Đồ án thiết kế máy cán ren bu lông

LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay các ngành kinh tế nói chung và ngành cơ khí nói riêng đòi hỏi kỹ sư cơ khí và cán bộ kỹ thuật cơ khí được đào tạo phải có kiến thức cơ bản tương đối rộng, đồng thờip

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay các ngành kinh tế nói chung và ngành cơ khí nói riêng đòi hỏi kỹ sư cơ khí

và cán bộ kỹ thuật cơ khí được đào tạo phải có kiến thức cơ bản tương đối rộng, đồng thờiphải biết vận dụng những kiến thức đó để giải quyết những vấn đề cụ thế thường gặptrong sản xuất, sửa chữa và sử dụng

Cơ khí chế tạo máy là một ngành then chốt, nó đóng vai trò quyết định trong sựnghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước Nhiệm vụ của Cơ khí chế tạo máy là chếtạo ra các sản phẩm cơ khí cho mọi lĩnh vực của nghành kinh tế quốc dân, việc phát triểnngành công nghệ chế tạo máy đang là mối quan tâm đặc biệt của Đảng và nhà nước ta.Phát triển ngành Cơ khí chế tạo máy phải được tiến hành đồng thời với việc phát triểnnguồn nhân lực và đầu tư các trang bị hiện đại Việc phát triển nguồn nhân lực là nhiệm

vụ trọng tâm của các trường đại học

Được sự đồng ý của Khoa Cơ khí và thầy hướng dẫn, em được nhận đề tài tốt nghiệp

“Thiết kế máy cán ren bu lông”, sản phẩm là ren tiêu chuẩn với độ bền cao

Sau một thời gian tìm hiểu và với sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo Hoàng MinhCông đến nay em đã hoàn thành được đề tài tốt nghiệp của mình Trong quá trình thiết kế

và tính toán tất nhiên sẽ có những sai sót do thiếu thực tế và kinh nghiệm thiết kế, em rấtmong được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo trong khoa cơ khí và sự đóng góp ý kiến củacác bạn để em được hoàn thiện hơn

Qua đây em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy giáo trong Khoa Cơ khí đã truyềnđạt kinh nghiêm, kiến thức quý báu của mình cho em trong quá trình em được học tập tạitrường Đó là nền tảng giúp em đi làm việc sau này

Đà Nẵng, ngày 25 tháng 5 năm 2016 Sinh viên thực hiện

Trần Công Lộc

PHẦN I: LÝ THUYẾT CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHU CẦU SẢN XUẤT

Trong sự phát triển của các lĩnh vực cơ khí như: Chế tạo máy, chế tạo ô tô, điện lực,xây dựng, đóng tàu, điện tử , thì nhu cầu về sử dụng bu lông để lắp ghép ngày một tăng;nhằm liên kết các chi tiết khác nhau thành một khối

Do đó đòi hỏi phải tìm ra các biện pháp gia công ren bu lông năng suất cao, chấtlượng ren tốt, nhằm tạo ra thành phẩm phục vụ cho nhu cầu lắp ráp của các chi tiết lại vớinhau Nhu cầu về bu lông cũng hết sức đa dạng:

-Trong ngành chế tạo máy : Bu lông được sử dụng trong các mối ghép thân máy với đếcác máy cắt kim loại, vỏ máy ghép với thân máy,liên kết các cụm máy với nhau ,

-Trong ngành cơ khí ô tô: Việc sử dụng bu lông không thể thiếu được, các bu lông đượcdùng lắp ghép các chi tiết như ghế ngồi với sàn xe, các ga răng với trục,

-Trong ngành điện : Lắp ghép các thép thanh lại với nhau, lắp ghép cột điên cao thế vớicác chân trụ ở đất, các cột đèn điện, …

-Trong xây dựng: Bu lông này được sử dụng lắp ghép các cụm trong máy cắt thép, máytrộn bê tông, các cầu, giàn mái các nhà xưởng…

-Trong ngành đường sắt: Được ứng dụng để lắp ghép ở các đường ray, đầu máy, toa xelửa

Hình 1.1-Mối ghép dùng bu lông

- Với nhu cầu sử dụng hiện tại của bu lông, cần thiết phải có các máy móc, thiết bị để giacông các loại bu lông phục vụ các ngành công nghiệp, và đặc biệt trong lĩnh vực cơ khí.

Bảng 1.1- Đường kính danh nghĩa và bước ren hệ mét

Đường kính (mm) Bước ren (mm) Đường kính (mm) Bước ren (mm)

Cán ren (lăn ép ren) là phương pháp gia công ren không có phoi Phôi được đặt giữadụng cụ lăn ép (bàn lăn hoặc con lăn) dưới tác dụng của áp lực trên bề mặt chi tiết giacông hình thành các vết lăn ép của dụng cụ Theo kết cấu của dụng cụ để lăn ép ren có thểphân ra hai loại là bàn lăn và con lăn Lăn ép ren có thể gia công ren ngoài cũng như rentrong, ren một đầu mối và ren nhiều đầu mối Lăn ép ren là một trong những phương phápchế tạp ren năng suất cao và kinh tế nên được sử dụng rộng rãi trong dạng sản xuất hàngloạt và hàng khối.

Lăn ép ren dựa vào quá trình biến dạng dẻo của vật liệu để hình thành ren nên nângcao được độ bền và độ nhẵn bề mặt của ren Ngoài ra so với cắt ren, lăn ép ren còn có ưuđiểm là giá thành hạ, hao mòn dụng cụ ít, tiết kiệm vật liệu

Tuy nhiên, yếu tố hạn chế của cán ren là hạn chế phạm vi sử dụng của phương pháp lăn

ép ren là độ cứng của vật liệu, hình dạng và kích thước của chi tiết Khuyết điểm nữa làhình thành độ elip trên đường trung bình của ren, gây sai khác so với thiết kế

2.2 Phân loại máy cán ren:

2.2.1.Cán ren bằng bàn phẳng:

Dùng trên máy cán ren thường và máy cán ren tự động Bàn cán ren làm việc theo bộ,

có hai chiếc: Một bàn không chuyển động, một bàn chuyển động tình tiến qua lại Hướngcủa góc nâng ren trên bàn cán ngược lại với hướng ren được cán

Bàn cán ren phẳng có thể tạo ren có độ chính xác cấp 6 Bộ phần cơ bản quyết định quátrình tạo hình ren khi cán là phần tạo hình trên bàn cán

Hình 2.1- Bàn cán ren phẳng 2.2.2 Cán ren bằng con lăn:

Cán ren được tiến hành trên máy bằng một bộ trục cán gồm 2 hoặc 3 trục cán Đườngtâm của trục cán có thể song song với đường tâm phôi hoặc không song song, phôi quay

Bảng 2.1-Miền dung sai ren

Dung sai bu lông

Dung sai đai ốc

4h4H;5H

6h;6g*;6e;6d5H;6H;6H*;6G

8h;8g*

7H*;7G

Hình 2.2-Con lăn cán 2.2.3 Cán ren bằng bàn cán hình vòng cung:

Được sử dụng trên máy tiện ren vít thông thường, máy khoan, máy tiện tự đông

Hình 2.3-Bàn cán hình vòng cung

Được sử dụng phổ biến nhất là các loại đầu cán ren hướng trục tự mở đến cán các renngoài có góc ren nhọn, sắc và cán ren ngoài hình thang.

Các đầu mối cán ren có các đầu mối khác nhau để cán ren một hay nhiều đầu mối, renphải hoặc ren trái trên trục rỗng hoặc đặc Trên đầu cán thì có bước ren giống như bướcren cần cán của bất kì đường kính ren nào trong phạm vi nhất định Đường kính phôi giacông lấy gần đúng với đường kính trung bình ren

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 3.1 Lựa chọn loại đầu cán:

3.1.1 Phương pháp cán ren bằng bàn ren:

-Nguyên lý làm việc: Là tạo ren trên chi tiết hình trụ nhờ chuyển động tịnh tiến và áp lực

của bàn ren tác dụng lên chi tiết để tạo ren

-Ưu điểm: Khả năng tự động hóa cao, thời gian hình thành ren nhanh.

-Nhược điểm: Đối tượng sản phẩm không nhiều thường dùng cho các chi tiết ren ngắn,

máy khá cồng kềnh, làm việc ồn, dễ gây kẹt,hỏng hóc

3.1.2 Phương án cán ren bằng bàn cán hình vòng cung :

-Nguyên lý làm việc: Phương án này là bàn cán ren được quay quanh trục, có khoảng

cách với cánh mảnh dài hình quạt không đổi Chi tiết được lăn và hình thành ren giữa đầucán và bàn cán hình vòng cung nhờ chuyển động quay của đầu cán Trục quay có thể làtrục chính của máy tiện ren vít vạn năng, máy khoan

-Ưu điểm: Dễ dàng lắp với các máy công cụ thông thường Chi tiết được tạo ren hình

thành nhanh chóng

-Nhược điểm: Phạm vi kích thước chi tiết hạn chế Ren kẹp chặt đường kính tối đa

10mm Dễ hỏng góc, kẹt gây nguy hiểm cho người sử dụng

3.1.3 Phương án cán ren bằng 2 con lăn:

-Nguyên lý làm việc: Chi tiết được lăn giữa 2 con lăn quay cùng chiều, chi tiết và con lăn

có tâm song song hoặc chéo nhau Một con lăn chuyển động theo chiều hướng kính để tạohình bề mặt

Hình 3.1-Cán ren bằng 2 con lăn

-Ưu điểm: Có thể gia công ren trên chi tiết lớn (tùy thuộc công suất máy và vật liệu làm

con lăn cán) Ren có chiều dài lớn, làm việc ổn định, an toàn

-Nhược điểm: Máy sử dụng chế độ bán tự động, giá thành khá cao để chế tạo máy, con

lăn cán Dễ gây ra sai số hình học của ren

3.1.4 Cán ren bằng bộ 3 con lăn cán:

Hình 3.2-Cán ren bằng 3 con lăn

-Nguyên lý làm việc: Gồm bộ 3 con lăn cán quay với nhau, bố trí như sơ đồ trên Khi máy

làm việc thì chi tiết được đặt giữa 3 con lăn, các con lăn quay và cùng tịnh tiến về tâmmáy để tạo áp lực lên chi tiết, gây biến dạng để tạo nên ren

-Ưu điểm: Gia công cho độ chính xác cao Áp lực phân bố đều trên chi tiết nên ít gây ra

sai số hình học

-Nhược: Yêu cầu về chuyển động cao, giá thành lớn, máy phức tạp.

Dựa vào các ựu nhược điểm trên em chọn phương án cán ren bằng 2 con lăn cho phương án thiết kế máy của mình.

3.2 Lựa chọn sơ đồ động của máy:

Để chọn được hệ thống truyền động phù hợp chúng ta phải dựa vào công nghệ của máy

đó, từ đó đưa ra các phương án đáp ứng nhu cầu của công nghệ này Để chọn đượcphương án tốt nhất thì cần xét ở mặt kinh tế và kỹ thuật Như năng suất, độ tin cậy, sửdụng dễ, an toàn trong bảo dưỡng, kích thước nhỏ gọn…

5-Piston xylanh thủy lực; 6-Con lăn cán; 7-Tấm nâng phôi

-Nguyên lý hoạt động:

Máy được truyền từ động cơ sang bộ truyền đai rồi đến hộp giảm tốc, sau đó 1 đườngtruyền đến con lăn cán thứ nhất, đường truyền còn lại qua bộ bánh răng phân lực rồi đếncon lăn cán thứ 2 Hai con lăn quay cùng chiều, và con lăn thứ 2 di chuyển tịnh tiến vào

để tiến hành cán ren nhờ hệ thống piston xylanh Sau khi đã đạt được kích thước cán thìpiston xylanh lùi về mang con lăn cán thứ 2 lùi về theo

-Ưu điểm:

+Kết cấu đơn giản, dễ lắp ráp, chế tạo

+Năng suất máy cao.

+Chuyển động chạy dao êm

+Dễ đảo chiều khi quá tải

3

4

5

6 7

8Hình 3.5-Phương án 2

1-Động cơ; 2-Bộ truyền đai; 3-Hộp giảm tốc; 4-Bộ bánh răng phân lực; 5- Piston xylanh;

6-Con lăn cán; 7- Tấm nâng phôi, 8- Trục các đăng

-Nguyên lý hoạt động:

Máy được truyền động từ động cơ đến bộ truyền đai sau đố qua hộp giảm tốc Từ đóđược truyền đến hộp phân lực, chia ra 2 đường truyền động cho 2 con lăn cán nhờ 2 trụccac đăng Con lăn cán được gắn với cơ cấu piston xylanh nên khi piston xylanh duỗi ra sẽtiến hành cán Sau khi cán được đủ chiều sâu thì lùi về Phôi được đưa vào ở chỗ tấmnâng phôi

-Ưu điểm:

+Chạy dao êm, dễ đảo chiều khi quá tải

+Lực ép lớn, ít gây tiếng ồn

5 3

Hình 3.6-Phương án 31-Động cơ; 2-Bộ truyền đai; 3-Hộp giảm tốc; 4-Ly hợp; 5-Cơ cấu cam; 6-Lò xo; 7- Bộtruyền trục vít; 8-Tấm nâng phôi; 9-Con lăn cán; 10-Bộ bánh răng phân lực

-Nguyên lý hoạt động:

Máy được truyền động từ động cơ đến hộp giảm tốc sau đó qua bộ truyền đai rồi đênhộp giảm tốc Sau đó chia ra 2 đường truyền, 1 đường đến thẳng con lăn cán thứ 1, đườngcòn lại qua bộ truyền bánh răng phân lực để làm con lăn cán thứ 2 quay, con lăn thứ 2quay cùng chiều và cùng tốc độ quay với con lăn thứ 1 Sau đó con lăn thứ 2 được chuyểnđộng chạy dao nhờ bộ truyền bánh răng, qua ly hợp rồi đến bộ truyền trục vít-bánh vít,đến cơ cấu cam và con đội sẽ làm cho con lăn cán di chuyển

-Ưu điểm:

+Máy chạy êm, làm việc liên tục, dừng lại khi ta ngắt ly hợp

+Ít gây ra tiếng ồn, độ bền cao

+Chi tiết dễ chế tạo.

+Năng suất cao, phù hợp cho sản xuất hàng loạt

án 3 là hợp lý cho các yêu cầu đó

PHẦN II: THIẾT KẾ MÁY CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH

CỦA MÁY 4.1 Sơ đồ động học của máy:

Hình 4.1-Sơ đồ động học của máy

4.2 Xác định kích thước, kết cấu con lăn cán:

4.2.1 Kích thước cơ bản của bu lông:

Hình 4.2-Kết cấu mối ghép ren-Kích thước của ren:

H = 0,86603.p = 2,1651 mm

Cung

0,3608 6

1 0,007 1,36012

ph

d d

: Đường kính trung bình bu lông

- Đường kính ngoài lô cán :

- Đường kính trung bình lô cán :D tb =i d. 2 =8.18,38 147(= mm)

- Đường kính ngoài lô cán :

c/ Đối với sản phẩm bu lông M22x2,5:

- Đường kính trung bình lô cán : Dtb = i d 2 = 8.20,38 163( = mm )

- Đường kính ngoài lô cán :

N mm

= 290Mpa (thép CT51)+ 1

l K

P = P

(N)

4.4.2 Lượng chạy dao hướng kính : s = 0,15 (mm/vòng)

4.5 Xác định công suất dẫn động máy, chọn động cơ điện:

Tính cho trường hợp lực cán lớn nhất khi cán bu lông M22x2,5

4.5.1 Xác định công suất dẫn động máy:

l = + + + l l

Trong đó :

e/ Công suất trên trục cán N N= 1+N2

*Công suất khi cán: (tính ở cụm cán)

0,15.97

0,00025( / )60.1000 60.1000

d s

*Đối với hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp khai triển để các bánh răng của cấp nhanh và

cấp chậm đều được ngâm trong dầu gần như nhau Nên phân phối i n >i c

và chọn(1, 2 1,3)

i = ÷ i

*Theo bảng 3.1 [2] để cho hộp giảm tốc đảm bảo khối lượng nhỏ ,các bánh răng lớn ngâm

dầu ít nhất thì: i n =2,73;i c =2, 2

Từ đó ta phân phối được tỷ số như sau: i đai =1,67;i brn =2,37;i brc =2, 2

5.2 Thiết kế bộ truyền đai thang:

- Loại đai hình thang, bề mặt làm việc của nó là hai mặt bên, do đó tự tiếp xúc với mặtbên rãnh của bánh đai lớn, nhờ đó hệ số ma sát lớn, nên kéo được tải lớn

5.2.1 Chọn loại đai:

Giả thuyết vận tốc đai v > 5 (m/s), có thể dùng được các loại đai Б theo bảng 5-13 [1] 5.2.2 Tính các thông số bộ truyền đai:

+ Kích thước tiết diện đai a x h = 17 x 10,5 (mm) theo bảng (5-11) [1]

+ Diện tích thiết diện F = 138

2

mm

+ Đường kính bánh đai nhỏ D1 theo bảng 5-14 lấy D1= 140mm

+Kiểm nghiệm vận tốc đai:

theo tiêu chuẩn

+Tính số vòng quay thực của trục bị dẫn:

1(1 0,02) 605

đai

n i

, ta thấy tỷ số truyền lệch ít so với yêu cầu

+Chọn sơ bộ khoảng cách trục A theo bảng (5-16) [1]

1000

3.[ p] t v

N Z

[ ]σp =1,51 /N mm

(tra bảng 5-17) [1]

+C t =0,7

(tra bảng 5-6)+Cα =0,95

(tra bảng 5-18)+C v=1,02

(tra bảng 5-19)+N=5,29 kW công suất bánh đai chủ động

+Chiều rộng bánh đai (công thức 5-23) [1]

5.2.3 Tính lực tác dụng lên bộ truyền đai:

+Lực căng ban đầu S0:

S =σ F = N

+Lực tác dụng lên trục:

1 0

5.3.1 Thiết kế bộ truyền bánh lăng cấp nhanh:

+Thông số ban đầu:

Tỷ số truyền: i n =2,73;i c =2, 2

Số vòng quay vào: n v =580,8( /v ph)

Số vòng quay ra: n r =97( /v ph)

Công suất vào: N v =5,08(kW)

a/ Chọn vật liệu chế tạo bánh răng:

+ Bánh nhỏ: Thép C45 thường hóa, HB = 190,

2

600 /N mm b

σ =

,

2

300 /N mm ch

σ =

,phôirèn (giả thuyết đường kính phôi dưới 100mm, theo bảng (3-8)

+ Bánh lớn: Thép C35 thường hóa, HB = 160,

2

480 /N mm b

σ =

,

2

240 /N mm b

σ =

,phôirèn giả thuyết đường kính phôi từ 300÷

500(mm)

b/ Định ứng suất cho phép:

+ Số chu kỳ làm việc của bánh lớn :

6 5.300.2.6.60.212,8 230.10

2

Giả sử lấy thời gian làm việc 5 năm, năm làm việc 300 ngày, 1 ngày làm việc 2 ca, mỗi ca

6 giờ

2 2

N =T n

; Trong đó:

T: Thời gian làm việc

Để ứng suất uốn cho phép, lấy hệ số an toàn n = 1,5 (vì thép thường hóa) và hệ số tập

trung ứng suất ở chân răng kσ =1,8

+ Giới hạn mỏi của thép C45 là :

2

+ Giới hạn mỏi của thép C35 là:

h/ Xác định modun, số răng, chiều rộng bánh răng và góc nghiêng của răng:

Modun được chọn theo khoảng cách trục A và đối với bánh răng trụ thì :

2 .cos 2.150.0,985

32.( 1) 2,5.(2,73 1)

n

A Z

2 1 2,73.32 87

Z =i Z = =

(răng)+ Tính chính xác góc nghiêng β

i/ Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng:

+ Tính số răng tương đương của bánh nhỏ :

β

(răng)+ Tính số răng tương đương của bánh lớn :

β

(răng)Tra bảng (3-18) [1]

+ Hệ số dạng răng của bánh nhỏ : y1=0, 455

+ Hệ số dạng răng của bánh lớn : y2 =0,515

+ Lấy hệ số θ =" 1,5

, hệ số phản ánh sự tăng khả năng tải khí tính theo sức bền uốn của

bánh răng nghiêng (Lấy θ =" 1, 4 1,6÷

)+ Kiểm nghiệm ứng suất uốn tại chân răng bánh nhỏ:

2

0, 455 28, 2 25( / )

0,515

u u

y

N mm y

1 1

2069 20

760( )cos 0,991

n r

N

n

5.3.2 Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp chậm :

+ Thông số ban đầu :

a/ Chọn vật liệu chế tạo bánh răng :

+ Số chu kỳ làm việc của bánh lớn :

2 1

[ ]σ tx =2,6.HB=2, 6.190 494( /= N mm )

+ Ứng suất tiếp xúc của bánh lớn :

2 2

+Ứng suất uốn cho phép của bánh nhỏ:

2 2

A Z

i/ Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng:

Tra theo bảng 3-18 [1], ta có được:

+Ứng suất uốn tại chân răng bánh lớn:

2 1

Vẽ sơ đồ tính khoảng cách trong hộp giảm tốc:

Vậy

79,560,56661,5

đ Bx