Thiết kế máy ép trục khuỷu 150 tấn

Li núi u Hin nay, ngnh c khí nói chung v ngnh ch to máy nói riên phơng pháp gia công kim loi bng áp lc ngy cng c ng dng rng rãi Các sản phẩm gia công áp lực phong phú đa dạng, từ đồ dân dụng đến máy móc đại đắt tiền Ưu điểm phơng pháp gia công chi tiết sau gia công khí mà đạt yêu cầu kỹ thuật đặt ra, nhng lại dễ sản suất hàng loạt với suất cao đợc gọi phơng pháp gia công không phoi Để tiến hành gia công theo phơng pháp này, thiếu thiết bị gia công áp lực giữ vai trò quan trọng Ngày thiết bị để gia công kim loại phong phú, đa dạng chủng loại ngày đợc hoàn thiện Máy ép trục khuỷu thiết bị điển hình nghành gia công áp lực.Với việc nhận đề tài Thiết kế máy ép trục khuỷu 150 em hiểu thêm đợc tính năng, công dụng, nh kết cấu, công nghệ loại máy Trong trình thiết kế đồ án em nhận đợc giúp đỡ tận tình thầy môn Gia công áp lực Do kiến thức kinh nghiệm thiết kế hạn chế nên đồ án không tránh khỏi sai sót, mong nhận đợc bổ sung góp ý thầy cô môn Em xin chân thành cảm ơn! Phần i: Tổng quan I.1 Các thông số đầu vào: Máy ép trục khuỷu APS150 (thông số lấy từ: http://www.aomate.com.cn/en/products.php?tid=42 ) Lực ép danh nghĩa: P = 150 Hành trình đầu trợt: Hành trình liên tục đầu trợt: 20-40 nhát/ phút Chiu cao kớn: Kích thớc bàn máy: 800x700 mm Kớch thc u trt: 700x700mm I.2 Đặc điểm: - Máy ép trục khuỷu vạn c s dng rng rói nhiu ngnh cụng nghip ch to mỏy v dng c, cụng nghip xõy dng, thc phm - Mỏy ộp trc khuu dựng ch yu dp tm, dp th tớch núng, ngui, ct phụi v thc hin nhiu nguyờn cụng khỏc gia cụng ỏp lc u im: S dng mỏy v kt cu n gin Ch to c cỏc chi tit cú hỡnh dng phc tp, cht lng b mt chi tit cao m khụng cn qua gia cụng ct gt Nng sut mỏy cao, xng khụng n, sch, nn múng ớt rung ng nh mỏy bỳa Nhc im: t nng cỏc nguyờn cụng dp th tớch, khụng thc hin c cỏc nguyờn cụng ộp t Lc ộp danh ngha ca mỏy khụng th tng quỏ ln nh mỏy ộp thu lc vỡ kớch thc mỏy s rt ln u trt cú th b kt im cht di gõy phỏ hng kt cu mỏy Máy ép trục khuỷu vạn 3.Một số sản phẩm: Phõn loi: Theo tớnh nng cụng ngh: Dp tm Dp th tớch Theo Theo s c cu chp hnh : Mỏy n ng: mỏy ộp nng, mỏy ung tm hay mỏy dp vut Mỏy song ng: mỏy dp tm, mỏy rốn ngang Mỏy tam ng: mỏy dp tm, ct phụi nhanh Mỏy bỏn t ng: mỏy rốn hng kớnh Mỏy t ng: mỏy un nng v un chuyờn dựng, mỏy chn ngui Theo du hiu ng hc: Mỏy ộp trc khuu n thun Mỏy ộp khp - khuu Mỏy ộp ũn - khuu Mỏy ộp cam ũn khuu PhầN Ii: Tính toán động học, tĩnh học cấu Tay Biên - trục khuỷu A- PHầN động học: S mỏy ộp trc khuu: ng c B truyn B li hp Bỏnh Trc khuu Biờn u trt B phn dn hng Thõn mỏy 10 B phn iu khin 11 C cu ly sn phm 12 C cu thu hi ph liu 13 C cu cp phụi 14 Phu tip liu 15 H thng truyn ng cho phu tip liu 16 Truyn ng cho c cu cung cp 17 Phanh Sơ đồ tay biên - đầu trợt: max H ,H :chiều cao khép kín lớn nhỏ máy S:hành trình toàn máy S hành trình tức thời máy tơng ứng với góc : góc quay trục khuỷu : góc kẹp giữ biên đầu trục R,L: bán kính trục khuỷu chiều dài tay biên : tốc độ góc trục khuỷu K: hệ số tay biên K=R/L A-1 Bán kính khuỷu R, chiều dài tay biên L: Phân tích cấu: Ta thấy: S =R+L-Rcos -Lcos S =R (1 COS ) + (1 COS ) Mặt khác AM= Rsin Sin cos cos 1-cos S = = Lsin = Rsin /L sin = = = KSin 2 ( K Sin ) K (1 Cos2 ) = /4 K R1 cos + (1 cos ) -Từ hành trình K = 0,1 0,4 -Hệ số tay biên: L= Chọn: K=0,4 => A-2 Hành trình R 100 = = 250mm K 0, S : Ta thấy: S =R+L-Rcos -Lcos S =R (1 COS ) Mặt khác AM= Rsin Sin cos (1 COS ) + = Lsin = Rsin /L = sin = KSin cos 1-cos S = = = 2 ( K Sin ) K (1 Cos2 ) K R1 cos + (1 cos ) /4 (1) -Với: R= 100 mm; L= 250 mm; K= 0,4 Thay vào công thức (1) ta có: A-3 Vận tốc S -Đạo hàm hành trình ta có: dS d K d V = = R ( 1-cos ) + ( 1-cos2 ) dt dt d Mà d = dt (Với giả thiết: =const ) K V = R sin+ sin2 => - Ta lấy: Thay vào A-4 Gia tốc - V Đạo hàm tốc độ ta có: dV dS J = = = R cos+K.cos2 dt dt S V J Bảng giá trị của: , , theo góc : Gúc 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 Giỏ tr S 0.00 6.44 22.75 42.00 57.75 67.06 70.00 67.06 57.75 42.00 22.75 6.44 0.00 Giỏ tr V 0.00 398.76 505.60 291.91 0.00 -106.85 0.00 106.85 0.00 -291.91 -505.60 -398.76 0.00 Giỏ tr J 1934.32 1472.88 414.50 -552.66 -967.16 -920.22 -829.00 -920.22 -967.16 -552.66 414.50 1472.88 1934.32 V th: S 70 67.06 57.75 42.00 22.75 6.44 c 30 60 90 120 150 180 210 240 270 310 330 360 go th S th V 10 Góc th Mk 16 Phần Iii: NĂNG LƯợng máy ép khí Sự TIÊU TốN NĂNG lợng: Đồ thị tải trọng gồm tổng đồ thị lực biến dạng đồ thi lực đàn hồi: Đồ thi lực biến dạng Tùy vào nguyên công mà đồ thị lực biến dạng máy có hình dạng khác Sau ta xét ví dụ nguyên công cắt hình, đột lỗ, cắt bavia, cắt thỏi Pg Pmax 0,93 hmax hmax + Pmax = PH = 150 Tấn =1500 kN + hmax = k tc Trong : tc chiều dày cắt k hệ số điều chỉnh Vật liệu cứng k nhỏ: + Cắt hình, đột lỗ, cắt bavia trạng thái nguội k = 0,4-0,5 + Căt thép thái nguội k = 0,25-0,35 + Cắt trạng thái nóng k =1 Đối với máy dập đơn động chiều dày cắt phụ thuộc vào lực ép danh nghĩa theo bảng sau: PH (kN ) 63 160 315 630 17 1600 3150 6300 16000 tc mm Vậy chọn tc 4.5 15 20 30 = mm Tớnh Vi: Sp l hnh trỡnh u trt bin dng vt dp Giả sử cắt hình, đột lỗ, cắt bavia trạng thái nguội, ta cú: C 100 tn thỡ cho phộp bin dng 1mm Suy 150 tn cho phộp bin dng 1,5mm Chn k = 0,4 Năng lợng hành trình công tác: A kt ,A dh ,A dhf ,A kt ,A f Tính : Theo bảng số liệu trang 51 TBDTHMECK với vạn 1-2 trụ: Năng lợng hành trình không tải: Năng lợng trình đóng mở li hợp: Nh lợng tiêu tốn công chu trình: 2- xác định công suất động mô men quán tính bánh đà 18 Có tới đến phơng pháp tính mô men quán tính bánh đà công suất động Phơng pháp A..ooBaH đợc sử dụng số nhà máy viện thiết kế Liên Xô cũ Nhợc điểm phơng pháp tính toán lợng không xác Nhng nguyên lý chọn công suất động theo công suất trung bình ngày dùng A Trình tự tính toán: Tính chọn động cơ: 1- Xác định thời gian chu trình: t Trong đó: ctr = 60 nn p n n số hành trình kép danh nghĩa phút đầu trợt n => n = 40 nhát/phút p hệ số sử dụng số hành trình: Chọn p = 0,6 2- Xác định công suất động theo công suất trung bình: Nls = k Achtr 1000.tchtr Đối với động lồng sóc: k: hệ số an toàn, phụ thuộc vào hệ số trợt danh nghĩa động S - Vi tra bảng trang 64 sách TBDTHMECK ta chn: S = 0,06; K = 1,3; => 3- Chọn động cơ: Hiệu suất truyền : =k dai br 3ol Theo sơ đồ ta có: k k = 0,99 : Hiệu suất khớp Chọn dai dai = 0,96 : Hiệu suất đai Chọn br br = 0,98 : Hiệu suất cặp bánh Chọn 19 ol : Hiệu suất ổ lăn Chọn =0,99.0,96.0,98.0, ol = 0,99 Tra bảng trang 237 sách Tính toán thiết kế hệ dẫn động khí tập I ta chọn : Động : 4A160S8Y3 Công suất: N1 = 7,5 kW Số vòng quay: 4- Tính mô men quán tính bánh đà: Trong đó: j: Hệ số không j=2..K.(S+Sn ) Sn: Hệ số trợt đàn hồi truyền - sn = truyền truyền bánh Kh: Hệ số hình dáng đồ thị Máy làm việc liên tục => K h =1- p o 360 p = 200 Trong - góc làm việc có tải 20o K h =1=0,944 360o => Mô men quán tính bánh đà: phần IV: Tính toán chi tiết máy 1-Trục khuỷu 20 Các loại trục khuỷu - Dựa vào yêu cầu METK ta chọn trục khuỷu kiểu a Trục khuỷu đợc thiết kế Tính sơ kích thớc trục khuỷu: Đờng kính ngõng trục d0 ; tính theo công thức kinh nghiệm: Các kích thớc lại trục khuỷu đợc tính nh sau: 350mm Kiểm nghiệm hai tiết diện BB Tra bảng 1.P trang 169 ta có công thức kiểm nghiệm 21 PBB = Trong đó: 0,2.d O 1u K g n B ( mk + 0,17.d O ) + n: hệ số an toàn.Lấy n = 1.5 +mk: Cánh tay đòn mômen + Kg: Hệ số bền lâu Tra bẳng 2P ta có Kg = 0.8 + : Hằng số bền uốn tiết diện BB EE B K B = 0,25. + (1 ) Thép 40XH có: K =0.14 : Hệ số tập trung ứng suất uốn, K =1,85 : Hệ số tính đến độ nhẵn bề mặt uốn, bề mặt cắt gọt , : Hệ số tính tới kích thớc tuyệt đối uốn, + B = 0,78 : Hằng số bền xoắn tiết diện BB B = 0,25 1u 1u Thép 40XH có: = 0,1; 1u K + (1 ) = 40Kg/mm2; 1u = 24kg/mm2 : Hệ số tập trung ứng suất uốn, =1.25 : Hệ số tính đến độ nhẵn bề mặt uốn, bề mặt cắt gọt,= 0.06 : Hệ số tính tới kích thớc tuyệt đối uốn, = 0,78 Thay s ta cú: Ta có bẳng giá trị PBB: 22 = 0.1 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 20,53 33,34 35,00 27,28 14,47 -14,47 -27,28 -35,00 -33,34 -20,53 866732,77 512834,13 408706,61 398228,57 452135,72 583113,98 866732,77 1687519,63 10439392,71 -4911485,714 -7182534,82 2796670,28 866732,77 Biểu đồ lực kiểm nghiệm trục khuỷu 2- Tính toán truyền: Ta biết uc = ud.ubr Tỷ số truyền chung T s truyn: Chọn sơ : ; Mô men xoắn trục động 23 Mô men xoắn trục bánh đai lớn Mô men xoắn trục khuỷu 2.1 -Tính bánh răng: 2.2.1 Tính truyền bánh trung gian: * Vật liệu: 40X(Y) * Xác định sơ khoảng trục : aw= Ka(u1+1) TII K H [ H ] u1 ba Với: TII: Mômen xoắn trục bánh chủ động TII =384616Nmm Ka : hệ số phụ thuộc vào loại Theo bảng 6.5: K a= 49.5( MPa) Hệ số ba = bw/aw hệ số chiều rộng bánh theo bảng 6.6 truyền đặt không đối xứng nên chọn ba = 0,3 bd = ba(u1+1)/ = 0,5.0,3(4+1 ) = 0,75 Tra bảng 6.7 sách Tính toán thiết kế h dn ng c khớ 1, ta có: KH = 1,03 Lấy sơ KH = 1,1 Thay số ta định đợc khoảng cách trục : aw= 49,5.(4,5+1) Lấy aw =290 mm * Các thông số ăn khớp: - Mô đun pháp: m = ( 0,01ữ 0,02 ).aw = (2,9ữ5,8) mm Theo dãy tiêu chuẩn ta chọn m =4 số bánh nhỏ: Z1 = 2.aw.cos/ [m(u+1)] = 2.290.1/ [4.(4,5+1)] = 26,4 => Lấy: Z1 = 26 (răng) số bánh lớn (bánh 4): Z2 = u.Z1 = 4,5.26,4 = 118,8 => Ly Z2=119(rng) Do tỷ số truyền thực: um = Z2/ Z1 = 119/26 = 4,58 Đờng kính vòng chia: d1 = m.Z1 = 4.26 = 52 mm d2 = m.Z2 = 4.119 = 476 mm Chiều rộng vành răng: b = ba aw = 0,3.290= 87mm 2.2.2 Kiểm nghiệm theo biến dạng dẻo cho phép răng: PBR = n MK mk 2 [ tx ] Z K mH bK MK = C.C K ( u + 1) n 24 Trong + [ tx]: ứng suất tiếp súc cho phép tính đến biến dạng dẻo [ tx]=1900 MPa + C: Hệ số tính đến Môdun đàn hồi vật liệu, C =214 + C1: Hệ số tính đến góc ăn khớp góc nghiêng răng, C1 =1 + ZK: Số + mH: Môdun pháp + bK: Chiều rộng bánh + Kn= K1m.K2.K4: Hệ số tải trọng tính đến biến dạng dẻo cho phép Trong ú: K1m: Hệ số tảI, K1m =1,3 K2: Hệ số tải trọng tập trung, K2 =1 K4: Số tải trọng động, K4=1,3 => Kn= 1,3.1.1,3 =1,69 1900 262.42.87.103 MK = = 7865,8kNm ữ 214.1 1,69.(4,58 + 1) Vy: - Tính theo mỏi uốn: 2 Yk Z K mH bK [ 1u ].k = 0,34.K u + , [ nu ] M ku ( ) Trong :+ yk: Hệ số yk= 0.112 + =0 , + + =1.75+0.2=1,95 : Hệ số an toàn tính tới độ bền mỏi [ nu ] + [ 1u ] : Giới hạn bền mỏi vật liệu, + : Hệ số an trùng khớp: k + Ku k Hệ số tải trọng uốn Suy ra: M ku [ nu ] [ 1u ] =1 Ku =1 2 Yk Z K mH bK [ 1u ].k = 0,34.K u + , [ nu ] ( ) kNm - Tính theo sức bền mỏi răng: 25 =1.8 =360 MPa 2 [ k ] Z K mH bK = C.C K ( u + 1) n M mr Trong + [ k]: ứng suất tiếp súc cho phép tính đến biến dạng dẻo [ k]=900 MPa + C: Hệ số tính đến Môdun đàn hồi vật liệu, C=214 + C1: Hệ số tính đến góc ăn khớp góc nghiêng răng, C1= + ZK: Số + mH: Môdun pháp + bK: Chiều rộng bánh + Kn: Hệ số tải trọng tính đến biến dạng dẻo cho phép răng, Kn= 1,69 Suy ra: *So sánh giá trí ta có Mmr nhỏ nhát Suy kiểm nghiệm theo Mmr PBR = n Ta có Suy ra: M mr mk Gúc(o) 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 (mm) PBR(T) 9,82 151,31 227,26 219,12 155,38 79,43 9,82 -56,19 -132,14 -195,88 -204,02 -128,07 9,82 179725,05 11664,13 7765,99 8054,50 11358,60 22219,56 179725,05 -31409,50 -13356,29 -9010,11 -8650,62 -13780,75 179725,05 3-Tính Phanh Tính phanh: 26 - Do máy ép có lực ép danh nghĩa PH=150T = 1500 kN => chọn phanh phanh đai làm việc theo chu kỳ - Góc hãm danh nghĩa m=10o -15o Khi tăng số vòng quay bánh phanh, góc hãm tăng: '=( Góc hãm: m = n' ) n A M Trong đó: A: Động phận chuyển động cần phanh, Vi J: Mô men quán tính phần động chuyển đổi A=1,1 J. 2 phía trục phanh : Tốc độ góc trục đặt phanh M: Mô men hãm phanh M=S1(ef-1)r , Vi S1: Lực căng đai phanh đầu đai chạy S1 = (e 115.A -1).D.jm i 0,0175.. : Góc ôm đanh phanh tính rad r: bán kính phanh, r=(1,25-1,45)do d0=175 mm: đờng kính ngõng tựa trục khuỷu => r =(1,25-1,45).175=(218,75-253,75) mm => Chọn r =220 mm - Chiều rộng làm việc bánh phanh: b =(0,6-0,9)d0=(105-157,5)mm => Chọn b =120mm - Để giữ nguyên công cần phanh A tăng góc hãm giảm áp suất q Để đảm bảo an toàn nên tăng q tăng đến mức độ giới hạn định q=0,6-3 kG/cm2, tốc độ vòng bánh phanh v=15-3m/s - Kiểm nghiệm phanh: Am>A Am: Công ma sát phanh -4.D2.. i Am=1,52.10 b.q [kGcm] m Trong đó: i: Tỷ số truyền từ trục phanh đền trục khuỷu Phanh đặt trục khuỷu => i=1 m: Tính độ 4-Tính Li hợp: Chn ly hợp ma sát điều khiển khí nén 27 - Ta tính toán cho ly hợp có đĩa tăng ma sát Pherođô MM = q M f m.( Rn Rt3 ) Trong đó: + qM= 0.4 - 0.6 MPa + f: Hệ số ma sát f=0,4 + m: Số mặt ma sát m=2 + Rn, Rt: Bán kính mặt làm việc đĩa + Mm: Mô men xoắn trục đặt ly hợp Mm= mm Thay vào công thức ta có: Suy ra: Chọn: Rt = 40 mm Suy Rn= 80 mm Từ số liệu ta thiết kế đợc ly hợp ma sát Phần V: Kết luận Trong trình làm đồ án giúp em hiểu thêm nghành gia công áp lực nh số thiết bị nghành máy ép trục khuỷu Với máy ép trục khuỷu cho thị trờng nhiều sản phẩm đa dạng chủng loại nh chất lợng sản phẩm cao Qua trau dồi thêm cho em kiến thức giúp em hiểu rõ thêm bớc tiến hành, quy trình thiết kế máy ép tạo điều kiện sau áp dụng vào thực tế Do kiến thức hạn chế đồng thời tài liệu máy cha đầy đủ nên không tránh đợc thiếu sót trình làm đồ án Em kính mong nhận đợc đóng góp chân thành từ thầy cô môn để hiểu rõ máy ép trục khuỷu mà em thiết kế Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Đắc Trung thầy môn giúp em trình thiết kế đồ án ! Mục lục STT Nội dung Lời nói đầu 28 Trang 12- 34- Phần I: Tổng quan Thông số kỹ thuật Đặc điểm số hình ảnh máy ép truc khuỷu Một số sản phẩm Phân loại sơ đồ máy ép trục khuỷu Phần II: Tính toán thiết kế máy ép trục 15 A- Phần động học B- Phần tĩnh học Phần III: Năng lợng máy ép khí 1- Sự tiêu tốn lợng 2- Tiêu tốn lợng hành trình công tác 3- Tiêu tốn lợng hành trình không tải 4- Hiệu suất máy ép 5- Công suất động mômen quán tính bánh đà Phần IV: Tính toán chi tiết máy 1- Trục khuỷu 2- Tính truyền bánh 3- Tính phanh 4- Tính li hợp Phần IV: Kết luận Tài liệu tham khảo Thiết bị dập tạo hình máy ép khí Tác giả: PGS.TS.Phạm Văn Nghệ - GVC.Đỗ Văn Phúc -Ths.Lê Trung Kiên (Nhà xuất Khoa học kỹ thuật) tính toán hệ dẫn động khí - tập 1,2 Tác giả: Trịnh Chất - Lê Văn Uyển 29 (Nhà xuất Giáo dục) Cơ sơ thiết kế máy Tác giả: Lê Văn Uyển Internet 30