Thiết kế máy cán tole sóng vuông

3. Trục cán 4. Con lăn dưới 5. Con lăn trên 6. Gối đỡ 7. Băng dẫn sản phẩm 8. Xylanh dao cắt hình 9. Bộ truyền xích 10. Xy lanh dao cắt phẳng 11. Van điều khiển 12. Bộ ổn tốc 13. Động cơ thủy lực 14. Van tràn 15. Động cơ điện 16. Lọc dầu 17. Bể dầu 18. Bơm thủy lực 19. Đồng hồ áp suất 2.9 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG THỦY LỰC VÀ CHỌN CÁC PHẦN TỬ THỦY LỰC 2.9.1 Sơ đồ hệ thống thủy lực Hiện nay truyền động bằng thủy lực được ứng dụng rộng rãi trong ngành chế tạo máy, trong các máy xây dựng, máy ép…Nguyên tắc truyền động bằng thủy lực là dùng môi trường chất lỏng(các loại dầu)làm trung gian đẻ truyền lực. Truyền động được thực hiện bằng cách cung cấp cho dầu một năng lượng dưới dạng thế năng, sau đó biến đổi thế năng thành động năng thành động năng để thực hiện các chuyển động quay hoặc tịnh tiến của bộ phận công tác. Và bất kỳ một hệ thống thủy lực nào cũng có các thành phần sau +Cơ cấu biến đổi năng lượng(Bơm, động cơ, xi lanh – piston). Các cơ cấu điều khiển, điều chỉnh(Các loại van) +Các thiết bị ống dẫn bể chứa… M 1 2 3 4 5 6 8 9 7 Hình2.41. Sơ đồ máy cán truyền động bằng thuỷ lực Chú thích: 1. Bể chứa dầu 6. Hộp phân lực 2. Động cơ điện 7. Vít điều chỉnh khe hở 3. Bơm dầu 8. Ổ đỡ 4. Van điều khiển 5. Động cơ dầu 9. Hệ trục con lăn 2.9.2 Chọn các phần tử thủy lực 2.9.2.1 Van tràn và van cản Van tràn dùng để hạn chế việc tăng áp suất chất lỏng khi trị số áp suất chất lỏng vượt quá mức quy định.,van cản dùng để cản đường dầu về ở đường ra giữ cho trong buồng ra luôn chứa dầu. Hình 2.42. Van tràn 2.9.2.2 Bộ ổn tốc: Dùng để ổn định tốc độ, giúp cho cơ cấu chuyển động êm , độ chính xác cao,đảm bảo các thông số nhập vào. Bộ ổn tốc gồm có van giảm áp đặt sau van tiết lưu. 2.92.3 Van Solenoid Dùng để điều khiển chiều quay cho bơm thủy lực và xy lanh thủy lực.Van 4/3 dùng để điều khiển cho bơm thủy lực và van 4/2 điều khiển cho xy lanh thủy lực. Hình2.43. Van solenoid 2.9.2.4. Động cơ dầu và xy lanh thủy lực: Động cơ thủy lực có nhiệm vụ cung cấp mômen xoắn cho cơ cấu chấp hành. Xy lanh thủy lực có nhiệm vụ tạo lực cắt cho dao cắt hình và dao cắt phẳng. Hình 2.44 Xy lanh thủy lực 2.9.2.5. Bơm thủy lực Cung cấp lưu lượng dầu cho động cơ thủy lực và xy lanh thủy lực thông qua các đường ống và các van thủy lực. Hình 2.45 Bơm bánh răng 2.9.2.6. Các thiết bị phụ Lọc dầu,ắc quy dầu,công tắc hành trình,bể chứa và các đường ống. CHƯƠNG III TÍNH TOÁN BỔ TRỢ VÀ KẾT LUẬN 3.1 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC MÁY VÀ CÁC BỘ PHẬNCẦN THIẾT Tole cán có biên dạng sóng nhất định nên các con lăn dưới và trên tiếp xúc với tole các đường kính khác nhau. Do vậy khi trục cán quay thì vận tốc dài tại các điểm trên các lô cán sẽ khác nhau, khi cán sẽ có hiện tượng trượt tương đối giữa tole và các con lăn cán. Dọc theo biên dạng sóng sẽ có một vị trí mà ở đó không có hiện tượng trượt, vòng tròn qua điểm này trên lô cán có đường kính d thuộc chày và đường kính D thuộc cối. Ta dùng đường kính này để tính toán động học cho máy. Ta chọn đường kính danh nghĩa của chày và cối là d= D= 160 (mm), tốc độ cán tạo sóng là V=25 (mm)/ph), như ở phần trên. Ta có: . (3.1) Vận tốc góc: (3.2) Như vậy sau này khi tính toán bộ truyền xích ta phải lấy trị số vòng quay này để tính tỷ số truyền. 3.2.TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC MÁY 3.2.1. Tính áp lực cán Thực chất của quá trình cán tole là quá trình uốn kim loại giữa vùng chày và cối. nên áp lực cán tác dụng lên trục cán chính là lực uốn kim loại giữa chày và cối và được xác định theo công thức sau: (3.3) sb:Giới hạn bền của vật liệu làm tấm tole : sb400(Mpa) n: Hệ số đặc trưng của ảnh biến cứng :n = 1,8 S: Chiều dày của phôi tấm, S = 0,5 L : Khoảng cách giữa hai điểm tựa : (mm). B : Chiều rộng vật uốn : B = (2´28,28) + 20 (mm) Để đơn giản ta xem hệ số biến cứng qua các lần cán tạo sóng là như nhau và n = 1.8. Từ đó ta thiết lập bảng sau : [Bảng 3-1]] LẦN CÁN L (mm) B (mm) P (N) A 75,67 76,56 182 B 72,90 76,56 189 C 68 76,56 203 D 60 76,56 230 Từ các kết quả trên, ta thấy lực cán uốn không lớn lắm nên để xác định mômen và công suất động cơ để làm quay trục ta cần tính đến trọng lượng của trục và con lăn theo công thức. Q = m.g (N) (3. 4) Trong đó : m : Là khối lượng của trục và con lăn lắp trên trục. (kg) g : Gia tốc trọng trường : g = 9,8 (m/s2) 3.2.2. Tính khối lượng các con lăn trên (cối) f180 a f75 D B 20 H 3.1. Con lăn trên (cối) [ Bảng 3.1]] CON LĂN D (mm) B (mm) H (mm) Cán lần 1 A 170 75,67 95,67 Cán lần 2 B 160 72,90 92,90 Cán lần 3 C 150 68 88 Cán lần 4 D 140 60 80 Ta gọi : - V1 là thể tích bao con lăn gối có đường kính là f180, chiều cao là H. - V2 là thể tích phần lỗ lắp vào trục có đường kính là f75 và chiều cao là H. - V3 là thể tích phần lòng khuôn lỗ hình thang cân có cạnh lớn là B, cạnh nhỏ là 20 và chiều cao là a. => Thể tích của con lăn : V = V1 - (V2 + V3) (3.5) Khối lượng con lăn : m = V . g (kg) Trong đó : g : Khối lượng riêng của thép : g = 7,85 kg/dm3 H : Chiều rộng con lăn cán (dm) 3.2.2.1. Tính khối lượng con lăn cối cán uốn lần thứ 1 (con lăn A) : mA mA = m1 - (m2 + m3) (3.6) Trong đó : mA : Khối lượng con lăn cối A cần tính m1 : Khối lượng của phần hình bao có f180(mm) m2 : Khối lượng lỗ trục có f75(mm) m3 : Khối lượng hình thang m1 = V1 . g = pR2 . H . g = (3.14 ´ 0,902 ´ 0,9567) ´ 7.85 = 19 (kg) m2 = V2 . g = pR2 . H . g = (3,14 ´ 0,3752 ´ 0,9567) ´ 7,85 = 3,3 (kg) m3 = V3.g = (kg) Trong đó : Ctb : Chu vi trung bình B : Đáy lớn a : Chiều cao Vậy mA = m1 - (m2 + m3) = 19 - (3.3 + 1.03) = 14.67 (kg) 3.2.2.2. Khối lượng con lăn cối cán uốn lần thứ 2 (con lăn B) : mB m1 = V1 . g = pR2 . H . g = (3,14 ´ 0,902 ´ 0,929) ´ 7,85 = 18,55 (kg) m2 = V2 . g = pR2 . H . g = (3,14 ´ 0.3752 ´ 0,929) ´ 7,85 = 3,2 (kg) m3 = V3.g = 0,465 ´ 0,1 ´ 5,338 ´ 7,85 = 1.95(kg) => mB = 18,55 - (3,2 + 1,95) = 13,4 (kg) 3.2.2.3.Khối lượng con lăn cối cán uốn lần thứ 3 (con lăn C) : mC m1 = V1 . g = pR2 . H . g = (3,14 ´ 0,902 ´ 0,88) ´ 7,85 = 17,57 (kg) m2 = V2 . g = pR2 . H . g = (3,14 ´ 0,3752 ´ 0,88) ´ 7,85 = 3,05 (kg) m3 = V3.g = 0.44 ´ 0.15 ´ 5.181 ´ 7.85 = 2.68(kg) => mC = 17,57 - (3,05 + 2,68) = 11,84 (kg) 3.2.2.4: Khối lượng con lăn cối cán uốn lần thứ 4 (con lăn D) : mD m1 = V1 . g = pR2 . H . g = (3,14 ´ 0,902 ´ 0,8) ´ 7,85 = 15,97 (kg) m2 = V2 . g = pR2 . H . g = (3,14 ´ 0,3752 ´ 0,8) ´ 7,85 = 2,77 (kg) m3 = V3.g = 0,4 ´ 0,2 ´ 5,024 ´ 7,85 = 3,16(kg) => mD = 15,97 - (2,77 + 3,16) = 10,04 (kg) d h f75 f140 20 3.2.3 Tính khối lượng cho các con lăn dưới (chày) Hình 3.2. Con lăn dưới (chày) [ Bảng 3-2] ] CON LĂN d (mm) h (mm) A, 150 95.67 B, 160 92.90 C, 170 88 D, 180 80 Ta có : V = (V1 + V2) - V3 Trong đó : V1 : Là thể tích hình trụ có đường kính f140. V2 : Là thể tích hình trụ nhô cao có đường kính f140+a (với a=0¸20) V3 : Là thể tích phần lỗ lắp trục có đường kính f75. Vậy ta có : Khối lượng con lăn cán : m = (m1 + m2) - m3 3.2.3.1 Khối lượng con lăn chày cán uốn lần thứ 1 (Con lăn A) : mA’ m1 = V1 . g = p.R2 . h . g = (3,14 ´ 0,72 ´ 0,9567) ´ 7,85 = 11,56 (kg) m2 = V2 . g = 0,2´3,14( 0,752 – 0,72) ´ 7,85 = 0,36 (kg) m3 = V3.g = p.r2 . h . g = (3,14 ´ 0,3752 ´ 0,9567) ´ 7,85 =3.32(kg) => mA, = (11,56 + 0,36) – 3,32 = 8,6 (kg) 3.2.3.2. Khối lượng con lăn chày cán uốn lần thứ 2 (Con lăn B) : mB’ m1 = V1 . g = p.R2 . h . g = (3,14 ´ 0,72 ´ 0,929) ´ 7,85 = 11,22 (kg) m2 = V2 . g = 0,2´3,14( 0,82 – 0,72) ´ 7,85 = 0,74 (kg) m3 = V3.g = p.r2 . h . g = (3,14 ´ 0,3752 ´ 0,929) ´ 7,85 =3,22(kg) => mB, = (11,22 + 0,74) – 3,22 = 8,74 (kg) 2.2.3.3. Khối lượng con lăn chày cán uốn lần thứ 3 (Con lăn C) : mC’ m1 = V1 . g = p.R2 . h . g = (3,14 ´ 0,72 ´ 0,88) ´ 7,85 = 10,63 (kg) m2 = V2 . g = 0,2´3,14( 0,852 – 0,72) ´ 7,85 = 1,15 (kg) m3 = V3.g = p.r2 . h . g = (3,14 ´ 0,3752 ´ 0,88) ´ 7,85 =3,05(kg) => mC, = (10,63 + 1,15) – 3,05 = 8,73 (kg) 3.2.3.4. Khối lượng con lăn chày cán uốn lần thứ 4 (Con lăn D) : mD’ m1 = V1 . g = p.R2 . h . g = (3,14 ´ 0,72 ´ 0,8) ´ 7,85 = 9,66 (kg) m2 = V2 . g = 0,2´3,14( 0,92 – 0,72) ´ 7,85 = 1,58 (kg) m3 = V3.g = p.r2 . h . g = (3,14 ´ 0,3752 ´ 0,8) ´ 7,85 =2,77(kg) => mD, = (9,66 + 1,58) – 2,77 = 8,47 (kg) [Bảng 3-3]] CON LĂN KHỐI LƯỢNG CON LĂN TRÊN (CỐI) (kg) KHỐI LƯỢNG CON LĂN DƯỚI (CHÀY) (kg) Cán lần thứ 1 A 14,67 8,60 Cán lần thứ 2 B 13,40 8,74 Cán lần thứ 3 C 11,84 8,73 Cán lần thứ 4 D 10,04 8,47 3.2.4. Tính toán khối lượng trục cán Ta chọn sơ bộ các kích thước của trục như sau : d L3 L2 L1 d D Hình 3.3. Sơ đồ trục cán Ta chọn : D = 75 (mm) d = 0,65 D = 50 (mm) L1 = 40 (mm) L2 = 1310 (mm) L3 = 150 (mm) Khối lượng của trục như sau : mtr = m1 + m2 + m3 (kg) (3.7) Trong đó : + m1 : Khối lượng phần trục có chiều dài L1 : f 50 (mm) m1 = V1 . g = p.R2 . L1 . g = (3,14 ´ 0,252 ´ 0,40) ´ 7,85 = 0,62 (kg) + m2 : Khối lượng phần trục có chiều dài L2 : f 75 (mm) m2 = V2 . g = p.R2 . L2 . g = (3,14 ´ 0,3752 ´ 13,1) ´ 7,85 = 45 (kg) + m3 : Khối lượng phần trục có chiều dài L3 : f 50 (mm) m3 = V3 . g = p.R2 . L3 . g = (3,14 ´ 0,252 ´ 1,5) ´ 7,85 = 2,45 (kg) Vậy khối lượng của trục cán là : mtr = m1 + m2 + m3 = (0,62 + 45 + 2,45) = 48,07 (kg) 3.2.5.Tính mômen cán + Ta có áp lực tole tác dụng lên các con lăn trục là : PL = S . P (3.8) Trong đó : P : Là lực uốn từng phần qua các con lăn tạo sóng + Áp lực tác dụng lên cổ trục cán : R (N) - Đối với trục cán trên : R = QT + PL (N) (3.9) - Trục cán dưới : R = QD + PL (N) (3.10) Q : Trọng lượng các con lăn và trục cán (N) + Mômen cần thiết để quay trục được tính theo công thức. M = Mms + Mmsl + Mc (N.mm) (3.11) Ta có : + Mms : Là mômen ma sát sinh ra tại cổ trục (N.mm) Mms = R. f1. (N.mm) (3.12) Trong đó : f1 : Hệ số ma sát của ổ đỡ trục, chọn f1 = 0,1 R : Lực tác dụng lên cổ trục (N) d : Đường kính cổ trục cán d = 50 (mm) + Mmsl : Mômen ma sát lăn giữa tole và con lăn cán (N.mm) Mmsl = PL . f2 . (N.mm) (3.13) Trong đó : PL : Lực của kim loại tác dụng lên con lăn trục. (N) f2 : Hệ số ma sát chọn f = 0,5( vì kim loại phủ sơn) D : Đường kính con lăn (mm) + Mc : Mômen cán để làm biến dạng kim loại (N.mm) Mc = PL. a . L (N.mm) (3.14) Trong đó : PL : Lực uốn của kim loại tác dụng lên con lăn trục (N) a : Hệ số tay đòn khi cán hình đơn giản. a = ( 0,45 ¸ 0,5 ) chọn a = 0,5 . L : Chiều dài tiếp xúc của kim loại với con lăn cán (mm) Lô cán Tole S a R a O A B Hình 3.4 Sơ đồ tính chiều dài tiếp xúc giữa tole và con lăn cán Theo hình ta có : (3.15) Mà : (3.16) Khi tính toán ta lấy đường kính danh nghĩa cho các con lăn f = 160 (mm), trong quá trình cán đường kính ngoài của các con lăn cối lăn f180 không thay đổi mà chỉ thay đổi khoảng cách gối và chiều sâu của cối. Còn đường kính làm việc của chày thì thay đổi trong một khoảng a qua các lần cán A, B, C, D (5, 10, 15, 20)mm. Đường kính của chày thay đổi từ f150, f160, f170, f180 nín ta c như sau : Cân lần 1 : Cân lần 2 : Cân lần 3 : Cán lần 4 : Do vậy ta có chiều dài tiếp xúc giữa kim loại và con lăn cán là. Khi cán lần 1 : Khi cán lần 2 : Khi cán lần 3 : Khi cán lần 4 : Áp dụng vào các công thức trên và ta lập được bảng sau: + Trục trên được đánh số từ : 1, 2 ... 21 + Trục dưới được đánh số từ : 1', 2' ... 21' [Bảng 3-4]] Trục cán PL (N) Q (N) R (N) L (mm) Mms (N.mm) Mmsl (N.mm) Mc (N.mm) M (N.mm) 1 182 615 797 1992,5 7280 9272,5 1’ 182 555 737 27,475 1842,5 7280 2500,2 11623 2 189 602 791 1977,5 7560 9537,5 2’ 189 557 746 28,41 1865 7560 2684,7 12110 3 203 587 790 1975 8120 10095 3’ 203 563 766 29,285 1915 8120 2972,4 13007 4 230 569 799 1997,5 9200 11198 4’ 230 554 784 30,128 1960 9200 3464,7 14625 5 364 857 1221 3052,5 14560 17613 5’ 364 722 1086 54,95 2715 14560 10001 27276 6 378 831 1209 3022,5 15120 18143 6’ 378 726 1104 56,82 2760 15120 10739 28619 7 406 801 1207 3017,5 16240 19258 7’ 406 732 1138 58,57 2845 16240 11889 30974 8 460 766 1226 3065 18400 21465 8’ 460 720 1180 60,256 2950 18400 13859 35209 9 364 1054 1418 3545 14650 18105 9’ 364 889 1253 54,95 3132,5 14650 10001 27694 10 378 1029 1407 3517,5 15120 18638 10’ 378 891 1269 56,82 3172,5 15120 10739 29032 11 406 998 1404 3510 16240 19750 11’ 406 891 1297 58,57 3242,5 16240 11889 31372 12 460 963 1423 3557,5 18400 21958 12’ 460 886 1346 60,256 3365 18400 13859 35624 13 364 1251 1615 4037,5 14560 18598 13’ 364 1055 1419 54,95 3547,5 14560 10001 28109 14 378 1029 1407 3517,5 15120 18638 14’ 378 891 1269 56,82 3472,5 15120 10739 29032 15 406 998 1404 3510 16240 19750 15’ 406 891 1297 58,57 3242,5 16240 11889 31372 16 460 963 1423 3557,5 18400 21958 16’ 460 886 1346 60,256 3365 18400 13859 35624 17 364 1251 1615 4037,5 14560 18598 17’ 364 1055 1419 54,95 3547,5 14560 10001 28109 18 378 1226 1604 4010 15120 19130 18’ 378 1057 1435 56,82 3587,5 15120 10739 29447 19 406 1195 1601 4002,5 16240 20243 19’ 406 1057 1463 58,57 3657,5 16240 11889 31787 20 460 1357 1817 4542,5 18400 22943 20’ 460 1218 1678 60,256 4195 18400 13859 36454 21 460 1357 1817 4542,5 18400 22943 21' 460 1218 1678 60,256 4195 18400 13859 36454 Tổng cộng : 961374 3.2.6. Tính công suất động cơ Công suất động cơ bằng tổng công suất trên các trục cán, do đó ta phải tính công suất trên từng trục cán và công suất của các trục được tính theo công thức sau: NTR = M.w (KW) (3- 17) Trong đó : NTR : Công suất trục cần tính M : Mômen cần thiết để quay trục ( N.m) w : Vận tốc góc của trục ( rad/s ) Số liệu và kết quả tính toán công suất trên các trục được ghi trong bảng [3-6] [Bảng3-5] Trục cán M(N.mm) w (1/s) N (kw ) 1 9272,5 5,00 0,046 1’ 11622,7 5,00 0,058 2 9537,5 5,00 0,047 2’ 12109,7 5,00 0,06 3 10095 5,00 0,05 3’ 13007,4 5,00 0,065 4 11197,5 5,00 0,056 4’ 14624,7 5,00 0,07 5 17612,5 5,00 0,088 5’ 27276 5,00 0,136 6 18142,5 5,00 0,09 6’ 28619 5,00 0,14 7 19257,5 5,00 0,096 7’ 30974 5,00 0,15 8 21465 5,00 0,1 8’ 35208,8 5,00 0,17 9 18105 5,00 0,09 9’ 27693,5 5,00 0,14 10 18637,5 5,00 0,09 10’ 29031,5 5,00 0,15 11 19750 5,00 0,098 11’ 31371,5 5,00 0,16 12 21957,5 5,00 0,1 12’ 35623,8 5,00 0,18 13 18597,5 5,00 0,09 13’ 28108,5 5,00 0,14 14 18637,5 5,00 0,096 14’ 29031,5 5,00 0,145 15 19750 5,00 0,098 15’ 31371,5 5,00 0,16 16 21957,5 5,00 0,1 16’ 35623,8 5,00 0,18 17 18597,5 5,00 0,09 17’ 28108,5 5,00 0,14 18 19130 5,00 0,096 18’ 29446,5 5,00 0,15 19 20242,5 5,00 0,1 19’ 31786,5 5,00 0,16 20 22942,5 5,00 0,11 20’ 36453,8 5,00 0,18 21 22942,5 5,00 0,11 21' 36453,8 5,00 0,18 Tổng cộng : 4.76 (kw) Vậy tổng công suất trên các trục là: SN = 4,76 (kw) Do đó công suất cần thiết Nct. Nct = ( kw) (3-18) Trong đó : åN : Tổng công suất trên các trục h : Hiệu suất của bộ truyền xích và ổ lăn chọn h = 0,98 Vậy ta có : Nct = Từ đó ta chọn động cơ điện như sau : Kiểu động cơ : A0p2 - 42 - 4 Ndc = 5.5(Kw) n = 1450 (vòng/phút) 3.2.7. Tính toán lực cắt và lực chặn phôi Trong máy cán tole tạo sóng mà ta thiết kế được bố trí hai dao cắt, một dao dùng để cắt trước, cắt phôi ra khỏi máy ngưng đưa phôi vào các lô cán. Và một dao cắt sau dùng để cắt sản phẩm ra khỏi máy cán. Chiều rộng cắt ở hai dao là như nhau nên ta chỉ cần tính cho một dao rồi suy ra dao còn lại. Cả hai dao đều dẫn động bằng cơ cấu thuỷ lực lưỡi dao nghiêng một góc (2¸60) và chiều dày phôi cắt S < 1(mm) Ta có sơ đồ máy cắt như sau: g P P Q a a Hình 3.5 Sơ đồ tính lực cắt, lực chặn phôi Do lưỡi cắt trên và lưỡi cắt dưới có khe hở Z với nhau nên lực cắt P ở hai lưỡi dao lệch nhau tạo mmen quay làm ảnh hưởng tới chất lượng mặt cắt. Mômen làm quay phôi là : M = P.a (3.19) a = (1.5¸2)Z Mômen làm tấm kim loại quay đi một góc trước khi bị cắt đứt làm bề mặt cắt bị xước, mép cắt không sắc. Do vậy ta phải khắc phục hiện tượng này bằng cách tác dụng vào lực Q trước dao cắt chống lại lực P làm Q quay đi một góc. Và Q chính là lực tác dụng của l sửa tính trên cặp trục số 21. Lực cắt P được tính như sau : (N) (3.20) Và công A cần thiết để cắt hết chiều dài vật liệu là : (4-21) Trong đó : B : Chiều dài cắt (mm) :B = 1200 (mm) S : Chiều dăy vật liệu (mm) : S = 0,5 (mm) tc : Ứng suất cắt (N/mm2) : tc = (0.8 ¸ 0.9) sb Phôi tấm để cán tole có : sb = 400 (MPa) Do đó : tc = 0.85 ´ 400 = 340 (MPa) a : Góc nghiêng của dao : a = (2 ¸ 6o) chọn a = 2o Z : Khe hở dao trên và dao dưới Z = (0.5¸0.7) (mm) => a = 2 . Z = 2 ´ 0.5 = 1(mm) + Vậy lực cắt P sẽ là : + Lực chặn phôi : Q = ( 0.3 ¸ 0.4) P Lấy Q = 0.35 P => Q = 0.35 ´ 1460 = 511(N) + Mômen quay M : M = P.a = 1460 ´ 1 = 1460(N.mm) 3.2.8. Tính toán cho động cơ thủy lực Như đã tính ở phần trước thì mômen quay Mx= 961374 (N.mm)96137,4(N.cm) Ta có phương trình cân bằng momen như sau: (2.37) Trong đó: p1, p2 : Áp suất vào, ra của động cơ Mx : Mômen xoắn trên trục động cơ Mms : Mômen ma sát Mqt : Mômen quán tính Với: Mms=fW.W fW :Hệ số ma sát W : Vận tốc góc của bơm Mqt= (2.38) J: Mômen quán tính Ở chế độ xác lập ,P20,bỏ qua ma sát Mms ta được: (2.39) Chọn P1=250kg/cm2 (cm3/vòng) Phưng trình lưu lượng: (2.40) Trong đó: : Hệ số ma sát dầu với đường ống C: Hệ số tổn thất do độ cứng của dầu Bỏ qua các tổn thất ta có: (cm3/ph) Chọn n=150 (v/ph) (cm3/ph)=57,75(l/ph) Vậy ta chọn động cơ Q=60(l/ph) 3.2.9. Tính toán thuỷ lực cụm xylanh - piston truyền động cho dao cắt Nguồn truyền động cho hai hệ thống dao cắt đều đi từ nguồn cung cấp của bơm dầu, và các bộ phận thuỷ lực truyền động không cùng 1 lúc. Trong khi đó lực cắt của dao cũng không lớn lắm và ở phần trước ta đã tính lực cắt là : Pc = 1460 (N). Ta có sơ đồ truyền động của cụm xilanh - piston thuỷ lực như sau : P1 P2 A1 A2 FL Hình 2.46. Piston-Xilanh thuỷ lực dao cắt Ta có các phương trình cân bằng như sau : Phương trình cân bằng lực : (2.41) Trong đó : PL : Lực cắt (N). P1 : Ap suất dầu vào A1 :Diện tích bề mặt piston trên :(mm2) A2 : Diện tích bề mặt piston lùi phía dưới : (mm2) Fms : Lực ma sát của xy lanh(Bỏ qua do lực cắt rất lớn) Fqt : Lực quán tính (Ta bỏ qua lực uán tính do lực quán tính rất nhỏ so với lực cắt) p20p1A1=FL Chọn p1 = 4(kg/cm2) Đường kính D của piston được xác định theo công thức (2.42) Do đó ta chọn D = 80 (mm) Phương trình cân bằng lưu lượng : (2.43) Bỏ qua ma sát và lực quán tính ta được : Vận tốc cắt là : (2.44) =0,2(m/s) Vận tốc lên dao là : (2.45) Chọn đường kính cán piston là d = 40(mm) Vậy =0,7(m/s) Công suất cắt là : N = PC ´ V1 = (2.46) Công suất cần thiết dao cắt là : Nct = (2.47) 3.2.10.Xác định các thông số của bơm thuỷ lực Vì bơm thuỷ lực ở máy này là dùng cung cấp lưu lượng cho toàn hệ thống thuỷ lực mà ở đó công suất cần thiết cho dộng cơ dầu là lớn nhất. Và ở đây ta cũng bỏ qua tổn thất thuỷ lực, các hệ thống thủy lực không hoạt động cùng một lúc. Lưu lượng của bơm phải lớn hơn lưu lượng của một trong ba hệ thống thuỷ lực hoạt động : Qb > Qct Vậy ta chọn như sau : Lưu lượng riêng của bơm là :qb = 50 ( cm3/vòng) Số vòng quay là : nb = 1200 (vòng /phút) Do đó lưu lượng của bơm dầu là : Qb = qb ´ nb = 50 ´ 1200 = 60000 (cm3/phút) = 60 (dm3 /phút) = 60(lít/phút) Vậy : Qb = 60 (lít/phút) > Qct = 53.3 (lít/phút) : Do đó thoả mãn yêu cầu cung cấp lưu lượng. Ap suất làm việc của bơm dầu : (2.48) Trong đó : Nb : Công suất của bơm dầu Nb = 7.5 (Kw) Qb : Lưu lượng bơm Qb= 60 (lít/phút) = 76.5´104 (N/m2) Chọn van tràn : Ta chọn van có lưu lượng lớn hơn lưu lượng cần thiết là : Q > Qct = 53,3(lít/phút) + Ống dẫn dầu : Thường dùng trong hệ thống thủy lực là ống bằng nhôm, đồng, thép hoặc ống su mềm có các sợi nylon. Chọn đường kính ống : Chọn đường kính ống theo công thức như sau: d = 4.6 (mm) (2.49) Vận tốc dầu trong ống dẫn thường dùng là : - Ống hút : V = 1,5 ¸ 2 (m/s) chọn V = 2(m/s) - Ống đẩy : V = 3 5 (m/s) chọn V = 4(m/s) Lưu lượng dầu qua ống : Q = 53.3 (lít/phút) Do đó : Đường ống hút : dh= 4.6 (mm) Chọn dh = 24 (mm) Đường ống đẩy : dd = 4.6 (mm) Chọn dd = 16 (mm) 3.3. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN XÍCH 3.3.1. Đặc điểm của truyền động xích Truyền động xích thường dùng với khoảng cách trục trung bình, có kích thước tương đối nhỏ gọn hoặc tỷ số truyền không thay đổi. So với truyền động bằng bánh vít - trục vít truyền động xích có kích thước nhỏ gọn hơn, giá thành thấp hơn, hiệu suất của bộ truyền khá cao nếu chăm sóc bảo dưỡng tốt, lực tác dụng lên trục nhỏ. Tuy nhiên bộ truyền xích đòi hỏi chế tạo và lắp ráp khá phức tạp, phải có chế độ bôi trơn, bảo dưỡng tốt. Bộ truyền xích có thể truyền công suất lên đến 3500(kw), nhưng thường dùng trong khoảng dưới 100 (kw), xích thường làm việc với vận tốc không quá 15 (m/s) tỷ số truyền i £ 8. Ta có sơ đồ bộ truyền xích thiết kế : Hình ( 5.1) Tỷ số truyền chung của bộ truyền xích là : i = i1.i2.i3 = Mà i3 = 1, nên ta có i = i1.i2 = 3, ta chọn i1 = 2 và i2 = 1,5 Từ đó ta tính toán các bộ truyền như sau : 1 2 3 Z1 Z2 Z3 Z4 Hình 3.6. Sơ đồ bộ truyền xích Yêu cầu thiết kế + Công suất tải : 5 (kw) + Số vòng quay của trục bi dẫn : n2 = 49.76 (vòng/phút) 3.3.2 .Thiết kế bộ truyền xích 1-2 Chọn loại xích Ta chọn loại xích ống con lăn 1 dãy. Xác định số răng đĩa xích Số răng của xích càng ít thì xích càng bị mòn nhanh, va đập càng tăng làm việc ồn, do đó cần hạn chế số răng nhỏ nhất của đĩa xích. => Tỷ số truyền : (3.22) Với tỷ số truyền i1 = 2 ta chọn số răng đĩa dẫn : Z1 = 19 răng. Số răng đĩa bị dẫn : Z2 = i1 . Z1 = 2 . 19 = 38 răng (3.23) Xác định bước xích : (t) Bước xích t được chọn theo điều kiện hạn chế áp suất sinh ra trong bản lề và số vòng quay trong 1 phút của đĩa xích phải nhỏ hơn số vòng quay giới hạn. Để tìm bước xích t trước hết ta định hệ số điều kiện sử dụng. K = Kđ . KA . Ko . Kđc . Kb . Kc (3.24) Kđ : Hệ số xét đến tải trọng ngoài, vì tải trọng êm ta chọn Kđ = 1 KA : Hệ số xét đến chiều dài xích, chọn KA = 1 Ko : Hệ số xét đến cách bố trí bộ truyền, nếu đường nối tâm của xích làm với phương ngang một góc 60 thì Ko = 1.25, chọn K0 = 1.25 Kđc : Hệ số xét đến khả năng điều chỉnh lực căng xích, chọn Kđc=1 Kb : Hệ số xét đến điều kiện bôi trơn, chọn Kb = 1 Kc : Hệ số xét đến chế độ làm việc của bộ truyền, chọn Kc = 1 Vậy K = 1 ´ 1 ´ 1.25 ´ 1 ´ 1 ´ 1 = 1.25 Xác định công suất tính toán cho bộ truyền xích : Nt = K . KZ . Kn . N (3.25) Trong đó : N : Công suất danh nghĩa : N = 5 (kw) K : Hệ số điều kiện sử dụng : K = 1 KZ : Hệ số răng đĩa dẫn : (3.26) Với Zo1 = 25 => Kn : Hệ số vòng quay đĩa dẫn : (3.27) Chọn no1 = 200 (vòng/ph) => Nt = 1,25´1,3´1,33´5 = 10,8(Kw) Tra bảng trị số công suất cho phép với no1 = 200 (v/ph) , Nt = 10,8 (Kw) ta chọn được xích ống con lăn 1 dãy với bước t = 25.4 (GOCT 10947 - 64), diện tích bản lề F = 179.7 (mm2) có công suất tải cho phép [Nt] = 11.4 (Kw), tải trọng phá hỏng Q = 50.000 (N), khối lượng 1 mét xích q = 2.57 (kg) Vậy thoả mãn điều kiện tải. [N] = 11,4 (Kw) > Nt = 10,8 (Kw) Kiểm nghiệm số vòng quay đĩa xích dẫn theo điều kiện : n1 £ ngh Trong đó : ngh : Số vòng quay giới hạn phụ thuộc vào t, số răng đĩa xích dẫn ta tra bảng thì ngh = 1020(vòng/phút). Thoả mãn điều kiện sử dụng với n1 = 150 (vòng/phút) Định khoảng cách trục A và số mắt xích x Ta chọn khoảng cách trục A = (30¸50)t (mm) ta chọn A = 762(mm) => Số mắt xích : (3.28) = 28,5 + 60 + 0,305 = 88,8 Ta chọn X = 89 mắt xích Kiểm nghiệm số lần va đập trong 1 giây. (3.29) Tra bảng số lần va đập cho phép trong 1 giây [U] = 30 Vậy thoả mãn điều kiện làm việc [U] = 30 > U = 2,135 Tính chính xác khoảng cách trục A . (3.30) = (mm) Để xích khỏi bị lực căng quá lớn, ta giảm khoảng cách trục xuống 1 khoảng: DA = (0.002¸0.004)A DA = 0.003 ´ A = 0.003 ´ 764,5 = 2.3 (mm) Vậy khoảng cách trục A chính xác là : A = 764,5-2,3 = 762,2(mm) Xác định đường kính vòng chia của các đĩa xích (3.31) + Đường kính vòng chia đĩa dẫn : + Đường kính vòng chia đĩa bị dẫn : Lực tác dụng lên trục (3.32) Trong đó : Kt : Hệ số xét đến tác dụng của trọng lượng xích lên trục: Kt = 1.05 3.2.3 . Thiết kế bộ truyền xích 3-4 Chọn loại xích: Ta chọn loại xích ống con lăn 1 dãy. Xác định số răng đĩa xích Số răng của xích càng ít thì xích càng bị mòn nhanh, va đập càng tăng làm việc ồn, do đó cần hạn chế số răng nhỏ nhất của đĩa xích. => Tỷ số truyền : (3.33) Với tỷ số truyền i2 = 1,5 ta chọn số răng đĩa dẫn : Z3 = 19 răng. Số răng đĩa bị dẫn : Z4 = i2 . Z3 = 1,5 . 19 = 29 răng (3.34) Xác định bước xích : (t) Bước xích t được chọn theo điều kiện hạn chế áp suất sinh ra trong bản lề và số vòng quay trong 1 phút của đĩa xích phải nhỏ hơn số vòng quay giới hạn. Để tìm bước xích t trước hết ta định hệ số điều kiện sử dụng. K = Kđ . KA . Ko . Kđc . Kb . Kc (3.35) Trong đó : Kđ : Hệ số xét đến tải trọng ngoài, vì tải trọng êm ta chọn Kđ = 1 KA : Hệ số xét đến chiều dài xích, chọn KA = 1 Ko : Hệ số xét đến cách bố trí bộ truyền, nếu đường nối tâm của xích làm với phương ngang một góc 60 thì Ko = 1.25, chọn K0 = 1 Kđc : Hệ số xét đến khả năng điều chỉnh lực căng xích, chọn Kđc=1 Kb : Hệ số xét đến điều kiện bôi trơn, chọn Kb = 1 Kc : Hệ số xét đến chế độ làm việc của bộ truyền, chọn Kc = 1 Vậy K = 1 ´ 1 ´ 1 ´ 1 ´ 1 ´ 1 = 1 Xác định công suất tính toán cho bộ truyền xích : Nt = K . KZ . Kn . N (3.36) Trong đó : N : Công suất danh nghĩa : N = 4,9 (kw) K : Hệ số điều kiện sử dụng : K = 1 KZ : Hệ số răng đĩa dẫn : (3.37) Với Zo1 = 25 => Kn : Hệ số vòng quay đĩa dẫn : (3.38) Chọn no1 = 50 (vòng/ph) => => Nt = 1´1,3´0,67´4,9 = 4,27(Kw) Tra bảng trị số công suất cho phép với no1 = 50 (v/ph) , Nt = 4,27 (Kw) ta chọn được xích ống con lăn 1 dãy với bước t = 19,05 (GOCT 10947 - 64), diện tích bản lề F = 105,8 (mm2) có công suất tải cho phép [Nt] = 5 (Kw), tải trọng phá hỏng Q = 25.000 (N), khối lượng 1 mét xích q = 1,52 (kg) Vậy thoả mãn điều kiện tải. [N] = 5 (Kw) > Nt = 4,27 (Kw) Kiểm nghiệm số vòng quay đĩa xích dẫn theo điều kiện : n1 £ ngh Trong đó : ngh : Số vòng quay giới hạn phụ thuộc vào t, số răng đĩa xích dẫn ta tra bảng thì ngh = 1450(vòng/phút). Thoả mãn điều kiện sử dụng với n1 = 75 (vòng/phút) Định khoảng cách trục A và số mắt xích x Ta chọn khoảng cách trục A = 320(mm) => Số mắt xích : (3.39) = 24 + 33,59 + 0,15 = 57,74 Ta chọn X = 58 mắt xích Kiểm nghiệm số lần va đập trong 1 giây. (3.40) Tra bảng số lần va đập cho phép trong 1 giây [U] = 35 Vậy thoả mãn điều kiện làm việc [U] = 35 > U = 1,64 Tính chính xác khoảng cách trục A . (3.41) = (mm) Để xích khỏi bị lực căng quá lớn, ta giảm khoảng cách trục xuống 1 khoảng: DA = (0.002¸0.004)A DA = 0.003 ´ A = 0.003 ´ 322,4 = 0,97 (mm) Vậy khoảng cách trục A chính xác là : A = 322,4-0,97 = 321,43(mm) Xác định đường kính vòng chia của các đĩa xích (3.41) + Đường kính vòng chia đĩa dẫn : + Đường kính vòng chia đĩa bị dẫn : Lực tác dụng lên trục (3.43) Trong đó : Kt : Hệ số xét đến tác dụng của trọng lượng xích lên trục: Kt = 1.05 33.4 . Thiết kế bộ truyền xích 5-6 Truyền động giữa các trục cán với nhau có tỷ số truyền i = 1 và công suất dẫn động không lớn. Và ở đây ta tính toán cho trục cán có công suất lớn nhất là trục số 21 có công suất N = 0.18 (kw) với số vòng quay đĩa xích là 49.76 (vòng/phút). Tra bảng ta chọn được loại xích ống con lăn có bước xích 12.7 (mm), diện tích bản lề F = 39.6(mm2), công suất cho phép [N] = 0.35(kw), Số vòng quay giới hạn ngh= 2500 (vòng/phút) và tải trọng phá hỏng là 18000 (N). Chọn theo kinh nghiệm thực tế của các máy cán ta chọn số răng các đĩa xích lắp trên trục là Z = 19 răng với bước xích t = 12.7 (mm) Chọn khoảng cách giữa 2 trục cán : A = 320 (mm) Do đó ta có số mắt xích X là: (3.44) Vì Z1 = Z2 = Z = 19(răng) nên ta có công thức sau: Nên ta chọn : X = 69 (mắt xích) + Kiểm nghiệm số lần va đập trong 1 giây. Trong đó : n : Số vòng quay trục cán n = 49.76 (vòng/phút) Tra bảng ta có [u] = 60 > u = 0.91 : Thoả mãn điều kiện va đập. + Tính chính xác khoảng cách trục A theo số mắt xích đã chọn. (3.45) Mà Z = Z1 = Z2 = 19 nên ta có : = = 317.5 (mm) Để xích khỏi chịu lực căng quá lớn, ta phải rút bớt khoảng cách trục xuống một khoảng là. DA = (0.002¸0.004)A = 0.002´317.5 = 0.635(mm) Vậy ta chọn chính xác khoảng cách trục A là : A = 317.5-0.635 = 316.865(mm), ta lấy A = 317(mm) + Đường kính vòng chia đĩa xích : Lực tác dụng lên trục R = 3.4. THIẾT KẾ TRỤC CÁN 3.4.1. Trục cán Trục cán trong máy này có nhiệm vụ tạo biên dạng sóng tole theo yêu cầu, là bộ phận chủ yếu trong máy thông qua nó và các con lăn cán tác dụng lực làm biến dạng kim loại và hình thành các sóng tole. Các phương pháp chế tạo trục cán là: + Chế tạo trục cán và các con lăn liền khối với phương pháp này thì có nhược điểm là khó chế tạo, tốn kém khả năng thay thế khó vì phải thay cả trục . + Chế tạo trục có dạng trục trơn với đường kính và chiều dài nhất định trên trục có các rãnh then để lắp các con lăn cán. Với phương pháp này thì thuận tiện trong việc chế tạo và kiểm tra, dễ thay thế sửa chữa khi trên trục có lỗ hình bị hư hỏng. Trên máy này ta có ba loại trục sau: +Loại trục ngắn, trục bị động với số lượng 21 trục. +Loại trục dài để lắp các đĩa xích dẫn động cho toàn máy với số lượng 20 trục. +Loại trục dài để dẫn động vào từ động cơ thuỷ lực đến trục cán, số lượng 1 trục. Ta có kết cấu trục cán như sau : Hình ( 5.2) Trong đó : D : Đường kính trục phần lắp ghép các con lăn cán (mm) dc : Đường kính trục phần lắp ghép các ổ lăn (mm) dx : Đường kính trục phần lắp ghép các đĩa xích (mm) l1 : Phần trục cán để lắp các con lăn cán (mm) l2 : Chiều dài cổ trục lắp ổ lăn (mm) l3 : Chiều dài trục lắp các đĩa xích (mm) l1 dC D l2 dX L = 1500 l2 dC l3 Hình 3.7. Kết cấu trục cán II Ta chọn sơ bộ các kích thước trục cán như sau : D = 75 (mm) dc = 50 (mm) dx = 45 (mm) l1 = 1310 (mm) l2 = 40 (mm) l3= 110 (mm) Số vòng quay trục cán là: n = 49,76 (vòng/phút) Ở đây ta tính cho công suất cần truyền động cho toàn máy là 4,86 (Kw), mà các trục dài là các trục dẫn động. Do đó ta chọn công suất dẫn động cho trục dài bằng 60% công suất dẫn động toàn máy, nên ta có công suất như sau: Ntt = Nct ´ 60% = 4,86 ´ 60% = 2,9 (Kw) (3.46) Momen xoắn sinh ra trên trục sẽ là : 3.4.2.Trình tự thiết thiết kế Chọn vật liệu Thép CT5 có : σb=550 N/mm2,σ=280 N/mm2 Tính sức bền trục Chọn sơ bộ: Để xác định đường kính trục ta có thể dùng công thức sơ bộ chỉ xét tới tác dụng của mômen xoắn trên trục, không xét đến tải trọng gây biến dạng uốn. ta áp dụng công thức sau: (mm). Trong đó : d: Đường kính sơ bộ,(mm) Mx :Mômen xoắn ,(N.mm) [τ]x : Ứng suất xoắn cho phép, chọn [τ]x =10 Trong đó ta chọn d=75(mm). Tính gần đúng trục Ta có : + Lực của bộ truyền xích là : R=5685,58(N) + Tải trọng : P=460 (N) Ta chọn chiều rộng của của ổ lăn B=20(mm) a/ Tính trục dài  Ta có mômen và lực tác dụng lên trục là : R=5685,85(N) F=460(N) (N.mm) (N.mm) A B F RAY RAX RBY 681 681 80 C R D 50 RBX R Hình 3.8. Sơ đồ lực tác dụng Phương Y : A B F RAY RBY 681 681 80 C D 50 Ta có : + + Phương X : A B RAX RBX 1362 80 D 50 R R + + + Giá trị mômen uốn tổng cộng tại tiết diện chịu tải lớn nhất. Đường kính trục tại tiết diện đó được tính theo công thức sau: (mm) (3.47) Với : (3.48) Trong đó : Mtđ : Mômen tương đương (Nmm) Mu, Mx : Mômen uốn và mômen xoắn ở tiết diện đang tính (Nmm) Với : (3.49) Mux, Muy : Momen uốn theo phương x và theo phương y. [s] : Ứng suất cho phép ta tra bảng; [s] = 48 (N/mm2) Tại vị trí A : MUY = F.681-RBY.1362 (N.mm) MUY = 313260 - 313260 = 0 (N.mm) MUX = R .130 - R.80= 284292,5 (N.mm) Tại vị trí C : MUY = RBY.681= 156630 (N.mm) MUX = RBX.681 = 142146,25 (N.mm) Tại vị trí D : MUY = RAY.80 + F.(80 + 681) + RBY(1362 + 80) = 0 (N.mm) MUX = R.50 = 284292,5 (N.mm) Mô men uốn tương đương tại A là : Ta có : = 285862,4 (N.mm) Trị số ứng suất cho phép của thép chế tạo trục [s] = 48 (N/mm2), nên ta có : Vậy ta chọn d = 75(mm) là thoả mãn RAY RBY F C B A RAX MUY (N.mm) MUX (N.mm) MX (N.mm) 156630 284292,5 278285,77 34545,82 142146,25 D 130 681 681 80 RBX R Hình 3.8 .Biểu đồ mômen + Kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn. Bước tính kiểm nghiệm trục tiến hành sau khi đã định được kết cấu trục, ở đây xét ảnh hưởng của một số yếu tố quan trọng đến sức bền mỏi của trục như đặc tính thay đổi chu kỳ ứng suất, sự tập trung ứng suất, chất lượng bề mặt... Hệ số an toàn được xác định theo công thức sau: (3.50) Trong đó : ns : Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp, vì trục quay nên ứng suất pháp biến đổi theo chu kỳ đối xứng do đó. (3.51) + nt : Hệ số an toàn xét riêng ứng suất tiếp. (3.52) Trong các công thức trên thì : s-1, t-1 : Giới hạn mỏi uốn và xoắn đối với chu kỳ đối xứng có thể lấy gần đúng. s-1 = (0,45 ¸ 0,5) sb Lấy s-1 = 0,45. sb => s-1 = 0,45 . 550 = 247,5 (N/mm2) t-1 = (0,2 ¸ 0,3) sb Lấy t-1 = 0,25. sb = 0,25 . 550 = 137,5 (N/mm2) + sa, ta : Biên độ ứng suất pháp và ứng suất tiếp sinh ra trong tiết diện trục Ta tra bảng nên ta có : Mômen cán uốn : W = 6150 (mm3) Mômen cán xoắn : W0 = 13720 (mm3) (3.53) (3.54) Tra bảng theo vật liệu ta được : b = 1 : Hệ số tăng bền ys = 0,1; es = 0,74; yt = 0,05; et = 0,62; Ks = 1,63; Kt = 1,5 Vậy : n = 2,8 » [n] = 1,5 ¸ 2,5 thoả mãn điều kiện an toàn. + Kiểm nghiệm trục khi quá tải đột ngột. Khi quá tải đột ngột trục có thể bị gãy hoặc bị biến dạng dẻo quá lớn. Điều kiện để đảm bảo trục làm việc bình thường là : (3.55) Trong đó : (3.56) (3.57) Mu, Mx : Mômen uốn và mômen xoắn lớn nhất tại tiết diện nguy hiểm . sch : Giới hạn chảy của vật liệu trục : sch = 280 (N/mm2) Mà [s] = 0,8 sch = 0,8 . 280 = 224 (N/mm2) Vậy stđ = 6,64(N/mm2) < [s] = 224 (N/mm2) thoả điều kiện quá tải. + Kiểm tra độ võng trục cán : Trục cán của chúng ta có kết cấu không phức tạp nên để đơn giản, ta có trục như một dầm có tiết diện không đổi đặt lên hai gối tựa cách nhau 1 đoạn L = 1362 (mm). Lực tác dụng lên trục ta xem coi là P được đặt ở giữa trục và độ võng là: [y] = (0,0002 ¸ 0,0003)L = (0,2724 ¸ 0,4086 )(mm) Độ võng của trục phải thoả mãn điều kiện y £ [y], ta áp dụng công thức : (3.58) Trong đó : P : Lực tác dụng lên trục : P = 460 (N) a,b : Khoảng cách từ điểm đặt lực đến hai gối tựa: a = b = 681 (mm) E : Môđun đàn hồi của vật liệu: Lấy E = 2.107 (N/mm2) I : Mômen quán tính : Vậy độ võng thoả mãn điều kiện : y < [y] L P y Hình 3.9 : Sơ đồ tính toán độ võng của trục b / Tính trục dài có 3 đĩa xích 681 681 50 A B F RAY RBY C D E F 80 80 R R RAY RBX Phương Y : Ta có : R0 = 11371,7(N) Þ R0.Cos45 = 8041(N) + + Phương X : + + + Giá trị mômen uốn tổng cộng tại tiết diện chịu tải lớn nhất. Đường kính trục tại tiết diện đó được tính theo công thức sau: (mm) Với : Trong đó : Mtđ : Mômen tương đương (Nmm) Mu, Mx : Mômen uốn và mômen xoắn ở tiết diện đang tính (Nmm) Với : Mux, Muy : Momen uốn theo phương x và theo phương y. [s] : Ứng suất cho phép ta tra bảng; [s] = 48 (N/mm2) Tại vị trí A : MUY = 8041.180 = 1447380 (N.mm) MUX = 8041.180 - 5685,85.50 = 1163087,5 (N.mm) Tại vị trí C : MUY = RBY.681= 832,7.681 = 567068,7 (N.mm) Tại vị trí E : MUX = 8041.50 = 402050 (N.mm) Tại vị trí F : MUX = 8041.100 - R.50 = 8041.100 - 5685,85.50 = 519807,5 (N.mm) Mô men uốn tương đương tại A là : Ta có : = 1857034 (N.mm) Trị số ứng suất cho phép của thép chế tạo trục [s] = 48 (N/mm2), nên ta có : Vậy ta chọn d = 75(mm) là thoả mãn Ta có biểu đồ mô men như sau : 681 681 50 A B RAY RBY C D E F 80 80 R R RAY RBX 567068,7 1447380 1163087,5 556571,54 5287285,77 34545,82 + Kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn : Bước tính kiểm nghiệm trục tiến hành sau khi đã định được kết cấu trục, ở đây xét ảnh hưởng của một số yếu tố quan trọng đến sức bền mỏi của trục như đặc tính thay đổi chu kỳ ứng suất, sự tập trung ứng suất, chất lượng bề mặt... Hệ số an toàn được xác định theo công thức sau: Trong đó : ns : Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp, vì trục quay nên ứng suất pháp biến đổi theo chu kỳ đối xứng do đó. nt : Hệ số an toàn xét riêng ứng suất tiếp. Trong các công thức trên thì : s-1, t-1 : Giới hạn mỏi uốn và xoắn đối với chu kỳ đối xứng có thể lấy gần đúng. s-1 = (0,45 ¸ 0,5) sb Lấy s-1 = 0,45. sb => s-1 = 0,45 . 550 = 247,5 (N/mm2) t-1 = (0,2 ¸ 0,3) sb Lấy t-1 = 0,25. sb = 0,25 . 550 = 137,5 (N/mm2) + sa, ta : Biên độ ứng suất pháp và ứng suất tiếp sinh ra trong tiết diện trục Ta tra bảng nên ta có : Mômen cán uốn : W = 33000 (mm3) Mômen cán xoắn : W0 = 69700 (mm3) Tra bảng theo vật liệu ta được : b = 1 : Hệ số tăng bền ys = 0,1; es = 0,74; yt = 0,05; et = 0,62; Ks = 1,63; Kt = 1,5 Vậy : n = 2 » [n] = 1,5 ¸ 2,5 thoả mãn điều kiện an toàn. + Kiểm nghiệm trục khi quá tải đột ngột. Khi quá tải đột ngột trục có thể bị gãy hoặc bị biến dạng dẻo quá lớn. Điều kiện để đảm bảo trục làm việc bình thường là : Trong đó : ; Mu, Mx : Mômen uốn và mômen xoắn lớn nhất tại tiết diện nguy hiểm . sch : Giới hạn chảy của vật liệu trục : sch = 280 (N/mm2) Mà [s] = 0,8 sch = 0,8 . 280 = 224 (N/mm2) Vậy stđ = 45,5(N/mm2) < [s] = 224 (N/mm2) thoả điều kiện quá tải. c/ Tính trục ngắn Ở đây ta chọn trục thứ 21, có lực và mô men tác dụng lên trục là : F = 460 (N) Ta có sơ đồ trục ngắn như sau : l1 l2 l2 D do do Hình 3.10 Sơ đồ trục ngắn Các lực tác dụng lên trục: A B F RAY RAX RBY RBX 681 681 C Hình 3.11 Sơ đồ lực tác dụng Ta có : + + + Giá trị mômen uốn tổng cộng tại tiết diện chịu tải lớn nhất. Đường kính trục tại tiết diện đó được tính theo công thức sau: (mm) Với : Trong đó : Mtđ : Mômen tương đương (Nmm) Mu, Mx : Mômen uốn và mômen xoắn ở tiết diện đang tính (Nmm) Với : Mux, Muy : Momen uốn theo phương x và theo phương y. [s] : Ứng suất cho phép ta tra bảng; [s] = 48 (N/mm2) Tại vị trí C : MUY = -RAY.681= 156630 (N.mm) = 157693,45 (N.mm) RAY RBY F C B A MUY (N.mm) MX (N.mm) 156630 21111,33 Biểu đồ mô men + Kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn : Bước tính kiểm nghiệm trục tiến hành sau khi đã định được kết cấu trục, ở đây xét ảnh hưởng của một số yếu tố quan trọng đến sức bền mỏi của trục như đặc tính thay đổi chu kỳ ứng suất, sự tập trung ứng suất, chất lượng bề mặt... Hệ số an toàn được xác định theo công thức sau: Trong đó : ns : Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp, vì trục quay nên ứng suất pháp biến đổi theo chu kỳ đối xứng do đó. nt : Hệ số an toàn xét riêng ứng suất tiếp. Trong các công thức trên thì : s-1, t-1 : Giới hạn mỏi uốn và xoắn đối với chu kỳ đối xứng có thể lấy gần đúng. s-1 = (0,45 ¸ 0,5) sb Lấy s-1 = 0,45. sb => s-1 = 0,45 . 550 = 247,5 (N/mm2) t-1 = (0,2 ¸ 0,3) sb Lấy t-1 = 0,25. sb = 0,25 . 550 = 137,5 (N/mm2) + sa, ta : Biên độ ứng suất pháp và ứng suất tiếp sinh ra trong tiết diện trục Ta tra bảng nên ta có : Mômen cán uốn : W = 2730 (mm3) Mômen cán xoắn : W0 = 5910 (mm3) Tra bảng theo vật liệu ta được : b = 1 : Hệ số tăng bền ys = 0,1; es = 0,74; yt = 0,05; et = 0,62; Ks = 1,63; Kt = 1,5 Vậy : n = 1,96 » [n] = 1,5 ¸ 2,5 thoả mãn điều kiện an toàn. + Kiểm nghiệm trục khi quá tải đột ngột. Khi quá tải đột ngột trục có thể bị gãy hoặc bị biến dạng dẻo quá lớn. Điều kiện để đảm bảo trục làm việc bình thường là : Trong đó : Mu, Mx : Mômen uốn và mômen xoắn lớn nhất tại tiết diện nguy hiểm . sch : Giới hạn chảy của vật liệu trục : sch = 280 (N/mm2) Mà [s] = 0,8 sch = 0,8 . 280 = 224 (N/mm2) Vậy stđ = 0,5(N/mm2) < [s] = 224 (N/mm2) thoả điều kiện quá tải. 3.5. TÍNH CHỌN MỐI GHÉP THEN Để cố định các chi tiết quay trên trục (các con lăn cán, đĩa xích....), nói một cách khác là để truyền mômen và truyền động với nhau thì ta dùng then. Vì trên trục có nhiều con lăn cán nên để lắp các con lăn cán lên trục được thuận lợi và dễ dàng. Thì ta gia công một rãnh then dài trên trục có nhiều con lăn và giữa các con lăn được ngăn cách bởi bạc chặn. Căn cứ vào đường kính và chiều dài của mayơ ta chọn các kích thước của then, sau đó kiểm nghiệm lại sức bền dập và cắt của then, do số lượng trục cán nhiều nên chỉ tính và kiểm nghiệm cho 1 trục sau đó suy ra các trục còn lại. Then là một chi tiết được tiêu chuẩn hoá, chọn và tính then thường dùng 2 cách sau + Chọn tiết diện then theo đường kính trục còn chiều dài then được xác định từ điều kiện bền cắt và bền dập. + Chọn tiết diện then theo đường kính trục, chiều dài then lấy bằng 0,8¸0,9 chiều dài mayơ sau đó kiểm nghiệm lại điều kiện bền cắt và dập. Nếu không thoả mãn ta có thể lấy tăng lên. k l b h d Hình3.12.Mối ghép then - Điều kiện bền dập trên mặt cạnh tiếp xúc giữa then và mayơ được tính theo công thức: (3.59) Điều kiện bền dập trên mặt tiếp xúc giữa then và trục tính theo công thức: (3.60) Điều kiện bền cắt của then . (3.61) Trong đó : Mx : Mômen xoắn cần truyền : Mx = 556571,54 (N/mm) d : Đường kính trục : d = 75 (mm) l : Chiều dài then : l = 60 (mm) b : Chiều rộng then : b = 20 (mm) K : Chiều cao của phần then lắp trong rãnh của mayơ:K = 7,4 (mm) t : Chiều cao của phần then lắp trong rãnh của trục: t = 6,0 (mm) sd : Ứng suất dập : [sd] = 100 (N/mm2) tc : Ứng suất cắt : [tc] = 87 (N/mm2) Vậy : Như vậy then ta chọn thoả mản các điều kiện bền dập và bền cắt. 3.6. TÍNH TOÁN CHỌN Ổ ĐỠ Để tính được hệ số khả năng làm việc C của ổ lăn cần biết những yếu tố sau : - Trị số, chiều và đặc tính tải trọng. - Vận tốc góc của vòng ổ quay. - Thời gian phục vụ của ổ. - Môi trường thực hiện các tính chất: Độ ẩm không khí, nhiệt độ... Hệ số C được tính theo công thức sau : C = Q (nh)0,3 (3.62) Trong đó : Q : Tải trọng tương đương (daN) n : Số vòng quay trong một phút của ổ: n = 49,76 (vòng/phút) h : Thời gian phục vụ : Chọn h = 18.000 (giờ) Tính toán chọn sao cho Cbảng ³ Ctính là thoả mãn. + Tính toán cho trục dài (Có lắp đĩa xích dẫn động) Tải trọng tương đương được tính theo công thức sau: Q = (Kv . R + m . At) . Kn . Kt (3.63) Trong đó : R : Tải trọng hướng tâm (tổng phản lực gối đỡ) daN (3.64) At : Tải trọng dọc trục: At = Pa = 3572,7(N) m : Hệ số chuyển tải lực dọc trục về lực hướng tâm chọn m =1,5 Kv : Hệ số xét đến vòng nào của ổ là vòng quay: Chọn Kv = 1 Kn : Hệ số nhiệt độ: Kn = 1 Kt : Hệ số tải trọng động: Kt = 1 Từ đó ta có : => Q = (Kv.R + m.At).Kn.Kt = (1.1017,52 + 1,5.3572,7).1.1 = 6376,57 (N) = 637,657 (daN) => C = Q . (nh)0,3 = 637,657.(49,76.18000)0,3 = 38925,24 Tra bảng ta chọn ổ có ký hiệu 46210 có Cbảng = 48000 ; B=20 (mm) ; d= 50 (mm); D = 90 (mm) Ổ ta chọn là dùng cho trục dẫn động còn đối với các trục bị động (các trục không lắp đĩa xích tải) thì tải trọng sẽ nhỏ hơn nên ta có thể chọn ổ có hệ số C nhỏ hơn. Nhưng trong thực tế để dễ chế tạo các chi tiết lắp ghép (các gối) và giá thành 2 loại ổ cũng không chênh lệch nhau nhiều nên ta dùng chung tất cả các gối trục cán một loại ổ có ký hiệu là 46210 với Cbảng = 48000 3.7. THIẾT KẾ CƠ CẤU ĐIỀU CHỈNH KHE HỞ TRỤC CÁN Ở đây khe hở giữa hai trục cán trong mỗi cặp trục được điều chỉnh theo phương thẳng đứng, và ta dùng cơ cấu vít nén (còn gọi là cơ cấu nén trục). Đối với máy thiết kế vị trí trục dưới được xem như cố định với các gối trục lắp trên thân máy nhờ rãnh chữ U. Do đó sự thay đổi khe hở giữa hai trục nhờ sự dịch chuyển lên xuống của trục trên thông qua cơ cấu bulông - đại ốc. + Xác định đường kính dây lò xo : Trong các cặp trục cán, mỗi cặp trục cán ta sử dụng 4 dây lò xo để nâng trục lên. Trong đó khối lượng lớn nhất của một trục cán là trục số 21 với 9 con lăn cán tinh, m = 138 (Kg) = 1380 (N) . Ta có lực tác dụng lên mỗi lò xo sẽ là : 1380/4 = 345 (N) Hình 3.13. Sơ đồ cơ cấu điều chỉnh khe hở trục cán + Chọn tỉ số đường kính qua tâm các lò xo và đường kính dây lò xo. (3.65) i :Số vòng làm việc của lò xo : Chọn i = (3 ¸ 5) vòng + Hệ số xét đến độ cong của dây lò xo : (3.66) + Ứng suất cho phép đối với lò xo bằng thép [t] = 600 (N/mm2) Do đó đường kính dây lò xo là : (3.67) Chọn d = 3,5 (mm) do đó đường kính ngoài bulông => D = 6 . d = 6 . 3,5 = 21 (mm) + Đường kính bulông được xác định theo ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo bulông : (3.68) Trong đó : d1: Đường kính chân ren bulông (mm) P1 = P + m = 460 + 1380 = : Áp lực lớn nhất tác dụng lên bulông Chọn vật liệu chế tạo bulông là thép CT3 có : sb = (340 ¸ 490) (N/ mm2) [s] = 60 (N/mm2) Do đó : Kết hợp thực tế ta chọn d1 = 12 (mm), và đường kính bulông d = 16 (mm) 3.8. THIẾT KẾ THÂN MÁY CÁN Thân máy cán là chi tiết rất quan trọng trong máy cán, mà trên đó ta lắp gối đỡ trục, các cơ cấu dẫn động, hệ thống dao cắt phẳng và dao cắt định hình ... Lực làm biến dạng kim loại tác dụng lên trục cán và dao cắt đều tác dụng lên thân máy, do đó thân máy chịu tải lớn nên khi thiết kế tính toán phải đảm bảo điều kiện bền và độ cứng vững cho máy. Thân máy cán gồm 2 phần chính : - Đế máy : Thường được làm bằng thép chữ I300, hàn ghép với nhau để tạo nên độ cứng vững toàn máy và tạo không gian bên trong để bố trí các động cơ, bơm, van, các linh kiện phụ và hệ thống làm mát. - Thành máy (giá cán) : Được làm bằng thép tấm (chiều dày thường = 20mm) được gắn với đế máy bằng các bulông, hàn. Trên thành được cắt thành các ô chữ U để lắp các gối đỡ trục cán, để tăng thêm độ cứng vững giữa thành thường có các thanh giằng. Trên thành máy còn được sử dụng (ở phần đầu vào) để bố trí các cơ cấu điều chỉnh chiều rộng phôi cán và hệ thống kéo phôi ban đầu (khi phôi chưa ăn vào lỗ hình). A A MC A-A Hình 3.14 Kết cấu thân máy cán uốn tole 3.9. BÔI TRƠN VÀ BẢO DƯỠNG + Chỉ có các công nhân được đào tạo để sử dụng máy mới được vận hành. + Trước khi vận hành phải kiểm tra các hệ thống an toàn như các bao che của các bộ phận động, các điều kiện an toàn về điện như điện áp, cầu chì, rơle điện, dây dẫn ... + Thực hiện chế độ bôi trơn bảo dưỡng trước mỗi ca sản xuất và vệ sinh lau chùi máy móc trước khi xuống ca. + Trước khi cho máy làm việc (có tải) phải cho máy vận hành không tải từ 1 đến 3 phút để kiểm tra các bộ phận truyền động, đồng thời để dầu ép được bơm đầy đủ đến các thiết bị thuỷ lực. 3.10.AN TOÀN KHI SỬ DỤNG Kiểm tra sản phẩm tole cán + Kiểm tra kích thước, chiều dài tole, chiều dài bước tole, số bước + Kiểm tra biên dạng tole + Kiểm tra xem tole có bị trầy xước hay không ? + Kiểm tra mép cắt + Kiểm tra độ chính xác của các số liệu, sự phối hợp giữa dao cắt sau, lô cán, và dao cắt trước. + Trường hợp chiều dài tole không đúng, mỗi lần mỗi khác thì cần chỉnh lại chế độ chạy chậm ( Cho khoảng chạy chậm dài hơn ). TÀI LIỆU THAM KHẢO œœ&œœ [1] Đỗ Hữu Nhơn, Dập tấm và cán kéo kim loại, Khoa Hoc Kỹ Thuật Hà Nội năm 2001. [2] Nguyễn Trọng Hiệp, Chi tiết máy tập 1và 2, nhà xuất bản Giáo Dục Hà Nôi năm 1999. [3] Kim loại học và nhiệt luyện, Đại Học Bách Khoa Hà Nội 1938. [4] Nguyễn Trọng Hiệp, Thiết kế chi tiết máy, nhà xuất bản Giáo Dục Hà Nôi năm 1993. [5] Đỗ Hữu Nhơn, Tính toán thiết kế chế tạo máy cán thép, Khoa Hoc Kỹ Thuật Hà Nội năm 2001. [6] Ninh Đức Tốn, Sổ tay công nghệ chế tạo máy 1, Khoa Hoc Kỹ Thuật Hà Nội năm 2000. [7] Lê Viết Giảng, Sức bền vật liệu, ĐHBK Đà Nẵng, năm 1985. [8] Hướng dẫn chọn động cơ thuỷ lực của hảng DANFOSS [9] KS Nguyễn Khánh An (2003), Giáo trình PLC simatic S7 - 200, Trung tâm điện tự động, Đà Nẵng. 10] PGS.TS Phạm Đắp, PGS.TS Trần Xuân Tùy (1998), Điều khiển tự động trong lĩnh vực cơ khí, tập 1, Nxb giáo dục. [11] TS Trần Thu Hà, KS Phạm Quang Huy (2008), Tự động hoá trong công nghiệp với S7&Protool, Nxb Hồng Đức. [12] TS Trần Thu Hà, KS Phạm Quang Huy (2008), Tự động hoá trong công nghiệp với S7&WinCC, Nxb Hồng Đức. [13] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Vũ Vân Hà (2006), Tự động hoá với Simatic S7-300, Nxb Khoa học & Kỹ thuật. [14] Phạm Văn Khảo (1998), Truyền động tự động khí nén, Nxb Khoa học & Kỹ thuật. [15] Tăng Văn Mùi, TS Nguyễn Tiến Dũng (2002), Điều khiển logic lập trình PLC, Nxb thống kê. MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG1 NHỮNG VẤN ĐỀ TỔNG QUAN 1.1.CÁC LOẠI SẢN PHẨM TOLE 3 1.2. NHU CẦU VỀ TẤM LỢP……………………………………………. 4 1.3 THÔNG SỐ CÁC LOẠI SÓNG TOLE…………………………………5 1.4 QUAN SÁT BỀ MẶT TẤMLỢP ………………………………………6 CHƯƠNG II THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ CÁN TOLE TẠO SÓNG VUÔNG 2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH BIẾN DẠNG DẺO CỦA KIM LOẠI………………………………………………………………………8 2.2. LÝ THUYẾT CÁN…………………………………………………..14 2.3. QUÁ TRÌNH UỐN KIM LOẠI ……………………………………16 2.4. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MÁY CÁN TÔN TẠO SÓNG……….23 2.5. THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ CON LĂN…………………….26 2.6. CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA MÁY CÁN TOLE TẠO SÓNG VUÔNG……………………………………………………………………30 2.7. PHƯƠNG ÁN CHỌN BỘ TRUYỀN ĐỘNG………………………41 2.8. SƠ ĐỒ ĐỘNG HỌC TOÀN MÁY………………………………….46 2.9 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG THỦY LỰC VÀ CHỌN CÁC PHẦN TỬ THỦY LỰC……………………………………………………………………….48 CHƯƠNG III TÍNH TOÁN BỔ TRỢ VÀ KẾT LUẬN 3.1 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC MÁY VÀ CÁC BỘ PHẬNCẦN THIẾT..55 3.2.TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC MÁY..................................................55 3.3. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN XÍCH…………………………………...68 3.4. THIẾT KẾ TRỤC CÁN …………………………………………….76 3.5 TÍNH CHỌN MỐI GHÉP THEN .....................................................93 3.6 TÍNH TOÁN CHỌN Ổ ĐỠ …………………………………………95 3.7. THIẾT KẾ CƠ CẤU ĐIỀU CHỈNH KHE HỞ TRỤC CÁN …….96 3.8. THIẾT KẾ THÂN MÁY CÁN……………………………………...98 3.9. BÔI TRƠN VÀ BẢO DƯỠNG……………………………………..99 3.10.AN TOÀN KHI SỬ DỤNG………………………………………....99