NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÁNH CÁN REN VÍT ĐỂ LẮP ĐƯỜNG RAY VỚI TÀ VẸT BÊ TÔNG - Full 10 điểm

1
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÁNH CÁN REN VÍT
ĐỂ LẮP ĐƯỜNG RAY VỚI TÀ VẸT BÊ TÔNG

NGUYỄN HỮU PHẤN

THÁI NGUYÊN - 2009

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2

Lời cam đoan
Việc nghiên cứu chuyển giao các công nghệ thay thế hàng ngoại nhập sẽ góp
phần làm tăng năng lực cạnh tranh của các nhà sản xuất trong nước.
Dựa trên những yêu cầu thực tiễn về việc đổi mới của ngành đường sắt, luận
văn đã chọn hướng nghiên cứu chế tạo các chi tiết vít để lắp đường ray với Tà vẹt
Bê tông hiện đang được nhập ngoại nhằm tăng hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của
Ngành.
Mặc dù, đã có cố gắng nhiều trong việc tính tốn, thiết kế, chế tạo và thử
nghiệm nhưng nội dung của luận văn cịn nhiều thiếu sót và còn nhiều điểm mới cần
được đề xuất và trao đổi, thảo luận thêm. Tác giả rất mong và trân trọng mọi sự
đóng góp, phê bình của các thầy giáo và đồng nghiệp đối với luận văn.
Em xin trân trọng cảm ơn Ban Chủ nhiệm Khoa Đào tạo sau Đại học Trường

Đại học KTCN, Ban Giám hiệu và Ban Chủ nhiệm Khoa Kỹ thuật Công nghiệp
Trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật đã hết sức tạo điều khiện thuận lợi cho em
trong suốt quá trình học tập và hồn thành luận văn.
Xin trân trọng cảm ơn các thầy giáo trong Hội đồng bảo vệ Đề cương luận văn
Thạc sỹ đã góp ý, chỉnh sửa và phê duyệt đề cương để luận văn của em được hoàn
thành với nội dung tốt nhất.
Đặc biệt, em xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Trần Vệ Quốc đã tận tình hướng
dẫn em hồn thành luận văn.
Xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp, các cộng tác viên đã giúp đỡ, thảo
luận và đề xuất những giải pháp tốt nhất trong quá trình viết luận văn và xây dựng
mơ hình thiết bị thử nghiệm.
Xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên, cổ vũ về tinh thần và
vật chất cho bản thân trong suốt quá trình học tập và làm luận văn.
Em xin cam đoan luận văn là cơng trình nghiên cứu của em dưới sự hướng dẫn
của PGS.TS Trần Vệ Quốc thực hiện trong suốt thời gian làm luận văn

HỌC VIÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

3

Nguyễn Hữu Phấn

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU Trang
1

1. Tính cấp thiết của đề tài 1

2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

3. Ý nghĩa của đề tài 2

4 Nội dung nghiên cứu 2

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁN REN 3

1.1. Đặc điểm của cán ren 3

1.1.1 Đặc điểm của ren cán 3

1.1.2. Các phương pháp cán ren 5

1. Nguyên lí chung của phương pháp cán ren 5

2. Các phương pháp cán ren 6

1.1.3. Dụng cụ cán ren 8

1.1.4. Phương pháp chế tạo vít bắt đường ray với tà vẹt bê tơng dự ứng 9

lực

1.2. Giới thiệu phần mềm xây dựng mơ hình 3D của bánh cán 9

1.3. Phương pháp tính bền bánh cán 12

1.3.1. Phương pháp phần tử hữu hạn 13

1. Khái quát phương pháp phần tử hữu hạn 13

2. Phương pháp phần tử hữu hạn với biến dạng phẳng 15

1.3.2. Giới thiệu phần mềm tính bền cho bánh cán 24

1. Giới thiệu phần mềm ANSYS 24

2. Đặc điểm của phần mềm 25

3. Một số đại lượng cần chú ý 29

1.4. Kết luận chương 1 32

1.4.1. Nhận xét 32

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

4

1.4.2. Xác định hướng nghiên cứu của đề tài 32

Chương 2: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ BÁNH CÁN REN VÍT LẮP 34

ĐƯỜNG RAY TẦU VỚI TÀ VẸT BÊ TƠNG DỰ ỨNG LỰC

2.1. Phân tích hình dáng, kích thước ren vít 34

2.2. Thiết kế hình dáng hình học bánh cán 34

2.2.1. Biên dạng xoắn của bánh cán 34

2.2.2. Điều kiện cán vào 35

2.2.3. Xác định các kích thước cơ bản cúa bánh cán 37

2.2.4. Vật liệu bánh cán 38

2.2.5. Lập bản vẽ chế tạo bánh cán 39

2.3. Xây dựng mơ hình 3D của bánh cán ren bằng phần mềm 40

Pro/engineer

2.4. Tính bền bánh cán 45

2.4.1. Tính tốn lực trên bánh cán 45

2.4.2. Sơ đồ phân bố lực trên bánh cán 46

2.4.3. Sử dụng phần mềm ANSYS tính bền bánh cán 47

1. Sơ đồ khối chương trình tính bền bánh cán 47

2. Các bước tiến hành 47

3. Phân tích trường ứng suất và biến dạng 50

2.4.4. Điều kiện bền 60

2.4.5. Xác định đường kính tối thiểu của bánh cán 60

2.5. Chế tạo thử nghiệm bánh cán 62

2.5.1. Bản vẽ lồng phôi bánh cán 62

2.5.2. Chế tạo thử bánh cán 63

2.5.3. Kết quả kiểm tra bánh cán sau khi chế tạo thử 64

1. Kiểm tra vật liệu bánh cán 64

2. Kiểm tra kích thước, sai lệch hình dáng hình học và vị trí tương 64

quan của hai bánh cán

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

5

3. Kiểm tra nhám bề mặt 69

4. Kết quả kiểm tra độ cứng bề mặt ren bánh cán 69

2.6. Kết luận chương 2 70

Chương 3. CÁN THỬ NGHIỆM REN VÍT 71

3.1. Cán thử ren vít 71

3.2. Kết quả kiểm tra sản phẩm vít 71

3.3. Kết luận chương 3 72

KẾT LUẬN CHUNG 73

Kết luận 73

Hướng phát triển của đề tài 74

CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 75

ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

PHỤ LỤC 77

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

6

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu Tên các đại lượng Đơn vị
P Lực tác dụng của bánh cán lên phôi N
T Lực ma sát giữa bánh cán và phôi N
 Góc bánh cán ăn phơi độ
f Hệ số ma sát của phôi

 Góc ma sát độ
D Đường kính chân ren bánh cán. mm
N Số đầu mối ren của bánh cán
d Đường kính trung bình của ren cần cán mm
T Chiều cao của phần biến dạng ren cán mm
Thông số đánh giá độ nhám bề mặt m
Rz, Ra Nhiệt độ cán 0C
Tcán Lực cán hướng kính N
Pp Lực cán tiếp tuyến kính N
Pt Lực cán hướng kính tại các đỉnh ren trên bánh cán N
Ppi Lực cán tiếp tuyến kính tại các đỉnh ren trên bánh cán N
Pti Hệ trục chung
x, y Các thành phần chuyển vị theo các phương x, y, z
Giá trị u của phần tử thứ i
u, v, w Đạo hàm riêng của hàm số

ui



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

7

Niee Hàm quan hệ tại nút ie

ξ Gia số của 1 điểm tuỳ ý trên phần tử

h(e) Chiều dài của phần tử mm

εx, εy Các thành phần biến dạng dài theo các phương x, y
γxy Thành phần biến dạng dài góc trên mặt phẳng xy

x, y,z Các thành phần ứng suất pháp trong hệ toạ độ xyz

[B] Ma trận quan hệ giữa  e và ε.
(e)
Diện tích của phần tử e
[K]   Lực biến dạng của phần tử.
P  Phương trình độ cứng của vật thể

PTHH Phần tử hữu hạn
(FEM)
Phần tử
PT

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

8

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

TT Bảng số Nội dung Trang

1 1.1 Cơ tính trung bình của các vít với ren được gia cơng 3

bằng hai phương pháp cán và cắt

2 2.1 Thành phần hố học và tính chất cơ, lý của thép 35. 34

3 2.2 Kích thước của then bánh cán 38

4 2.3 Kí hiệu của thép X12M 38

5 2.4 Thành phần hố học và tính chất cơ, lý của thép X12M 38

6 2.5 Kết quả kiểm tra thành phần hoá học của vật liệu bánh 64

cán

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

9

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

TT Hình số Nội dung Trang

1 1.1 Đặc điểm của ren 4

2 1.2 Công nghệ cán ren 5

3 1.3 Các kiểu dụng cụ cán 5

4 1.4 Nguyên lý cán ren 6

5 1.5 Công nghệ cán ren bằng bàn cán 7

6 1.6 Công nghệ cán ren bằng bánh cán trụ 7

7 1.7 Cán ren phôi chuyển động hành tinh 8

8 1.8 Đinh vít bắt đường ray với tà vẹt bê tông dự ứng lực 12

9 1.9 Mô hình tính tốn, chế tạo bánh cán 12

10 1.10 Quá trình phân chia các miền và nội suy các hàm quan 12

hệ

11 1.11 Trạng thái ứng suất và biến dạng của phân tố diện tích phẳng 13

trong hệ xoy

12 1.12 Quan hệ giữa các phần tử theo hai phương. 19

13 1.13 Phần tử chia 20

14 1.14 Giao diện làm việc của ANSYS 20

15 2.1 Đinh vít bắt đường ray với tà vẹt bê tông dự ứng lực 21

16 2.2 Hướng xoắn của bánh cán 21

17 2.3 Sơ đồ điều kiện cán vào 22

18 2.4 Mặt phẳng vẽ và mặt phẳng chuẩn 22

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

10

19 2.5 Sketch biên dạng bánh cán 23

20 2.6 Xác định kích thước chiều dài Extrude 23

21 2.7 Đường trung bình của ren bánh cán 24

22 2.8 Tiết diện ren bánh cán 24

23 2.9 Tạo 8 đầu mối. 25

2.10 Mơ hình 3D đường ren trên bánh cán 25

24 2.11 Merge các bề mặt ren và bề mặt trụ 27

25 2.12 Mơ hình 3D sau khi merge 28

26 2.13 Tạo khối Solid (Solidify) 30

27 2.14 Mơ hình 3D bánh cán ren 35

28 2.15 Mơ hình chịu lực của bánh cán 36

29 2.16. Sơ đồ khối phân tích ứng suất và biến dạng của bánh cán 44

30 2.17. Xây dựng mơ hình 3D của bánh cán 47

31 2.18 Mơ hình 3D của bánh cán trong ANSYS 48

32 2.19 Chọn kiểu phần tử của bánh cán 48

33 2.20 Chọn vật liệu của bánh cán 49

34 2.21 Chia lưới cấu trúc của bánh cán 49

35 2.22 Biến dạng theo x (xmax =0.0137mm) 50

36 2.23 Biến dạng theo y (ymax =0.00067mm) 50

37 2.24 Biến dạng theo z (zmax =0.00079mm) 51

38 2.25 Biến dạng tổng (max =0.0137mm) 52

39 2.26 Ứng suất pháp x (xmax=226.6MPa ) 52

40 2.27 Ứng suất pháp y (ymax=83.33MPa ) 52

41 2.28 Ứng suất pháp z (zmax=56.9MPa ) 53

42 2.29 Ứng suất tiếp τxy(τxymax=367.25MPa ) 53

43 2.30 Ứng suất tiếp τyz (τyzmax=22.85MPa ) 54

44 2.31 Ứng suất tiếp τxz (τxzmax=203.73MPa ) 54

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên