Luận văn tốt nghiệp: Thiết kế máy cán ren con lăn gồm có 8 chương trình bày về tổng quan về máy cán ren; cơ sơ lý thuyết; lựa chọn phương án cán ren; cán ren sử dụng con lăn hớt vòng; thiết kế, tính toán hệ thống truyền động; thiết kế hệ thống thủy lực; thiết kế hệ thống điện; vận hành và bảo dưỡng máy cán ren.
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
5 năm học tập và rèn luyện tại trường Đại học Bách Khoa Tp HCM, đến bây
giờ em gần đến với ước mơ, mong mỏi, là ước vọng của cha mẹ đó hoàn thành Luận
văn tốt nghiệp để trở thành một kỹ sư cơ khí. Trong suốt thời gian qua, ngoài sự nỗ
lực của bản thân, em đã nhận được sự giúp đỡ, ủng hộ rất lớn từ gia đình, Thầy Cô và
bạn bè. Nhưng em vẫn chưa một lần có thể nói lời cảm ơn đến mọi người. Và bây giờ,
khi sắp tốt nghiệp, em xin gửi những lời cảm ơn đó vào cuốn Luận văn tốt nghiệp
này.
Không lời nào có thể diễn tả hết công ơn của cha mẹ. Cha mẹ đã dạy dỗ con từ
lúc nhỏ đến bây giờ và cha me luôn là chỗ dựa vững chắc cho con.Vì vậy, con muốn
gửi lời cảm ơn chân thành của mình trước tiên chính là cha mẹ. Con cảm ơn cha mẹ
nhiều lắm.
Kính thưa các Thầy Cô, các Thầy, Cô trong trường đã tận tình chỉ bảo và hướng
dẫn không chỉ kiến thức trong trường học mà còn kiến thức ngoài xã hội, lý lẽ làm một
người kỹ sư, một con người chân chính. Vì lẽ đó mà em muốn gửi lời cảm ơn chân
thành của em đến các Thầy, Cô và đặc biệt là thầy Nguyễn Văn Thạnh. Em rất chân
thành cám ơn thầy Nguyễn Văn Thạnh, đã nhiệt tình hướng dẫn những điểm thiếu sót,
những kinh nghiệm về thực tế, cổ vũ động viên em không phải bằng những lời nói
ngọt ngào mà bằng tinh thần của một giảng viên, một kỹ sư Bách Khoa. Em xin chân
thành cám ơn thầy rất nhiều.
Em cũng xin gởi lời cám ơn đến tất cả những người bạn của mình, tập thể lớp
CK08TKM, đội Sinh viên tình nguyện WINBK, các anh chị làm việc tại Trung Tâm
hỗ trợ sinh viên và việc làm trường Đại học Bách Khoa, đã động viên, hỏi thăm và
khích lệ tinh thần mỗi khi em mệt mỏi, vui buồn. Em cũng xin gởi lời cảm ơn đến các
thành viên của diễn đàn BKHCM.info, diễn dàn khoa học công nghệ Meslab.org,
nhóm tải báo đã chia sẻ kiến thức, tài liệu để em hoàn thành luận văn này.
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Lời cám ơn Trang 1
Em xin chân thành cảm ơn tất cả mọi người !
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Trong giai đoạn phát triển kinh tế hiện nay đồng thời với sự tiến bộ không
ngừng của Khoa Học Kỹ Thuật , tự động hóa ngày càng được mở rộng và phát triển.
Các máy móc chuyên dụng phục vụ cho việc sản xuất hàng loạt xuất hiện đóng vai trò
rất quan trọng trong việc phát triển xản xuất nói riêng, thực hiện đường lối và chủ
trương công nghiệp hóa và hiện đại hóa Đất nước của Đảng và Nhà Nước nói chung.
Được sự đồng ý của Khoa Cơ Khí và Thầy hướng dẫn, em thực hiện đề tài luận
văn tốt nghiệp “THIẾT KẾ MÁY CÁN REN CON LĂN”. Sản phẩm là các chi ren
tiêu chuẩn với độ bền cao vượt trội so với ren cắt thông thường.
Với sự hướng dẫn tận tình của Thầy Nguyễn Văn Thạnh, đến nay, về cơ bản em
đã hoàn thành xong nhiệm vụ của luận văn tốt nghiệp. Do kiến thức và thời gian có
hạn nên luận văn tốt nghiệp không thể tránh được những sai sót nên em rất mong quý
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Lời mở đầu Trang 2
Thầy , Cô góp ý để cho em thêm kinh nghiệm để làm việc sau này.
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Luận văn bao gồm 7 chương với nội dung được tóm tắt như sau :
CHƯƠNG 1. Tổng quan về máy cán ren
Nêu lên tổng quan, lịch sử hình thành của máy cán ren, ưu điểm nổi trội của ren lăn ép so với ren được gia công cắt thông thường. Giới thiệu thông tin về một số phương pháp tạo ren trong sản xuất.
CHƯƠNG 2. Cơ sơ lý thuyết
Tóm tắt cơ sở lý thuyết về biến dạng trong quá trình cán. Thông số hình học cơ bản, phân loại ren.
CHƯƠNG 3. Lựa chọn phương án cán ren
Nêu các ưu nhược điểm của các phương pháp cán ren, từ đó chọn phương án cán ren thích hợp.
CHƯƠNG 4. Cán ren sử dụng con lăn hớt vòng
Kiến thức do sinh viên tìm hiểu và thực hiện dựa trên phương pháp cán ren bằng con lăn hớt vòng. Nguyên tắc làm việc, kết cấu bánh cán, các sai số và một vài nguyên ngân gây hỏng hóc có thể sảy ra khi làm việc. Mô tả sơ lược máy cán ren sơ lược.
CHƯƠNG 5. Thiết kế, tính toán hệ thống truyền động
Cùng với bản vẽ kết cấu, chương này tính toán thiết kết các chi tiết truyền động máy cán ren sử dụng. Tính toán dựa trên việc ứng dụng phần mềm tin học vào tính toán thiết kế do sinh viên tự tìm hiểu.
CHƯƠNG 6. Thiết kế hệ thống thủy lực
Thiết kế, tính toán hệ thống thủy lực cho máy cán.
CHƯƠNG 7. Thiết kế hệ thống điện
Thiết kế hệ thống điện điều kiển thiết lập hành trình, chế độ hoạt động bằng tay và tự động.
CHƯƠNG 8. Vận hành và bảo dưỡng máy cán ren
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Tóm tắt luận văn Trang 3
Cách thiết lập, vận hành máy cán ren. Xử lý 1 số sự cố có thể xảy ra. Bảo dưỡng và bảo trí máy.
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Lời cám ơn ....................................................................................................... 1
Lời mở đầu ....................................................................................................... 2
Tóm tắt luận văn ............................................................................................... 3
Mục lục ............................................................................................................ 4
Danh mục hình ................................................................................................. 7
Danh mục bảng ................................................................................................. 9
CHƯƠNG 1. Tổng quan về máy cán ren......................................................... 10
1.1. Tổng quan về máy cán ren ................................................................... 10
1.1.1. Cán ren – lăn ép ren ....................................................................... 10
1.1.2. Lịch sử hình thành ......................................................................... 10
1.1.3. Ưu điểm ren lăn ép so với ren cắt .................................................. 10
1.2. Phân loại máy cán ren .......................................................................... 12
1.2.1. Bàn cán ren phẳng ......................................................................... 12
1.2.2. Cán bằng con lăn cán ren ............................................................... 13
1.2.3. Cán ren bằng đầu cán ren .............................................................. 14
CHƯƠNG 2. Cơ sơ lý thuyết .......................................................................... 16
2.1. Cơ sở lý thuyết về biến dạng của kim loại ............................................ 16
2.1.1. Biến dạng của kim loại .................................................................. 16
2.1.2. Biếng dạng dẻo của kim loại khi cán ............................................. 17
2.1.3. Biến dạng dẻo trong đa tinh thể ..................................................... 18
2.1.4. Những định luật cơ bản khi gia công kim loại bằng áp lực ............ 19
2.2. Ren ...................................................................................................... 20
2.2.1. Định nghĩa ren ............................................................................... 20
2.2.2. Thông số hình học của Ren ........................................................... 20
2.2.3. Phân loại ren ................................................................................. 21
CHƯƠNG 3. Lựa chọn phương án cán ren ..................................................... 24
3.1. Sơ đồ khối tiền trình gia công............................................................... 24
3.2. Quy cách của sản phẩm chung ............................................................. 24
3.3. Sản phẩm của luận văn. ........................................................................ 25
3.4. Lựa chọn phương án cán ren ................................................................ 25
3.4.1. Phương án 1 : Cán ren bằng bàn ren .............................................. 25
3.4.2. Phương án 2 : Cán ren bằng đầu cán. ............................................. 26
3.4.3. Phương án 3 : Cán ren bằng bộ 2 con lăn ....................................... 26
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Mục lục Trang 4
3.4.4. Phương án 4 : Cán ren bằng bộ 3 con lăn ....................................... 27
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
3.4.5. Lựa chọn loại con lăn .................................................................... 27
3.4.6. Tổng kết phương án lựa chọn phương pháp cán ren ....................... 29
CHƯƠNG 4. cán ren sử dụng con lăn hớt vòng .............................................. 30
4.1. Phân biệt giữa con lăn thường và con lăn hớt vòng .............................. 30
4.2. Thông số hình học cơ bản của con lăn hớt vòng ................................... 31
4.2.1. Biên dạng mối ren ......................................................................... 31
4.2.2. Đường kính và bề rộng con lăn hớt vòng ....................................... 33
4.2.3. Phần dẫn, đạt chiều sâu và hiệu chuẩn ........................................... 34
4.3. Quá trình tạo ren trên phôi đường kính khác nhau ................................ 35
4.3.1. Với phôi chuẩn .............................................................................. 35
4.3.2. Với phôi không chuẩn ................................................................... 35
4.4. Phôi – đường kính trước khi gia công ................................................... 36
4.5. Phiến nâng phôi ................................................................................... 37
CHƯƠNG 5. Thiết kế hệ thống truyền động ................................................... 40
5.1. Lựa chọn phương án truyền động ......................................................... 40
5.1.1. Phương án 1 : Truyền động 3 bánh răng ........................................ 40
5.1.2. Phương án 2 : Truyền động 2 hộp giảm tốc trục vít bánh vít .......... 41
5.2. Thông số thiết kế ban đầu..................................................................... 41
5.3. Phân phối tỉ số truyền ........................................................................... 42
5.4. Tính toán bộ truyền đai 1 ..................................................................... 45
5.4.1. Thông số đầu vào .......................................................................... 45
5.4.2. Kết quả tính toán, kiểm nghiệm ..................................................... 46
5.5. Tính toán bộ truyền đai 2 ..................................................................... 47
5.5.1. Thông số đầu vào .......................................................................... 47
5.5.2. Kết quả tính toán kiểm nghiệm ...................................................... 48
5.6. Tính toán, thiết kế bộ truyền trục vít bánh vít ....................................... 52
5.6.1. Thông số đầu vào .......................................................................... 52
5.6.2. Kết quả tính toán kiểm nghiệm đầu ra ........................................... 53
5.6.3. Bảng tổng hợp kết quả ................................................................... 54
5.7. Tính toán, thiết kế trục và then ............................................................. 55
5.7.1. Thiết kế sơ bộ các trục ................................................................... 55
5.7.2. Kiểm nghiệm then ......................................................................... 56
5.7.3. Momen, phản lực tại các gối đỡ ..................................................... 59
5.8. Lựa chọn kiểm nghiệm ổ lăn ................................................................ 64
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Mục lục Trang 5
5.8.1. Ổ lăn trục vít ................................................................................. 64
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
5.8.2. Ổ lăn trục bánh vít ......................................................................... 65
5.8.3. Ổ lăn trục cán ................................................................................ 66
5.9. Lựa chọn khớp nối ............................................................................... 68
5.10. Lựa chọn trục nối Các đăng ................................................................ 69
CHƯƠNG 6. Thiết kế hệ thống thủy lực ......................................................... 71
6.1. Thiết kế mạch thủy lực ......................................................................... 71
6.2. Nguyên lý hoạt động ............................................................................ 71
6.3. Tính toán các thông số kỹ thuật của từng chi tiết. ................................. 72
6.3.1. Tính toán, lựa chọn xylanh thủy lực .............................................. 72
6.3.2. Bơm thủy lực: ............................................................................... 73
6.3.3. Hệ thống van: ................................................................................ 75
6.3.4. Hệ thống đường ống ...................................................................... 77
6.3.5. Hệ thống lọc dầu ........................................................................... 80
6.3.6. Thùng chứa dầu ............................................................................. 81
CHƯƠNG 7. Thiết kế hệ thống điện ............................................................... 82
7.1. Lưu đồ mạch điện ................................................................................ 82
7.2. Chế độ điều khiển ................................................................................ 83
7.2.1. Chế độ cài đặt ................................................................................ 83
7.2.2. Chế độ điều khiển bằng tay ........................................................... 83
7.2.3. Chế độ tự động .............................................................................. 83
7.3. Sơ đồ mạch điện ................................................................................... 84
7.4. Lựa chọn thiết bị điện........................................................................... 85
7.4.1. Công tắc hành trình ....................................................................... 85
CHƯƠNG 8. Vận hành, bảo dưỡng máy cán ren ............................................ 87
8.1. Quy trình khởi động ............................................................................. 87
8.1.1. Cài đặt sơ bộ ................................................................................. 87
8.1.2. Thứ tự thực hiện chế độ máy ......................................................... 87
8.2. Xử lý sự cố........................................................................................... 88
8.3. Bôi trơn và bảo quản ............................................................................ 89
8.3.1. Nguyên tắc bảo quản và sử dụng ................................................... 89
8.3.2. Bảo dưỡng máy ............................................................................. 90
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Mục lục Trang 6
Tài liệu tham khảo .......................................................................................... 91
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Hình 1.1 Kết cấu bên trong của ren cắt và ren lăn ép....................................... 11
Hình 1.2 Kết cấu bên ngoài của ren cắt và ren lăn ép ...................................... 11
Hình 1.3 Vít me đai ốc bi gia công bằng phương pháp cán ............................. 11
Hình 1.4 Máy cán ren bằng bàn phẳng ............................................................ 12
Hình 1.5 Bàn cán ren phẳng ............................................................................ 13
Hình 1.6 Máy cán ren 2 con lăn ...................................................................... 13
Hình 1.7 Cán ren bằng con lăn ........................................................................ 14
Hình 1.8 Cán ren bằng đầu cán ren ................................................................. 14
Hình 2.1 Bến dạng trong kim loại ................................................................... 16
Hình 2.2 Mặt trượt và phương trượt cơ bản. .................................................... 17
Hình 2.3 Sự trượt trong kim loại ..................................................................... 18
Hình 2.4 Thông số hình học của ren ................................................................ 21
Hình 3.1 So đồ khối tiền trình gia công ........................................................... 24
Hình 3.2 Nguyên lý cán ren bằng bàn cán ....................................................... 25
Hình 3.3 Nguyên lý cán ren bằng đầu cán ....................................................... 26
Hình 3.4 Nguyên lý cán ren bằng 2 con lăn ..................................................... 26
Hình 3.5 Nguyên lý cán ren bằng bộ 3 con lăn ................................................ 27
Hình 3.6 Con lăn góc nâng ren ........................................................................ 28
Hình 3.7 Con lăn hớt vòng .............................................................................. 28
Hình 3.8 Con lăn góc nâng vát cạnh ................................................................ 29
Hình 4.1 Sự khác biệt về mối ren giữa con lăn thường và con lăn hớt vòng .... 30
Hình 4.2 Phiến nâng phôi ................................................................................ 30
Hình 4.3 Trục phôi và trục con lăn hớt vòng, con lăn thường .......................... 31
Hình 4.4 Sơ đồ góc nâng ren ........................................................................... 32
Hình 4.5 Biên dạng ren tiêu chuẩn .................................................................. 32
Hình 4.6 Xác định vị trí 2 con lăn ................................................................... 33
Hình 4.7 Vùng làm việc của con lăn .............................................................. 35
Hình 4.8 Hình thành ren trên phôi chuẩn......................................................... 35
Hình 4.9 Hình thành ren trên phôi không chuẩn .............................................. 36
Hình 4.10 Tính toán chiều cao phiến nâng phôi .............................................. 38
Hình 4.11 Nâng phôi định tâm theo đường kính ngoài .................................... 38
Hình 4.12 Nâng phôi định tâm theo lỗ chống tâm ........................................... 39
Hình 4.13 Hệ thống nâng và cấp phôi tự động bằng thủy lực .......................... 39
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Danh mục hình Trang 7
Hình 5.1 Sơ đồ máy cán ren - Phương án 1 ..................................................... 40
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Hình 5.2 Sơ đồ máy cán ren – Phương án 2 .................................................... 41
Hình 5.3 Sơ đồ bố trí hệ thống truyền động..................................................... 42
Hình 5.4 Kết quả tính toán bộ truyền xuất ra từ phần mềm ............................. 47
Hình 5.5 Kết quả kiểm bền đai 2 cấp 1............................................................ 48
Hình 5.6 Kết quả kiểm bền đai 2 cấp 2............................................................ 49
Hình 5.7 Kết quả kiểm bền đai 2 cấp 3............................................................ 50
Hình 5.8 Kết quả kiểm bền đai 2 cấp 4............................................................ 51
Hình 5.9 Thông số hình học trục vít xuất từ phần mềm ................................... 53
Hình 5.10 Thông số hình học bánh vít xuất từ phần mềm ............................... 53
Hình 5.11 Thông số lực tác dụng của bộ truyền trục vít bánh vít ..................... 54
Hình 5.12 Thiết kế sơ bộ trục 3 ....................................................................... 55
Hình 5.13 Thiết kế sơ bộ trục 4 ....................................................................... 56
Hình 5.14 Thiết kế sơ bộ trục cán ................................................................... 56
Hình 5.15 Biểu đồ nội lực, momen uốn tác dụng trục 3................................... 60
Hình 5.16 Biểu đồ nội lực, momen uốn tác dụng trục 4................................... 62
Hình 5.17 Biểu đồ nội lực, momen uốn tác dụng trục cán ............................... 63
Hình 5.18 Catalog nhà sản xuất khớp nối Flender ........................................... 68
Hình 5.19 Kích thước khớp nối Flender .......................................................... 69
Hình 5.20 Thông số kích thước trục các đăng lựa chọn ................................... 69
Hình 6.1 Sơ đồ mạch thủy lực trong máy cán ren. ........................................... 71
Hình 6.2 Xylanh thủy lực Bosch Rexroth AG ................................................. 73
Hình 6.3 Thông số kích thước xylanh Bosch Rexroth AG ............................... 73
Hình 6.4 Bơm bánh răng TAIWAN FLUID POWER ..................................... 74
Hình 6.5 Van phân phối Yuken ....................................................................... 75
Hình 6.6 Van đóng 2 cửa yuken ...................................................................... 75
Hình 6.7 Van an toàn TAIWAN FLUID POWER........................................... 76
Hình 6.8 Van lưu lượng Yuken ....................................................................... 76
Hình 6.9 Đồng hồ đo áp Paulo ........................................................................ 77
Hình 6.10 Ống dẫn thủy lực ............................................................................ 77
Hình 6.11 Bộ lọc dầu ASHUN ........................................................................ 81
Hình 7.1 Lưu đồ mạch điện máy cán Ren ....................................................... 82
Hình 7.2 Sơ đồ mạch điện của máy cán ren..................................................... 85
Hình 7.3 Công tắc hành trình thiết lập chiều dài hành trình ............................. 85
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Danh mục hình Trang 8
Hình 7.4 Công tắc hành trình thiết lập chiều dài ren cán ................................. 86
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Bảng 4.1 Thông số hình học cơ bản của con lăn hớt vòng ............................... 32
Bảng 4.2 Dung sai kích thước đường kính phôi .............................................. 37
Bảng 5.1 Đặc tính kỹ thuật hệ thống truyền động trục 1 đến truc 3 ................ 44
Bảng 5.2 Đặc tính kỹ thuật trục 3 đến truc 4 .................................................. 44
Bảng 5.3 Đặc tính kỹ thuật trục 3 đến trục 6 .................................................. 45
Bảng 5.4 Bảng thông số thiết kế bộ truyền đai 1 ............................................ 46
Bảng 5.5 Bảng kết quả tính toán kiểm nghiệm bộ truyền đai 1 ....................... 46
Bảng 5.6 Thông số thiết kế bộ truyền đai 2 .................................................... 47
Bảng 5.7 Bảng tổng hợp kết quả tính toán bộ truyền đai 2 ............................. 51
Bảng 5.8 Thông số thiết kế đầu vào bộ truyền trục vít bánh vít ..................... 52
Bảng 5.9 Kết quả thông số hình học bộ truyền ............................................... 54
Bảng 5.10 Kết quả kiểm nghiệm và lực tác dụng sinh ra do bô truyền .......... 54
Bảng 5.11 Thông số lựa chọn then ................................................................. 57
Bảng 5.12 Thông số kiểm nghiệm then .......................................................... 57
Bảng 5.13 Kết quả kiểm nghiệm then bằng .................................................... 57
Bảng 5.14 Thông số thiết kế đầu vào then hoa răng chữ nhật ........................ 58
Bảng 5.15 Hệ số kiểm nghiệm then hoa ......................................................... 58
Bảng 5.16 Kết quả kiểm nghiệm then hoa răng chữ nhật ................................ 59
Bảng 5.17 Tổng hợp lực tạc các gối đỡ trên các trục ...................................... 64
Bảng 5.18 Bảng thông số lựa chọn ổ lăn trục vít ............................................ 64
Bảng 5.19 Bảng kết quả lựa chọn kiểm nghiệm ổ lăn trục vít ......................... 65
Bảng 5.20 Bảng thông số lựa chọn ổ lăn bánh vít ........................................... 65
Bảng 5.21 Bảng kết quả lựa chọn kiểm nghiệm ổ lăn bánh vít ....................... 65
Bảng 5.22 Bảng thông số lựa chọn ổ lăn gối 2 3 trục cán .............................. 66
Bảng 5.23 Bảng kết quả lựa chọn kiểm nghiệm ổ lăn gối 2 3 trục cán ............ 67
Bảng 5.24 Thông số ổ bi lựa chọn ổ lăn gối đỡ 1 trục cán ............................. 67
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Danh mục bảng Trang 9
Bảng 5.25 kết quả lựa chọn kiểm nghiệm ổ lăn gối 1 trục cán ........................ 67
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
1.1.Tổng quan về máy cán ren
1.1.1.Cán ren – lăn ép ren
Cán ren (lăn ép ren) là phương pháp gia công không phoi. Phôi được đặt giữa
các dụng cụ lăn ép (bàn lăn hoặc con lăn) dưới tác dụng của áp lực trên bề mặt chi tiết
gia công hình thành các vết lăn ép của dụng cụ. Theo kết cấu của dụng cụ có thể phân
ra làm 2 loại chính là bàn lăn và con lăn. Lăn ép ren có thể gia công ren ngoài cũng
như ren trong, ren một đầu mối và nhiều đầu mối. Lăn ép ren là một trong nhưng
phương pháp chế tạo ren năng suất cao và kinh tế nên được sử dụng rộng rãi trong sản
xuất hàng hàng loạt. Lăn ép ren dựa trên quá trình biến dạng dẻo của vật liệu để hình
thành ren nên có thể nâng cao độ nhẵn bề mặt và độ bền của ren. Ngoài ra so với cắt
ren, lăn ép ren còn có ưu điểm là giá thành hạ, tiêu hao dụng cụ ít, tiết kiệm vật liệu.
Yếu tố hạn chế là phạm vi sử dụng của phương pháp lăn ép ren là độ cứng của vật liệu,
hình dạng và kích thước của chi tiết. Khuyết điểm của phương pháp này là hình thành
độ elip trên đường kính trung bình của ren.
1.1.2.Lịch sử hình thành
Nửa cuối thế kỉ 19, cán ren (lăn ép ren) hình thành sau quá trình phát triển của
công nghiệp cán thép, xuất hiện ý tưởng chế tạo vít bắt gỗ bằng phương pháp lăn ép 2
con lăn (Tài liệu “Screws and Screw-making”, tác giả Britannia company, nhà xuất
James H. Wood, 1892 – Chương Machines for Screw-Making trang 161). Nhưng đến
giữa thế kỉ 20, chủ đề “Ren vít chính xác cho doanh nghiệp” bắt đầu hình thành máy
cán ren chính xác đầu tiên (Công ty Precision Screw Thread) và tiếp tục phát triển cho
đến ngày nay.
1.1.3.Ưu điểm ren lăn ép so với ren cắt
So với ren gia công cắt, ren lăn ép thể hiện rõ những ưu điểm vượt trội về cơ
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Tổng quan về máy cán ren Trang 10
tính, kết cấu cũng như tiết kiệm vật liệu.
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Hình 1.1 Kết cấu bên trong của ren cắt và ren lăn ép
Ren lăn ép Ren cắt
Kết cấu của ren lăn ép cho phép tăng thêm 30% cơ tính so với ren cắt bằng
Ren cắt
Ren lăn ép
Hình 1.2 Kết cấu bên ngoài của ren cắt và ren lăn ép
phương pháp thông thường. Tăng độ cứng bề mặt ren, giới hạn bền, năng suất của ren
Với cùng một kích thước ren giống nhau, cán ren thể hiện sự tiết kiệm vật liệu
nâng cao giới hạn bền mỏi, không tạo phoi sau quá trình gia công, đồng thời bề mặt
Hình 1.3 Vít me đai ốc bi gia công bằng phương pháp cán
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Tổng quan về máy cán ren Trang 11
gia công đạt độ bóng tốt.
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Với ren cán, sản phẩm tạo ra tiết kiệm vật liệu hơn với phương pháp thông
thường, giá thành giảm nhưng chất lượng vượt trội.
1.2.Phân loại máy cán ren
Các máy cán (lăn ép ren) có nhiều loại khác nhau, chia làm 2 loại chính với sự
khác nhau về kết cấu của dụng cụ cán (lăn ép).
Hình 1.4 Máy cán ren bằng bàn phẳng
1.2.1.Bàn cán ren phẳng
Dùng trên máy cán ren thường và máy cán ren tự động. Bàn cán ren làm việc
theo bộ, có hai chiếc : một bàn không chuyển động, một bàn thực hiện chuyển động
tịnh tiến qua lại. Hướng của góc nâng ren trên bàn cán ngược lại với hướng ren được
cán.
Kích thước của bàn cán ren hệ mét có đường kính từ 16 ÷ 27mm. Kích thước
của các bàn cán để cán ren có đường kính nhỏ hơn 1,6mm và lớn hơn 27mm phụ thuộc
vào loại máy và được xác định cho từng trường hợp cụ thể.
Bàn cán ren phẳng khi cán các ren trên các sản phẩm có ≤ 600 Mpa thường
được chế tạo bằng thép X12M; X12Φ1.
Khi cán ren trên các sản phẩm có ≤ 850 Mpa thì bàn cán được chế tạo bằng
thép 6X6B3MΦC có độ cứng HRC 57 ÷ 60.
Bàn cán ren phảng có thể tạo ren đạt chính xác cấp 6.
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Tổng quan về máy cán ren Trang 12
Bộ phận cơ bản, quyết định quá trình tạo hình ren khi cán là phần tạo hình.
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Hình 1.5 Bàn cán ren phẳng
Hình 1.6 Máy cán ren 2 con lăn
1.2.2.Cán bằng con lăn cán ren
Cán ren được tiến hành trên máy bằng một bộ quả cán gồm 2 hoặc 3 quả cán.
Đường tâm của quá cán có thể song song hoặc không song song (cán bằng con lăn hơn
vòng) với đường tâm phôi, phôi quay tự do.
Số đầu mối dao động từ 2 đến 52, số đầu mối lớn hơn phụ thuộc vào đường
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Tổng quan về máy cán ren Trang 13
kính ren nhỏ và bước ren nhỏ hơn.
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Thường người ta chế tạo quả cán ren theo 2 cấp chính xác : độ chính xác cao và
độ chính xác bình thường.
Hình 1.7 Cán ren bằng con lăn
Quả cán cấp chính xác 1 bảo đảm tạo ra ren có vung dung sai không thấp hơn
4h, quả cán cấp chính xác 2 tạo ra ren có vùng dung sai không thấp hơn 6h.
Quả cán ren thường được chế tạo bằng thép X12M, X6BΦ X12Φ1 đối với các
sản phẩm có độ cứng HB 160 ÷ 200 và bằng thép 6X6B3MΦC đối với các sản phẩm
có độ cứng HB 370 ÷ 400.
1.2.3.Cán ren bằng đầu cán ren
Được thực hiện trên các máy tiện ren vít thông thương, máy khoan, máy tiện tự
Hình 1.8 Cán ren bằng đầu cán ren
động.
Được dùng phổ biến nhất là các loại đầu cán ren hướng trục tự mở đến cán các
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Tổng quan về máy cán ren Trang 14
ren ngoài có góc ren nhọn, sắc và cán các ren ngoài hình thang.
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Các đầu mối cán ren có két cấu khác nhau để cán các loại ren một hay nhiều
đầu mối, phải hoặc trái trên phôi đặc hoặc rỗng. Các quả cán đều có phần cấu tạo hình
ren và phần sửa đúng. Bộ quả cán có bước ren giống như bước ren cần cán của bất kỳ
đướng kính ren nào trong một phạm vi đường kính nhất định. Các quả cán trong một
bộ được phân biệt bằng số thứ tự, xác định bằng lượng dịch chuyển của ren tới mặt
đầu của quả cán, lượng dịch chuyển này thay đổi liên tiếp trên mỗi quả cán để đám bảo
gia công liên tục đường xoán vít trên chi tiết gia công.
Đường kính phôi để cán lấy gần đúng bằng đường kính trung bình của ren gia
công.
Trong trường hợp dùng máy có công suất lớn hoặc máy có chu kỳ làm việc tự
động thì tốc độ cán có thể tới 70 ÷ 80 m/ph đối với ren hệ mét bước nhỏ và tới 25
m/ph đối với ren hệ mét bước lớn và ren thang. Độ bền của quả cán giảm đi 2 ÷ 3 lần
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Tổng quan về máy cán ren Trang 15
nếu khi cán trên các đầu của phôi có sãn các đường xoắn.
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
2.1.Cơ sở lý thuyết về biến dạng của kim loại
2.1.1.Biến dạng của kim loại
2.1.1.1.Khái niệm biến dạng của kim loại
Gồm có biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá hủy.
a. Biến dạng đàn hồi
Hình 2.1 Bến dạng trong kim loại
Là biến dạng bị mất đi sau khi bỏ tải trọng
Nếu giá trị của tải trọng nhỏ hơn điểm P trên đồ thị thì biến dạng sẽ mất đi ngay
sau khi bỏ tải trọng.
b. Biến dạng dẻo
Là biến dạng vẫn còn lại ngay sau khi bỏ tải trọng. Nó xảy ra khi tải trọng đặt
vào đủ lớn ( P ˃ Pb ).
2.1.1.2.Nhưng nhân tố ảnh hướng đến biến dạng dẻo
Nhìn chung hai yếu tố trên ảng hưởng rất lớn đến quá trình biến dạng dẻo của
kim loại . Khi có biến dạng dẻo xảy ra tức là có sự trượt và song tinh.
Trượt là sự chuyển dời tương đối với nhau giữa các phần tinh thể theo những
mặt và phương nhất định gọi là phương mặt trượt . Các mặt và phương mặt trượt cơ
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Cơ sơ lý thuyết Trang 16
bản.
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Hình 2.2 Mặt trượt và phương trượt cơ bản.
a) Là lục phương diện tâm b) Lục giác xếp chặt c) Lập phương thể tâm
Mang tinh thể của kim loại bao gồm vô số mặt và phương tinh thể nhưng không
phải mặt và phương nào cũng có thể là mặt và phương trượt . Mặt và phương xảy ra
trượt phải có liên kết nguyên tử bền hơn cả để khi chuyển dời mối liên kết giữa các
nguyên tử thì nó không bị phá hủy . Đồng thời mối liên kết giữa các mặt trượt với
nhau phải yếu hơn.
2.1.1.3.Ảnh hưởng của gia công đến tổ chức và tính chất của kim loại
Khi gia công dưới tác dụng của ngoại lực, kim loại sẽ biến dạng theo ba giai
đoạn nối tiếp nhau: Biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, và biến dạng phá hủy. Khi gia
công kim loại bằng phương pháp cán sẽ làm thay đổi hình dạng bề mặt kim loại liên
tục. Do quá trình trượt tạo nên các đường trượt và giải trượt, mạng tinh thể ở vùng
xung quanh mặt trượt bị xô lệch. Do vậy sau khi bị biến dạng, ngoài biên giới hạt ra,
một phần khá lớn mạng tinh thể của kim loại không sắp xếp trật tự. Tác dụng ngoại lực
càng lớn và thời gian càng lâu thì mức độ xô lệch mạng tinh thể càng cao. Quá trình
biến đổi như vậy sẽ làm thay đổi các thớ của kim loại tạo cho cơ tính bề mặt tốt hơn.
Tăng độ bền cho vật liệu.
2.1.2.Biếng dạng dẻo của kim loại khi cán
2.1.2.1.Biến dạng dẻo trong đơn tinh thể
Biến dạng còn lại khi bỏ tải trọng gọi là biên dạng dẻo.Biến dạng dẻo có thực
hiện bằng trượt,đổi tính hoặc chuyển maxtenxit và khuyến tán . Cơ chế của quá trình
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Cơ sơ lý thuyết Trang 17
trượt :
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Khi trượt tất cả các nguyên tử ở trên mặt trượt đều dịch chuyển đi đồng thờ i,
nghĩa là ở mỗi thời điểm các nguyên tử đều dịch chuyển đi những đoạn bằng nhau.
Cách trượt như vậy gọi là trượt cứng. Theo cách trượt này ứng suất tiếp tác dụng phải
rất lớn để khắc phục được cùng một lúc tất cả các mối liên kết giữa các nguyên tử ở
hai bên mặt trượt.Nhưng trong thực tế ứng suất gây ra trượt của kim loại lại rất thấp.
Hình 2.3 Sự trượt trong kim loại
Do đó cơ chế trượt cứng ở trên không giải thích được tính dễ trượt của kim loại.
Nếu như trong mạng tinh thể luôn luôn có lệch thì chúng luôn luôn là nơi xuất
phát của các quá trình trượt, sự trượt tác động đến các nguyên tử ở trên mặt trượt một
cách nối tiếp như chạy tiếp sức. Cho nên ở mỗi thời điểm chỉ có một số lượng hạn chế
các nguyên tử tham gia quá trinh trượt. Do đó ứng suất gây ra trượt chỉ cần thấp.
Hình trên trình bày quá trình trượt trong mạng tinh thể có lệch thẳng
(lệch biên). Sự có mặt của bán mặt AB ở trong mạng tinh thể gây ra ở vùng xung
quanh nó sự xô lệch đàn hồi đối xứng. Do đó ứng suất (nén hay kéo) ở hai bên nó cũng
mang tính chất đối xứng nên chúng sẽ cân bằng lẫn nhau.
Theo sự trình bày cơ chế trượt có lệch như vậy thì ở mỗi thời điểm chỉ có một
số lượng hạn chế các nguyên tử ở xung quanh bán mặt AB tham gia trượt và có thể
hình dung sự chuyển dịch của bán mặt lần lượt qua từng vị trí như là cuộc chạy tiếp
sức.
2.1.3.Biến dạng dẻo trong đa tinh thể
Đa tinh thể là tập hợp của nhiều hạt có phương mạng định hướng một
cách ngẩu nhiên. Vùng ranh giới giữa các hạt có cấu tạo, tính chất khác vùng trung
tâm. Đây là những yếu tố cần phải tính đến khi nghiên cứu biến dạng của đa tinh thể.
Trong thực tế quá trình biến dạng dẻo thường xảy ra trong đa tinh thể kim loại. Quá
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Cơ sơ lý thuyết Trang 18
trình biến dạng dẻo của đa tinh thể chịu ảnh hưởng rõ rệt bởi cấu trúc của đa tinh thể.
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Đó là tập hợp của các hạt có phương mạng định hướng một cách ngẩu nhiên và
vùng biên giới hạt có sắp xếp không trật tự khác với bản thân hạt. Chính vì vậy quá
trình biến dạng dẻo đa tinh thể có các đặt điểm sau :
nào có phương mạng định hướng thuận lợi cho trượt sẽ bị biến dạng dẻo trước với
ứng suất tương đối bé. Ngược lại hạt nào có phương mạng định hướng không
lợi cho trượt thì sẽ bị biến dạng dẻo sau với ứng suất lớn hơn.
bị chúng cản trở. Do vậy các hạt trong đa tinh thể có thể bị trượt ngay theo nhiều hệ
trượt khác nhau. Và xảy ra đồng thời sự quay của các mặt và phương trượt.
đây. Vì không hình thành được các mặt và phương trượt.
Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tính chất :
ứng suất dư tế vi và ứng suất dư thô.
biến dạng và được cân bẳng trong phạm vi từng phần nhỏ của hạt hay trong từng hạt.
Ứng suất dư thô tồn tại ở trong cả thể tích kim loại sinh ra do biến dạng không
đồng đều trên tòan tiết diện mẫu.
biến dạng dẻo là sự biến đổi mạnh cơ tính của kim loại theo chiều hướng tăng bền
hay còn được gọi là hóa bền, làm tăng giới hạn bền, giới hạn chảy, giới hạn đàn hồi,
độ cứng.
lệch mạng, làm nhỏ hạt, các yếu tố này làm giảm tính dẫn điện.
2.1.4.Những định luật cơ bản khi gia công kim loại bằng áp lực
2.1.4.1.Định luật biến dạng đàn hồi tồn tại khi biến dạng dẻo
Biến dạng dẻo kim loại, đồng thời với biến dạng dẻo có xảy ra biến dạng đàn
hồi. Quan hệ giữa lực và biến dạng khi biến dạng đàn hồi tuân theo qui luật Huc.
Do đó kích thước chi tiết sau khi gia công khác với kỹ thuật của chi tiết đang
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Cơ sơ lý thuyết Trang 19
gia công.
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
2.1.4.2.Định luật ứng suất dư
Trong bất cứ một kim loại biến dạng nào cũng được sinh ra một ứng suất dư
cân bằng nhau.
Ứng suất dư này tồn tại bên trong vật thể đau khi biến dạng làm giảm tính dẻo,
độ bền và độ dai va chạm làm cho vật thể biến dạng hoặc phá hủy. Khi phân tích ứng
suất chính cần tính đến ứng suất dư và khắc phục hậu qủa do nó sinh ra.
2.1.4.3.Định luật thể tích không đổi:
Thê tích của vật thể trươc và sau khi cán không biến dạng.
Định luật này có ý nghĩa thực tiễn nó cho biết chiều dài sau khi biến dạng dưới
tác dụng của ngoại lực.
2.1.4.4.Định luật trở lực bé nhất
Trong quá trình biến dạng các chất điểm của vật thể sẽ di chuyển theo phương
nào có trở lực bé nhất.
Đường đi của chất điểm xác định theo nguyên tắc : hướng di chuyển của một
điểm bất kỳ nào trên mặt phẳng thẳng góc vơi phương của lực tác dụng sẽ theo
hướng thẳng góc với chu vi mặt phẳng ấy.
2.1.4.5.Định luật đồng dạng
Trong điều kiện biến dạng đồng dạng,hai vật thể có hình dạng hình học đồng
dạng nhau.
2.2.Ren
2.2.1.Định nghĩa ren
Ren được tạo thành trên cơ sở đường xoắn ốc trụ ( hoặc côn ). Cho một hình
phẳng quét theo đường xoắn ốc và luôn năm trong mặt phẳng qua trụ OO (), hình
phẳng sẽ quét thành mối ren. Hình phẳng có thể là tam giác, hình vuông, hình thang,
hình bán nguyệt… sẽ tạo nên ren tam giác, ren vuông, ren hình thang, ren bán nguyệt
(thường gọi là ren tròn)…
2.2.2.Thông số hình học của Ren
d - đường kính ngoài của ren, là đường kính hình trụ bao đỉnh ren ngoài, đường
kính này là đường kính danh nghĩa của ren. Đối với đai ốc, đường kính ngoài là D
d1 – đường kính trong của ren, là đường kính hình trụ bao đỉnh ren trong. Đối
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Cơ sơ lý thuyết Trang 20
với đai ốc là D1
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Hình 2.4 Thông số hình học của ren
d2 – đường kính trung bình, là đương kính hình trụ phân đôi tiết diện ren, trên
đó chiều rộng ren bằng chiều rộng rãnh. Đối với các ren tam giác có đường kính trong
và đường kinh ngoài cách đều đỉnh tam giác của ren và rãnh ren
h – chiều cao tiết diện làm việc của ren
p – bước ren, là khoảng cách giữa hai mặt song song của hai ren trên kề nhau,
đo theo phương dọc của bulong hay vít.
pz – đối với ren 1 đầu mối thì pz = p, đối với ren có z đầu mối thì pz = z.p
– góc tiết diện ren (góc ở đỉnh)
– góc nâng ren, là góc hợp bởi tiếp tuyến của đường xoắn ốc (trên hình trụ
trung bình) với mặt phẳng vuông góc với trục ren.
2.2.3.Phân loại ren
Phân loại theo công dụng và hình dạng tiết diện có thể phân loại như sau :
2.2.3.1.Ren ghép chặt
dùng để ghép chặt các chi tiết máy lại với nhau. Ren ghép chặt gồm các loại
ren: ren hệ mét, ren tròn, ren ống, ren vít gỗ.
2.2.3.2.Ren ghép chặt kín
ngoài chức năng ghép chặt các chi tiết còn dùng để giữ không cho chất lỏng
chảy qua, ren có dạng tam giác nhưng không có khe hở hướng tâm và đỉnh được bo
tròn.
2.2.3.3.Ren của cơ cấu vít
Dùng để truyền chuyển động hoặc để điều chỉnh. Ren của cơ cấu vít có các
loại: ren vuông, ren hình thang cân, ren hình răng cưa…
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Cơ sơ lý thuyết Trang 21
2.2.3.4.Ren hệ mét
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Ren hệ mét có tiết diện là tam giác đều, góc ở đỉnh α= 600. để dễ gia công cũng
như để giảm bớt tập trung ứng suất ở chân ren và dập xước đỉnh ren, đỉnh ren và chân
được hớt bằng hoặc tạo góc lượn và bo tròn, bán kính bo tròn chân ren r= h/6= 0,144p.
Ren hệ mét chia làm 2 loại: ren hệ mét bước lớn và ren hệ mét bước nhỏ, các
kích thước đã được tiêu chuẩn hóa. Kí hiệu của ren hệ mét bước lớn là M, tiếp sau trị
số đường kính vòng ngoài d ( ví dụ M14) còn đối với ren bước nhỏ, thì ta thêm bước
ren p (ví dụ ren bước nhỏ hệ mét, đường kính 14mm, bước ren 0.75-M14x0.75). Đối
với bước ren nhỏ vì giảm bước ren nên chiều sâu rãnh ren và góc nâng của ren cũng
giảm bớt, do đó khi cùng đường kính ngoài, đường kính trong d1 của ren bước nhỏ lớn
hơn so với đường kính trong của bước ren lớn , do đó độ bền của thân bulồng cũng
tăng lên. Góc nâng γ giảm làm tăng khả năng tự hãm của ren.
2.2.3.5.Ren hệ Anh
Có tiết diện hình tam giác cân , góc ở đỉnh α= 550 đường kính được đo bằng hệ
đơn vị Anh (1inch= 25,4mm), bước ren được đặc trưng bởi số ren trên chiều dài 1
inch.
2.2.3.6.Ren ống
Dùng để ghép kín các ống, ren ống là ren hệ Anh có bước nhỏ, có biên dạng
được bo tròn và không có khe hở theo đỉnh và đáy để tăng độ kín khít. Kích thước chủ
yếu của ren này là dường kính trong của ống.
2.2.3.7.Ren tròn
Dùng chủ yếu trong các bulông, vít chịu tải trọng va đập lớn hoặc trong các chi
tiết máy có vỏ mỏng, hoăc trong các vật phẩm đúc bằng gang hoặc chất dẻo. biên dạng
ren tròn là các cung tròn được nối với nhau bằng các đoạn thẳng ngắn, góc ở đỉnh 300,
do bán kính cung tròn lớn nên có sự tập trung ứng suất.
2.2.3.8.Ren vuông
Tiết diện là hình vuông, α=0, nên hiệu suất cao. Trước đây loại ren này được
dùng trong các cơ cấu vít, nhưng hiện nay ít dùng và được thay thế bằng ren hình
thang vì khó chế tạo, độ bền không cao, khó khắc phục khe hở dọc trục sinh ra do
mòn.
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Cơ sơ lý thuyết Trang 22
2.2.3.9.Ren hình thang cân
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Ren này có hiệu suất cao hơn ren tam giác, thuận tiện chế tạo và có độ bền cao
hơn ren vuông. Ren hình thang cân có góc ở đỉnh α=300, chiều cao làm việc h=0,5p
khe hở hướng tâm 0,15÷1mm phụ thuộc vào đường kính ren. Ren hình thang cân tiêu
chuẩn hóa có đường kính d1 =8÷640mm, có thể sử dụng với ren bước lớn, trung bình
và nhỏ. Ren hình thang cân được dùng truyền động chịu tải theo hai chiều.
2.2.3.10.Ren đỡ
Dùng trong truyền động chịu tải một chiều (trong kích vít, máy ép…). Để tăng
hiệu suất và dễ chế tạo thì mặt chịu lực có góc nghiêng nhỏ (khoảng 30). Góc lượng
chân ren của vít được tăng lên để giảm sự tập trung ứng suất. chiều cao làm việch=
0,75p . Ren đỡ tăng bền có góc nghiêng mặt không làm việc 450 làm giảm sự tập trung
ứng suất và độ bề mỏi tăng lên 1,5 lần.
2.2.3.11.Ren côn
Đảm bảo độ không thẩm thấu và không cần dùng thêm vòng đệm kín. Chúng
được sử dụng để nối các đường ống, nút vít, nút tháo dầu… độ không thẩm thấu đạt
được băng cách ép sát các biên dạng theo đỉnh. Xiết ren côn có thể bù trừ độ mòn và
tạo độ dôi cần thiết. theo độ côn ta phân biệt ren côn có 3 dạng với độ côn 1÷16:
2.2.3.12.Ren vít bắt gỗ
Ren vít bắt gỗ có tiết diện tam giác, chiều rộng rãnh lớn hơn nhiều so với chiều
dày ren, để đảm bảo độ bền đều của ren vít thép và ren của vật liệu bắt vít.
2.2.3.13.Ren vít vặn các chi tiết có độ bền thấp
Có biên dạng tam giác, chiều dày ren theo đường kín trung bình nhỏ hơn nữa
bước ren một cách đáng kể để đảm bảo độ bền với chi tiết mà nó vặn vào.
Cấp chính xác đường kính ren có khe hở : vít có cấp chính xác 3÷9 và đai ốc
4÷8. tương ứng với miền dung sai đối với vít ( bulông) h,g,f,e,d và đối với đai ốc
H,G,F,E.
Khi cán ren cần phải khảo sát về biến dạng dẻo, các nhân tố ảnh hưởng đến quá
trình biến dạng dẻo cũng như các thay đổi về cấu trúc, tổ chức, cơ tính và tính chất của
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Cơ sơ lý thuyết Trang 23
kim loại do biến dạng dẻo sinh ra.
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
3.1.Sơ đồ khối tiền trình gia công
Chọn phôi
Gia công biên dạng chi tiết
Cán ren
Kiểm tra
Sản phẩm cán
Hình 3.1 So đồ khối tiền trình gia công
Các chi tiết ren tiêu chuẩn hệ mét
Sản phẩm có thể cán một hoặc nhiều lần để đạt sản phẩm theo yêu cầu kỹ thuật.
Số lần cán tùy thuộc vào bước ren, loại ren và vật liệu của chi tiết cán. Độ cứng tối đa
của phôi cán phụ thuộc vào vật liệu làm con lăn cán ren.
3.2.Quy cách của sản phẩm chung
Sản phầm là các chi tiết máy có ren tiêu chuẩn hệ mét, ren kẹp chặt, ren vis gỗ,
ren ống. Ren kẹp chặt có đường kính từ 2 đến 100mm, bước ren từ 0,5 đến 6mm,
chính xác nâng cao hay chính xác bình thường. Ren có một hoặc nhiều đầu mối ( tối
đa 35 đầu mối ).
Tùy thuộc vào vật liệu làm con lăn cán, vật liệu được cán có thể đến đô cứng
370 – 400 HB. Các mác thép tiêu chuẩn thường sử dụng ở Việt Nam được sử dụng để
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Lựa chọn phương án cán ren Trang 24
làm chi tiết ren như CT3, CT10, C20, C30, C35, C45…
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
3.3.Sản phẩm của luận văn.
Các chi tiết có ren tiêu chuẩn bước ren lớn nhất 2mm. Đường kính và bước ren
hệ mét tham khảo Bảng 17.2 [1]. Đường kính ngoài có thể lên đến 56mm.
Ren cán là loại 1 đầu mối.
Vật liệu là thép với giới hạn bền < 400 Mpa.
Độ nhẵn bề mặt tương ứng cấp 7 – 8.
Máy có khả năng hoạt động ở nhiều tốc độ khác nhau, tốc độ độ cán từ 12 đến
25m/ph, ren cỡ lớn trạng thái nóng có thể tặng đến 50m/ph.
Máy bán tự động, có khả năng hoàn toàn tự động khi kết hợp với hệ thống cấp
phôi hợp lý.
3.4.Lựa chọn phương án cán ren
Phương pháp khác nhau dựa trên hình dáng và kết cấu của dụng cụ cán
Hình 3.2 Nguyên lý cán ren bằng bàn cán
3.4.1.Phương án 1 : Cán ren bằng bàn ren
Nguyên lý làm việc này là tạo ren trên chi tiết trụ nhờ chuyển động tịnh tiến và
áp lực của bàn ren tác dụng vào ren chi tiết cần tạo ren.
Ưu điểm : Khả năng tự động cao, sản phẩm được hình thành trong thời gian
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Lựa chọn phương án cán ren Trang 25
ngắn.
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Nhược điểm : Đối tượng sản phẩm không nhiều, thường cho các chi tiết ren
ngắn, máy khá cồng kềnh làm việc ồn. Khả năng hỏng hóc, kẹt gây sự cố cao hơn các
phương pháp khác.
3.4.2.Phương án 2 : Cán ren bằng đầu cán.
Nguyên lý làm việc của phương pháp này là đầu cán ren được quay quanh trục,
có khoảng cách với cách mảnh dải quạt cố định không đổi. Chi tiết được lăn và hình
thành ren giữa đầu cán và dải quạt nhờ chuyển động quay của đầu cán. Trục quay có
thể là máy tiện ren vis thông thường, máy khoan, máy tiện tự động.
Hình 3.3 Nguyên lý cán ren bằng đầu cán
Ưu điểm : Dễ dàng lắp với các máy công cụ thông thường. Chi tiết tạo ren được
hình thành nhanh chóng.
Nhược điểm : Phạm vi chi tiết hạn chế ( ren kẹp chặt đường kính tối đa 10mm.
Dễ hỏng hóc, kẹt gây nguy hiểm cho người sủ dụng.
Hình 3.4 Nguyên lý cán ren bằng 2 con lăn
3.4.3.Phương án 3 : Cán ren bằng bộ 2 con lăn
Nguyên lý làm việc : chi tiết tạo ren được lăn giữa 2 con lăn quay cùng chiều.
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Lựa chọn phương án cán ren Trang 26
Chi tiết và con lăn có tâm thẳng hàng hoặc chéo nhau. Con lăn chuyển động theo chiều
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
hướng kính hoặc phôi chuyển động hướng trục tạo hình vào bề mặt chi tiết tạo ra biến
dạng hình thành ren cho chi tiết cần tạo ren.
Ưu điểm : Có thể cán ren đường kính lớn ( tùy thuộc máy và vật liệu làm con
lăn cán). Ren có chiều dài bất kì. Khả năng làm việc ổn định, an toàn.
Nhược điểm : Thường là các máy bán tự động. Giá thành khá cao để chế tạo
con lăn. Dễ hình thành sai số hình học trên chi tiết.
Hình 3.5 Nguyên lý cán ren bằng bộ 3 con lăn
3.4.4.Phương án 4 : Cán ren bằng bộ 3 con lăn
Nguyên lý : Bộ quả cán gồm 3 con lăn quay cùng chiều với nhau bố trí như sơ
đồ. Khi làm việc, phôi đươc giữa 3 con lăn, các con lăn quay và cùng tịnh tiến về tâm
máy tạo áp lực gây biến dạng bề mặt chi tiết hình thành ren.
Ưu điểm : máy đạt độ chính xác cao. Áp lực được phân bố đồng đều trên chi
tiết ít gây sai số hình học.
Nhược điểm : máy phức tạp, yêu cầu về chuyển động cao. Giá thành cao.
Dựa vào ưu nhược điểm, em chọn phương án 3 “cán ren bằng bộ cán 2 con
lăn” để thiết kế. Trong bộ 2 con lăn, lựa chọn loại con lăn gồm các phương
án sau
3.4.5.Lựa chọn loại con lăn
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Lựa chọn phương án cán ren Trang 27
3.4.5.1.Phương án 3.1 : Con lăn với góc nâng ren
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Hình 3.6 Con lăn góc nâng ren
Con lăn với góc nâng ren có trục song song với trục phôi. Con lăn quay và tịnh
tiến theo phương hướng kính lăn ép vào chi tiết tạo ren cần gia công. Ưu điểm : máy
thiết kế đơn giản, khả năng chính xác cao. Nhược điểm : mỗi góc nâng, ren hướng
phải hoặc hướng trái và đường kính phôi tạo ren tương ứng với một cặp con lăn. Lăn
ép ren trên toàn bộ chiều dài chi tiết cần gia công.
3.4.5.2.Phương án 3.2 : Con lăn hớt vòng
Con lăn với các rãnh lăn ép song song nhau. Góc nâng ren được tạo thành do
điều chỉnh độ nghiêng của trục gắn con lăn. Ưu điểm của con lăn này là cán được
nhiều đường kính khác nhau, ren nghiêng trái hoặc nghiêng phải với cùng một cặp con
lăn. Lực cán nhỏ, phôi cán có chiều dài giới hạn hoặc vô tận. Nhược điểm của bánh
Hình 3.7 Con lăn hớt vòng
cán này là dễ gây sai số hình dáng ren, góc nâng ren nhỏ khó điều chỉnh chính xác.
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Lựa chọn phương án cán ren Trang 28
3.4.5.3.Phương án 3.3 : Con lăn có góc nâng vát cạnh
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Hình 3.8 Con lăn góc nâng vát cạnh
Tương tự như con lăn có góc nâng, loại con lăn này được vát 1 bên để tạo điều
kiện dễ dàng cho sự tiến vào của phôi. Hai con lăn có khoảng cách trục cố định, phôi
tiến theo chiều hướng trục vào bánh cán. Bánh cán được vắt để phôi tiến vào dễ dàng.
Ưu nhược điểm tương tự như con lăn góc nâng ren, phôi có thể tiến liên tục với chiều
dài giới hạn hoặc vô tận.
3.4.6.Tổng kết phương án lựa chọn phương pháp cán ren
Dựa vào ưu nhược điểm, tính da dạng trong sản phẩm cán ren của từng loại, em
quyết định chọn phương án 3.3, bộ 2 con lăn hớt vòng làm đề tài thiết kế.
Từ nhà sản xuất HI-FILE TOOLS, catalog Thread Rolling Dies
Chọn cặp con lăn model TSUGAMI T15
Đường kính ngoài Dc = 180mm
Bề rộng then bc = 12mm
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Lựa chọn phương án cán ren Trang 29
Đường kính lỗ trục dc = 54mm
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Hình 4.1 Sự khác biệt về mối ren giữa con lăn thường và con lăn hớt vòng
4.1.Phân biệt giữa con lăn thường và con lăn hớt vòng
Con lăn thường và con lăn hớt vòng đều thực hiện phương pháp cán bằng cách
cho phôi chạy hướng trục. Tại vị trí cán đạt kích thước, tâm của phôi và 2 con lăn
thẳng hàng nhau. Phôi được nâng lên đạt độ cao làm việc nhờ một phiến thép có chiều
rộng và chiều cao phụ thuộc vào bước ren và đường kính phôi cần tạo ren được gọi là
phiến nâng ren. Một số nhà sản xuất thiết kế những tấm nâng có con lăn trên đỉnh, trên
con lăn có những rãnh nhằm hạn chế tối đa sai lệch do việc tăng đường kính ngoài khi
Hình 4.2 Phiến nâng phôi
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
cán ren sử dụng con lăn hớt vòng Trang 30
hình thành ren.
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Điểm khác biệt trên con lăn thường và con lăn hớt vòng là kết cấu hình học của
các đường mối ren trên con lăn. Con lăn thường có mối ren đi theo hình xoắn ốc, con
lăn hớt vòng có đường mối ren hình khuyên, song song đồng trục với nhau.
Nguyên tắc tạo ren đối với con lăn thường là ứng với mỗi đường kính, bước
ren, chiều ren khác nhau cần tạo, sẽ có các cặp con lăn khác nhau nguyên nhân là do
Hình 4.3 Trục phôi và trục con lăn hớt vòng, con lăn thường
ứng với mỗi đường kính và bước ren khác nhau, góc nâng ren sẽ khác nhau.
Điều này tạo ra ưu điểm cho con lăn hớt vòng, với kết cấu máy phức tạp hơn
nhưng điều chỉnh được góc nâng ren, theo đó có thể điều chỉnh ren trái hoặc ren phải,
trên lý thuyết, con lăn hớt vòng còn có thể cán được những đường kính khác nhau
trong giới hạn sai lệch cho phép.
Vì 3 trục chéo nhau nên việc hình thành ren được thực hiện chậm từng đoạn
theo chiều dọc trục của phôi, phôi đạt kích thước tại điểm giao nhau giữa 3 trục cán
trên mặt chiếu bên, lực cán ren của con lăn hớt vòng nhỏ hơn phương pháp cán với
con lăn thường. Tuy nhiên ren cán bằng con lăn hớt vòng dễ hình thành sai số hình
dang do diều chỉnh máy.
4.2. Thông số hình học cơ bản của con lăn hớt vòng
4.2.1.Biên dạng mối ren
Trên ren tiêu chuẩn hệ mét, có bước ren P, đường kính ngoài d dễ dàng tìm
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
cán ren sử dụng con lăn hớt vòng Trang 31
được góc nâng ren γ, ta có thể thể hiện đường đỉnh ren trên măt phẳng :
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Hình 4.4 Sơ đồ góc nâng ren
Con lăn hớt vòng với những mối ren song song nhau. Từ sơ đồ trên ta dễ dàng
nhận thấy P’ khoảng cách giữa các đỉnh ren cũng chính là khoảng cách của các mối
ren trên con lăn hớt vòng.
P’ = dπsin(γ) = Pcos(γ)
Hình 4.5 Biên dạng ren tiêu chuẩn
Với biên dạng ren tiêu chuẩn.
Theo các định luật biến dạng và hình dáng hình học của ren tao thành, các mối
Bảng 4.1 Thông số hình học cơ bản của con lăn hớt vòng
ren trên bánh cán có biên dạng với các thông số cơ bản như sau : [Tài liệu 1985]
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
cán ren sử dụng con lăn hớt vòng Trang 32
Tên đại lượng Ký hiệu Công thức xác định
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Chiều cao đầu ren h1 h1
Dung sai mòn của đầu ren h1 h1 = -0,04P
Chiều cao của chân ren h2
Dung sai chiều cao chân ren h2 h2 = -0,025P
Bán kính góc lượn ở đỉnh R = 0,07P R
Dung sai bán kính lượn ở định
Bước ren hớt vòng đã hiệu chỉnh
Góc profin ren đã hiệu chỉnh
4.2.2.Đường kính và bề rộng con lăn hớt vòng
Cũng giống như các loại con lăn khác, đường kính con lăn ảnh hưởng đến công
suất và phạm vị làm việc của con lăn đối với phôi. Với máy được thiết kế sử dụng 2
con lăn hớt vòng, được bố trí 2 bên của phôi đường kính d theo như sơ đồ nguyên lý
Hình 4.6 Xác định vị trí 2 con lăn
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
cán ren sử dụng con lăn hớt vòng Trang 33
cán.
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Qua sơ đồ ta thấy, 2 trục cán được bố trí tại vị trí cách nhau 180 độ và bắt buộc
phải phải cách nhau theo chiều doc trục một khoảng bằng ½ khoảng cách giữa các mối
ren P’.
Trong sản xuất hàng loạt, để khắc phục điều này mà không tạo thêm sự phức
tạp của máy cán cũng như thay thế con lăn của người sử dụng. Nhà sản xuất chế tạo
con lăn với bề rộng lẻ nửa khoảng cách mối ren P’, cụ thể theo công thức :
B = P’(k+0.5)
Với k thuộc N và do nhà sản xuất quyết định.
Việc còn lại của người sử dụng là lắp vào trục cán của máy và sử dụng. Đó
cũng có thể là lý do người ta không sản xuất máy cán ren sử dụng 3 con lăn hớt vòng.
4.2.3.Phần dẫn, đạt chiều sâu và hiệu chuẩn
Ứng với mỗi loại bước ren trên đường kính khác nhau, trên bề rộng bánh cán có
phần dẫn, phần hiệu chuẩn và điểm đạt chiều sâu.
Phần dẫn là phần ren cán hình thành đồng thời dẫn phôi đi vào vùng cán sâu
hơn để đạt kích thước. Điểm đạt chiều sau ren là giao điểm giữa 3 trục theo hướng
nhìn vuông góc với 3 trục này, tại đó ren đạt chiều cao như cài đặt. Phần hiệu chuẩn là
sau của điểm đạt kích thước đến khi phôi ra khỏi vùng ăn với con lăn.
Theo đó, phần ren trong vùng dẫn l1 sẽ chưa được hình thành dầy đủ, chưa đủ
chiều sâu và bề rộng. Phần hiệu chuẩn này ảnh hưởng đến chiều dài ngắn nhất của ren
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
cán ren sử dụng con lăn hớt vòng Trang 34
có thể dùng phương pháp cán này.
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Hình 4.7 Vùng làm việc của con lăn
4.3.Quá trình tạo ren trên phôi đường kính khác nhau
4.3.1.Với phôi chuẩn
Theo công thức tính P’ ở trên, ứng với mỗi góc nâng ren tính toán ta có được P’
khác theo đó. Việc sử dụng con lăn với bước P’ đúng theo góc nâng cần thiết để tạo
phôi được gọi là phôi chuẩn.
Theo đó, ren được hình thành bằng cách đẩy đều kim loại về 2 bên của mối ren.
Điều này khá quan trọng vì nó sẽ tạo ra cặp lực trực đối triệt tiêu lẫn nhau cả 2 bên.
Hình 4.8 Hình thành ren trên phôi chuẩn
Không sinh ra ứng xuất trên mối ren. Ren cán được hình thành 1 cách thuận lợi.
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
cán ren sử dụng con lăn hớt vòng Trang 35
4.3.2.Với phôi không chuẩn
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, phôi được điều chỉnh góc nâng không đúng
như yêu cầu. Trong phạm vi sai lệch nhỏ về góc, ren vẫn được hình thành theo sơ đồ
Hình 4.9 Hình thành ren trên phôi không chuẩn
như bên dưới :
Khác với phôi chuẩn, các mối ren được tạo thành từ mối ren của con lăn đối
diện xuất hiện tại mối ren của con lăn nhưng không thẳng trục. Kết quả là mối ren có
xu hướng ép lệch về 1 bên, điều này tạo ra sự chênh lệch ứng suất có thể dẫn đến hỏng
mối ren, gây tiếng ồn khi gia công đồng thời có thể tách một phần phoi nhỏ ra khỏi chi
tiết.
Ứng suất sẽ lớn hơn khi đầu chi tiết được đặt gần với điểm đạt kích thước. Phần
hiệu chuẩn l2 sẽ không hiệu chuẩn được chân ren. Điều này gián tiếp sinh ra biên dạng
ren đường cong mà không còn là đường thẳng.
Trong giới hạn sai số hình học cho phép, phương pháp này cho ưu điểm về khả
năng của một cặp con lăn hớt vòng so với con lăn thường.
4.4.Phôi – đường kính trước khi gia công
Tùy vào cơ tính vật liệu của phôi, lớp phủ mạ bên ngoài, biên dạng ren cán cần
thực hiện mà phôi có đường kính ban đầu khác nhau. Phôi cán ren bằng con lăn hớt
vòng được tính toánh giống như phôi với con lăn thường. Cụ thể với ren tiêu chuẩn hệ
Mét ta có đường kính phôi được xác định bàng các công thức sau 1985/50 :
√ √
Đối với ren cán tiến hành mã bọc sau khi cán thì đường kính phôi
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
cán ren sử dụng con lăn hớt vòng Trang 36
√
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Df – đường kính phôi trước khi cán ren, mm;
Dn - đường kính ngoài của ren cán, mm;
Dt – đường kính trong của ren cán, mm;
Dtbmax – đường kính trung bình lớn nhất của ren cán, mm;
A = 0,01mm – đối với théo đã qua nhiệt luyện;
A = 0,05mm – đối với théo đã qua ủ;
– góc profin của ren
T – chiều dày lớp phủ bọc, mm (khi mạ crôm t ~ 0,025mm, khi mạ kẽm t ~
0,013mm);
P – bước ren, mm;
Đường kính phôi theo công thức trên cần được kiểm tra lại và hiệu chỉnh theo
kết quả cán thử trên các mẫu tương ứng. Dung sai đường kính phôi lấy bằng ½ dung
sai đường kính trung bình của ren gia công, tương ứng với cấp 5 TCVN bảng dung sai
Bảng 4.2 Dung sai kích thước đường kính phôi
đường kính phôi trước khi cán ren.
Khoảng các đường Dung sai đường kính Dung sai đường kính phôi cấp chỉnh xác
kính, mm ren, độ chính xác cấp 2 TCVN
4 5 6
3 – 6 0,07 – 0,1 0,025 0,048 0,08
6 – 10 0,1 – 0,12 0,03 0,058 0,1
10 – 18 0,12 – 0,16 0,035 0,07 0,12
18 – 30 0,16 – 0,19 0,045 0,084 0,14
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
cán ren sử dụng con lăn hớt vòng Trang 37
4.5.Phiến nâng phôi
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Hình 4.10 Tính toán chiều cao phiến nâng phôi
Phiến nâng có tác dụng nâng tâm phôi lên vị trí làm việc. Với mỗi đường kính
và bước ren cần tạo khác nhau, ứng với 1 chiều cao phiến nâng. Phiên nâng có kết cấu
đơn giản, có thể gia công dễ dàng. Chiều cao phiến nâng được xác định bằng công
thức :
Y = A – B – X
Với A là chiều cao từ mặt đáy đế phiến nâng đến chiều cao làm việc
B – chiều cao đế phiến nâng
X = d/2 – 0,2
Ngoài ra, người ta còn chế tạo những cơ cấu nâng phôi định vị tâm với độ chính
Hình 4.11 Nâng phôi định tâm theo đường kính ngoài
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
cán ren sử dụng con lăn hớt vòng Trang 38
xác và ứng dụng tự động cao.
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Hình 4.12 Nâng phôi định tâm theo lỗ chống tâm
Hình 4.13 Hệ thống nâng và cấp phôi tự động bằng thủy lực
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
cán ren sử dụng con lăn hớt vòng Trang 39
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
5.1.Lựa chọn phương án truyền động
Gồm 2 phương án truyền động chính là từ bộ ba bánh rang ăn khớp hoặc 2 hộp
giảm tốc trục vít bánh vít. Động cơ đi qua hộp số 4 cấp tạo ra dải tốc độ khác nhau cho
trục cán, đáp ứng nhiều nhu cầu về sản xuất. Phương án truyền động được trình bày
như bên dưới :
Hình 5.1 Sơ đồ máy cán ren - Phương án 1
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống truyền động Trang 40
5.1.1.Phương án 1 : Truyền động 3 bánh răng
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Hình 5.2 Sơ đồ máy cán ren – Phương án 2
5.1.2.Phương án 2 : Truyền động 2 hộp giảm tốc trục vít bánh vít
Phương án 2 cho ra ưu điểm tối ưu về việc chống quá tải, hộp số 4 cấp với tỉ số truyền
là 0,5 0,8 1,2 1,7 cho ra một dãy tốc độ đáp ứng nhiều chế độ làm việc khác nhau của
máy cán từ 12 đến 50m/ph (Trang 48 [6]). Tối ưu về giá, làm chủ được tỉ số truyền ở
các hộp giảm tốc trục vít. Tuy năng suất không cao bằng phương án 1, tuy nhiên
phương pháp 2 có thể cán ra phôi chiều dài vô cùng mà không bị giới hạn vướng bộ
truyền như phương án 1
Em chọn phương án 2 là phương án bố trí cho máy của mình.
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống truyền động Trang 41
5.2.Thông số thiết kế ban đầu
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Hình 5.3 Sơ đồ bố trí hệ thống truyền động
Theo trang 48[6], tốc độ cán thường được chọn từ 12m/ph đến 25m/ph tùy theo
vật liệu gia công. Ren ở trạng thái nóng (nhà máy sản xuất bu lông) có thể tăng đến
50m/ph để đáp ứng nhu cầu tự động.
Tốc độ cán ren thiết kế : v = 12m/ph đến 50m/ph
Theo trang 45[6], Với bước ren lớn nhất pmax = 2mm, thép có giới hạn bền
.
Lực cán : P = 3500 Kg
Lực hướng kính do khi cán : Trang 439 [4]
Ft = P.0,12 = 420 Kg
5.3.Phân phối tỉ số truyền
Tốc độ vòng quay cần thiết ( cán bằng 2 con lăn )
Chọn động cơ có tốc độ vòng quay tương đương sấp xỉ :
ndc = 1450 v/ph
Tỉ số truyền chung cả hệ thống
i = ndc / nct = 145 ÷ 32,95
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống truyền động Trang 42
Qua lựa chọn sơ bộ, ta phân phối tỉ số truyền như sau
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Tỉ số truyền qua đai đầu tiên : id1 = 2,4
Tỉ số truyền qua hộ số 4 cấp : ihs1 = 0,5 ; ihs2 = 0,8 ; ihs3 = 1,2 ; ihs4 = 1,7
Tỉ số truyền qua đai thứ hai : id2 = 1.75
Tỉ số truyền qua hộp giảm tốc trục vis bánh vis : iv1 = iv2 = 16
Tỉ số truyền chung sau lựa chọn
i = 2,4.(0,5 ; 0,8 ; 1,2 ; 1,7). 1,75.16 = (39,2 ; 62,72 ; 94,08 ; 133,28 )
Tốc độ đầu ra ứng với 4 cấp hộp số
nct = (36,99 ; 23,12 ; 15,41 ; 10,88) (v/ph)
Công suất cần thiết lớn nhất trên trục cán
Hiệu suất bộ truyền
Ổ lăn : 0.99
Đai : 0.95
Khớp các đăng, khớp nối : 0.99
Hộp số : 0.9
Trục vis bánh vis : 0,9
Hiệu suất tổng của bộ truyền
Công suất cần thiết của động cơ : Pdc = 4,15 kW
Ta chọn động cơ 132S theo catalog của nhà sản xuất EnerTech, công suất Pdc =
5,5 kW, ndc = 1455 v/ph
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống truyền động Trang 43
Từ đó ta có bảng thông số
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Bảng 5.1 Đặc tính kỹ thuật hệ thống truyền động trục 1 đến truc 3
3,35 2,09 1,40 0,98
3,56 2,22 1,48 1,05 2,24
27328,6
23366,0
49225,6
3,96 2,47 1,65 1,16 0,5 0,8 1,2 1,7 51924,4 32452,7 21635,2 15271,9 727,5
1455
1455 909,38 606,25 427,94
649,56 405,97 270,65 191,05
Bảng 5.2 Đặc tính kỹ thuật trục 3 đến truc 4
1,47 0,92 0,61 0,43
1,67 1,04 0,69 0,49 17,5
26785,0
378027,8
37,12 23,20 15,47 10,92
649,55 405,97 270,65 191,05
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống truyền động Trang 44
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Bảng 5.3 Đặc tính kỹ thuật trục 3 đến trục 6
1.47 0.92 0.61 0.43
1.68 1.05 0.70 0.49 1
1.67 1.04 0.69 0.49 17,5
24736,5
24489,1 378027,8
649,55 405,97 270,65 191,05
649,55 405,97 270,65 191,05
37,12 23,20 15,47 10,92
Quang bảng thông số, ta cũng chọn được hộp số 4 cấp từ nhà sản xuất
HEXAGONAL, công suất tải loại 2HP ÷ 6 HP, 4 cấp tỉ số truyền lần lượt là 0,5 0,8
1,2 1,7.
5.4.Tính toán bộ truyền đai 1
Bộ truyền đai 1 là bộ truyền động từ trục động cơ đến trục vào của hộp số 4
cấp. Bộ truyền với tốc độ đầu vào ổn định và được tính toán bằng phần mềm
AutoDesk Inventor 2013. Sau đây là bảng thông số đầu vào, thông số kết quả và kiểm
nghiệm.
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống truyền động Trang 45
5.4.1.Thông số đầu vào
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Bảng 5.4 Bảng thông số thiết kế bộ truyền đai 1
Ký hiệu Giá trị Ghi chú Thông số
P, kW 4,16 Công suất
T, Nmm 23365 Momen xoắn
n, Vòng/ph 1455 Số vòng quay
2 Tỉ số truyền
c2 1,2 Hệ số phục vụ
B B Loại đai sử dụng
125 Đường kính bánh đai chủ động Dd1, mm
250 Đường kính bánh đai bị động Dd2, mm Dd2, mm
Chiều dài dây dai chọn Ld, mm Ld, mm 1370 Ld=
bảng 4.14 trang 60[2]
k1 1,2 Hệ số căng k1
Bảng 5.5 Bảng kết quả tính toán kiểm nghiệm bộ truyền đai 1
5.4.2.Kết quả tính toán, kiểm nghiệm
Thông số Ký hiệu Ghi chú
Số đai cần thiết z Tính toán bằng mục z 3
Design Number of
Belts
Vận tốc đai v, m/s v, m/s 9,52
Hiệu suất tính toán η 0,96
Hệ số trượt tính toán s 0,018
Góc ôm đai bánh dẫn β, độ 161,33
Lực tác dụng lên trục Fr, N 650,4
Lực vòng có ích Ft, N 171,85
Bề rộng bánh đai B, mm 63
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống truyền động Trang 46
Khoảng cách trục C, mm 385,4
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Hình 5.4 Kết quả tính toán bộ truyền xuất ra từ phần mềm
5.5.Tính toán bộ truyền đai 2
Tương tự tính toán như với bộ truyền đai 1, bộ truyền đai 2 tính toán trên 4 cấp
truyền của hộp số với tốc độ và công suất khác nhau. Tính toán trên công suất lớn
nhất. Kiểm nghiệm trên 4 cấp khác nhau nhằm đảm bảo vệ tốc độ truyền và hệ số
trượt.
Bảng 5.6 Thông số thiết kế bộ truyền đai 2
5.5.1.Thông số đầu vào
Thông số Ký hiệu Cấp 1 Cấp 2 Cấp 3 Cấp 4
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống truyền động Trang 47
uhs=0,5 uhs=0,8 uhs=1,2 uhs=1,7
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
P, kW 3,56 2,22 1,48 1,05 Công suất
n, Vòng/ph 1455 909,38 606,25 427,94 Số vòng quay
2,24 Tỉ số truyền u
Hệ số phục vụ c2 1,2
Loại đai sử dụng B B
Đường kính bánh đai chủ động Dd1, mm 125
Đường kính bánh đai bị động Dd2, mm 280
Chiều dài dây dai chọn Ld, mm Ld, mm 1490
k1 Hệ số căng k1 1,2
5.5.2.Kết quả tính toán kiểm nghiệm
Hình 5.5 Kết quả kiểm bền đai 2 cấp 1
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống truyền động Trang 48
Cấp 1 : iHS = 0,5; n = 1455 (v/p); P = 3,56 kW
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Cấp 2 : iHS = 0,8
n = 909,375 (v/p)
Hình 5.6 Kết quả kiểm bền đai 2 cấp 2
P = 2,22 kW
Cấp 3 : iHS = 1.2
n = 606,25 (v/p)
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống truyền động Trang 49
P = 1,48 kW
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Hình 5.7 Kết quả kiểm bền đai 2 cấp 3
Cấp 4 : iHS = 1,7
n = 427,94 (v/p)
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống truyền động Trang 50
P = 1,05 kW
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Hình 5.8 Kết quả kiểm bền đai 2 cấp 4
Bảng 5.7 Bảng tổng hợp kết quả tính toán bộ truyền đai 2
Thông số Ký hiệu Cấp 1 Cấp 2 Cấp 3 Cấp 4
uhs=0,5 uhs=0,8 uhs=1,2 uhs=1,7
Số đai cần thiết z z 3
Vận tốc đai v, m/s v, m/s 9,52 5,95 3,97 2,8
Hiệu suất tính toán η 0,96 0,94 0,89 0,772
Hệ số trượt tính toán s 0,018 0,042 0,096 0,154
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống truyền động Trang 51
Góc ôm đai bánh dẫn β, độ 167,22
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Lực tác dụng lên trục 651,6 586,01 563,79 558,01 Fr, N
171,36 160,2 156,46 155,8 Ft, N Lực vòng có ích
B, mm 63 Bề rộng bánh đai
C, mm 444,64 Khoảng cách trục
5.6.Tính toán, thiết kế bộ truyền trục vít bánh vít
Bộ truyền trục vít bánh vít được tính theo công suất lớn nhất và tính toán trên
hộp giảm tốc gắn sau bộ truyền đai. Tính toán trên phần mềm Autodesk Inventor với
các thông số đầu vào, hệ số kiểm nghiệm và kết quả tính toán kiểm nghiệm đầu ra như
sau
Bảng 5.8 Thông số thiết kế đầu vào bộ truyền trục vít bánh vít
5.6.1.Thông số đầu vào
Ký hiệu Giá trị Ghi chú Thông số
P, kW 1,67 Công suất
n, v/ph 649,55 Số vòng quay
Tỉ số truyền 17,5
Số mối ren trục vít 2 z1
Số răng bánh vít 35 z2
Hệ số đường kính lựa chọn sơ bộ q q ≥ 0,25.z2 10
dùng để tính toán tại
mục Geometry Design
Khoảng cách trục tính toán aw, mm 131,38 Thực hiện tại mục
Geometry Design
Khoảng cách trục lựa chọn aw, mm 125 Theo bảng tiêu chuẩn
9 q Lựa chọn theo khoảng Hệ số đường kính thiết kế
cách trục tiêu chuẩn
5,6 m Lựa chọn theo khoảng Modun dọc trục vít
cách trục tiêu chuẩn
Thép tôi Vật liệu trục vít
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống truyền động Trang 52
Đồng thau Vật liệu bánh vít
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
CuZn35AlFe3
Hệ số căng k1 k1 1,2
5.6.2.Kết quả tính toán kiểm nghiệm đầu ra
Hình 5.9 Thông số hình học trục vít xuất từ phần mềm
Thông số chi tiết trục vít
Hình 5.10 Thông số hình học bánh vít xuất từ phần mềm
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống truyền động Trang 53
Thông số chi tiết bánh vít
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Hình 5.11 Thông số lực tác dụng của bộ truyền trục vít bánh vít
Thông số lực tác dụng
Bảng 5.9 Kết quả thông số hình học bộ truyền
5.6.3.Bảng tổng hợp kết quả
Thông số hình học Ký hiệu Giá trị Ghi chú
Khoảng cách trục aw, mm 125
Đường kính vòng chia trục vít D, mm 50,4
Đường kính vòng đỉnh trục vít Da, mm 61,6
Đường kính vòng chân trục vít Df, mm 36,9
Độ dài trục vít L, mm 70
Đường kính vòng chia bánh vít D, mm 201,03
Đường kính vòng đỉnh bánh vít Da, mm 210,8
Đường kính vòng chân trục vít Df, mm 186,16
Bảng 5.10 Kết quả kiểm nghiệm và lực tác dụng sinh ra do bô truyền
Bề rộng bánh vít B, mm 50
Thông số kiểm nghiệm lực Ký hiệu Giá trị Ghi chú
Hệ số an toàn theo độ bền mỏi SH 1,12
Hệ số an toàn theo độ bền tiếp xúc SF 15,89
Lực hướng tâm Fr, N 1436,58
Lực tiếp tuyến trục vít Ft1, N 1002,64
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống truyền động Trang 54
Lực dọc trục trục vít Fa1, N 3761,6
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Lực tiếp tuyến bánh vít Ft2, N 3761,6
Lực dọc trục bánh vít Fa2, N 1002,64
5.7.Tính toán, thiết kế trục và then
5.7.1.Thiết kế sơ bộ các trục
Các trục cần phải thiết kế là trục 3, trục 4, trục 5, trục 6, trục cán.
√
Đường kính sơ bộ nhỏ nhất các trục được tính theo công thức 10.9[2]
[ ]
Đường kính sơ bộ nhỏ nhất trục 3, trục 5
Đường kính sơ bộ nhỏ nhất trục 4, trục 6, trục cán
5.7.1.1.Thông số thiết kế sơ bộ trục 3, trục 5
Trục 3 gồm 1 đầu gắn bánh đai bằng then bằng, đầu đối diện gắn với trục 5
thông qua khớp nối then bằng. Trên trục 3 có phần vít được gia công liền trục, đường
Hình 5.12 Thiết kế sơ bộ trục 3
kính chân df=39,6mm. Kết cấu và chiều dài trục được thế hiện như sau :
Trên trục 3 gồm 2 then bằng, đường kính ngõng trục ϕ 28mm. Một đầu lắp với
bánh đai, một đầu lắp với khớp nối đàn hồi hình sao. Trục 5 tương tự nhưng không có
phần lắp ghép với bánh đai.
5.7.1.2.Thông số thiết kế sơ bộ trục 4, trục 6
Trục 4 và trục 6 là trục của bánh vít, được gắn với bánh vít bằng then bằng, đầu
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống truyền động Trang 55
chìa ra ngoài được gắn với đĩa nối các đăng bằng then bằng hoặc then hoa.
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Hình 5.13 Thiết kế sơ bộ trục 4
Theo kết cấu sơ bộ, đoạn giữa trục gắn với mayo của bánh vít bằng 3 then bằng,
phần cuối trục gắn với đĩa nối các đăng bằng then hoa nhằm đảm bảo khả năng truyền
momen.
5.7.1.3.Thông số thiết kế sơ bộ trục cán
Trục cán, trục làm việc chính chịu lực cán chính theo phương x. Trên con lăn
gia công 1 ranh then, vì vậy ưu tiên đường kính và số rãnh then lắp ráp với con lăn.
Hình 5.14 Thiết kế sơ bộ trục cán
Một đầu có then hoa để lắp với đĩa nối các đăng
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống truyền động Trang 56
5.7.2.Kiểm nghiệm then
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
5.7.2.1.Then bằng
Then được kiểm nghiệm và lựa chọn theo tiêu chuẩn trên phân mềm Autodesk
Inventor 2013 với các số liệu đầu vào và kết quả
Thông số đầu vào
Then 1 : then lắp ghép hộp giảm tốc với bộ truyền đai.
Then 2 : then lắp ghép giữa 2 hộp giảm tốc thông qua khớp nối đàn hồi hình
sao.
Bảng 5.11 Thông số lựa chọn then
Then 3 : then lắp ghép giữa thân mayo bánh vít và trục bánh vít.
Thông số Ký hiệu Then 1 Then 2 Then 3
Đường kính trục lắp then D, mm 28 28 50
Chiều rộng x chiêu cao then mm 8x5 8x5 14x6
Công suất truyền P, kW 3,35 1,68 1,47
Số vòng quay n, v/ph 649,56 649,56 37,12
Vật liệu của then Thép carbon
Vật liệu của trục Thép carbon
Vật liệu của mayo nối Gang đúc
Bảng 5.12 Thông số kiểm nghiệm then
Hệ số an toàn thấp nhất Smin 1,2 1,2 1,2
Thông số Ký hiệu Then 1 Then 2 Then 3
Hệ số tải động Ka 1,2 1,2 1,2
Hệ số ảnh hưởng do độ lớn Kf 1 1 1
momen truyền.
Hệ số ảnh hưởng do sự phân bố Km 1 1 0,8
không đều tải khi nhiều then.
Bảng 5.13 Kết quả kiểm nghiệm then bằng
5.7.2.2.Kết quả tính toán kiểm nghiệm
Thông số Ký hiệu Then 1 Then 2 Then 3
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống truyền động Trang 57
Số then tối thiểu N 1 1 3
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Chiều dài then L, mm 40 25 56
Hệ số làm việc an toàn then S 2,06 2,19 1,25
Hệ số làm việc an toàn trục S 2,06 2,19 1,25
Hệ số làm việc an toàn mayo S 2,15 2,27 1,3
Ký hiệu then 8x5x40 8x5x28 14x6x56
5.7.2.3.Then hoa răng chữ nhật
Tính toán sơ bộ cho thấy đường kính ϕ 42mm không thể dùng mối ghép then để
truyền momen xoắn đến đĩa các đăng. Phương án lựa chọn là gia công rãnh then hoa
Bảng 5.14 Thông số thiết kế đầu vào then hoa răng chữ nhật
răng chữ nhật. Tính toán được thự hiện trên phần mềm Autodesk Inventor 2013.
Thông số Ký hiệu Giá trị Ghi chú
Đường kính trục d 42
Tiêu chuẩn then n, v/ph ISO14
Medium Serie
Ký hiệu then 8x36x42
Công suất truyền P, kW 1,47
Số vòng quay n, v/ph 37,12
Độ dài then hoa kiểm nghiệm L, mm 40
Hệ số an toàn tối thiểu Sv 1,2
Vật liệu trục Thép carbon
Bảng 5.15 Hệ số kiểm nghiệm then hoa
Vật liệu đĩa nối các đăng Gang đúc
Thông số Ký hiệu Giá trị Ghi chú
Hệ số tải động Ka 1,2
Hệ số ảnh hưởng do độ lớn momen Kf 1
truyền.
Hệ số ảnh hưởng do sự phân bố Km 0,75
không đều tải khi nhiều then.
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống truyền động Trang 58
5.7.2.4.Kết quả tính toán kiểm nghiệm
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Bảng 5.16 Kết quả kiểm nghiệm then hoa răng chữ nhật
Thông số Ký hiệu Giá trị Ghi chú
Chiều dài then L, mm 40
Hệ số làm việc an toàn trục S 2,95
Hệ số làm việc an toàn mayo S 4,04
Ký hiệu then 8x36x42x40
5.7.3.Momen, phản lực tại các gối đỡ
Trục được xây dựng, đặt lực tác dụng và các gối tự nhờ phần mềm AutoDesk
Inventor 2013. Từ đây, chỉ ra được ứng suất lớn nhất tại bề mặt nguy hiểm từ đó là nền
tảng kiểm nghiệm độ bền của trục.
5.7.3.1.Trục 3
Các lực tác dụng bao gồm
Lực tác dụng từ bộ truyền đai lên trục
Fd = 651,1 N
Lực này đi tại tâm đoạn trục gắn bánh đai, được bố trí nghiêng 1 góc 45
độ so với phương ngang như bản vẽ kết cấu.
Lực tác dụng của bộ truyền trục vít bánh vít bao gồm
Ft = 1002,64 N
Fr = 1436,58 N
Lực này đi tại tâm đoạn trục gia công trục vít, đường kính kiểm nghiệm
là đường kính chân của trục vít.
Fa = 3761,6 N
Lực hướng trục sinh ra tại vị trí ăn khớp của bộ truyền. Lực này gây lên trục 1
momen uốn có giá trị.
M = Fad/2
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống truyền động Trang 59
Biểu đồ
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Oyz
Hình 5.15 Biểu đồ nội lực, momen uốn tác dụng trục 3
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống truyền động Trang 60
Oxz
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
5.7.3.2.Trục 4
Các lực tác dụng bao gồm
Lực tác dụng của bộ truyền trục vít bánh vít bao gồm
Ft = 3761,6 N
Fr = 1436,58 N
Lực này đi tại tâm đoạn trục gia công trục vít, đường kính kiểm nghiệm
là đường kính chân của trục vít.
Fa = 1002,64 N
Gây ra tại vị trí ăn khớp của bộ truyền. Lực này gây lên trục momen uốn.
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống truyền động Trang 61
Biểu đồ nội lực
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Hình 5.16 Biểu đồ nội lực, momen uốn tác dụng trục 4
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống truyền động Trang 62
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
5.7.3.3.Trục cán
Các lực tác dụng bao gồm
Lực cán tạo ra do xy lanh thủy lực P = 3500kg
Lực ép lên trục Fr = 34335 N
Lực tiếp tuyến khi cán Ft = 4120,2 N
Lực dọc trục khi cán :
Khi cán, phôi trượt trên mặt của miếng nâng phôi, tiếp xúc giữa phôi và mặt là
tiếp xúc đường, lực ma sát nhỏ tạo ra lực dọc trục không dáng kể trên trục cán. Khi
cán phôi không chuẩn, lực dọc trục bị triệt tiêu do.
Hình 5.17 Biểu đồ nội lực, momen uốn tác dụng trục cán
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống truyền động Trang 63
Biểu đồ nội lực
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Bảng 5.17 Tổng hợp lực tạc các gối đỡ trên các trục
Gối đỡ 1
Gối đỡ 2
Gối đỡ 3
Fx, N
Fy, N
Fz, N Fx, N
Fy, N
Fz, N
Fx, N
Fy,
Fz,
N
N
Trục vít
336,2 1719,9
1126,9
-717,1
3761,6
0
Trục bánh vít
-1966,3
-1644
-1795,3
236,5
-1002,6
0
0
Trục cán
18578,3 3240,1
19725,4 1128,2
0
-3968,7
-248
0
5.7.3.4.Bảng tổng hợp nội lực tại các gối đỡ
5.8.Lựa chọn kiểm nghiệm ổ lăn
5.8.1.Ổ lăn trục vít
Theo biểu đồ nội lực, cặp ổ lăn tại trục vít được tính toán theo gối đỡ 1 có
Fx = 336,2 N
Fy = 1719,9 N
Fr = 1752,5 N
Fz = 3761,6 N = Fa
Chọn ổ đũa côn
Bảng 5.18 Bảng thông số lựa chọn ổ lăn trục vít
5.8.1.1.Thông số đầu vào
Thông số Ký hiệu Giá trị Ghi chú
Lực hướng kính Fr, N 1752,5
Lực dọc trục Fa, N 3761,6
Số vòng quay n, v/ph 649,55
Đường kính trục D, mm 30
Ký hiệu ổ lăn 32206
Tuổi họ tính bằng giờ Lreq, giờ 50000
40 Nhiệt độ làm việc T, độ C
Mỡ Phương thức bôi trơn
2 Hệ số an toàn tối thiểu S0
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống truyền động Trang 64
5.8.1.2.Thông số kết quả kiểm nghiệm
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Bảng 5.19 Bảng kết quả lựa chọn kiểm nghiệm ổ lăn trục vít
Thông số Ký hiệu Giá trị Ghi chú
Tuổi thọ tính toán Lna, giờ 63029
S0c 6,12 Hệ số tính toán an toàn
D, mm 62 Đường kính ngoài ô lăn
d, mm 30 Đường kính lỗ ổ lăn
B, mm 21,25 Bề rộng ổ lăn
5.8.2.Ổ lăn trục bánh vít
Theo biểu đồ nội lực, cặp ổ lăn tại trục vít được tính toán theo gối đỡ 1 có giá
trị
Fx = 1966,3 N
Fy = 1644 N
Fr = 2563 N
Fz = 1002,6 N = Fa
Chọn ổ đũa côn
Bảng 5.20 Bảng thông số lựa chọn ổ lăn bánh vít
5.8.2.1.Thông số ổ bi lựa chọn, số liệu đầu vào
Thông số Ký hiệu Giá trị Ghi chú
Lực hướng kính Fr, N 2563
Lực dọc trục Fa, N 1002,6
Số vòng quay n, v/ph 37,12
Đường kính trục D, mm
Ký hiệu ổ lăn 30209
Tuổi họ tính bằng giờ Lreq, giờ 50000
40 Nhiệt độ làm việc T, độ C
Mỡ Phương thức bôi trơn
2 Hệ số an toàn tối thiểu S0
Bảng 5.21 Bảng kết quả lựa chọn kiểm nghiệm ổ lăn bánh vít
5.8.2.2.Bảng kết quả lựa chọn kiểm nghiệm
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống truyền động Trang 65
Thông số Ký hiệu Giá trị Ghi chú
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Tuổi thọ tính toán Lna, giờ 531241
Hệ số tính toán an toàn S0c 17,16
Đường kính ngoài ô lăn D, mm 85
Đường kính lỗ ổ lăn d, mm 45
Bề rộng ổ lăn B, mm 20,75
5.8.3.Ổ lăn trục cán
Ổ lăn tại trục cán được thiết kế đảm bảo việc thay thế con lăn dễ dàng. Cặp ổ
lăn đũa côn tác dụng cố định trục trong quá trình tháo lắp con lăn, cặp này ở vị trí gối
đỡ số 2 và số 3. Ô lăn tại vị trí gối đỡ 1 hỗ trợ quá trình lăn ép.
5.8.3.1.Chọn cặp ổ lăn gối đỡ 2, gối đỡ 3 được tính theo gối đỡ ở 2
Fx = 19725,4 N
Fy = 1128,2 N
Fr = 19757,6 N
Fz = 387 N = Fa
Chọn ổ đũa côn
Bảng 5.22 Bảng thông số lựa chọn ổ lăn gối 2 3 trục cán
Thông số ổ bi lựa chọn, số liệu đầu vào
Ký hiệu Giá trị Ghi chú Thông số
Lực hướng kính Fr, N 19757,6
Lực dọc trục Fa, N 387
Số vòng quay n, v/ph 37,12
Đường kính trục D, mm 50
Ký hiệu ổ lăn 32010
Tuổi họ tính bằng giờ Lreq, giờ 50000
40 Nhiệt độ làm việc T, độ C
Mỡ Phương thức bôi trơn
2 Hệ số an toàn tối thiểu S0
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống truyền động Trang 66
Kết quả lựa chọn kiểm nghiệm
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Bảng 5.23 Bảng kết quả lựa chọn kiểm nghiệm ổ lăn gối 2 3 trục cán
Thông số Ký hiệu Giá trị Ghi chú
Tuổi thọ tính toán Lna, giờ 58046
Hệ số tính toán an toàn S0c 4,63
Đường kính ngoài ô lăn D, mm 90
Đường kính lỗ ổ lăn d, mm 50
Bề rộng ổ lăn B, mm 20
5.8.3.2.Chọn ổ lăn tại vị trí gối đỡ 1
Fx = 18578,3 N
Fy = 3240,1 N
Bảng 5.24 Thông số ổ bi lựa chọn ổ lăn gối đỡ 1 trục cán
Fr = 18858,7 N
Thông số Ký hiệu Giá trị Ghi chú
Lực hướng kính Fr, N 18858,7
Lực dọc trục Fa, N 0
Số vòng quay n, v/ph 37,12
Đường kính trục D, mm 50
Ký hiệu ổ lăn NUP 2210 EC
Tuổi họ tính bằng giờ Lreq, giờ 50000
Nhiệt độ làm việc T, độ C 40
Phương thức bôi trơn Mỡ
Hệ số an toàn tối thiểu S0 2
Bảng 5.25 kết quả lựa chọn kiểm nghiệm ổ lăn gối 1 trục cán
Bảng kết quả lựa chọn kiểm nghiệm
Thông số Ký hiệu Giá trị Ghi chú
Tuổi thọ tính toán Lna, giờ 58325
Hệ số tính toán an toàn S0c 4,73
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống truyền động Trang 67
Đường kính ngoài ô lăn D, mm 90
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Đường kính lỗ ổ lăn d, mm 50
Bề rộng ổ lăn B, mm 23
5.9.Lựa chọn khớp nối
Khới nối trục đàn hồi giữa 2 trục vít của 2 hộp giảm tốc. Đường kính d = 28
mm, gép nối bằng then bằng l = 25mm
Momen xoắn truyền tải qua khớp nối T = 24,49 Nm
Theo catalog của nhà sản xuất Coupling Flender ta chọn model khớp nối đàn
Hình 5.18 Catalog nhà sản xuất khớp nối Flender
hồi hình sao BIPEX
Lựa chọn size 53 với các thông số như sau
Momen xoắn tối đa 72 Nm
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống truyền động Trang 68
Tốc độ vòng quay tối đa 5000 v/ph
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Hình 5.19 Kích thước khớp nối Flender
Với các thông số hình học
D1 max = 30 mm
DA = 53mm
ND1 = ND2 = 50 mm
NL1 = NL2 = 25 mm
S = 25mm
5.10.Lựa chọn trục nối Các đăng
Trục các đăng truyền đồng từ hộp giảm tốc đến trục cán. Momen truyền đi T =
370Nm.
Theo đó ta lựa chọn trục các đăng của nhà sản xuất Unique Transmission PVT
Hình 5.20 Thông số kích thước trục các đăng lựa chọn
với các thông số như sau
Series lựa chọn : 1140
Momen xoắn lớn nhất Tmax = 571 Nm
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống truyền động Trang 69
Đường kính đĩa truyền 87,3 mm
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Đường kính vòng bulong 69,8 mm
Số bulong liên kết : M8x4 chiều dài 20mm
Góc lệch tối đa 20 Độ
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống truyền động Trang 70
Chiều dài yêu cầu l = 500 mm
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
6.1.Thiết kế mạch thủy lực
Hình 6.1 Sơ đồ mạch thủy lực trong máy cán ren.
Từ phương án thiết kế ta chọn đưa ra sơ đồ mạch thủy lực như sau
6.2.Nguyên lý hoạt động
Khi khởi động động cơ điện, bom hoạt động hút dầu từ bể dầu qua bộ lọc. Khi
áp suất lớn hơn giá trị quy định, van an toàn sẽ được kích hoạt đảm bảo áp suất hoạt
động bên trong của hệ thống. Van phân phối 4-3 ở trạng tĩnh, dầu được đưa ngược lại
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống thủy lực Trang 71
bể chưa dầu.
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Khi cuộn A tại van 4 3 được kích hoạt, xylanh thủy lực thực hiện hành trình đẩy
bàn ép có con lăn tiến đến vị trí cán phôi với tốc độ lớn vì không thông qua van lưu
lượng. Trong quá trình thực hiện hành trình, để giữ tuổi thọ và đảm bảo hoạt động cho
máy, con lăn khi tiến một vị trí điều chỉnh sẽ được giảm đến vận tốc an toàn thiết lập,
được kích hoạt bằng công tắc hình trình LS2, LS2 sẽ kích hoạt cuộn C tại van 2 2, ép
dầu phải lưu thông qua van lưu lượng. Khi con lăn tiến đến vị trí làm việc, công tắc
hành trình LS3 được kích hoạt, tại đây cuộn A sẽ bị tắt kích hoạt đồng thời khởi động
timer định thời quy định thời gian cán. Sau đó, timer định thời sẽ kích hoạt cuộn B tại
van phân phối 4-3, xylanh thủy lực thực hiện hành trình về với tốc độ không phụ thuộc
vào van lưu lượng. Khi hành trình về tiến đến vị trí LS1, cuộn B bị tắt kích hoạt.
Xylanh thủy lực tiếp tục thực hiện quá trính như trên.
6.3.Tính toán các thông số kỹ thuật của từng chi tiết.
6.3.1.Tính toán, lựa chọn xylanh thủy lực
Chọn áp suất làm việc của xy lanh này cũng như của toàn bộ hệ thống là
p=75bar. Một số thông số kĩ thuật yêu cầu của xy lanh này như sau :
- Lực ép đầu cần piston : F
Lực ép cần thiết vào cấu Fc = 3500.9.81 = 34335 N
Lực do ma sát với rãnh T khi làm việc Fms = (mbàn ép + mxylanh).9,81.k
Với mbàn ép = 180kg, mxylanh 30kg, hệ số ma sát k = 0,6
Ta có Fms = 1237 N
Lực ép đầu cần piston :
F = 35572 N
- Thời gian thực hiện hành trình tiến (ứng với quá trình ép) : t1 = 3 (s).
- Thời gian thực hiện hành trình xilanh lùi về: t2 = 3 (s)
- Hành trình : s = 0,15 (m) = 150 (mm).
Dưa vào thông số trên, ta chọn xylanh thủy lực Bosch Rexroth AG có thông số
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống thủy lực Trang 72
như sau
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Hình 6.2 Xylanh thủy lực Bosch Rexroth AG
Đường kính piston ϕ80 mm
Đường kính trục piston ϕ45 mm
Hành trình tối đa s = 180 mm
Theo áp suất làm việc 75Bar ta có lực đẩy và thu về của piston lần lượt là
Hình 6.3 Thông số kích thước xylanh Bosch Rexroth AG
37,7kN và 25,77kN.
6.3.2.Bơm thủy lực:
Áp suất của hệ thống p=75 (bar).
Từ áp suất hệ thống ta suy ra các thông số của cylinder – piston theo mối quan
hệ kỹ thuật:
Như vậy theo bảng 4.1(trg140-Tài liệu I), ta chọn Dc=80(mm).
Và đường kính thanh truyền Dr=45(mm).
Gọi Q là lưu lượng do bơm cung cấp,(lít/s).
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống thủy lực Trang 73
V là vận tốc dòng chảy,(m/s).
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Thời gian đi vào của con lăn ép được chọn là thời gian đi hết hành trình của
piston là khoảng 2-3 giây, thời gian còn lại là thời gian các cơ cấu khác vận hành.
Dựa theo bản vẽ thiết kế thì hành trình của piston đi hết là chiều dài làm việc
của xy lanh là 150mm
Vậy suy ra vận tốc dòng chảy cần đạt được là:
Q=vA = (m3/s)=0,38 (l/s)=
22,8(l/ph)
Ta chọn bơm bánh răng của hãng TAIWAN FLUID POWER -Model HGP-3A-
25.
Hình 6.4 Bơm bánh răng TAIWAN FLUID POWER
Bơm bánh răng vừa được chọn có thông số kích thước như sau:
+ Lưu lượng riêng: q = 25 (cm3/vòng).
+ Áp suất làm việc lớn nhất Pmax = 300 bar.
+ Tốc độ quay trục lớn nhất: n = 3000 (vòng/phút).
Chọn động cơ điện
So sánh với bảng 5.11(trg 216-TL1), ta thấy thỏa mãn về cách chọn.
Như vậy công suất của bơm P(kW), nếu như ta lấy hiệu suất bơm =0.85
(KW)
Dựa vào bảng p1.3/trang 237 sách “Tính Toán Thiết Kế Hệ Dẫn Động Cơ Khí
Tập 1” của “Trịnh Chất-Lê Văn Uyển” [2], ta chọn động cơ 4A100L4Y3 có công suất
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống thủy lực Trang 74
4 (kW) và số vòng quay của trục chính là 1420 (v/p).
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
6.3.3.Hệ thống van:
6.3.3.1.Van phân phối 4 cửa 3 vị trí
Chọn van 4 cửa 3 vị trí của nhà sản xuất Yuken có số model là DSG-03-3C60-
Hình 6.5 Van phân phối Yuken
A220
Có thông số kỹ thuật như sau :
Lưu lượng tối đa 63 lít/ph
Áp lực tối đa 31,5 Mpa
Khối lượng 2,2 Kg
Điện áp điều khiển Ac 220v
6.3.3.2.Van đóng 2 cửa
Hình 6.6 Van đóng 2 cửa yuken
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống thủy lực Trang 75
Chọn van của nhà sản xuất Yuken có số model là CDSC-03-C-A220
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Có các thông số kỹ thuật sau :
Lưu lượng tối đa 50 lít/phút
Áp suất tối da : 14 Mpa
Khối lượng 0,85 Kg
6.3.3.3.Van an toàn
Điện áp điều khiển Ac 220v
Ta chọn van an toàn tác động trực tiếp của hãng TAIWAN FLUID POWER –
Model MRV-03-P-3
Hình 6.7 Van an toàn TAIWAN FLUID POWER
Van này các thông số kỹ thuật như sau:
- Lưu lượng lớn nhất: Q = 80 (l/ph).
- Áp suất lớn nhất: p = 300 (bar).
- Khối lượng: 3,2 (kg).
6.3.3.4.Van lưu lượng
Hình 6.8 Van lưu lượng Yuken
Van điều khiển lưu lượng được thiết lập bằng tay.
Ta chọn van lưu lượng của nhà sản xuất Yuken có số model là FG-02-N-30
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống thủy lực Trang 76
Với các thông số
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Lưu lượng tối đa 30 lít/ph
Lưu lượng tối thiểu 0,05 lít/ph
Áp lực tối đa 210 Bar
Hình 6.9 Đồng hồ đo áp Paulo
6.3.3.5.Đồng hồ đo áp
Chọn đồng hồ do áp Paulo – Áp suất tối đa 150 bar
6.3.4.Hệ thống đường ống
Hình 6.10 Ống dẫn thủy lực
6.3.4.1.Tính toán đường ống thủy lực
Để tính tiết diện của đường ống phải căn cứ vào vận tốc của đường dầu. Thông
thường, trong các hệ thống thủy lực nói chung thì vận tốc đường dầu trên các đoạn
đường, đường ống trong hệ thống được chọn như sau:
- Đường ống hút: v1 = 0,8 1,2 (m/s).
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống thủy lực Trang 77
- Đường ống đẩy: v2 = 3 5 (m/s).
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
- Đường ống xả: v3 = 1,0 1,6 (m/s).
Đường kính của đường ống được tính theo công thức sau:
d = √
Trong đó:
Q: Là lưu lượng qua tiết diện ống, cũng chính là lưu lượng cần thiết cấp cho
xilanh (l/ph).
V là vận tốc dầu qua tiết diện ống (m/s).
6.3.4.2.Tính toán đường ống hút
d = √
Do đường ống hút cấp dầu từ bể tới bơm và nằm trong thùng dầu, không phải
chịu áp cao, ta chọn ống hút có thể là ống bằng nhôm hoặc bằng thép đúc có đường
kính trong khoảng (36 40 mm).
6.3.4.3.Tính toán đường ống hồi
d = √
Đường ống hồi được bắt đầu từ đế van về bể. Cụ thể trong thiết kế máy ép này
thì do có bộ làm mát ở đường hồi do đó ống hồi được chia làm hai phần, một phần từ
đế van đến bộ làm mát và một phần từ bộ làm mát vào bể dầu. Ta cũng chọn ống làm
bằng nhôm hoặc bằng thép đúc có đường kính trong khoảng (30 39mm).
6.3.4.4.Tính toán đường ống đẩy
Đường ống đẩy thường chia làm hai phần: Phần một nằm từ bơm nguồn tới van
và phần này nằm toàn bộ trên bể dầu, do vậy để làm cho bộ nguồn thêm mỹ quan ta
làm ống đẩy ở phần này bằng ống cứng (thường là thép đúc). Phần ống đẩy còn lại nối
từ van đến cơ cấu chấp hành ta chọn ống mềm.
Đường kính ống đẩy là:
d = √
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống thủy lực Trang 78
Vậy ta chọn ống mềm và cứng có đường kính trong khoảng (16 23mm).
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
- Va đập thủy lực ở các đường ống:
Khi có sự thay đổi đột ngột tốc độ chuyển động của chất lỏng trong đường ống
(khi đóng hoặc mở rất nhanh các van của bộ phân phối) sẽ xuất hiện sóng va đập với
áp suất cao, được gọi là va đập thủy lực.
Có thể xác định áp suất cực đại của sóng va đập, nếu khi phanh cột chất lỏng,
toàn bộ động năng được chuyển thành công kéo thành vách của ống và nén chất lỏng:
Công thức: K = ACT + Anl (1)
Trong đó:
K là động năng của cột chất lỏng chuyển động.
ACT là công để kéo thành vách của đường ống.
Anl là công để nén chất lỏng trong ống.
Ta đang thiết kế trong trường hợp nếu như đường ống có đường kính d không
đổi và chiều dài l thì:
Công thức: K =
Trong đó:
ρ là tỷ trọng của chất lỏng.
V là tốc độ chuyển động của chất lỏng trong ống.
Để xác định ACT, xét trường hợp kéo ống mỏng, nó thường hay gặp ở các
đường nạp và đường xả của chất lỏng. Việc thay ống mỏng bằng ống dày khi tính toán
không làm thay đổi nguyên tắc tính:
Công thức: ACT =
Trong đó:
P là áp suất va đập.
là chiều dày thành ống.
E là modun đàn hồi vật liệu làm ống.
Công để ép cột chất lỏng trong ống:
Công thức: A1 =
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống thủy lực Trang 79
Trong đó: E1 là modun đàn hồi của chất lỏng.
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Sau khi thay biểu thức (2) vào (1) và biến đổi ta nhận được
Công thức: Py = a.ρ.v
Trong đó: a là tốc độ lan truyền sóng va đập trong đường ống và được tính theo
công thức sau:
√
√ [
Công thức (5) của H.E.Zucovxki để xác định đúng áp suất lớn nhất va đập thủy
lực khi va đập trực tiếp, thời gian kéo dài của va đập T = 2l/a, sẽ lớn hơn thời gian
đóng đường ống T3, có nghĩa là T T3 (l là chiều dài đường ống).
ở dạng tổng quát, biểu thức (4) có dạng:
∆py = a. ∆v (6)
Trong đó:
∆py là sự tăng áp suất va đập.
∆v là lượng tốc độ bị thất thoát của chất lỏng khi chuyển động trong
ống.
6.3.5.Hệ thống lọc dầu
Để tính toán lưu lượng dầu chảy qua bộ lọc người ta dùng công thức tính lưu
lượng chảy qua lưới lọc:
Q = γ.A. υ (l/ph).
Trong đó:
A là diện tích toàn bộ bề mặt lọc (cm2).
P là tổn thất áp suất của bộ lọc.
ν là độ nhớt của dầu trong hệ thống: υ = 32.10-6 (m2/s).
γ là hệ số lọc, đặc trưng cho lưu lượng dầu chảy qua một đơn vị diện tích
trong một đơn vị thời gian (lít/(cm2.phút). Thông thường ta chọn γ = 0,06 0,09
(lít/(cm2.phút).
Nhưng để đơn giản, thực tế ta thường chọn bộ lọc dầu theo lưu lượng. Với lưu
lượng Q = 22,5 (l/ph) ta chọn bộ lọc dầu của hãng ASHUN- Đài loan có ký mã hiệu
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống thủy lực Trang 80
như sau : MF-04
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Hình 6.11 Bộ lọc dầu ASHUN
6.3.6.Thùng chứa dầu
Kích thước bể dầu được tính toán dựa trên cơ sở đảm bảo về mặt tản nhiệt và
hạn chế đến mức tối đa sự xoáy của dầu trong quá trình hoạt động của hệ thống. Bể
dầu có xu hướng kích thước hẹp cao hơn là rộng thấp để tăng khả năng truyền nhiệt
của dầu ra bên ngoài. Lượng dầu trong hệ thống đường ống thủy lực phải luôn được
điền đầy, không có gián đoạn.
Ta chọn bể dầu có dạng hình chữ nhật. Các kích thước của bể dầu như sau:
Chiều ngang bể dầu: a (m)
Chiều dài bể: b = 1,5.a (m)
Chiều cao bể: H = a (m)
Thể tích của bể dầu thường được tính theo công thức sau:
V = 4,5.Q = 101,25 (lít).
Lấy V = 100 lít Suy ra V = a.b.H = a.1,5.a.a = 1.5.a3= 0,1 suy ra a= 0,4 m
Nên chọn a = 0,4 m; b = 0,6 m; H = 0,4 m
Vậy kích thước của bể dầu là: a x b x H = 400 x 600 x 400 (mm) là thuận lợi
cho việc bố trí một số các thiết bị thủy lực như động cơ điện, bơm, van thủy lực, nắp
đổ dầu, bộ lọc, bộ làm mát nên ta chọn kích thước này là kích thước chính.
Để đảm bảo cho sự lưu thông của dầu và tạo điều kiện cho dầu được làm mát
tốt hơn, kết cấu bên trong bể được chia thành các ngăn có khả năng lưu thông với
nhau. Các đường ống hút và ống xả được đặt đối nhau, đầu ống xả được vát góc 450 và
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống thủy lực Trang 81
quay vào thành bể.
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Hệ thống điện với hệ điều kiển và cơ cấu chấp hành là động cơ chính và động
cơ thủy lực.
Hình 7.1 Lưu đồ mạch điện máy cán Ren
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống điện Trang 82
7.1.Lưu đồ mạch điện
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
7.2.Chế độ điều khiển
Mạch điều kiển gồm 3 chế độ chính : chế độ cài đặt, chế độ điều khiển bằng tay
và chế độ tự động.
7.2.1.Chế độ cài đặt
Chế độ điều chỉnh giới hạn tiến vào của công tắc hành trình LS1. Trong chế độ
này, trục chính không hoạt động. Con lăn ép được tiến vào chậm thông qua van lưu
lượng và nút nhấn.
7.2.2.Chế độ điều khiển bằng tay
Điều kiển hệ thống điện đến van phân phối của hệ thống thủy lực thông qua nút
ấn và được giới hạn ngừng bằng công tắc hành trình được thiết lập thủ công trước đó,
qua đó chủ động điều khiển được sự tiến vào của con lăn vào khu vực làm việc và di
chuyển con lăn ra khỏi khu vực này. Ngoài nút bấm, chế độ có thể áp dụng công tắc
hành trình giới hạn chiều dài ren và bàn đạp để con lăn ra khỏi khu vực cán.
7.2.3.Chế độ tự động
Chế độ tự động, sử dụng thường xuyên trên hệ thống máy này. Trình tự làm
việc của chế độ này được mô tả như sau :
Khỏi động máy, động cơ chính và động cơ thủy lực được khởi động đã thực
hiện trước đó. Người vận hạnh đạp chân vào bàn đạp, pít tông trên xy lanh thủy lực
được kéo lại đồng thời kéo con lăn di động ra khỏi vị trí làm việc. Người vận hành đặt
phôi lên phiến nâng phôi tại vị trí làm việc, sau đó để bàn đạp tự do. Bàn đạp tự do
kích hoạt quá trình tự động làm việc của máy. Piston được đẩy ra, đẩy con lăn di động
đến vị trí làm việc giới hạn bằng công tắc hành trình LS3. Phôi được cán tiến hướng
trục về phía sau của con lăn.
Đối với phôi có chiều dài ren xác định, khi đạt đến độ dài cần thiết thì phôi tác
dụng vào công tác hành trình giới hạn chiều dài được thiết lập trước đó, hoặc có thể
thiết lập bằng khoảng thời gian cán T2 thông qua timer T2 được cài đặt từ trước (ưu
tiên giới hạn bằng công tắc hành trình chiều dài ren, timer T2 được sử dụng khi máy
cần yêu cầu cao hơn về tự động. Kích hoạt xylanh kéo con lăn ra khỏi vị trí làm việc
đến điểm dừng thiết lập bằng công tắc hành trình LS1. Con lăn thực hiện thời gian
nghỉ T1, thời gian nghỉ T1 được cài đặt trước trên timer T1. Trong khoảng thời gian
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống điện Trang 83
trên, người vận hành lấy phôi ra (phôi có thể tự rơi ra khu làm việc của máy) và đặt
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
phôi tiếp theo vào vị trí làm việc. Quá trình được lập lại. Trong qua trình làm việc,
người thao tác muốn con lăn di động ra khỏi vị trí làm việc có thể thế đạp chân vào
bàn đạp.
Với phôi có ren suốt, không cần thông qua timer T2 và công tắc hành trình giới
hạn chiều dài ren.
7.3.Sơ đồ mạch điện
Nguyên tắc hoạt động :
Đóng cầu dao điện Cd
Mạch động lực gồm 1 động cơ bơm dầu và 1 động cơ làm việc có thể thay đổi
vòng quay được mắc như hình
Mạch điều khiển : Sử dụng điện áp xoay chiều 220v. Kích hoạt nút nhấn tự giữ
nguồn Kn, bóng đèn Dn báo hiệu có nguồn được kích hoạt.
Dòng điện đi qua nút nhấn núm bảo vệ thường đóng, ngưng máy tức thời khi có
sự cố.
Nút nhấn Km khởi động bơm thủy lực đồng thời kích hoạt đèn báo thủy lực
Dm.
Công tắc 2 vị trí Kc thiết lập vòng quay trục chính theo chiều kim đồng hồ hoặc
ngược chiều kim đồng hồ. Thông qua nút nhấn tự giữ Kpq khởi động động cơ làm
việc.
Công tắc 3 ví trí Kcd quyết định chế độ thực hiện bằng cách kích hoạt các cuộn
tương ứng.
Cuộn cài đặt được kích hoạt. Chương trình cài đặt với nút nhấn vào điều khiển
trực tiếp cuộn A và cuộn C, nút nhấn ra điều khiển cuộn B.
Cuộn Manul được kích hoạt. Khi nút nhấn vào được kích hoạt, chương trình sẽ
kích hoạt cuộn đi vào.
Cuộn đi vào kích hoạt cuộn A và được tự giữ bởi tiếp điểm cuộn A
Chú thích :
Cuộn A : Cuộn dây điều khiển van phân phối kích hoạt piston đẩy con lăn ép
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống điện Trang 84
vào vị trí làm việc.
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Hình 7.2 Sơ đồ mạch điện của máy cán ren
Cuộn B : cuộn dây điều khiển van phân phối kích hoạt piston kéo con lăn ép ra
khỏi vị trí làm việc.
Cuộn C : cuộn dây điều khiển van phân phối kích hoạt van lưu lượng, giới hạn
vận tốc đi vào của con lăn khi gần đến vị trí làm việc
LS1 : công tắc hành trình tại vị trí xa nhất của con lăn
LS2 : công tắc hành trình tại vị trí con lăn bắt đầu tịnh tiến chậm đến khu vực
làm việc
LS3 : công tắc hành trình tại vị trí làm việc của con lăn.
7.4.Lựa chọn thiết bị điện
7.4.1.Công tắc hành trình
7.4.1.1.Công tắc hành trình cho cơ cấu giới hạn hành trình xylanh thủy lực
Hình 7.3 Công tắc hành trình thiết lập chiều dài hành trình
Loại công tắc hành trình được lựa chọn là loại Omron WLD2
Chi tiết :
Cấp bảo vệ: IP67
Tuổi thọ: Cơ: 15 000 000 lần Min.; Điện: 750 000 lần Min.
Tốc độ tác động: 1mm/s đến 1m/s (đối với WLCA12)
Tần số tác động: Cơ: 120 lần/phút; Điện 30 lần/phút Min.
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống điện Trang 85
Cách điện: 100MΩ Min. (ở 500VDC)
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Điện trở tiếp điểm: 25mΩ Max.
Nhiệt độ làm việc: -10oC đến 80oC
Tiêu chuẩn EC/IEC, UL/CSA
7.4.1.2.Công tắc hành trình cho cơ cấu giới hạn chiều dài ren
Hình 7.4 Công tắc hành trình thiết lập chiều dài ren cán
Loại công tắc hành trình được lựa chọn là loại Omron WLNJ
Chi tiết :
Cấp bảo vệ: IP67
Tuổi thọ: Cơ: 15 000 000 lần Min.; Điện: 750 000 lần Min.
Tốc độ tác động: 1mm/s đến 1m/s (đối với WLCA12)
Tần số tác động: Cơ: 120 lần/phút; Điện 30 lần/phút Min.
Cách điện: 100MΩ Min. (ở 500VDC)
Điện trở tiếp điểm: 25mΩ Max.
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Thiết kế hệ thống điện Trang 86
Nhiệt độ làm việc: -10oC đến 80oC
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
8.1.Quy trình khởi động
8.1.1.Cài đặt sơ bộ
8.1.1.1.Hệ thống thủy lực
Những loại bơm và động cơ thủy lực được cấu tạo để khởi động ở tình trạng
không tải. Điều quan trọng là khởi động với các cửa thoát được thông với áp suất khí
trời để loại bỏ không khí ở hệ thống thủy lực. Không bao giờ khởi động các bơm khi
van được đóng kín. Kiểm tra các thông số thích hợp tại van lưu lượng.
8.1.1.2.Hộp số, bộ truyền đai
Kiểm tra độ căng của bộ truyền đai. Chọn mức tốc độ thích hợp ứng với vật liệu
và thông số cán của sản phẩm.
8.1.1.3.Con lăn, phiến nâng
8.1.1.4.Thiết lập hành trình sơ bộ
Tại các thanh giới hạn hành trình bằng đai ốc, tiến hành thiết lập hành trình sơ
bộ theo các thông số cán. Hành trình giới hạn đi vào của con lăn cần lớn hơn mức tính
toán và phải được đặc biệt chú ý để tránh gây hư hại máy và sản phẩm. Công tắc hành
trình được bố trí như dưới với.
Cột ren cao nhất với đai ốc kích hoạt công tắc hành trình LS3, giới hạn vị trí
tiến vào của cụm cán.
Cột ren thứ 2 với đai ốc kích hoạt công tắc hành trình LS2, giới hạn vị trí tiến
vào nhanh của cụm cán, bảo vệ con lăn và sản phẩm. Khoảng cách giữa đai ốc điểu
chỉnh LS1 và LS2 lựa chọn hợp lý, từ 5 ~ 10mm.
Cột ren thứ 3 với đai ốc kích hoạt công tắc hành trình LS1, giới hạn vị trí đi ra
của cụm cán. Khoảng cách cần được thiết lập sao cho đáp ứng nhu cầu năng suất và
thời gian phản ứng của người vận hành máy.
8.1.2.Thứ tự thực hiện chế độ máy
8.1.2.1.Thực hiện chế độ cài đặt
Ở chế độ cài đặt, người vận hành chủ động được việc tiến vào của cụm cán
thông qua nút nhấn và được giới hạn bằng hành trình đã thiết lập ở trên. Ở chế độ cài
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Vận hành, bảo dưỡng máy cán ren Trang 87
đặt, chỉ động cơ gắn với bơm thủy lực được khởi động. Cho xylanh chạy hết hành
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
trình như thiết lập, tiến hành kiểm tra khoảng cách giữa 2 con lăn. ( có thể điều chỉnh
góc nghiêng về 0 độ dễ dễ dàng kiểm tra )
8.1.2.2.Chế độ bằng tay cắt thử
Sau khi cài đặt xong, thực hiện chế độ bằng tay cắt thử.
Điều chỉnh góc nâng thích hợp đối với đường kính ren cần cán. Khởi động động
cơ quay trục cán.
Thiết lập chiều quay của động cơ phù hợp với ren nghiêng phải hay nghiêng
trái. Hướng tiến phôi đi vào.
Cần thiết lập trước thời gian nghỉ T1. Sau khi ấn nút điều kiển đi vào. Cụm cán
sẽ được xylanh đẩy vào hết hành trình thiết lập bằng LS3. Với những tình huống nghi
ngờ va chạm, có thể đạp chân vào bàn đạp để cụm cán trở về vị trí ban đầu Người vận
hành máy cho phôi cắt thử và tiến hành kiểm tra kích thước, sai số hình học... Chiều
sâu ren không đủ được điều chỉnh bằng tay điều chỉnh phía trước máy để đạt kích
thước mong muốn. ( ưu ý với bước ren lớn, cần thiết có thể cán phôi nhiều lần để đạt
kích thước. )
Sau đó, thiết lập kiểm soát chiều dài ren bằng timer T2 hoặc công tắc giới hạn
chiều dài ren. Lưu ý, khi dùng công tắc giới hạn chiều dài ren, cần thiết lập T2 lớn hơn
thời gian gia công đạt chiều dài ren cần thiết. Khoảng thời gian T2 này phụ thuộc vận
tốc quay con lăn, đường kính phôi... thường được xác định bằng thực nghiệm, kiểm
soát bằng bàn đạp.
8.1.2.3.Chế độ tự động
Cắt thử phôi, tiến hành kiểm tra và bắt đầu gia công hàng loạt các sản phẩm.
Có thể ứng dụng các mô hình nâng phôi để tăng tính tự động cho máy.
8.2.Xử lý sự cố
Sự cố có thể xảy ra theo các nguyên nhân và đề xuất hướng giải quyết như sau :
Hiện tương Nguyên Nhân Giải pháp
Máy không hoạt động 1.Role nhiệt ngắt dòng họa Kiểm tra lại hệ thống điện,
động do cắt quá tải. tiến hành giảm tải, kiểm tra
2.Role hoặc điều khiển bị kẹt truyền động. Thay thế
hỏng linh kiện hư của mạch
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Vận hành, bảo dưỡng máy cán ren Trang 88
3.Cháy cầu chì điện.
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
Trục chính quay chậm, 1.Bộ truyền đai lỏng Kiểm tra bộ truyền đai,
không đạt công suất như 2.Làm việc quá tải giảm tải tải hoặc giảm tốc
bình thường độ cán.
Đường kính ngoài của sản 1.Sản phẩm có profin cam : Kiểm tra công tắc hành
phẩm không ổn định trục cán bị cong hoặc tốc trình, hệ thống thủy lực,
độ quay không đều. thay thế sửa chữa trục
2.Do hệ thống thủy lực : chính.
piston hỏng, mất áp khi cán
3.Công tắc giới hạn hành
trình hoạt động ko ổn định
Máy làm việc ồn, xuất hiện 1.Điều chỉnh góc nâng và Điều chỉnh lại chiều sâu
nhiều phoi nhỏ. chiều sâu cán chưa thích cán, giảm tốc độ trục cán.
hợp.
8.3.Bôi trơn và bảo quản
8.3.1.Nguyên tắc bảo quản và sử dụng
8.3.1.1.Trước khi làm việc
Trước khi làm việc người công nhân phải xem lại dầu, mỡ bôi trơn có đủ
không. Cho máy chạy thử xem máy làm việc có tốt không. Kiểm tra lại hệ thống bơm,
các van, hệ thống đường ống, nếu chúng làm việc tố và đảm bảo áp suất cần thiết thì
mới cho máy làm việc. Kiểm tra lại chất lỏng làm việc, nếu chất lỏng không đủ tiêu
chuẩn kỹ thuật thì phải thay chất lỏng mới. Kiểm tra hệ thống truyền động, bôi trơn
các trục các đăng, độ căng của bộ truyền đai
8.3.1.2.Trong khi làm việc
Trong khi làm việc phải thường xuyên kiểm tra lại kích thước và hình dạng vật
ép, nếu sản phẩm không đúng yêu cầu kỹ thuật thì phải dừng máy báo cho cán bộ kỹ
thuật nhà máy biết cách để giải quyết, không kiểm tra và bôi trơn dầu mỡ khi máy
đang làm việc. Không cho phép người chưa được huấn luyện và người không có phận
sự sử dụng máy.
8.3.1.3.Sau khi làm việc
Sau khi làm việc phải thu dọn phôi ép và để sản phẩm đúng chỗ quy định. Vệ
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Vận hành, bảo dưỡng máy cán ren Trang 89
sinh công nghiệp nơi làm việc, bàn làm việc sạch sẽ.
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
8.3.1.4.Bôi trơn máy
Để giảm công suất vì ma sát, giảm mài mòn lên bộ phận xoay và trượt, đảm bảo
thoát nhiệt tốt và đề phòng chi tiết máy bị gỉ, giữ độ chính xác và kéo dài tuổi thọ của
máy, cần phải bôi trơn liên tục lên các lên bộ phận trong máy.
Theo cách dẫn dầu đến bôi trơn các chi tiết máy, người ta phân biệt bôi trơn
ngâm dầu bôi trơn lưu thông, ngoài các bộ phận truyền để hở của những bộ phận máy
không quan trọng có thể bôi trơn định kì bằng mỡ.
Bôi trơn lưu thông dùng cho các bộ phận có vận tốc lớn hay kết cấu của nó
không cho phép việc thực hiện bôi trơn ngâm dầu. Theo phương pháp này dầu từ bể sẽ
theo đường ống với một áp suất lớn nhất qua các vòi phun đến bôi trơn chỗ an khớp.
8.3.2.Bảo dưỡng máy
Để máy hoạt động tốt, chính xác và nâng cao tuổi thọ cần phải có chế độ bảo
quản, bảo quản máy theo đúng kế hoạch như sau:
8.3.2.1.Bảo quản hằng ngày
Trước khi khởi động máy phải kiểm tra lượng dầu trong thùng đã hợp lý chưa.
Lau sạch các mảnh vụn ở các dụng cụ và trên bàn máy sau khi xong việc bằng khăn
sạch khô, sau đó bôi dầu chống rỉ lên trên bề mặt không sơn của máy.
8.3.2.2.Bảo quản hàng tháng
Kiểm tra kỹ thuật các mối uốn và lau sạch tất cả các bộ phận của hệ thống thủy
lực. Lau chùi các cuộn dây để giúp nó thoát nhiệt nhanh lúc hoạt động.
Kiểm tra kỹ thuật và xiết chặt các bu lông cố định
Kiểm tra dầu trong bể
8.3.2.3.Bảo quản nữa năm một lần
Lấy hết dầu ra khỏi dùng chứa, lau sạch bên trong thùng bằng khăn khô sạch.
Lau sạch bộ lọc.
Lọc sạch dầu máy rồi đổ nó vào thùng
8.3.2.4.Bảo quản một năm một lần
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Vận hành, bảo dưỡng máy cán ren Trang 90
Thay dầu máy hoàn toàn, bảo trì lại tất cả các bộ phận của máy.
Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn
[1] Cơ sở Thiết kế máy – Nguyễn Hữu Lộc.
[2] Tính toán Thiết kế hệ dẫn động cơ khí I – Trịnh Chất, Lê Văn Uyển.
[3] Tính toán Thiết kế hệ dẫn động cơ khí II – Trịnh Chất, Lê Văn Uyển.
[4] Sổ tay công nghệ chế tạo máy I – Nguyễn Đắc Lộc
[5] Cơ sở kỹ thuật cán kim loại – Đỗ Hữu Nhơn.
[6] Sổ tay Công nghệ Chế tạo máy tập VI - Nguyễn Ngọc Anh, Nguyễn Văn
Tính, 1985
[7] Vẽ kỹ thuật cơ khí – Lê Khánh Điền.
SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh
Tài liệu tham khảo Trang 91
[8] Vẽ kỹ thuật cơ khí – Trần Hữu Quế.
