Thiết kế máy cán thép

Nghị quyết bộ chính trị có nêu:” Từ nay đến năm 2010 sản lượng thép ở nước ta phải đạt 7 đến 10 triệu tấn/năm.” Bằng những kiến thức của mình và dựa trên tình huống thực tế, em quyết địn

Trang 1

LỜI CẢM ƠN:

Mở đầu cuốn luận án này em chân thành cảm ơn đến:

- Các thầy cô trong bộ môn thiết kế máy

- Các thày cô khoa cơ khí

- Các thầy cô trường đại học Bách Khoa TP.HCM

Những thầy cô đã truyền đạt những kiến thức quý giá cho em

trong suốt thời gian học tập tại trường

Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy NGUYỄN HỮU LỘC, thầy TRẦN VĂN TÙNG đã tận tình hướng dẫn và bổ xung những kiến thức thiếu sót kịp thời để luận án của em hoàn thành đúng thời gian quy định Đồng thời, em cảm ơn rất nhiều đến quý thầy, cô là chủ tịch, phản biện, uỷ viên hội đồng đã bỏ nhiều thời gian quý báu để đọc, nhận xét và tham gia hội đồng chấm luận văn này

Em chân thành cảm ơn những anh, chị trong CTY PIN ẮC QUY MIỀN NAM đã tạo điều kiện thuận lợi để em học tập tốt trong quá trình thực tập tại công ty

Em xin chân thành cảm ơn!

TP.HCM ngày 24 tháng 12 năm 2003

Sinh viên thực hiện Nguyễn Thế Quý

Trang 2

LỜI MỞ ĐẦU:

Trong sản xuất cơ khí ở nước ta thì sản xuất thép đóng một vai trò rất quan trọng Hơn 70 kim loại sản xuất phải qua khâu cán Ở các quốc gia phát triển thì tỉ lệ này tăng đến 85

Thực tế sản lượng thép ở nước ta còn rất thấp so với các nước trong khu vực và trên thế giới Điều đó cho thấy trong những năm tới ngành công nghiệp luyện kim và cán thép ở nước ta sẽ được phát triển nhanh hơn Nghị quyết bộ chính trị có nêu:” Từ nay đến năm 2010 sản lượng thép ở nước ta phải đạt 7 đến 10 triệu tấn/năm.”

Bằng những kiến thức của mình và dựa trên tình huống thực tế, em quyết định

chọn đề tài “ THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP “ làm luận án tốt nghiệp

Trên thị trường có rất nhiều loại máy cán như máy cán thép hình, máy cán tấm, máy cán thép xây dựng, máy cán hai trục, máy cán ba trục, máy cán bốn trục… Em chọn máy cán hai trục có đường kính 350 để cán ra thành phẩm thép tròn xây dựng

22 từ phôi liệu ban đầu 1001001200

Loại máy em thiết kế tương đối gọn, dễ tháo lắp, dễ thao tác và thay thế trục cán dễ dàng

Công việc là tìm hiểu các phương pháp cán, tính toán động học, động lực học trong kết cấu máy

Trang 3

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÁN THÉP 1

1 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA MÁY CÁN THÉP TRÊN THẾ GIỚI 1

2 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH CÁN THÉP VIỆT NAM 1

3 NHU CẦU VỀ SẢN PHẨM THÉP TRONG NHỮNG NĂM TỚI 2

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ CÁN THÉP HÌNH 5

1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CÁN THÉP HÌNH 5

1.1 ) Kkái niệm 5

1.2 ) Phân loại 5

1.2.1) Phân loại thep hình dáng 5

1.2.2) Phân loại theo công dụng 5

1.2.3) Phân loại theo cách gia công lỗ hình trên trục cán 5

2 CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA MÁY 6

2.1) Nguồn động lực 6

2.2) Bộ phận truyền lực 6

2.3) Giá cán 8

3 CÁC PHƯƠNG ÁN BỐ TRI DÂY CHUYỀN CÁN 9

3.1) Bố trí liên tục 9

3.2) Bố trí bán liên tục 11

3.3) Bố trí theo hình chữ Z 12

3.4) Bố trí theo hình chữ U 13

4 MẶT BẰNG PHÂN XƯỞNG: 15

Trang 4

6 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 15

5.1) Phương hướng thiết kế cho đề tài 15

5.2) Những vấn đề đặt ra cho bài toán thiết kế 16

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHO HỆ THỐNG LỖ HÌNH 18

1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG LỖ HÌNH 18

2 NHỮNG NGUYÊN TẮC CƠ BẢN KHI THIẾT KẾ LỖ HÌNH 20

3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LỖ HÌNH 21

3.1) Xác định số lần cán 21

3.2) Tính toán hệ thống lỗ hình 22

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ Á33 1 XÁC ĐỊNH LỰC CÁN, MOMENT CÁN VÀ CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ 33

1.1) Các thông số đầu vào 33

1.2) Lực cán Pc 34

1.3) Moment phát sinh trong quá trình cán 36

1.4) Chọn công suất động cơ 38

1.5) Phân phối tỷ số truyền 38

2.THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI 39

2.1) Chọn loại đai 39

2.2) Định đường kính bánh đai nhỏ 40

2.3) Tính đường kính D2 của bánh lớn 40

2.4) Chọn sơ bộ khoảng cách trục A 40

2.5) Tính sơ bộ chiều dài đai L theo khoảng cách trục 40

2.6) Xác định chính xác khoảng cách trục A theo chiều dài đai đã lấy theo tiêu chuẩn 41

Trang 5

2.7) Tính góc ôm 1 41

2.8) Xác định số đai Z cần thiết 42

2.9) Định các kích thước cần thiết của bánh đai 42

2.10) Tính lực căn ban đầu S0 và lực tác dụng lên trục R 43

3 TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC BÁNH ĐÀ 43

4 TÍNH TOÁN HỘP GIẢM TỐC 44

4.1) Chọn vật liệu 44

4.2) Xác định ứng suất cho phép 44

4.3) Tính toán cấp nhanh 46

4.3.1) Xác định sơ bộ khoảng cách trục 46

4.3.2) Các thông số ăn khớp 47

4.3.3) Xác định hệ số dịch chỉnh 48

4.3.4) Tính vận tốc vòng của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng 49

4.3.5) Kiểm nghiệm răng 49

4.4) Tính toán cấp chậm 53

4.4.1) Xác định sơ bộ khoảng cách trục 53

4.4.2) Các thông số ăn khớp 54

4.4.3) Tính vận tốc vòng của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng 55

4.4.4) Kiểm nghiệm răng 55

5 TÍNH TOÁN TRỤC CÁN 59

5.1) Chọn vật liệu chế tạo 59

5.2) Chọn kích thước trục cán 60

5.3) Kiểm tra bền trục cán 60

Trang 6

6.TÍNH TOÁN TRỤC VÀ LỰA CHỌN Ổ ĐỠ TRỤC 63

6.1) Chọn vật liệu chế tạo 63

6.2) Tính sơ bộ đường kính trục 63

6.3) Khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực 64

6.4) Sơ đồ tính toán và biểu đồ mooment 65

6.5) Moment tương đương tại các tiết điện nguy hiểm 69

6.6) Đường kính trục tiêu chuẩn tai các tiết diện nguy hiểm 69

6.7) Kiểm nghiệm bền trục 70

7 HỘP CHIA MOMENT 81

7.1) Tính bánh răng 81

7.1.1) Chọn vật liệu chế tạo bánh răng V 81

7.1.2) Xác định ứng suất cho phép 82

7.2) Xác định sơ bộ khoảng cách trục 83

7.3) Các thông số ăn khớp 84

7.4) Kiểm nghiệm răng 84

8 TÍNH TOÁN TRỤC VÀ LỰA CHỌN Ổ CHO HỘP CHIA MOMENT 88

8.1) Chọn vật liệu chế tạo trục 88

8.2) Xác định đường kính trục sơ bộ 88

8.3) Lựa chọn ổ 90

9 KHỚP NỐI 91

9.1) Khớp nối trục đĩa 91

9.2) Khớp nối vạn năng 92

10 TÍNH TOÁN ĐƯỜNG KÍNH BULÔNG NỀN THEO MOMENT LẬT NHÀO 93

Trang 8

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 PGS.TS Nguyễn Trường Thanh, Cơ sở kỹ thuật cán, Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia Tp.HCM, 2003

2 PGS.TS Phan Văn Hạ, Các phương pháp thiết kế lỗ hình trục cán, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật HÀNỘI, 2001

3 Đỗ Hữu Nhơn, Phương pháp cán kim loại thông dụng, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật,2001

4 Đỗ Hữu Nhơn, Tính toán thiết kế chế tạo máy cán thép và các thiết bị trong nhà máy cán thép, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật HÀNỘI, 2001

5 Nguyễn Trọng Hiệp – Nguyễn Văn Lẫm, Thiết kế chi tiết máy, Nhà xuất bản giáo dục

6 Trịnh Chất – Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí, Nhà xuất bản giáo dục,1999

7 Nguyễn Tuấn Kiệt – Nguyễn Thanh Nam – Phan Tuấn Tùng – Nguyễn Hữu Lộc(chủ biên), Cơ sở thiết kế máy, Trường Đại học Bách Khoa – Tp HCM, 2001

8 Trần Hữu Quế, Vẽ kỹ thuật cơ khí, Nhà xuất bản giáo dục,2000

9 Nguyễn Ngọc Cẩn, Trang bị điện trong máy cắt kim loại, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp.HCM,2001

Trang 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÁN THÉP

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÁN THÉP

1 Lịch sử hình thành và phát triển của máy cán thép trên thế giới:

Máy cán thép lúc đầu được vận hành bằng cách dùng ngựa để kéo Sản phẩm của nó là thép hình đơn giản dùng để chế tạo ra gươm, dao, giáo mác, các cổ xe ngựa, làm hàng rào Máy cán lúc đầu chỉ có hai trục quay ngược chiều nhau Đến năm

1864 chiếc máy cán ba trục đầu tiên được ra đời chạy bằng máy hơi nước và cho ra sản phẩm cán phong phú hơn, có cả thép tấm và thép hình, đồng tấm và dây đồng Do kỷ thuật ngày càng phát triển, do nhu cầu về thép tấm phục vụ cho các ngành công nghiệp đóng tàu, chế tạop xe lửa, ngành công nghiệp nhẹ mà chiếc máy cán với giá cán bốn trục đã ra đời vào năm 1870 Sau đó là các máy cán với giá cán sáu trục và các máy cán đặt biệt khác được ra đời để cán những vật liệu cực mỏng, siêu mỏng và

dị hình như máy cán bi, cán thép chu kỳ, máy đúc cán liên tục

Nhiều máy cán kết hợp lại để cán mật sản phẩm theo qui trình công nghệ như máy cán thô, máy cán phá, nhóm giá cán thô, nhóm giá cán trung gian, nhóm giá cán tinh, máy cán tinh, máy cán bán liên tuc, máy cán bố trí liên tục Ngoài ra người ta còn dùng rất nhiều thiết bị khác để tiến hành tự động hoá, cơ khí hoá, tin học hoá trong sản xuất, đồng thời dùng để hoàn thiện sản phẩm theo qui trình công nghệ mới Các thiết bị này là máy cắt, lò nung, lò nhiệt luyện, các con lăn, bàn nâng hạ, máy nén thép, máy bó, sàn làm nguội Tất cả các thiết bị chính và phụ đó được bố trí sắp đặt trong xưởng cán hay trong khu liên hợp luyện cán thép theo trình tự công nghệ

2 Lịch sử hình thành và phát triển của ngành cán thép Việt Nam :

Trước năm 1960, ngành cán thép Việt Nam coi như không có Trước năm 1954, các loại thép hầu như nhập từ pháp về Sau 1954 các loại thếp nhập về nước ta từ các nước Liên Xô(cũ), Trung Quốc và các nước Đông Âu Kế hoạch năm năm lần thứ nhất (19601965), nhà nước ta đầu tư xây dựng khu gang thép Thái Nguyên dưới sự giúp đở của Trung Quốc, vì chiến tranh cho nên công cuộc xây dựng phải dở dang Năm 1975 nhà máy luyện các thép Gia Sàn, Thái Nguyên vào hoạt động với năng

Trang 10

miền Bắc nhờ sự viện trợ của Đức (cộng hoà dân chủ Đức cũ) Miền Nam giải phóng

ta tiếp nhận một vài máy cán thép hình cở nhỏ như: Vicasa, Vikimco, (năng suất bấy giờ khoảng 5 vạn tấn/năm) Đến năm 1978, nhà máy cán thép Lưu Xá, Thái Nguyên có năng suất 12 vạn tấn/năm đã đi vào hoạt động Cho đến năm 1986 cả nước chỉ đạt khoảng 20 vạn tấn thép cán/năm Từ khi công cuộc đổi mới do Đảng ta đề xướng và lãnh đạo, ngành cán thép phát triển khá mạnh mẽ Các xí nghiệp liên doanh cán thép giữa Việt Nam và nước ngoài đã hình thành từ Bấc đến Nam như: công ty thép Việt-Uùc, VNAUSTEEL ở Hải Phòng có năng suất 12 vạn tấn/năm Công ty thép NASTEELVINA giữa Việt Nam và Xingapo ở Thái Nguyên có năng suất 12 vạn tấn/năm, công tuy thép Việt Nhật ở Vũng Tàu, công ty thép ống VINAPIPE liên doanh giữa Việnt Nam và Hàn Quốc Tính đến năm 2000 cả nước ta đã sản xuất được khoảng 2 triệu tấn thép cán Thép cán chúng ta đã phục vụ được một phần nhu cầu xây dựng cho đất nước và đã tham gia xuất khẩu

Hơn 70 kim loại được sản xuất phải qua khâu cán Ở những quốc gia phát triển thì tỉ lệ đó tăng lên 85% Ở Việt Nam, ngành cán được phát triển trước và mạnh mẽ hơn ngành sản xuất ra kim loại

Qua mấy mươi năm sau giải phóng, nước ta đã đổi mới nhiều thiết bị cán kéo thép và đồng, với trình độ hiện đại hơn nhiều Vì sự phát triển thiếu đồng bộ cho nên phần lớn các nhà máy cán thép hiện nay đang thiếu phôi trầm trọng bởi phôi liệu đã cạn kiệt Tổng công suất các nhà máy cán thép cũng như cán kéo dây đồng đã vượt hơn hai lần công suất nấu luyện Vì vậy hiện nay chủ trương của Nhà nước là khuyến khích các công ty trong nước và các công ty liên doanh nước ngoài khai thác nguồn nguyên liệu trong nước từ các mỏ quặng tự nhiên sẳn có trực tiếp sản xuất ra phôi liệu để không phụ thuộc và nguồn phôi liệu nhập khẩu, làm được như vậy nhà nước đã tiến hành nâng mức thuế đánh vào các phôi liệu nhập khâu từ nước ngoài Vì vậy tình hình phôi liệu hiện nay ở nước ta rất căng thẳng

3 Nhu cầu về sản phẩm thép trong vài năm tới:

Ngoài những sản phẩm truyền thống là thép tròn và thép hình xây dựng, ống tròn cở nhỏ và tôn mạ kẽm, mạ màu, chế phẩm kim loại Vài năm gần đây đã sản xuất được thêm các mặt hàng như tôn mạ thiết, cán tấm nóng, cán tấm nguội, thép đặt biệt

Trang 11

và nguyên liệu sặt xốp Đồng thời đẩy mạnh sản xuất phôi vuông để thay thế phôi nhập khẩu

Dự đoán của ngành thép việt nam đến năm 2010 sẽ tương đối đầy đủ về chủng loại lẫn qui cách và đa dạng hơn về chất lượng, công dụng:

Cụ thể bao gồm 14 sản phẩm sau:

o Thép phôi vuông 100  120mm

o Thép thanh tròn trơn 10 32mm

o Thép thanh tròn vằn D10  D40

o Thép dây cuộn 5.5 10mm hoặc trên 10mm

o Thép hình vừa và hình nhỏ (U,I,L,T,dẹt )

o Thép tấm cán nóng dày 1,5  2,5mm, rộng max 1600mm

o Thép tấm cán nguội dày 1,5  2,3mm x1600mm’

o Ống thép hàn cỡ nhỏ, ống hàn xoắn cỡ lớn

o Thép hình uống nguội từ tấm cán nóng, tấm cán nguội

o Tôn mạ kẽm, tôn mạ màu, tôn mạ thiết

o Chế phẩm kim loại

o Thép không rỉ

Trang 12

Các dự án của tổng công ty thép Việt Nam

(Tấn/năm)

Thời gian hoàn thành

3 Dự án mở rộng cải tạo công

ty gang thép Thái Nguyên

500000 tấn/năm sản phẩm luyện và 400000 tấn/năm sản phẩm cán Năm 2005

4 Và một số dự án khác

Trang 13

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHO HỆ THỐNG LỖ HÌNH

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN CHO HỆ THỐNG LỖ HÌNH

1.Giới thiệu hệ thống lỗ hình:

Để giảm tiết diện thanh thép bằng phương pháp cán, người ta dùng cán lỗ hình có hình dạng khác nhau

Tuỳ thuộc vào tiết diện, hệ số ép, đường kính trục mà ta sử dụng các lỗ hình khác nhau liên tiếp theo một thứ tự nhất định gọi là hệ thống lỗ hình

Trong công nghệ cán thép thường dùng các hệ thống lỗ hình sau:

a) Hệ thống lỗ hình chữ nhật- vuông

- Lượng kim loại khoét ở trục ít, có khả năng sử dụng lực ép lớn mà không làm gãy trục

- Lượng ép đồng đều

- Ít tốn năng lượng và giới hạn được sự dãn rộng tự do

- Tiện lợi cho việc cơ giới hoá khi cán

 Nhược điểm :

- Dể tạo thành rìa mép khi bị tràn lỗ hình

- Khi không điền đầy lỗ hình thì tạo ra biên dạng không đều ở hai cạnh bên b) Hệ thống lỗ hình vuông- ôvan

Trang 14

- Khả năng sử dụng hệ số ép lớn   1,25 1,8

- Đảm bảo đôï điền đầy lỗ hình, dể cơ khí hoá

- Vấn đề đưa thanh vuông vào lỗ hình ôvan dể giải quyết

- Ở lỗ hình ôvan lượn kim loại phải khoét đi ít

- Khi cán ở các hệ thống lỗ này, các góc của thanh được luân phiên chuyển thành cạnh, do đó được ép đều, sự giảm nhiệt độ đồng đều nên không bị khuyết tật

- Không có sự ổn định khi cho thanh ôvan vào lỗ hình vuông do đó phải sử dụng các thiết bị dấn hướng chật (sát chặt

- Biến dạng không đều ở lỗ hình ôvan và vuông dể gây nếp gấp thanh kim loại

- Ở lỗ hình vuông do có dạng nét cắt ở đường chéo nên khi đường kính trục nhỏ dể đưa đến hiện tượng gãy trục

- Chất lương bề mặt kim loại kém

- Không sử dụng cho kim loại có thành phần cacbon cao và thép hợp kim

c) Hệ thống lỗ hình thoi – vuông

- Lượng ép thường vào khoảng 1,15  1,4

- Có khả năng nhận được tiết diện vuông chính xác

- Nhận được bè mặt sản phẩm tốt do sự phá huỷ lớp ôxít kim loại bao ngoài d) Hệ thống lỗ hình ôvan – tròn:

Hệ thống này thường được dùng để cán thép tròn ở các nhà máy cán hình cỡ trung, cỡ nhỏ, cán dây

Trang 15

Không có góc nhọn, phôi nguội đồng đều bảo đảm chất lượng bề mặt sản phẩm cán, lưộng ép đồng đều nên hạn chế được ứng suất dư trong sản phẩm Ít mòn lỗ hình hơn so với hệ thóng ôvan-vuông

 Nhược điểm :

Phôi ôvan vào lỗ hình tròn khó, hay vặn vật cán trong lỗ hình, phải dùng dẫn hướng nghiêm ngặt, hệ số dãn dài không lớn  =1,2  1,4

2.Những nguyên tắc cơ bản khi thết kế lỗ hình trục cán:

Quá trình thiết kế lỗ hình trục cán phụ thuộc vào sản phẩm cán, kiểu máy, đặt điểm kỹ thuật của máy, công suất động cơ, chất lượng kim loại và một số yếu tố khác

- Xác định số lần cán phải xuất phát từ khả năng trục cán ăn được vào kim loại Trong trường hợp độ bền trục, côgn suất động cơ không bảo đảm phải tăng số lần cán đoi khi số lần cán còn phụ thuộc vào cách bố trí giá cán

- Xác định lượng ép ở những lần cán đầu tiên theo góc ăn  cho phép, các lần cán sau phải xem xét theo độ bền trục, côgn suất động cơ, chất lượng sản phẩm

- Xác định lượng ép ở lỗ hình tinh và trước tinh theo điều kiện biến dạng trong lỗ hình để đạt được độ chính xác của sản phẩm vầ điều kiện mài mòn lỗ hình Cụ thể nhưu sau :

- Xác định kích thước phôi ban đầu trên cơ sở dung sai âm  cho phép

- Thiết kế lỗ hình phải xuất phát từ kích thước sản phẩm Kích thước lỗ hình sẽ là kích thước sản phẩm theo tiêu chuẩn có xét đến hệ số nở nóng của thép

- Tính toán lượng dãn rộng (b) trong lỗ hình phải chính xác Khoảng trống của lỗ hình dãn rộng bao giờ cũng phải lớn hơn lượng giản rộng tính toán

Trang 16

- Đối với sản phẩm có biến dạng phức tạp ( thép chữ , thép chữ I, thép đường ray ) phải chia các lỗ hình thành các phân tố riêng biệt và tính hệ số biến dạng cho từng phân tố đó

3.Tính toán & thiết kế hệ thống lỗ hình:

3.1 Xác định số lần cán

Theo đề tài đã chọn là thiết kế phân xưỡng cán thép xây dựng (thép tròn 22) với các thông số sau:

- Phôi liệu nhập 100x100x1200 mm

- Sản lượng 100.000 tấn/năm

Số lần cán n được tính theo công thức:

897 , 10 35

1 lg

4

22 lg 100 lg lg

lg lg

2 2

n

Chọn n = 11 lần

Trong đó:

tb

 hệ số dãn dài trung bình

F0 diện tích tiết diện phôi cán ban đầu

n

F thành phẩm sau n lần cán

Hệ thống lỗ hình khi cán thép tròn 22 từ phôi liệu nhập

(100x100x1200mm.)

Trang 17

- Nhóm máy cán thô ( k 1 k 3 ) đường kính trục cán 650, vật liệu là thép Y10

- Nhóm máy cán trung (k 4 k 6 ) đường kích trục cán 450, vật liệu là gang hợp

kim

- Nhóm máy cán tinh (k 7 k 11 ) đường kính trục cán 350, vật liệu là gang hợp

kim

3.2 Tính toán hệ thống lỗ hình:

Để cho việc tính toán thiết kế được chính xác ta tính theo nguyên tắc ngược hướng cán bắt đầu bằng sản phẩm 22

Dung sai cho phép của thép 22:  = 0 , 4

5 , 0





Trang 18

Kích thước đường kính của thép tròn 22 ở trạng thái nguội là :

d11 = 22 – 0,5/2 =21,75mm Kích thước đường kính hình tròn sản phẩm ở trạng thái nóng sẽ là:

dn = d11 .(1,01 1,015) =21,75.1,014 = 22,05mm Diện tích hình tròn tinh sẽ là :

F11 = 

4

2 11

11 0 , 35 ( 1 ) 4 10 ( 800 ) 0003

, 0 11 ,

05,22.)320800(10.4)116,1(35,005,22.0003,011,

82,18.7.0

6,449

7

h11 = b10 – d11 = 34,13 – 22,05 =12,08mm Góc ăn lỗ hình tinh:

Trang 19

11 11

d D

08 12 1

arccos(

Tỷ lệ trục của phôi hình ôvan đưa vào lỗ hình tròn là:

82,18

13,3410

10  

h b

Chọn hệ số điền đầy lỗ hình 0=0,9

Ta tìm chiều rộng lỗ hình 10

Bk10 =

9,010

b

=

9,0

13,34

=37,92mm Hệ số lỗ hình

01,282,18

92,3710

10

k

k k

H

B a

Bán kính lỗ hình ôvan

10

2 10 2

10 10 0

k k

v

H

H B

82,18.4

82,1892,

F9 = F10.10=449,6.1,28 =575,5mm Đường kính lỗ hình tròn 9:

14 , 3

5 , 575 4

4 9



F

27,07mm Lượng ép trong lỗ hình ôvan 10 là:

h10= d10 - h10= 27,07 – 18,82=8,25mm Góc ăn trong lỗ hình 10:

Trang 20

)1

arccos(

10 10

h D

25 8 1

d



4

07,27.14,

575,24mm2

Chọn t9 = 1,32 Lượng dãn rộng trong lỗ hình tròn 9 xác định theo công thức :

5 9

9 0 , 35 ( 1 ) 4 10 ( 800 ) 0003

, 0 11 ,

07,27.)320800(10.4)132,1(35,007,27.0003,011,

h8 =d9 -bt9 =27,07-5,27=21,8mm Chiều rộng của ôvan trước :

8

8.7,

F

18,21.7,0

32,759

51,21mm Lượng ép trong lỗ hình :

h9 = b8 – d9 = 51,21-27,07=24,14mm Góc ăn lỗ hình :

9 9

d D

14 24 1

arccos(

Trang 21

8,21

21,518

h b

Bk8 =

9,0

b

9,0

21,51



Hệ số lỗ hình

61.28,21

9,568

8

k

k k

H

B a

8

2 8 2 8 8 0

k k v

H

H B

8,21.4

8,219,

3 , 1002 4

h8= d7 – h8= 35,73 – 21,8 = 13,93mm Góc ăn trong lỗ hình 8:

)1

arccos(

8 8

h D

93 13 1

arccos(

*d 7 =35,73mm

Trang 22

4

2 7

d



16,10024

73,35.14,

Chọn t7 = 1,34 Lượng dãn rộng trong lỗ hình tròn 7 xác định theo công thức :

5 7

7 0 , 35 ( 1 ) 4 10 ( 800 ) 0003

, 0 11 ,

73,35.)320800(10.4)134,1(35,073,35.0003,011,

89,1342

7,

7 7

d D

30 31 1

arccos(

62,28

03,676

h b

Bk6 =

9,06

b

9,0

03,67



Trang 23

60,262,28

47,746

6

k

k k

H

B a

6

2 6 2

6 6 0

k k v

H

H B

62,28.4

62,2847,

47 , 1799 4

arccos(

6 6

h D

26 , 19 1

d



60,17994

88,47.14,

5 0 , 35 ( 1 ) 4 10 ( 800 ) 0003

, 0 11 ,

Trang 24

mm

27,10

88,47.)450800(10.4)138,1(35,088,47.0003,011,

45,2483

7,

h5 = b4 – d5 = 94,33 – 47,88 = 46,45mm Góc ăn lỗ hình 5:

5 5

d D

45,461

arccos(

61,37

33,944

h b

Ta tìm chiều rộng lỗ hình 4:

Bk4 =

9,04

b

9,0

33,94



Hệ số lỗ hình 4

78,261,37

8,1044

4

k

k k

H

B a

Trang 25

4

2 4 2

4 4 0

k k v

H

H B

61,37.4

61,378,

14 , 3

82 , 3327 4

4 3



F

65,1mm Lượng ép trong lỗ hình ôvan 4 là:

h4= d3 – h4= 65,1 – 37,61 = 27,49mm Góc ăn trong lỗ hình 4:

)1

arccos(

4 4

h D

49 , 27 1

d



8,33264

1,65.14,

3 0 , 35 ( 1 ) 4 10 ( 800 ) 0003

, 0 11 ,

1,65.)650800(10.4)140,1(35,01,65.0003,011,

Trang 26

F2 = F3 t3 =3326,8.1,4 =4657,52mm2

Chiều dày của ôvan trước:

h2 =d3 -bt3 =65,1 – 14,61 =50,49mm Chiều rộng của ôvan trước :

49,50.7,0

52,4657

7,

h3 = b2 – d3 = 131,78 – 65,1 = 66,68mm Góc ăn lỗ hình :

3 3

d D

68,661arccos(

49,50

78,1312

h b

Ta tìm chiều rộng lỗ hình 2:

Bk2 =

9,02

b

9,0

78,131



90,249,50

42,1462

2

k

k k

H

B a

2

2 2 2

2 2 0

k k v

H

H B

49,50.4

49,5042,

Trang 27

2 2

h D

51,521

Trang 28

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

1.XÁC ĐỊNH LỰC CÁN, MOMENT CÁN VÀ CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ:

1.1) Các thông số đầu vào:

Sản phẩm cán yêu cầu có đường kính d =22 mm, dựa vào đường kính này ta có các kích thước :

+ Đường kính lổ hình trên trục cán : dr = ( 0.012 -0.015)d = 22.3 mm

+ Phôi đầu vào có hình ô van với các kích thước được tra theo bảng 6.a [4]

Với: t là nhiệt độ nung phôi cán 0C

V là vận tốc vòng của trục cán; V = 0.775 m/s

 Nhiệt độ chảy của thép: tch = 1450 0C

Trang 29

Nhiệt độ nung phôi: tn = 12000C

Nhiệt độ cán ở máy cán tinh cuối cùng: tc = 9600C

 Hiệu suất của bộ truyền:  = đol5ot2bt2bv

= 0.803

Với: ol = 0.995: hiệu suất bộ truyền cặp ổ lăn

đ = 0.96: hiệu suất bộ truyền đai

ot = 0.99: hiệu suất bộ truyền cặp ổ trượt

bt = 0.95: hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ

bt = 0.97: hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ

đ = 1: hiệu suất khớp nối

1.2) Lực Cán P c :

Lực cán còn gọi là áp lực toàn phần của kim loại tác dụng lên trục cán Khi cán, kim loại tác dụng lên trục cán một lực phân bố (như hình 10) Tổng hợp các lực phân bố đósẽ có áp lực toàn phần của kim loại tác dụng lên trục

Lực cán được tính theo công thức:

Pc = PtbxFtx ( N ) Trong đó Ptb là áp lực trung bình N/mm2

Ftx là điện tích tiếp xúc giữa kim loại và trục cán

b1 = 20 mm Chiều rộng phôi

b2 = 22,3 mm Chiều rộng sản phẩm cán

R = 175 mm bán kính trục cán

h = 30 – 22,3 = 7,7 mm là lượng ép tuyệt đối

Trang 30

2

3 22 20





= 776 mm2

+ Áp lực trung bình Ptb : Theo công thức kinh nghiệm của Bagunop ứng với trường hợp tc > ( tch – 575 ) oC :

tc = 960 oC : Nhiệt độ cán

tch= 1450 oC : Nhiệt độ chảy thép CT3

 Po =

1500

)]

75 960 ( 1450 [

2

1 h h

h R

7,7175

Trang 31

Với Pc là lực cán toàn phần

lc là độ dài cung ăn

 là hệ số tính khoảng cách đặt lực cán toàn phần trên cung ăn

Trang 32

3752

Trong đó: GD2 là moment của tất cả các chi tiết dẫn động do máy sinh ra được chuyển về bánh đà gắn trên trục động cơ

dn/dt là gia tốc của trục cán

Do máy cán thiết kế làm việc một chiều, không yêu cầu tăng và giảm tốc trong quá trình cán, nên :

i là tỷ số truyền; i = 34.5

Mđc =

5 34 803 0

0165 0 2 0 275 0





Trang 33

= 0.016 (Tm)

1.4)Chọn công suất động cơ:

Công suất động cơ được tính theo công thức:

 = Mđc

975 0

775 0 60000 60000

Nghĩa là: Nct < Nđc đã chọn

Với Nct = 30kW và nsb = 1438vòng/phút, tra bảng 1 TLTK [3] ta chọn được động cơ điện J81-2 có công suất 40kW, nđc = 1460 vòng/phút, Tmax/Tdn =2,2 và Tk/Tdn = 1,2 Khi đó, tỷ số truyền thực tế là :

1460

= 34.5

1.5) Phân phối tỷ số truyền:

Trang 34

Chọn tỷ số truyền đai uđ = 2.6

Với hộp giảm tốc 2 cấp khai triển:

27 13

= 3.58 Thông số Trục động cơ Trục I Trục II Trục III

i Uđ = 2.6 U1 =3.87 U2 =3.58 N(vòng/phút) 1460 552 145 40.5

552

8.281055

7.251055

2.THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI: 5

2.1) Chọn loại đai:

Với công suất động cơ 40kW và số vòng quay n1 = 1460vong/phút

Giả thuyết vận tốc của đai V > 10m/s thì có thể dùng đai thang loại  (bảng 5-13 ) Kích thước tiết diện đai ah: 3219

Diện tích tiết diện đai F(mm2): 476

Trang 35

2.2) Định đường kính bánh đai nhỏ:(bảng 5-14)

3 60000

2.3) Tính đường kính D 2 của bánh lớn:

Hệ số trượt trơn của đai thang:  = 0.02

D2 = iD2(1-0.02)

= 2.6350(1-0.02)

= 891.8

Lấy theo tiêu chuẩn: D2 = 900mm

Số vòng quay thực sự của trục bị dẫn:

1460

= 561.5 (vòng/phút) Vậy n2’ sai lệch rất ít so với n2 yêu cầu

Tỷ số truyền thực sự của đai: iđ = 2 62

4 556

1460 '

2.4) Chọn sơ bộ khoảng cách trục A (bảng 5-16)

4)( 1  2 2

Trang 36

= 2900 + /2(350 + 900) +

9004

)900350





= 3846.5

Lấy theo tiêu chuẩn: L = 3750mm

Kiểm nghiêm số vòng quay u tring một giây:

u = 7 12

750 3

7 26

2.6) Xác định chính xác khoảng cách trục A theo chiều dai đai đã lấy theo tiêu chuẩn:

8

8 2

2 350 900 3750





Trang 37

Góc ôm thoả điều kiện 1  1200

2.8) Xác định số đai Z cần thiết:

Chọn ứng suất căng ban đầu 0 = 1.2 N/mm2 và theo tri số D1, ta tim được trị số ứng suất cho phép p0 = 1.668 N/mm2

Các hệ số:

Ct = 0.9 (tra bảng 5-6)

C = 0.9 (tra bảng 5-18)

Cv = 0.65 (ta bạng-19)

Trong đó: Ct là hệ số xét đến ảnh hưởng của chế độ tải trọng

C là hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ôm

Cv là hệ xét đến ảnh hưởng của vận tốc

p 



01000

=

476 65 0 9 0 9 0 668 1 7 26

40 1000

 Lấy số đai Z theo tiêu chuẩn: Z = 4

2.9) Định các kích thước chủ yếu của bánh đai:

Chiều rộng bánh đai:

Trang 38

3 TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC BÁNH ĐÀ:

Để tăng moment động khi cán cũng như đề phòng máy bị quá tải, ta thiết kế bánh đà Để kết cấu máy được gọn gàng và tính kinh tế cho nên ta kết hợp bánh đà và bánh đai lớn lại thành một

 Moment bánh đà được xác định tho công thức:

Với: V là thể tích của bánh đà

 là trọng lượng riêng của bánh đà

R là bán kính của bánh đà, lấy D = 0.9m  R = 0.45m

- E = 15Nđc với Nđc = 40KW là công suất định mức của động cơ

- n = 552 (vòng/phút) là tốc độ vòng của trục mang bánh đà

0 85 7 45 0 14 3

40 15 540 540

2 2



Trang 39

 B = 263mm

 Xác định trọng lượng bánh đà:

G = R2B = 3.140.4520.2637.85=1.312 (tấn)

 G = 1312Kg = 13.12 KN

4.TÍNH TOÁN HỘP GIẢM TỐC: 6

4.1)Chọn vật liệu:

Dựa vào bẩng 6.1, chọn vật liệu làm bánh răng như sau :

+ Bánh nhỏ : Thép C40X tôi cải thiện đạt độ rắn HB260 280, có giới hạn bền b1 = 950 MPa, ch1 = 700 MPa

+ Bánh lớn : Thép C45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB241 285, có giới hạn bền

Số chu kỳ thay dổi ứng suất khithử về tiếp xúc:

NFo = 4.106 cho mọi loại thép

Số chu kỳ thay dổi ứng suất khithử về tiếp xúc:

Trang 40

c : Số lần ăn khớp trong một vòng quay, c = 1

n : Số vòng quay của bánh răng đang xét

t : Tổng số giờ làm việc, t = 7200 giờ

NHE1 = NFE1 = 60x1x552x7200 = 238464000 (chu kỳ)

NHE2 = NFE2 = 60x1x40.5x7200 = 17496000 (chu kỳ)

Lấy số vòng quay nhỏ nhất thử vào công thức trên, luôn luôn có NHE1 > NHo và

NFE1 > NFo .Nên hệ số tuổi thọ:

KHL1 = 1, KFL1 = 1

KHL2 =

2 2 3



KFL2 =

2 2

S

K

.lim

S

K

.lim



 Ứng suất tiếp xúc cho phép (sơ bộ) :

Định dạng
Số trang	103
Dung lượng	0,98 MB