Đồ án thiết kế máy cán ren bu lông

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ MÁY CÁN REN BU LÔNG

LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay các ngành kinh tế nói chung và ngành cơ khí nói riêng đòi hỏi kỹ sư cơ khí
và cán bộ kỹ thuật cơ khí được đào tạo phải có kiến thức cơ bản tương đối rộng, đồng thời
phải biết vận dụng những kiến thức đó để giải quyết những vấn đề cụ thế thường gặp
trong sản xuất, sửa chữa và sử dụng.
Cơ khí chế tạo máy là một ngành then chốt, nó đóng vai trò quyết định trong sự
nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước. Nhiệm vụ của Cơ khí chế tạo máy là chế
tạo ra các sản phẩm cơ khí cho mọi lĩnh vực của nghành kinh tế quốc dân, việc phát triển
ngành công nghệ chế tạo máy đang là mối quan tâm đặc biệt của Đảng và nhà nước ta.
Phát triển ngành Cơ khí chế tạo máy phải được tiến hành đồng thời với việc phát triển
nguồn nhân lực và đầu tư các trang bị hiện đại. Việc phát triển nguồn nhân lực là nhiệm
vụ trọng tâm của các trường đại học.
Được sự đồng ý của Khoa Cơ khí và thầy hướng dẫn, em được nhận đề tài tốt nghiệp
“Thiết kế máy cán ren bu lông”, sản phẩm là ren tiêu chuẩn với độ bền cao.
Sau một thời gian tìm hiểu và với sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo Hoàng Minh
Công đến nay em đã hoàn thành được đề tài tốt nghiệp của mình. Trong quá trình thiết kế
và tính toán tất nhiên sẽ có những sai sót do thiếu thực tế và kinh nghiệm thiết kế, em rất
mong được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo trong khoa cơ khí và sự đóng góp ý kiến của
các bạn để em được hoàn thiện hơn.
Qua đây em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy giáo trong Khoa Cơ khí đã truyền
đạt kinh nghiêm, kiến thức quý báu của mình cho em trong quá trình em được học tập tại
trường. Đó là nền tảng giúp em đi làm việc sau này.
Đà Nẵng, ngày 25 tháng 5 năm 2016.
Sinh viên thực hiện
Trần Công Lộc

SVTH: TRẦN CÔNG LỘC-11C1A

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH: TRẦN CÔNG LỘC-11C1A

THIẾT KẾ MÁY CÁN REN BU LÔNG


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ MÁY CÁN REN BU LÔNG

PHẦN I: LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHU CẦU SẢN XUẤT
Trong sự phát triển của các lĩnh vực cơ khí như: Chế tạo máy, chế tạo ô tô, điện lực,
xây dựng, đóng tàu, điện tử..., thì nhu cầu về sử dụng bu lông để lắp ghép ngày một tăng;
nhằm liên kết các chi tiết khác nhau thành một khối.
Do đó đòi hỏi phải tìm ra các biện pháp gia công ren bu lông năng suất cao, chất
lượng ren tốt, nhằm tạo ra thành phẩm phục vụ cho nhu cầu lắp ráp của các chi tiết lại với
nhau. Nhu cầu về bu lông cũng hết sức đa dạng:
-Trong ngành chế tạo máy : Bu lông được sử dụng trong các mối ghép thân máy với đế
các máy cắt kim loại, vỏ máy ghép với thân máy,liên kết các cụm máy với nhau , ...
-Trong ngành cơ khí ô tô: Việc sử dụng bu lông không thể thiếu được, các bu lông được
dùng lắp ghép các chi tiết như ghế ngồi với sàn xe, các ga răng với trục, ...
-Trong ngành điện : Lắp ghép các thép thanh lại với nhau, lắp ghép cột điên cao thế với
các chân trụ ở đất, các cột đèn điện, …
-Trong xây dựng: Bu lông này được sử dụng lắp ghép các cụm trong máy cắt thép, máy
trộn bê tông, các cầu, giàn mái các nhà xưởng…
-Trong ngành đường sắt: Được ứng dụng để lắp ghép ở các đường ray, đầu máy, toa xe

lửa..

Hình 1.1-Mối ghép dùng bu lông.

SVTH: TRẦN CÔNG LỘC-11C1A

TRANG 3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ MÁY CÁN REN BU LÔNG

- Với nhu cầu sử dụng hiện tại của bu lông, cần thiết phải có các máy móc, thiết bị để gia
công các loại bu lông phục vụ các ngành công nghiệp, và đặc biệt trong lĩnh vực cơ khí.
Bảng 1.1- Đường kính danh nghĩa và bước ren hệ mét.
Đường kính (mm)
1.6
2
2.5
4
5
6
8
10
12

Bước ren (mm)
0.35
0.4

0.45
0.7
0.8
1
1.25
1.5
1.75

M18x2.5

Đường kính (mm)
16
20
24
30
36
42
48
56
64

M20x2.5

Bước ren (mm)
2
2.5
3
3.5
4
4.5

5
5.5
6

M22x2.5

Hình 1.2-Sản phẩm bu lông.

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ CÁN REN BU LÔNG
2.1. Công nghệ cán ren:

SVTH: TRẦN CÔNG LỘC-11C1A

TRANG 4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ MÁY CÁN REN BU LÔNG

Cán ren (lăn ép ren) là phương pháp gia công ren không có phoi. Phôi được đặt giữa
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 để lăn ép ren có thể
phân ra hai loại là bàn lăn và con lăn. Lăn ép ren có thể gia công ren ngoài cũng như ren
trong, ren một đầu mối và ren nhiều đầu mối. Lăn ép ren là một trong những phương pháp
chế tạp ren năng suất cao và kinh tế nên được sử dụng rộng rãi trong dạng sản xuất hàng
loạt và hàng khối.
Lăn ép ren dựa vào quá trình biến dạng dẻo của vật liệu để hình thành ren nên nâng
cao được độ bền và độ nhẵn bề mặt của ren. Ngoài ra so với cắt ren, lăn ép ren còn có ưu
điểm là giá thành hạ, hao mòn dụng cụ ít, tiết kiệm vật liệu.

Tuy nhiên, yếu tố hạn chế của cán ren là hạn chế 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 nữa là
hình thành độ elip trên đường trung bình của ren, gây sai khác so với thiết kế.
2.2. Phân loại máy cán ren:
2.2.1.Cán ren bằng bàn 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 chuyển động tình tiến qua lại. Hướng
của góc nâng ren trên bàn cán ngược lại với hướng ren được cán.
Bàn cán ren phẳng có thể tạo ren có độ chính xác cấp 6. Bộ phần cơ bản quyết định quá
trình tạo hình ren khi cán là phần tạo hình trên bàn cán.

Hình 2.1- Bàn cán ren phẳng
2.2.2. Cán ren bằng con lăn:

SVTH: TRẦN CÔNG LỘC-11C1A

TRANG 5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ MÁY CÁN REN BU LÔNG

Cán ren được tiến hành trên máy bằng một bộ trục cán gồm 2 hoặc 3 trục cán. Đường
tâm của trục cán có thể song song với đường tâm phôi hoặc không song song, phôi quay
tự do.
Số đầu mối ren dao động từ 2-52, số đầu mối ren lớn hơn phụ thuộc vào đường kính ren
nhỏ và bước ren nhỏ hơn.
Người ta thường chế tạo trục cán ren thao 2 cấp chính xác là chính xác thường và chính
xác cao.

Trục cán cấp chính xác cao đảm bảo tạo ra ren có dung sai không thấp hơn 4h. Trục cán
cấp chính xác thường tạo ra ren có dung sai không thấp hơn 6h.
Bảng 2.1-Miền dung sai ren.
Ren
Dung sai bu lông
Dung sai đai ốc

Chính xác
4h
4H;5H

Trung bình
6h;6g*;6e;6d
5H;6H;6H*;6G

Thô
8h;8g*
7H*;7G

Hình 2.2-Con lăn cán
2.2.3. Cán ren bằng bàn cán hình vòng cung:
Được sử dụng trên máy tiện ren vít thông thường, máy khoan, máy tiện tự đông.

Hình 2.3-Bàn cán hình vòng cung

SVTH: TRẦN CÔNG LỘC-11C1A

TRANG 6

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ MÁY CÁN REN BU LÔNG

Được sử dụng phổ biến nhất là các loại đầu cán ren hướng trục tự mở đến cán các ren
ngoài có góc ren nhọn, sắc và cán ren ngoài hình thang.
Các đầu mối cán ren có các đầu mối khác nhau để cán ren một hay nhiều đầu mối, ren
phải hoặc ren trái trên trục rỗng hoặc đặc. Trên đầu cán thì có bước ren giống như bước
ren cần cán của bất kì đường kính ren nào trong phạm vi nhất định. Đường kính phôi gia
công lấy gần đúng với đường kính trung bình ren.

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
3.1. Lựa chọn loại đầu cán:
3.1.1. Phương pháp cán ren bằng bàn ren:
-Nguyên lý làm việc: Là tạo ren trên chi tiết hình trụ nhờ chuyển động tịnh tiến và áp lực
của bàn ren tác dụng lên chi tiết để tạo ren.
-Ưu điểm: Khả năng tự động hóa cao, thời gian hình thành ren nhanh.
-Nhược điểm: Đối tượng sản phẩm không nhiều thường dùng cho các chi tiết ren ngắn,
máy khá cồng kềnh, làm việc ồn, dễ gây kẹt,hỏng hóc.
3.1.2. Phương án cán ren bằng bàn cán hình vòng cung :
-Nguyên lý làm việc: Phương án này là bàn cán ren được quay quanh trục, có khoảng
cách với cánh mảnh dài hình quạt không đổi. Chi tiết được lăn và hình thành ren giữa đầu
cán và bàn cán hình vòng cung nhờ chuyển động quay của đầu cán. Trục quay có thể là
trục chính của máy tiện ren vít vạn năng, máy khoan.
-Ưu điểm: Dễ dàng lắp với các máy công cụ thông thường. Chi tiết được tạo ren hình
thành nhanh chóng.
-Nhược điểm: Phạm vi kích thước chi tiết hạn chế. Ren kẹp chặt đường kính tối đa
10mm. Dễ hỏng góc, kẹt gây nguy hiểm cho người sử dụng.
3.1.3. Phương án cán ren bằng 2 con lăn:
-Nguyên lý làm việc: Chi tiết được lăn giữa 2 con lăn quay cùng chiều, chi tiết và con lăn

có tâm song song hoặc chéo nhau. Một con lăn chuyển động theo chiều hướng kính để tạo
hình bề mặt.

SVTH: TRẦN CÔNG LỘC-11C1A

TRANG 7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ MÁY CÁN REN BU LÔNG

Hình 3.1-Cán ren bằng 2 con lăn
-Ưu điểm: Có thể gia công ren trên chi tiết lớn (tùy thuộc công suất máy và vật liệu làm
con lăn cán). Ren có chiều dài lớn, làm việc ổn định, an toàn.
-Nhược điểm: Máy sử dụng chế độ bán tự động, giá thành khá cao để chế tạo máy, con
lăn cán. Dễ gây ra sai số hình học của ren.
3.1.4. Cán ren bằng bộ 3 con lăn cán:

Hình 3.2-Cán ren bằng 3 con lăn.
-Nguyên lý làm việc: Gồm bộ 3 con lăn cán quay với nhau, bố trí như sơ đồ trên. Khi máy
làm việc thì chi tiết được đặt giữa 3 con lăn, các con lăn quay và cùng tịnh tiến về tâm
máy để tạo áp lực lên chi tiết, gây biến dạng để tạo nên ren.
-Ưu điểm: Gia công cho độ chính xác cao. Áp lực phân bố đều trên chi tiết nên ít gây ra
sai số hình học.
-Nhược: Yêu cầu về chuyển động cao, giá thành lớn, máy phức tạp.
Dựa vào các ựu nhược điểm trên em chọn phương án cán ren bằng 2 con lăn cho
phương án thiết kế máy của mình.

SVTH: TRẦN CÔNG LỘC-11C1A

TRANG 8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ MÁY CÁN REN BU LÔNG

3.2. Lựa chọn sơ đồ động của máy:
Để chọn được hệ thống truyền động phù hợp chúng ta phải dựa vào công nghệ của máy
đó, từ đó đưa ra các phương án đáp ứng nhu cầu của công nghệ này. Để chọn được
phương án tốt nhất thì cần xét ở mặt kinh tế và kỹ thuật. Như năng suất, độ tin cậy, sử
dụng dễ, an toàn trong bảo dưỡng, kích thước nhỏ gọn…
3.2.1. Phương án 1:
5

4

3
2

6

7

1

Hình 3.3-Phương án 1
1-Động cơ; 2-Bộ truyền đai; 3-Hộp giảm tốc; 4-Bộ bánh răng phân lực;
5-Piston xylanh thủy lực; 6-Con lăn cán; 7-Tấm nâng phôi

-Nguyên lý hoạt động:
Máy được truyền từ động cơ sang bộ truyền đai rồi đến hộp giảm tốc, sau đó 1 đường
truyền đến con lăn cán thứ nhất, đường truyền còn lại qua bộ bánh răng phân lực rồi đến
con lăn cán thứ 2. Hai con lăn quay cùng chiều, và con lăn thứ 2 di chuyển tịnh tiến vào
để tiến hành cán ren nhờ hệ thống piston xylanh. Sau khi đã đạt được kích thước cán thì
piston xylanh lùi về mang con lăn cán thứ 2 lùi về theo.
-Ưu điểm:
+Kết cấu đơn giản, dễ lắp ráp, chế tạo.

SVTH: TRẦN CÔNG LỘC-11C1A

TRANG 9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ MÁY CÁN REN BU LÔNG

+Năng suất máy cao.
+Chuyển động chạy dao êm.
+Dễ đảo chiều khi quá tải.
-Nhược điểm:
+Do hành trình tiến con lăn để cán rất nhỏ, nhưng dùng cả hệ thống thủy lực thì
chi phí đầu tư cao.
3.2.2. Phương án 2:
5

3
4

6
7
2

1

8

Hình 3.5-Phương án 2
1-Động cơ; 2-Bộ truyền đai; 3-Hộp giảm tốc; 4-Bộ bánh răng phân lực; 5- Piston xylanh;
6-Con lăn cán; 7- Tấm nâng phôi, 8- Trục các đăng.
-Nguyên lý hoạt động:
Máy được truyền động từ động cơ đến bộ truyền đai sau đố qua hộp giảm tốc. Từ đó
được truyền đến hộp phân lực, chia ra 2 đường truyền động cho 2 con lăn cán nhờ 2 trục
cac đăng. Con lăn cán được gắn với cơ cấu piston xylanh nên khi piston xylanh duỗi ra sẽ
tiến hành cán. Sau khi cán được đủ chiều sâu thì lùi về. Phôi được đưa vào ở chỗ tấm
nâng phôi.
-Ưu điểm:
+Chạy dao êm, dễ đảo chiều khi quá tải.
+Lực ép lớn, ít gây tiếng ồn.

SVTH: TRẦN CÔNG LỘC-11C1A

TRANG 10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ MÁY CÁN REN BU LÔNG

-Nhược điểm:
+Vì hành trình cán nhỏ mà dùng hệ thống thủy lực nên giá thành cao, không tận
dụng được hết ưu điểm của piston-xy lanh thủy lực, giá thành cao.
+Hệ thống thủy lực phức tạp với bể dầu, ống dẫn…
3.2.3. Phương án 3:
5
3

6

4

7

8

2

10

9

1

Hình 3.6-Phương án 3
1-Động cơ; 2-Bộ truyền đai; 3-Hộp giảm tốc; 4-Ly hợp; 5-Cơ cấu cam; 6-Lò xo; 7- Bộ
truyền trục vít; 8-Tấm nâng phôi; 9-Con lăn cán; 10-Bộ bánh răng phân lực.
-Nguyên lý hoạt động:
Máy được truyền động từ động cơ đến hộp giảm tốc sau đó qua bộ truyền đai rồi đên
hộp giảm tốc. Sau đó chia ra 2 đường truyền, 1 đường đến thẳng con lăn cán thứ 1, đường

còn lại qua bộ truyền bánh răng phân lực để làm con lăn cán thứ 2 quay, con lăn thứ 2
quay cùng chiều và cùng tốc độ quay với con lăn thứ 1. Sau đó con lăn thứ 2 được chuyển
động chạy dao nhờ bộ truyền bánh răng, qua ly hợp rồi đến bộ truyền trục vít-bánh vít,
đến cơ cấu cam và con đội sẽ làm cho con lăn cán di chuyển.
-Ưu điểm:
+Máy chạy êm, làm việc liên tục, dừng lại khi ta ngắt ly hợp.
+Ít gây ra tiếng ồn, độ bền cao.
SVTH: TRẦN CÔNG LỘC-11C1A

TRANG 11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ MÁY CÁN REN BU LÔNG

+Chi tiết dễ chế tạo.
+Năng suất cao, phù hợp cho sản xuất hàng loạt.
+Chi phí thấp.
-Nhược điểm:
+Nhiều chi tiết nên lắp ráp hơi khó.
*Lựa chọn sơ đồ động học:
Tùy nhu cầu cung cấp sản phẩm, vốn đầu tư mà việc chọn phương án thiết kế rất quan
trọng, nó quyết định giá sản phẩm, năng suất, vốn đầu tư.
Vận tốc ép là một nhân tố cần thiết. Nếu vận tốc nhỏ thì chất lượng ren tốt, nhưng sản
lượng không đạt yêu cầu vì năng suất giảm, nếu vận tốc lớn thì phế phẩm nhiều, chất
lượng không đảm bảo, từ đó ta cần chọn vận tốc cho phù hợp. Như vậy chọn theo phương
án 3 là hợp lý cho các yêu cầu đó.

PHẦN II: THIẾT KẾ MÁY

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH
CỦA MÁY
4.1. Sơ đồ động học của máy:

Hình 4.1-Sơ đồ động học của máy
4.2. Xác định kích thước, kết cấu con lăn cán:
4.2.1. Kích thước cơ bản của bu lông:
SVTH: TRẦN CÔNG LỘC-11C1A

TRANG 12


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ MÁY CÁN REN BU LÔNG

Hình 4.2-Kết cấu mối ghép ren
-Kích thước của ren:
H = 0,86603.p = 2,1651 mm
r=

Cung

H
= 0,3608mm
6

.

h = 0,54125.p = 1,3531 mm

6.H
d =d−
= d − 1,6338
2
8
d = d − 2.h = d − 2,7063
1
d +d
1 − 0,007 = d − 1,3601
d
=
ph
2

Vì sản phẩm bu long có 3 loại nên ta có các kích thước bu lông cán như sau:
*Loại bu lông M18x2,5:
Đường

d2 = d −

kính

trung

bình

:

6.H
= d − 1, 6238 = 18 − 1, 6238 = 16, 38( mm)

8

Đường kính chân ren

:

d1 = d − 2.h = d − 2,7063 = 18 − 2, 7063 = 15,3( mm)
d ph =

Đường kính phôi

:

SVTH: TRẦN CÔNG LỘC-11C1A

d + d1
− 0, 07 = d − 1,3601 = 16, 64( mm)
2

TRANG 13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ MÁY CÁN REN BU LÔNG

*Loại bu lông M20x2,5:
Đường kính trung bình

d 2 = d − 1, 6238 = 20 − 1, 6238 = 18,38( mm)

:

Đường kính chân ren

d1 = d − 2, 7063 = 20 − 2, 7063 = 17,3( mm)

:

Đường kính phôi

:

d ph = d − 1, 3601 = 20 − 1,3601 = 18, 64(mm)

*Loại bu lông M22x2,5:
Đường kính trung bình

:

Đường kính chân ren

d 2 = d − 1, 6238 = 22 − 1,6238 = 20,38(mm)
d1 = d − 2, 7063 = 22 − 2, 7063 = 19,3(mm)

:

Đường kính phôi

d ph = d − 1,3601 = 22 − 1,3601 = 20, 64( mm)

:

4.2.2. Kích thước lô cán:
a/ Sản phẩm bu lông M18x2,5:
- Đường kính trung bình lô cán :

Dtb = i.d 2 = 8.16,38 = 131(mm)

+ Trong đó
i: Số đầu mối ren lô cán, lấy i=8.
Dtb

: Đường kính trung bình bu lông.
Dng = Dtb +

- Đường kính ngoài lô cán :

Dcr = Dtb −
- Đường kính chân ren :
- Chiều dài lô cán :

2.H
2.2,1651
= 131 +
= 132, 4(mm)
3
3

6.H

6.2,1651
= 131 −
= 129, 4(mm)
8
8

B = l0 + (2 ÷ 5)( mm) = 64( mm)

- Đường kính lỗ mayơ : d thường lấy d từ 45-100 (mm)
Lấy d = 45 (mm).
b/ Đối với sản phẩm bu lông M20x2,5:

SVTH: TRẦN CÔNG LỘC-11C1A

TRANG 14


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ MÁY CÁN REN BU LÔNG

- Đường kính trung bình lô cán :

Dtb = i.d 2 = 8.18, 38 = 147(mm)

Dng = Dtb +

- Đường kính ngoài lô cán :
Dcr = Dtb −

- Đường kính chân ren :

2.H
2.2,1651
= 147 +
= 148, 4( mm)
3
3

6.H
6.2,1651
= 147 −
= 145, 4( mm)
8
8

- Chiều dài lô cán : B = 64(mm)
- Đường kính lỗ mayơ : d = 45(mm).
c/ Đối với sản phẩm bu lông M22x2,5:
- Đường kính trung bình lô cán :

Dtb = i.d 2 = 8.20,38 = 163(mm)

Dng = Dtb +
- Đường kính ngoài lô cán :
Dcr = Dtb −

- Đường kính chân ren :

2.H

2.2,1651
= 163 +
= 164, 4( mm)
3
3

6.H
6.2,1651
= 163 −
= 161, 4(mm)
8
8

- Chiều dài lô cán : B = 64(mm)
- Đường kính lỗ mayơ : d = 45(mm).
4.3. Tính toán lực cán :
a/ Lực hướng kính :

σ ch3 .Dng
d ph + d1
PR = 3,5.
.d1.( a +
).K
α
E.( Dng + d1 )
cos
2

(N)

+Trong đó

σ ch
d1

: giới hạn chảy của kim loại (Mpa)
: đường kính trong của ren được cán (mm)

a : chiều rộng rãnh ren (mm)

SVTH: TRẦN CÔNG LỘC-11C1A

TRANG 15


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

d ph
α

THIẾT KẾ MÁY CÁN REN BU LÔNG

: đường kính phôi (mm)
0

: góc profin của ren ( )

E : modun đàn hồi (

N / mm 2

)

K : số đỉnh ren cán.
Xét khi lực cán lớn nhất, đối với trường hợp cán bu lông M22x2,5:

σ ch

+

d1

+

= 290

N / mm 2

= 19,3 (mm)

a = p − 2.tg
+

α H
2,1651
. = 2,5 − 2.tg 300.
= 1,88( mm)
2 4
4

Dng = 164, 6(mm)

+

d ph = 20, 64(mm)

+
+

= 290Mpa (thép CT51)

α = 600
K=

+

l
60
=
= 24
p 2,5

Trong đó
l : chiều dài ren được cán (mm)
p : bước ren (mm)
+

E = 2,1.105 (Mpa )

2903.164, 4

20, 64 + 19,3
⇒ PR = 3,5.
.19,3.(1,88 +
).24 = 56646( N )
5
2,1.10 .(164, 4 + 19,3)
cos 300
b/ Lực tiếp tuyến :

SVTH: TRẦN CÔNG LỘC-11C1A

TRANG 16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
PT = 0, 08.PR

THIẾT KẾ MÁY CÁN REN BU LÔNG

(N)

⇒ PT = 0, 08.PR = 0, 08.56646 = 4532( N )
4.4. Xác định tốc độ quay trục cán, lượng chạy dao hướng kính :
4.4.1. Tốc độ cán :
+ Vận tốc cán:

÷

÷

Vì vật liệu làm bu lông là thép CT31 CT51 có giới hạn bền kéo từ 310 510(

N / mm 2

)

÷
do đó vận tốc cán từ 40 60 (m/ph).
Để đảm bảo đầu ra ( lô cán ) quay cùng một tốc độ quay khi cán 3 loại bu lông thì ta
chọn vận tốc cán sao cho tốc độ quay trục cán n là không đổi.
+ Chọn vận tốc cán khi cán bu lông M22x2,5 :
⇒

Số vòng quay trục cán

n3 =

Lấy
⇒

V3 = 50( m / ph)

1000V3
1000.50
=
= 97(V / ph)
π .Dng 3 3,14.164, 4

n1 = n2 = n3 = 97(V / ph)

Vận tốc cán khi cán bu lông M18x2,5 :
V1 =

n1.π .Dng 1
1000

=

97.3,14.132, 4
= 40( m / ph)
1000

Vận tốc cán khi cán bu lông M20x2,5:

V2 =

n2 .π .Dng 2
1000

=

97.3,14.148, 4
= 45(m / ph)
1000

4.4.2. Lượng chạy dao hướng kính : s = 0,15 (mm/vòng).
4.5. Xác định công suất dẫn động máy, chọn động cơ điện:
Tính cho trường hợp lực cán lớn nhất khi cán bu lông M22x2,5.
4.5.1. Xác định công suất dẫn động máy:

SVTH: TRẦN CÔNG LỘC-11C1A

TRANG 17


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ MÁY CÁN REN BU LÔNG

a/ Momem cán hữu ích :

Mc =

PT .Png
2

=

4532.164, 4
= 372530( N .mm)
2

Trong đó:
PT

lực tiếp tuyến (N)

Png

đường kính ngoài lô cán (mm)

b/ Momem ma sát trên cổ trục cán :
M ms1 = 2.( RA .rA . f1 + RB .rB . f1 )

Trong đó :

RA , RB
rA , rB

phản lực tại gối đỡ A,B (N)
bán kính cổ trục cán tại A,B

hệ số ma sát ở ổ đỡ trục cán.
* Sơ đồ phân bố lực :

Hình 4.3 Sơ đồ lực tác dụng lên trục cán
+Tính sơ bộ
l1

l1 , l2

: theo tài liệu [1]

: Khoảng cách giữa gối đỡ trục và điểm đặt lực cán.

l1 =

B ' " Bot
+l +l +
2

2

Trong đó :
SVTH: TRẦN CÔNG LỘC-11C1A

TRANG 18


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ MÁY CÁN REN BU LÔNG

B Bề rộng của lô cán, B = 64(mm)

l'

l'

Khoảng cách từ nắp ổ đến cạnh của lô cán, =20(mm)

l"

Chiều cao nắp ổ và đầu bu lông,

Bot

bề rộng ổ trượt, lấy sơ bộ

l"

=20(mm)

B
= 0, 6
d

Theo tài liệu [3]
với d = 45 (mm)

⇒ l1 =

+

l2

⇒ Bot

= 27 (mm)

64
27
+ 20 + 20 +
= 85,5(mm)
2
2

: lấy sơ bộ 200 (mm).

Theo sơ đồ phản lực, ta có :

PR .l1 56646.85, 5

=
= 24216( N )
 RB .l2 = PR .l1
 RB =
l2
200
⇒

 RA = RB + PR
 R = 24216 + 56646 = 80862( N )
 A
rA = rB =

f1

45
= 22,5( mm)
2

f1

: hệ số ma sát; = 0,003 [3]

⇒ M ms1 = 2.(80862.0, 003.22,5 + 24216.0, 003.22, 5) = 14186( N .mm)

c/ Momem không tải :
M 0 = (0, 08 + 0,12).( M c + M ms1 )
M 0 = 0,1.( M c + M ms1 ) = 0,1.(372530 + 14186) = 38672( N .mm)

d/ Mo men ma sát sinh ra do lực ma sát giữa phôi và con lăn cán :
Lấy

M ms 2 = 0, 03.M c = 0, 03.372530 = 11176( N .mm)

SVTH: TRẦN CÔNG LỘC-11C1A

TRANG 19


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

e/ Công suất trên trục cán

THIẾT KẾ MÁY CÁN REN BU LÔNG
N = N1 + N 2

*Công suất khi cán: (tính ở cụm cán)
N1 = ( M c + M ms1 + M 0 + M ms 2 ).

ωt
106

Trong đó

ωt

là vận tốc góc trục cán.

ωt =

π .n 3,14.97
=
= 10,15( rad / s )
30
30

N1 = (372530 + 14186 + 38672 + 11176).

10,15
= 4, 43( kW )
106

*Công suất chạy dao quy về trục cán:

N2 =

PR + Pms
.ws
1000.η 2

Trong đó :

Pms

là lực cản ma sát ụ động

Pms = 0, 05.PR = 0, 05.56646 = 2832( N )

η2

hiệu suất truyền động từ ụ động đến trục cán

η 2 = ηbv .ηbr = 0, 75.0,99 = 0, 7425

ws

tốc độ dịch chuyển ụ động

SVTH: TRẦN CÔNG LỘC-11C1A

TRANG 20


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ws =

THIẾT KẾ MÁY CÁN REN BU LÔNG

S d .n
0,15.97
=
= 0, 00025(m / s)
60.1000 60.1000

56646 + 2832
.0,00025 = 0, 02(kW )
1000.0, 7425

⇒ N2 =

Vậy công suất trên trục cán :
N = N1 + N 2 = 4, 43 + 0, 02 = 4, 45( kW )

4.5.2/ Chọn động cơ điện :

N đc =

N
η

η
(Trong đó là hiệu suất truyền động)

η = ηđai .ηbr 4 .ηol 7 .ηot 2 = 0,96.0,984.0,9957..0,99 2 = 0,84
N 4, 45
=
= 5, 29(kW )
η 0,84

⇒ N đc =

Chọn loại động cơ điện AO2-51-6 có thông số công suất N = 5,5 (kW),

ηđc

= 970 vòng/ phút tra bảng 2P [1]

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN
5.1. Phân phối tỷ số truyền:
*Tỷ số truyền động chung của máy:
i=

nđc 970
=
= 10
nlc
97

nlc = 97

; Với

nđc

= 970 (vòng/phút)

(vòng/phút)

Ta có :

i = iđai .ih

; Lấy

iđai

ih = in .ic =

= 1,67;

SVTH: TRẦN CÔNG LỘC-11C1A

i
iđai

=6

TRANG 21


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ MÁY CÁN REN BU LÔNG

*Đối với hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp khai triển để các bánh răng của cấp nhanh và

cấp chậm đều được ngâm trong dầu gần như nhau. Nên phân phối

in > ic

và chọn

in = (1, 2 ÷ 1,3).ic

*Theo bảng 3.1 [2] để cho hộp giảm tốc đảm bảo khối lượng nhỏ ,các bánh răng lớn ngâm
dầu ít nhất thì:

in = 2, 73; ic = 2, 2

Từ đó ta phân phối được tỷ số như sau:

iđai = 1, 67; ibrn = 2, 37; ibrc = 2, 2

5.2. Thiết kế bộ truyền đai thang:
- Loại đai hình thang, bề mặt làm việc của nó là hai mặt bên, do đó tự tiếp xúc với mặt
bên rãnh của bánh đai lớn, nhờ đó hệ số ma sát lớn, nên kéo được tải lớn.
5.2.1. Chọn loại đai:
Giả thuyết vận tốc đai v > 5 (m/s), có thể dùng được các loại đai Б theo bảng 5-13 [1].
5.2.2. Tính các thông số bộ truyền đai:
+ Kích thước tiết diện đai a x h = 17 x 10,5 (mm) theo bảng (5-11) [1]
+ Diện tích thiết diện F = 138
+ Đường kính bánh đai nhỏ

mm 2

D1

.

theo bảng 5-14 lấy

D1

= 140mm.

+Kiểm nghiệm vận tốc đai:
v=

π .n1.D1 3,14.970.D1
=
= 0, 05.D1 = 7( m / s)
1000.60
1000.60

+Tính đường kính

D2

của bánh lớn:

D2 = iđai .D1.(1 − ξ )

D2 = 1, 67.(1 − 0, 02).D1 = 1, 6366.D1 = 229( mm)

Lấy

D2 = 220mm

ξ

với đai hình thang có hệ số trượt : =0,02
.

theo tiêu chuẩn.

SVTH: TRẦN CÔNG LỘC-11C1A

TRANG 22


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ MÁY CÁN REN BU LÔNG

+Tính số vòng quay thực của trục bị dẫn:
D
n = (1 − 0, 02).n . 1 = 605
2
1D
2

(v/ph).

+ Tỷ số truyền :

iđai =

n1
n2

=

970
= 1, 6
605

, ta thấy tỷ số truyền lệch ít so với yêu cầu.

+Chọn sơ bộ khoảng cách trục A theo bảng (5-16) [1]
A = 1,35.D = 300(mm)
2

+Tính chiều dài đai L: Theo công thức (5-1)

( D − D1 )
π
L = 2 A + . ( D1 + D2 ) + 2
2
4A

2

.

( 220 − 140 ) = 1171mm.
3,14
L = 2.300 +
.(140 + 220) +
2
4.300
2

Lấy

L = 1180mm

theo tiêu chuẩn bảng (5-12) [1].

+Tính chính xác khoảng cách trục A theo L.
2.L − π .( D2 + D1 ) + [2.L − π .( D2 + D1 )]2 − 8.( D2 − D1 ) 2
A=
(mm)
8

A=

2.1180 − 2.3,14 ( 220 + 140 ) + [2.1180 − 3,14. ( 220 + 140 ) ]2 − 8. ( 220 − 140 )
8

2

= 305mm

+ Khoảng cách nhỏ nhất cần thiết để mắc đai:
Amim = A − 0,015.L = 280mm

+ Khoảng cách lớn nhất để tạo lực căng:
Amax = A + 0, 03.L = 340mm

+Tính góc ôm

α1

công thức (5-3)[1]:

SVTH: TRẦN CÔNG LỘC-11C1A

TRANG 23


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
α1 = 1800 −

THIẾT KẾ MÁY CÁN REN BU LÔNG

D2 − D1
.570 = 165°
A

, thỏa mãn diều kiện:

α1 ≥ 1200

.

+Xác định số đai z cần thiết:
Z≥

1000.N
=3
v.[σ p ]0 .Ct .Cα .Cv .F

Trong đó:
+
+
+
+

+

σ 0 = 1, 2 N / mm 2

[σ p ]0 = 1,51N / mm 2
Ct = 0, 7

(tra bảng 5-6)

Cα = 0,95
Cv = 1,02

. (tra bảng 5-17) [1]

(tra bảng 5-18)
(tra bảng 5-19)

+N=5,29 kW công suất bánh đai chủ động.
+Chiều rộng bánh đai (công thức 5-23) [1]
B = ( Z − 1).t + 2.s = 68mm

Trong đó:
t, s,

h0

xem ở bảng (10-3); t=20; s=12,5 ;

h0

=5 .

+Đường kính ngoài (công thức 5-24):
Bánh dẫn

D = D + 2.h = 150 mm
n1
1
0

.

D = D + 2.h = 230mm.
n2
2
0

Bánh bi dẫn
5.2.3. Tính lực tác dụng lên bộ truyền đai:
S0
+Lực căng ban đầu :
S0 = σ 0 .F = 97 N
+Lực tác dụng lên trục:

SVTH: TRẦN CÔNG LỘC-11C1A

TRANG 24


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

R = 3.S0 .Z .sin

THIẾT KẾ MÁY CÁN REN BU LÔNG

α1
(N )
2

Trong đó:

σ0

ứng suất căng ban đầu

σ 0 = 1, 2 N / mm 2

F=138 diện tích thiết diện 1 đai (

mm 2

)

5.3. Thiết kế hộp giảm tốc :
5.3.1. Thiết kế bộ truyền bánh lăng cấp nhanh:
+Thông số ban đầu:
Tỷ số truyền:
Số vòng quay vào:
Số vòng quay ra:
Công suất vào:

in = 2, 73; ic = 2, 2
nv = 580,8(v / ph)
nr = 97(v / ph)
N v = 5,08( kW )

a/ Chọn vật liệu chế tạo bánh răng:
+ Bánh nhỏ: Thép C45 thường hóa, HB = 190,

σ = 600 N / mm 2 σ = 300 N / mm 2
b
ch

,

,phôi

rèn (giả thuyết đường kính phôi dưới 100mm, theo bảng (3-8).
+ Bánh lớn: Thép C35 thường hóa, HB = 160,

σ = 480 N / mm 2 σ = 240 N / mm2
b
b

,

,phôi

÷
rèn giả thuyết đường kính phôi từ 300 500(mm).

b/ Định ứng suất cho phép:
+ Số chu kỳ làm việc của bánh lớn :
N = 5.300.2.6.60.212,8 ≈ 230.106
2

Giả sử lấy thời gian làm việc 5 năm, năm làm việc 300 ngày, 1 ngày làm việc 2 ca, mỗi ca
6 giờ.

SVTH: TRẦN CÔNG LỘC-11C1A

TRANG 25