Thiết kế máy cán thép vằn xây dựng.pdf

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ MÁY CÁN THÉP VẰN XÂY DỰNG
Người hướng dẫn: PGS.TS LÊ CUNG
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN NGỌC TÚ

Đà Nẵng, 2017

DUT-LRCC
i
TÓM TẮT
Tên đề tài: Thiết kế máy cán thép vằn xây dựng.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Tú
Số thẻ SV: 101120273. Lớp: 12C1C
Thép vằn là loại vật liệu được sử dụng rất phổ biến trong xây dựng. Với đề tài thiết
kế máy cán thép vằn xây dựng em xin được trình bày tóm tắt nội dung như sau
Giới thiệu chung về sản phẩm và quá trình cán. Giới thiệu về các loại máy cán thép,
qua đó lựa chọn ra loại máy thích hợp cho đề tài. Phân tích lựa chọn hệ thống lỗ hình
trục cán phù hợp. Thiết kế các bộ phận cơ bản của máy như: hộp giảm tốc, hộp phân
lực, gián cán…
Do thời gian tìm hiểu và hiểu biết của bản thân còn hạn chế nên sẽ không thể tránh
những sai sót, rất mong được các thầy cô nhiệt tình chỉ bảo.
Em xin chân thành cảm ơn!

DUT-LRCC
ii
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: NGUYỄN NGỌC TÚ Số thẻ sinh viên: 101120272
Lớp: 12C1C Khoa: Cơ khí Ngành: Công nghệ chế tạo máy
1. Tên đề tài đồ án:
Thiết kế máy cán thép vằn dùng trong xây dựng
2. Đề tài thuộc diện: ☒ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực
hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
Số liệu ban đầu : Thép vằn Φ16. Năng suất cán : 1000m/giờ
Các số liệu khác : Tham khảo thực tế tại xí nghiệp
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
- Tìm hiểu nguyên liệu, sản phẩm, yêu cầu kỹ thuật.
- Phân tích các phương án máy và chọn phương án hợp lý cho máy thiết kế.
- Xây dựng sơ đồ động của máy.
- Tính toán và lựa chọn các thông số kỹ thuật chủ yếu.
- Tính toán thiết kế kết cấu và sức bền.
- Hướng dẫn sử dụng, bảo dưỡng, sửa chữa. An toàn lao động.
5. Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
- Bản vẽ sơ đồ nguyên lý/ sơ đồ động (1A0)
- Bản vẽ các phương án máy thiết kế (1A0)
- Bản vẽ kết cấu chung của toàn máy (1A0)
- Bản vẽ một số cụm chi tiết (hộp giảm tốc, hộp phân lực, cụm trục cán...) (3-
4A0)
Tổng cọng : 6-7 bản vẽ A0
6. Họ tên người hướng dẫn: Phần/ Nội dung:
PGS. TS. Lê Cung Toàn bộ
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 13/02/2017
8. Ngày hoàn thành đồ án: 20/05/2017
Đà Nẵng, ngày tháng năm 2017
Trưởng Bộ môn………………………. Người hướng dẫn

DUT-LRCC
iii
LỜI NÓI ĐẦU VÀ CÁM ƠN
Trong giai đoạn phát triển kinh tế, khoa học kỹ thuật mạnh mẽ như hiện nay ngành
cơ khí nói chung và cán thép nói riêng đóng vai trò vô cùng quan trọng để đưa đất
nước ngày càng phát triển.
Để có thế đáp ứng được nhu cầu xây dựng cơ sở hạ tầng để phát triển tất cả các
ngành công nghiệp thì không thể thiếp vật liệu thép xây dựng. Chính vì thế việc phải
tăng năng suất thé là điều tất yếu.
Được sự đồng ý của khoa em được thầy giáo hướng dẫn giao đề tài tốt nghiệp:
Thiết kế máy cán thép vằn xây dựng. Kích thước của sản phẩm là Φ16, với nội dung
chính như sau:
+ Tìm hiểu và giới thiệu về sản phẩm thép vằn.
+ Giới thiệu về quá trình cán thép vằn.
+ Đưa các phương án, phân tích và lựa chọn phương án thích hợp cho
máy thiết kế.
+ Tính toán thiết kế máy.
+ Tính thiết kế đầy đủ một số chi tiết .
Được sự chỉ dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn, quý thầy cô và bạn bè trong
khoa Cơ Khí đến nay em đã hoàn thành đồ án. Do kiến thức của bản thân và thời gian
có hạn nên không thể tránh được những sai sót. Em rất mong được quý thầy cô góp ý
để đề tài được hoàn thiện hơn.
Lần nữa cho em xin được cảm ơn đến PGS.TS Lê Cung cùng toàn thể quý thầy
cô và bạn bè trong khoa Cơ Khí đã nhiệt tình chỉ bảo và giúp đỡ em trong thời gian
qua!

DUT-LRCC
iv
CAM ĐOAN
Em xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong đồ án tốt nghiệp này là trung
thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Mọi sự giúp đỡ cho việc thực
hiện đồ án tốt nghiệp này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong đồ án tốt
nghiệp này đã được chỉ rõ nguồn gốc và được phép công bố.
Đà Nẵng, ngày tháng năm 2017
Sinh viên thực hiện
Ký tên
Nguyễn Ngọc Tú

DUT-LRCC
v
MỤC LỤC
TÓM TẮT ...................................................................................................................... i
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ........................................................................... ii
LỜI NÓI ĐẦU VÀ CÁM ƠN ..................................................................................... iii
CAM ĐOAN................................................................................................................. iv
MỤC LỤC ......................................................................................................................v
DANH SÁCH CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ............................................................... vii
CHƯƠNG I: SẢN PHẨM THÉP VẰN XÂY DỰNG VÀ QUÁ TRÌNH CÁN........1
1.1. Giới thiệu chung về sản phẩm thép vằn xây dựng:.............................................1
1.2. Giới thiệu chung về quá trình cán: .......................................................................2
1.2.1. Quá trình cán và đặc điểm của quá trình cán kim loại :.................................2
1.2.2. Phân loại quá trình cán: ...................................................................................3
1.2.3. Vùng biến dạng và các thông số của vùng biến dạng: ....................................3
1.2.4. Các đại lượng đặc trưng cho biến dạng kim loại khi cán:..............................4
1.2.5. Điều kiện để kim loại ăn vào trục khi cán: ......................................................6
CHƯƠNG II:GIỚI THIỆU VỀ MÁY CÁN THÉP ...................................................7
2.1. Máy cán:..................................................................................................................7
2.1.1. Định nghĩa :.......................................................................................................7
2.1.2. Phân loại :..........................................................................................................7
2.1.3. Cấu tạo máy cán:...............................................................................................7
2.2. Khái niệm về trục cán và lỗ hình trục cán. ..........................................................8
2.2.1. Khái niệm về trục cán: ......................................................................................8
2.2.2. Khái niệm về lỗ hình trục cán: .........................................................................8
2.2.3. Phân loại lỗ hình..............................................................................................9
2.2.4. Cách bố trí lỗ hình trên trục cán:....................................................................9
CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN MÁY ....................10
3.1. Giới thiệu chung. ..................................................................................................10
3.2. Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế máy. ................................................10
3.2.1. Phân tích lựa chọn số trục cán và giá cán:....................................................10
3.2.2. Phân tích lựa chọn hệ thống truyền động cho máy cán : .............................11
3.2.3. Chọn máy thiết kế :..........................................................................................13
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY .......................................................14
4.1. Thiết kế lỗ hình trục cán......................................................................................14
4.1.1. Tính toán lỗ hình.............................................................................................14
4.1.2. Chọn phương án cán và hình dáng trục cán:................................................19
4.2. Tính lực cán, momen cán và chọn động cơ. .......................................................20

DUT-LRCC
vi
4.2.1. Tính lực cán:....................................................................................................20
4.2.2. Tính mômen cán và các mômen khác sinh ra khi cán:.................................25
4.2.3. Tính công suất và chọn động cơ.....................................................................28
4.3. Tính toán thiết kế các cụm kết cấu máy:............................................................29
4.3.1. Thiết kế hộp giảm tốc:.....................................................................................29
4.3.2. Thiết kế hộp phân lực: ....................................................................................52
4.3.3. Tính toán thiết kế giá cán: ..............................................................................56
4.3.4. Tính chọn khớp nối và trục nối:.....................................................................63
CHƯƠNG V: LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG MÁY CÁN ................67
5.1. Lắp đặt máy cán:..................................................................................................67
5.2. Vận hành máy cán:...............................................................................................67
5.3. Bảo dưỡng máy cán:.............................................................................................68
5.4. Thay thế các bộ phận của máy cán:....................................................................68
KẾT LUẬN ..................................................................................................................69
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................70

DUT-LRCC
vii
DANH SÁCH CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ
BẢNG 1.1: Thông số kỹ thuật và thành phần hóa học của thép CT51
BẢNG 4.1: Thông số các lực cán
BẢNG 4.2: Thông số các momen
BẢNG 4.3: Số liệu tỷ số truyền, số vòng quay, công suất và momen xoắn trên các trục
HÌNH 1.1: Sản phẩm thép vằn
HÌNH 1.2: Kích thước và hình dáng của lỗ hình tinh
HÌNH 1.3: Tiết điện kim loại
HÌNH 1.4: Sơ đồ vùng biến dạng của kim loại và trục cán
HÌNH 1.5: Sơ đồ phân bố lực khi vật cán tiếp xúc với trục cán
HÌNH 2.1: Cách bố trí lỗ hình trên giá cán 3 trục
HÌNH 3.1: Sơ đồ động máy cán 3 trục
HÌNH 3.2: Trục khớp nối vạn năng
HÌNH 3.3: Trục khớp nối hoa mai
HÌNH 3.4: Trục khớp nối vuông
HÌNH 3.5: Sơ đồ động máy thiết kế
HÌNH 4.1: Hệ thống lỗ hình
HÌNH 4.2: Hệ thống lỗ hình ôvan - tròn
HÌNH 4.3: Lỗ hình ô van trước tinh
HÌNH 4.4: Hệ thống lỗ hình ô van - vuông
HÌNH 4.5: Kích thước lỗ hình vuông
HÌNH 4.6: Kích thuuwocs lỗ hình ô van cán lần thứ 2
HÌNH 4.7: Bố trí lỗ hình trên trục cán
HÌNH 4.8: Sơ đồ áp lực kim loại tác dụng lên trục cán
HÌNH 4.9: Quan hệ giữa to
ch, B và %C
HÌNH 4.10: Sơ đồ kích thước hộp giảm tốc.
HÌNH 4.11: Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên các bánh răng
HÌNH 4.12: Biểu đồ mômen của trục I
HÌNH 4.13: Biểu đồ mômen của trục II
HÌNH 4.14: Biểu đồ mômen của trục III
HÌNH 4.15: Sơ đồ lực tác dụng lên ổ đỡ tại trục I
HÌNH 4.16: Sơ đồ lực tác dụng lên ổ đỡ tại trục II

DUT-LRCC
viii
HÌNH 4.17: Sơ đồ lực tác dụng lên ổ đỡ tại trục III
HÌNH 4.18: Biểu đồ mômen của trục trong hộp phân lực
HÌNH 4.19: Sơ đồ lực tác dụng lên ổ đỡ trục của hộp phân lưc
HÌNH 4.20: Các kích thước của khung
HÌNH 4.21: Cấu tạo vít me dưới

DUT-LRCC
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy cán thép vằn xây dựng
SVTH: Nguyễn Ngọc Tú GVHD: PGS.TS. Lê Cung 1
CHƯƠNG I: SẢN PHẨM THÉP VẰN XÂY DỰNG VÀ QUÁ TRÌNH CÁN
1.1. Giới thiệu chung về sản phẩm thép vằn xây dựng:
Ngày nay khi nhu cầu về đời sống của con người càng được nâng cao thì nền
kinh tế cần phải kịp thời đáp ứng đầy đủ những nhu cầu như nhu cầu về sử dụng thép
trong công nghiệp. Trong đó ngành công nghiệp, mà đặc biệt là công nghiệp cơ khí
nắm vai trò chủ yếu trong việc tạo ra sản phẩm. Ở một khía cạnh khác, thì ngành công
nghiệp cán thép lại đóng một vai trò chủ chốt, là khâu không thể thiếu được để góp
phần tạo ra các sản phẩm, vật dụng cho các ngành công nghiệp khác. Mà sản phẩm
thép rằn lại đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực xây dựng .
Thép vằn được sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp xây dựng.Thép rằn
được tạo thành từ quá trình cán kim loại, kim loại được biến dạng giữa hai trục cán
quay ngược chiều nhau, giữa hai trục có hệ thống các lỗ hình và có khe hở giữa hai
trục cán nhỏ hơn chiều dày của phôi ban đầu. Kết quả làm cho tiết diện ngang của phôi
thay đổi chiều dài tăng lên, tạo thành lỏi thép.
Cán thép vằn có thể được tiến hành ở trạng thái nóng hoặc nguội, với mỗi
phương pháp đều có những ưu nhược điểm khác nhau. Thép rằn được phân loại theo
đường kính danh nghĩa của thép: bao gồm thép rằn Φ12, Φ 14, Φ 16 …
- Vật liệu phôi cán: thép CT51
- Kích thước phôi ban đầu: 32x32mm2
Các thông số kỹ thuật và thành phần hoá học của mác thép CT51 theo bảng sau:
(theo tài liệu [8])
Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật và thành phần hóa học của thép CT51.
B
(KG/mm2
)
C
(KG/mm2
)
(%) (%) C(%) Mn(%) Si(%) S(%) P(%)
50-64 26-28 16 20
0,28 ÷
0,37
0,5-0,8 <0,26 <0,05 <0,04
Vì vậy thép CT51 thuộc loại thép Cacbon thường có hàm lượng Cacbon trung
bình.
Phôi liệu sử dụng để cán được đúc sẵn và đảm bảo các điều kiện kỹ thuật tốt.
Sản phẩm cán ra là thép vằn Φ16.
- Các thông số của sản phẩm:
d1=17,5 mm: đường kính ngoài của thép vằn
d=14,5 mm: đường kính trong của thép vằn
S=2 mm: khe hở giữa hai trục cán

DUT-LRCC
 Đường kính danh nghĩa của thép vằn: dd = )
(
16
2
1
mm
d
d


Thép rằn được cán theo dung sai âm: dd = 3
,
0
5
,
0


d
d (mm)
1.2. Giới thiệu chung về quá trình cán:
1.2.1. Quá trình cán và đặc điểm của quá trình cán kim loại :
a. Định nghĩa quá trình cán:
Là quá trình gia công kim loại bằng bằng áp lực trong đó kim loại bị biến dạng
dẻo liên tục giữa các vật thể quay tròn, được gọi là trục cán.
b. Cơ sở của quá trình cán:
Cơ sở của quá trình cán là dựa vào sự biến dạng dẻo của kim loại để tạo ra
những sản phẩm có hình dạng và kích thước theo yêu cầu thông qua các lổ hình trên
trục cán.
c. Đặc điểm của quá trình cán:
Quá trình cán là một quá trình tạo phôi kim loại bằng phương pháp gia công áp
lực do đó nó có đầy đủ các đặc điểm của phương pháp gia công áp lực:
- Quá trình cán là quá trình gia công không phoi.
- Trong quá trình làm việc, kim loại bị thay đổi về tổ chức tế vi; hạt kim loại bị
kéo dài theo hướng cán thành sớ, tính chất cơ lý cũng thay đổi: kim loại có tính dị
hướng.
- Phôi di chuyển và biến dạng nhờ sự quay liên tục của trục cán và ma sát giữa
trục cán với phôi.
- Hình dạng sản phẩm cán phụ thuộc vào lỗ hình giữa hai trục cán.
Hình 1.2 Kích thước và hình
dáng của lỗ hình tinh
Ø17,5
Ø14,5
2
1,25
Hình 1.1 Sản phẩm thép vằn

DUT-LRCC
1.2.2. Phân loại quá trình cán:
Tuỳ theo cơ sở dựa vào để phân loại mà người ta có các kiểu:
a. Phân loại theo chuyển dịch tương đối của kim loại so với trục cán:Gồm 3 dạng:
- Cán dọc
- Cán ngang
- Cán nghiêng (cán ngang xoắn)
b. Phân loại theo trạng thái kim loại biến dạng:
Dựa vào nhiệt độ của kim loại khi biến dạng mà phân ra làm 2 loaị là cán nóng
và cán nguội.
c. Phân loại theo thông số đặc trưng trong biến dạng:
Chia làm 2 loại
- Cán đối xứng: Khi mọi yếu tố của quá trình cán giống nhau trên cả hai trục.
- Cán không đối xứng: Khi có một vài yếu tố của quá trình cán trên hai trục
không giống nhau.
d. Phân loại theo sản phẩm cán:
- Cán phôi: tạo ra các thỏi kim loại để tiếp tục gia công theo các phương pháp
khác, hoặc cán thô.
- Các hình: tạo ra các sản phẩm hình như cán thép chữ I, U, L…
- Cán tấm: sản phẩm tạo ra dạng tấm.
- Cán ống: Cán ra các ống thép trụ tròn rỗng.
e. Phân loại theo mức độ liên tục:
- Cán không liên tục: là sản phẩm cán bị gián đoạn trong các lần cán.
- Cán liên tục: phôi được cán một cách liên tục cho đến thành phẩm.
- Cán bán liên tục.
1.2.3. Vùng biến dạng và các thông số của vùng biến dạng:
Vùng biến dạng:
Khi hai trục cán quay liên tục và ngược chiều nhau, nhờ ma sát mà vật cán được
ăn vào liên tục và được biến dạng. Bề mặt của kim loại tiếp xúc với trục cán gọi là
vùng tiếp xúc, phần kim loại nằm trong vùng tiếp xúc gọi là vùng biên dạng.
Như vậy vùng biến dạng là vùng kim loại xảy ra biến dạng dẻo, nằm trong
phạm vi tác dụng của trục cán. Các thông số đặc trưng của vùng biến dạng:
+ Góc : là góc ăn kim loại.
+ ltx = AB= CD là chiều dài của vùng biến dạng .
+ h1, h2: chiều cao của vật trước và sau khi cán.
+ b1, b2:chiều rộng của vật trước và sau khi cán.
+ l1, l2: chiều dài của vật trước và sau khi cán.

DUT-LRCC
1.2.4. Các đại lượng đặc trưng cho biến dạng kim loại khi cán:
Xét một vật thể kim loại có tiết diện hình chữ nhật có chiều dài l được cán giữa
hai trục cán phẳng (hình 1.3)
a. Biến dạng theo chiều cao:
- Lượng ép tuyệt đối h:
h=h1-h2(mm)
- Lượng ép tương đối %:
= %
100
.
1
h
h

= %
100
.
1
2
1
h
h
h 
- Hệ số ép: =
2
1
h
h
- Mối quan hệ giữa h,  và l: BE
h
h
h




2
2
2
2
1
Mà
2
sin
2
)
cos
1
(
cos
. 2 

 R
R
R
R
OE
OB
BE 






Vì  quá nhỏ nên
2
2
sin


 . Do đó
4
2 2

R
BE 
4
2
2
2

R
h



D
h
h
R
h )
(
2 2
1 



 (rad) ()
Có thể nhận thấy  tỉ lệ thuận với h và tỉ lệ
nghịch với D(D là đường kính trục cán)
Ta lại có: AB= l
D
l
R 

 
 .
2
.
Thay  từ () vào ta có: h
D
l 
 .
2
(mm)
Chiều dài cung tiếp xúc tỉ lệ thuận với D và h.
b. Biến dạng theo chiều rộng:
-Lượng giãn rộng tuyệt đối: 1
2 b
b
b 

 (mm)
- Lượng giãn rộng tương đối: %
100
.
1
b
b
b



- Hệ số giãn rộng:
1
2
b
b


Công thức tính lượng giãn rộng của Baxtino:
+Đối với lượng giãn rộng tự do: )
2
.
(
2
.
15
,
1
1 f
h
h
R
h
h
b





 (mm)
+Đối với lượng giãn rộng khi cán trong lỗ hình: h
R
h
h
n
b 


 .
.
.
1
b
h
Hình 1.3: Tiết diện kim loại.
Hình 1.4: Sơ đồ vùng biến
dạng của kim loại và trục cán
1.Phôi ; 2.Trục cán

DUT-LRCC
Trong đó:
+ n=0,30,5 là hệ số phụ thuộc kiểu dáng lỗ hình và phôi cán trong lỗ
hình đó.
+ Các giá trị R, h, h1 là các giá trị trung bình.
+ f là hệ số ma sát f=(1,05-0,0005t), t là nhiệt độ vật cán.
c. Biến dạng theo chiều dài: ( )
Hệ số giãn dài:
1
2
l
l


 luôn lớn hơn 1 vì l2 luôn lớn hơn l1
Quan hệ giữa hệ số giãn dài() và lượng ép() theo công thức sau:
%
100
).
1
1
(

 

Từ 3 hệ số ,  và  ta thấy rằng:
1
.
.
.
.
.
.
1
2
1
1
1
2
2
2



V
V
l
b
h
l
b
h


 (theo định luật thể tích không đổi)
d. Cách tính số lần cán n:
Theo định nghĩa của hệ số giãn dài ta có: tổng=
n
o
o
n
F
F
l
l
 ()
Trong đó:
tổng : hệ số giãn dài tổng cộng của vật cán sau n lần cán
ln, lo : chiều dài của vật cán sau n lần cán và của lúc ban đầu
Fo, Fn : diện tích tiết diện của phôi cán ban đầu và của thành phẩm sau n lần
cán.
Từ phương trình () ta có thể viết:
tổng=
n
n
F
F
F
F
F
F 1
2
1
1
0
........
. 
tổng= n


 ......
. 2
1 (II)
Vì  có trị số khác nhau nên để tiện tính toán người ta đưa ra khái niệm về hệ
số giãn dài trung bình tb. Với
n
n
tb








.......
2
1
(III)
Kết hợp (I), (II) và (III) ta có:

n
F
F0
tổng=tb.tb...........tb= (tb)n
Logarit hoá hai vế ta được: tb
n n
F
F 
lg
.
lg
lg 0 

Vậy
tb
n
F
F
n

lg
lg
lg 0 


DUT-LRCC
Như vậy nếu biết được tiết diện ngang ban đầu của phôi cán, tiết diện sản phẩm
và biết được hệ số giãn dài trung bình thì tính được ngay số lần cán n (lấy n là 1 số
nguyên).
1.2.5. Điều kiện để kim loại ăn vào trục khi cán:
a. Điều kiện:
Khi máy cán làm việc, trục cán quay và lôi vật cán vào trục để cán, ép làm cho
nó biến dạng.
Từ hình 1.5 ta thấy:
Muốn vật cán ăn vào được trục cán
Thì 2Tx>2Nx. Nghĩa là Tx>Nx
Với



cos
.
.
cos
.
sin
.
f
N
T
T
N
N
x
x



Như vậy: N.f.cos>N.sin
 f>tg (f là hệ số ma sát)
Vì  nhỏ nên tg  f>
Mà
R
h



Kết hợp ta có:
R
h
f

 h<R.f2
Vậy để vật cán ăn được vào trục cán phải đảm bảo điều kiện: 2
. f
R
h 

b. Các phương pháp làm cho vật cán dễ ăn vào trục cán khi cán dọc:
Từ điều kiện f> để vật cán dễ ăn vào trục ta tìm các biện pháp để tăng f và
giảm .
 Làm tăng f, tức là tăng góc ma sát bằng cách:
+ Làm trục cán nhám.
+ Tạo gờ hoặc xẻ rãnh trên trục.
+ Dùng lỗ hình thích hợp.
+ Giảm bôi trơn trên rãnh cán.
 Làm giảm góc  bằng cách:
+ Giảm h nhờ đập bẹp đầu phôi.
+ Tăng đường kính D của trục cán.
Trong thực tế, phương pháp làm tăng hệ số ma sát f người ta thường dùng hơn.
Hình 1.5: Sơ đồ phân bố lực khi
vật cán tiếp xúc với trục cán

DUT-LRCC
CHƯƠNG II:GIỚI THIỆU VỀ MÁY CÁN THÉP
2.1. Máy cán:
2.1.1. Định nghĩa :
Tổ hợp các máy móc và thiết bị như nguồn năng lượng, các bộ phận truyền
động, giá cán có chứa các trục cán,…. để cho ra được các sản phẩm cán bằng kim loại
gọi là máy cán kim loại.
2.1.2. Phân loại :
Có thể phân loại máy cán theo công dụng, theo số giá cán trong máy, theo số
trục cán có trong giá cán, theo kích thước sản phẩm, theo cách bố trí trục cán,…
a. Phân loại theo công dụng:
- Máy cán phôi
- Máy cán hình được chia làm 3 loại tuỳ theo đường kính  của trục cán:
+ Máy cán hình cỡ lớn: >500 mm
+ Máy cán hình cỡ trung bình: =350500 mm
+ Máy cán hình cỡ nhỏ: =250350 mm
- Máy cán tấm: Tuỳ theo chiều dày sản phẩm dạng tấm tạo ra mà có máy cán
tấm dày (b4 mm), máy cán tấm mỏng (b=0,23,75 mm) và máy cán tấm cực mỏng
(b<0,2 mm).
- Máy cán ống: dùng để cán ra các ống tròn.
- Máy cán chuyên dùng: thường được gọi theo tên sản phẩm như: máy cán bi,
máy cán bánh răng, máy cán vành bánh xe lửa,….
b. Phân loại theo cách bố trí thiết bị chính:
- Máy cán một giá (máy cán đơn)
- Máy cán bố trí theo hàng:
Có các giá cán bố trí thành một hay nhiều hàng ngang. Tuỳ thuộc ý đồ công
nghệ mà nó được dẫn động từ một hay nhiều động cơ.
c. Phân loại theo số lượng và sự bố trí trục cán:
- Máy cán 2 trục, máy cán 3 trục
- Máy cán nhiều trục: có thể 4, 6, 12 hay 20 trục …Máy này thường dùng để
cán tấm với độ chính xác cao.
- Máy cán vạn năng: trục bố trí vừa ngang, vừa thẳng đứng, có khi nghiêng một
góc trong mặt phẳng ngang. Dùng để cán loại thép hình đặc biệt.
2.1.3. Cấu tạo máy cán:
Máy cán thường gồm có các bộ phận chính sau:
1- Động cơ: dùng rộng rãi là động cơ điện xoay chiều 3 pha không đồng bộ.

DUT-LRCC
2- Bánh đà: đối với máy cán 1 chiều thì đặt thêm bánh đà để làm đều chuyển động
cho máy giữa những lần cán phôi. Nghĩa là bánh đà sẽ tích luỹ năng lượng khi chạy
không tải và sẽ bù một phần năng lượng khi máy mang tải. Giúp ổn định tốc độ cán.
Khi mômen cán thay đổi không nhiều người ta có thể không lắp bánh đà.
3- Khớp nối: thường sử dụng trục khớp nối vạn năng, trục khớp nối hoa mai, trục
khớp nối vuông, trục khớp nối xích.
4- Hộp giảm tốc: phần lớn hộp giảm tốc của máy cán dùng cặp bánh răng chữ V để
khử lực dọc trục và làm kết cấu hộp nhỏ gọn hơn.
5- Hộp phân lực: dùng để chia đều momen quay cho các trục cán. Đường kính vòng
lăng của bánh răng hộp phân lực gọi là đường kính danh nghĩa của máy cán .
6- Trục truyền: truyền momen xoắn từ hộp phân lực đến các trục cán.
7- Trục cán: cấu tạo gồm 3 phần: thân, cổ và đầu trục. Thân trục cán có dạng trơn
hoặc có rãnh tạo lỗ hình.
8- Gía cán: là bộ phận cơ bản của máy cán bao gồm thân giá cán và các chi tiết
khác như trục cán, gối đỡ trục cán, cơ cấu điều chỉnh lượng ép, các cơ cấu dẫn hướng,
…được lắp đặt trên thân giá cán.
2.2. Khái niệm về trục cán và lỗ hình trục cán.
2.2.1. Khái niệm về trục cán:
Trục cán là chi tiết trực tiếp làm biến dạng kim loại để tạo ra các sản phẩm kim
loại có hình dáng và kích thước theo yêu cầu.
Độ cứng bề mặt trục cán (52÷64)HRC, bên trong phải có độ bền uốn tốt và chịu
được va đập mạnh. Trục cán khi cán nóng không bị giản nở vì nhiệt, trục cán nguội
phải có độ đàn hồi dẻo tốt, bề mặt trục bóng đẹp v.v… Trục cán bằng sứ cũng phải có
những tính chất trên.
Trục cán hình với bề mặt bị khoét rãnh dùng để cán các loại thép hình tròn,
hình vuông, thép góc, thép chữ U, chữ I, chữ H, thép rằn, thép ray xe lửa, thép định
hình v.v …
2.2.2. Khái niệm về lỗ hình trục cán:
Có thể nói tất cả các loại thép có biên dạng (tiết diện) đơn giản như: tròn,
vuông, ba cạnh, chữ nhật, ….và có biên dạng phức tạp như: thép góc, thép chữ I, thép
chữ C, thép đường ray, … đều được cán trên các trục đã được tạo các rãnh có biên
dạng tương ứng. Biên dạng rãnh của 2 hay 3, 4 trục tạo thành một biên dạng “calip”
gọi là lỗ hình trục cán.

DUT-LRCC
2.2.3. Phân loại lỗ hình
a. Phân loại theo hình dáng: Lỗ hình đơn giản như chữ nhật, vuông, ô van, tròn; lỗ
hình phức tạp như lỗ hình góc, chữ I, chữ C,….
b. Phân loại theo công dụng: Lỗ hình giãn dài (cán phá) nhằm giảm nhanh tiết
diện của phôi; lỗ hình cán thô; lỗ hình trước thành phẩm, có tác dụng khống chế được
kết tinh của sản phẩm; lỗ hình tinh.
c. Phân loại theo cách gia công lỗ hình trên trục cán:
- Lỗ hình kín: Ở lỗ hình này, đường phân chia khe hở giữa 2 trục cán x-x nằm
ngoài phạm vi rãnh lỗ hình được cấu tạo bởi một phần lồi và một phần rãnh của hai
trục cán.
- Lỗ hình hở: Là loại lỗ hình mà có đường phân chia khe hở giữa 2 trục cán x-x
nằm trong phạm vi rãnh của trục cán dù cho rãnh được gia công trên 1 hay 2 trục.
- Lỗ hình nửa kín: Ở loại lỗ hình này, trên trục cán vừa có phần lồi vừa có phần
lõm. Khe hở giữa 2 trục cán được cấu tạo ở thành bên lỗ hình.
2.2.4. Cách bố trí lỗ hình trên trục cán:
Bố trí lỗ hình trên giá cán ba trục có hai cách sau:
a. Bố trí xen kẽ: (hình 2.1a)
Theo cách bố trí này thì trên một chiều dài của trục cán chỉ xếp được ít lỗ hình.
Với cách bố trí xen kẽ thì việc thiết kế lỗ hình đơn giản hơn, đảm bảo điều kiện bền
cho trục cán rất tốt. Do đó ta sẽ chọn cách bố trí xen kẽ.
b. Bố trí lên xuống:
Trong cách bố trí này thì trục giữa được dùng cho trục trên và trục dưới. Do đó
bố trí được nhiều lỗ hình. Tuy nhiên sử dụng cách bố trí lên xuống thì khi thiết kế lỗ
hình sẽ phức tạp hơn.(Hình 2.1b)
(a)
(b)
Hình 2.1: Cách bố trí giá lỗ hình trên giá cán ba trục
1
2
3
4
2
1
4
3
6
5
8
7

DUT-LRCC
CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN MÁY
3.1. Giới thiệu chung.
Máy cán chuyên dùng để cán thép ở trạng thái nóng hoặc ở trạng thái nguội
được gọi là máy cán thép. Máy cán thép được chia ra nhiều loại, máy cán thép hình
được gọi là máy cán hình, máy cán thép tấm được gọi là máy cán tấm, còn máy cán
ống chuyên dùng để cán các loại ống … Máy cán nói chung và máy cán thép nói riêng
đều do ba bộ phận hợp thành, đó là: nguồn năng lượng, bộ phận truyền dẫn động và
giá cán.
Với đề tài này chúng ta sẽ thiết kế loại máy cán thép hình chuyên dùng để cán
thép vằn xây dựng. Yêu cầu máy có cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ, năng suất tốt, dễ
chế tạo và sửa chữa, có thể tháo lắp và bảo dưỡng dễ dàng.
3.2. Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế máy.
3.2.1. Phân tích lựa chọn số trục cán và giá cán:
a. Máy cán hai trục:
Gồm máy cán hai trục đảo chiều và máy cán hai trục không đảo chiều.
Đối với máy cán 2 trục đảo chiều, 2 trục cán được dẫn động bởi hai động cơ
điện một chiều. Sau mỗi lần cán động cơ điện đảo chiều quay ngược lại. Máy không
dùng hộp giảm tốc và bánh răng truyền lực. Ngày nay người ta không dùng loại máy
cán này để sản xuất các loại phôi thỏi, phôi ống và phôi tấm, vì phương pháp này kinh
tế hơn, thiết bị gọn nhẹ hơn, năng suất cao và có trình độ tự động hoá cao.
b. Máy cán ba trục:
1- Động cơ 4- Hộp giảm tốc 7- Trục cán
2- Bánh đà 5- Hộp phân lực 8- Thân giá cán
3- Khớp nối trục 6- Trục khớp nối
Loại máy cán này có một giá cán với ba trục cán. Có hai loại: loại có 2 trục to
và trục giữa nhỏ dùng để cán tấm, còn loại có 3 trục bằng nhau thì dùng để cán phôi,
cán hình và thường được dùng làm nhiệm vụ cán phá trong dây chuyền công nghệ.
Hình 3.1: Sơ đồ động máy cán ba trục
6
2
1 5
4
3
7 8

DUT-LRCC
Phôi liệu được cán theo hai hướng. Giữa hai trục trên và dưới có các cơ cấu
điều chỉnh lượng ép cho nên năng suất của máy khá cao. Máy có cấu tạo đơn giản, dễ
chế tạo và sữa chữa, thao tác sử dụng và bảo dưỡng khá thuận lợi. Khi tính toán thiết
kế và chế tạo lỗ hình trên 3 trục cán cũng tương đối đơn giản và rẻ tiền nên hiện nay,
hầu hết các nhà máy cán thép ở nước ta đều sử dụng loại máy này dùng để sản xuất
thép rằn.
c. Máy cán trục kép :
Đặc điểm của máy này là có bộ phận diều chỉnh khoảng cách riêng. Công dụng
cũng như máy cán ba trục nhưng có độ chính xác cao hơn, khó chế tạo, lắp ráp.
d. Máy cán nhiều trục:
Năm 1870 máy cán 4 trục ra đời và sau đó là máy cán 6 trục, 12 trục, 20
trục…Loại máy này chuyên dùng để cán tấm đặc biệt là cán tấm mỏng và cực
mỏng.
Máy cán càng nhiều trục thì cán được sản phẩm càng mỏng và càng chính xác
vì nó có khả năng khử hết độ võng do biến dạng đàn hồi của trục cán gây nên.
e. Máy cán hình 2 giá cán:
Loại máy này có hai giá cán, giá đầu tiên dùng cán thô, giá thứ hai dùng để cán
tinh. Do hai giá cán nên bố trí không gian sản xuất lớn. Việc tính toán, sản xuất và lắp
đặt tốn kém nhiều, khó khăn và phức tạp. Loại này ít được dùng để cán thép rằn.
f. Máy cán hình liên tục:
Đặc điểm của máy cán này là sử dụng nhiều động cơ dẫn động cho nhiều giá
cán bố trí liên tục nhau. Trên mỗi giá cán chỉ bố trí một lỗ hình. Máy này yêu cầu phải
tính chọn cho thật kỹ để bố trí giá cán cho hợp lý.
Ngoài các máy giới thiệu trên, còn có rất nhiều loại máy cán khác, tuy nhiên ít
thông dụng ở thị trường Việt Nam nên ít được sử dụng.
3.2.2. Phân tích lựa chọn hệ thống truyền động cho máy cán :
a. Động cơ :
Dùng rộng rãi là động cơ xoay chiều vì dễ chế tạo giá thành rẻ và thiết bị điều
khiển không phức tạp.
b. Bộ phận truyền động :
 Hộp giảm tốc :
Chọn hộp hai cấp khai triển bánh răng nghiêng
Ưu điểm: Hiệu suất cao, khả năng truyền những công suất khác nhau, tuổi thọ
lớn, làm việc chắc chắn, đơn giản, dễ chế tạo. Nhưng nhược điểm là bánh răng phân
bố không đối xứng với gối tựa. vì vậy tải trọng phân bố không đều trên các ổ trục. Các

DUT-LRCC
ổ trục được chọn theo phản lực lớn nhất nên trọng lượng hộp giảm tốc có tăng hơn so
với các loại hộp khác.
 Hộp phân lực :
Trong bộ truyền lực của máy cán người ta dùng bánh răng chữ V để truyền
chuyển
động quay cho trục cán.
Ưu điểm : Truyền lực khỏe, chịu tải rất lớn, chuyển động rất êm, khử được lực
chiều trục,v.v…
 Trục khớp nối: Trong máy cán người ta thường dùng 4 loại khớp nối.
 Trục khớp nối vạn năng: là trục khớp nối sử dụng nhiều trong máy cán, do cấu
tạo của nó mà trục có khả năng nâng lên 1 góc α và hạ xuống 1 góc α’ để tăng khe hở
giữa trục cán và cán những vật có chiều dày lớn.
Hình 3.2: Trục khớp nối vạn năng
1- Bánh răng chữ V ;2- Trục cán;3-Vật cán;4-Khớp nối vạn năng;
α-góc nâng trục cán; α’-góc hạ trục cán;d- đường kính trục khớp nối
h- chiều cao nâng hạ trục cán.
 Trục khớp nối hoa mai : Có cấu tạo đơn giản, không cần độ chính xác cao dễ
chế tạo và góc nâng không cần lớn lắm, nó được dùng rộng rãi ở các máy cán hình,
máy cán tấm và máy cán cỡ nhỏ phi tiêu chuẩn. Dễ chế tạo hơn khớp nối vạn năng và
giá thành hạ ( hình 3.3 )
Hình 3.3 Trục khớp nối hoa mai

DUT-LRCC
1 -bánh răng chữ V; 2 -Ổ nối hoa mai; 3 -Trục nối hoa mai; 4 -Trục cán
 Trục khớp nối vuông (hình 3.4): là loại trục khớp nối thường được dùng nhiều
nhất trong tất cả các máy cán cỡ nhỏ phi tiêu chuẩn, trong các máy cán thí nghiệm và
các máy cán cỡ nhỏ hỗn hợp vừa cán hình vừa cán tấm.
Hình 3.4 Trục khớp nối vuông
1.Bánh răng của hộp phân lực;2. Khớp nối vuông; 3. Vòng đệm
4. Trục nối vuông; 5. Trục cán
Ưu điểm: Dễ chế tạo, giá thành rẻ, truyền lực khỏe, chịu tải lớn, chuyển động
tương đối êm.
Góc nâng trục tương đối nhỏ nên không dùng loại khớp này trong các máy cán
phá và cán phôi.
3.2.3. Chọn máy thiết kế :
Dựa vào những phân tích đặc điểm của từng loại máy và hệ thống truyền động
như trên. Để thiết kế máy cán thép rằn Φ16 ta chọn máy cán 3 trục 1 giá cán cỡ
nhỏ.
1 2 3 4 5 6 7
Hình 3.5 : Sơ đồ động máy thiết kế
1. Động cơ; 2. Nối trục đàn hồi; 3. Hộp giảm tốc; 4. Nối trục xích
5. Hộp phân lực; 6. Trục nối vạn năng; 7. Giá cán.

DUT-LRCC
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY
4.1. Thiết kế lỗ hình trục cán.
4.1.1. Tính toán lỗ hình.
a. Số lần cán:
Theo định nghĩa hệ số giãn dài ta có:
n
o
tong
F
F

 theo công thức chương 2 [3]
+ tổng là hệ số giãn dài tổng cộng của vật cán sau n lần cán.
+ Fo và Fn là diện tích tiết diện của phôi cán ban đầu và của thành phẩm sau n
lần cán.

n
n
o
tong
F
F
F
F
F
F
F
F 1
3
2
2
1
1
...
.
. 

 = 1.2.3…n

n
n
tb










...
3
2
1
. Suy ra:
n
o
tong
F
F

 = (tb)n
Logarit hai vế ta có số lần cán : n =
tb
n
o F
F

lg
lg
lg 
Với : Fo = 32.32 =1024 (mm2
); Fn = 3,14.82
= 201 (mm2
)
Theo bảng 3.1 [3] ứng với loại lỗ hình ôvan-vuông ta chọn: tb=1,356
 n =
356
,
1
lg
201
lg
1024
lg 
≈ 5 (lần)
Vậy chọn số lần cán là n = 5 lần.
Ta có hệ thống lỗ hình sản xuất thép rằn Φ16 như sau:
Do phôi thép ban đầu có biên dạng hình vuông và sản phẩm có biên dạng hình tròn
nên ta sẽ chọn hệ thông lỗ hình vuông –ôvan để giảm nhanh tiết diện vật cán. Với lần
cán tinh ta sẽ chọn hệ thống lỗ hình ôvan-tròn để có sản phẩm tiết diện tròn. Theo tài
liệu [3] ta có :
Hình 4.1: Hệ thống lỗ hình
1,25
2
Ø14,5
Ø17,5

DUT-LRCC
b. Phân bố lượng giãn dài μ:
Việc xác định kích thước các lỗ hình cần thiết đối với thép rằn Φ16 theo
phương án tối ưu cho trong tài liệu [3] trước hết ta phải tính tổng và phân bố tổng cho
phù hợp với từng lỗ hình. Ta có:
n
o
tong
F
F


Theo trên thì: Fo= 1024 (mm2
); Fn= 201 (mm2
)

201
1024

tong
 ≈ 5,1
Để cán ra sản phẩm là thép rằn Φ 16 ta cần cán qua 5 lần. Vấn đề phân bố hệ số
giãn dài tổng cho 5 lần cán phụ thuộc vào cơ sở sau:
-Lần đầu tiên cán thì lượng biến dạng nhỏ nhất vì phôi mới nung trong lò ra còn
chứa nhiều Oxit ở trên bề mặt ngoài, nhiệt độ nung trên toàn bộ tiết diện chưa đều lắm
cho nên lần này có μ tương đối nhỏ.
-Các lần tiềp theo, khi đó phôi đã ổn định và có đầy đủ điều kiện tốt nên ta cán
với lượng biến dạng tăng dần.
-Đến gần với lỗ hình tinh thì ta cần phải giảm lượng biến dạng xuống để đạt
được kích thước thông số và độ bóng của sản phẩm.
Ta có
tong=t.ov.v.ov.v= 5,1
tong= 1,37.1,68.1,38.1,31.1,23. Trong đó:
+ t = 1,37 là hệ số giãn dài cho lỗ hình tròn (tinh).
+ ov = 1,68 là hệ số giãn dài cho lỗ hình ôvan trước tinh.
+v = 1,38 là hệ số giãn dài cho lỗ hình vuông trước tinh.
+ov = 1,31 là hệ số giãn dài cho lỗ hình ôvan (cán lần thứ 2).
+v = 1,23 là hệ số giãn dài cho lỗ hình vuông (cán lần đầu tiên).
c. Xác định kích thước của lỗ hình ôvan trước tinh:
Theo lý thuyết hệ thống lỗ hình giãn dài ôvan-tròn [3] ta có:
Hình 4.2: Hệ thống lỗ hình ôvan-tròn
Ø14,5
bov
h
ov

DUT-LRCC
Ta có :hov=dd+kb
1
(bTB
ov
-hTB
1
) =dd+kb
1
(0,74bov-0,8dd)
hov=(1+0,8kb
1
).dd - 0,74bov kb
1
Đặt tỷ số: a=
ov
ov
h
b
. Sau khi biến đổi ta tìm được :
bov= 1
2
1
.
74
,
0
1
)
8
,
0
1
(
b
d
b
k
a
ad
k




; hov= 1
2
1
.
74
,
0
1
)
8
,
0
1
(
b
d
b
k
a
d
k




Trong đó : bov, hov là kích thước chiều rộng và chiều cao của lỗ hình ôvan trước
tinh.
kΔb
1
là mức độ hạn chế giãn rộng trong lỗ hình.
Diện tích tiết diện của phôi ô van: Fov=0,74bovhov = 0,74( 2
1
2
1
2
1
)
74
,
0
1
(
)
8
,
0
1
(
b
b
ak
ad
k




Diện tích tiết diện lỗ tròn: Ft=0,785dd
2
=0,785.162
= 201 (mm2
)
Hệ số giản dài trong lổ hình tròn: t=
t
ov
F
F
= 0,94 2
1
2
1
)
.
74
,
0
1
(
)
8
,
0
1
(
b
b
k
a
k
a




Tra bảng 2.10 [3]
ứng với =1,37 ta có: a = 2 ;kΔb
1
=0,3
Thay vào trên ta có:
bov=
2
,
0
.
2
.
74
,
0
1
16
.
2
).
2
,
0
.
8
,
0
1
(


=28,5(mm); hov=
2
,
0
.
2
.
74
,
0
1
16
)
2
,
0
.
8
,
0
1
(


= 14(mm)
Bán kính ôvan: Rov=
 
 
s
h
s
h
b
ov
ov
ov



4
2
2
(mm)
Với S= 0,15hov = 0,15.14 = 2,1 mm là khe hở giữa hai trục cán.
 Rov=
 
 
1
,
2
14
4
1
,
2
14
5
,
28
2
2



= 20 (mm)
d. Kích thước của lỗ hình vuông trước lỗ hình ôvan trước tinh:[3]
Ta có lượng ép trung bình trong lỗ hình ôvan theo công thức: htb=C1-0,74hov
Trên cơ sở mức độ giãn rộng trong lỗ hình ôvan ta có thể có một chiều rộng
của lỗ hình bov
Hình 4.3: Lỗ hình Ôvan trước tinh
28,5
2,1
14
R
2
0

DUT-LRCC
bov=C1+bov=C1+kb
ov
(C1-0,74hov)
bov=(1+kb
ov
)C1-kb
ov
hov.0,74
Tỉ số giữa chiều rộng và chiều cao của lỗ hình ôvan:
ov
ov
h
b
= a
h
k
h
k
ov
ov
b
ov
ov
b


 
 74
,
0
)
1
(
 hov= ov
b
ov
b
k
a
C
k




74
,
0
)
1
( 1
bov=a ov
b
ov
b
k
a
C
k




74
,
0
)
1
( 1
Diện tích tiết diện của lỗ hình ôvan: Fov=0,7bov.hov =
 
 2
2
1
74
,
0
.
1
74
,
0
ov
b
ov
b
k
a
C
a
k




Theo trên ta tính được : Fov=0,74.28,5.14=295,26 (mm2
)
Diện tích tiết diện phôi vuông cán trong lỗ hình ôvan: Fv=0,98C1
2

ov=
ov
v
F
F
=
ov
F
C
2
1
98
,
0
=
2
2
)
1
(
)
74
,
0
(
33
,
1
ov
b
ov
ov
ov
b
ov
ov
k
h
b
k
h
b




Tra bảng 2.4 [3] ứng với ov=1,68 ta có: kb
ov
=0,7; a=2,5
C1=
)
1
(
)
74
,
0
(
ov
b
ov
b
ov
k
a
k
a
b




=
)
7
,
0
1
(
5
,
2
)
7
,
0
.
74
,
0
5
,
2
(
28


= 20,5 (mm)
Vậy bv=hv= 1,41.C1 = 1,41.20,5 ≈ 29 (mm)
S= 0,15.C1 = 0,15. 20,5 = 3 (mm)
bv’=1,414.C1-3 =1,414.20,5 – 3 = 26 (mm)
r=0,15.C1= 0,15.20,5=3 (mm)
hv’=1,414.C1-0,828.r = 1,414. 20,5-0,828.3 = 26,4 (mm)
Hình 4.4: Hệ thống lỗ hình ôvan-vuông
bov
h
ov
bv=1,41C1
C1

DUT-LRCC
2
0
,
5
26
3
R3
R3
26,4
Hình 4.5 : Kích thước lỗ hình vuông
e. Kích thước của lỗ hình ôvan của lần cán thứ hai:
Đối với lỗ hình vuông của hệ ôvan-vuông thì trên thực tế hệ số giản dài ov
cũng phụ thuộc vào diện tích tiết diện ôvan cán trong lổ hình vuông.
Ta có : hov=bv-kb
v
(btb
ov
– htb
v
)=1,29C1-kb
v
(0,74bov-0,76C1)
=(1,29+0,76kb
v
)C1-0,74kb
v
.bov
Với
  ov
v
b
v
b
ov
ov
ov
b
k
C
k
b
a
h
b
.
74
,
0
76
,
0
29
,
1 1 
 


 . Biến đổi ta có:
bov=
b
v
b
v
ak
aC
k




74
,
0
1
)
76
,
0
29
,
1
( 1
; hov =
b
v
b
v
ak
C
k




74
,
0
1
)
76
,
0
29
,
1
( 1
Diện tích tiết diện phôi ôvan cán trong lổ hình vuông: Fov=0,74bov.hov
=
)
74
,
0
1
(
)
76
,
0
29
,
1
(
74
,
0
2
1
2
v
b
b
v
ak
aC
k




; Fv=0,98C1
2
Hệ số giãn dài trong lổ hình vuông v: v=
v
ov
F
F
=
b
v
b
k
a
k
a




.
74
,
0
1
)
76
,
0
29
,
1
.(
.
755
,
0 2
1
Tra bảng 2.5 [3] ứng với v=1,38 ta có: a =1,5; kb
v
=0,4
bov =
b
v
b
v
ak
aC
k




74
,
0
1
)
76
,
0
29
,
1
( 1
=
4
,
0
.
5
,
1
.
74
,
0
1
5
,
20
.
5
,
1
).
4
,
0
.
76
,
0
29
,
1
(


=34 (mm)
 hov =
a
bov
=
5
,
1
34
= 23 (mm)
Hình 4.6: Kích thước lỗ hình ôvan cán lần thứ hai.
34
3,4
23
R
2
0

DUT-LRCC
Khe hở giữa hai trục cán: S= 0,15hov = 0,15.23 = 3,4 (mm)
Bán kính ôvan: Rov=
 
 
s
h
s
h
b
ov
ov
ov



4
2
2
(mm)  Rov=
 
 
4
,
3
23
4
4
,
3
23
34
2
2



= 20(mm)
f. Xác định lỗ hình vuông khi cán lần đầu tiên:
Tương tự ta có : hov= ov
b
ov
b
k
a
C
k




74
,
0
)
1
( 2 ; bov=a ov
b
ov
b
k
a
C
k




74
,
0
)
1
( 2
Tra bảng 2.4 [3] ứng với v=1,31 ta có: a=2; kb
v
=0,9
Ta có: C2=
)
1
(
)
74
,
0
(
ov
b
ov
b
ov
k
a
k
a
b




=
)
9
,
0
1
(
2
)
9
,
0
.
74
,
0
2
(
34


= 23,9 (mm)
Vậy bv=hv= 1,41.C2 = 1,41.23,9 =33,7 (mm)
S = 0,15.C2 = 0,15. 23,9 = 3,6 (mm)
bv’=bv – S = 33,7-3,6 = 30,1 (mm)
r = 0,15.C2= 0,15.23,9 = 3,6 (mm)
hv’ = hv – 0,828r = 33,7- 0,828.3,6 = 30,8(mm)
4.1.2. Chọn phương án cán và hình dáng trục cán:
Để cán ra sản phẩm là thép rằn Φ 16, phải qua 5 lần cán. Có nhiều phương pháp
cán, nhiều loại máy cán cũng như phương thức cán liên tục hay không liên tục…. Song
để đơn giản ta chọn máy cán có một giá cán. Trên giá có ba trục cán với các lỗ hình bố
trí xen kẽ trên ba trục này. Hình 2.8 thể hiện cách bố trí lỗ hình trên ba trục và đường
đi của phôi cán qua các lỗ hình.
Hình 4. 7: Bố trí lỗ hình trên trục cán
1
2
3
4
5
2,4
1,3,5

DUT-LRCC
4.2. Tính lực cán, momen cán và chọn động cơ.
4.2.1. Tính lực cán:
Lực cán (P) còn gọi là áp lực toàn phần của kim loại tác dụng lên trục cán.
Khi cán, kim loại tác dụng lên trục cán lực phân bố như hình 4.1.
Lực cán được tính theo công thức
chương 3[3] : P = Ptb . Ftx
Trong đó:
+ Ptb là áp lực đơn vị hay áp lực trung
bình (N/mm2
; KG/mm2
).
+ Ftx là diện tích tiếp xúc giữa kim
loại và trục cán (mm2
). Ftx được tính theo
công thức sau :
h
R
B
B
l
B
F tb
tx 


 .
2
. 2
1
Với Btb : Chiều rộng trung bình của
vật cán:
2
2
1 B
B
Btb

 (mm)
B1, B2 là chiều rộng của vật cán
trước và sau khi cán.
l là chiều dài của cung tiếp xúc:l R h
 . (mm)
R là bán kính làm việc tại lỗ hình trục cán.
Trong cán thép, người ta thường áp dụng công thức kinh nghiệm tính Ptb của
Bagunôp như sau: Ptb = Po . Kf (KG/mm2
) [2]
Po : Áp lực riêng có lợi. (N/mm2
; KG/mm2
)
Kf : Hệ số kể đến ảnh hưởng của trở kháng hình thức bên ngoài.
* Khi nhiệt độ cán lớn hơn nhiệt độ (t0
ch -5750
C) thì :
 
P
t t
ch c
B
0
0 0 0
75
1500

 
 (N/mm2
; KG/mm2
)
* Khi nhiệt độ cán nhỏ hơn nhiệt độ (t0
ch -5750
C ) thì :
B
c
ch t
t
P 
2
0
0
0
1000 






 
 (N/mm2
) 2. Trong đó :
to
ch : Nhiệt độ nóng chảy của thép. ( o
C)
to
c : Nhiệt độ khi cán thép. ( o
C)
B : là ứng suất bền, được xác định theo đồ thị quan hệ giữa t0
ch, B ; %C
như hình 4.2.
B : Được xác định theo đồ thị quan hệ giữa t0
ch, B ; %C
a
P
tb
l
P
P
h
1
h
2
Hình 4.8: Sơ đồ áp lực của kim
loại tác dụng lên trục cán.

DUT-LRCC
* Hệ số Kf : K f
R h
h h
f  








1
2
1
1 2
. .
Với: f là hệ số ma sát giữa bề mặt trục cán và kim loại. Theo bảng 2.2 [2]
h1, h2 : Chiều cao trước và sau khi cán. (mm)
R h
. : Chiều dài vùng biến dạng.
Từ các công thức trên ta rút ra được :
* Nếu nhiệt độ cán lớn hơn (to
ch -575o
C)thì :
 

























 

 1
.
2
1
1500
75
2
1 h
h
h
R
f
t
t
P
o
c
o
ch
o
B
tb 
* Nếu nhiệt độ cán nhỏ hơn (to
ch -575o
C) thì :
 



























 
 1
.
2
1
1000 2
1
2
h
h
h
R
f
t
t
P c
o
ch
B
tb 
Tính lực cán Pi qua các lần cán :
Tra giản đồ Fe-C ta có nhiệt độ nóng chảy của thép CT51 là: to
ch = 14300
C.
Vì nhiềt độ cán nằm trong khoảng 900o
1220o
C nên tc> to
ch -575o
C . Do đó ta
tính áp lực trung bình theo công thức:
 

























 

 1
.
2
1
1500
75
2
1 h
h
h
R
f
t
t
P
c
ch
o
B
tb 
a. Lực cán cho lỗ hình thứ nhất:(P1)
Lần đầu tiên cán, phôi cán có nhiệt độ cỡ 1220o
C.
+ Tại nhiệt độ này theo giản đồ hình 4.2 ta có B = 50(KG/mm2
)
+ Hệ số ma sát: f = 0,360,47, chọn f = 0,4
+ to
ch =14300
C ; to
c = 12200
C
Hình 4.9: Quan hệ giữa to
ch, B và %C
30
50
60
70
80
90
100
B(kg/mm2
)
1200
1300
1500
1400
1600
0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 C
t chảy  bền

DUT-LRCC
+ R = 6
,
159
2
8
,
30
350


(mm) ( Bán kính trục cán )
+ Lượng ép : h1 = h1-h2 = 32-30,8 = 1,2 (mm)
h1, h2 : Chiều cao của vật cán trước và sau khi cán.
h1 = 32 (mm) ; h2 =30,8 (mm)

 

























 

 1
.
2
1
1500
75
2
1
1
h
h
h
R
f
t
t
P
c
ch
o
B
tb 
=
 
























 

1
8
,
30
32
2
,
1
.
6
,
159
2
4
,
0
1
1500
75
1220
1430
50 o
o
o
o
= 8,18 (KG/mm2
)
+ Diện tích tiếp xúc giữa kim loại và trục cán : Ftx1 = h
R
B
B


.
2
2
1
B1 = 32 (mm): Chiều rộng của vật cán trước khi cán.
B2 = 30,1 (mm): Chiều rộng của vật cán sau khi cán.
 Ftx1 = h
R
B
B


.
.
2
2
1
= 2
,
1
.
6
,
159
2
1
,
30
32 
=429,7(mm2
)
Vậy lực cán trên lổ hình cán thứ nhất là :
P1= Ptb1.Ftx1 = 8,18.429,7 =3514,9 (KG)
b. Lực cán cho lỗ hình thứ hai:(P2)
Sau lần cán đầu tiên, nhiêt độ của phôi cán giảm xuống một khoảng
20o
30o
C.Chọn nhiệt độ cỡ 1190o
C.
)
+ to
ch =14300
C; to
c = 11900
C
+ R = 5
,
163
2
23
350


+ Lượng ép : h2 = h2-h3 = 30,1-23 = 7,1 (mm)
h2, h3: Chiều cao của vật cán trước và sau khi cán qua lỗ hình thứ hai.
h2 = 30,1 (mm) ; h3 =23 (mm)

 

























 

 1
.
2
1
1500
75
3
2
2
2
h
h
h
R
f
t
t
P
c
ch
o
B
tb 
=
 
























 

1
23
1
,
30
1
,
7
.
5
,
163
2
4
,
0
1
1500
75
1190
1430
46 o
o
o
o
= 5,63 (KG/mm2
)
+ Diện tích tiếp xúc giữa kim loại và trục cán : Ftx2 = 2
3
2
.
2
h
R
B
B


B2 = 30,8 (mm): Chiều rộng của vật cán trước khi cán.
B3 = 34 (mm): Chiều rộng của vật cán sau khi cán.

DUT-LRCC
 Ftx2 = 2
3
2
.
.
2
h
R
B
B


= 1
,
7
.
5
,
163
2
34
8
,
30 
=1103 (mm2
)
Vậy lực cán trên lổ hình cán thứ hai là :
P2= Ptb2.Ftx2 = 5,63.1103 =6209,9 (KG)
c. Lực cán cho lỗ hình thứ ba:(P3)
Sau lần cán thứ hai, nhiêt độ của phôi cán có thể giảm đi 30o
. Nhiệt độ cán của
lần cán thứ ba là 1160o
C.
)
+ Hệ số ma sát: f = 0,360,47,
chọn f = 0,4
+ to
ch =14300
C
+ to
c = 11600
C
+ R = 8
,
161
2
4
,
26
350


+ Lượng ép : h3 = h3-h4 = 34-26,4 =7,6 (mm)
h3, h4:Chiều cao của vật cán trước và sau khi cán qua lỗ hình thứ ba.
h3 = 34 (mm) ; h4 =26,4 (mm)

 

























 

 1
.
2
1
1500
75
4
3
3
3
h
h
h
R
f
t
t
P
o
c
o
ch
o
B
tb 
=
 
























 

1
4
,
26
34
6
,
7
.
8
,
161
2
4
,
0
1
1500
75
1160
1430
43 o
o
o
o
= 5,95 (KG/mm2
)
+ Diện tích tiếp xúc giữa kim loại và trục cán :
Ftx3 = 3
4
3
.
2
h
R
B
B


B3 = 23(mm): Chiều rộng của vật cán trước khi cán.
B4 = 26 (mm): Chiều rộng của vật cán sau khi cán.
 Ftx3 = 3
4
3
.
.
2
h
R
B
B


= 6
,
7
.
8
,
161
2
26
23
=859 (mm2
)
Vậy lực cán trên lổ hình cán thứ ba là :
P3= Ptb3.Ftx3 = 5,95.859 = 4801,8 (KG)
d. Lực cán cho lỗ hình thứ tư:(P4)
Đến lần cán thứ tư, nhiêt độ của phôi cán có thể giảm đi 50o
C. Nhiệt độ khi cán
lần thứ tư này còn 1110o
C.
)

DUT-LRCC
+ to
ch =14300
C; to
c = 11100
C
+ R = 168
2
14
350


+ Lượng ép : h4 = h4-h5 = 26-14 = 12 (mm)
h4, h5:Chiều cao của vật cán trước và sau khi cán qua lỗ hình thứ tư.
h4 = 26 (mm) ; h5 =14 (mm)

 

























 

 1
.
2
1
1500
75
5
4
4
4
h
h
h
R
f
t
t
P
o
c
o
ch
o
B
tb 
=
 
























 

1
14
26
12
.
168
2
4
,
0
1
1500
75
1110
1430
40 o
o
o
o
= 9,78 (KG/mm2
)
5
4
.
2
h
R
B
B


B4 = 26,4 (mm): Chiều rộng của vật cán trước khi cán.
B5 = 28,5 (mm): Chiều rộng của vật cán sau khi cán.
 Ftx4 = 4
5
4
.
.
2
h
R
B
B


= 12
.
168
2
5
,
28
4
,
26 
=1232 (mm2
)
Vậy lực cán trên lổ hình cán thứ tư là :
P4= Ptb4.Ftx4 = 9,78.1232 =12048,9 (KG)
e. Lực cán cho lỗ hình cán tinh:(P5)
Nhiệt độ vậy cán khi cán tinh giảm xuống còn 1060o
C.
)
+ to
ch =1430o
C; to
c = 1060o
C
R = 25
,
166
2
5
.
17
350


+ Lượng ép : h5 = h5-ht = 28,5-17,5 = 11 (mm)
h4, h5:Chiều cao của vật cán trước và sau khi cán qua lỗ hình thứ tư.
h5 = 28,5 (mm) ; ht=dt =17,5 (mm)

 

























 

 1
.
2
1
1500
75
5
5
5
t
o
c
o
ch
o
B
tb
h
h
h
R
f
t
t
P 
=
 
























 

1
5
,
17
5
,
28
11
.
25
,
166
2
4
,
0
1
1500
75
1060
1430
37 o
o
o
o
= 9,78 (KG/mm2
)
5
.
2
h
R
B
B t


B5 = 14 (mm): Chiều rộng của vật cán trước khi cán.
Bt = 17,5 (mm): Chiều rộng của vật cán sau khi cán.

DUT-LRCC
 Ftx5 = 5
5
.
.
2
h
R
B
B t


= 11
.
25
,
166
2
5
,
17
14 
=673,53 (mm2
)
Vậy lực cán trên lổ hình cán tinh là :
P5= Ptb5.Ftx5 = 9,78.673,53 = 6587,1 (KG)
Từ đây ta lập được bảng thông số lực cán:
Bảng 4.1: Các thông số lực cán.
Lỗ
hình
h1
(mm)
h2
(mm)
Δh
(mm)
R
(mm)
f
Ptb
(KG/mm2
)
Ftx
(mm2
)
P (KG)
1 32 30,8 1,2 159,6 0,4 8,18 429,7 3514,9
2 30,1 23 7,1 163,5 0,4 5,63 1103 6209,9
3 34 26,4 7,6 161,8 0,4 5,95 859 4801,8
4 26 14 12 168 0,4 9,78 1232 12048,9
5 28,5 17,5 11 166,25 0,4 9,78 673,53 6587,1
4.2.2. Tính mômen cán và các mômen khác sinh ra khi cán:
a. Mômen cán :
Mômen cán Mc do lực cán sinh ra và được tính theo công thức:
Mc = 2P.a (MN.m; Tấn.m). Trong đó:
+ P là lực cán (MN; Tấn).
+ a là cánh tay đòn ( m ).
Do cán nóng nên: a = (0,450,5)l = (0,450,5) h
R 
.
Chọn a = 0,5l = 0,5 h
R 
.
R là bán kính làm việc của trục cán.(mm); Δh là lượng ép (mm)
 Mômen cán cho lỗ hình thứ nhất:
Ta có : P1= 3514,9 (KG) = 3,5149 (Tấn); R1= 159,6 (mm); Δh1= 1,2 (mm)
 a1= 0,5 1
1. h
R  = 0,5 2
,
1
.
6
,
159 = 6,92 (mm) = 6,92.10-3
(m)
Vậy mômen cán :
Mc1 = 2.P1.a1= 2.3,5149.6,92.10-3
= 0,0486 (Tấn.m)
 Mômen cán cho lỗ hình thứ hai:
Ta có : P2= 6209,9 (KG) = 6,2099 (Tấn); R2= 163,5 (mm); Δh2= 7,1(mm)
 a2= 0,5 2
2 . h
R  = 0,5 1
,
7
.
5
,
163 = 17,03 (mm) = 17,03.10-3
(m)
Vậy mômen cán :
Mc2 = 2.P2.a2= 2.6,2099.17,04.10-3
= 0,211 (Tấn.m)
 Mômen cán cho lỗ hình thứ ba:
Ta có : P3= 4801,8 (KG) = 4,8018 (Tấn)
R3= 161,8 (mm); Δh3= 7,6 (mm)  a3= 0,5 3
3. h
R 

DUT-LRCC
= 0,5 6
,
7
.
8
,
161 = 17,53 (mm) = 17,53.10-3
(m)
Vậy mômen cán :
Mc3 = 2.P3.a3 = 2.4,8018.17,53.10-3
= 0,168 (Tấn.m)
 Mômen cán cho lỗ hình thứ tư:
Ta có : P4= 12048,9 (KG) = 12,0489 (Tấn)
R4= 168 (mm) ; Δh4= 12 (mm)  a4= 0,5 4
4 . h
R 
= 0,5 12
.
168 = 22,45 (mm) = 22,45.10-3
(m)
Vậy mômen cán :
Mc4 = 2.P4.a4 = 2.12,0489.22,45.10-3
= 0,54 (Tấn.m)
 Mômen cán cho lỗ hình thứ năm (lỗ hình tinh):
Ta có : P5 = 6587,14 (KG) = 6,587 (Tấn)
R5 = 166,25 (mm); Δh5 = 12 (mm)  a5 = 0,5 5
5. h
R 
= 0,5 11
.
25
,
166 = 21,38 (mm) = 21,38.10-3
(m)
Vậy mômen cán :
Mc5 = 2.P5.a5 = 2.6,587.21,38.10-3
= 0,282 (Tấn.m)
b. Mômen ma sát:
Momen ma sát (Mms) gồm mômen ma sát do lực cán sinh ra tại cổ trục cán
(Mms1) và momen ma sát sinh ra tại các chi tiết quay (Mms2)
Ta tính được:
Mms = Mms1 + Mms2. Trong đó:
Mms1 = P.d.f’
2
P: Lực cán (MN; T)
d: Đường kính cổ trục cán (m), đối với trục cán hình thì d =
(0,550,65)D ; Lấy d= 0,6D = 0,6.350 = 210 (mm) = 0,21 (m).
f’
: Hệ số ma sát của ổ đỡ trục cán.
Ở đây, máy cán dùng ổ trượt nên f’
= 0,040,1 [2] . Lấy f’
= 0,05
Mms2 = (0,08 0,12)(Mc+Mms1) [2
Chọn Mms2 = 0,1(Mc + Mms1)
 Mômen ma sát cho lỗ hình thứ nhất:
Ta có :P1= 3,5149 (Tấn) ; Mc1 = 0,0486 (T.m)
 Mms1= P1.d.f’
= 3,5149.0,21.0,05 = 0,037 (T.m)
Mômen ma sát tại các chi tiết quay:
Mms2 = 0,1(Mc1 + Mms1) = 0,1(0,0486 + 0,037) = 0,00856 (T.m)
Vậy mômen tổng trên lỗ hình thứ nhất:
Mms = Mms1 + Mms2= 0,037+ 0,00856 = 0,04556 (T.m)

DUT-LRCC
 Mômen ma sát cho lỗ hình thứ hai:
Ta có :P2= 6,2099 (Tấn) ; Mc2 = 0,211 (T.m)
 Mms1= P2.d.f’
= 6,2099.0,21.0,05 = 0,065 (T.m)
Mms2 = 0,1(Mc2 + Mms1) = 0,1(0,211 + 0,065) = 0,0276 (T.m)
Vậy mômen tổng trên lỗ hình thứ hai:
Mms = Mms1 + Mms2 = 0,065+ 0,0276 = 0,0926 (T.m)
 Mômen ma sát cho lỗ hình thứ ba:
Ta có : P3= 4,8018 (Tấn) ; Mc3 = 0,168 (T.m)
 Mms1= P3.d.f’
= 4,8018.0,21.0,05 = 0,05 (T.m)
Mms2 = 0,1(Mc3 + Mms1)= 0,1(0,168 + 0,05) = 0,0218 (T.m)
Vậy mômen tổng trên lỗ hình thứ hai:
Mms = Mms1 + Mms2= 0,05+ 0,0218 = 0,0718 (T.m)
 Mômen ma sát cho lỗ hình thứ tư:
Ta có :P4= 12,0489 (Tấn) ; Mc4 = 0,54 (T.m)
 Mms1= P4.d.f’
= 12,0489.0,21.0,05 = 0,126 (T.m)
Mms2 = 0,1(Mc4 + Mms1)= 0,1(0,54 + 0,126) = 0,066 (T.m)
Vậy mômen tổng trên lỗ hình thứ tư:
Mms = Mms1 + Mms2= 0,126+ 0,066 = 0,192 (T.m)
 Mômen ma sát cho lỗ hình thứ năm (lỗ hình tinh):
Ta có :P5= 6,587 (Tấn) ; Mc5 = 0,282 (T.m)
 Mms1= P5.d.f’
= 6,587.0,21.0,05 = 0,069 (T.m)
Mms2 = 0,1(Mc5 + Mms1)= 0,1(0,282 + 0,069) = 0,0351 (T.m)
Vậy mômen tổng trên lỗ hình thứ năm:
Mms = Mms1 + Mms2= 0,069+ 0,0351 = 0,1041 (T.m)
c. Mômen không tải:
Mômen không tải sinh ra để thắng toàn bộ trọng lượng các chi tiết quay của
máy cán khi máy chạy không tải.
Mo = (36)%Mc (T.m). Lấy Mo= 6%Mc = 0,06Mc
Ta tính được mômen trên các lỗ hình:
 Mômen không tải cho lỗ hình thứ nhất:
Mo1 = 0,06Mc= 0,06.0,0486 = 2,916.10-3
(T.m)
 Mômen không tải cho lỗ hình thứ hai:
Mo2 = 0,06Mc= 0,06.0,211 = 12,66.10-3
(T.m)

DUT-LRCC
 Mômen không tải cho lỗ hình thứ ba:
Mo3 = 0,06Mc= 0,06.0,168 = 10,08.10-3
(T.m)
 Mômen không tải cho lỗ hình thứ tư:
Mo4 = 0,06Mc= 0,06.0,54 = 32,4.10-3
(T.m)
 Mômen không tải cho lỗ hình thứ năm:
Mo5 = 0,06Mc= 0,06.0,282 = 16,92.10-3
(T.m)
d. Mômen động Mđ : Mđ = 
t
n
d
d
GD
.
375
2
(T.m)
Tuy nhiên ở đây cán không có sự tăng và giảm tốc độ nên Mđ = 0.
Ta lập được bảng thông số các mômen như sau.
Bảng 4.2_ Thông số các mômen:
Lỗ
hình
P
(Tấn)
R
(mm)
Δh
(mm)
a
(mm)
Mc (T.m)
Mms
(T.m)
Mo
(T.m)
1 3,5149 159,6 1,2 6,92 0,0486 0,04556 2,916.10-3
2 6,2099 163,5 7,1 17,03 0,211 0,0926 12,66.10-3
3 4,8018 161,8 7,6 17,53 0,168 0,0718 10,08.10-3
4 12,0489 168 12 22,45 0,54 0,192 32,4.10-3
5 6,587 166,25 11 21,38 0,282 0,1041 16,92.10-3
Như vậy, đối với máy thiết kế của ta, để nhẹ gọn và đơn giản, không cần lắp
thêm bánh đà mà vẫn ổn định được tốc độ cán.
4.2.3. Tính công suất và chọn động cơ.
Công suất của động cơ khi cán được tính theo công thức:
N đc = M tđc . đc (KW) . Trong đó:
+ M tđc : Là momen tĩnh được qui về trên trục động cơ.
Mtđc=
i
M
M
M
M o
ms
ms
c
.
2
1




Mc : Momen cán (T.m).
Mms1, Mms2: Momen ma sát tại cổ trục cán và các chi tiết quay (T.m).
Mo: Momen không tải.
 : Hệ số chuyển động hữu ích của máy.
 = (0,85 0,93); chọn  = 0,85
= 1. 2. 3
1 = 0,90,95 :Hệ số hữu ích của hộp giảm tốc.
2 = 0,920,95:Hệ số hữu ích của hộp phân lực.
3 = 0,99:Hệ số hữu ích của trục khớp nối.

DUT-LRCC
c
dc
c
dc
n
n
i



 :Tỉ số truyền từ trục động cơ đến trục cán.
nđc, nc: Tốc độ quay của trục động cơ và trục cán.
ωđc, ωc : Vận tốc góc của động cơ và trục cán.
Sơ bộ chọn tốc độ quay của động cơ: nđc = 750 (vg/ph)
Vận tốc cán: Vc= 2.5 (m/s). Đường kính trục cán: D = 350(mm)
 Số vòng quay của trục cán :
nc =
601000
. .
.
V
D
c

=
350
.
5
,
2
.
1000
.
60

= 136 (vg/ph) 
136
750


c
dc
n
n
i = 5,5
Vậy tỉ số truyền : i = 5,5
Theo bảng 4.2 ta thấy cặp lỗ 4 và 5 làm việc với mômen cán là lớn nhất. Do đó
chọn cặp lỗ hình này để tính công suất cho động cơ. Các lỗ hình còn lại làm việc với
công suất nhỏ hơn.
Ta có:
Mc = Mc4 +Mc5 = 0,537+ 0,282 = 0,819 (T.m)
Mms = Mms4 +Mms5 = 0,192 + 0,1041 = 0,2961 (T.m)
Mo = Mo4 +Mo5= (32,22 + 16,92).10-3
= 49,14.10-3
 Mtđc =
i
M
M
M
M ms
ms
c
.
0
2
1




=
5
,
5
.
85
,
0
04914
,
0
2961
,
0
819
,
0 

= 0,249 (T.m)
Vận tốc góc của động cơ:
ωđc = 54
,
78
60
750
.
2
60
2



 dc
n
(rad/s)
Vậy công suất của động cơ:
Nđc = Mtđc. ωđc = 0,249.78,54 = 19,56 (KW)
Chọn hệ số an toàn k=2
 Nđc = 19,56 . 2 = 39,12 (KW)
Tra bảng 2P tài liệu [4] ta chọn động cơ có ký hiệu: A02-92-8 có N = 55KW và n =
750 vg/ph.
4.3. Tính toán thiết kế các cụm kết cấu máy:
4.3.1. Thiết kế hộp giảm tốc:
Động cơ điện sử dụng có ký hiệu: A02-92-8 có các thông số:
N = 55 (KW) ; n = 750 (vg/ph).
Số vòng quay của trục cán : nc = 136 (vg/ph)
Vậy tỉ số truyền của hộp:
136
750


c
n
n
i = 5,5
a. Phân phối tỉ số truyền:

DUT-LRCC
Đối với hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp khai triển, ta phân phối tỉ số truyền
như sau:
in > ic ; thường thì in = (1,21,3)ic
Với : in : Tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng nghiêng cấp nhanh.
ic : Tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng nghiêng cấp chậm.
Ta chọn: in = 1,2ic . Ta có : ih = in . ic = 1,2ic
2
= 5,5
 ic = 2,14
 in = 2,14.1,2 = 2,57
* Số vòng quay của các trục:
nI = nđc= 750 (vg/ph)
nII =
n
I
i
n
=
57
,
2
750
= 292 (vg/ph)
nIII =
c
II
i
n
=
14
,
2
292
= 136 (vg/ph)
* Công suất trên các trục của hộp:
NI = Nđc.o.kn (KW) Với: Nđc = 55 (KW)
o = 0,99: Hiệu suất của một cặp ổ lăn.
kn = 1 : Hiệu suất của khớp nối.
 NI = Nđc.o.kn = 55.0,99.1 = 54,45 (KW)
Tương tự ta có:
NII = NI.o.br = 54,45.0,99.0,98 = 52,83 (KW)
NIII = NII.o.br = 52,83.0,99.0,98 = 51,26 (KW)
(br = 0,98 : Hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ)
*Mômen xoắn trên các trục:
Ta có: Tx = 9,55.106
n
N
(N.m)
Tđc = 

750
55
.
10
.
55
,
9
.
10
.
55
,
9 6
6
dc
dc
n
N
700,33 (N.m)
TI = 

750
45
,
54
.
10
.
55
,
9
.
10
.
55
,
9 6
6
I
I
n
N
693,33 (N.m)
TII = 

292
83
,
52
.
10
.
55
,
9
.
10
.
55
,
9 6
6
II
II
n
N
1727,83 (N.m)
TIII = 

136
26
,
51
.
10
.
55
,
9
.
10
.
55
,
9 6
6
III
III
n
N
3599,51 (N.m)
Ta có bảng tổng kết số liệu sau:

DUT-LRCC
Bảng 4.3.
Trục đông cơ I II III
i i = 5,5 in= 2,57 ic = 2,14
n (vg/ph) 750 750 292 136
N (kW) 55 54,45 52,83 51,26
T (N.m) 700,33 693,33 1727,83 3599,51
b. Tính bộ truyền bánh răng cấp nhanh:
 Tính tổng thời gian làm việc của máy: Chọn bộ truyền làm việc trong 5 (năm)
mỗi năm làm việc 250 (ngày) và một ngày làm việc 16(giờ).
Vậy tổng thời gian làm việc trong 5 (năm): T = 5.250.16= 20000 (giờ)
 Chọn vật liệu bánh răng và cách nhiệt luyện:
- Bánh nhỏ: thép C45 thường hoá.
- Bánh lớn: thép C35 thường hoá.
Tra bảng 3-8 [4] ta có cơ tính như sau (giả thiết đường kính phôi 300500mm) :
Bánh răng nhỏ: B = 600 (N/m2
); ch = 300 (N/m2
); HB = 200
Bánh răng lớn: B = 480 (N/m2
); ch = 240 (N/m2
); HB = 160
 Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép:
    '
. . N
tx
N
tx K
o

  (N/mm2
); Trong đó:
[]Ntx là ứng suất mỏi tiếp xúc cho phép (N/mm2
)
td
o
N
N
N
K
6
'
 : Hệ số chu kỳ ứng suất tiếp xúc. [4]
No : Số chu kỳ cơ sở của đường cong mỏi tiếp xúc. Theo bảng 3-9 [4] ta có No= 107
.
Ntd : Số chu kỳ tương đương.
Vì trong hộp giảm tốc của máy cán, bánh răng chịu tải trọng thay đổi nên:
 







 .
.
.
.
60
2
max
i
i
i
td T
n
M
M
u
N [4]
u là số lần ăn khớp của một răng khi bánh răng quay một vòng.
Mi , ni , Ti : mômen xoắn, số vòng quay trong một phút và tổng số giờ bánh
răng làm việc ở chế độ i.
Mmax : Momen xoắn lớn nhất tác dụng lên bánh răng.
Chọn
M
M
1
max
= 1 ứng với 30% thời gian làm việc.
M
M
2
0 7
max
,
 ứng với 70% thời gian làm việc còn lại.

DUT-LRCC
Vậy số chu kỳ tương đương của bánh lớn:
7
7
2
2
2 10
10
.
2
,
52
20000
.
292
).
7
,
0
1
.(
1
.
60 



 o
td N
N
Số chu kỳ tương đương của bánh nhỏ:
7
7
7
2
1 10
10
.
2
,
134
57
,
2
.
10
.
2
,
52
. 



 o
n
td
td N
i
N
N
Vì Ntđ > No = 107
nên ta lấy K’
n = 1
Do đó theo bảng 3-9 [4] ta có
[]1
tx = 2,6.HB = 2,6.200 = 520 (N/mm2
); []2
tx = 2,6.HB = 2,6.160 = 416 (N/mm2
)
Để tính bền ta dùng trị số nhỏ là []tx = 416 (N/mm2
)
 Ứng suất uốn cho phép:
Khi răng làm việc một mặt ta có:
[]u =




k
n
K
k
n
K N
N
.
.
)
6
,
1
4
,
1
(
.
. '
'
1
'
'
0 

 Trong đó:
+ n = 1,5 là hệ số an toàn.
+ K = 1,8 là hệ số tập trung ứng suất ở chân răng.
+ -1 là giới hạn mỏi uốn; -1 = (0,40,45)B (N/mm2
)
Giới hạn mỏi của thép C45 của bánh nhỏ:
-1 = 0,43.B = 0,43.600= 258 (N/mm2
)
Giới hạn mỏi của thép C35 của bánh lớn là:
-1 = 0,43.B = 0,43.480 = 206,4 (N/mm2
)
K’’
là hệ số chu kỳ ứng suất uốn. Tương tự như trên lấy gần đúng K’’
= 1.
Vậy ứng suất uốn cho phép của bánh răng nhỏ.
[]u1 =
15
15
1
, .
, .



k
=
8
,
1
.
5
,
1
258
.
5
,
1
=143 (N/mm2
)
Của bánh lớn: []u2 =
15
15
1
, .
, .



k
=
8
,
1
.
5
,
1
4
,
206
.
5
,
1
=114,7 (N/mm2
)
 Chọn sơ bộ hệ số tải trọng: K = 1,31,5. Chọn K= 1,5
 Chọn hệ số chiều rộng bánh răng: A =
A
b
= 0,4.
 Xác đinh khoảng cách trục A: Theo công thức 3-10 [4] ta có
 3
2
2
6
.
.
.
.
]
[
10
.
05
,
1
1
n
N
k
i
i
A
A
tx 

 









Trong đó:
in = 2,57; K = 1,5; θ = 1,3; N = 54,45 (KW); n2 = 292 (vg/ph);  tx
 = 416 (N/mm2
)

DUT-LRCC

 3
2
6
292
.
3
,
1
.
4
,
0
45
,
54
.
5
,
1
.
57
,
2
.
416
10
.
05
,
1
1
57
,
2 









A
 A 287 (mm), Chọn sơ bộ A = 290 (mm)
 Tính vận tốc vòng của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng:
Ta có: V=
)
1
(
1000
.
60
2 1

i
An

(m/s)
Thay số ta có : V=
)
1
57
,
2
(
1000
.
60
750
.
290
.
2


= 6,38 (m/s)
Tra bảng 3-11 [4] ứng với V=6,38 m/s ta chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng
là cấp 8.
 Định chính xác hệ số tải trọng và khoảng cách trục:
Hệ số tải trọng: K= Ktt.Kđ
Trong đó: +Ktt là hệ số tập trung tải trọng, lấy gần đúng Ktt= 1
+Kđ là hệ số tải trọng động.
Ứng với cấp chính xác 8, độ cứng HB<350 và vận tốc vòng V=6,38 m/s, tra
bảng 3-14 [4] ta có : Kđ= 1,3  K = Ktt.Kđ = 1.1,3 = 1,3
Tính lại khoảng cách trục A: A = Asb 3
sb
K
K = 2903
5
,
1
3
,
1 = 276 (mm)
 Xác định mođun, số răng, chiều rộng bánh răng và góc nghiêng của răng.
- Mođun pháp được chọn theo khoảng cách trục A:
mn = (0,010,02)A = (0,010,02).276 = 2,765,53. Chọn mn = 4 (mm)
- Số răng của bánh dẫn:
Với bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng, chọn sơ bộ góc nghiêng β=13o
(β=8o
12o
).
38
)
1
57
,
2
(
4
13
cos
.
276
.
2
)
1
(
cos
.
2
1 




o
n i
m
A
Z

(răng). Chọn Z1 = 38 (răng).
- Số răng bánh bị dẫn: Z2 = Z1.i = 38.2,57=98 (răng)
- Chiều rộng bánh răng bị dẫn: b2 = A.A = 0,4.276= 110 (mm)
- Chiều rộng của bánh răng dẫn: b1 =(b2+5) = 115 (mm)
- Tính chính xác góc nghiêng:
Cosβ=
276
.
2
4
).
98
38
(
2
).
( 2
1 


A
m
Z
Z n
= 0,9855  β= 9o
45’
 Kiểm nghiệm ứng suất uốn của răng:
Kiểm nghiệm ứng suất uốn sinh ra trong chân răng theo công thức:

DUT-LRCC
'
'
2
6
.
.
.
.
.
.
.
10
.
1
,
19


b
n
Z
m
y
N
k
n
u  ≤ []u (N/mm2
)
Trong đó: +y là hệ số dạng răng, được tra theo số răng tương đương của từng
bánh răng.
Số răng tương đương của bánh nhỏ: Ztd1= 2
2
1
9855
,
0
38
cos


Z
= 39,13
Số răng tương đương của bánh lớn: Ztd2= 2
2
2
9855
,
0
98
cos


Z
= 100,9
Theo bảng 3-18 [4] ta tra được hệ số dạng răng y như sau:
Bánh nhỏ: y1 = 0,476 ; Bánh lớn: y2 = 0,517
Lấy ’’
= 1,5 là hệ số phản ảnh sự tăng khả năng tải khi tính theo sức bền uốn.
Thay số vào công thức (*) ta được :
- Ứng suất uốn tại chân răng bánh nhỏ :
)
(N/mm
11
,
36
5
,
1
.
115
.
750
.
38
.
4
.
476
,
0
45
,
54
.
3
,
1
.
10
.
1
,
19 2
2
6
1 

u

- Ứng suất uốn tại chân răng bánh răng lớn:
)
(N/mm
25
,
33
517
,
0
476
,
0
.
11
,
36
. 2
2
1
1
2 


y
y
u
u 

Như vậy: u1 < [u1] = 143,33 (N/mm2
); u2 < [u2] = 114,7 (N/mm2
)
Đảm bảo điều kiện bền uốn của răng.
 Các thông số chủ yếu của bộ truyền bánh răng:
- Modun pháp: mn = 4 (mm)
- Số răng: Z1 = 38 (răng); Z2 = 98 (răng)
- Góc ăn khớp:  = 20o
- Góc nghiêng của răng: β= 9o
45’
- Đường kính vòng chia:
dc1 = ms.Z1 =
9855
,
0
38
.
4
cos
1


Z
mn
= 154 (mm)
dc2 = ms.Z2 =
9855
,
0
98
.
4
cos
2


Z
mn
= 398 (mm)
- Khoảng cách trục: A = 276 (mm)
- Chiều rộng bánh răng: b1 = 115 (mm); b2 = 110 (mm)
- Đường kính vòng đỉnh:
De1 = dc1 +2mn = 154 + 2.4 = 162(mm); De2 = dc2 +2mn = 398 + 2.4 = 406(mm)
- Đường kính vòng chân răng : Di = dc - 2mn- 2C
Với C = 0,25mn = 0,25.4 =1 (mm) là độ hở hướng tâm.

DUT-LRCC
 Di1 = dc1 - 2mn- 2C = 154 - 2.4 – 2.1 = 144 (mm)
Di2 = dc1 - 2mn- 2C = 398 - 2.4 – 2.1 = 388 (mm)
 Tính lực tác dụng lên bánh răng:
Lực tác dụng lên bánh răng được chia làm ba thành phần: Lực vòng (Pt), lực
hướng tâm (Pr) và lực dọc trục (Pa) .
+ Lực vòng :
Pt1= 9004
154
10
.
33
,
693
.
2
2 3
1


c
I
d
T
(N); Pt2= 8683
398
10
.
83
,
1727
.
2
2 3
2


c
II
d
T
(N)
+ Lực hướng tâm:
Pr1= 3325
9855
,
0
20
.
9004
cos
.
1


o
n
t tg
tg
P


(N); Pr2= 3205
9855
,
0
20
.
8683
cos
.
2


o
n
t tg
tg
P


(N)
+ Lực dọc trục:
Pa1= Pt1. tgβ = 9004.tg9o
45’
= 1550 (N); Pa2= Pt2. tgβ = 8683.tg9o
45’
= 1495 (N)
c. Tính bộ truyền bánh răng cấp chậm:
Tương tự như bộ truyền cấp nhanh, ở bộ truyền cấp chậm, vật liệu chế tạo bánh
răng lớn là thép C35 thường hoá và bánh răng nhỏ là thép C45 thường hoá.
Cơ tính của vật liệu như đã tra ở trên.
 Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép:     '
. . N
tx
N
tx K
o

  (N/mm2
)
Tương tự như trước ta tính số chu kỳ tương đương của bánh lớn và bánh nhỏ
theo công thức:  







 .
.
.
.
60
2
max
i
i
i
td T
n
M
M
u
N [4]
Thay số ta có:
Số chu kỳ tương đương của bánh lớn:
7
7
2
2
2 10
10
.
32
,
24
20000
.
136
).
7
,
0
1
.(
1
.
60 



 o
td N
N
Số chu kỳ tương đương của bánh nhỏ:
7
7
7
2
1 10
10
.
04
,
52
14
,
2
.
10
.
32
,
24
. 



 o
c
td
td N
i
N
N
Vì Ntđ > No = 107
nên ta lấy K’
n = 1
Do đó theo bảng 3-9 [4] ta có công thức tính ứng suất tiếp xúc cho phép:
[]1
tx = 2,6.HB = 2,6.200 = 520 (N/mm2
)
[]2
tx = 2,6.HB = 2,6.160 = 416 (N/mm2
)
Để tính bền ta dùng trị số nhỏ là []tx = 416 (N/mm2
)
 Ứng suất uốn cho phép:
Khi răng làm việc một mặt ta có: []u =




k
n
K
k
n
K N
N
.
.
)
6
,
1
4
,
1
(
.
. '
'
1
'
'
0 



DUT-LRCC
Tương tự như ở bộ truyền cấp nhanh, ở bộ truyền cấp chậm ta cũng tính được
ứng suất uốn cho phép của bánh răng nhỏ và lớn như sau:
[]u1 = 143 (N/mm2
); []u2 = 114,7 (N/mm2
)
 Chọn sơ bộ hệ số tải trọng K = 1,5.
 Chọn hệ số chiều rộng bánh răng: A =
A
b
= 0,4.
 Xác định khoảng cách trục A: Theo công thức 3-10 [4] ta có
 3
2
2
6
.
.
.
.
]
[
10
.
05
,
1
1
n
N
k
i
i
A
A
tx 

 









in = 2,14; K = 1,5; θ = 1,3; N = 52,83 (KW); n2 = 136 (vg/ph);  tx
 = 416 (N/mm2
)
  3
2
6
136
.
3
,
1
.
4
,
0
83
,
52
.
5
,
1
.
14
,
2
.
416
10
.
05
,
1
1
14
,
2 









A
 A 364,1 (mm). Chọn sơ bộ A = 366 (mm)
 Tính vận tốc vòng của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng:
Ta có: V=
)
1
(
1000
.
60
2 1

i
An

(m/s)
Thay số ta có: V=
)
1
14
,
2
(
1000
.
60
292
.
366
.
2


= 3,56 (m/s)
Tra bảng 3-11 [4] ứng với V=3,56 m/s ta chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng
là cấp 9.
 Định chính xác hệ số tải trọng và khoảng cách trục:
Hệ số tải trọng: K= Ktt.Kđ
Trong đó: +Ktt là hệ số tập trung tải trọng, lấy gần đúng Ktt= 1
+Kđ là hệ số tải trọng động.
Ứng với cấp chính xác 9, độ cứng HB<350 và vận tốc vòng V=3,56 m/s, tra
bảng 3-14 [4] ta có : Kđ= 1,4
 K = Ktt.Kđ = 1.1,4 = 1,4
Tính lại khoảng cách trục A: A = Asb 3
sb
K
K = 3663
5
,
1
4
,
1 = 358 (mm)
 Xác định mođun, số răng, chiều rộng bánh răng và góc nghiêng của răng.
- Mođun pháp được chọn theo khoảng cách trục A:
mn = (0,010,02)A = (0,010,02).358 = 3,587,16. Chọn mn = 4 (mm)
- Số răng của bánh dẫn:

DUT-LRCC
Với bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng, chọn sơ bộ góc nghiêng β=13o
(β=8o
12o
); 56
)
1
14
,
2
(
4
13
cos
.
358
.
2
)
1
(
cos
.
2
1 




o
n i
m
A
Z

(răng). Chọn Z1 = 56 (răng).
- Số răng bánh bị dẫn: Z2 = Z1.i = 56.2,14=120 (răng)
- Chiều rộng bánh răng bị dẫn: b2 = A.A = 0,4.358= 143 (mm)
- Chiều rộng của bánh răng dẫn: b1 =(b2+5) = 148 (mm)
- Tính chính xác góc nghiêng:
Cosβ=
358
.
2
4
).
120
56
(
2
).
( 2
1 


A
m
Z
Z n
= 0,9832  β= 10o
30’
 Kiểm nghiệm ứng suất uốn của răng:
Kiểm nghiệm ứng suất uốn sinh ra trong chân răng theo công thức:
'
'
2
6
.
.
.
.
.
.
.
10
.
1
,
19


b
n
Z
m
y
N
k
n
u  ≤ []u (N/mm2
)
Trong đó: y là hệ số dạng răng, được tra theo số răng tương đương của từng
bánh răng.
Số răng tương đương của bánh nhỏ: Ztd1= 2
2
1
9832
,
0
56
cos


Z
= 57,93
Số răng tương đương của bánh lớn: Ztd2= 2
2
2
9832
,
0
120
cos


Z
= 124,14
Theo bảng 3-18 [4] ta tra được hệ số dạng răng y như sau:
Bánh nhỏ: y1 = 0,499; Bánh lớn: y2 = 0,517
K=1,4 là hệ số tải trọng.
Lấy ’’
= 1,5 là hệ số phản ảnh sự tăng khả năng tải khi tính theo sức bền uốn.
Thay số vào công thức trên ta được :
- Ứng suất uốn tại chân răng bánh nhỏ :
)
(N/mm
74
,
48
5
,
1
.
148
.
292
.
56
.
4
.
499
,
0
83
,
52
.
4
,
1
.
10
.
1
,
19 2
2
6
1 

u

- Ứng suất uốn tại chân răng bánh răng lớn:
)
(N/mm
04
,
47
517
,
0
499
,
0
.
74
,
48
. 2
2
1
1
2 


y
y
u
u 

Như vậy: u1 < [u1] = 143,33 (N/mm2
); u2 < [u2] = 114,7 (N/mm2
)
Đảm bảo điều kiện bền uốn của răng.
 Các thông số chủ yếu của bộ truyền bánh răng:
- Modun pháp: mn = 4 (mm)
- Số răng: Z1 = 56 (răng); Z2 = 120 (răng)
- Góc ăn khớp:  = 20o

DUT-LRCC
- Góc nghiêng của răng: β= 10o
30’
- Đường kính vòng chia:
dc1 = ms.Z1 =
9832
,
0
56
.
4
cos
1


Z
mn
= 228 (mm)
dc2 = ms.Z2 =
9832
,
0
120
.
4
cos
2


Z
mn
= 488 (mm)
- Khoảng cách trục: A = 358 (mm)
- Chiều rộng bánh răng: b1 = 148 (mm); b2 = 143 (mm)
- Đường kính vòng đỉnh:
De1 = dc1 +2mn = 228 + 2.4 = 236(mm)
De2 = dc2 +2mn = 488 + 2.4 = 496(mm)
- Đường kính vòng chân răng : Di = dc - 2mn- 2C
Với C = 0,25mn = 0,25.4 =1 (mm) là độ hở hướng tâm.
 Di1 = dc1 - 2mn- 2C = 228 - 2.4 – 2.1 = 218 (mm)
Di2 = dc1 - 2mn- 2C = 488 - 2.4 – 2.1 = 478 (mm)
 Tính lực tác dụng lên bánh răng:
+ Lực vòng :
Pt1= 15156
228
10
.
83
,
1727
.
2
2 3
1


c
II
d
T
(N); Pt2= 14752
488
10
.
51
,
3599
.
2
2 3
2


c
III
d
T
(N)
+ Lực hướng tâm:
Pr1= 5611
9832
,
0
20
.
15156
cos
.
1


o
n
t tg
tg
P


(N); Pr2= 5461
9832
,
0
20
.
14752
cos
.
2


o
n
t tg
tg
P


(N)
+ Lực dọc trục:
Pa1= Pt1. tgβ = 15156.tg10o
30’
= 2810 (N)
Pa2= Pt2. tgβ = 14752.tg10o
30’
= 2735 (N)
d. Thiết kế trục cho hộp giảm tốc:
Từ các thông số đã tính qua phần hộp giảm tốc, ta đi thiết kế trục cho hộp.
Chọn vật liệu làm trục là thép C45 thường hoá.
 Tính sơ bộ trục:
Đường kính sơ bộ của trục tính theo công thức: d  3
n
N
C (mm)
Trong đó: + N là công suất của trục. (KW)
+ n là số vòng quay trong một phút của trục (vg/ph).
+ C là hệ số tính toán, C= 100130. Chọn C= 130
* Đối với trục I:
NI = 54,45 (KW); n1 = 750 (vg/ph)  d1  3
750
45
,
54
130 = 54,23 (mm)

DUT-LRCC
* Đối với trục II:
NII = 52,83 (KW); n2 = 292 (vg/ph)  d2  3
292
83
,
52
130 = 73,53 (mm)
* Đối với trục III:
NIII = 51,26 (KW); n3 = 136 (vg/ph)  d3  3
136
26
,
51
130 = 93,91 (mm)
 Tính gần đúng trục:
Ta có sơ đồ các kích thước cơ bản của hộp giảm tốc: (hình 4.3)
Tra bảng 7_1 [4] ta có các thông số của hộp giảm tốc.
+ Khoảng cách từ cạnh của chi tiết quay đến thành trong của hộp: 15(mm)
+ Khe hở giữa các bánh răng: 15 (mm).
+ Khoảng cách từ cạnh ổ đến thành trong của hộp: 10(mm).
+ Bề rộng của ổ: Tra bảng 14P [4] ứng với đường kính trung bình trục d2= 74
mm, loại ổ cỡ trung, chọn ổ có bề rộng B= 37 (mm).
+ Chiều dài phần moayơ lắp với trục: l = (1,21,5)d , chọn l = 90 (mm)
+ Khe hở giữa thành ngoài với moayơ nối trục : 15 (mm)
Từ các thông số trên, ta tổng hợp được các kích thước cơ bản của hộp giảm tốc
như trên hình vẽ:
a = 132,5 (mm); b = 101(mm); c = 144 (mm); d = 117,5 (mm)
Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên các bánh răng trên các trục như hình 4.5:
c+d
b
c
d
b+c
a
d
Hình 4.10: Sơ đồ kích thước hộp giảm tốc.
Hình 4.11: Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên các bánh răng
P t1
P a1
P r1
Pr2
Pt2
Pa2
Pr3
Pa3
Pt3
Pr4
P a4
Pt4
(I)
(II)
(III)
n

DUT-LRCC
* Tính trục I:
Các lực tác dụng lên trục I: Pt1 = 9004 (N) ; Pr1 = 3325 (N) ; Pa1 = 1550 (N)
Tính phản lực ở các gối trục: mAy = Pr1.b + Pa1.
2
1
c
d
+ RBy(b+c+d) = 0
 RBy =
d
c
b
d
P
b
P c
a
r




2
. 1
1
1
=
5
,
117
144
101
2
154
1550
101
.
3325




= -1256 (N)
 RAy = -Pr1 - RBy = -3325 – (-1256) = -2069 (N)
mAx = Pt1.b + RBx(b+c+d) = 0
 RBx =
d
c
b
b
Pt


.
1
=
5
,
117
144
101
101
.
9004


= 2509 (N)
 RAx = Pt1 - RBx = 9004 – 2509 = 6495 (N)
Mômen uốn ở tiết diện chịu tải lớn n-n: Mu = uy
ux M
M 2
2

Với: Mux = - RBx.(c+d) = -2509(144+117,5) = -656104 (N.mm)
Muy = Pa1
2
1
c
d - RAy.b = 1550
2
154 - (-2069).101 = 328319 (N.mm)
 Mu = 2
2
328319
656104  = 733666 (N.mm)
Mômen tương đương:
Mtđ = x
u M
M 2
2
75
,
0
 = 2
2
693330
.
75
,
0
733666  = 948048 (N.mm)
Đường kính trục ở tiết diện chịu tải lớn: d1
  
3
4
.
1
.
1
,
0 


 tđ
M
(mm)
Hình 4.12: Biểu đồ mômen của trục I.
Pr1
Pa1
Pt1
RAy
x
z
y
RAx
RBy
RBx
A B
n
n
b c+d
a
209094
328319
656104
693330
Muy (N.mm)
Mux (N.mm)
Mx (N.mm)

DUT-LRCC
Với 0
0
;d
d
d

 đường kính trong của trục rỗng , d0 = 0 nên 0


 
 = 65(N/mm2
) là ứng suất cho phép , tra bảng 7-2 [4].
 d1 3
65
.
1
,
0
948048
 = 52,6 (mm)
So sánh với kết quả tính sơ bộ, chọn đường kính của trục tại tiết diện n-n lắp
bánh răng là 54 mm và đường kính trục tại chỗ lắp ổ bi là 45 mm.
* Tính trục II:
Các lực tác dụng lên trục II:
Pt2 = 8683 (N) ; Pr2 = 3207 (N) ; Pa2 = 1495 (N)
Pt3 = 15156 (N) ; Pr3 = 5611 (N) ; Pa3 = 2810 (N)
dc2 = 398 (mm); dc3 = 228 (mm)
Tính phản lực ở các gối trục:
mCy = Pr2.b - Pa2.
2
2
c
d
-Pr3(b+c) - Pa3.
2
3
c
d
- RDy(b+c+d) = 0
 RDy =
d
c
b
d
P
c
b
P
d
P
b
P c
a
r
c
a
r






2
)
(
2
. 3
3
3
2
2
2
=
5
,
117
144
101
2
228
2810
)
144
101
(
5611
2
398
1495
101
.
3207






= -4603 (N)
 RCy = Pr2 - Pr3 – RDy = 3207 – 5611 – (-4603) = 2199 (N)
mCx = Pt2.b + Pt3(b+c) + RDx(b+c+d) = 0
 RDx =
d
c
b
c
b
P
b
P t
t





)
(
. 3
2
=
5
,
117
144
101
)
144
101
(
15156
101
.
8683




 = -12663 (N)
 RCx = -Pt2 -Pt3- RDx = -8683 – 15156 –(-12663) = -11176 (N)

DUT-LRCC
Mômen uốn ở tiết diện chịu tải lớn m-m: Mum-m = uy
ux M
M 2
2

Với: Mux = - RCx.b = -(-11176).101 = 1128776 (N.mm)
Muy = - RCy.b = -2199.101= -222099 (N.mm)
 Mum-m = 2
2
222099
1128776  = 1150419 (N.mm)
Mômen uốn ở tiết diện chịu tải lớn i-i: Mui-i = uy
ux M
M 2
2

Với: Mux = - RDx.d = -(-12663).117,5 = 1487903 (N.mm)
Muy = - RDy.d = -(-4603).117,5 = 540853 (N.mm)
 Mui-i = 2
2
540853
1487903  = 1583154 (N.mm)
Mômen tương đương: Mtđ = x
u M
M 2
2
75
,
0

Tại tiết diện m-m: Mtđm-m = 2
2
1727830
.
75
,
0
1150419  = 1887462 (N.mm)
 dm-m
  
3
4
.
1
.
1
,
0 


 tđ
M
=3
65
.
1
,
0
1887462
= 66,2 (mm)
Tại tiết diện i-i: Mtđi-i = 2
2
1727830
.
75
,
0
1583154  = 2178399 (N.mm)
Hình 4.13: Biểu đồ mômen của trục II:
Pa3
Pr3
C
RCy
i
RCx
D z
RDy
RDx y
i
x
m
m
Pt3
Pt2
Pa2
Pr2
c
b d
222099
75406
220513
540853
1487903
1128776
1727830
Muy (N.mm)
Mux (N.mm)
Mx (N.mm)

DUT-LRCC
 di-i
  
3
4
.
1
.
1
,
0 


 tđ
M
=3
65
.
1
,
0
2178399
= 69,5 (mm)
So sánh với kết quả tính sơ bộ, chọn đường kính của trục tại tiết diện m-m và
tiết diện i-i lắp bánh răng là 75 mm.
* Tính trục III:
Các lực tác dụng lên trục III:
Pt4 = 14752 (N) ; Pr4 = 5461 (N) ; Pa4 = 2735 (N); dc4 = 488 (mm)
Tính phản lực ở các gối trục: mEy = Pr4.(b+c) - Pa4.
2
4
c
d
- RFy(b+c+d) = 0
 RFy =
d
c
b
d
P
c
b
P c
a
r




2
)
.( 4
4
4
=
5
,
117
144
101
2
488
2735
)
144
101
(
5461




= 1850 (N)
 REy = Pr4 – RFy = 5461 – 1850 = 3611 (N)
mEx = Pt4.(b+c) – RFx(b+c+d) = 0
 RFx =
d
c
b
c
b
Pt


 )
.(
4
=
5
,
117
144
101
)
144
101
(
14752



= 9970 (N)
 REx = Pt4 – RFx = 14752 – 9970 = 4782 (N)
Hình 4.14: Biểu đồ mômen của trục III.
n
REy
REx
RFy
RFx y
z
x
E F
Pt4
b+c d a
k
Pa4
Pr4
Mx (N.mm)
Mux (N.mm)
Muy (N.mm)
884715 884695
1171590
3599510
k

DUT-LRCC
Mômen uốn ở tiết diện chịu tải lớn k-k: Muk-k = uy
ux M
M 2
2

Với: Mux = - REx.(b+c) = -4782(101+144) = -1171590 (N.mm)
Muy = - RFy.d – Pa4.
2
4
c
d
= - 1850.117,5 – 2735.
2
488
= -884715 (N.mm)
 Muk-k = 2
2
884715
1171590  = 1468109 (N.mm)
Mômen tương đương:
Mtđk-k = x
u M
M 2
2
75
,
0
 = 2
2
3599510
.
75
,
0
1468109  = 3445678 (N.mm)
Đường kính trục ở tiết diện chịu tải k-k: dk-k
 
3
.
1
,
0 
tđ
M
 =3
65
.
1
,
0
3445678
= 80,9 (mm)
Chọn đường kính trục III tại tiết diện k-k là 85mm.
 Tính chính xác trục:( Kiểm nghiệm theo hệ số an toàn)
Hệ số an toàn được tính theo công thức sau: )
5
,
2
5
,
1
(
]
[
2
2




 n
n
n
n
n
n




Trong đó:
n: Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp.
n : Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp.
m
a
m
a
k
n
k
n




















.
.
.
.
1
1






-1, -1 : Giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kỳ đối xứng.
Có thể lấy gần đúng :-1 = (0,40,5)B; -1 = (0,20,3)B
a, a:Biên độ ứng suất pháp và ứng suất tiếp sinh ra trong tiết diện của trục.
2
2
min
max
min
max










a
a
m,  m : Trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp. Là thành phần
không đổi trong chu kỳ ứng suất.
2
2
min
max
min
max










m
m
Vì trục quay nên ứng suất pháp(uốn) biến đổi theo chu kỳ đối xứng, do đó:

DUT-LRCC
a =
W
u
M
; m = 0
Còn ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động ( trục quay một chiều) nên :
a = m =
o
W
2
x
M
W, Wo: Là momen cản uốn và momen cản xoắn của tiết diện trục. Vì trục lắp
bánh răng có một rãnh then nên giá trị W và Wo tra theo bảng 7-3b [4].
 và  là hệ số xét đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến sức bền
mỏi. Theo tài liệu [4] ứng với thép Cacbon trung bình chọn: = 0,1 và =0,05.
 và  là hệ số kích thước, xét ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục đến giới
hạn mỏi. Tra bảng 7-4 tài liệu [4].
k và k là hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và khi xoắn tại rãnh then.
Tra bảng 7-8 tài liệu [4].
β= 1 là hệ số tăng bền bề mặt trục (không dùng các phương pháp tăng bền )
Từ trên ta rút gọn được:
n=
a
k





.
1

; n=
a
k
















1
* Đối với trục I:
dI = 54 mm , B = 600 (N/mm2
)
-1 = 0,45B = 0,45.600 = 270 (N/mm2
); -1 = 0,25B = 0,25.600 = 150 (N/mm2
)
Mu = 733666 (N.mm) ; Mx = 693330 (N.mm)
W = 14510 (mm3
); Wo = 30800 (mm3
)
 = 0,78 ;  = 0,67 ; k = 1,63 ; k = 1,5
 a =
W
u
M
=
14510
733666
= 50,6 (N/mm2
); a = m =
o
W
2
x
M
=
30800
.
2
693330
= 11,3 (N/mm2
)
 n=
6
,
50
.
78
,
0
63
,
1
270
= 2,55; n=
3
,
11
05
,
0
67
,
0
5
,
1
150







= 5,8
Vậy: )
5
,
2
5
,
1
(
]
[
3
,
2
8
,
5
55
,
2
8
,
5
.
55
,
2
2
2
2
2







 n
n
n
n
n
n




Do đó tại tiết diện n-n ta chọn đường kính trục là dI= 54mm.
* Đối với trục II:
Tại tiết diện chịu tải i-i ta có:
dII = 75 mm , B = 600 (N/mm2
)
-1 = 0,45B = 0,45.600 = 270 (N/mm2
); -1 = 0,25B = 0,25.600 = 150 (N/mm2
)

Thiết kế máy cán thép vằn xây dựng.pdf

Thiết kế máy cán thép vằn xây dựng.pdf

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Thiết kế máy cán thép vằn xây dựng.pdf

Similar to Thiết kế máy cán thép vằn xây dựng.pdf (20)

More from Man_Ebook

More from Man_Ebook (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (11)

Thiết kế máy cán thép vằn xây dựng.pdf