Thiết kế máy ép trục khuỷu 100 tấn

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MÁY ÉP TRỤC KHUỶU 100 TẤN Người hướng dẫn: ThS LƯU ĐỨC HÒA Sinh viên thực hiện: TRẦN VĂN SỸ Đà Nẵng, 2019 TÓM TẮT Tên đề tài: Thiết kế máy ép trục khuỷu 100 Tấn Sinh viên thực hiện: Trần Văn Sỹ Số thẻ SV: 101150046 Lớp: 15C1A Nội dung tóm tắt: Qua thời gian nghiên cứu tìm hiểu đồ án, em nghiên cứu nội dung sau: - Sơ lƣợc gia công áp lực Các trình, tƣợng, định luật xảy gia công áp lực Các yếu tố ảnh hƣởng đến biến dạng dẻo kim loại ảnh hƣởng biến dạng dẻo đến tính chất, tổ chức kim loại Khái quát phƣơng pháp gia công áp lực - - Xây dựng sơ đồ động học máy thơng qua phân tích yêu cầu kỹ thuật chọn lựa thành phần máy nhƣ cấu chấp hành, cấu truyền động, thân máy, trục khuỷu,… Tính tốn động học t nh học c a cấu tay biên-trục khuỷu Xác định lƣợng c a máy C C R L T DU Tính tốn thiết kế kết cấu c a máy nhƣ : iên, ly hợp, phanh, cấu bảo hiểm, thân máy, bánh đà, trục khuỷu… Cách lắp đặt, kiểm tra máy Các trƣờng hợp hƣ hỏng biện pháp khắc phục ảo quản máy Từ nghiên cứu trên, em hoàn thành thiết kế Máy ép trục khuỷu 100 Tấn Phần báo cáo gồm thuyết minh vẽ A0, A1 Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T LỜI NÓI ĐẦU Trong bối cảnh giới, ngành khí chế tạo máy đƣờng phát triển không ngừng Xu hƣớng chung tự động hố q trình sản xuất để tạo sản phẩm có chất lƣợng suất cao Tuy nhiên bên cạnh đó, máy cắt kim loại truyền động khí đƣợc sử dụng rộng rãi phù hợp với sản xuất có qui mơ trung bình nhỏ lẻ Sau thời gian học tập, thực tập đƣợc nhận đề tài tốt nghiệp THIẾT KẾ MÁY ÉP TRỤC KHUỶU 100T Đây máy cắt kim loại điển hình có tính cơng nghệ tƣơng đối cao, gia công đƣợc nhiều loại sản phẩm sử dụng tƣơng đối rộng rãi, nhà máy có qui mơ vừa chí nhà máy lớn Qua trình tìm hiểu phân tích thiết kế dựa nhiều tài liệu khác nhau, em hoàn thành nhiệm vụ đƣợc giao dƣới hƣớng dẫn nhiệt tình c a thầy giáo Lƣu Đức Hịa, thầy khoa khí nhƣ bạn bè góp ý để có đƣợc thành cơng hôm C C R L T Tuy nhiên q trình thiết kế tính tốn cịn thiếu kinh nghiệm nên khơng thể tránh sai sót, nhầm lẫn, kính mong thầy góp ý để đề tài em đƣợc giao hoàn DU chỉnh phần kết cấu lẫn tính tốn Em xin chân thành cảm ơn Đà Nẵng, ngày 11 tháng 12 năm 2019 Sinh viên thiết kế Trần Văn Sỹ Sinh viên: Trần Văn Sỹ Hƣớng dẫn : ThS Lƣu Đức Hòa Trang: i Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu c a riêng đƣợc hƣớng dẫn c a Ths Lƣu Đức Hòa Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chƣa công bố dƣới hình thức trƣớc Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá đƣợc tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Ngoài ra, phần thuyết minh sử dụng số nhận xét, đánh giá nhƣ số liệu c a tác giả khác, quan tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc Nếu phát có gian lận tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung đồ án c a Trƣờng đại học ách Khoa Đà Nẵng không liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền gây q trình thực (nếu có) Đà Nẵng, ngày 11 tháng 12 năm 2019 C C R L T DU Sinh viên thực Trần Văn Sỹ Sinh viên: Trần Văn Sỹ Hƣớng dẫn : ThS Lƣu Đức Hòa Trang: ii Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T MỤC LỤC CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ GIA CÔNG ÁP LỰC 1.1 Thực chất, đặc điểm c a gia công áp lực 1.1.1 Thực chất 1.1.2 Đặc điểm 1.2 Khái niệm biến dạng dẻo kim loại 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Biến dạng dẻo kim loại .3 1.2.3 Trạng thái ứng suất phương trình dẻo: .4 1.2.4 Các định luật áp dụng gia công: 1.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo biến dạng kim loại .7 1.2.6 Ảnh hưởng biến dạng dẻo đến tính chất tổ chức kim loại 1.3 Các phƣơng pháp gia công kim loại áp lực 1.3.1 Cán kim loại 1.3.2 Kéo kim loại .12 1.3.3 Ép kim loại .13 1.3.4 Rèn tự 15 1.3.5 Dập thể tích 17 1.3.6 Công nghệ dập 19 CHƢƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÁC LOẠI MÁY ÉP TRONG RÈN DẬP 21 2.1 Định ngh a ứng dụng máy ép 21 2.1.1 Định nghĩa: 21 2.1.2 Đặc điểm loại máy ép: 21 2.1.3 Ứng dụng máy ép: 21 2.2 Các loại máy ép thƣờng dùng .21 2.2.1 Máy ép trục khuỷu 21 2.2.2 Máy ép thủy lực: 23 2.2.3 Máy ép ma sát trục vít .24 CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ ĐỘNG HỌC VÀ TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC, TĨNH HỌC CƠ CẤU TAY BIÊN TRỤC KHUỶU 26 3.1 Xây dựng sơ đồ động học máy ép trục khuỷu 26 3.1.1 Phân tích yêu cầu kỹ thuật .26 3.1.2 Lựa chọn cấu chấp hành 26 3.1.3 Lựa chọn thân máy .26 3.1.4 Lựa chọn truyền: .27 3.1.5 Lựa chọn loại trục khuỷu 28 3.2 Tính tốn t nh học động học cấu tay biên – trục khuỷu 30 3.2.1 Các số liệu ban đầu 30 3.2.2 Tính tốn động học cấu tay biên trục khuỷu 31 3.3 Tính tốn t nh học cấu tay biên - trục khuỷu 36 3.3.1 Trường hợp lý tưởng 36 3.3.2 Trường hợp thực tế (có tính đến ma sát) 38 CHƢƠNG 4: XÁC ĐỊNH NĂNG LƢỢNG VÀ CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ 42 C C R L T DU Sinh viên: Trần Văn Sỹ Hƣớng dẫn : ThS Lƣu Đức Hòa Trang: iii Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T 4.1 Xác định lƣợng máy .42 4.2 Sự tiêu tốn lƣợng hành trình cơng tác AP 43 4.3 Sự tiêu tốn lƣợng hành trình khơng tái Akt 43 4.4 Khái quát xác định cơng suất động Momen qn tính bánh đà 45 4.5 Xác định công suất c a động 46 4.6 Xác định mơmen qn tính c a bánh đà .47 CHƢƠNG 5: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CÁC KẾT CẤU MÁY CHÍNH .49 5.1 Thiết kế truyền 49 5.1.1 Phân phối tỉ số truyền 49 5.1.2 Thiết kế truyền đai 49 5.1.3 Thiết kế truyền bánh 54 5.2 Thiết kế trục khuỷu .60 5.2.1 Điều kiện làm việc c a trục khuỷu 60 5.2.2 Lựa chọn kết cấu trục khuỷu 60 5.2.3 Các số liệu có 61 5.2.4 Tính gần trục khuỷu 62 5.2.5 Tính xác trục 67 5.2.6 Thiết kế phận gối đỡ trục khuỷu 69 5.3 Thiết kế trục trung gian 72 5.3.1 Chọn vật liệu 72 5.3.2 Tính sơ đường kính trụ .73 5.3.3 Tính tốn trục 73 5.3.4 Tính then trục I 78 5.3.5 Thiết kế phận gối đỡ trục 80 5.4 Thiết kế biên ( truyền ) .81 5.4.1 Điều kiện làm việc vật liệu chế tạo .81 5.4.2 Kết cấu truyền 82 5.4.3 Xác định sơ đường kính vít me đầu nhỏ đường kính khớp cầu đầu nhỏ truyền 82 5.4.4 Tính sức bền tay biên .84 5.5 Tính tốn bạc lót đầu to truyền trục khuỷu .88 5.5.1 Vật liệu làm bạc lót 88 5.5.2 Kết cấu bạc lót 89 5.5.3 Tính tốn kiểm nghiệm bạc lót 89 5.6 Thiết kế ly hợp .90 5.6.1 Chọn phương án thiết kế ly hợp 90 5.6.2 Kết cấu li hợp nguyên tắc làm việc .91 5.6.3 Tính then quay 92 5.7 Thiết kế hệ thống phanh 93 5.7.1 Tác dụng phanh 93 5.7.2 Kết cấu phanh 93 5.7.3 Nguyên tắc hoạt động 93 5.7.4 Tính gần lực phanh 94 5.8 Tính toán thiết kế đầu trƣợt phận dẫn hƣớng 95 5.8.1 Cấu tạo vật liệu yêu cầu đầu trượt 95 5.8.2 Tính tốn phận dẫn hướng đầu trượt 96 C C R L T DU Sinh viên: Trần Văn Sỹ Hƣớng dẫn : ThS Lƣu Đức Hòa Trang: iv Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T 5.9 Thiết kế cấu bảo hiểm .99 5.9.1 Kết cấu .99 5.9.2 Tính chiều dày chỗ bị cắt đĩa 99 5.10 Tính tốn bánh đà .100 5.10.1 Kết cấu công dụng bánh đà 100 5.10.2 Tính bánh đà 100 5.10.3 Tính sức bền bánh đà 102 5.11 Thiết kế thân máy 102 5.11.1 Phân loại thân máy lựa chọn kết cấu thân máy 102 5.11.2 Tính tốn kết cấu thân máy 103 5.12 Thiết kế hệ thống điều khiển 104 5.13 Thiết kế hệ thống điện 106 5.13.1 Sơ đồ mạch điện 106 5.13.2 Nguyên lý làm việc 106 CHƢƠNG 6: LẮP ĐẶT -VẬN HÀNH VÀ BẢO DƢỠNG MÁY 107 6.1 Hƣớng dẫn lắp đặt sử dụng máy .107 6.1.1 Lắp đặt máy 107 6.1.2 Sử dụng máy 107 6.2 Kiểm tra độ xác c a máy 108 6.3 Một số trƣờng hợp hƣ hỏng biện pháp khắc phục 108 6.4 Hƣớng dẫn bảo quản máy 110 6.5 An toàn cho máy 110 6.5.1 Trước làm việc 110 6.5.2 Trong làm việc 110 KẾT LUẬN CHUNG 112 C C R L T DU TÀI LIỆU THAM KHẢO .113 Sinh viên: Trần Văn Sỹ Hƣớng dẫn : ThS Lƣu Đức Hòa Trang: v Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ ẢNG 3.1 Quan hệ góc quay quãng đƣờng S ……………………………….… 32 ẢNG 3.2 Quan hệ  vận tốc đầu trƣợt……………………………… ….…… 33 ẢNG 3.3 Quan hệ  gia tốc đầu trƣợt……………………………… ….…… 33 ẢNG 3.4 Quan hệ góc quay lực tác dụng lên tay biên………………….….… 36 ẢNG 3.5 Quan hệ góc quay  cánh tay đòn momen xoắn ………………….….… 37 ẢNG 3.6 Quan hệ góc quay  cánh tay địn…………………………… 40 ẢNG 5.1 Ứng suất độ cứng thép C45 vàC35…………………………….………… 54 HÌNH 1.1 iểu đồ tải trọng - biến dạng …………………………………………… … HÌNH 1.2 Sơ đồ biến dạng dẻo đơn tinh thể…………………………………… HÌNH 1.3 :Trạng thái ứng suất…………………………………………………………… HÌNH 1.4 : Sơ đồ trở lực bé nhất……………………………………………………… HÌNH 1.5 Sơ đồ q trình cán………………………………………………………… HÌNH 1.6.Các sản phẩm cán…………………………………………………………… 11 HÌNH 1.7 Sơ đồ cấu tạo máy cán ……………………………………………………… 12 HÌNH 1.8 Sơ đồ kéo kim loại………………………………………………………… 13 HÌNH 1.9 Sơ đồ nguyên lý ép kim loại ……………………………………………… 14 HÌNH 1.10 Kết cấu khn ép………………………………………………………… 14 HÌNH 1.11 Sản phẩm ép…………………………………………………….………… 15 HÌNH 1.12 Sơ đồ rèn……………………………………………………….………… 15 HÌNH 1.13 Nguyên lý máy búa hơi…………………………………………………… 17 HÌNH 1.14 Sơ đồ kết cấu c a khn rèn…………………………………… … 18 HÌNH 1.15 Sơ đồ nguyên công dập vuốt không làm mỏng thành…………………… .20 HÌNH 2.1 Sơ đồ nguyên lý máy ép trục khuỷu…………………………….………… 22 HÌNH 2.2 Sơ đồ nguyên lý máy ép th y lực………………………………….…… … 22 HÌNH 2.3 Sơ đồ nguyên lý máy ép ma sát trục vít …………………………………… .24 HÌNH 3.1a Thân máy kiểu trục………………………………………….….………… 26 C C R L T DU HÌNH 3.1b Thân máy kiểu trục…………………………………… ……… … 26 HÌNH 3.2 ố trí truyền ……………………………………… … … … 27 HÌNH 3.3 Một khuỷu……………………………………………… …… …… 28 HÌNH 3.4 Khuỷu lệch tâm………………………………………………… …….… ….28 HÌNH 3.5 Thơng qua khâu lề………………………………………… … … 28 HÌNH 3.6 Nhờ cấu hình sin…………………………………………… …… 29 HÌNH 3.7 Sơ đồ động máy thiết kế……………………………………….….…… 29 HÌNH 3.8 Phân tích động học cấu tay biên trục khuỷu……………….……… 31 HÌNH 3.9 Đồ thị S , V , J theo  ……………………………………… ……….… 34 HÌNH 3.10 Sơ đồ phân tích lực cấu tay biên trục khuỷu ………… …………… 35 HÌNH 3.11 Đồ thị cánh tay địn ma sát ……………………………….…………… 40 HÌNH 4.1 Sự thay đổi lƣợng c a máy…………………………… ……………… 41 HÌNH 5.1 ộ truyền đai ……………………………………………….…………… … 48 HÌNH 5.2 Tiết diện đai thang ……………………………………………… ……….… 50 HÌNH 5.3 Sơ đồ lắp ghép đai………………………………………………………… .53 HÌNH 5.4 ộ truyền bánh răng……………………………………………………….… 53 HÌNH 5.5 Sơ đồ trục khuỷu………………………………………………… ……….… 59 HÌNH 5.6 Các kích thƣớc trục khuỷu………………………………………………… 61 HÌNH 5.7 Sơ đồ phản lực gối đỡ……………………………………………………… 61 HÌNH 5.8 Sơ đồ nội lực………………………………………………………………… 62 Sinh viên: Trần Văn Sỹ Hƣớng dẫn : ThS Lƣu Đức Hòa Trang: vi Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T HÌNH 5.9 Sơ đồ Momen trục khuỷu……………………………………………….… 64 HÌNH 5.10 Sơ đồ kích thƣớc trục khuỷu ………………………………………….… 66 HÌNH 5.11 Sơ đồ lực trục trung gian………………………………….……….… 73 HÌNH 5.12 Sơ đồ Momen trục trung gian…………………………………………… 75 HÌNH 5.13 Sơ đồ mối lắp then……………………………………………………… 78 HÌNH 5.14 Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên ổ…………………………………… … 79 HÌNH 5.15 Kết cấu ổ bi……………………………………………………… … … 80 HÌNH 5.16 Dạng bề mặt ren…………………………………………………… …… 81 HÌNH 5.17 Kết cấu biên…………………………………………………… …… 82 HÌNH 5.18 Sơ đồ tính tay biên………………………………………………… …… 83 HÌNH 5.19 Sơ đồ tính đầu lớn c a biên………………………………………….…… 85 HÌNH 5.20 Sơ đồ tính đầu nhỏ c a biên……………………………………………… 86 HÌNH 5.21 Kết cấu bạc lót truyền……………………………………………… 88 HÌNH 5.22 Ly hợp then quay……………………………………………………….… 91 HÌNH 5.23 Phanh đai………………………………………………………… ……… 92 HÌNH 5.24 Sơ đồ phân tích lực c a phanh………………………………….……… 93 HÌNH 5.25 Kết cấu đầu trƣợt phận dẫn hƣớng………………………….……… 95 HÌNH 5.26 Sơ đồ phân tích lực đầu trƣợt phận dẫn hƣớng……………… …… 96 HÌNH 5.27 Cơ cấu bảo hiểm máy tải…………………………………………… 98 HÌNH 5.28 Kết cấu thân máy………………………………………………………… .102 HÌNH 5.29 Cơ cấu điều khiển ………………………………………………….…… .104 HÌNH 5.30 Sơ đồ nguyên lí mạch điện……………………………………………… 105 C C R L T DU Sinh viên: Trần Văn Sỹ Hƣớng dẫn : ThS Lƣu Đức Hòa Trang: vii Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T MỞ ĐẦU Trong thời đại cơng nghiệp hóa nay, máy ép trục khuỷu máy cắt kim loại điển hình có tính cơng nghệ tƣơng đối cao, gia công đƣợc nhiều loại sản phẩm sử dụng tƣơng đối rộng rãi, nhà máy có qui mơ vừa chí nhà máy lớn Thơng qua q trình thiết kế máy, em cần phải tham khảo nhiều sách, tài liệu vật liệu, cấu tạo máy,…từ giúp c ng cố kiến thức học biết cách phải thiết kế, chế tạo máy phải làm nhƣ Mục tiêu c a đề tài thông qua tài liệu hƣớng dẫn chế tạo máy ép trục khuỷu 100 Phƣơng pháp nghiên cứu tham khảo tài liệu máy ép, máy dập, sách thiết kế chi tiết máy, tài liệu vật liệu, tham khảo hình ảnh máy có, … từ thiết kế máy ép trục khuỷu Trong trình thiết kế nội dung đề tài gồm chƣơng - Chƣơng 1: Cơ sở lý thuyết gia công áp lực - Chƣơng 2: Giới thiệu loại máy ép kỹ nghệ rèn dập C C R L T DU - Chƣơng 3: Xây dựng sơ đồ động học tính tốn động học, t nh học cấu tay biên- trục khuỷu - Chƣơng 4: Xác định lƣợng c a máy công suất động - Chƣơng 5: Tính tốn thiết kế kết cấu máy - Chƣơng 6: Lắp đặt, vận hành bảo dƣỡng máy Sinh viên: Trần Văn Sỹ Hƣớng dẫn : ThS Lƣu Đức Hòa Trang: Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T PM  PM   n  n  Với n = LH 3 b PM 5,4 P    1,8   M  n  n  Vậy việc thiết kế đầu trƣợt phận dẫn hƣớng thoả mãn yêu cầu cho phép 5.9 Thiết kế cấu bảo hiểm Các máy ép trục khuỷu đơn động thƣờng áp dụng phƣơng pháp bảo vệ tải lực ép phát sinh đầu trƣợt 5.9.1 Kết cấu R L T DU Ø140 Ø200 12 10 34 A C C Ø100 A Hình 5.27 Cơ cấu bảo hiểm máy tải Có nhiều cấu bảo hiểm máy tải nhƣ : + ảo hiểm thuỷ lực có đ a vỡ + ộ an toàn đ a vỡ ma sát + ộ an tồn lị xo + Cơ cấu bảo hiểm khơng tự hồn ngun Ở ta sử dụng đ a vỡ an tồn có kết cấu nhƣ hình vẽ lắp phần dƣới khớp cầu đầu trƣợt Đ a đƣợc tính với giá trị lớn cho phép c a máy (P = 100 tấn), lực ép vƣợt giới hạn cho đ a an tồn tự vỡ Khi đầu trƣợt khơng làm việc đƣợc, phận c a chi tiết máy đƣợc bảo vệ 5.9.2 Tính chiều dày chỗ bị cắt đĩa Đ a an toàn thƣờng chế tạo thép C45, phƣơng pháp nhiệt luyện thƣờng hoá đạt b = 600 MN/mm2 Sinh viên: Trần Văn Sỹ Hƣớng dẫn : ThS Lƣu Đức Hòa Trang: 99 Thiết kế máy ép trục khuỷu 100T Theo công thức trang 92 (1) thì: S = 0,5 P  b Dcp Trong : P = PH = MN b = 600 N /mm2 Dcp = 0,5 (D +d ) = 0,5(140 +100) = 140 mm Do : S = 0,5 1,3.10  10mm 600.140 Vậy với chiều dày đ a an toàn tiết diện A -A 10 mm, P > 100(tấn) đ a an tồn tự vỡ cắt tiêt diện đó, bảo vệ chi tiết máy không bị phá hỏng C C 5.10 Tính tốn bánh đà 5.10.1 Kết cấu cơng dụng bánh đà Vì bánh làm việc với vận tốc nhỏ (v