Thiết kế máy cán thép rằn

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN Người hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: ThS LƯU ĐỨC HÒA LÊ QUANG SƠN Đà Nẵng, 2018 THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN MỤC LỤC Chƣơng 1: LÝ THUYẾT Q TRÌNH GIA CƠNG BIẾN DẠNG VÀ KỸ THUẬT CÁN THÉP RẰN TRONG XÂY DỰNG 1.1 Lý thuyết biến dạng dẻo kim loại 1.1.1 Biến dạng dẻo kim loại 1.1.2 Những yếu tố ảnh hƣởng đến tính dẻo biến dạng kim loại 1.1.3 Ảnh hƣởng biến dạng dẻo đến tổ chức tính chất kim loại 1.1.4 Trạng thái ứng suất phƣơng trình dẻo 1.2 Những định luật gia công kim loại áp lực 11 1.2.1 Định luật biến dạng đàn hồi tồn biến dạng dẻo 11 1.2.2 Định luật ứng suất dƣ 11 C 1.2.3 Định luật thể tích không đổi 11 C 1.2.4 Định luật trở lực bé 12 LR 1.2.5 Định luật đồng dạng 12 1.3 Các phƣơng pháp gia công biến dạng 13 T- 1.3.1 Cán kim loại 13 U 1.3.2 Kéo kim loại 14 D 1.3.3 Ép kim loại 15 1.3.4 Rèn tự 16 1.3.5 Dập 17 1.3.6 Dập thể tích 17 1.4 Kỹ thuật cán thép rằn xây dựng 18 1.4.1 thơng số đặc trƣng cho q trình biến dạng: 18 1.4.2 Các đại lƣợng đặc trƣng cho vùng biến dạng: 20 Chƣơng 2: TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ VÀ THIẾT KẾ LỖ HÌNH 23 2.1 Tính tốn cơng nghệ 23 2.1.1 Định nghĩa: 23 2.1.3 Tính tốn thiết kế hệ thống lỗ hình: 24 2.1.4 Cách bố trí lỗ hình trục cán 25 2.1.5 Tính tốn thiết kế lỗ hình trục cán: 26 SVTH: LÊ QUANG SƠN GVHD: Ths.LƢU ĐỨC HÒA THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC MÁY 37 3.1 Tính lực cán: 37 3.1.1 Tính lực cán cho lỗ hình thứ nhất: 39 3.1.2 Tính lực cán cho lỗ hình thứ hai: 41 3.1.3 Tính lực cán cho lỗ hình thứ ba 41 3.1.4 Tính lực cán cho lỗ hình thứ tƣ: 42 3.1.5 Tính lực cán cho lỗ hình thứ năm: 42 3.1.6 Tính lực cán cho lỗ hình thứ 6: 44 3.1.7 Tính lực cán cho lỗ hình thứ 7: 44 3.1.8 Tính lực cán cho lỗ hình thứ 45 3.1.9 Tính lực cán cho lỗ hình thứ 45 C 3.2 Tính momen cán cà công suất động cơ: 45 3.2.1 Momen cán momen khác: 45 C 3.2.2 Tính momen cán cho lỗ hình thứ 1: 46 LR 3.2.3 Tính momen cán cho lỗ hình thứ 2: 47 3.2.4 Tính momen cán cho lỗ hình thứ 3: 47 T- 3.2.5 Tính momen cán cho lỗ hình thứ 4: 47 U 3.2.6 Tính momen cán cho lỗ hình thứ 5: 47 D 3.2.7 Tính momen cán cho lỗ hình thứ 6: 48 3.2.8 Tính momen cán cho lỗ hình thứ 7: 48 3.2.9 Tính momen cán cho lỗ hình thứ 8: 48 3.2.10 Tính momen cán cho lỗ hình thứ 9: 48 3.3 Tính momen ma sát cho lỗ hình: 48 3.3.1 Tính momen ma sát cho lỗ hình 1: 48 3.3.2 Tính momen ma sát cho lỗ hình 2: 49 3.3.3 Tính momen ma sát cho lỗ hình 3: 49 3.3.4Tính momen ma sát cho lỗ hình 4: 49 3.3.5 Tính momen ma sát cho lỗ hình 5: 50 3.3.6 Tính momen ma sát cho lỗ hình 6: 50 3.3.7 Tính momen ma sát cho lỗ hình 7: 50 3.3.8 Tính momen ma sát cho lỗ hình 8: 51 SVTH: LÊ QUANG SƠN GVHD: Ths.LƢU ĐỨC HÒA THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN 3.3.9 Tính momen ma sát cho lỗ hình 9: 51 3.4 Biểu đồ lực cán momen cán 53 3.5 Tính cơng suất động 53 CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG MÁY 56 4.1 Sơ đồ động học máy 56 4.2 Thiết kế hộp giảm tốc: 56 4.2.1 Phân phối tỉ số truyền: 57 4.2.2 Tính truyền bánh cấp nhanh: 57 4.2.3 Tính truyền bánh cấp chậm: 60 4.2.4 Thiết kế trục cho hộp giảm tốc: 64 4.2.5 Kiểm nghiệm hệ số an toàn tiết diện nguy hiểm: 72 4.3 Tính then cho trục: 76 C 4.4 Tính chọn ổ đỡ 77 C 4.5 Cấu tạo vỏ hộp 80 LR 4.6 Bánh đà: 81 4.7 Thiết kế hộp phân lực 82 T- 4.7.1 Khái niệm lựa chọn vật liệu 82 U 4.7.2 Các thông số để thiết kế bánh chữ V: 82 D 4.7.3 thông số bánh răng: 83 4.7.4 Xác định kích thƣớc trục: 84 4.7.5 Tính tốn ăn khớp răng: 87 4.7.6 Tính bền trục bánh răng: 88 4.8 Tính chọn khớp nối: 90 4.8.1 Phân loại khớp nối: 90 4.8.2 Phân tích tính để chọn khớp nối cho trục động hộp tốc độ: 90 4.8.3 Phân tích tính để chọn khớp nối cho hộp phân lực hộp tốc độ: 91 4.8.4 Phân tích tính để chọn khớp nối cho hộp phân lực đầu vào trục cán: 92 4.9 Tính chọn CácĐăng: 92 4.9.1 Tính sức bền truyền động các-đăng 93 4.9.2 Tính chốt chữ thập 94 4.9.3 Tính nạng trục truyền khớp nối Các-Đăng 95 SVTH: LÊ QUANG SƠN GVHD: Ths.LƢU ĐỨC HÒA THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN CHƢƠNG 5: TÍNH TỐN GIÁ CÁN 97 5.1 Tính tốn thân giá cán: 97 5.1.1 Định Nghĩa 97 5.1.2 Phân loại: 97 5.1.3 Tính tốn thiết kế thân máy kiểu hở: 98 5.1.4 Tính tốn momen lật: 100 5.2 Tính chọn đở cho trục cán: 102 5.2.1 Tính ổ đở gối đở: 102 5.3 Cơ cấu nâng-hạ trục: 103 5.4 Tính độ bền kích thƣớc trục cán: 106 CHƢƠNG 6: AN TOÀN VÀ VẬN HÀNH MÁY 108 6.1 Trƣớc làm việc: 108 C 6.2.Trong làm việc: 108 C 6.3 Sau làm việc: 108 LR LỜI KẾT 109 D U T- TÀI LIỆU THAM KHẢO 110 SVTH: LÊ QUANG SƠN GVHD: Ths.LƢU ĐỨC HÒA THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN Chƣơng 1: LÝ THUYẾT Q TRÌNH GIA CƠNG BIẾN DẠNG VÀ KỸ THUẬT CÁN THÉP RẰN TRONG XÂY DỰNG 1.1 Lý thuyết biến dạng dẻo kim loại 1.1.1 Biến dạng dẻo kim loại a Biến dạng dẻo đơn tin thể Trong đơn tinh thể kim loại, nguyên tử xếp theo trật tự xác định, nguyên tử ln dao động xung quanh vị trí cân (a) Biến dạng đàn hồi: dƣới tác dụng ngoại lực, mạng tinh thể bị biến dạng Khi ứng suất sinh kim loại chƣa vƣợt giới hạn đàn hồi, nguyên tử kim loại dịch chuyển không thông số mạng (b), tác dụng lực, mạng tinh thể lại trở trạng thái ban đầu C kim loại bị biến dạng dẻo trƣợt song tinh C Biến dạng dẻo: ứng suất sinh kim loại vƣợt giới hạn đàn hồi, LR Theo hình thức trƣợt, phần đơn tinh thể dịch chuyển song song với phần lại theo mặt phẳng định, mặt phẳng gọi mặt trƣợt (c) Trên mặt T- trƣợt, nguyên tử kim loại dịch chuyển tƣơng khoảng số nguyênlần thông số mạng, sau dịch chuyển nguyên tử kim loại vị trí cân D U mới, sau tác dụng lực kim loại không trở trạng thái ban đầu Hình 1.1: Sơ đồ biến dạng dẻo trƣợt song tinh Theo hình thức song tinh, phần tinh thể vừa trƣợt vừa quay đến vị trí đối xứng với phần cịn lại qua mặt phẳng gọi mặt song tinh (d) Các nguyên tử kim loại mặt di chuyển khoảng tỉ lệ với khoảng cách đến mặt song tinh SVTH: LÊ QUANG SƠN GVHD: Ths.LƢU ĐỨC HÒA THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN Các nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm cho thấy trƣợt hình thức chủ yếu gây biến dạng dẻo kim loại, mặt trƣợt mặt phẳng có mật độ nguyên tử cao Biến dạng dẻo song tinh gây bé, nhƣng có song tinh trƣợt xẩy thuận lợi b Biến dạng dẻo đa tinh thể Biến dạng dẻo xảy nội hạt biến dạng vùng tinh giới hạt, biến dạng nội hạt trƣợt song tinh Đầu tiên trƣợt xảy hạt có mặt trƣợt tạo với hƣớng ứng suất góc xấp xỉ 45 o sau đến mặt khác Nhƣ vậy, biến dạng dẻo kim loại đa tinh thể xảy không đông thời không Dƣới tác dụng ngoại lực biên giới hạt tinh thể bị biến dạng, hạt trƣợt quay tƣơng nhau, trƣợt quay C hạt hạt lại xuất mặt thuận lợi giúp cho biến dạng C kim loại tiếp tục phát triển LR 1.1.2 Những yếu tố ảnh hƣởng đến tính dẻo biến dạng kim loại a Ứng suất T- Trạng thái ứng suất ảnh hƣởng đến tính dẻo kim loại Qua thực nghiệm ngƣời ta thấy kim loại chịu ứng suất nén khối có tính dẻo cao U chịu ứng suất nén mặt, nén đƣờng chịu ứng suất kéo Ứng suất dƣ, ma sát giảm D ngồi làm thay đổi trạng thái ứng suất kim loại nên tính dẻo kim loại b Ứng suất dƣ Ứng suất dƣ nội lực tồn kim loại sau q trình gia cơng tồn ứng suất dƣ bên vật thể biến dạng làm cho tính dẻo vật Ứng suất dƣ lớn làm cho vật thể biến dạng phá hủy Thông thƣờng ứng suất dƣ kim loại cân bằng, nghĩa tổng giá trị ứng suất kéo phải tổng gia trị ứng suất nén Khi vật thể chịu ứng suất ngoại lực tác động (σ o) kể đến ảnh hƣởng ứng suất dƣ tổng ứng suất (σ) tác dụng bên vật thể khác  Ở vùng có ứng suất dƣ kéo: σ = σo + σd SVTH: LÊ QUANG SƠN GVHD: Ths.LƢU ĐỨC HÒA THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN  Ở vùng có ứng suất dƣ nén: σ = σo - σd Do phân bố không đồng nhƣ nên làm cho vùng tinh thể biến dạng không đều, khả biến dạng chất lƣợng gia công không Ứng suất dƣ làm giảm tính dẻo, độ bền, độ dai va đập làm giảm khả chịu đựng vật thể Do để tăng khả biến dạng nhƣ để đảm bảo ứng suất dƣ có giá trị thấp phân bố đồng nhiều trƣờng hợp trƣớc hoắc sau gia công áp lực ngƣời ta đem ủ kim loại (ủ kết tinh ủ hồn tồn) c Ảnh hƣởng thành phần hóa học tổ chức kim loại Ảnh hƣởng thành phần hóa học Thành phần hóa học hợp kim định nguyên tố bản, nguyên tố hợp kim tạp chất C Nguyên tố bản: nguyên tố tạo nên tổ chức sở, ảnh hƣởng định đến tính dẻo khả biến dạng dẻo kim loại hợp kim C Nguyên tố hợp kim: hợp kim hóa, nguyên tố hợp kim tạo với kim LR loại sở liên kết kim loại Các liên kết kim loại thƣờng có tổ chức tinh thể phức tạp lam cho kim loại hợp kim cứng giịn Các ngun tố hợp kim T- cịn làm xơ lệch mạng, làm cản trở trình trƣợt, làm kim loại có tính dẻo thấp U Thƣờng lƣợng nguyên tố hợp kim nhiều ảnh hƣởng đến độ cứng, độ D bền tính dẻo kim loại lớn Nguyên tố tạp chất: tạp chất kim loại ảnh hƣởng lớn đến tính dẻo kim loại có nhiều tạp chất (vd: S, P, O, N, H…) làm giảm mạnh tính dẻo kim loại Tạp chất dễ chảy thƣờng tập trung vùng tinh giới hạt làm rối loạn mạng tinh thể lam tính dẻo kim loại Ảnh hƣởng tổ chức kim loai Mật độ kim loại, kích thƣớc hạt với đồng kích thƣớc hạt ảnh hƣởng đến tính dẻo kim loại Tổ chức hạt nhiều pha, mạng tinh thể phức tạp tính dẻo Tổ chức kim loại nhỏ mịn đồng độ dẻo tăng, độ bền tăng d Ảnh hƣởng nhiệt độ Tính dẻo kim loại phụ thuộc lớn vào nhiệt độ hầu hết kim loại tăng nhiệt độ tính dẻo tăng SVTH: LÊ QUANG SƠN GVHD: Ths.LƢU ĐỨC HÒA THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN Khi tăng nhiệt độ, dao động nhiệt nguyên tử tăng đồng thời xô lệch mạng giảm, khả khuếch tán nguyên tử làm cho tổ chức đồng Một số kim loại hợp kim nhiệt độ thƣờng, tồn pha dẻo, nhiệt độ cao chuyển biến thù hình thành pha có độ dẻo cao e Ảnh hƣởng tốc độ biến dạng Sau rèn, dập hạt kim loại bị biến dạng chịu tác dụng phía nên chai cứng hơn, đồng thời kim loại nguội dần kết tinh lại nhƣ cũ Nếu tốc độ biến dạng nhanh tốc độ kết tinh lại hạt kim loại bị chai chƣa kịp trở lại trạng thái ban đầu mà lại tiếp tục biến dạng, ứng suất khối kim loại lớn, hạt kim loại giịn bị nứt Nếu lấy hai khối kim loại nhƣ nung đến nhiệt độ định rèn máy búa máy ép ta thấy mức độ biến dạng máy búa lớn hơn, nhƣng độ C biến dạng tổng cộng máy ép lớn C 1.1.3 Ảnh hƣởng biến dạng dẻo đến tổ chức tính chất kim loại LR a Ảnh hƣởng biến dạng dẻo đến tổ chức tính kim loại Biến dạng dẻo có ảnh hƣởng lớn đến tổ chức tính kim loại Tùy thuộc T- nhiệt độ, tốc độ biến dạng, trạng thái kim loại trƣớc gia công mà sau biến dạng tổ chức tính thu đƣợc khác U Biến dạng dẻo biến tổ chức hạt thành dạng thớ, tạo đƣợc thớ D uốn xoắn khác làm tăng tính kim loại Tốc độ biến dạng ảnh hƣởng đến tính sản phẩm Nếu tốc độ biến dạng lớn độ biến cứng nhiều, khơng đồng biến cứng nghiêm trọng, phân bố thớ khơng đặn tính Đối với phơi có tổ chức thớ nhờ biến dạng dẻo làm cho tính sản phẩm cao Tóm lại sau biến dạng dẻo thƣờng xảy tƣợng biến cứng làm độ bền, độ cứng kim loại tăng lên làm giảm độ dẻo, độ dai, giảm khả cống mài mịn, gây khó khăn cho q trình gia cơng cắt gọt Mặt khác biến dạng dẻo làm thay đổi tổ chức ban đầu kim loại, biến tổ chức hạt thành dạng thớ thay đổi hƣớng thớ b Ảnh hƣởng biến dạng dẻo đến lý tính kim loại Biến dạng dẻo làm tăng điện trở, giảm tính dẫn điện làm thay đổi từ trƣờng kim loại SVTH: LÊ QUANG SƠN GVHD: Ths.LƢU ĐỨC HÒA THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN c Ảnh hƣởng biến dạng dẻo đến hóa tính kim loại Sau biến dạng dẻo lƣợng tự kim lọai tăng hoạt tính hóa học kim loại tăng lên 1.1.4 Trạng thái ứng suất phƣơng trình dẻo Giả sử vật thể hồn tồn khơng có ứng suất tiếp vật thể có dạng ứng suất sau:  Ứng suất đƣờng:  max   Ứng suất mặt:  max   Ứng suất khối:  max  1 1   2  max  Tmax C C Nếu  1=  2=   = khơng có biến dạng Ứng suất để kim loại LR biến dạng dẻo giới hạn chảy  ch Điều kiện biến dạng dẻo T-  Khi kim loại chịu ứng suất đƣờng: 1  ch   ch U  Khi kim loại chịu ứng suất mặt:      ch D  Khi kim loại chịu ứng suất khối:  max   Các phƣơng trình gọi phƣơng trình dẻo Hình 1.2: Trạng thái ứng suất Biến dạng dẻo bắt đầu sau biến dạng đàn hồi Thế biến dạng đàn hồi Ao, để thay đổi thể tích vật thể Trong trạng thái ứng suất khối, biên dạng đàn hồi theo định luật Húc đƣợc xác định A SVTH: LÊ QUANG SƠN  11   2   3 3 GVHD: Ths.LƢU ĐỨC HÒA THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN Wu= bh 20.302 = =1800(mm3) 16 16 Ứng suất xoắn = Wx= hb 16  M x 1103,4 =  []=30(MN/m2) Wx Wx 1103,4 30 Chọn b=20(mm) H=30(mm) D U T- LR C C : hệ số phụ thuộc cạnh h b SVTH: LÊ QUANG SƠN GVHD: Ths.LƢU ĐỨC HÒA 96 THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN CHƢƠNG 5: TÍNH TỐN GIÁ CÁN 5.1 Tính tốn thân giá cán: 5.1.1 Định Nghĩa Thân giá cán chi tiết lớn đóng vai trị quan trọng tồn giá cán Mọi chi tiết khác nhƣ: trục cán, gối đỡ trục cấu điều chỉnh lƣợng ép, cấu dẫn hƣớng đƣợc lắp Trong trình cán lực cán tác dụng lên trục cán truyền vào thân địi hỏi phải có độ bền cao 5.1.2 Phân loại: Thân giá cán chia thành hai kiểu: kiểu kín kiểu hở U T- LR C C 5.1.2.a kiểu kín: D Hình 5.1 Thân giá cán kiểu kín Kiểu kín sắt đúc thành khung có cửa sổ để đặt gối đỡ trục cán, dƣới có vấu, vấu có sẵn lỗ hổng để bắt bulong kẹp thân máy với Thân giá cán kiểu kín bền giá thành tƣơng đối rẻ 5.1.2.b Kiểu hở: Hình 5.3 Thân giá cán kiểu hở SVTH: LÊ QUANG SƠN GVHD: Ths.LƢU ĐỨC HÒA 97 THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP RẰN - Kiểu hở: Đƣợc cấu tạo gồm hai phần, thân nắp Nắp đƣợc gắn với thân bulong hay chốt định vị định vị giằng Thân giá cán kiểu hở có giá thành hạ, tháo lắp dễ dàng nhƣng độ cứng vững Qua phân tích nhƣu ƣu điểm nhƣợc điểm hai loại thân máy Đồng thời máy ta thiết kế dạng nhỏ thay trục cán Và có trục nên yêu cầu độ cứng vững Vì ta chọn thân máy kiểu hở để tính tốn thiết kế 5.1.3 Tính tốn thiết kế thân máy kiểu hở: + Khi làm việc dƣới tác dụng lực cán P góc khung giá cán xuất momen tĩnh Mo momen cán M ngang chịu uốn dọc chịu kéo D U T- LR C C +Mơ hình thân máy Hình 5.3: Nghiệm bền khung giá cán Kiểm nghiện bền uốn cho ngang khung giá cán u= SVTH: LÊ QUANG SƠN Mu