Đồ án Thiết kế máy cán vành xe máy

LỜI NÓI ĐẦU (((((((((((( Vành là một chi tiết không thể tách rời trong sản phẩm xe máy để phục vụ cho việc đi lại hằng ngày. Do sự tăng trưởng mạnh về kinh tế và các ngành kỹ thuật công nghiệp ngày càng cao để phục vụ cho lợi ích đời sống của con người. Vì vậy việc tăng năng suất vành là điều tất yếu. Với việc thiết kế chế tạo máy tạo sóng vành ngay trong nước rất có ích và giảm giá thành hơn so với máy nhập khẩu và tạo việc làm cho công nhân. Với loại máy cán này phôi ban đầu là thép tấm dạng cuộn có chiều rộng 100 ( 102 (mm), chiều dày 1 ( 1,4 (mm). Được sự nhất trí của khoa, em được thầy giáo hướng dẫn giao cho đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế máy cán vành xe máy”. Với nội dung chính sau: - Tổng quan,cơ sở lý thuyết về uốn và cán kim loại. - Phân tích và lựa chọn các thông số kỹ thuật cho máy thiết kế. - Thiết kế động học máy. - Tính toán, thiết kế các bộ phận chi tiết chính của máy. - Các vấn đề về vận hành, bảo dưỡng và sử dụng máy. Được sự chỉ dẫn của các thầy cô trong khoa Cơ Khí, thầy giáo hướng dẫn và Ban lãnh đạo công ty sản xuất phụ tùng xe máy NAMSON thuộc khu công nghiệp Hoà Khánh - Đà Nẵng đến nay em đã hòan thành cơ bản nhiệm vụ được giao. Vì đây là lần đầu tiên em thiết kế tổng thể về một máy hoàn chỉnh nên em còn gặp nhiều bỡ ngỡ, trình độ kiến thức và tài liệu của em còn hạn chê, với thời gian tiếp xúc thực tế không nhiều nên trong quá trình tính toán và thiết kế không tránh khỏi những sai sót. Em kính mong sự chỉ bảo và giúp đỡ của các thầy cô và bỏ qua những thiếu sót. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Trần Đình Sơn và sự giúp đỡ của các thầy cô trong khoa Cơ Khí đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Đà Nẵng, ngày tháng năm 2008 Sinh viên thiết kế Lê Sỹ Hải. CHƯƠNG 1 ((( TÌM HIỂU,GIỚI THIỆU VỀ SẢN PHẨM VÀNH XE MÁY VÀ LÝ THUYẾT CƠ SỞ CŨNG NHƯ CÁC PHƯƠNG PHÁP CÁN UỐN KIM LOẠI 1.1 Giới thiệu về sản phẩm vành xe máy. 1.1.1 Giới thiệu sản phẩm. Vành xe các loại đã có nhu cầu sử dụng từ lâu...Nhưng với sự phát triển của Khoa học kỹ thuật và nhu cầu làm đẹp hiện nay thì sản phẩm xe máy là phương tiện thuận lợi nhất, đơn giản và dễ sữ dụng nhất phù hợp với đại đa số người dân Việt Nam và các nước đang phát triển khác .Chính vì vậy xe máy càng ngày được đầu tư phát triển mà trong đó vành xe máy là một bộ phận không thể tách rời Công nghệ sản xuất vành xe máy hiện nay so với trước đây thì được đầu tư và cải thiện tốt hơn về chất lượng và mẫu mã nên vành có những ưu điểm sau: Độ bền cao Thời gian sữ dụng lâu Chống lại các tác hại của môi trường cao hơn Gọn nhẹ Khó thấm nước Tiêu chuẩn hoá cao Tiết kiệm được vật liệu Nhờ những ưu diểm trên cùng với sự phát triển của nền kinh tế, công nghệ chế tạo vành xe máy được đầu tư và phát triển đáp ứng nhu cầu sữ dụng ngày càng nhiều 1.1.2 Vật liệu chế tạo. - Loại bằng nhôm Có ưu điểm là nhẹ, dẻo, dể cán đúc, bền trong môi trường tự nhiên Nhược điển là chịu lực kém nên ít sữ dụng - Loại bằng thiết, kẽm Loại này bền cao, có tính dẻo tốt - Loại bằng thép Sữ dụng thép cacbon chất lượng trung bình loại này được mạ kẽm, thiết hoặc sơn tĩnh điện để chống oxy hoá. 1.1.3 Hnh dâng sản phẩm vănh xe mây 17X1.6 : Hnh 1.1. Bản vẽ chi tiết vănh xe mây. 1.2 Đại cương về lý thuyết và các phương pháp cán uốn kim loại. 1.2.1 Cơ sở lý thuyết quá trình cán uốn kim loại. 1.2.1.1 Tổng quan về biến dạng dẻo. - Khi chịu tác dụng của ngoại lực kim loại biến dạng theo ba giai đoạn nối tiếp nhau đó là: + Biến dạng đàn hồi. + Biến dạng dẻo. + Biến dạng phá huỷ. Hình 1.2. Đồ thị kéo. Đoạn OA : Biểu thị biến dạng đàn hồi Đoạn AB : Biểu thị biến dạng dẻo Đoạn BC và CD : Biểu thị biến dạng phá huỷ 1.2.1.2 Trạng thái ứng suất. Các ứng suất trong vật thể hoàn toàn không có ứng suất tiếp thì vật thể có ba dạng ứng suất chính sau. Hình 1.3. Các dạng ứng suất. +Ưng suất đường (hình a).
(1 -1) + Ứng suất mặt (hình b).
(1 - 2) + Ứng suất khối (hình c).
(1 - 3) Loại biến dạng dẻo là biến dạng chảy của kim loại ((chảy) * Điều kiện biến dạng dẻo: + Khi kim loại chịu ứng suất đường. ((1 ( = (ch tức
(1 - 4) + Kim loại chịu ứng suất mặt. ((1 -(2 ( = (ch (1 - 5) + Khi kim loại chịu ứng suất khối. ((max -(min ( = (ch (1 - 6) Các phương trình trên gọi là phương trình dẻo. Biến dạng dẻo chỉ bắt đầu sau biến dạng đàn hồi. 1.2.1.3 Biến dạng dẻo kim loại trong trạng thái nguội. Thực nghiệm cho thấy với sự gia tăng mức độ biến dạng nguội thì tính dẻo của kim loại sẽ giảm và trở nên dòn, khó biến dạng. Hình 1.4. Sơ đồ biến dang dẻo kim loại. Hình vẽ này trình bày đường cong về mối quan hệ giữa các tính chất cơ học của thép và mức độ biến dạng rất rõ ràng. Nếu biến dạng vượt quá 80% thì kim loại hầu như mất hết tính dẻo. 1.2.2 Các phương pháp cán uốn kim loại. 1.2.2.1 Phương pháp cán mỏng kim loại. 1.Khái niệm. Cán mõng là phương pháp chủ yếu trong kỹ nghệ gia công áp lực. Sau khi biến dạng chiều dày vật cán giảm dần, chiều dài tăng lên, chiều rộng cũng tăng lên và hình dáng vật cán thay đổi. Phần lớn các sản phẩm thép (nhôm, inox, đồng,..), được sản xuất ra từ các nhà máy là sản phẩm của quá trình cán dưới dạng tấm, hình ống, sóng, hình đặc biệt.. So với các phương pháp áp lực khác (kéo, ép, dập, rèn) cán là một phương pháp gia công có năng suất cao. Các máy cán hiện đại có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá rất cao, vận tốc cán có thể đạt đến 20 ÷ 40 (m/phút). 2. Ap lực lên lô cán khi cán hình. Trong cán nóng xuất hiện các lực ma sát phụ trên lổ hình làm tăng áp lực lên lô cán trong thời gian cán. Song để xác định chúng chính xác rất khó khăn. Cho nên để tính chúng người ta sử dụng các hệ thống thực nghiệm phụ thuộc vào hình dáng lổ hình gọi là hệ số hình dáng.
(1 -7)
>1. Trong đó: a, b là hệ số phụ thuộc hình dáng lổ hình. htb là chiều cao qui đổi trung bình của kim loại tại vùng biến dạng. l là chiều dài tiếp xúc của kim loại với lô cán đối với trường hợp
>2.
Các thông số về kích thước.
htb =
(1 -8) btb =
Chiều dài tiếp xúc L =
. Mômen cán được xác định như sau. Mc = 2.P.a = 2.P.
.l (1 -9) Trong đó:
là hệ số tay đòn với

= 0,45
0,5 Khi cán hình đơn giản.
= 0,6
0,65 Khi cán hình theo vùng.
= 0,65
0,75 Khi cán hình các loại khác. * Mômen và công suất động cơ định trong khi cán kim loại. Công suất động cơ điện để truyền dẫn cho trục dẫn và mômen quay. Nđc = Nc + Nms
Nđ = Nr
Nđ. (1 -10) Mđc = Mc + Mms
Mđ = Mr
Mđ. Trong đó: Nc, Mc là công suất cán và mômen cán để biến dạng kim loại. Nms, Mms là công suất và mômen lực ma sát xuất hiện trong ổ đỡ trục (Mms1) và trong các cơ cấu truyền động khác (Mms2). Nđ, Mđ là công suất và mômen động để vượt qua độ ì của các cơ cấu. Hai đại lượng đầu Nc + Nms hoặc Mc + Mms không đổi trong suốt quá trình cán gọi là tải trọng tĩnh của động cơ. Tải trọng của động cơ Nđ hoặc Mđ sinh ra trong thời điểm phôi bị ôm bởi các lô cán. * Mômen của động cơ. Mđc =
(1 -11) Trong đó: i là tỷ số truyền hộp giảm tốc. i =

đc,
l là vận tốc góc của động cơ và lô cán. nđc, nl là tốc độ quay của động cơ và lô cán (vòng/phút). Công suất cán (biến dạng dẻo) trên tâm lô cán. N = M.
(kw) (1 -12) * Mômen ma sát. Giả sử khi cán trong máy cán 2 trục thì mômen ma sát xuất hiện trong 4 ổ đỡ của hai trục cán. Mms =
.
d0.Mms2 Mms = Mms1 + Mms2 =
(1 -13) Trong đó: P là áp suất toàn phần trên trục cán.
là hệ số ma sát ở trong các ổ trục cán. r0 là bán kính ổ trục. d0 là đường kính trục tại chỗ lắp ổ. Khi cán trên máy cán 4 trục thì áp lực hầu như từ hai trục cán truyền nên sự mất mát do ma sát được tính trên các ổ trục truyền. Mms = P.
.d0.
(1 -14) Trong đó: Dct là đường kính trục công tác. Dtr là đường kính trục truyền. Giá trị hệ số ma sát trong các ổ đỡ trục cán
. Loại ổ đỡ trục cán  Hệ số ma sát
  Ổ lăn Ổ ma sát ướt Ổ teextolit Ổ đỡ ma sát lỏng Ổ đỡ ma sát nữa lỏng Ô bi Ổ trượt +Loại trục làm bằng thép + Loại trục làm bằng sứ  0,004 0,003 0,01 0,003
0,0005 0,006
0,001 0,003
0,005 0,04
0,1 0,005
0,01   Sự mất công do ma sát trong các cơ cấu truyền động được tính theo hệ số hữu ích của bộ truyền bao gồm: bộ phận lực (
), hộp giảm tốc (
) và trục Spin đến với khớp nối trục (
). Như vậy
* Mômen tĩnh. MT = M + Mms =
(1 -15) Công suất động cơ theo tải trọng tĩnh. Nđc = MT.
(1 -16) Hệ số hữu ích của máy cán gọi là tỷ số mômen cán và mômen tĩnh.
(1 -17) Thực tế lấy
* Mômen động. Mđ = j.
(1 -18) Trong đó:
là tổng mômen quán tính của các kết cấu được truyền từ động cơ. m, R1 là khối lượng và bán kính quán tính của mối liên kết.
là gia tốc góc của các chi tiết quay. M =
(KGm) (1 -19) n =

Tổng mômen tĩnh và mômen động trong quá trình cán phải nhỏ thua mômen cực đại của động cơ. MT +Mđ
Mđcmax = k. Mđm (1 -20) Trong đó: Mđm là mômen định mức của động cơ. k là hệ số quá tải cho phép của động cơ. k = 2
2,5 3. Các đại lượng đặc trưmg cho quá trình cán kim loại. * Vùng biến dạng. Khi cán hai trục cán quay liên tục và ngược chiều nhau nhờ ma sát tiếp xúc giữa vật cán và bề mặt trục cán mà vật cán được ăn vào trục và bị biến dạng. Sau khi biến dạng chiều dày vật cán giảm dần, chiều dài tăng lên, chiều rộng cũng tăng lên và hình dáng vật cán thay đổi. Vùng kim loại ăn vào để bị biến dạng và ra khỏi trục gọi là vùng biến dạng. Vùng biến dạng là vùng kim loại bị biến dạng dẻo dưới tác dụng của lực cán được truyền lên trục. Vùng ABCD trên (hình 1.4) là vùng biến dạng của kim loại. Hình 1.5. Sơ đồ biến dạng khi cán. * Các thông số đặc trưng cho vùng biến dạng. - Góc ăn kim loại
(rad, độ). Là góc chắn bởi cung AB và CD (hình 1.4) gọi là góc ăn kim loại và được ký hiệu là
. Lô cán khác nhau, vật cán khác nhau thì
sẽ khác nhau. - Chiều dài vùng biến dạng l (mm). Cung AB và CD gọi là cung tiếp xúc hay được gọi là chiều dài vùng biến dạng. - Góc trung hoà
(rad, độ). Góc IOB là góc trung hoà. Tại tiết diện I của góc trung hoà vận tốc của trục cán bằng vận tốc của kim loại. Vt = VKL (m/s) - Lượng ép tuyệt đối
h (mm). Đây là hiệu số chiều cao của kim loại trước và sau khi cán.
h = h1 - h2 (mm) - Lượng ép tương đối
%.
la tỷ số giữa lượng ép tuyệt đối với chiều cao ban đầu của kim loại nhân với 100%.
% =
(1 - 21) - Lượng ép tổng
(mm) và
Trong cán hình có khi người ta dùng khái niệm lượng ép tổng
(mm) tuyệt đối (còn gọi là tổng lượng ép).
=
(1 - 22) Trong cán tấm hay dùng khái niệm lượng ép tổng tương đối

=
(1 - 23) Trong đó:
h1,
h2,....
hn là lượng ép từ lần cán thứ nhất, thứ hai, tới lần cán thứ n (mm). h là chiều dày ban đầu của vật cán.(mm). - Lượng giản rộng tuyệt đối
b (mm).
b là hiệu số giữa chiều rộng của vật cán sau và trước khi cán.
b = b2 -b1 (mm). - Hệ số giản dài khi cán
(còn gọi là hệ số kéo dài).
là tỷ số chiều dài sau và trước khi cán.
=
=
Ngoài ra người ta còn dùng hệ số giản dài tổng (
tổng).
tổng =
Trong đó: F0, l0 là diện tích và chiều dài ban đầu của vật cán. Fn, ln là diện tích và chiều dài cuối cùng của sản phẩm. * Quan hệ giữa các thông số trong vùng biến dạng. - Góc ăn kim loại
=
- Chiều dài cung tiếp xúc l =
(mm) - Lượng giản rộng tuyệt đối.
b = 1,15.
(mm) Trong đó: F là hệ số ma sát f = 1,05 - 0,0005t T là nhiệt độ cán (0C). Trong thực tế người ta hay dùng công thức thực nghiệm sau:
b = k.
h k = (0,35
0,48) đối với cán thép hình. k = (0,1
0,15) đối với cán thép tấm. Người ta còn đưa ra thông số lượng giản rộng tương đối nhưng thực tế rất ít dùng. - Hệ số giản dài tổng.
tổng =
- Hệ số giản dài tổng còn có thể biểu diễn bằng các công thức sau:
tổng =

tổng =
1 .
2.
3....
n - 1 .
n Trong đó: F0, F1, F2, F3,.... Fn-1, Fn là tiết diện ban đầu, tiết diện tại lổ hình thứ nhất, thứ hai, thứ ba.... đến lần thứ (n - 1) và lần thứ n (cuối cùng).
1,
2,
3....
n - 1 ,
n là hệ số giản dài của lần cán thứ nhất, thứ hai, thứ ba,.... đến lần thứ (n - 1) và lần thứ n. * Điều kiện vật cán ăn vào trục cán. Khi máy cán làm việc, trục cán quay và lôi vật cán vào trục để cán, ép làm cho nó biến dạng. Hình 1.6. Sơ đồ biểu diễn lực cán. Muốn vật cán ăn vào trục thì: 2Tx > 2Nx nghĩa là lực Tx > Nx Ta lại có: Nx = N.sin
Tx = T.cos
T = N.f f là hệ số ma sát. Như vậy: N.f. cos
> N. sin

f > tg
Vì
quá nhỏ nên tg
≈

f >
Trong đó:
=
Kết hợp lại ta có: f >


< R.f2 Vậy để vật cán ăn được vào trục phải đảm bảo điều kiện.
< R.f2 Trong đó: f là hệ số ma sát phụ thuộc vào bề mặt trục cán và nhiệt độ. Các trị số của hệ số ma sát được cho ở bảng sau. Trạng thái cán  Loại trục cán  Hệ số ma sát f   Cán nóng  Trục có gờ, rãnh Trục cán hình Trục cán tấm  0,45 ÷ 0,62 0,36 ÷ 0,47 0,27 ÷ 0,36   Cán nguội  Trục có độ bóng bình thường Trục có độ bóng cao (10 ÷ (12  0,09 ÷ 0,18 0,03 ÷ 0,09   1.2.2.2 Phương pháp cán uốn kim loại. 1. Khái niệm. Uốn là một trong những nguyên công thường gặp nhất trong công nghệ dập nguội. Uốn tức là biến dạng phôi thẳng (tấm), tròn, dây hay ống thành những chi tiết có hình cong hay gấp khúc, hình dạng khác,... Phụ thuộc vào hình dáng và kích thước vật uốn, dạng phôi ban đầu, đặc tính của quá trình uốn trong khuôn, uốn có thể tiến hành trên máy ép lệch tâm, ma sát hay thuỷ lực, đôi khi có thể tiến hành trên các dụng cụ uốn bằng tay hoặc các máy chuyên dùng. 2. Đặc điểm của quá trình uốn. Đặc điểm của quá trình uốn kim loại là uốn các kim loại tấm để đạt đựoc những chi tiết có kích thước và hình dạng cần thiết, người ta nhận thấy rằng với tỷ số chiều rộng và chiều dày của phôi khác nhau, với mức độ biến dạng khác nhau (tỷ số giữa bán kính uốn và chiều dày vật liệu khác nhau) và giá trị uốn khác nhau. Trong đó:
là hệ số giảm chiều dài. S1 là chiều dày trước khi uốn. S là chiều dày sau khi uốn. r là bán kính uốn. Các lớp kim loại ở phía ngoài góc uốn (phía bán kính lớn) thì bị kéo giãn dài theo phương dọc và đồng thời bị nén và co ngắn theo hướng ngang, tạo thành độ cong ngang. Khi uốn những dải phôi rộng (b/2s), chiều dày vật liệu giảm, mặt cắt ngang của phôi bị thay đổi không đáng kể, có thể coi như không đổi bởi vì trở lực biến dạng của vật liệu có chiều rộng lớn chống lại sự biến dạng theo hướng ngang. Khi đó, các lớp kim loại ở phía trong các góc uốn chỉ bị nén và co ngắn theo hướng dọc còn các lớp kim loại ở phía ngoài góc uốn chỉ bị co nén và giãn dài theo hướng dọc. Khi uốn với mức độ biến dạng lớn, các lớp kim loại ở phía ngoài phôi bị kéo và giãn dài đáng kể, dễ gây ra hiện tượng nứt, gẫy. Vì vậy, khi cắt phôi uốn cần phải chú ý bố trí sao cho đường uốn vuông góc với thớ cán của phôi, tránh để đường uốn song song với thớ cán. Tại vùng uốn có lớp kim loại bị nén và co ngắn lại, đồng thời có những lớp kim loại bị kéo và giãn dài theo hướng dọc. Vì vậy, giữa các lớp đó thế nào cũng tồn tại một lớp có chiều dài bằng chiều dài ban đầu của phôi. Lớp này gọi là lớp trung hoà biến dạng. Lớp trung hoà biến dạng là cơ sở tốt nhất để xác định bán kính nhỏ nhất cho phép. Trước khi biến dạng tinh thể có dạng hình cầu. Sau khi biến dạng các tinh thể bị vạn vẹo, kéo dài ra thành thớ về hướng lực tác dụng. Bên cạnh đó, nó còn gây nên ứng suất dư do biến dạng không đều cùng lúc và biến dạng trong nội bộ hạt tinh thể không đều. Có 3 loại ứng suất dư tồn tại sau biến dạng là - Ứng suất sinh ra giữa các bộ phận của vật thể (1. - Ứng suất sinh ra giữa các hạt của vật thể (2. - Ứng suất sinh ra trong nội bộ của hạt tinh thể (3. Các ứng suất này có thể tồn tại và là nguyên nhân làm cho vật thể kim loại bị cong vênh, nứt nẻ... Sau khi bị biến dạng. Sau khi uốn Hình 1.7. Sơ đồ biến dạng uốn. 3. Xác định chiều dày phôi uốn. Xác đinh vị trí lớp trung hoà: chiều dày lớp trung hoà ở vùng biến dạng. Chiều dày lớp trung hoà xác định theo công thức:
(1 - 19) Trong đó: (l là tổng chiều dài các đoạn thẳng.
là chiều dài các lớp trung hoà. r là bán kính uốn cong phía trong. x là hệ số phụ thuộc vào tỷ số r/s. s là chiều dày vật uốn. Khi uốn 1 góc ( = 900 thì
4. Bán kính uốn nhỏ nhất và lớn nhất. Nếu rtrong quá nhỏ sẽ làm đứt vật liệu ở tiết diện uốn, nếu qúa lớn vật liệu sẽ không có khả năng giữ được hình dáng sau khi đưa ra khỏi khuôn. rtrong ( rmin Bán kính uốn lớn nhất:

rngoài = rtrong - s E = 2,15.105 N/mm2 là môđun đàn hồi của vật liệu. S là chiều dày vật uốn. (1 là giới hạn chảy của vật liệu.
( là độ giãn dài tương đối của vật liệu (%). Theo thực nghiệm, ta có: (min = K.S K là hệ số phụ thuộc vào góc uốn (. 5. Công thức tính lực uốn. - Lực uốn bao gồm lực uốn tự do và lực uốn phẳng vật liệu. Trị số lực và lực phẳng thường lớn hơn nhiều so với lực tự do. - Lực uốn tự do được xác định theo công thức:
(1 - 20)
là hệ số uốn tự do có thể tính theo công thức trên hoặc chọn theo bảng phụ thuộc vào tỷ số l/s. B1 là chiều dày của dải tấm. S là chiều dày vật tấm. n là hệ số đặc trưng của ảnh hưởng biến cứng n = 1,6 ( 1,8. (b là giới hạn bền của vật liệu. l là khoảng cách của các điểm tựa. - Lực uốn góc tinh chỉnh tính theo công thức: P = q.F (1 - 21) q là áp lực tinh chỉnh (là phẳng) chọn theo bảng. F là diện tích phôi được tinh chỉnh. - Tóm lại, trong quá trình uốn không phải toàn bộ phần kim loại ở phần uốn đều chịu biến dạng dẻo mà có một phần ở dạng đàn hồi. Vì vậy, không còn lực tác dụng thì vật uốn không hoàn toàn như hình dáng cần uốn. - Các yếu tố ảnh hưởng đến trị số bán kính uốn: + Cơ tính của vật liệu và trạng thái nhiệt luyện: nếu vật liệu có tính dẻo tốt và đã qua ủ mềm thì rmin có trị số nhỏ hơn so với khi đã qua biến dạng. + Anh hưởng của góc uốn: Cùng một bán kính uốn như nhau nếu góc uốn ( càng nhỏ thì khu vực biến dạng càng lớn. Vật liệu  Tỷ số  Chiều dày vật liệu (mm)     Đến 0,8  0,8 ( 2  (2     Góc đàn hồi (   Thép, (b đến 35 (kg/mm2) Đồng thau (b đến 35 (kg/mm2) Nhôm, kẽm   (1 1 ( 5 (5  4 5 6  0 1 2   Thép, (b =40 ( 50 (kg/mm2)