Đồ án thiết kế và chế tạo thành công mô hình ‘‘ Máy uốn thép xây dựng’’

Đồ án tổng hợp chế tạo máy thực sự là hành trang để mỗi kỹ sư, công nhân dựa vào làm cơ sở thiết kế. Đồ án tổng hợp là một phần quan trọng, bắt buộc ở hầu hết các trường kỹ thuật. Nó được hỗ trợ rất nhiều từ sự phát triển của khoa học kỹ thuật nên tính công nghệ ngày càng cao. Đối với mỗi sinh viên cơ khí đồ án tổng hợp là một phần quan trọng giúp sinh viên làm quen với việc giải quyết vấn đề tổng hợp của công nghệ chế tạo máy đã được học ở trường, vận dụng những lý thuyết được học vào thực tế, khi làm đồ án này sinh viên phải làm quen với cách sử dụng tài liệu, cách tra sổ tay cơ khí

Trang 1

Đồ Án Tổng Hợp GVHD: ĐÀO THANH HÙNG

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, sự phát triển cơ sở hạ tầng ở Việt Nam là rất nhanh chóng, để đáp ứng được nhu cầu trong xây dựng thì một máy nắn thẳng thép cuộn là một phần không thể thiếu được Máy nắn thẳng giúp cho người công nhân tiết kiệm được sức lao động, tiết kiệm thời gian thi công và nâng cao năng suất làm việc

Đồ án tổng hợp chế tạo máy thực sự là hành trang để mỗi kỹ sư, công nhân dựa vào làm cơ sở thiết kế Đồ án tổng hợp là một phần quan trọng, bắt buộc ở hầu hết các trường kỹ thuật Nó được hỗ trợ rất nhiều từ sự phát triển của khoa học kỹ thuật nên tính công nghệ ngày càng cao Đối với mỗi sinh viên cơ khí đồ án tổng hợp là một phần quan trọng giúp sinh viên làm quen với việc giải quyết vấn đề tổng hợp của công nghệ chế tạo máy đã được học ở trường, vận dụng những lý thuyết được học vào thực tế, khi làm đồ án này sinh viên phải làm quen với cách sử dụng tài liệu,

cách tra sổ tay cơ khí Với sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy ĐÀO THANH HÙNG chúng em đã hoàn thành đồ án thiết kế và chế tạo thành công mô hình ‘‘ Máy uốn thép xây dựng’’ Đồ án này là đồ án đầu tiên của chúng em nên không

tránh khỏi sai sót, em rất mong đuợc sự góp ý từ các thầy cô

Chúng em xin chân thành cảm ơn.

Đà Nẵng, tháng 2 năm 2019 Sinh Viên Thực Hiện:

PHẠM DUY PHƯƠNG

VÕ DUY PHONG

Trang 2

PHẦN I GIỚI THIỆU VỀ SẢN PHẨM THÉP CUỘN

I Khái niệm và tính chất

1 Khái niệm

- Thép là hợp kim của sắt và cacbon cùng một số nguyên tố khác như Si, Mn, P, S,

Cr, Ni, Mo, Mg, Cu hàm lượng cacbon trong thép nhỏ hơn 2,14%

- Thép cuộn là thép dạng dây, cuộn tròn, bề mặt trơn nhẵn, có đường kính thôngthường 6  mm,….10

- Đặc điểm cơ tính: mềm, dẻo, dễ hàn

Trang 3

- Được cung cấp ở dạng cuộn, trọng lượng khoảng từ 750 – 1300 kg/cuộn

3 Phương pháp tạo thép.

Bước 1:

Đầu tiên thì quặng sắt và các loại nguyên liệu khác được nung nóng

chảy ở nhiệt độ cao, thông thường là 1300 độ C, sau khi thu được hỗn

hợp nóng chảy, sẽ tiến hành tách tạp chất có lẫn trong hỗn hợp để thu

được kim loại nóng chảy

Bước 2:

Sau khi có được hỗn hợp kim loại nóng chảy, sẽ tiến hành đúc để tạo

ra các loại phôi thanh

Trang 4

Trang 5

chúng ta cần rất nhiều thứ, nhưng có lẻ quan trọng nhất là sắt, nó là một vật liệukhông thể thiếu của ngành xây dựng và nhiều lĩnh vực khác Máy nắn thẳng thép cócông dụng rất khả thi và đáp ứng hiệu quả cho những mục đích kể đến với giá thànhhợp lý.

Nói chung máy nắn có thể chia làm 5 nhóm cơ sở bản sau:

- Máy nắn áp lực kiểu đứng

- Máy nắn kiểu nằm

- Máy nắn điều chỉnh trục trên toàn bộ song song

- Máy nắn duỗi con lăn

- Máy nắn kéo căn

Trang 7

+ Giá thành chế tạo cao.

+ Vận hành và bảo quản máy phức tạp đòi hỏi công nhân có kỹ thuật cao.

21

Trang 8

Hình 5 : Máy nắn áp lực kiểu nằm

1.máy nắn 2 chi tiết để nắn

3.Máy duỗi con lăn:

+ Kiểu điều chỉnh trục trên độc lập :

- Ưu điểm: duỗi các loại thép hình, thép tấm,giá thành chế tạo máy thấp

- Nhược điểm: rất khó điều chỉnh các con lăn khi chúng nằm hoàn toàn độc lập vớinhau và như vậy chất lượng của sản phẩm bị ảnh hưởng

2

3

4 1

Hình 6: máy duỗi con lăn kiểu chỉnh trục trên độc lập

1 thép cuộn 2 con lăn 3 trục điều chỉnh 4 thân máy

4 Kiểu điều chỉnh trục trên toàn bộ song song :

- Ưu điểm:

+ Duỗi các loại thép tấm dày cỡ trung ,và thép cuộn, giá thành chế tạo máy thấp.+ Ngược lại với máy duỗi con lăn điều chỉnh trục trên độc lập, kiểu máy này rất dểđiều chỉnh các con lăn

Trang 9

2

3

4 1

Hình 7 : Máy duỗi con lănkiểu điều chỉnh trục trên toàn bộ song song

1.thép cuộn 2.con lăn 3 thanh trục 4.khung quay

5.Máy nắn kéo căng

Hình 8 : Máy nắn kéo căng

- Ưu điểm: + Duỗi các loại thép hình, thép tấm,giá thành chế tạo máy thấp

+ Nắn thép cuộn trong tổ máy liên hợp

- Nhược điểm:

+ Vận hành và bảo quản máy phức tạp đòi hỏi công nhân có kỹ thuật cao

Trang 10

- Chọn phương pháp duỗi thép cuộn.

Tính chất làm việc đối với thép cuộn là những nơi công trường phục vụ cho côngtrình xây dựng là chủ yếu, nên môi trường làm việc của nó rất khác so với các xínghiệp hay phân xưởng nào đó.Chúng được duỗi thẳng tại nơi làm việc của côngtrường, ở ngoài trời và có thể di chuyển bất cứ lúc nào

Các phương pháp ở trên điều có ưu và nhược điểm của nó.Nhưng trong đó cóphương pháp duỗi con lăn điều chỉnh trục trên toàn bộ song song là thích hợp chothép cuộn Vậy nên dựa vào các ưu điểm của máy và sự thích nghi của chúng vớimôi trường làm việc nên duỗi thép cuộn bằng phương pháp duỗi con lăn điều chỉnhtrục trên toàn bộ song song là thích hợp nhất

III Đặc điểm máy

- Chức năng duỗi thẳng thép cuộn trong xây dựng

- Nhẹ nhàng và liên tục cho người sử dụng

- Lõi thép được nắn thẳng tuyệt đối, độ bền cao

- Đầu cốt thép

- Thiết kế khoa học, tiện lợi

- Chi phí thấp, hiệu quả làm việc cao, phù hợp với mọi công trình

- Dễ bảo trì và thay thế chi tiết

Trang 11

IV Nguyên lý hoạt động và cấu tạo máy

*Sơ đồ nguyên lý :

Hình 9 : Kết cấu mô hình máy duỗi thép con lăn

1.động cơ 2.bánh đai nhỏ 3.dây đai thang 4.bánh đai lớn 5 khung quay.6.cụn con lăn 7 trục định hướng

Cách bố trí con lăn:

Trong trường hợp này bố trí các con lăn đặt xen kẽ , các con lăn cùng 1 dãy đặt trêncùng 1 thanh dẫn, 2 thanh dẫn đặt đối diện nhau và các con lăn có đường tâm lệchnhau 1 góc 600

* Nguyên lý máy:

- Kéo sắt thép từ cuộn tròn

- Sau đó qua bánh dẫn hiệu chỉnh cho thép thẳng rồi theo các con lăn ra ngoài khungmáy

Trang 12

PHẦN III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY NẮN THẲNG THÉP

Quá trình nắn trên máy nắn điểm tựa được lấy làm cơ sở nghiên cứu lý thuyết nắn

I Quan hệ giữa mômen nội lực và ứng suất nắn:

Hình 1.3: Giản đồ Huckơ

a - Đối với vật liệu dẻo thực tế; b - đối với vật liệu dẻo lý tưởng

Điểm A ứng với giới hạn tỷ lệ

Điểm B ứng với giới hạn đàn hồi

Điểm C ứng với giới hạn chảy

Điểm D ứng với giới hạn bền

- Không xét tới ảnh hưởng của biến ứng suất (vật nắn là vật liệu đàn hồi dẻo lýtưởng, giản đồ Huckơ được thay bằng giản đồ đàn hồi dẻo lý tưởng)

Hình 1.4: Quan hệ ứng suất và biến dạng trên các thớ kim loại của vật liệu đàn hồi dẻo lý tưởng

Trang 13

2 2 0

Như vậy mômen nội lực phụ thuộc vào z0

Nếu mặt ngoài của thanh biến dạng đến s (tức là z0 = h/2) thì:

Mnl = s.W (1- 2)

/2 2 0

Trang 14

Như vậy mômen nội lực bằng mômen biến dạng đàn hồi Mnl = Mn (1 - 5)

Nếu toàn bộ tiết diện đạt tới trạng thái biến dạng dẻo (nghĩa là: z0 = 0) thì:

Như vậy mô men nội lực bằng mômen biến dạng dẻo

Giữa Mnl và Mw tồn tại quan hệ:

w w

W

Hệ số e phụ thuộc vào hình dạng tiết diện và được cho theo bảng sau:

Từ bảng trên ta thấy, đối với thanh có tiết diện tròn, tồn tại quan hệ giữa mômen

Trong trường hợp trên tiết diện vừa có biến dạng dẻo vừa có biến dạng đàn hồi thì:

- Mômen biến dạng dẻo: Ms Ms = s S đối với tiết diện hình tròn

- Mômen biến dạng đàn hồi: Mw = sW đối với tiết diện hình tròn

- Mômen chống uốn dẻo:

3

6

d

S 

Trang 15

- Mômen chống uốn đàn hồi:

3

d W=

32



1 ,7 W

s

M S e

M

  

- Lượng biến dạng tương đối: 

- Độ cong ban đầu: 1/r0

- Độ cong khi bị uốn: 1/

II Quan hệ giữa lượng biến dạng tương đối ( ) với độ cong ban đầu (1/r 0 ) và

độ cong khi bị uốn (1/ ).

Khảo sát một vật nắn có độ cong ban đầu là 1/r0, bị uốn về phía ngược lại có độ cong

là 1/

Hình 1.6: Sơ đồ tính toán độ cong và biến dạng

Lượng biến dạng tương đối ở thớ cách đường trung hòa một đoạn là z sẽ được tínhnhư sau:

Trang 16

Từ công thức (10) ta có: 0

1 z1

z r

Như vậy z0 phụ thuộc vào s' E và 0

Hình 1.7: Quan hệ biến dạng và ứng suất trên các thớ của tiết diện khi uốn phục hồi

Khi cắt bỏ tải trọng thì trong khoảng CB1 biến dạng đàn hồi về vị trí CB, còn trongkhoảng B1A1 vừa có biến dạng đàn hồi, vừa có biến dạng dẻo Phần biến dạng đànhồi A1A2BB1; phần biến dạng dẻo A3A2B

Giản đồ ứng suất và giản đồ biến dạng tỷ lệ với nhau nên giản đồ biến

dạng cũng đại diện cho giản đồ ứng suất

Sau khi bỏ lực đi, theo giả thiết Becnuli thì vị trí A2BBA2 không tồn tại mà phải trở

Trang 17

Theo phương trình ta thấy mômen nội lực khi nắn thẳng bằng mômen của

hình A1A2BC đối với điểm C, đồng thời có trị số mômen bằng mômen của hìnhA1A3C đối với điểm C

Mômen hồi phục được tính như sau:

EI M

phương án sử dụng máy nắn con lăn kiểu đặt chéo cơ bản làm đối tượng để nghiêncứu và tính toán thiết kế

Trang 18

IV:Tính toán thiết kế máy nắn thép:

1.Tính toán động cơ điện

* Chọn loại động cơ điện :

Chọn động cơ :

- Chọn loại động cơ điện xoay chiều 1 pha vì có kết cấu đơn giản,giá thành rẽ , dẽ

bảo quản, làm viêc nơi công trường

1.1 Chọn công suất động cơ :

+) Công suất cần thiết của động cơ:

ta có : = ηol ηd

Trong đó :

ηol :hiệu suất của 1 cặp ổ lăn

ηd:hiệu suất của bộ truyền đai

Tra bảng 2.3 [I] trang 19 GTTKCTM ta có

Trang 19

Với : i là tỷ số truyền từ trục đến động cơ

 là hiệu suất toàn máy

Công suất cần thiết của động cơ:

=1454 w =1,4 kw

Với

n là số vòng quay trên trục công tác

“Dựa vào sách Tính toán thiết kế chế tạo máy cán thép và các thiết bị trong nhà máy cán thép-Đỗ Hữu Nhơn; NXB Khoa học kỹ thuật 2001”

+) Công suất được chọn theo điều kiện nhiệt độ đảm bảo cho động cơ làm việc vớinhiệt độ sinh ra không vượt quá mức cho phép.Muốn vậy phải đảm bảo điều kiện

+) số vòng quay công tác trên trục động cơ :

Trang 20

Nói chung vật nắn càng dày tốc độ nắn càng nhỏ.

2: Tính số vòng quay của khung.

Theo tính toán thực tế ta thấy hầu như chưa có thể tính toán được số vòng quay củakhung.Nhưng có thể chọn hoặc ước lượng cho nó qua thời gian làm việc và kinhnghiệm trong sản xuất Để đạt được năng suất cao trong sản xuất và làm việc, sốvòng quay lý tưởng nhất là từ 450-600 v/p

Khi ta có được số vòng quay cuả động cơ đã tính được ở trên nên số vòng quay củakhung ta có: Khung quay nối với động cơ bằng bánh đai và ăn khớp với trục nên sốvòng quay của khung quay ta dể dàng tính được như sau

Nk = nđ / i i là tỉ số truyền của động cơ và i = 2,5

Nên Nk = 1500 /2,5 = 600 vòng/phút

3 Bộ truyền động đai

3.1 Chọn đai: Chọn đai vải cao su vì có sức bên và tính đàn hồi cao, ít chịu ảnh

hưởng của nhiệt độ và độ ẩm

(Kw)

Vận tốcquay(Vòng/phút)

Trang 21

+ Vận tốc đai: v = π D1 n đc

60.1000 = π 70 150060.1000 = 5,5 m/s+ Đường kính bánh đai lớn:

3.5 Xác định tiết diện đai.

+ Chiều dày đai δ được chọn theo tỷ số D δ

1

≤ 1

30 ( theo bảng 5-2/ (2), đối với đai vải

cao su) Vậy: δ ≤ D1

40=

70

30=2,5 mm

+ Theo bảng 5-3/ (2), chọn đai vải cao su loại B có chiều dày δ=2,5 mm

+ Lấy ứng suất ban đầu σ o=1,8 N /mm2

Theo trị số D1

δ =

70 2,5=30 Tra bảng 5-5/ (2) ,tìm được [σ p]o=2,17 N /mm 2

+ Hệ số xét đến ảnh hưởng của chế độ tải trọng: C t=1 Bảng 5-6/ (2)

+ Hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ôm: C α=0,97 Bảng 5-7/ (2)

+ Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc: C v=1,03 Bảng 5-8/ (2)

+ Hệ số xét đến sợ bố trí bộ truyền: C b = 1 Bảng 5-9/ (2).

+ Chiều rộng b của đai:

Trang 22

b ≥ v δ C 1000 N

t C α C v C b = 5,5.2,5.2,17 1 0,97 1,03.11000.1,5 = 30mm

3.6 Định chiều rộng của bánh đai.

+ Tra bảng 5-10/ (2), ta chọn chiều rộng của bánh đai B = 40mm

L2 0 5 ( ) ( ) 2 / 4

1 2 2

50 150 2

8 316

57 = 1310

1 > 1200 Vậy 1 thoả mãn

3.6.Tính chiều rộng B của bánh đai

Trang 23

+ kích thước tiết diện đai b = 13 mm

+ Diện tích tiết diện đai A = 81 mm2

4 Thiết kế con lăn

4.1 Cách bố trí con lăn:

Trong trường hợp này bố trí các con lăn đặt xen kẽ , các con lăn cùng 1 dãy đặt trêncùng 1 thanh dẫn, 2 thanh dẫn đặt đối diện nhau và các con lăn có đường tâm lệchnhau 1 góc 600

4.2 Thiết kế rãnh côn cho con lăn cán:

Rãnh phải hợp lý, độ côn vừa đủ (30) độ ăn mòn theo tính toán

+ Chiều dày đai h = 8 mm

Trang 24

Kích thước và hình dáng con lăn phải chính xác bề mặt nhẵn bóng đạt các tiêu chuẩn

kỹ thuật

Đảm bảo tính năng kỹ thuật và tính chất cơ lý của sản phẩm, nội lực nhỏ nhất

Năng suất cao, tiêu hao năng lượng ít, phân bố tải trọng cho động cơ đồng đều

Đảm bảo tuổi bền của con lăn

Thao tác kỹ thuật dễ dàng, thuận tiện thời gian hay con lăn là lớn nhất

4 3.Thiết kế con lăn:

Trang 25

-Mômen đàn hồi:

ch w

M  W=s.πd

3

32 = 1.6.102 π 63

32 = 1080π (Nm)

Với W: Mômen chống uốn đàn hồi

- Mômen nắn: Là momen quay con lăn làm cho vật bị biến dạng được tính theo côngthức:

n

M =M s* r i

i D

 2

Trong đó :

0

1

r r

- Độ cong ban đầu của con lăn thứ nhất 2: r2=2,5

- Độ cong ban đầu của con lăn thứ nhất 8: r8=2



14 ,

2 2

1 8 , 2

1 6 , 2

1 5 , 2

1 2

Trang 26

63 ,

0

m K m

2

* (

D

V d f p

m n  

 N= 0,95394,84(W)0,4(K W)

1

* 03 ,

0

53 ,

0

* 2

* )]

2

014 ,

0

* 005 ,

0 0012 ,

0 ( 840 9

Trong đó :

Mn: là mô men tổng cộng (N.m)

P: là tổng áp lực lên tất cả các con lăn (N)

 : là hệ số ma sát lăn của con lăn đối với vật nắn(tính bằng m)

f hệ số ma sát của ổ trong con lăn



Trang 27

Nếu là ổ trượt thì f = 0,05 ~ 0,07

Nếu là ổ bi thì f = 0,005

d đường kính của cổ trục con lăn (m)

D đường kính của thân trục con lăn (m)

V vận tốc nắn (m/s)

 hiệu suất máy

4.3.4.1 Cách chọn đường kính con lăn D:

Đường kính D của con lăn chịu sự ràng buộc của khoảng cách t

4.3.4.2 Cách chọn bước con lăn t:

Trước tiên hãy xét đến các nhân tố ảnh hưởng đến t

(1) t quá lớn thì p tăng, 1/p giảm, mômen (Mn) giảm, chất lượngnắn giảm

Trang 28

Trong đó lấy:

8

t t

Eh43,

được biến dang dẽo Nghĩa là:

E p

r

h p

r

S Z

111

0 0

E p h

S

6 5

, 0 1

1

0 3

5 , 0 6

E t

S x

Eh t

E h



 0,3343

,

(4-34)Trong thực tế thường chọn t như sau:

(trị số nhỏ dùng cho cở lớn)

(trị số lớn dùng cho cở nhỏ)

4.3.4.4.Số lượng con lăn:

Số lượng con lăn thường dựa theo yêu cầu chất lượng vật nắn và chiều dài vật nắn

để lựa chọn

Trang 29

Đối với thép hình: Cỡ lớn n = 7  8

Cỡ nhỏn = 7  11

4 3.4.5 Thiết kế con lăn:

Vì là sử dụng để nắn thép nên ta thiết kế như sau :

để định vị con lăn.nên lổ của con lăn phải là d3 = 12mm

Con lăn quay nên cần ổ bi nên ta chọn ổ bi có đường kính ngoài là d1 =28mm,đường kính trong d2 =10mm, và bề dày là 8 mm

Kích thước của con lăn

Con lăn được dùng trong máy nắn thép xây dựng nên nó đóng vai trò rất quan trọngtrong máy.Theo số liệu tính toán được ta có thể có các kích thước của con lăn nhưsau:

Trang 30

Hình vẽ con lăn

Trang 31

5.Thiết kế khung quay:

Ta có các số liệu như sau:

- Đường kính ngoài con lăn: d = 38 mm

- Chiều dài con lăn: L = 40 mm

- Khoảng cách của 2 con lăn tính từ tâm của 2 con lăn là t = 100mm

- Số lượng con lăn là 8 con, đặt song song và xen kẻ nhau

Vậy ta chọn thép có chiều dài để cố định con lăn là l = 355mm,và dày b = 3mm 2tấm

Theo các số liệu đã tính toán và chọn ta tính toán được kích thước của khung quaylà:

- Vì để cho chiều dài hợp lý nên chọn là l = 430mm, và bề dày của thép là b = 5mm,

2 tấm

- Chọn bề rộng của khung là l = 137mm, bề dày của thép là b = 3 mm, 2 tấm

4

1 1

6 Thiết kế khung sườn:

Khung sườn là chi tiết rất qun trọng của máy để giảm run và cân bằng cân nặng chomáy ta thiết kế khun sườn như sau:

Tương tự như khung sườn ta lấy các số liệu từ khung quay và các chi tiết đã tínhtoán dể thiết kế khung sườn có kích thước hợp lý

Định dạng
Số trang	43
Dung lượng	1,44 MB