(Đề tài NCKH) Thiết kế Module đẩy ống cho máy uốn ống

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

THIẾT KẾ MODULE ĐẨY ỐNG CHO MÁY UỐN ỐNG
SV2022-189

Thuộc nhóm ngành khoa học: Cơng nghệ chế tạo máy

SV thực hiện:

Nguyễn Thành Trung

Nam, Nữ: Nam

Dân tộc: Kinh
Lớp, khoa:

19143CLA1

Năm thứ: 3 /Số năm đào tạo:8

Ngành học: Công nghệ chế tạo máy

Người hướng dẫn: PGS.TS Phạm Sơn Minh


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU .............................................................................................1

1.1. Tầm quan trọng và tính thực tiễn của đề tài nghiên cứu .......................................1
1.2. Mục tiêu của đề tài ................................................................................................1
1.3. Nhiệm vụ đề tài .....................................................................................................2
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ...........................................................................................3
2.1. Cơ sở lý thuyết ......................................................................................................3
2.1.1. Tổng quan về máy uốn ống ............................................................................3
2.1.1.1. Khái niệm về uốn ống ..............................................................................3
2.1.1.2. Lịch sử về ngành uốn ...............................................................................3
2.1.2. Những vấn đề liên quan đến uốn ....................................................................3
2.1.2.1. Vật liệu làm phôi uốn ...............................................................................3
2.1.2.2. Các phương pháp uốn phổ biến ................................................................4
2.2 Các dạng module đẩy ống cho máy uốn ống ......................................................5
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MODULE ĐẨY ỐNG CHUYỂN ĐỘNG DỌC TÂM........12
3.1. Yêu cầu kỹ thuật cho thiết kế module đẩy ống ...................................................12
3.2. Chọn các chi tiết tiêu chuẩn ................................................................................13
3.2.1. Tính tốn, thiết kế bộ truyền vít me - đai ốc bi và động cơ ..........................13
a. Bước vít me .....................................................................................................14
b. Tính tốn lực dọc trục .....................................................................................14
c. Tính tốn tải trọng (Co, Ca) ..............................................................................14
d. Chọn vít me – đai ốc bi: ..................................................................................15
f. Tính chọn động cơ ...........................................................................................16
3.2.2. Chọn hộp giảm tốc ........................................................................................18
3.2.3. Tính chọn ray trượt - con trượt .....................................................................18
3.2.4. Chọn gối đỡ ..................................................................................................21
3.2.5. Chọn nối trục ................................................................................................22
3.3. Thiết kế module đẩy ống .....................................................................................23
3.3.1. Bàn đỡ ...........................................................................................................23
3.3.2. Chi tiết đẩy ống .............................................................................................24
3.3.3. Thiết kế phần cố định hộp giảm tốc và động cơ ...........................................26
3.4. Thiết kế khung máy phần đỡ module đẩy ống ....................................................27

3.5. Phân tích độ bền của cụm đẩy ống và khung máy ..............................................31
3.5.1. Chia lưới mơ hình hệ thống máy đối với ống ∅19 .......................................31
3.5.2. Phân tích ứng suất và biến dạng của cụm đẩy với ống ∅19 .........................37
3.5.3. Chia lưới và phân tích biến dạng khung máy uốn ống với ống ∅19 ............43


CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM ..............................................................51
4.1. Quá trình gia cơng, chế tạo .................................................................................51
4.1.1. Q trình chế tạo khung máy ........................................................................51
4.1.2. Q trình gia cơng các chi tiết ......................................................................53
4.2. Qui trình lắp ráp ..................................................................................................67
4.3. Thử nghiệm và đánh giá sản phẩm .....................................................................73
4.3.1. Kiểm nghiệm hoạt động của máy .................................................................73
4.3.2. Đánh giá kết quả đạt được sau khi thử nghiệm ............................................75
CHƯƠNG 5: TỔNG KẾT .............................................................................................77
5.1. Kết quả đạt được .................................................................................................77
5.2. Kết quả chưa đạt được.........................................................................................77
5.3. Đề xuất phương án giải quyết .............................................................................77
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................78


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1: Lực dọc trục và phần trăm tương ứng
Bảng 3.2: Thơng số kỹ thuật của vít me – đai ốc bi
Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật của hộp giảm tốc
Bảng 3.3: Bảng tra kích thước gối đỡ
Bảng 3.4: Bảng số thông số kỹ thuật của gối đỡ
Bảng 3.5: Bảng tra thông số kỹ thuật của khớp nối hồnh đơn WQ-C68L54
Bảng 3.6: Các thơng số kỹ thuật của thép
Bảng 3.7: Thông số quan trọng mô phỏng cụm đẩy ống

Bảng 3.8: Các thông số của thép hộp
Bảng 3.9: Kết quả sau khi phân tích khung
Bảng 4.10: Q trình gia cơng bàn đỡ
Bảng 4.11: Q trình gia cơng chi tiết đẩy
Bảng 4.12: Q trình gia cơng các chi tiết cố định giảm giảm tốc
Bảng 4.13: Các bước gia công luynet
Bảng 4.14: Các bước gia cơng vít me
Bảng 4.15: Bảng thơng số kiểm tra
Bảng 4.16: Nội dung thí nghiệm đẩy ống trên module đẩy


THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1. Thơng tin chung:
- Tên đề tài: Thiết kế module đẩy ống cho máy uốn ống
- Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Thành Trung
- Lớp: 19143CLA1

Mã số SV:19143082

Khoa: Chất lượng cao

- Thành viên đề tài:
Stt

Họ và tên

MSSV

Lớp

Khoa

1

Trần Tuấn Phi

19143075

19143CLA3

Chất lượng cao

2

Nguyễn Minh Hiếu

19143058

19143CLA3

Chất lượng cao

- Người hướng dẫn: PGS.TS Phạm Sơn Minh
2. Mục tiêu đề tài:
- Nghiên cứu, tìm hiểu các cơng nghệ máy uốn ống hiện tại của nước ngồi, từ đó tham
khảo, áp dụng những kiến thức đã học được để thực hiện và hoàn thành đề tài nghiên
cứu.
- Thiết kế, chế tạo module đẩy ống cho máy uốn ống.
- Hệ thống điều khiển tự động, giảm bớt sự can thiệp của con người trong quá trình sản
xuất.

- Chiều dài ống được đẩy vào vùng tạo hình tối đa, tránh lãng phí phơi hay chi phi sản
xuất.
- Khơng xảy ra hiện tượng gãy phôi, hay phôi bị trượt, lệch ra khỏi vùng tạo hình.
3. Tính mới và sáng tạo:
- Cụm đẩy ống cho thể đẩy ống đi hết hành trình, tiết kiệm, tránh lãng phí phơi, chi
phi sản xuất.
4. Kết quả nghiên cứu:
-

Cụm đẩy đẩy được hết ống tới cuối hành trình;

-

Máy hoạt động ổn định và thao tác vận hành đơn giản.

-

Sản phẩm uốn không xảy ra hiện tượng gãy phơi hay lệch khỏi vùng tạo hình


Ngày

tháng

năm

SV chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài
(kí, họ và tên)

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề
tài (phần này do người hướng dẫn ghi):

Ngày

tháng

năm

Người hướng dẫn
(kí, họ và tên)


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1. Tầm quan trọng và tính thực tiễn của đề tài nghiên cứu
Trong thời kì hội nhập kinh tế tồn cầu, cùng với cơng cuộc đổi mới đất nước, công
nghiệp là ngành kinh tế quan trọng, những năm gần đây đã trở thành ngành xuất khẩu
chủ đạo với tốc độ tăng trưởng ở mức cao. Cơ cấu các ngành cơng nghiệp có sự chuyển
biến tích cực rõ rệt và đang có những bước phát triển mạnh mẽ, góp phần tích cực trong
giải quyết việc làm, chuyển dịch cơ cấu lao động, tăng năng suất, tạo ra cơ hội việc làm
cho hàng triệu người lao động và nâng cao đời sống của người dân.
Ngành cơ khí hay chế tạo máy là những ngành cơng nghiệp đóng vai trị quan trọng
trong việc sản xuất thiết bị, máy móc hay các công cụ cho mọi ngành trong nền kinh tế
thị trường. Ống uốn là một trong những sản phẩm của ngành gia công uốn ống hay máy
uốn ống được sử dụng phổi biến trong các ngành hay lĩnh vực khác như: hệ thống
điệnnước; sản xuất ô tô, xe máy; xây dựng; dầu khí, hóa chất hay trong trang trí nội thất
với rất nhiều chủng loại ống khác nhau có đường kính cũng như vật liệu làm ống rất đa
dạng.
Hiện nay trên thế giới có rất nhiều nước, cơng ty đi đầu trong việc chế tạo các máy
móc uốn ống,với các loại máy khác nhau, từ thủ công, bán tự động cho đến các loại tự

động NC và CNC rất hiện đại phù hợp với các kích thước ống, kiểu sản xuất mang đến
sự chính xác và năng suất cao.
Việt Nam cũng có nhiều loại máy uốn khác nhau, nhưng chủ yếu là những sản phẩm
được nhập khẩu từ nước ngoài với giá thành còn rất cao. Còn những sản phẩm trong
nước tự chế tạo chủ yếu là những loại máy thủ cơng và bán tự động, năng suất cịn thấp
chưa đáp ứng đủ nhu cầu trong nước. Vì vậy việc nghiên cứu, chế tạo máy uốn ống tự
động là thiết yếu đối với sự phát triển của ngành công nghiệp Việt Nam, ngồi ra cịn
tăng vị thế cạnh tranh của thị trường trong nước góp phần thúc đẩy sự phát triển của các
ngành công nghiệp khác.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó cùng với sự định hướng và hướng dẫn của thầy
Phạm Sơn Minh, nhóm sinh viên chúng em đã chọn đề tài nghiên cứu khoa học:
“THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MODULE ĐẨY ỐNG CHO MÁY UỐN ỐNG”.
1.2. Mục tiêu của đề tài
- Tìm hiểu những kiến thức cơng nghệ chế tạo máy uốn ống hiện đại từ các nước phát
triển mạnh ngành uốn, từ đó tham khảo, vận dụng những kiến thức đã học để hoàn thành
đề tài.
-

Thiết kế, chế tạo module đẩy ống cho máy uốn ống

Hệ thống điều khiển tự động, giảm bớt sự can thiệp của con người trong quá trình
sản xuất.

1


-

Sản phẩm uốn không xảy ra hiện tượng gãy phôi hay lệch khỏi vùng tạo hình.

1.3. Nhiệm vụ đề tài
-

Thiết kế, chế tạo bộ đẩy ống.

-

Bộ đẩy ống có thể đẩy hết được ống khi tới cuối hành trình.

- Thiết kế, chế tạo cơ cấu giữ cho ống không bị gãy, trầy xước, biến dạng trong quá
trình tạo hình.

2


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
2.1. Cơ sở lý thuyết
2.1.1. Tổng quan về máy uốn ống
2.1.1.1. Khái niệm về uốn ống
Uốn ống là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực được sử dụng để tạo thành
những biên dạng hay những đường cong với bán kính bất kì cho ống.
Hiện nay có rất nhiều sản phẩm uốn làm từ những vật liệu khác nhau chứ không đặc
thù là ống bằng sắt thép hay inox. Ví dụ uốn những ống dẫn dầu bằng thép hợp kim
niken hoặc trong những ngành công nghiệp hàng không vũ trụ người ta dùng hợp kim
Titan để làm phôi uốn. Phôi uốn sắt thép inox được sử dụng phổ biến trong công nghiệp
ô tô, vận tải hoặc trong xây dựng.
2.1.1.2. Lịch sử về ngành uốn
Máy uốn là một sản phẩm của ngành cơ khí chế tạo dùng để uốn những phơi liệu
thành những sản phẩm có ích cho đời sống của con người. Nó góp phần đáng kể vào
việc giảm sức lao động của con người trong q trình làm ra sản phẩm.

Máy uốn ống có nhiều loại như máy uốn ống bằng tay, máy uốn ống bằng thủy lực,
máy uốn ống bằng điện, máy uốn ống bằng điện thủy lực,…
Sự phát triển của máy uốn ngày càng mạnh, trước đây mấy chục năm những sản
phẩm uốn chỉ tạo nên bằng tay rồi sau đó phát triển dần lên uốn bằng máy để giảm sức
người và uốn bán tự động rồi đến tự động cho tới tận khâu cấp phôi.
2.1.2. Những vấn đề liên quan đến uốn
2.1.2.1. Vật liệu làm phôi uốn
Máy uốn ngày nay được chế tạo đa dạng phù hợp cho nhiều loại phôi uốn như thanh
rỗng, thanh đặc, thép hộp, thép cán, ống đặc và ống cán.
Nói chung, hầu hết các kim loại phổ biến đều có thể uốn nguội miễn là chúng có độ
giãn đủ để đạt được góc và bán kính mong muốn trước khi đạt ngưỡng chịu đựng. Vật
liệu thường được tạo hình dễ dàng bao gồm thép cacbon thấp và thép không gỉ, nhôm,
đồng thau và đồng. Các thao tác tạo hình đơn giản có thể được dùng đối với Magie,
Titan, hợp kim đồng và niken. Các dụng cụ và kỹ thuật uốn đặc biệt cho phép uốn một
số kim loại được gọi là exotic và vật liệu chịu lửa.

3


2.1.2.2. Các phương pháp uốn phổ biến
Phần lớn các máy uốn ống sử dụng phương pháp uốn quay là phương pháp gia cơng
chính, cái mà được cấp năng lượng bằng thủy lực, khí nén, điện/cơ khí, điều khiển bằng
tay hoặc điều khiển bằng chương trình số để gia cơng uốn ống
Nguyên lý uốn quay, phôi được gắn chặt với khối tạo hình uốn bằng hai khn kẹp
( kẹp cố định và kẹp di động) và đĩa quay. Khi đĩa quay quay một góc độ, kéo theo
khn kẹp di động đồng thời tạo hình cho phơi với bán kính bằng bán kính đĩa quay
cộng với một nửa đường kính ngồi của ông ống.

Hình 2.1: Nguyên lý uốn quay
Uốn cuộn là phương pháp uốn ống đơn giản để uốn một hình trịn đều. Nguyên lý

của ống uốn cuộn là sử dụng ba con lăn tạo hình có cùng đường kính. Chúng được sắp
xếp theo hình chóp, hai con lăn cố định và một con lăn di động
Các máy uốn cuộn đều sử dụng cùng một nguyên lý cơ bản giống nhau là áp dụng
lực giữa ba con quay. Để đạt được bán kính khác nhau bằng cách thay đổi vị trí của con
lăn di động ra xa hoặc gần với trung điểm từ tâm của hai con lăn cịn lại. Phơi đi vào
con quay và áp lực quay làm cho nó sinh ra biến dạng mặt dưới của con lăn di động.

Hình 2.2: Uốn cuộn

4


Uốn ép hay uốn nén là một phương pháp uốn lâu đời nhất sử dụng một khuôn ép và
tiến hành ép ống sát vào khn đẻ ra được hình dạng theo như khuôn ép.
Khuôn ram di chuyển tịnh tiến hướng xuống dưới tác dụng lên khuôn wing dies.
Khi khuôn ram tạo áp lực xuống dưới, wing dies quay trên trục quay, tạo áp lực hướng
lên so với xi lanh đệm được gắn ở mỗi bên của máy ép. Máy có một điểm dừng sâu cung
cấp một số vị trí để thay đổi hành trình của ram và góc uốn.

Hình 2.3: Máy uốn ép dọc
2.2 Các dạng module đẩy ống cho máy uốn ống
2.2.2 Các dạng truyền động
2.2.2.1 Module sử dụng truyền động bánh răng - thanh răng
Bộ truyền bánh răng – thanh răng thực hiện truyền chuyển động giữa hai trục
với tỷ số truyền xác định nhờ sự ăn khớp của các răng trên 2 bánh răng - thanh răng.
Nguyên lý truyền động: Khi bánh răng quay tạo ra chuyển động quay, sự ăn
khớp răng giữa bánh răng và thanh răng tạo biến đổi chuyển động quay thành chuyển
động tịnh tiến. Nếu bánh răng cố định thì thanh răng tịnh tiến hoặc ngược lại.
Phương chiều tịnh tiến dọc với chiều dài của thanh răng và phụ thuộc vào chiều
quay của bánh răng. Chiều quay của bánh răng phụ thuộc vào phương, chiều tịnh tiến

của thanh răng.
Có thể truyền chuyển động giữa các trục song song, cắt nhau, chéo nhau hay
biến đổi chuyển động quay thành tịnh tiến và ngược lại. Hành trình tịnh tiến bằng với
chiều dài L thanh răng.
Trên máy uốn sử dụng truyền động bánh răng – thanh răng để phục vụ việc đẩy
ống phôi vào vùng tạo hình sử dụng phổ biến là phương pháp thanh răng cố định, bánh
răng quay và tính tiến.

5


Hình 2.4 Thơng số kích thước thanh răng

Hinh2.5 Truyền động bánh răng – thanh răng
Ưu điểm:
-

Hành trình di chuyển lớn, tùy chỉnh chiều dài hành trình dễ dàng

-

Khả năng tải lớn, kích thước nhỏ gọn.

-

Tỉ số truyền ổn định, khơng có hiện tượng trượt trơn.

-

Hiệu suất của truyền động tầm 0.97-0.99.

-

Làm việc với vận tốc lớn, công suất cao.

-

Sử dụng lâu bền, dễ bào trì, bảo dưỡng.

Nhược điểm:
-

Chế tạo phức tạp.
Địi hỏi độ chính xác cao.
Ồn khi hoạt động vận tốc lớn do sự ăn khớp.

6


Máy uốn sử dụng cơ cấu truyền động bánh răng – thanh răng

Hinh2.5 DW-38CNC-2A-1S

2.2.2.2 Module sử dụng truyền động xích
Truyền động xích là phương thức truyền cơng suất cơ học trục này đến trục
khác hay từ vị trí này tới vị trí khắc. Truyền động bằng xích được sử dụng rộng rãi
trong các phương tiện gia thông như xe đạp, xe máy, ơ tơ hay các loại máy móc hiện
đại.
Bộ truyền xích truyền cơng xuất nhờ sự ăn khớp giữa xích và đĩa nhơng, do đó
góc ơm khơng có vị trí quan trọng như trong bộ truyền đai nên có thể truyền cơng suất

và chuyển động cho nhiều đĩa xích đồng dẫn. Hệ thống xích gồm nhiều cơ cấu liên kết
với nhau tạo thành một cơ cấu truyền động gọi là : dây xích và nhơng xích. Hệ thống
xích thường truyền chuyển động từ các động cơ mô tơ, băng truyền, băng tải, hộp
giảm tốc.
Cấu tạo của dây xích và nhơng xích có cấu tạo đơn giản, dây xích bao gồm : má
xích, con lăn và chốt xích. Các chi tiết được lắp rắp thành một cơ cấu có hai điểm mắt
xích, các điểm mắt xích này kết nối nối tiếp với nhau theo một vịng kép kín. Cịn
nhơng xích có cấu tạo giống như các bánh răng, điểm khác biệt duy nhất giữa chúng là
số lượng răng trên một đường kính bánh.

7


Hinh2.6 Cấu tạo đơn giản của truyền động xích
Đặc điểm của bộ truyền xích
-

Căn chỉnh các trục chỉnh xác.
Khoảng cách tâm không quá quan trọng so với các cặp bánh răng.
Có tính linh hoạt, độ tin cậy chỉnh xác cao.
Góc ơm khơng có vị trí quan trọng như trong bộ truyền đai.

Ưu nhược điểm của bộ truyền xích:
Ưu điểm:
-

Có thể làm việc đột ngột, hiệu suất cao, khơng có hiện tượng trơn trượt.
Khơng địi hỏi phải căng dây như dây đai, các lực tác dụng lên trục, ổ thấp.

Nhược điểm:

-

Khi vào khớp và ra khỏi, các mặt xích xoay tương đối với nhau và bản lề xích
bị hao mịn theo thời gian, gây nên tải trọng phụ thụ động.
Ồn khi hoạt động.
Để duy trì tuổi thọ làm việc của bộ truyền nên cần phải chú ý đến việc bảo
dưỡng, bôi trơn thích hợp ( chọn các loại bơi trơn thích hợp với môi trường làm
việc, công suất làm việc…).

Bộ truyền xích được thiết kế trên máy uốn ống với vai trò dịch chuyển cụm kẹp và
xoay ống. Khi bộ truyền hoạt động kéo theo cụm đùm dịch chuyển tịnh tiến, hành
trình tịnh tiến tương ứng với khoảng các trục.

8


2.2.2.3 Module sử dụng truyền động trục vít me – đai ốc
Trục vít me – đai ốc là thiết bị truyền động tuyến tính, biến đổi chuyển động
quay thành chuyển động tịnh tiến với độ chính xác cao, lực ma sát ít. Thường có hai
loại: vít me – đai ốc trượt và vít me – đai ốc bi. Cấu tạo của trục vít me bao gồm rãnh
xoắn ốc cho các viên bi trong đai ốc chạy bên trong rãnh, hay rãnh xoắn ốc tương ứng
trong đai ốc trượt trong rãnh (hay nói các khác là ăn khớp với nhau).
Nguyên lý làm việc của trục vít me – đai ốc: dựa trên nguyên lý biến đổi
chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến. Khi trục vít me quay, các bi trong đai
ốc bị đổi hướng trong ống lệch hướng và đi vào ống hồi bi, tại đây các viên bi di
chuyển liên tục sang phía cuối của đai ốc và ra khỏi ống hồi bi rồi đi vào rãnh xoắn
(khoảng hở ) giữa đai ốc và vít me. Q trình này lặp lại liên tục.
Hành trình di chuyển tương ứng với chiều dài rãnh xoắn.

Rãnh hồi bi

Đai ốc

Trục vít me
Rãnh xoắn

Hình 2.7 Cấu tạo đơn giản của vít me – đai ốc
Ưu nhược điểm của vít me – đai ốc
Ưu điểm:
-

Có độ chỉnh xác cao, hiệu suất truyền động tối ưu, linh hoạt và ổn định.
Chịu tải tốt, không gây xô lệch ổ bi.
Giảm tốc độ, kìm hãm tốt.
Hoạt động dễ dãng, ít gây ồn ở tốt độ cao.
Kích thước tổng thể tốt, nhỏ gọn.

9


Nhược điểm:
-

Hiệu suất thấp hơn so với các loại truyền động khác.
Giá thành khá cao.
Việc bảo dưỡng, bôi trơn phải được duy trì để đảm bảo tuổi thọ của trục
Nhiệt lượng được sinh ra trong quá trình hoạt động khá đăng kể.

Phạm vi ứng dụng của vitme bi
-

Máy điều khiển tự động
Ngành cơng nghiệp robot
Ngành cơng nghiệp bán dẫn
Máy móc công nghiệp chung
Thiết bị y tế, thiết bị năng lượng xanh
Máy cơng cụ

Trên máy uốn ống, vít me – đai ốc bi được dung phổ biến làm chuyển động chính
cho cụm đẩy ống vào vùng tạo hình. Thường được thiết kế đơn giản với các chi tiết
kèm theo như gối đỡ, con trượt và thanh trượt vng.

Hình 2.8 Gối đỡ, con trượt và thanh trượt vuông
Thiết kế đơn giản của truyền động vít me – đai ốc

10


Dạng máy sử dụng truyền động vít -me đai ốc [14]

Hình 2.9 NISSIN CNC 3D FREEFORM TUBE BENDER

11


CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MODULE ĐẨY ỐNG CHUYỂN ĐỘNG
DỌC TÂM
Đai ốc

Luynet

Áo đai ốc

Các chi tiết cố
định hộp giảm tốc

Vít me

Hộp giảm tốc

Ray
trượt

Con
trượt

Khung cụm
tạo hình

Nối trục

Khung
cụm đẩy

Động cơ

Bàn đỡ và chi
tiết đẩy ống

Hình 3.1: Tổng quan thiết kế 3D của module đẩy ống và cơ cấu truyền động
- Nguyên lý làm việc:

• Động cơ truyền chuyển động quay qua hộp giảm tốc có tỉ số truyền 1:25 tới trục
vít me thơng qua khớp nối giúp trục vít me quay.
• Trục vít me quay, truyền chuyển động tịnh tiến cho đai ốc đang được gắn với cụm
đẩy, đẩy ống di chuyển tịnh tiến dọc theo phương Oz.
3.1. Yêu cầu kỹ thuật cho thiết kế module đẩy ống
• Cụm đẩy ống: lực đẩy vít me 1500kg;
• Kích thước phơi ∅19 với bề dày 0,8mm và chiều dài ≥ 3000mm
• Chiều dài làm việc 4000mm;
• Vận lớn nhất của cụm tạo hình 700mm/phút;
• Tốc độ động cơ ≥ 2000vịng/phút
• Hộp giảm tốc tỷ số truyền 1:25
Quy trình tính tốn thiết kế được chia ra thành 4 bước lớn:
(1) Tính tốn, lựa chọn các chi tiết tiêu chuẩn.
(2) Thiết kế module đẩy ống.
(2) Thiết kế khung.
(4) Lựa chọn vật liệu chế tạo.

12


(5) Kiểm nghiệm ứng suất cho module và khung.
3.2. Chọn các chi tiết tiêu chuẩn
3.2.1. Tính tốn, thiết kế bộ truyền vít me - đai ốc bi và động cơ
• Đặc điểm của bộ truyền
Truyền động vít me - đai ốc bi có các viên bi nằm trong các rãnh xoắn của vít và đai
ốc. Vận tốc di chuyển của các viên bi này khác với vận tốc của vít và đai ốc vì vậy để
đảm bảo sự tuần hồn liên tục của các viên bi, hai đầu của đoạn ren làm việc được với
rãnh hồi bi (Hình 12a) hoặc các ống dẫn bi (Hình 12b).

a)

b)
Hình 3.2: Trục vít me - đai ốc bi [13]
• Ưu điểm:
+ Sử dụng vít me đai ốc bi có ma sát khơng đáng kể.
+ Đem lại hiệu suất truyền động lớn.
+ Đảm bảo những chuyển động chính xác, ổn định.
+ Có độ cứng vững dọc trục cao.
+ Kích thước nhỏ, gọn.
• Nhược điểm:
+ Do đặc điểm cấu tạo mà trục vít me đai ốc bi có khả năng chịu tải kém hơn so với
cái vít me bình thường
+ Giá thành trục vít me đai ốc bi khá đắt, gây tốn kém chi phí.

13


a. Bước vít me
l≥

Vmax
V1
700
=
=
=10
Nmax Nmax
70

+ Chọn l = 10 mm
b. Tính tốn lực dọc trục

+ Lực dọc trục lớn nhất tác dụng lên bộ truyền khi tạo hình ống (bàn máy đẩy ống lên)
là:
F1max = 𝜇mg + W + Fa = 0,1.40.10 + 400 + 15000 = 15440 = 1544 kgf
+ Lực dọc trục lớn nhất tác dụng lên bộ truyền khi khơng tạo hình ống (bàn máy chạy
về) là:
F2max = 𝜇mg + W = 0,1.40.10 + 400 = 440 N = 44 kgf
• Lực dọc trục trung bình:
3

Fm = √

∑ F3i .ni .ti 3 F31max .N1max .T1 + F32max .N2max .T2
=√
∑ ni .ti
N1max .T1 + N2max .T2

Trong đó:
F1max, F2max: Lực dọc trục lớn nhất khi tạo hình và khơng tạo hình.
N1max, N2max: Tốc độ quay lớn nhất của trục tạo hình và khơng tạo hình.
T1, T2: Thời gian máy hoạt động ở chế độ khơng tải và có tải.
Bảng 3.1: Lực dọc trục và phần trăm tương ứng
Lực dọc trục (N)

Tốc độ quay (vòng/phút)

Phần trăm thời gian (%)

F1max = 30440 N

50

70

F2max = 440 N

70

30

154403 .50.0,7 + 4403 .70.0,3
Fm = √
= 13201 N = 1320 kgf
50.0,7+70.0,3
3

• Vịng quay trung bình:
Nm =

∑ ni .t i N1max .T1 + N2max .T2
=
= 56 vịng/phút
∑ ti
T1 + T2

c. Tính tốn tải trọng (Co, Ca)
• Tải trọng tĩnh tính tốn:

14

Co = Famax.fs
Trong đó:
Co: tải trọng tĩnh cơ bản
fs: hệ số an tồn, với máy cơng nghiệp nói chung, điều kiện làm việc va đập nhẹ:
fs = 1 – 1,5 (chọn fs = 1,4)
Famax: lực dọc trục lớn nhất tác dụng lên vít me
 Co = 1,4.1544 = 2162 kgf
• Tải trọng động tính tốn:
Ca = Fm.fs = 1320.1,4 = 1848 kgf
Trong đó:
Ca: tải trọng động cơ bản
Fm: lực dọc trục trung bình
d. Chọn vít me – đai ốc bi:
Từ các tính tốn trên ta chọn vít me – đai ốc bi 50 bước 10 TBI mã đai ốc: SFU05010
- 4(DIN 69051 FROM B); mã vít me SCR05010

Q (Oil hole)

Ød
ØD

ØA
ØW

8-X (thr.)

B

H

L

Hình 3.3: Kích thước vít me – đai ốc bi
Bảng 3.2: Thơng số kỹ thuật của vít me – đai ốc bi
Kích thước

Tải trọng
K

d

l

Da
D

A

B

L

W

H

X

Q

n

Ca
(kg)

Coa
(kg/𝜇𝑚)
(kg)

50 10 6,35 75 110 16 88 93 85 11 M8 1x4 6004 19614

15

85


• Vật liệu: Ngoài yêu cầu về độ bền, vật liệu làm vít cần có độ bền mịn cao và dễ gia
cơng.
Vật liệu trục vít: SCM450, độ cứng 58o ~ 62o HRC
Vật liệu đai ốc: SCM420, độ cứng 58o ~ 62o HRC
Bi thép: SUJ2 trên 60o HCR
• Cấp chính xác: C7
e = ±0,05/300 (mm)
e. Kiểm tra sơ bộ
• Chiều dài trục vít me:
Chiều dài trục vít me sau khi chọn trục:
L = tổng chiều dài dịch chuyển + chiều dài đai ốc + chiều dài vùng thoát
=3772 + 88 + 204 = 4064 mm
• Tuổi thọ làm việc:
Ca 3 6 1

6004 3 6 1
) .10 .
) .10 .
Lt = (
= (
= 28006 (giờ) ≥ 15000 (giờ)
Fm .fw
60Nm
1320.1
60.56
Trong đó: fw: hệ số tải trọng, tải va đập nhẹ, v ≤ 0,25 m/s, chọn fw = 1
• Tốc độ quay cho phép:
n = f.

dr
L

7
2 .10 = 21,9.

44,91
4064

2

.107 = 595 vịng/phút

dr: đường kính chân trục vít
f. Tính chọn động cơ
(tham khảo PMI ballscrews catalog, Precision motion industries, INC)

• Đặc điểm của động cơ servo
Để đảm bảo khả năng điều khiển tốc độ, vị trí và mơ-men chính xác và cần mơ-men cao
ở tốc độ thấp ta sử dụng động cơ AC Servo.

16


Hình 3.4: Động cơ AC Servo
Ưu điểm:
+ Khả năng điều khiển tốc độ, vị trí và mơ-men cực kì chính xác.
+ Mô-men không đổi trong khoảng tốc độ từ 0 đến tốc độ định mức, do đó servo
thường được sử dụng trong một số ứng dụng cần mô-men cao ở tốc độ thấp.
+ Hiệu suất hoạt động cao tới hơn 90%, ít sinh nhiệt và hầu như khơng dao động.
+ Tốc độ cao và tần suất làm việc thay đổi nhanh, liên tục.
+ Tốc độ đáp ứng và phản hồi nhanh, qn tính thấp (gần như khơng có qn tính).
+ Hoạt động êm ái, nhẹ, tiết kiệm điện năng (động cơ servo có thể tiết kiệm 5-20%
điện năng so với động cơ thường).
+ Kích thước và trọng lượng nhỏ, ít bị hư hỏng.
Nhược điểm:
+ Hệ thống điều khiển phức tạp.
+ Giá thành cao.
• u cầu động cơ:
+ Tốc độ vịng động cơ: 2000 vòng/phút

17


3.2.2. Chọn hộp giảm tốc
Do yêu cầu vận tốc lớn nhất của module đẩy là 700mm/phút nên chọn hộp giảm tốc
bánh răng hành tinh của kích thước khung 115, tỉ số truyền 1:25

• Ưu điểm:
+ Ưu điểm lớn nhất của hộp số hành tinh đó là giá thành rẻ và độ bền cao, được ứng
dụng nhiều trong loại máy cấp phôi tự động.
+ Thiết kế đảm bảo nhỏ gọn.
+ Hoạt động êm ái, ít tiếng ồn.
+ Truyền mơ men xoắn cao, đem lại độ tin cậy tối đa.
+ Hiệu quả cao, lên tới 99%.
• Nhược điểm:
+ Nhược điểm của loại hộp giảm tốc này là khả năng giải nhiệt kém do cấu tạo vốn
dĩ của nó là nhỏ hẹp.
Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật của hộp giảm tốc
Tỉ số truyền

025

Hệ số an toàn

1,6

Momen xoắn đầu ra

283 N.m

Tốc độ đầu vào định mức

2500 vòng/phút

Tốc độ đầu vào tối đa

5000 vòng/phút

Momen quán tính

1,61 kg.cm2

3.2.3. Tính chọn ray trượt - con trượt
Do yêu cầu lực đẩy ống là 1500kg nên hệ thống chuyển động cần độ cứng vững,
chính xác và khả năng chịu tải trọng nặng. Vì vậy sử dụng con trượt và ray trượt vng
có tai để dẫn hướng truyền động.

Hình 3.3: Ray trượt vuông và con trượt có tai

18


- Thanh trượt vng, con trượt vng có những ưu điểm và tính năng vượt trội sau:
+ Thanh trượt vng, con trượt vng là thiết bị dẫn hướng có độ chính xác cao.
+ Khả năng chịu lực lớn.
+ Khả năng chống ồn cao, đem lại những chuyễn động mượt mà, êm ái, trơn tru,
hiệu quả.
+ Con trượt vuông dễ dàng lắp đặt, thay thế.
+ Có khả năng làm việc trong thời gian dài, tuổi thọ thanh trượt vuông cao.
+ Sử dụng con trượt vuông, ray trượt vuông giúp doanh nghiệp tiết kiệm chi phí bảo
dưỡng, bảo trì, sửa chữa thiết bị.
+ Giá con trượt vuông, thanh trượt vuông nằm ở tầm trung.
+ Nhờ con trượt vuông mà thanh trượt vuông hoạt động với lực ma sát nhỏ.
• Thiết kế sống lăn có tuổi thọ 400km chịu lực F như hình bên dưới.
(theo sách Thiết kế máy công dụng chung – tập 1 – Trần Thiên Phúc)

F = 15000 N

Hình 3.6: Lực tác lên cụm đẩy ống
+ Khối lượng cụm đẩy ống: m = 40 kg
• Điều kiện làm việc của ray trượt:
Do lực lớn ta lắp theo hai dãy dẫn hướng, mỗi dãy dẫn hướng có hai khối tịnh tiến.
Từ lực này ta suy ra lực tác dụng lên từng con lăn.

19