Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn 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 toán, thiết kế, chế tạo và thử nghiệm nhưng nội dung của luận văn còn 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 hoàn 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 hoàn 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 mô 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 công 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 Nguyễn Hữu Phấn MỤC LỤC Trang PHẦN MỞ ĐẦU 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 tông dự ứng lực 9 1.2. Giới thiệu phần mềm xây dựng mô 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 1.4.2. Xác định hướng nghiên cứu của đề tài 32 Chương 2: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ BÁNH CÁN REN VÍT LẮP ĐƯỜNG RAY TẦU VỚI TÀ VẸT BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC 34 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 mô hình 3D của bánh cán ren bằng phần mềm Pro/engineer 40 2.4. Tính bền bánh cán 45 2.4.1. Tính toán 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 quan của hai bánh cán 64 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 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 CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 PHỤ LỤC 77 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 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 phôi 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 R z , R a Thông số đánh giá độ nhám bề mặt m T cán Nhiệt độ cán 0 C P p Lực cán hướng kính N P t Lực cán tiếp tuyến kính N P pi Lực cán hướng kính tại các đỉnh ren trên bánh cán N P ti Lực cán tiếp tuyến kính tại các đỉnh ren trên bánh cán N x, y Hệ trục chung u, v, w Các thành phần chuyển vị theo các phương x, y, z u i Giá trị u của phần tử thứ i  Đạo hàm riêng của hàm số Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 7   e ie N Hàm quan hệ tại nút i e ξ Gia số của 1 điểm tuỳ ý trên phần tử h (e) Chiều dài của phần tử mm ε x , ε y Các thành phần biến dạng dài theo các phương x, y γ xy Thành phần biến dạng dài góc trên mặt phẳng xy zyx  ,, 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 (FEM) Phần tử hữu hạn PT Phần tử Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 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 công bằng hai phương pháp cán và cắt 3 2 2.1 Thành phần hoá 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 hoá 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 cán 64 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 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 toán, chế tạo bánh cán 12 10 1.10 Quá trình phân chia các miền và nội suy các hàm quan hệ 12 11 1.11 Trạng thái ứng suất và biến dạng của phân tố diện tích phẳng trong hệ xoy 13 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn 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 Mô hình 3D đường ren trên bánh cán 25 24 2.11 Merge các bề mặt ren và bề mặt trụ 27 25 2.12 Mô hình 3D sau khi merge 28 26 2.13 Tạo khối Solid (Solidify) 30 27 2.14 Mô hình 3D bánh cán ren 35 28 2.15 Mô 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 mô hình 3D của bánh cán 47 31 2.18 Mô 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 τ xy (τ xymax =367.25MPa ) 53 43 2.30 Ứng suất tiếp τ yz (τ yzmax =22.85MPa ) 54 44 2.31 Ứng suất tiếp τ xz (τ xzmax =203.73MPa ) 54 [...]... http://www.lrc-tnu.edu.vn 18 Phôi cán Bánh cán cố định Lực ép Giá đỡ phôi Bánh cán di động a) Bàn cán di động Phôi Bàn cán cố định b) Hỡnh 1.4 Nguyờn lý cỏn ren a) Mỏy cỏn ren bỏnh cỏn tr b) Mỏy cỏn ren bng bn cỏn 2 Cỏc phng phỏp cỏn ren Cỏn ren c phõn thnh nhiu loi da trờn s khỏc nhau v hỡnh dỏng v kiu chuyn ng ca cỏc loi dng c cỏn - Cỏn ren bng bn cỏn ren phng (hỡnh 1.5): õy l kiu c s dng rng rói trong cỏn ren c bit thớch... phng phỏp cỏn ren 1 Nguyờn lớ chung ca phng phỏp cỏn ren Cụng ngh cỏn ren l phng phỏp gia cụng c s dng ch to ren trờn cỏc phụi dng tr trũn (hỡnh 1.2) Dng c cỏn Dng c cỏn Dphụi Dren Phụi Hỡnh 1.2 Cụng ngh cỏn ren Cỏc mỏy cỏn ren u cú nguyờn lý to thnh hỡnh ren ging nhau: dng c cú sn ren l õm bn ca ren cn gia cụng (hỡnh 1.3), khi phụi i qua vựng chuyn ng ca dng c gia cụng (hỡnh 1.4), ren trờn dng c... 144.5mm 55 2.42 Mt ct biờn dng ren trờn bỏnh cỏn 60 56 2.43 Mt ct xỏc nh gúc nõng ca ren 61 57 2.44 Gỏ bỏnh cỏn khi tin ren 64 58 2.45 Kt qu ng kớnh l bỏnh cỏn 65 59 2.46 Kt qu ng kớnh nh ren bỏnh cỏn 65 60 2.47 Kt qu biờn dng ren 5 nh liờn tip 66 61 2.48 Kt qu gúc profin ren 66 62 2.49 Kt qu bc ren 67 63 2.50 Kt qu o 5 bc ren liờn tip 67 64 2.51 Kt qu khụng ng tõm gia l v nh ren bỏnh cỏn 68 65 2.52 Kt... http://www.lrc-tnu.edu.vn 21 Ren trờn dng c cỏn l õm bn ca ren cỏn nhng vic gia cụng ren trờn dng c thng gp rt nhu khú khn do: vt liu thng thuc nhúm khú gia cụng, ren yờu cu chớnh xỏc cao c bit, trong nhng trng hp biờn dng ren phc tp Vic to ren trờn dng c cỏn cú th c to hỡnh bng cỏc phng phỏp khỏc nhau nh: tin, phay, mi sau ú nhit luyn hoc dựng mi to biờn dng ren sau ú nhit luyn 1.1.4 Phng phỏp ch to vớt bt ng ray vi... th cỏn c ren trờn cỏc chi tit rng, thnh mng v vt liu cú cng cao (3540)HRC Tuy nhiờn, phng phỏp cho nng sut thp hn (6080cỏi/phỳt) Cỏn ren bng bỏnh cỏn c chia thnh hai kiu: cỏn ren cú hai bỏnh cỏn (hỡnh 1.6.a)v cỏn ren cú ba bỏnh cỏn (hỡnh 1.6.b) Bỏnh cỏn Phụi Phụi a) Tm b) Hỡnh 1.6 Cụng ngh cỏn ren bng bỏnh cỏn tr a) Cỏn ren bng hai bỏnh cỏn S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn b) Cỏn ren bng... Cỏn ren c s dng to ren trờn cỏc chi tit vớt, bulụng, cỏc thanh ren cho nng sut cao, cht lng tt v c dựng trong sn xut lot ln v hng khi - Cỏc ren lm vic cng cao u c ch to bng phng phỏp cỏn do: Ren cỏn cho kh nng s dng cao hn ren to hỡnh bng cỏc phng phỏp ct gt (tin, phay, mi) vỡ: cu trỳc mng tinh th ca phụi gn ging vi cu trỳc mng tinh th ca chi tit sau khi cỏn (cỏc th kim loi ca ren khụng b ct ngang... biờn dng ren hỡnh 1.1) B mt ren cỏn cú cht lng rt tt (cú cng cao hn cỏc phng phỏp khỏc nờn lm tng kh nng bn mũn ca ren) do cu trỳc mng liờn kt vi ng sut d nộn hỡnh thnh trờn b mt ren cỏn - Vic iu chnh t c cỏc yờu cu k thut d hn so vi phng phỏp ct gt Mt khỏc, õy l phng phỏp khụng sinh phoi trong quỏ trỡnh to hỡnh nờn mang li hiu qu kinh t cao - bn tnh v bn mi ca ren cỏn cao hn (1020)% cỏc ren ch to... 16 - Ren cú th cỏn bng phng phỏp cỏn núng (nhit cỏn ln hn nhit kt tinh li ca phụi) hoc phng phỏp cỏn ngui (nhit cỏn nh hn nhit kt tinh li ca phụi) Vic la chn phng phỏp cỏn ngui hay cỏn núng ph thuc vo kớch thc ren, cng vt liu v iu kin lm vic ca ren Núi chung, ren c ch to bng phng phỏp cỏn ngui cho cht lng cao hn so vi cỏn núng do: cu trỳc lp b mt ren sau cỏn ngui cú ht nh, ng sut d trờn b mt ren. .. ren phụi chuyn ng hnh tinh: phụi chuyn ng hnh tinh quanh bỏnh cỏn ren trung tõm v vnh cỏn ren (hỡnh 1.7) Phng phỏp ny cho nng sut v cht lng cao hn hai phng phỏp trờn Tuy nhiờn, ng hc mỏy phc tp v ũi hi chớnh xỏc rt cao Vnh rng c nh Bỏnh trung tõm Phụi Hỡnh 1.7 Cỏn ren phụi chuyn ng hnh tinh Trong quỏ trỡnh to hỡnh ren phụi c quay liờn tc, s vũng quay ca phụi ph thuc vo ng kớnh bỏnh cỏn v ng kớnh ren. .. cao nhng ũi hi ren phi c ch to bng phng phỏp cỏn ngui Khi ú tng tớnh do ca phụi lm gim tr khỏng, gim lc cỏn v tng tui th ca trc cỏn, thit b cỏn cn phi nung núng phụi n nhit nung nh hn nhit kt tinh li ca phụi Thng nhit cỏn nh hn nhit ram [8] ng sut d sinh ra trờn b mt ren l ng sut nộn, t ú lm tng bn mi ca bulụng Dphụi Di De a) Ren ct Ren cỏn b) Hỡnh 1.1 c im ca ren a Biờn dng ren S húa bi Trung . 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. được nghiên cứu. Với những lý do trên, tác giả đã chọn đề tài: Nghiên cứu chế tạo bánh cán ren vít để lắp đường ray với Tà vẹt Bê tông. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên. (6080cái/phút). Cán ren bằng bánh cán được chia thành hai kiểu: cán ren có hai bánh cán (hình 1.6.a)và cán ren có ba bánh cán (hình 1.6.b). Hình 1.6. Công nghệ cán ren bằng bánh cán trụ a) Cán ren bằng