D. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC
1. Xây dựng hệ thống đập ngăn dòng
Đập ngăn nước: Xây bằng gạch thẻ, hoặc đá chẻ. Cấu kiện xây gạch đá có bề dày khoảng 0,3-0,5 m chiều cao khoảng 1m. Tại đáy đập âm dưới mặt đất ta đặt ống để dẫn dòng và dùng ống này để xả cát khi thiết bị được đưa vào sử dụng. Ống xả đáy làm bằng ống nhựa Bình Minh 220 mm hoặc lớn hơn (nếu dòng chảy lớn), có gắn nút bít (không dán keo) tại đầu dẫn vào (khi đi vào vận hành, định kỳ 3 tháng nên mở nút bít, khuấy đáy để xả cát, làm vệ sinh cho đập dâng).
52
Ống dẫn nước đặt ở giữa thân đập theo chiều đứng, cách mặt đất tự nhiên từ 0,4-0,5 m (để hạn chế cát, rác ... chui vào ống). Trước đầu ống có lưới chắn rác bằng lưới B40 hoặc sợi inox 3mm đan ô vuông 2x2 cm.
Hinh 2-19: Xây dựng hệ thống đập ngăn dòng. 2. Tính toán hệ thống đường ống dẫn nước vào buồng xoắn.
Hệ thống bơm thủy luân sử dụng năng lượng của dòng nước để bơm nước, do vậy để đảm bảo hệ thống hoạt động bình thường thì lưu lượng nước dẫn vào hệ thống phải đảm bảo vừa cung cấp cho tua bin làm việc và vừa cung cấp cho bơm hoạt động vậy:
Qtổng = Qtuabin + Qbơm Với: Qtuabin: Lưu lượng làm việc của tua bin (m3/s). Qbơm: Lưu lượng làm việc của bơm (m3/s). Ta sử dụng tua bin có công suất là N = 0,5KW mà ta có: N = 6Qtuabin.Htt
Với Htt = 2m: là độ cao của cột áp
→ Qtuabin = N/6Htt = 0,0416(m3/s) = 41,6(lít/s).
Lưu lượng của bơm như đã chọn có giá trị: Qbơm = 12(m3/h) = 0,0033(m3/s)
53
Để đảm bảo cho bơm và tua bin hoạt động bình thường thì ta chọn lưu lượng của tua bin và của bơm tăng thêm 40%, vậy:
Qtuabin = 58,24 (lít/s). Qbơm = 4,62 (lít/s).
Vậy: Qtổng = Qtuabin + Qbơm = 58,24 + 4,62 = 62,86(lít/s). Vận tốc của dòng chảy được tính theo công thức:
) / ( 26 , 6 2 . 81 , 9 . 2 2gH m s v= tt = =
Tiết diện đường dẫn được tính theo công thức: ) ( 01 , 0 . 2 1 1 m v Q S v S Qtông = ⇒ = tong =
Vậy chọn tiết diện đường dẫn nước vào buồng xoáy có tiết diện lớn hơn S1 là thỏa mãn yêu cầu.
Đường kính ống thoát nước được tính theo công thức:
) ( 108 , 0 4 4 . 2 2 2 2 m v Q d v d v S Q tuabin tuabin = = ⇒ = = π π .
Vậy ta chọn đường kính ống thoát nước theo tiêu chuẩn ống nhựa PVC có Φ110(mm).
3. Tính toán và thiết kế hệ thống buồng xoắn.
Buồng xoắn đây là cấu kiện quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến công suất của bơm. Dựa vào các tài liệu về tua bin thủy lực và máy phát điện ta sẽ chọn buồng tua bin xoắn ốc kiểu hở. Buồng kiểu này đã được kiểm nghiệm trong thực tế đạt được công suất tối ưu.
54 A B D E F G H
Hình 2-20: Buồng tua bin kiểu hở hình xoắn ốc.
Dựa vào kiểu buồng này ta sẽ tính toán buồng xoắn cho bơm thủy luân, kiểu buồng này được sử dụng cho tua bin của máy phát điện, do đó để đảm bảo bơm hoạt động tốt thì ta phải tăng tiết diện của buồng xoắn lên 30% để đảm bảo điều kiện làm việc. Kết cấu buồng xoắn được hàn lại với nhau từ thép phi 8, sau đó bọc lại bằng tôn đếm đảm bảo kín có thể dẫn nước được, kết cấu có hình dáng như sau:
55
+ Sau khi thi công hệ thống đập, ta sẽ lắp tại đầu vào ống nước một van tương ứng với đường kính ống dẫn.
56
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁC CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH
I. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TRỤC TUA BIN.
1. Xác định dạng sản xuất.
Mục đích của phần này là xác định hình thức tổ chức sản xuất (đơn chiếc, hàng loạt nhỏ, hàng loạt vừa hay hàng khối). Để từ đó ta có hình thức tỏ chức và chọn phương án chế tạo phôi, chọn thiết bị công nghệ hợp lý cho việc gia công chi tiết.
Muốn xác định dạng sản xuất thì trước hết ta phải biết sản lượng hàng năm của chi tiết gia công. Sản lượng hàng năm của chi tiết được xác định theo công thức sau:
N = N0.m.(1 + 100
β
α +
). Theo [3, trang 24, công thức 2-1] Trong đó:
N: Số chi tiết được sản xuất trong một năm.
N0: Số sản phẩm được sản xuất trong một năm theo kế hoạch. Chọn N0 = 1000 chiếc/năm.
m: Số chi tiết trong một sản phẩm với m = 1.
β: Số phần trăm chi tiết phế phẩm trong quá trình chế tạo β = 3% ÷ 7%, lấy β = 5%.
α: Số phần trăm dự trữ cho chi tiết máy α = 10% ÷ 20%, lấy α = 15% Như vậy ta có : N = 1000.1.(1 + 100 15 ).(1+ 100 5 ) = 1207 (chi tiết/năm).
Sau khi có sản lượng hàng năm của chi tiết N = 1207 (chi tiết/năm) ta xác định khối lượng của chi tiết. Theo như tính toán ở phần trên thì trục tua bin có m
57
= 1,38kg. Như vậy sau khi có N = 1270 (chi tiết/năm) và m = 1,38(kg) thì theo [3, trang 25, bảng 2.1], ta có dạng sản xuất là : ‘’Hàng loạt nhỏ’’.
2. Phân tích chi tiết gia công.
2.1. Chức năng và điều kiện làm việc của chi tiết.
Công dụng chủ yếu của trục là truyền mômen xoắn từ bánh công tác tua bin lên cho cặp bánh răng tăng tốc để bơm dẫn nước. Chi tiết có những bề mặt gia công yêu cầu độ chính xác cao như bề mặt trụ Φ20 dùng để lắp ghép với chi tiết ổ lăn.
Ngoài ra trục còn yêu cầu về độ đảo hướng kính, độ đảo mặt đầu... Trên chi tiết trục còn gia công các rãnh then, ren.
Trục làm việc trong điều kiện áp suất và nhiệt độ bình thường. Các yêu cầu kỹ thuật của trục:
Mặt trụ Φ22 dùng để lắp ghép bánh răng phải đạt cấp chính xác kích thước là h8.
Mặt trụ Φ20 dùng để lắp ghép với ổ lăn theo kiểu lắp trung gian
6 7
k H
, như vậy sai lệch giới hạn của trục lắp ổ bi là k6.
Mặt trụ Φ15 dùng để lắp ghép bánh tua bin phải đạt cấp chính xác kích thước là h8.
Yêu cầu về dung sai độ đảo mặt đầu, độ đảo hướng kính là 0,03 mm. Độ đảo các cổ trục lắp ghép không vượt quá 0.01÷0.03 (mm).
Trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ thì sai lệch giới hạn của rãng then trên trục là H9, theo [2, trang 124, bảng 20-5]. Sai lệch chiều dài của rãnh tương ứng với miền dung sai H12.
Độ không song song của các rãnh then đối với tâm trục không vượt quá 0.01mm/100mm chiều dài.
58
Chi tiết phải đủ độ cứng vững để khi gia công chi tiết không bị biến dạng và có thể dùng chế độ cắt cao đạt năng suất cao.
Các bề mặt làm chuẩn phải có diện tích đủ lớn để định vị được chính xác, phải cho phép thực hiện nhiều nguyên công khi dùng bề mặt đó làm chuẩn định vị nhằm tránh sai số chuẩn khi thay đổi chuẩn, cho phép quá trình gá đặt nhanh.
Các bề mặt gia công có khả năng gia công được bằng các dao thông thường.
3. Chọn dạng phôi và phương pháp chế tạo phôi.
Dựa vào kết cấu của chi tiết, dạng sản xuất và chức năng làm việc của chi tiết, ta chọn dạng phôi.
Ngoài ra khi chọn dạng phôi, ta còn dựa vào các công nghệ và phương pháp chế tạo phôi.
Có thể chọn phôi một trong các dạng sau: Phôi đúc, phôi rèn dập, phôi hàn, phôi thanh.
Dựa vào đặc điểm của từng loại và kết cấu của trục cần gia công cũng như tận dụng điều kiện nhà xưởng của xí nghiệp, giá thành sản phẩm. Ta thấy chọn phôi thanh để gia công trục tua bin của bơm thủy luân là hợp lý nhất, với vật liệu là thép C45.
Hình 3-1: Bản vẽ phôi. 4. Thiết kế quy trình gia công trục tua bin.
Việc chuẩn bị công nghệ có vai trò quan trọng trong quá trình sản suất. Mục đích của việc chuẩn bị công nghệ chế tạo chi tiết là đảm bảo quá trình chế tạo sản phẩm cơ khí ổn định, ứng với từng quy mô và điều kiện sản suất nhất định, đảm bảo được các chỉ tiêu kỹ thuật. Ứng với mỗi phần của quá trình công
59
nghệ cần xác định các yêu cầu cụ thể về chất lượng, sản lượng thời gian và chi phí thực hiện, nhằm đảm bảo tính chặt chẽ của quá trình công nghệ.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Hình 3-2: Bản vẽ đánh số.
Phương án gia công chi tiết trục tua bin.
STT
NC Tên nguyên công
Mặt gia
công Mặt định vị
Máy công nghệ
1 Cắt đứt phôi, nắn thẳng Bề mặt phôi Máy cắt.
2
Tiện mặt đầu và khoan lỗ tâm. Tiện mặt đầu. Khoan lỗ tâm. Tiện mặt đầu. Khoan lỗ tâm. 1 2 22 23 Mặt trụ ngoài của phôi Máy tiện T616 3 Tiện các mặt trụ:
B1: Tiện thô và bán tinh các bề mặt trụ.
B2: Tiện thô và bán tinh các bề mặt trụ. B3: Tiện tinh các bề mặt trụ. B4: Tiện tinh các bề mặt 4, 5, 7, 9. 10, 12, 13, 15, 16, 19. 10, 13, 16, 19 4, 7. 4, 10.
60 trụ. B5: Tiện mỏng. B6: Vát mép. 3, 6, 11, 14, 18, 21.
4 Phay rãnh then 8, 17 5, 15 Máy phay
đứng UF222
5 Tiện ren M14x1.5. 20 2 lỗ tâm Máy tiện T616
6 Nhiệt luyện. Lò cao tần
7
Mài mặt trụ B1: Mài thô B2: Mài tinh
4, 10 2 lỗ tâm Máy mài
2A130
8 Kiểm tra Các bề mặt Dụng cụ
kiểmtra
Ở trên ta đã chọn được tiến trình gia công hợp lý, trong đó chúng ta xác định được phương pháp công nghệ, mặt chuẩn công nghệ và dạng máy. Vì vậy, việc thiết kế nguyên công là làm sáng tỏ các vấn đề kỹ thuật đặt ra cho từng bước nguyên công như: Các bước công nghệ mà nguyên công đó phải tiến hành, định vị, đồ gá, máy công nghệ, dụng cụ cắt gọt, dụng cụ kiểm tra, dung dịch trơn nguội.
Ở đây ta chỉ thiết kế các bước công nghệ cho từng nguyên công cơ còn các nguyên công khác như: Chế tạo phôi, kiểm tra, nhiệt luyện… không phải thiết kế.
4.1. Nguyên công 1: Cắt phôi.
Nội dung của nguyên công: Cắt phôi và nắn thẳng. - Bề mặt gia công là mặt 1 và 22.
- Máy cắt.
- Bề mặt định vị: Chi tiết được kẹp chặt trên bàn kẹp của máy cưa - Dụng cụ cắt: Lưỡi cưa.
61 - Dung dịch trơn nguội: Nước.
4.2. Nguyên công 2: Tiện mặt đầu và khoan lỗ tâm. a) Trình tự nguyên công.
- Bước 1: Tiện mặt đầu 1. - Bước 2: Khoan lỗ tâm 2. - Bước 3: Tiện mặt đầu 22. - Bước 4: Khoan lỗ tâm 23.
b) Sơ đồ gá đặt.
- Mâm cặp 3 chấu tự định tâm.
Hình 3-3: Sơ đồ gá đặt. c) Máy công nghệ.
- Chọn máy tiện T616. Theo [7, trang 216] ta có: - Các thông số kỹ thuật:
+ Chiều cao tâm cao 160(mm).
+ Khoảng cách giữa hai tâm là 750(mm). + Công suất động cơ 4,5(kW).
+ Đường kính lỗ trục chính 35 (mm). + Côn mooc số 5.
+ Số vòng quay trục chính (v/ph): 44-66-91-120-173-240-350-503-723- 958-1380-1980.
+ Lượng tiến dao dọc (mm/v): 0,06-0,07-0,09-0,1-0,12-0,13-0,15-0,18- 0,19-0,21-0,23-0,24-0,3-0,33-0,36-0,37-0,42-0,46-0,47-0,53-0,56-0,65-0,71- 0,74-0,83-0,93-1,07-1,12-1,3-1,49-1,61-1,86-2,24-2,6-3,24.
62
+Lượng tiến dao ngang (mm/v): 0,04-0,05-0,07-0,08-0,09-0,1-0,11-0,13- 0,14-0,15-0,17-0,19-0,2-0,22-0,24-0,26-0,27-0,31-0,35-0,39-0,41-0,44-0,48- 0,54-0,61-0,68-0,78-0,82-0,95-1,09-1,22-1,36-1,63-1,9-2,45.
+ Ren cắt được: Quốc tế 0,5 ÷9 (mm); Modul 0,5 ÷0,9π; Anh 38 ÷2/1’’.
d) Chuẩn công nghệ và phương pháp gá đặt phôi.
Chi tiết được kẹp trên mâm cặp 3 chấu định vị vào mặt trụ ngoài.
Hình 3-4: Mâm cặp 3 chấu tự định tâm. e) Dụng cụ cắt.
Dao tiện mặt đầu: Chọn dao tiện mặt đầu cong có gắn mảnh thép gió với các thông số sau: Theo [5, trang 295, bảng 4.4].
Hình 3-5: Dao tiện ngoài thân cong.
63
B H a R m L
10 16 10 0,5 6 100
Mũi khoan tâm, theo [6, trang 371, bảng 6-9] ta có các thông số của mũi khoan tâm như sau:
Bảng 4-2: Bảng thông số mũi khoan tâm.
Tên mũi khoan d D L l
Mũi khoan tâm 2,5 8 40 3,5
Hình 3-6: Mũi khoan tâm.
f) Dụng cụ kiểm tra.
+ Thước lá.
+ Thước cặp 500x0,05.
g) Dung dịch trơn nguội.
+ Emunxi.
4.3. Nguyên công 3: Tiện mặt trụ bậc. a) Trình tự nguyên công.
- Bước 1: Tiện thô và bán tinh bề mặt: 4, 5, 7, 9.
- Bước 2: Tiện thô và bán tinh bề mặt: 10, 12, 13, 15, 16, 19. - Bước 3: Tiện tinh bề mặt: 10, 13, 16, 19.
- Bước 4: Tiện tinh bề mặt: 4, 7. - Bước 5: Tiện mỏng: 4, 10.
64
- Bước 6: Vát mép: 3, 6, 11, 14, 18, 21.
b) Sơ đồ gá đặt.
- Bước 1: Tiện thô và bán tinh bề mặt: 4, 5, 7, 9.
- Bước 2: Đảo đầu trục tiện thô và bán tinh bề mặt: 10, 12, 13, 15, 16, 19.
- Bước 3: Tiện tinh bề mặt: 10, 13, 16, 19.
- Bước 4: Tiện tinh bề mặt: 4, 7.
65 - Bước 6: Vát mép: 3, 6, 11, 14, 18, 21.
c) Máy công nghệ.
+ Chọn máy tiện T616.
+ Các thông số kỹ thuật: tương tự như ở nguyên công 2.
d) Chuẩn công nghệ và phương pháp gá đặt phôi.
Chi tiết được gá trên 2 mũi chống tâm: + 1 mũi chống tâm cố định
+ 1 mũi chống tâm xoay.
e) Dụng cụ cắt.
Dao tiện ngoàiđầu cong có góc φ = 45o gắn mảnh thép gióvới các thông số sau: [5, trang 295, bảng 4-4].
Bảng 4-3: Thông số dao tiện ngoài.
H B L m a r
16 10 100 6 10 0,5
66
Hình 3-7: Hình vẽ dao tiện mặt trụ ngoài. f) Dụng cụ kiểm tra.
Thước cặp 500x0,05.
g) Dung dịch trơn nguội.
Emunxi.
4.4. Nguyên công 4: Tiện ren. a) Nội dung nguyên công
- Bề mặt gia công 20.
- Bề mặt định vị: 2 lỗ tâm 2, 23. - Chọn dụng cụ cắt: Dao tiện ren.
b) Chuẩn công nghệ và phương pháp gá đặt phôi.
Chi tiết được gá trên 2 mũi chống tâm, một mũi chống tâm xoay và một mũi chống tâm cố định.
67
c) Máy công nghệ.
Chọn máy tiện T616.
Các thông số kỹ thuật: tương tự như ở nguyên công 2.
d) Dụng cụ cắt.
Dao tiện ren có gắn mảnh hợp kim cứng.Theo [5, trang 302, bảng 4-12] ta có:
Bảng 4-5: Thông số dao tiện ren.
H B L n l Bước ren
25 16 140 4 8 1,25
Hình 3-8: Dao tiện ren.
e) Chọn dụng cụ kiểm tra: Dưỡng ren. f) Chọn dung dịch trơn nguội: Nước xô đa.
68
a) Trình tự nguyên công.
- Phay rãnh then 8. - Phay rãnh then 17.
b) Chuẩn công nghệ và phương pháp gá đặt phôi.
Chi tiết được định vị trên 2 khối V, với bề mặt định vị là 5 và 15 và một chốt khống chế chi tiết chuyển động dọc trục ở đầu trục.
c) Máy công nghệ.
Chọn máy phay 6H12 với các thông số kỹ thuật sau:
- Kích thước bàn máy: 320x1250(mm). - Công suất động cơ P = 7 (KW). - Hiệu suất máy 0,75.
- Số vòng quay trục chính (v/ph) : 30-37, 5-4, 75-60-75-95-118-150-
190-235-300-375-475-600-753-960-1180-1500. d) Dụng cụ cắt: Dao phay rãnh then.
Chọn dao phay rãnh then đuôi trụ với các thông số sau: [5, trang 362, bảng 4-73]
Bảng 4-6: Thông số của dao phay rãnh then.
D d L l ω Số răng
5 5 36 8 20o 4
69
Hình 3-9: Dao phay rãnh then. f) Dụng cụ kiểm tra.
- Thước cặp 500x0,05