BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY CUỐN
TOLE DÙNG MOTOR THỦY LỰC

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

SINH VIÊN THỰC HIỆN

Võ Thành Bắc

Trần Tấn Khiêm (MSSV: 1110378)
Ngành: Cơ khí chế tạo máy – Khóa 37

Tháng 5/2015


Phiếu nhận xét

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................


NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1

.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày.......tháng......năm 2015

.............................

iii
SVTH: Trần Tấn Khiêm


Phiếu đề tài tốt nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CÔNG NGHỆ

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
Cần Thơ, ngày 30 tháng 12 năm 2014

PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
HK II - NĂM HỌC 2014 – 2015

SVTH: Trần Tấn Khiêm


Lời cảm ơn

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình thực hiện đề tài em gặp phải không ít khó khăn do hạn
chế về kiến thức và kinh nghiệm. Để vượt qua tất cả, bên cạnh những nổ lực cá nhân
là rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ, động viên từ phía thầy cô, gia đình và bạn bè.
Thật hạnh phúc và may mắn khi được làm luận văn tốt nghiệp dưới sự hướng
dẫn của Th.S Võ Thành Bắc.
Lời cảm ơn đầu tiên, em xin gởi đến Th.S Võ Thành Bắc là giáo viên hướng
dẫn chính. Thầy đã dành nhiều thời gian, công sức và luôn giúp em có được định
hướng đúng đắn trong suốt tiến trình thực hiện luận văn tốt nghiệp. Thầy luôn chia
sẽ cho em rất nhiều kinh nghiệm quý báo trong học tập và cả công việc sau này, em
chân thành gởi đến thầy lời cảm ơn sâu sắc nhất.
Em cũng đặc biệt biết ơn thầy Phạm Ngọc Long là giáo viên cố vấn cho em
trong suốt khóa học, Thầy đã ân cần, tiếp sức và truyền cảm hứng cho em vượt qua
những khó khăn trong học tập cũng như trong cuộc sống và định hướng, khơi dậy sự
nỗ lực, tự tin cố gắng không ngừng và không nản lòng trước mọi hoàn cảnh, em xin
gởi đến thầy lời cảm ơn chân thành.
Em cũng xin gởi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô trong Khoa Công Nghệ đặc
biệt là thầy Mai Vĩnh Phúc đã giúp đỡ em rất nhiều, định hướng cách làm và gợi ý
các tài liệu liên quan, em xin chân thành cảm ơn.
Em cũng đặc biệt cảm ơn đến gia đình, bạn bè gần xa đã không ngừng khuyến
khích, động viên, ủng hộ tinh thần và vật chất để em thực hiện hoàn thành bài luận
văn tốt nghiệp này. Em xin chân thành cảm ơn.

Sinh viên thực hiện đề tài



MỤC LỤC
Trang
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN.............................................................. i
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1............................................................. ii
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN 2............................................................ iii
PHIẾU ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP.................................................................................iv
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................. v
TÓM TẮT.................................................................................................................. vi
MỤC LỤC................................................................................................................ vii
MỤC LỤC BẢNG BIỂU............................................................................................ x
MỤC LỤC HÌNH..................................................................................................... xii
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.............................................1
1.1. Tầm quan trọng ............................................................................................... 1
1.2. Sơ đồ động ...................................................................................................... 1
1.3. Sơ lược về cơ chế hoạt động ........................................................................... 2
1.4. Nội dung nghiên cứu chính của đề tài ............................................................. 2
1.5. Giới hạn của đề tài .......................................................................................... 2
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN DỮ LIỆU ĐẦU VÀO CỦA MÁY CUỐN TOLE........ 3
2.1.Tính toán lực, moment cần thiết để tạo hình sản phẩm theo yêu cầu ............... 3
2.2. Tính toán công suất động cơ cho máy cuốn .................................................... 4
CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ TRỤC CUỐN LỰA CHỌN Ổ BI TRÊN
INVENTOR................................................................................................................ 6
3.1. Tính toán, thiết kế trục cuốn............................................................................ 6
3.1.1. Tính toán, thiết kế trục cuốn trên .............................................................. 6
3.1.1.1. Công dụng và nguyên lý của trục cuốn trên........................................ 6
3.1.1.2. Tính toán và thiết kế trục cuốn trên bằng Inventor ............................. 6
a. Trường hợp trục chịu tải trọng phân bố .................................................... 7
b. Trường hợp trục chịu tải trọng tập chung ............................................... 15
3.1.2. Tính toán thiết kế trục cuốn dưới ............................................................ 23

5.3.1.Tính toán piston dẫn hướng cho trục trên ................................................. 46
5.3.2. Tính toán piston dẫn hướng cho trục dưới .............................................. 47
5.3.3. Thông số của các xi lanh......................................................................... 47
5.3.3.1. Thông số xi lanh dẫn hướng cho trục trên ........................................ 47
5.3.3.2. Thông số xi lanh dẫn hướng cho trục dưới ....................................... 48
5.3.3.3. Thông số xi lanh mở đầu trục ........................................................... 48
5.4. Van thủy lực .................................................................................................. 48
5.4.1. Van an toàn ............................................................................................. 49
5.4.2. Van tiết lưu ............................................................................................. 49
5.4.3. Van phân phối ......................................................................................... 49
5.5. Các thiết bị phụ ............................................................................................. 49
5.5.1. Thùng dầu ............................................................................................... 49
5.5.2. Thiết bị làm mát ...................................................................................... 49
viii
SVTH: Trần Tấn Khiêm


Mục lục

5.5.3. Bộ lọc dầu ............................................................................................... 49
5.5.4. Ống dẫn .................................................................................................. 50
5.5.5. Đầu nối ................................................................................................... 50
CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................... 51
6.1 Kết luận .......................................................................................................... 51
6.2 Kiến nghị........................................................................................................ 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................52

ix
SVTH: Trần Tấn Khiêm


Bảng 4.2 Bánh răng (Gears) .................................................................................... 38
Bảng 4.3 Tải trọng (Loads) ..................................................................................... 40
Bảng 4.4 Vật liệu (Material) .................................................................................... 40
x
SVTH: Trần Tấn Khiêm


Mục lục

Bảng 4.5 Yếu tố tải trọng phụ (Factors of Additional Load) ................................... 40
Bảng 4.6 Yếu tố tiếp xúc (Factors for Contact) ....................................................... 41
Bảng 4.7 Yếu tố uốn cong (Factors for Bending) .................................................... 41
Bảng 4.8 Kết quả (Results)...................................................................................... 42
Bảng 5.1 Thông số xi lanh dẫn hướng cho trục trên ................................................ 47
Bảng 5.2 Thông số xi lanh dẫn hướng cho trục dưới ............................................... 48
Bảng 5.3 Thông số xi lanh mở đầu trục ................................................................... 48

xi
SVTH: Trần Tấn Khiêm


Mục lục

MỤC LỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1 Sơ đồ động máy cuốn tole 3 trục. ............................................................... 1
Hình 1.2 Cơ chế hoạt động của các trục trên máy cuốn tole ...................................... 2
Hình 3.1 Hình dạng trục và đặc tính tải trọng............................................................ 8
Hình 3.2 Biểu đồ lực cắt của trục .............................................................................. 8
Hình 3.3 Biểu đồ lực cắt của trục theo mặt phẳng YZ ............................................... 9

Hình 3.28 Biểu đồ ứng suất cắt của trục theo mặt phẳng YZ .................................. 22
Hình 3.29 Biểu đồ ứng suất tương ứng của trục ...................................................... 22
Hình 3.30 Biểu đồ đường kính lý tưởng của trục .................................................... 23
Hình 3.31 Hình dáng và đặc tính tải trọng của trục ................................................. 25
Hình 3.32 Biểu đồ lực cắt của trục .......................................................................... 25
Hình 3.33 Biểu đồ lực cắt của trục theo mặt phẳng YZ ........................................... 26
Hình 3.34 Biểu đồ moment uốn của trục ................................................................. 26
Hình 3.35 Biểu đồ moment uốn của trục theo mặt phẳng YZ ................................. 27
Hình 3.36 Biểu đồ góc xoay của trục ...................................................................... 27
Hình 3.37 Biểu đồ góc xoay của trục theo mặt phẳng YZ ....................................... 28
Hình 3.38 Biểu đồ độ võng của trục ........................................................................ 28
Hình 3.39 Biểu đồ độ võng của trục theo mặt phẳng YZ ........................................ 29
Hình 3.40 Biểu đồ ứng suất uốn của trục ................................................................ 29
Hình 3.41 Biểu đồ ứng suất uốn của trục theo mặt phẳng YZ ................................. 30
Hình 3.42 Biểu đồ ứng suất cắt của trục .................................................................. 30
Hình 3.43 Biểu đồ ứng suất cắt của trục theo mặt phẳng YZ .................................. 31
Hình 3.44 Biểu đồ ứng suất xoắn của trục ............................................................... 31
Hình 3.45 Biểu đồ ứng suất tương ứng của trục ...................................................... 32
Hình 3.46 Biểu đồ đường kính lý tưởng của trục .................................................... 32
Hình 4.1 Hình dạng và kí hiệu thông số bánh răng.................................................. 39
Hình 5.1 Sơ đồ mạch thủy lực ................................................................................. 43
Hình 5.2 Sơ đồ mạch điện điều khiển mạch thủy lực .............................................. 44

xiii
SVTH: Trần Tấn Khiêm


Chương I: Giới thiệu tổng quan về đề tài

CHƯƠNG I

chính của đề tài gồm: thuyết minh, bản vẽ và mô phỏng máy bằng phần mềm Inventor
và phần mềm Automation studio.
Các nội dung chính của thuyết minh:
Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài.
Chương 2: Tính toán dữ liệu đầu vào của máy cuốn tole
Chương 3: Tính toán, thiết kế trục cuốn lựa chọn ổ bi trên Inventor
Chương 4: Tính toán, thiết kế bộ truyền của máy cuốn trên Inventor.
Chương 5: Tính toán, thiết kế hệ thống thủy lực trong máy cuốn tole.
Chương 6: Kết luận và kiến nghị.
1.5. Giới hạn của đề tài
Chỉ tính toán, thiết kế, mô phỏng mà không chế tạo.

2
SVTH: Trần Tấn Khiêm


Chương II: Tính toán dữ liệu đầu vào của máy cuốn tole

CHƯƠNG II

TÍNH TOÁN DỮ LIỆU ĐẦU VÀO CỦA MÁY CUỐN TOLE
2.1.Tính toán lực, moment cần thiết để tạo hình sản phẩm theo yêu cầu
Yêu cầu vật liệu, vật liệu chọn để làm ống thuộc vào nhóm thép kết cấu, đây
là nhóm thép cacbon chất lượng tốt, lượng P, S thấp hơn. Cụ thể: S ≤ 0,04%, P ≤
0,035% và được quy định cả về thành phần hóa học và cơ tính. Theo TCVN 1766-75
nhóm thép này được kí hiệu bằng chữ C từ C8 đến C85, nhưng để đảm bảo độ bền
theo yêu cầu khi cuốn ta chỉ chọn lượng cacbon có C ≤ 0,3% tức là từ C25 trở về.
Để đảm bảo tối ưu công suất của máy nên ta chọn cơ tính của thép C25 để thực
hiện tính toán.
Thành phần hóa học và cơ tính của mác thép C25 theo TCVN 1766-75.


23

50

170

Yêu cầu đầu đề cán được tole dày 12 (mm) đường kính tối thiểu: 600 (mm).
Chiều dài 2500 (mm).
Moment chống uốn:
Wx 

Jx
2bh3 bh 2 2500.122



 6.104 ( N .mm)
h / 2 12h
6
6

(2.1)

Xét điều kiện bền:
bh 2
bh 2
 M xm ax /    M x max   
6
6



4.6.104.460
 276.103 ( N )
400

(2.5)

Tải trọng phân bố trên trục là:
q

P
 110400 ( N m)
2,5

(2.6)

2.2. Tính toán công suất động cơ cho máy cuốn
Hai trục dưới được dẫn động bởi một động cơ, động cơ này là loại động cơ
thủy lực xoay chiều. Tính công suất động cơ là phải tính theo số lần cán có lực cán
lớn nhất.
Ta có vận tốc dài yêu cầu là: Vd = 30 (m/phút)
Số vòng quay trục trên là:
Vd
30

 30,8 (vòng/phút)
 d 0,31

(2.7)


(2.10)

Moment ma sát một (Mms1) do lực cuốn sinh ra tại cổ trục
M ms1  Pdf ’  31 0,12  0,05  0,186 (Tm)

P là lực cuốn
d đường kính lắp ổ
f là hệ số ma sát của ổ
Moment ma sát hai (Mms2) sinh ra ở các chi tiết quay
M ms 2  (M c  M ms1 )  0,1  (0, 25  0,186)  0,1  0,044 (Tm)
Moment không tải
M o  5%M c  0,05  0, 25  0,0125 (Tm)
Moment tĩnh quy về trên trục động cơ
M tdc 

(2.11)

(2.12)
(2.13)

M c  M ms1  M ms 2  M o 0, 25  0,186  0, 044  0, 0125

 0, 05 (Tm) (2.14)
i.
10  0,9

i là tỷ số truyền động từ động cơ đến trục cán
 là hệ số truyền động hữu ích của máy


Kí hiệu:
T5V140-(K3V140)
Lưu lượng lớn nhất:
140x2 cc/rev
Áp suất:
31.4 Mpa (320 kg/cm2)
Áp suất cực đại:
34.3 Mpa (350 kg/cm2)
Tốc độ cực đại:
2000 rpm
Moment xoắn cực đại: 902 Nm (92kgm)
Trọng lượng:
160 kg
Ứng dụng tải trọng:
29 – 37 tấn

5
SVTH: Trần Tấn Khiêm


Chương III: Tính toán, thiết kế trục cuốn lựa chọn ổ bi trên Inventor

CHƯƠNG III

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ TRỤC CUỐN LỰA CHỌN Ổ BI TRÊN
INVENTOR

3.1. Tính toán, thiết kế trục cuốn
Trục cuốn là bộ phận không thể thiếu trong máy cuốn tole, nó có nhiệm vụ đặc
biệt quan trọng đó là định vị và nâng tole đồng thời tạo áp lực giữ 3 trục một cách


ρ

7860 kg/m3

6
SVTH: Trần Tấn Khiêm


Chương III: Tính toán, thiết kế trục cuốn lựa chọn ổ bi trên Inventor

Bảng 3.2 Đặc tính (Calculation Properties)
Tổng quát
(Include)
Yes

Khối lượng riêng (Density)

ρ

7860
kg/m3

Yes

Hệ số chuyển vị (Shear Displacement Ratio)

β

1,188 ul


X Size

110,
4
N/m
m

110,
4
N/m
m

Độ võng (Deflection)

Lengt
h

Y

2500
mm

504,282
µm
535,578
µm

X


(Ind
ex)

Ty
pe

Loca
tion

1

Fre
e

990
mm

2

Fix
ed

4353 145734
mm ,943 N

Y
149010
,583 N

X

0,09o

0,133
µm

180o

0,11o

7
SVTH: Trần Tấn Khiêm


Chương III: Tính toán, thiết kế trục cuốn lựa chọn ổ bi trên Inventor

Bảng 3.5 Kết quả (Results)
Độ dài (Length)
Khối lượng (Mass)
Ứng suất uốn cực đại (Maximal Bending Stress)
Ứng suất cắt cực đại (Maximal Shear Stress)
Ứng suất xoắn cực đại (Maximal Torsional Stress)
Ứng suất kéo cực đại (Maximal Tension Stress)
Ứng suất tương đương cực đại (Maximal Reduced Stress)
Độ võng (Maximal Deflection)
Góc xoắn (Angle of Twist)

L
4385,000 mm
Mass
1366,4 kg

Moment uốn (Bending Moment) xem hình 3.4.

Hình 3.4 Biểu đồ moment uốn của trục

9
SVTH: Trần Tấn Khiêm


Chương III: Tính toán, thiết kế trục cuốn lựa chọn ổ bi trên Inventor

Moment uốn theo mặt YZ (Bending Moment, YZ Plane) xem hình 3.5.

Hình 3.5 Biểu đồ moment uốn của trục theo mặt phẳng YZ
Moment uốn theo mặt XZ (Bending Moment, XZ Plane) không tồn tại.
Góc xoay (Deflection Angle) xem hình 3.6.

Hình 3.6 Biểu đồ góc xoay của trục

10
SVTH: Trần Tấn Khiêm


Chương III: Tính toán, thiết kế trục cuốn lựa chọn ổ bi trên Inventor

Góc xoay theo mặt YZ (Deflection Angle, YZ Plane) xem hình 3.7.

Hình 3.7 Biểu đồ góc xoay của trục theo mặt phẳng YZ
Góc xoay theo mặt XZ (Deflection Angle, XZ Plane) không tồn tại.
Độ võng (Deflection) xem hình 3.8.