Đồ án Thiết kế mô hình máy uốn đai xây dựng tự động (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế mô hình máy uốn đai xây dựng tự động (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY UỐN ĐAI XÂY DỰNG TỰ ĐỘNG GVHD: ThS. TRẦN CHÍ THIÊN SVTH: PHẠM MINH HOÀNG ANH MSSV: 11144005 SVTH: HỒ NGỌC SƠN MSSV: 11144087 S K L 0 0 4 1 7 3 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016
2. TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Bộ môn: KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY UỐN ĐAI XÂY DỰNG TỰ ĐỘNG GVHD: ThS. Trần Chí Thiên SVTH : Phạm Minh Hoàng Anh 11144005 Hồ Ngọc Sơn 11144087 Tp.Hồ Chí Minh, 01/2016
3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Bộ môn: KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP o0o NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: PHẠM MINH HOÀNG ANH MSSV: 11144005 Họ tên sinh viên: HỒ NGỌC SƠN MSSV: 11144087 Lớp: 11144 Khoá: 2011-2015 Ngành đào tạo: KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Hệ: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY 1. Tên đề tài: THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY UỐN ĐAI XÂY DỰNG TỰ ĐỘNG 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: Sản phẩm là đai hình vuông có kích thước 10x10cm. Vật liệu để uốn là nhôm hoặc dây kẽm có đường kính 3mm. 3. Nội dung chính của đồ án: - Tìm hiểu và thiết kế mô hình máy uốn đai tự động: loại đai được dùng để cố định khung thép trong cột hoặc đà bê tông, mô hình triển khai nhằm mô phỏng nguyên lý làm việc của máy thực tế. Máy có thể uốn được loại đai khung hình chữ nhật (có thể thay đổi được kích thước của đai). - Hệ thống được điều khiển bằng vi điều khiển. - Hoạt động của máy linh hoạt, chính xác. - Đạt năng suất cao và an toàn cho người sử dụng. - Có thể áp dụng được vào thực tiễn. - Bản vẽ thiết kế các chi tiết phần cơ khí của máy. - Bản vẽ thiết kế điện – điều khiển. - Tài liệu chỉ dẫn vận hành, thông số kỹ thuật của máy. 4. Sản phẩm của đề tài: - Mô hình hoạt động của máy uốn đai tự động. - Tập thuyết minh đồ án. - Tập bản vẽ thiết kế. 5. Ngày giao đồ án: 10/10/2015 6. Ngày nộp đồ án: 10/01/2016 7. Giáo viên hướng dẫn: ThS. Trần Chí Thiên TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)  Được phép bảo vệ (GVHD ký, ghi rõ họ tên)
4. LỜI CAM KẾT Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo mô hình máy uốn đai xây dựng tự động. GVHD: ThS. Trần Chí Thiên. SVTH: Phạm Minh Hoàng Anh 11144005 Hồ Ngọc Sơn 11144087 Lớp: 111442B Địa chỉ sinh viên: Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Số điện thoại liên hệ: 01254110100 Địa chỉ email: 11144087@student.hcmute.edu.vn Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp: 20/01/2016 Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 Ký tên
5. LỜI CẢM ƠN Hiện nay, các ngành kỹ thuật nói chung và ngành cơ khí nói riêng đòi hỏi các kỹ sư cơ khí cũng như cán bộ kỹ thuật phải có kiến thức sâu rộng, đồng thời phải biết vận dụng những kiến thức đó để giải quyết những vấn đề cụ thể thường gặp trong sản xuất, bảo trì bảo dưỡng. Đồ án tốt nghiệp là một trong các đồ án có tầm quan trọng nhất đối với sinh viên, giúp sinh viên hệ thống lại những kiến thức cơ bản đã học trước lúc ra trường, đồng thời phát huy khả năng tư duy, sáng tạo của mỗi sinh viên khi đứng trước một vấn đề thực tế trong kĩ thuật. Được cho phép và tạo điều kiện của bộ môn cũng như sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô đặc biệt là thầy Trần Chí Thiên và thầy Nguyễn Văn Sơn chúng em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Tuy nhiên, do thời gian giới hạn trong một đồ án nên chắc chắn sẽ còn nhiều thiếu sót. Em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy trong khoa cũng như bộ môn. Em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Chí Thiên và các thầy cô trong bộ môn đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này! SVTH: Phạm Minh Hoàng Anh 11144005 Hồ Ngọc Sơn 11144087
6. TÓM TẮT ĐỒ ÁN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY UỐN ĐAI XÂY DỰNG TỰ ĐỘNG Trong kết cấu xây dựng phần lớn kết cấu được thực hiện bằng thủ công. Trong cột hoặc dần có rất nhiều thanh ngang và dọc để trợ lực, chúng yêu cầu phải được gắn với nhau để tăng độ bền cho kết cấu. Đai vuông hoặc chữ nhật được sử dụng để nối chúng với nhau. Trước đây, công nhân uốn cong thép bằng cách truyền thống. Công nhân sử dụng nhiều sức lực cho công việc này. Và vì lý do đó, tự động hóa là yêu cầu và là mục tiêu của đề tài. Nó làm giảm thời gian xây dựng, tăng năng suất uốn đai. Đây là một thử nghiệm được thiết kế và chế tạo sử dụng các nguyên tắc của các kết cấu cơ khí và thiết bị điện. Việc sử dụng nó làm giảm nhiều chi phí lao động, công sức và thời gian xây dựng, sản xuất đai có các kích thước khác nhau và độ chính xác tăng lên. ABSTRACT DESIGNING AND MANUFACTURING MODEL CONSTRUCTION STEEL BENDING MACHINE In the construction of any structure major work is done by labour. In column or beam there are many horizontal and vertical rods to support the concrete, they are required to be tied together so that they give enough strength to the structure. Square or rectangular shape stirrups are used to tie rod together by means of tight wires. Before, workers bend stirrup using traditional way. There is no other way to make stirrup with less human effort. And for this reason automation is required which is the objective of the project presented. It is possible to decrease construction lead time with increase of the stirrup bending rate by automation only. Here an attempt is made to design and develop, using the machanism and electric. Its use reduces a lot of labour cost, effort and construction lead time and production of various sizes of stirrup and accuracy increases.
7. MỤC LỤC Chương 1: Đặt vấn đề 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài. 1 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. 1 1.3. Mục đích của đề tài. 1 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. 2 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu 2 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu. 2 1.5. Phương pháp nghiên cứu. 2 1.5.1. Cơ sở phương pháp luận. 2 1.5.2. Các phương pháp nghiên cứu cụ thể. 2 1.6. Bố cục của đề tài. 2 Chương 2: Tổng quan 3 2.1. Tìm hiểu về thép xây dựng. 3 2.2. Thực trạng về máy bẻ đai sắt trên thế giới và trong nước 3 2.2.1 Thực trạng về máy bẻ đai sắt trên thế giới. 3 2.2.2. Thực trạng về máy bẻ đai sắt trong nước. 4 2.3. Các loại đai. 4 2.3.1. Giới thiệu. 4 2.3.2. Phân tích sản phẩm đai thép. 5 Chương 3: Cơ sở lý thuyết 6 3.1. Các khái niệm về lực. 6 3.2. Thuyết bền ứng suất tiếp 6 3.3. Thanh chịu uốn phẳng. 7 3.3.1. Ứng suất pháp tuyến trên tiết diện bị uốn. 7 3.3.2. Ứng suất tiếp tuyến trên tiết diện bị uốn. 8 3.4.1. Tương quan hình học giữa các mặt của hai vật thể tiếp xúc. 9 3.4.2. Ứng suất trong biến dạng của vật thể tiếp xúc. 9 3.5. Cơ sở lý luận về biến dạng dẻo của kim loại. 10 3.5.1. Các khái niệm cơ bản. 10 3.5.2. Hiện tượng đàn hồi sau khi uốn. 11 3.5.3. Sự trượt đơn tinh thể. 11 3.5.4. Các mặt và phương trượt. 12
8. 3.5.5. Ứng suất gây ra trượt. 13 3.5.6. Hình thái trượt. 14 3.5.7. Cơ chế trượt. 15 3.5.8. Độ bền lý thuyết và độ bền thực tế. 16 3.6. Sự trượt của đa tinh thể. 16 3.7. Cơ sở tính toán của quá trình uốn đai thép. 17 3.7.1. Các thống số ảnh hưởng đến quá trình uốn đai thép. 17 3.7.2. Đường trung hòa và sự dịch chuyển của đường trung hòa. 18 3.7.3. Cơ sở kinh tế chế tạo máy uốn. 19 3.7.4. Yêu cầu kinh tế trong thiết kế. 19 3.7.5. Yêu cầu kinh tế trong chế tạo 20 3.7.6. Yêu cầu kinh tế trong sử dụng. 20 3.8. Phương pháp cắt thép bằng áp lực lưỡi cắt. 21 Chương 4: Phương hướng và các giải pháp 24 4.1. Giới thiệu chung. 24 4.2. Yêu cầu của đề tài 24 4.3. Phương hướng và các phương pháp thực hiện uốn thép. 25 4.3.1. Phương án 1: Sử dụng tay quay con trượt. 25 4.3.2. Phương án 2: Sử dụng thủy lực. 25 4.3.3. Phương án 3: Sử dụng vít me đai ốc. 26 4.3.4. Phương án 4: Sử dụng bánh răng nón. 27 4.3.5. Phương án 5: Sử dụng khí nén. 27 Chương 5: Tính toán và lựa chọn thiết bị 29 5.1. Lựa chọn phương án thiết kế. 29 5.2. Tính toán và lựa chọn thiết bị. 29 5.2.1. Tính toán công suất động cơ. 29 5.2.2. Tính toán bộ truyền đai. 30 5.2.3. Tính toán lực uốn thép. 33 5.2.4. Tính toán lực cắt thép. 34 5.2.5. Van điều khiển. 35 6.1. Khung máy. 37 6.4. Bộ phận cắt. 39 6.4.1. Dao cắt. 39 6.4.2. Bộ phận cắt. 40
9. 6.5. Các bộ phận khác 41 6.5.1. Giá đỡ. 41 6.5.2. Khung dẫn. 41 Chương 7: Thiết kế hệ thống điều khiển 43 7.1. Thiết kế phần điều khiển. 43 7.1.1. Các thiết bị điều khiển. 43 7.2. Nguyên lý hoạt động. 44 7.2.1. Lập trình vận hành. 44 7.2.2. Mạch động lực. 45 7.2.3. Mạch điều khiển chính 46 7.2.4. Mạch điều khiển tốc độ động cơ. 46 Chương 8: Kết luận và kiến nghị. 47 8.1. Kết luận 47 8.2. Kiến nghị 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48
10. DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1: Máy bẻ đai thép TD08 4 Hình 2: Các loại đai thông dụng 4 Hình 3: Sản phẩm đai thép 5 Hình 4: Sơ đồ phân bố nội lực 6 Hình 5: Sơ đồ phân bố ứng xuất tiếp 6 Hình 6: Biểu đồ xác định trị số ứng suất 7 Hình 7: Ứng suất tiếp diện hình chữ nhật 8 Hình 8: Ứng suất tiếp tiết diện tròn 8 Hình 9: Ứng suất trong miền biến dạng 9 Hình 10: Biểu đồ σ - ε Error! Bookmark not defined. Hình 11: Đơn tinh thể sau khi trượt 11 Hình 12: Các mặt và phương trượt 12 Hình 13: Sơ đồ ứng suất gây ra trượt 13 Hình 14: Sơ đồ lệch biên sự trượt 15 Hình 15: Sơ đồ nguyên lý quá trình uốn đai thép 17 Hình 16: Sơ đồ bề mặt biến dạng sau khi uốn 18 Hình 17: Sơ đồ dịch chuyển của đường trung hòa 19 Hình 18: Sơ đồ cắt bằng áp lực 22 Hình 19: Máy cắt thủy lực 23 Hình 20: Sơ đồ nguyên lý uốn thép bằng cơ cấu tay quay con trượt 25 Hình 21: Sơ đồ nguyên lý uốn thép bằng cơ cấu thủy lực 25 Hình 22: Sơ đồ nguyên lý uốn thép bằng cơ cấu vítme - đai ốc 26 Hình 23: Sơ đồ nguyên lý uốn thép bằng cơ cấu bánh răng nón 27 Hình 24: Sơ đồ nguyên lý uốn thép bằng cơ cấu khí nén 27 Hình 25: Sơ đồ nguyên lý hoạt động van 5/2 36 Hình 26: Khung máy sau khi hoàn thiện 37 Hình 27: Khung duỗi sau khi hoàn thiện 38 Hình 28: Bộ phận uốn sau khi hoàn thiện 38 Hình 29: Dao cắt áp lực 39 Hình 30: Bộ phận cắt sau khi thi công 40 Hình 31: Giá đỡ cuộn thép 41 Hình 32: Khung dẫn hướng 41 Hình 33: Sản phẩm sau khi lắp ráp 42 Hình 34: Các thiết bị, linh kiện điện tử 43
11. Chương 1: Đặt vấn đề 1.1. Tính cấp thiết của đề tài. Nền công nghiệp Việt Nam đang trong quá trình phát triển, để đưa đất nước trở thành một quốc gia có nền công nghiệp hiện đại, chúng ta cần vận dụng khối óc, sự sáng tạo khoa học kỹ thuật vào trong nền công nghiệp hiện nay ở nước ta. Song song với quá trình phát triển đó, đòi hỏi phải có cơ sở hạ tầng đầy đủ để đáp ứng cho nhu cầu phát triển công nghiệp. Để đáp ứng lại nhu cầu tăng trưởng khá nóng của ngành xây dựng công nghiệp và dân dụng, đòi hỏi chúng ta phải có phương thức xây dựng, thi công nhanh gọn, chính xác và hiệu quả làm việc cao và thay thế cho các phương thức thi công thủ công, lỗi thời trước đây. Cùng với sự phát triển của thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa của ngành cơ khí, thì nhu cầu sản xuất phải sử dụng máy móc có độ chính xác cao, phải giảm sức lao động của con người, tăng năng suất lao động. Nhằm đáp ứng nhu cầu đó, đề tài chúng em thực hiện sẽ giải quyết vấn đề đó là:”Thiết kế, chế tạo mô hình máy uốn đai xây dựng tự động”. 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. Trong ngành xây dựng trước đây việc uốn đai thép chủ yếu làm bằng tay, vừa tốn nhiều công sức lao động của người công nhân nhưng năng suất, hiệu quả mang lại không cao. Trên thế giới đã có nhiều loại máy uốn khác nhau, từ thủ công, bán tự động cho đến tự động. Ở Việt Nam cũng đã xuất hiện nhiều loại máy uốn khác nhau, nhưng hầu hết là sản phẩm được nhập khẩu từ bên ngoài nên đôi lúc nhu cầu của khách hàng còn nhiều hạn chế và đặc biệt là giá thành còn rất cao. Việc chế tạo được máy uốn ở trong nước sẽ làm hạ giá thành sản phẩm rất nhiều, bên cạnh đó còn tăng vị thế cạnh tranh của thị trường trong nước so với thị trường thế giới trong lĩnh vực công nghiệp. Hiện thực hóa các kiến thức lý thuyết và sản phẩm thực tế, rút ra được kinh nghiệm trong chế tạo máy, gia công cơ khí cũng như trong phương pháp nghiên cứu khoa học. Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, viêc nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy uốn đai thép nhằm phục vụ cho nhu cầu của xã hội là rất cần thiết. 1.3. Mục đích của đề tài. Thiết kế, chế tạo mô hình máy uốn đai xây dựng tự động: Nâng cao năng suất làm việc. Giảm giá thành sản phẩm Máy dễ thao tác. 1
12. 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu Mô hình máy uốn đai xây dựng tự động Vật liệu uốn: thép Ø3 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu. Từ các phương pháp uốn thủ công bằng tay cho đến các máy uốn đai tự động và bán tự động trong và ngoài nước. Nguyên lý hoạt động và các chế độ uốn của máy. 1.5. Phương pháp nghiên cứu. 1.5.1. Cơ sở phương pháp luận. Máy uốn thép là loại máy gia công kim loại bằng áp lực để uốn ra những sản phẩm có hình dáng, kích thước nhất định. Máy gồm các bộ phận chính: Nguồn động lực, bộ truyền động, bộ phận duỗi, cơ cấu uốn và cơ cấu cắt. Sản phẩm uốn rất đa dạng và phong phú, có thể là kim loại như thép, nhôm, đồng, inox được sử dụng rộng rãi trong thực tế. Sản phẩm uốn còn dùng nhiều trong ngành xây dựng mà ứng dụng dễ nhận biết nhất đó là các loại đai thép với các kích thước và hình dạng khác nhau. 1.5.2. Các phương pháp nghiên cứu cụ thể. Tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của các loại máy uốn đai hiện nay. Nghiên cứu tài liệu của các môn học liên quan như sức bề vật liệu, công nghệ kim loại, Phân tích chọn lựa phương án thiết kế chế tạo phù hợp. 1.6. Bố cục của đề tài. Chương 1: Đặt vấn đề. Chương 2: Tổng quan. Chương 3: Cơ sở lý thuyết. Chương 4: Phương hướng và các giải pháp. Chương 5: Tính toán và lựa chọn thiết bị. Chương 6: Thiết kế và thi công. Chương 7: Thiết kế hệ thống điều khiển. Chương 8: Kết luận và kiến nghị. 2
13. Chương 2: Tổng quan 2.1. Tìm hiểu về thép xây dựng. Theo phạm vi sử dụng thép các bon có hai loại: thép các bon thường và thép các bon chất lượng tốt. Thép các bon thường ở dạng đã qua cán mỏng (tấm, cây, thanh ) chủ yếu dùng trong xây dựng. Theo TCVN (1765:1975) Thép các bon thường lại được chia thành 3 loại A, B, C.  Thép loại A: là loại thép chỉ quy định về cơ tính và mác thép này có ký hiệu là CT và con số đi kèm chỉ độ bền giới hạn. VD: Thép CT38 là thép có giới hạn bền tối thiểu là 380N/mm2. Thép các bon thường loại A có các mác thép theo bảng sau: Mác thép (số hiệu) Giới hạn bền σ, Độ giãn dài Nga Việt N/mm2 tương đối δ, % Nam CT0 CT31 ≥310 20 CT1 CT33 320-420 31 CT2 CT34 340-440 29 CT3 CT38 380-490 23 CT4 CT42 420-540 21 CT5 CT51 500-640 17 CT6 CT61 600 12 Bảng 1.1. Các loại mác thép theo tiêu chuẩn Nga và Việt Nam  Thép loại B: là thép chỉ quy định về thành phần hóa học và mác thép này có ký hiệu là BCT, con số đi kèm chỉ độ bền giới hạn như thép các bon loại A còn thành phần hóa học đươc quy định như bảng 1.2 Mác thép Hàm lượng các nguyên tố Nga Việt Nam % C % M % S (≤) %P (≤) CT0 BCT31 0.23 - 0.06 0.07 CT1 BCT33 0.06-0.12 0.25-0.5 0.05 0.04 CT2 BCT34 0.09-0.15 0.25-0.5 0.05 0.04 CT3 BCT38 0.14-0.22 0.3-0.65 0.05 0.04 CT4 BCT42 0.18-0.27 0.4-0.7 0.05 0.04 Bảng 1.2. bảng hàm lượng các nguyên tố của một số thép trên thị trường  Thép loại C: là thép quy định cả về cơ tính và thành phần hóa học và mác thép này có ký hiệu là CTC và số đi kèm chỉ giới hạn độ bền như thép các bon loại A (bảng 1.1) và có thành phần hóa học như thép các bon loại B (bảng 1.2). 2.2. Thực trạng về máy bẻ đai sắt trên thế giới và trong nước. 2.2.1 Thực trạng về máy bẻ đai sắt trên thế giới. Trên thế giới hiện nay máy duỗi, cắt rất đa dạng nhỏ ngọn từ bằng tay, đến các máy lớn sử dụng động cơ, thủy lực, rồi đến NC hay CNC có thể duỗi, cắt, uốn với nhiều bán kính khác nhau với độ chính xác và năng suất rất cao. Máy duỗi, cắt, uốn tự 3
14. động thủy lực điều khiển bằng động cơ servo có độ chính xác cao, kích thước sắt tương đối lớn máy được sử dụng động cơ thủy lực vì vậy tạo ra lực cắt tác dụng lên sắt đồng đều ít sinh ra khuyết tật trong khi cắt, duỗi, điều kiển máy tương đối đơn giản sử dụng bằng bàn đạp chân, máy cắt, duỗi có sử dụng hành trình vì vậy nên sắt được duỗi cắt theo các chiều dài khác nhau. Những máy cắt, duỗi này hoàn toàn tự động, và bán tự động người công nhân chỉ việc cấp phôi. 2.2.2. Thực trạng về máy bẻ đai sắt trong nước. Trên thị trường nước ta có rất nhiều máy duỗi, cắt bẻ đai hiện đại được sản xuất trong nước hoặc là nhập khẩu từ nước ngoài. Tuy nhiên tình hình sản xuất thực tại vẫn phổ biến nhiều hình thức sản xuất thủ công hay bán tự động chỉ giải quyết được một khâu uốn, duỗi hay cắt nhất định. Các khâu này hoạt động độc lập với nhau nên tiêu tốn nhiều thời gian và nhân công. Việc tiêu tốn nhiều thời gian sẽ ảnh hưởng tới tiến độ thi công các công trình. Hiện nay, một số công ty trong nước đã chế tạo và sản xuất thành công các máy bẻ đai thép tự động hoàn toàn như công ty máy xây dựng Phúc Long, Công Ty TNHH Cơ Khí Chế Tạo Công Nghệ Siêu Việt Hình 1: Máy bẻ đai thép TD08 2.3. Các loại đai. 2.3.1. Giới thiệu. Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại đai về hình dáng và kích thước khác nhau như là đai hình vuông, đai hình chữ nhật, đai tam giác, đai chữ C Tuy nhiên phổ biến vẫn là đai hình vuông và đai hình chữ nhật, các kích thước đai phụ thuộc vào dầm. Hình 2: Các loại đai thông dụng 4
15. 2.3.2. Phân tích sản phẩm đai thép. Khi tiến hành uốn đai thép ta cần biết kích thước khai triển của sản phẩm uốn tuy nhiên ta cần lưu ý khi uốn mặt trong sẽ phát sinh biến dạng nén, mặt ngoài sẽ phát sinh biến dạng kéo. Còn phần trung tâm thì không tồn tại cả biến dạng kéo và nén. Có nghĩa là tại tâm không thay đổi chiều dài sau khi uốn nên được sử dụng trong tính toán kích thước khai triển chiều dài của sản phẩm. Tuy nhiên, đây là tính toán trên lý thuyết nên chỉ có giá trị gần đúng, để đạt kết quả chính xác cần tiến hành uốn thử. Vị trí của lớp trung gian còn thay đổi tùy thuộc vào bán kính trong r. Hình 3: Sản phẩm đai thép Sản phẩm đai thép hình vuông có ba thông số cơ bản là đường kính phôi thép d, chiều dài đai thép l và bán kính uốn r. Các thông số cơ bản của sản phẩm đai thép: Đường kính phôi thép d = Ø3 (mm). Bán kính góc uốn : r = 10mm. Chiều dài đai thép: l = 100mm. Chiều dài phôi thép: L = 460mm. 5
16. Chương 3: Cơ sở lý thuyết 3.1. Các khái niệm về lực.  Ngoại lực: Là lực tác động của môi trường bên ngoài hay các vật thể khác lên vật thể được khảo sát. Ngoại lực bao gồm tải trọng và phản lực liên kết.  Phản lực: Là những lực thụ động phát sinh giữa nơi tiếp giáp vật khảo sát và vật thể xung quanh khi có tác dụng của tải trọng.  Nội lực: Dưới tác dụng của ngoại lực, lực tương tác giữa các phần tử của vật thể sẽ thay đổi để chống lại sự dịch chuyển bên trong vật thể đó gọi là nội lực. Hình 4: Sơ đồ phân bố nội lực Ứng suất tại một điểm trên mặt cắt là cường độ của nội lực trên một đơn vị diện tích tại điểm đó gọi là đại lượng vec tơ. Có thể phân ứng suất p thành hai phần: một trên phương pháp tuyến n của mặt cắt gọi là ứng suất pháp tuyến n ký hiệu σ, một nằm trong mặt cắt gọi là ứng suất tiếp tuyến ký hiệu τ . Ta có hệ thức : p 2 = σ 2 + τ 2 Vậy ứng suất đặc trưng cho mức độ chịu đựng của vật liệu tại một điểm. Nếu ứng suất vượt quá mộtgiới hạn nào đó thì vật liệu bị phá hủy, việc xác định ứng suất là cơ sở đánh giá mức độ an toàn của vật liệu, và xác định ứng suất chính là mục tiêu và cũng cực kỳ quan trọng khi chế tạo bất kỳ một thiết bị nào. Đây chính là mục đích tính toán sức bền cho máy uốn. 3.2. Thuyết bền ứng suất tiếp Nguyên nhân gây ra sự phá hỏng của vật liệu ở trạng thái ứng suất là do trị số của biến dạng dài lớn nhất đạt tới một giới hạn xác định, biến dạng này không phụ thuộc vào dạng của trạng thái ứng suất: [휎] [휏] = 2 Hình 5: Sơ đồ phân bố ứng xuất tiếp 6
17. 3.3. Thanh chịu uốn phẳng. 3.3.1. Ứng suất pháp tuyến trên tiết diện bị uốn. Các giả thiết: Trước và sau biến dạng tiết diện thanh vẫn phẳng và vuông góc với trục. Các lớp vật liệu dọc trục thanh không có tác dụng tương hỗ lên nhau, có thể bỏ qua các thành phần ứng suất pháp trên các mặt song song với trục. Tồn tại một lớp vật liệu song song với trục thanh có chiều dài không đổi, gọi là lớp trung hòa. Giao tuyến của lớp trung hòa với tiết diện là một đường thẳng, gọi là đường trung hòa. Các lớp vật liệu sau biến dạng Công thức tính ứng suất: 휎 = 퐽 Biểu đồ trị số lớn nhất của ứng suất: M x M x σy xk. J x Wxn. J Wx.k = x x.n y Hình 6: Biểu đồ xác định trị số ứng suất (gọi là moment chống uốn) Điều kiện bền: M x M x σ max = .yk.max =  k J x Wx.k M M x .y x    min = n.max n J x Wx.n Khi trục x đối xứng: 7
18. M x k  max  min  n Wx Đối với vật liệu dẻo: max M x  min x.k  k  n  Wx.n 3.3.2. Ứng suất tiếp tuyến trên tiết diện bị uốn. Q .S c  y x yz c J xb Trong đó: : bề rộng mặt cắt tại điểm ứng suất tiếp c S x = ydF : moment tĩnh của diện tích cắt đối với trục x có thể tính. Fc c Fc S x yc Fc Fc yc : khoảng cách từ trọng tâm C của diện tích F đến trục trung hòa x.  Đối với diện tích hình chữ nhật: 2 6푄 ℎ 휏 = [ − 2] ℎ3 4 Tại 2 mép trên và dưới của tiết diện có: h y = nên  0 2 zy Hình 7: Ứng suất tiếp diện hình chữ nhật Tại những điểm nằm trên đường trung hòa có y = 0 3 Qy  zy.max 2 F Đối với tiết diện hình tròn: 4 푄 휏 = . 3 퐹 Hình 8: Ứng suất tiếp tiết diện tròn 8
19. 3.4. Ứng suất trong miền biến dạng của vật thể tiếp xúc. 3.4.1. Tương quan hình học giữa các mặt của hai vật thể tiếp xúc. Khi diện tích tiếp xúc là 1 giải giới hạn bởi 2 đường song song. Trường hợp tiếp xúc giữa hình trụ bán kính R 1 và mặt phẳng ( R 2 ) thì bề rộng của giải tiếp xúc b = 1,128 .q.R1 q 1 Áp suất cực đại giữa giải tiếp xúc p 0 = 0,5642 .  R1 Nếu cả 2 hình trụ cùng làm bằng 1 loại vật liệu và có cùng hệ số  0,3thì 1,82 hằng số đàn hồi của vật liệu = E Lực q là lực phân bố đều trên đường tiếp xúc. 3.4.2. Ứng suất trong biến dạng của vật thể tiếp xúc. Ứng suất theo phương x: 2 z z  x p0 2. 1 b b Ứng suất theo phương y: 2 z 1 2 b z  y p0 . 2 2 b z 1 2 b Hình 9: Ứng suất trong miền biến dạng Ứng suất theo phương z: 1 σz= - q0 2 √1+[ ] Theo nghiên cứu cho thấy σz bao giờ cũng là ứng suất cực tiểu (kể cả dấu). Khi biến thiên trong khoảng từ 0 đến 0,45 thì trị số ứng suất cực đại là σy và khi > 0,45 thì ứng suất cực đại là σx. Điều quan tâm của chúng ta là điểm có trị số ứng suất tiếp lớn nhất. Điểm đó có độ sâu = 0,8. σz −σy Trị số ứng suất tiếp lớn nhất là: τmax= = 0,3 2 0 9
20. Các ứng suất đó nằm trên mặt cắt song song với trục x và có pháp tuyến tạo với trục z một góc 450. Mặt khác ứng suất tương đương trong thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất là: 2τmax = 0,6p0 Nếu ta sử dụng thuyết bền thế năng biến đổi hình dạng thì ta sẽ tìm thấy điểm nguy hiểm ở độ sâu z= 0,7b và trị số ứng suất tương đương là: σtđ = 0,557 Ta thấy ứng suất tương đương theo thuyết bền chỉ phụ thuộc vào p0. Vì vậy để tiện lợi, trong sổ tay công nghệ người ta đã tính trước với tải trọng tĩnh một áp suất [p0] cho phép. Điều kiện bền của vật thể sẽ là p0 < [p0] 3.5. Cơ sở lý luận về biến dạng dẻo của kim loại. 3.5.1. Các khái niệm cơ bản. Uốn thép hay dập tạo hình đều được tạo ra từ biến dạng dẻo của kim loại để tạo ra hình dạng kích thước mong muốn ban đầu, để tạo nên hình dạng này ta cần có khuôn tạo hình. Khuôn tạo hình được tạo thành từ hai thành phần là: cối và chày. Biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá hủy là 3 quá trình nối tiếp nhau xảy ra trong kim loại và phần lớn tác dụng của tải trọng gây ra. Dưới tác dụng của tải trọng xảy ra 3 quá trình: Biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá hủy. Lúc đầu khi tăng tải trọng độ biến dạng Δl tăng theo tỉ lệ bậc nhất với nó, gọi là biến dạng đàn hồi lúc này kim loại có thể trở về vị trí ban đầu. Khi tải trọng vượt quá giá trị nhất định độ biến dạng Δl tăng rất nhanh khi thôi tác dụng tải trọng thì kim loại vẫn bị biến dạng nhưng không lớn lắm được gọi là biến dạng dẻo hay biến dạng dư. Khi tải trọng đạt đến giá trị max thì lúc này xuất hiện các vết nứt tế vi và làm ứng suất tập trung càng cao hơn dẫn đến các vết nứt càng tăng và to dần, kim loại bị tách rời và bị phá hủy hiện tượng đó gọi là biến dạng phá hủy. Khi uốn thép ta chú ý vào các biểu đồ sau vì đối với mỗi vật liệu thì chịu tác dụng một lực phù hợp để không làm phá hủy vật liệu đó: Khi uốn thép ta chú ý đến biểu đồ σ - ε: Với Trong đó: P: Tải trọng (N) F0: Diện tích tiết diện ban đầu (mm2) ε: Độ giản tương đối Hình 10: Biểu đồ σ - ε 10
21. Δl: Độ giãn dài khi kéo L0: Độ dài ban đầu E: Mô đun đàn hồi của vật liệu,N/mm2 3.5.2. Hiện tượng đàn hồi sau khi uốn. Uốn là một quá trình biến dạng dẻo có kèm theo biến dạng đàn hồi do tính chất đàn hồi của vật liệu, sau khi uốn biến dạng đàn hồi mất đi kích thước và hình dạng sản phẩm thay đổi so với kích thước và hình dạng của khuôn, hiện tượng đó gọi là hiện tượng đàn hồi sau khi uốn. Hiện tượng đàn hồi gây ra sự sai lệch về góc uốn và bán kính uốn vì vậy muốn cho chi tiết có góc và bán kính uốn đã cho thì bán kính uốn và góc uốn phải thay đổi một lượng đúng bằng trị số đàn hồi. Biến dạng đàn hồi Biến dạng đàn hồi Biến dạng dẻo và biến dạng dẻo Bằng thực nghiệm thì trị số đàn hồi phụ thuộc chủ yếu vào loại vật liệu và chiều dày vật liệu, hình dáng chi tiết uốn, bán kính uốn tương đối r/s, lực uốn và phương pháp uốn. Khi giới hạn chảy của vật liệu càng cao tỉ số r/s càng lớn và chiều dày vật liệu càng nhỏ thì hiện tượng đàn hồi càng lớn, trị số đàn hồi có thể xác định bằng phương pháp thực nghiệm hoặc giải tích. 3.5.3. Sự trượt đơn tinh thể. Trượt là hình thức chủ yếu của biến dạng dẻo, một hình thức khác ít gặp hơn là song tinh. Trượt là sự chuyển dời tương đối giữa các phần của tinh thể theo những mặt và phương nhất định gọi là mặt và phương trượt. Hình 11: Đơn tinh thể sau khi trượt 11
22. S K L 0 0 2 1 5 4