghệ, ngời ta

có thể sử dụng cơ cấu chấp hành khác nhau hoặc thay đổi kích thớc của cáckhâu, hoặc thay đổi 1 trong các khâu cơ cấu chấp hành ấy

Hiện nay máy ép trục khuỷu có thể có 4 nhóm cơ cấu chấp hành, mỗinhóm đáp ứng với những yêu cầu công nghệ xác định

A Nhóm I:

Có thể có cơ cấu 4 khâu, đợc sử dụng khi không có yêu cầu gì đặc biệt vềthông số động học Loại đợc sử dụng nhiều nhất của nhóm I là cơ cấu trụckhuỷu- tay biên loại đồng trục và không đồng trục loại ít dùng hơn là cơ cấubản lề 4 khâu (có trong máy cỡ nhỏ và trung bình) và cơ cấu culít có trongmáy rèn hớng kính và máy quay tự động chồn nguội

B.Nhóm II:

Trong trờng hợp hành trình công tác ngắn mà cần thắng trở lực lớn ngời tacần sử dụng cơ cấu nhóm II-1,2 Tốc độ đầu trợt ở cuối hành trình của nhómnày rất nhỏ nên rất phù hợp với nguyên công tinh chỉnh

Nhóm II-3 dùng trong máy tự động cắt, còn II-4 dùng trong máy tự động

có dầu trợt tuỳ động Thành phần chuyển động ngang của cơ cấu II- 4 sử

Khi dập tấm các chi tiết phức tạp, tốc độ dịch chuyển khâu cần đợc hạn chếkhi tiếp xúc với vật liệu cũng nh quá trình tạo hình Trong cơ cấu trục khuỷutay biên, tuy sự thay đổi tốc độ không đều, nhng thời gian của hành trình đầutrợt đi lên và đi xuống thực tế là nh nhau.

3 Nhóm III:

Để tăng chiều dài hành trình đầu trợt, tăng tốc độ ở đoạn hành trình khôngtải, cũng nh để đảm bảo sự dịch chuyển đồng đều đầu trợt, ngời ta sử dụng cơcấu nhóm III Cơ cấu III-1 dùng trong máy ép để dập và máy ép để lấn Cơ

II-1

II-2

II-3

II-4

cấu III-2 khác cơ cấu I-1,II-1,ở chỗ 2 trục khuỷu dẫn động, do đó đảm bảo

đ-ợc hành trình tơng đối lớn và tốc độ trợt khi đi lên lớn Cơ cấu này dùng trongcác máy ép chuyên môn hóa dập vuốt tấm Cơ cấu III-3 quay không đều nên

có thể giảm thời gian hành trình đi lên và hành trình không tải đi xuống Cơcấu này dùng trong máy dập vuốt

4 Nhóm IV:

Cuối cùng là cơ cấu nhóm IV đợc dùng khi muốn dừng khâu chấp hànhtrong thời gian dài của chu trình nh cơ cấu dịch chuyển cối của máy rènngang, máy ép dập tấm song động và tam động

Cơ cấu cam và cam đòn IV-1, IV-2 sử dụng khi có lực ép tơng đối nhỏ, cònkhi lực tác động lên đầu trợt lớn hơn 1 MN thì dùng cơ cấu IV-3 Tuy nhiên

sử dụng cơ cấu 6 khâu này không dừng đợc đầu trợt trong thời gian đủ lớn và

vị trí đầu trợt không ổn định Để tăng độ ổn định vị trí đầu trợt và dừng lâuhơn, ngời ta sử dụng cơ cấu 8 khâu IV-4, IV-5

III-1

Iii - phân loại:

Có nhiều cách phân loại máy ép trục khuỷu:

-Dựa vào dấu hiệu động lực học tức là kết cấu xích động học của cơ cấuchấp hành

-Theo số cơ cấu chấp hành

-Theo cấu tạo máy

-Theo tính năng công nghệ: đây là cách phân loại đợc nhiều ngời thừanhận nhất,vì chính đặc điểm của quá trình công nghệ dẫn đến cấu tạo máy

a) Phân loại theo tính năng công nghệ:

Chia làm 2 nhóm: dập tấm và dập thể tích

Máy ép dập tấm so với máy ép dập thể tích cầnn có tính vạn năng hơn,vùng làm việc và chiều dài hành trình đủ lớn Còn với máy dập thể tích dophải chống trở lực biến dạng lớn, vật dập và khuôn có kích thớc không lớnnên hành trình và kích thớc vùng làm việc của máy nhỏ hơn so vói máy ép dậptấm Ngợc lại khi dập thể tích nóng do thời gian biến dạng cần đợc sự rút ngắn

để phôi khỏi nguội, nên máy ép dập thể tích cần có hành trình nhanh

Mặt khác để đảm bảo độ chính xác và tiêu tốn năng lợng tối thiểu, máy

ép dập thể tích cần có độ cứng tốt

Trong mỗi nhóm máy ép có thể chia ra các nhóm nhỏ hơn

♦ Máy ép công dụng chung dùng để dập tấm gồm có:

1 máy cắt tấm và cắt miếng

2 Máy ép vạn năng các loại

3 Máy ép dập vuốt tạo hình

4 Máy ép đột lỗ và các máy máy uốn

♦ Máy ép tự động gồm có:

- Máy ép tự động truyền động phía dới và máy ép tự động hành trìnhnhanh

- Máy ép tự động có đầu trợt tuỳ động để dập cắt phôi băng

♦ Máy ép công dụng chung dùng để dập thể tích gồm:

b) Phân loại theo dấu hiệu động lực:

- Máy ép trục khuỷu đơn thuần và máy ép trục lệch tâm : cơ cấu truyềnchuyển động cho đầu trợt là trục khuỷu - tay biên hoặc trục lệch tâm - biên

c) Phân loại theo cơ cấu của máy:

- Dựa vào vị trí của cơ cấu chấp hành chính ( hay hớng chuyển đọng của

đầu trợt ) máy ép trục khuỷu đợc chia ra thành : máy ép dập đứng, ngang,nghiêng

- Dựa vào cấu tạo của máy: máy ép trục tay quay, trục khuỷu, trục lệchtâm, trục lệch tâm, trục bánh răng lệch tâm

- Theo số khuỷu (số điểm treo đầu trợt) máy có loại 1,2,4 khuỷu

d) Phân loại theo số cơ cấu chấp hành , hay theo nguyên lý tác dụng chung:

- Máy đơn động nh : máy ép vạn năng, máy uốn tấm, máy dập vuốt

- Máy song động: máy dập tấm , máy rèn ngang

- Máy bán tự động : máy rèn hớng kính

- Máy tự động: máy uốn vạn năng và chuyên dùng

Ngoài ra còn phân loại theo cấu tạo của khớp nối giữa biên và đầu trợt :khớp cầu hay khớp trụ Theo vị trí của hệ thống truyền động : truyền độngphía trên haytruyền động phía dới

PhÇn iii:

tÝnh to¸n & thiÕt kÕ m¸y Ðp trôc khuûu 2 Biªn

sơ đồ động máy ép trục 2 biên 110 tấn:

Sơ đồ nguyên lý của METK

1 Bàn máy 5 Tay biên 9 Động cơ

2 Thân máy 6 Trục khuỷu lệch tâm 10.Ly hợp và phanh

3 Đầu trợt 7 Bộ truyền đai 11 Bảng diều khiển

4 Xylanh cân bằng 8 Bộ truyền bánh răng

i-CáC THÔNG Số ĐầU VàO

• Lực ép danh nghĩa: P= 110 Tấn

• Hành trình đầu trợt: S=150 mm

• Hành trình liên tục của đầu trợt: 16 lần/ phút

• Khoảng cách đờng trục đầu trợt và thân máy

• Khoảng cách giữa bàn và đầu trợt ở vị trí thấp nhất: 400 mm

• Khoảng cách điều chỉnh giữa bàn và đầu trợt: 100 mm

• Kích thớc bàn máy: 1200x720 mm

• Chiều dày bàn máy: 120 mm

Ii-Tính toán động học, tĩnh học cơ cấu Tay Biên - trục khuỷu

A-PHầN động học.

Khi thiết kế máy ép trục khuỷu ta cần xác định các thông số động học,

có nghĩa là quy luật thay đổi hành trình, tốc độ, gia tốc của đầu trợt Xác địnhtrị số lớn nhất của nó tronghành trình công tác

Hmax,Hmin:chiều cao khép kín lớn nhất và nhỏ nhất của máy

S:hành trình toàn bộ của máy

Sαhành trình tức thời của máy tơng ứng với góc α

:

α góc quay của trục khuỷu

β: góc kẹp giữ biên và đầu trục

R,L: bán kính trục khuỷu và chiều dài tay biên

ω: tốc độ góc của trục khuỷu

K: hệ số tay biên K=R/L

A-1 B¸n kÝnh khuûu R, chiÒu dµi tay biªn L.

TÜnh häc c¬ cÊu tay biªn- trôc khuûu

TÜnh häc c¬ cÊu tay biªn- trôc khuûu cã ma s¸t

C¸c kÝ hiÖu trªn h×nh vÏ:

f: HÖ sè ma s¸t ë c¸c khíp nèi vµ thanh dÉ híng: f = tgφ

µ : B¸n kÝnh vßng trßn ma s¸t t¹i ®Çu nhá tay biªn: µ =B f r B

γ : gãc kÑp gi÷a biªn vµ tiÕp tuyÕn cña 2 vßng trßn ma s¸t

Cosφ

P =P

Cos(β+γ+φ)

- Khi f ≤0,1 tøc lµ ϕ ≤5 40’o ; γ =3o; β <10o; α <30o; K = 0,1 < 0,25th× cã thÓ coi P AB =P D =110T

- Còng tõ tam gi¸c lùc ta rót ra lùc t¸c dông lªn bé phËn dÉn híng:

Biểu đồ lực ngang theo góc α

Biểu đồ mômen xoắn MK

IIi-NĂNG LƯợng của máy ép cơ khí

1 Sự TIÊU TốN NĂNG lợng:

Sự tiêu tốn năng lợngtức thời (công suất) của máy trong chu trình đơn đợcbiểu diễn bằng đồ thị sau:

Sự thay đổi năng lợng của máy:

UB mức năng lợng của máy đợc tích luỹ ở bánh đà lúc ban đầu

UL :mức năng lợng của máy khi đóng li hợp

UK:mức năng lợng của máy sau hành trình công tác

αdx: góc quay của trục khuỷu khi hành trình không tải đi xuống

αdl: góc quay của trục khuỷu khi hành trình không tải đi lên

αP : góc làm việc (có tải)

Bình thờng khi máy làm việc chạy đều ,mức làm việc ban đầu của máy là

UB Nếu ấn bàn đạp để đóng li hợp, năng lợng giảm tới trị số Ul tại b Phầnnăng lợng tiêu tốn dùng để khởi động các phần bị dẫncủa bộ li hợp và biếnthành công ma sát giữ các đĩa ma sát Khi chọn đúng hệ thống dẫn động tốc

độ bánh đà sẽ tăngdần và mức năng lợng của may sẽ sẽ đạt tới trị số ban đầucủa Ub một cách nhanh chóng tại điểm c

Trong hành trình công tác ,năng lợng đó lại giảm rất nhiều đến trị số nhỏ nhất

Uk tại điểm e năng lợng đợc giải phóng trong hành trình công tác bằng côngthức sau:

∆U =J ωM2 −ωmin2

Trong đó : -J mô men quán tính của chi tiết chuyển động quy về trục M

khuỷu của bánh đà

-ω ωM, min: tốc độ góc lúc đầu và cuối hành trình công tác củabánh đà

Sau hành trình công tác năng lợng đợc phục hồi theo đờng eg do năng lợng

đ-ợc cung cấp liên tục từ động cơ điện Năng lợng ở cuối hành trình có thể chua dạt đến trị số ban đầu(-.-.-.-.) nếu thiết kế máy sai hoặc sử dụng máy để dập các nguyên công cần công biến dạng quá mức cho phép.Nhng thờng năng l-ợng của máy đạt trị số ban đầu trớc khi tới điểm cuối của chu trình (đ-

ờng )

Trong trờng hợp dập tự động ,thời gian của chu trình năng lợng trùng vớithời gian của chu trình động học Còn nói chung thời gian chu trình năng lợnglớn hơn thời gian của chu trình động học.Thời gian dừng đầu trợt ở vị tri trêncùng càng lớn thì càng kéo dài chu trình năng lợng Cần chú ý rằng bánh đàchỉ tích luỹ năng lợng đến mức "bão hoà"thì việc dừng đầu trợt ở vị trí trên chilàm tiêu tốn thêm năng lợng để đóng li hợp cho hành trình tiếp theo

Cờng độ làm việc của máy ép trong chế độ làm việc dập nhát một đợc đánh

giá bằng hệ số sử dụng số hành trình P: 0

n

n P n

=

Trong đó: +n là số hành trình kép trong 1 phút đầu trợt.0

+n là số hành trình danh nghĩa trong một phút của đầu trợt n

n 42

n = lần/phút

Thông thờng hệ số sử dụng số hành trình của một số máy từ 0,10,9 ,chọnP=0,6 Còn thời gian để biến dạng vật dập t Pchỉ bằng 1 phần thời gian 1 chutrình động học t ch.

Tỉ số : P

u ch

t =Gọi là hệ số sử dụng hành trình Hệ số này rất khác nhau với các loại máy