Thiết kế máy cắt kim loại

Lời mở đầu N-ớc ta thời kỳ công nghiệp hoá, đại hoá đất n-ớc Phấn đấu trở thành n-ớc công nghiệp đại Muốn phải tự sản xuất đ-ợc trang thiết bị công nghiệ phục vụ cho sản xuất Trong công nghiệp chế tạo máy công cụ thiết bị đóng vai trò then chốt Để đáp ứng nhu cầu này, đôi với công việc nghiên cứu, thiết kế nâng cấp máy công cụ trang bị đầy đủ kiến thức sâu rộng máy công cụ trang thiết bị khí nhkhả áp dụng lý luận khoa học thực tiễn sản xuất cho đội ngũ cán khoa học kỹ thuật thiếu đ-ợc Là sinh viên tr-ờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, chúng em đ-ợc trang bị kiến thức để thiết kế máy công cụ Đồ án môn học Thiết kế Máy Cắt Kim Loại bước đầu tạo cho sinh viên kỹ thiết kế Máy công cụ ứng dụng kiến thức đ-ợc học vào việc thiết kế Máy công cụ Bởi thế, đồ án môn học thực hữu ích quan trọng Ngoài việc vận dụng kiến thức đà đ-ợc học, tài liệu H-ớng dẫn Thiết kế Máy cắt Kim loại Em đ-ợc h-ớng dẫn tận tình, chu đáo thầy môn, đặc biệt thầy Nguyễn Ph-ơng đà h-ớng dẫn tận tình, chu em hoàn thành đồ án theo yêu cầu Phần tính toán thiết kế máy gồm nội dung sau: Phần I: Nghiên cứu máy t-ơng tự phân tích máy chuẩn Phần II: Thiết kế máy Phần III: Thiết kế hệ thống điều khiển Phần IV: Thiết kế động lực học toàn máy Với thời gian trình độ hạn chế, nên làm không tránh sai lầm thiếu sót, em mong đ-ợc quan tâm bảo tận tình thầy để em thực vững vàng tr-ờng nhận công tác Em xin chân thành cảm ơn! Phần I: Phân tích máy t-ơng tự I Xét đặc tính kỹ thuật máy 1A62 số máy t-ơng tự Tính kỹ thuật 1A62 T620 1K62 Đ-ờng kính gia công 400 400 400 lớn Đ-ờng kính gia công 210 220 220 lớn d-ới bàn dao Đ-ờng kính lớn 36 36 45 lỗ trục gá Khoảng cách t©m 1000 710, 1000, 1400 710, 1000, 1400 Sè cÊp tốc độ 21 23 23 trục Số vòng quay 11,51200 12,52000 12,52000 trơc chÝnh L-ỵng Däc 0,0821,59 0,074,46 0,074,46 chạy dao Ngang 0,0270,52 0,0352,08 0,0352,08 Cắt Quốc tế 1192 1192 1192 Anh 242 242 242 loại Mođun (0,548) (0,548) (0,548) ren Pit 961 961 961 Ch¹y dao Däc 3,4 3,4 nhanh Ngang 1,7 1,7 Công suất động 10 10 (kW) Công suất động 1 chạy nhanh (kW) Kích Rộng 1580 1166 1140 th-ớc Cao 1210 1324 1350 Máy (mm) Dài 2510/2650/3170 2522/2812/3212 2762/2950/3350 Trọng l-ợng máy 2045/2405/2370 2161/2293/2401 2277/2418/2505 II Phân tích máy chuẩn 1A62 Sơ đồ động máy 1A62 Từ máy 1A62 ta có sơ đồ động máy (trang bên): Các xích truyền động 2.1.Xích tốc độ Từ động điện kW qua truyền đai 130 vào hộp tốc độ đến trục 260 Tóm tắt đ-ờng truyền theo hình vẽ sau (các số ghi (1), (2), (3) sơ đồ số cặp bánh ăn khớp): Ph-ơng trình tổng quát xích tốc độ: Từ ph-ơng trình ta thấy xích tốc độ gồm hai đ-ờng truyền: Đ-ờng truyền thuận cho trơc chÝnh VI: 1x2x3x1=6 tèc ®é cao 1x2x3x2x2x1=24 tèc ®é thÊp Trªn thùc tÕ nhãm trun:  20 20  80 80 = 16  20 50  =    80 50 50 20  =  50 80  50 50  50 50 = Cã tû sè trun trïng nªn nhãm tỷ số truyền Số tỷ số truyền lại đ-ờng truyền tốc độ thấp là: 1x2x3x3x1=18 Suy số cấp tốc độ Z=Z cao + ZthÊp =6 + 18 =24 L¹i thÊy nhóm: Cả hai đ-ờng truyền tốc độ cao tốc ®é thÊp ®Òu cã tû sè truyÒn  có ba tốc độ trùng Tức số cấp tốc độ lại là: Z=24 - = 21 cấp tốc độ Lý để làm trùng tỷ số truyền 1 để cắt ren khuếch đại §-êng trun quay ng-ỵc trơc chÝnh: 1x1x3x1 = tèc ®é cao 1x1x3x2x2x1 =12 tèc ®é thÊp lý thuyÕt 1x1x3x3x1 = tèc ®é thÊp thùc tÕ Suy cã Z ng=3+9 = 12 cấp tốc độ ng-ợc Tuy nhiên t-ơng tự nh- có tốc độ trùng nên còn: Z = 12-3 =9 tốc độ ng-ợc thực tế Vậy trục máy tiện ren vít vạn 1A62 có 21 cấp tố c độ thuận cấp tốc độ ng-ợc 2.2.Xích chạy dao cắt ren Máy 1A62 có khả cắt đ-ợc loại ren khác ứng với khả điều chỉnh: dùng cặp bánh thay ( 32 42 & ) nhóm sở dùng 97 100 cấu Norton chủ động bị động Đ-ờng truyền động chung loại ren theo quy luật: Trục quay vòng (1vòng tc) bàn xe dao mang dao phải tịnh tiến l-ợng b-ớc ren cần cắt tc Sơ đồ nguyên lý truyền dẫn cho xích cắt ren đ-ợc mô tả hình vẽ sau: tc vòng tc Uđc Utt t m Ucs Ugb Ucs Ucs U®c: tû sè trun đảo chiều bàn máy để cắt ren phải ren trái Utt: tỷ số truyền cho bánh thay Ucs: tỷ số truyền nhóm sở máy 1A62 dïng c¬ cÊu Norton cho tû sè trun t-ơng ứng với số là: Z 1= 26; Z2= 28; Z3=32; Z4=36; Z5=38; Z6=40; Z7=44; Z8=48 Ugb: tû sè trun cđa nhãm gÊp béi Nhãm gÊp béi cã tû sè truyÒn:  28 28  56 56 =  28 56  =    56 28 28 42  =  56 42  28 28  56 56 = tm: b-íc cđa trục vít me dọc tm =12 ã Xích cắt ren Quốc tế (còn gọi ren hệ mét) dùng cặp bánh thay 42 100 cấu Norton chủ động: 1vòngtc(VI ) 50 32 42 25 Z i 34 25 36 U gb M 4.t m = t ci 50 38 100 36 34 28 36 25 Utt Ucs Trong ®ã Z i bánh cấu Norton t-ơng ứng số b-ớc ren cần cắt tci t-ơng ứng Từ đ-a công thức điều chỉnh: tci=k1.Zi.Ugb k1: tích số cho số cố định ph-ơng trình trên; ta thấy tci tỷ lệ với Z i Ugb ã Xích cắt ren Modun: loại ren dùng mối ghép động Ký hiệu m= tc Ph-ơng trình cắt ren Modun nh- cắt ren Quốc tế nh-ng khác dùng cặp bánh thay thÕ U tt = 1vßngtc (VI) 32 97 50 32 32 25 Z i 34 25 36 U gb M4.t m = t ci 50 38 97 36 34 28 36 25 Utt Ucs T-ơng tự suy công thức điều chỉnh: mi=k2.Zi.Ugb k2: tích số cho số cố định ph-ơng trình trên; ta thấy tci tỷ lệ với Z i Ugb ã Xích cắt ren Anh: loại ren t-ơng tự nh- ren Quốc tế Ký hiệu K- số vòng ren tấc Anh (một tấc Anh 1=25,4mm) Đ-ờng truyền cắt ren Anh theo cấu Norton bị động dùng cặp bánh thay nh- ren Quèc tÕ 1vßngtc (VI) 42 100 50 32 42 28 34 36 25,4 M2 .U gb M4.t m = t ci = 50 38 100 34 Z i 25 Ki Utt Ucs Tõ trªn ta suy ra: K i = k Z i U gb Ki tû lƯ tht víi Z i tỷ lệ ngịch với U gb ã Xích cắt ren Pit: loại ren dùng nh- ren Modun Ký hiÖu: D pi = 1" 25,4 25,4. = = (Dpi ính theo đơn vị Anh, số modun m m m tấc Anh) Ph-ơng trình xích động nh- cắt ren Anh dùng cặp bánh thay 32 97 Ph-ơng trình xích động: 1vòngtc (VI ) 50 32 28 34 36 25,4. M .U gb M 4.t m = t ci = 50 38 97 34 Z i 25 D pi Utt Ucs Tõ trªn ta suy ra: D pi = k Z i U gb Dpi tỷ lệ thuật với Z i tỷ lệ ngịch với U gb ã Cắt ren khuếch đại: ren khuếch đại ren có b-ớc lớn, th-ờng dùng cắt ren nhiều đầu mối, tiện rÃnh dầu bạc Ren khuếch đại khuêch đại đ-ợc loại ren tiêu chuẩn Tỷ số truyền khuếch đại 2, 8, 32 lần với đảo 1 chièu có tû sè truyÒn & sÏ cho ta thêm hai tỷ số truyền khuêch đại 4, 16 lần Ph-ơng trình cắt ren khuếch đại tóm tắt nh- sau: 1vòngtc (VI ) 50 U dc U tt U cs U gb M 4.t m = t ckd 50 64 32 ã Cắt ren xác: Yêu cầu đ-ờng truyên ngắn nhất, đ-ờng truyền ngắn đến U tt ly hợp M2, M3, M4 ®ãng trùc tiÕp chun chun ®éng tíi trơc vÝt me XV ã Cắt ren mặt đầu: đ-ờng xoắn Acsimét nh- mâm cặp ba vấu Nguyên tắc phôi quay tròn dao tiện tịnh tiến vào tâm Tiện ren yêu cầu tỷ số truyền xác bố trí thêm li hợp M4 có cặp bánh Z=28 ăn khớp với bánh Z=56 lắp trục XVI từ qua bàn xe dao ®Õn trơc vÝt me ngang cã b-íc t=5 2.3.TiƯn trơn Đ-ờng truyền nh- tiện ren nh-ng đến ly hợp M4 hai vị trí bánh Z=28 ăn khớp với bánh có Z=56 truyền qua ky hợp vào trục trơn tới trục vít bánh vít (4/30) Từ trục truyền hai ngả phía trái để tiện dọc phải phía trái đến vít me ngang - Tiện trơn dọc: từ trục bánh vít Z=30 qua cặp bánh 24/50 qua cặp bánh 23/69, tới bánh Z=12, m=3, truyền cho bàn xe dao chuyển động phía mâm cặp, muốn đảo chiều ng-ợc lại gạt bánh di tr-ợt trục vít cho ăn khớp với bánh trung gian Z=33, đ-ờng truyền ng-ợc lại qua bánh bàn dao chạy däc - TiƯn tr¬n ngang: gièng nh- tiƯn tr¬n däc nh-ng tới trục bánh vít qua ngả bên phải để đến bàn dao ngang vít me t=5mm Một số cấu đặc biệt máy + Cơ cấu an toàn máy 1A62: dùng cấu trục vít rơi Truyền động từ trục trơn tới ly hợp trục vít lồng không, bánh vít đến bàn xe dao, tải bánh vít bị giữ lại, ly hợp tr-ợt ép lò xo đẩy chống sang phải trục vít rơi xuống Muốn tiếp tục làm việc phải nâng trục vít vị trí ăn khớp đ-ợc + Đai ốc hai nửa: quay tay quay, đĩa quay Trên mặt đầu đĩa có rÃnh cong h-ớng tâm dẫn h-ớng cho hai chôt dịch chuyển, chốt gắn cøng víi hai nưa ®ai èc Hai nưa ®ai èc tiến lùi theo đ-ờng thẳng đứng III Ph-ơng án không gian ph-ơng án thứ tự máy Tính công bội theo công thức  = Ta cã  = 21 - z −1 n max n 1200 = 1,2616 11,5 Chän theo tiêu chuẩn: = 1,26 Từ sơ đồ động máy ta thấy rằng: xích tốc độ chia thành hai đ-ờng truyền đ-ờng truyền tốc độ thấp đ-ờng truyền tốc độ cao Ph-ơng án không gian cđa m¸y: Z1=2x3x2x2=24 Z2=2x3x1 =6  Z=Z1+Z2 =24 + = 30 Ph-ơng án thứ tự Z 1: Z1=2[1]x3[2]x2[6]x2[12] nhóm truyền 2[1] có l-ợng mở max =12 =1,26 12=16>8 Cho nên ng-ời ta khắc phục cách thu hẹp l-ợng mở xuống 2[6] Khi Z1=2[1]x3[2]x2[6]x2[6] số tốc độ bị trùng thu hẹp l-ợng mở là: Zt =12 - = Để bù lại số cấp tốc độ bị trùng ng-ời ta tách thành hai đ-ờng truyền Số cấp tốc độ hai đ-ờng truyền 24 nh-ng thực tế phân bố tỷ số truyền hai đ-ờng truyền đà tạo ba cặp tốc độ trùng nên sè cÊp tèc thùc tÕ chØ cßn: Z=24-3 =21(cÊp tèc độ) IV Đồ thị vòng quay Từ sơ đồ động ta biết đ-ợc số modun cặp bánh răng, từ ta thiết lập lại l-ới đồ thị vòng quay thực tế hộp tốc ®é Ta cã: nmin =11,5 (v/ph) nmax =1200 (v/ph) Z = 21 Tính trị số Tính công bội  theo c«ng thøc:  = z −1 Ta cã  = 21- 1200 =1,2616 11,5 Chän theo tiªu chuÈn:  =1,26 10 n max n d TÝnh đ-ờng kính trục mặt cắt nguy hiểm Ta có công thức xác định sơ đ-ờng kính trục: d=3 M tdi 0,1. Theo bảng 10.5/195 (TTTKHDĐCK Tập I) có: Víi vËt liƯu thÐp 45 cã b = 850 (Mpa) [] = 67 (Mpa) Mặt khác từ biểu đồ Memen ta thấy mựat cắt vị trí E nguy hiểm nhất, nên ta tính toán kiểm tra độ bền mặt cắt mặt cắt khác đủ bền Mômen uốn t-ơng đ-ơng: Mtđ = M 2U + 0,75.T = M 2x + M 2y + 0,75.T = 269950 + 741690 + 0,75.338462 ,26 = 841958 (Nmm ) d=3 841958 = 49(mm) 0,1.67 Chän d = 35mm e KiÓm nghiệm hệ số an toàn mỏi mặt cắt nguy hiÓm Ta cã: Sj = S j S j S +S j j  [S ] Trong ®ã: S j =  −1 k dj  aj +    mj S j =  −1 k dj aj +    mj Trôc quay øng st n thay ®ỉi theo chu kú ®èi xøng, mô men xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động Với trục làm thép bon có b=850MPa nên: -1=0,436b=0,436.850=370,6 (MPa); 65 -1=0,58-1=0,58.261,60=214,948 (MPa) =0,05; =0 HƯ sè ¶nh h-ởng ứng suất trung bình (Bảng 10-7); kdj=(k/+kx-1)/ky kdj=(k/+kx-1)/k y Hệ số tập trung ứng suất trạng thái bề mặt: k x=1,1 (Bảng 10-8); Hệ số tăng bền: k y=1,65 k, k: HÖ sè tËp trung øng suÊt thực tế uốn xoắn (Bảng 10 -9); rÃnh then dùng dao phay đĩa để gia công r·nh then: k =1,65; k =1,5 ,  : HÖ số kích th-ớc phụ thuộc vào đ-ờng kính trục (Bảng 10-10); d=35mm  =0,86; =0,8 kE=(k/+kx-1)/ky =(1,65/0,86+1,1-1)/1,7=1,19 kE=(k/+kx-1)/k y=(1,52/0,8+1,1-1)/1,7=1,18 øng st trªn trơc:  aj =  max = Mj Wj  mj = aj =  mj = Tj 2W0 j Víi: M j = M 2xj + M 2yj M«men chèng n: W=..d3/32; W0=..d3/16 Víi  = 1,205 Suy ra: 1,205 3,14.35 = 5072 ,14 W= 32 1,205 3,14.35 = 10144 ,28 W0 = 16 M 2x + M 2y Mu 269950 + 741690 σa = = = = 155 W W 5072 ,14 T 338462 ,26 τa = = = 16,68 2.W0 2.10144 ,28 66 Sσ = σ −1 370,6 = = 2,01 K σ σ a 1,19.155 Sτ = τ −1 214,948 = = 10,92 K τ τ a 1,18.16,68  S= 2,01.10,92 2,01 + 10,92 2 = >[S] =1,5 Tại mặt cắt nguy hiểm trục đủ bền Trục đủ bền không cần kiểm tra ®é cøng v÷ng cđa trơc VËy chän ®-êng kÝnh trơc vị trí lắp bánh d = 35 mm; đ-ờng kính ngõng trục chọn d ng = 30mm f Tính chọn then trục XII Chọn then hoa hình thân khai, tính độ bền cho thên: øng suÊt dËp: σd = 2.T  σd  d tb l.h.Z Trong ®ã: T = 338462,26 Nmm dtb = m.Z = 4.6 =24mm h = 0,8m = 0,8.4 =3,2mm Z=6 m=4  = 0,75 l =150mm [d] = 15Mpa  σd = 2.338462 ,26 = 13(MPa ) 24.150 3,2.6.0,75  d< [d] VËy then ®đ ®iỊu kiƯn bỊn 67 g Tính chọn ổ lăn cho trục XII ã Số liệu Tốc độ: n=5,26 (v/ph) Công Suất: N=0,19 kW Mômen xoắn: Mx =338462,26 Nmm Đ-ờng kính ngõng trục: d = 30mm Thêi h¹n sư dơng: L h =48000 giê Lực tác dụng lên ổ (N): XA= 96 XB = 4364 XC = 5399 YA = 807 YB = 14026,8 YC = 14833,8 F = 96 + 807 = 812,69(N )  A   FB = 4364 + 14026 ,8 = 14689 ,98(N )  2 FC = 5399 + 14833,8 = 15785 ,78(N ) ã Chọn ổ Mặc dù cố tải trọng h-ớng tâm nh-ng ta vấn chọn ổ đũa côn cỡ trung cho gối A & C để tăng độ cứng vững Còn gối trục B ta dùng ổ bi đỡ dÃy Với d = 30mm theo bảng P2.11/262 (TTTKHDĐCK Tập I) chọn ổ có số hiệu là: Ký hiÖu: 7606 d D D1 d1 B C1 T r r1  C C0 (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (0) (kN) (kN) 30 72 55,5 50 27 23 28,75 2,0 0,8 12 61,3 51 Vµ ỉ bi ®ì: d = 35mm; KÝ hiƯu ỉ d, mm D, mm B, mm r, mm §-êng kÝnh bi, mm C, kN C0, kN 407 35 100 25 2,5 68 20,67 43,6 31,90 ã Kiểm tra khả tải ổ ổ đũa côn Lực dọc trục lùc h-íng t©m g©y ra: FS=0,83.e.Fr; Víi e=1,5tg=1,5tg(12 0)=0,319; FAS=0,83.e.F Ar =0,83.0,319.812,69 =215,18(N) FCS=0,83.e.FCr =0,83.0,319.15785,78=4179,6(N) F aA = FSC − FaC   FSA  FaA = FSA = 215,18( N ) F aC = FSA + FaC = 215,18 + 4179 ,6 = 4394 ,78(N )  FSC  FaC = FSC = 4179 ,6(N ) KiÓm tra ổ theo khả tải động: Cđ=Q.L1/m Trong đó: L=60.106.n.lh=60.10-6.5,26.48000=15,15; m=10/3 Tải trọng quy -ớc: Q=(XVF r+YFa)ktkđ V: Hệ số ảnh h-ởng vòng quay; Vòng quay V=1; kt : Hệ số ảnh h-ởng nhiệt độ: k t =1 kđ: Hệ số ảnh h-ởng tải trọng động kđ =1,5 (Tải trọng va đập vừa) X = FaA 215,18 = = 0,265  e   VFrA 1.812,69 Y = X = 1; FaC 4179,6 = = 0,265  e   VFrC 1.15785,78 Y = Q=(XVFr+YFa)ktk® QA=(1.1.812,69 +0).1,12.1,5=1365,32(N)  1,4 (kN); QC=(1.1.15785,78 +0).1,12.1,5=26520,11(N) 26,5 (kN); Kiểm tra ổ theo khả tải động ổ chịu tải trọng lớn hơn: Cđ=Q.L1/m Cđ1=26,5.(15,5)0,3=60,3 kN