Thuyết minh đồ án máy công cụ

CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH MÁY TƯƠNG TỰ ( Máy khoan K135 ) 1.1 Tính kĩ thuật máy: Đặc tính kỹ thuật Đường kính lớn khoan (mm) Khoảng cách từ đường trục tâm tới trụ (mm) Khoảng cách lớn từ mút trục tới bàn máy (mm) Kích thước bề mặt làm việc bàn máy (mm x mm) Độ trục Dịch chuyển lớn trục (mm) Số cấp tốc độ trục Phạm vi tốc độ trục (vg/ph) Số cấp bước tiến Phạm vi bước tiến ( mm/vg) Lực tiến dao (kG) Mơmen xoắn (kG.cm) Cơng suất động (kW) Khối lượng máy (kg) Kích thước máy: - Dài: 1245 - Rộng: 815 - Cao: 2690 • Máy K135 với thông số sau: 1.2 Máy khoan K135 35 300 750 450 x 500  Mooc N 170 12 42 – 2000 11 0,1 – 1,4 1600 4000 1300 Công dụng: Máy khoan máy cắt kim loại chủ yếu dùng để gia công lỗ Ngồi ra, cịn dùng để kht, doa, cắt ren tarơ, để gia cơng bề mặt có tiết diện nhỏ, thẳng góc chiều trục với lỗ khoan Tùy theo kích thước phương pháp điều chỉnh mũi khoan đến vị trí gia cơng, máy khoan phân thành loại sau: máy khoan đứng, máy khoan cần, máy khoan nhiều trục, máy khoan chuyên dùng • Nhận xét chung máy: + Ưu điểm máy: Độ cứng vững cao máy khoan đứng nhỏ máy khoan cần lỗ có độ xác cao máy Có thể điều chỉnh tốc độ chạy dao tự động tay Gá đặt chi tiết gia công đơn giản + Nhược điểm máy: Độ xác lỗ không cao ảnh hưởng từ kết cấu mũi khoan chưa hoàn thiện độ cứng vững mũi khoan Không khoan lỗ theo chu vi tròn máy khoan cần lần gá đặt 1.3 Phân tích động học máy: • Các thơng số máy K135: - Đường kính lớn khoan được: φ = 35 (mm) - Phạm vi tốc độ trục chính: 42-2000 (vịng/phút) - Số cấp tốc độ trục chính: Z = 12 - Pmax cấu chạy dao: 15700 (N) - Công suất động chính: Kw - Phạm vi bước tiến dao: 0,1 ữ 1,4 (mm/vũng) ã S ng mỏy K135 trình bày hình (hình 1.1) sau: Hình 1.1: Sơ đồ động máy khoan K135 a) - Phân tích hộp tốc độ: Xác định hệ số cơng bội ϕv hộp tốc độ : Từ số liệu ban đầu tính kỹ thuật máy ta có: Số vịng quay lớn nhỏ trục là: nmin = 42 (vịng/phút) nmax = 2000 (vịng/phút) Số cấp tốc độ trục chính: z = 12 11 Ta có ϕv = n max 2000 = 11 ≈ 1,42 n 42 Tra chuỗi giá trị ϕ tiêu chuẩn ta có: - ϕv = 1,41 Xác định tỷ số truyền in hộp tốc độ: Theo sơ đồ động ta có phương án khơng gian (PAKG) là: x x Giả sử ta chọn phương án thứ tự (PATT) là: I - III Ta có chuỗi số vịng quay trục sau: n1 = n0 i1 i3 i6 n7 = n0 i1 i3 i7 n2 = n0 i1 i4 i6 n8 = n0 i1 i4 i7 n3 = n0 i1 i5 i6 n9 = n0 i1 i5 i7 n4 = n0 i2 i3 i6 n10 = n0 i2 i3 i7 n5 = n0 i2 i4 i6 n11 = n0 i i i7 n6 = n0 i2 i5 i6 n12 = n0 i2 i5 i7 II - - Để xác định mối quan hệ tỷ số truyền nhóm truyền ta chia vế số vịng quay tương ứng sau: + Ở nhóm 1: n1 : n4 = i1 : i Vì chuỗi số vịng quay n trục cấp số nhân có cơng bội ϕ , : n1 : n4 = : ϕ Từ ta rút mối quan hệ tỷ số truyền nhóm sau : i : i = : ϕ3 (1) Từ sơ đồ động ta có giá trị tỷ số truyền nhóm 1: 20 35 = 0,5; = 1,4 40 25 So sánh với (1) ta : i1 = 0.5; i2 = 1,4 thỏa mãn + Ở nhóm 2: n1 : n : n = i : i : i Mà n1 : n : n = : ϕ : ϕ i : i : i = : ϕ : ϕ (2) Từ sơ đồ động ta có giá trị tỷ số truyền nhóm 2: 22 28 35 = 0,35 = 0.5 = 0,71 62 ; 56 ; 49 Kiểm nghiệm lại ta thấy giá trị i3, i4, i5 thỏa mãn + Ở nhóm 3: Mối quan hệ tỷ số truyền nhóm 3: n1 : n = i : i Mà n1 : n = : ϕ i6 : i7 = : ϕ6 (3) Từ sơ đồ động ta có giá trị cua tỷ số truyền nhóm 21 = 0,25 84 ; 70 =2 35 ; So sánh với (3) trị số ta thấy giá trị i , i thỏa mãn • - Suy chọn phương án thứ tự Phương án bố trí hộp tốc độ : PAKG : - x x PATT : II - I - III Lượng mở : Lưới kết cấu hộp tốc độ (hình 1.2) : hình 1.2: Lưới kết cấu hộp tốc độ - Xây dựng lưới đồ thị vòng quay hộp tốc độ: (hình 1.2) Số vịng quay trục là: 42, 60, 87, 122, 173, 250, 338, 482, 696, 995, 1390, 2000 (vòng/phút) - Dựa vào sở lưới kết cấu ta vẽ lưới đồ thị vòng quay đường nằm ngang biểu diễn trục điểm biểu diễn số vòng quay, tia biểu diễn tỷ số truyền, khơng phân bố đối xứng mà phân bố thích ứng với giá trị tỷ số truyền với quy ước sau: + Các tia nghiêng sang phải biểu diễn tỉ số truyền i > + Các tia nghiêng sang trái biểu diễn tỷ số truyền i < + Các tia thẳng đứng biểu diễn tỷ số truyền i = + Các tia song song có giá trị - Tỉ số truyền i phải thoả mãn điều kiện: 1/4 ≤ i ≤ + Nhóm 1: ` + Nhóm 2: chọn i1 = 1/ϕ2 i2 = ϕ i1 : i2 = 1:ϕ3 ; i3 : i4 : i5 = : ϕ : ϕ2; chọn i3 = 1/ϕ3 ; i4 = 1/ϕ4 ; i5 = 1/ϕ n0chọn i7 = ϕ2 ⇒ i6 = 1/ϕ4 PATT II-I-IIIi6 : i7 = : ϕ6; I+ Nhóm 3: i1 i2 i5 II i3 i4 III - i6 Tính tỉ số truyền đai: IV i7 60 87 122 173 250 338 482 696 995 1390 2000 n42 = nđ/c iđ ηđ Hình 1.3 Lưới đồ thị vịng quay hộp tốc độ Chọn ηđ = 0,985 hệ số trượt đai n0 = 995 (vịng/phút) Suy ra: iđ = • n0 995 = = 0,7 ndc n â 1440.0,985 Vậy đường kính bánh đai nhỏ lớn là: d = 140 (mm); D = 200 (mm) - Số nhóm truyền hộp tốc độ: x = - Số trục hộp tốc đô: Str = x + = x - Số bánh hộp: Sz = ∑ pi = 2(3 + + 3) = 14 i =1 Trong đó: i: số nhóm truyền (1 → x ) P: số tỷ số truyền - Số bánh di trượt: Số bánh cố định: b) Phân tích hộp chạy dao: • Máy chuẩn K135 có : - Phạm vi bước tiến Z = 11 - Lượng chạy dao nhỏ s - Lượng chạy dao lớn s ϕ = 10 => công bội : max = 0,1 (mm/vòng) = 1,4 (mm/vòng) 1,4 ≈ 1,3 0,1 Chuỗi số lượng chạy dao theo máy chuẩn :0,1 – 0,13 – 0,17 – 0,22 – 0,28 – 0,38 – 0,5 – 0,63 – 0,82 – 1,05 – 1,4 Từ sơ đồ động học ta có lưới kết cấu đồ thị số vịng quay sau: hình 1.4: Lưới kết cấu hộp chạy dao • Nhận xét lưới kết cấu: Lưới hình rẻ quạt : - Số vòng quay giảm dần từ trục (1) đến trục (3) miền có số vịng quay cao số lượng bánh làm việc nhiều điều làm cho kích thước bánh làm việc nhỏ gọn - mômen xoắn bé Lượng mở tia nhóm truyền bánh thay đổi từ từ, tỉ số truyền bố trí giảm từ từ, điều kiện làm việc tốt cho bánh làm cho tuổi thọ bánh • tuổi thọ hộp tốc độ cao Từ phân tích máy chuẩn chương I, tương tự việc xây dựng lưới đồ thị vòng quay hộp tốc độ hộp chạy dao, ta xây dựng lưới đồ thị vọng quay hộp chay dao sau: - Nhóm I: i1 : i2 : i3 = : ϕ : ϕ2; chọn i1 = Nhóm II: i4 : i5 : i6 : i7 = 1 1: ϕ : ϕ :ϕ , ϕ4 ; i2 = ϕ3 ; i3 = ϕ2 ; Chọn • i4 = ϕ4 ; i5 = ϕ ; i6 = ϕ2 ; i7 = ϕ5 Lưới đồ thị vòng quay: n0 PATT I-II I i2 i1 i3 II i4 IIIn • n2 i7 i5 n3 n4 i6 n10 n11 n 12 Hình 1.5 Lưới đồ thị vịng quay hộp chạy dao n5 n6 n7 n8 n9 Nhận xét đồ thị số vòng quay: - Khi tăng hay giảm tốc qua nhiều trục trung gian , ta thấy tỉ số truyền tăng hay giảm từ từ, điều làm cho truyền làm việc - • tốt Trên đồ thị ta thấy có cặp tỉ số truyền góp phần làm giảm kích thước hộp tốc độ Theo máy chuẩn hộp chạy dao dùng cấu then kéo với cặp bánh dùng chung Như 12 cấp tốc độ có cặp tốc độ trùng 1.4 Phân tích kết cấu máy: • Để tạo nên bề mặt gia cơng cần có chuyển động tạo hình: + Chuyển động chuyển động quay tròn dao + Chuyển động chạy dao chuyển động tịnh tiến dao thực Ngồi cịn có chuyển động phụ chuyển động tịnh tiến bàn máy nhờ cấu • a) b) Tính tốn sơ trục: Số vịng quay nhỏ trục: - nII = nTCmin = 42,5 x 27/61 = 18,8 ( vòng/phút ) - nIIImin = nIImin iII-IIImin = 18,8 x 27/61 = 8,3 ( vòng/phút ) - nIVmin = nIIImin iIII-IVmin = 8,3 x 27/54 = 4,2 ( vòng/phút ) - nVmin = nIVmin iIV-Vmin = 4,15 x 19/62 = 1,3 ( vòng/phút ) Số vòng quay lớn trục: - nII = nTCmax = 1900 x 27/61 = 841 ( vòng/phút ) - nIIImax = nIImax iII-IIImax = 841 x 27/61 = 372,3 ( vòng/phút ) - nIVmax = nIIImax iIII-IVmax = 372,3 x 36/45 = 297,8 ( vòng/phút ) - nVmax = nIVmax iIV-Vmax = 279,8 x 54/27 = 559,6 ( vòng/phút ) Tốc độ tính tốn động lực học cho trục: Ta có : ntính = nmin nmax nmin Suy : - ntII = 18,8 x = 48,6 ( vòng/phút ) ntIII = 8,3 x = 21,5 ( vòng/phút ) ntIV = 4,2 x = 12,1 ( vòng/phút ) ntV = 1,3 x = 5,9 ( vòng/phút ) Tốc độ tính tốn động lực học cho trục : Ta có : Mx = 9,55 106 N ntính MxII = 9,55 x 106 x 0,2092/48,6 = 41108,2 (N.mm) MxIII = 9,55 x 106 x 0,2/21,5 = 88837,2 (N.mm) MxIV = 9,55 x 106 x 0,192/12,1 = 151537,2 (N.mm) MxV = 9,55 x 106 x 0,184/5,9 = 297830,5 (N.mm) Tính đường kính sơ trục: • Theo cơng thức thiết kế chi tiết máy ta có: Dsb ≥ C N ntính (mm) Với C : hệ số tính tốn ; C = 110 ÷ 130 ; ta chọn: C = 120 - d sbII ≥ 120 x d sbIII ≥ 110 x d sbIV ≥ 110 x d sbV ≥ 110 x = 17,9 = 23,1 = 27,6 = 34,6 Ta có bảng động lực học hộp chạy dao: Trục nmin(v/ph)nmax(v/ph II III IV V 18,8 8,3 4,2 1,3 ) 841 372,3 297,8 559,6 ntính (v/ph) 48,6 21,5 12,1 5,9 N(KW)Mx(N.mm Dsb(mm) Dchọn(mm) ) 0,2092 41108,2 0,2 88837,2 0,192 151537,2 0,184 297830,5 17,9 23,1 27,6 34,6 3.3 Tính tốn thiết kế bánh răng: ( Trục V hộp chạy dao )  Tính tốn truyền bánh răng: i = 19/62 3.3.1 Chọn vật liệu chế tạo bánh răng: - - σbk = 750 N/mm2, σch = 450 N/mm2 , HB = 210 phôi rèn, giả sử đường kính phơi từ 60-90 mm Bánh 2: Thép 45 thường hóa, σbk = 580 N/mm2, σch =290 N/mm2, HB = 200 phơi rèn, giả sử đường kính phơi 100÷300 mm Bánh 1: Thép 45 tơi cải thiện, 3.3.2 Xác định ứng suất cho phép: a Ứng suất tiếp xúc cho phép: 25 30 35 40 [σ]tx =[σ]Notx.kN’ Trong đó: - [σ]Notx - ứng suất tiếp xúc cho phép (N/mm2) (3-1[4]-38) (bảng 3- 9[4]-43) + Bánh 1: [σ]Notx1 = 2,6HB = 2,6.210 = 546 (N/mm2) + Bánh 2: [σ]Notx2 = 2,6HB = 2,6.200 = 520 (N/mm2) - kN’ – hệ số chu kỳ ứng suất tiếp xúc kN’ = No – số chu kỳ sở đường cong mỏi tiếp xúc (bảng 39[TKM]-43) No = 107 Ntđ – số chu kỳ tương đương Ntđ = 60unT 3[4]-42) Trong đó: (3- n – số vịng quay phút bánh T – tổng số làm việc u – số lần ăn khớp quay vòng Giả sử thời gian làm việc 10 năm, năm 300 ngày, ngày tiếng Do đó: T = 8.300.10 = 24000 (giờ) u=1 + Bánh 1: Ntđ1 = 60.1.12,1.24000 = 1,7.107 + Bánh 2: Ntđ2 = i.Ntđ1 = 3.3.1,7.107 = 5,6.107 Ntđ1, Ntđ2 lớn No = 107 nên chọn kN’ = Do đó: ứng suất tiếp xúc cho phép: + Bánh 1: [σ]tx1 =[σ]Notx1.kN’ = 546.1 = 546 (N/mm2) + Bánh 2: [σ]tx2 =[σ]Notx2.kN’ = 520.1 = 520 (N/mm2) b Ứng suất uốn cho phép: [σ]u = 1,5.σ-1.kN”/nKσ (3-5[4]-42) Trong đó, σ-1 - ứng suất mỏi uốn chu kỳ đối xứng, σ-1 = (0,4÷0,45) σbk (đối với thép) n - hệ số an tồn, thép rèn, thường hóa n = 1,5 Kσ – hệ số tập trung ứng suất chân răng, bánh thép thường hóa Kσ = 1,8 kN” – hệ số chu kỳ ứng suất uốn: kN’ = No – số chu kỳ sở đường cong mỏi tiếp xúc (bảng 3- 9[4]-43) No = 107 Ntđ – só chu kỳ tương đương Ntđ = 60unT (3- 3[4]-42) Trong đó: n – số vịng quay phút bánh T – tổng số làm việc u – số lần ăn khớp quay vòng Giả sử thời gian làm việc 10 năm, năm 300 ngày, ngày tiếng Do đó: T = 8.300.10 = 24000 (giờ) u= + Bánh 1: Ntđ1 = 60.1.12,1.24000 = 1,7.107 + Bánh 2: Ntđ2 = i.Ntđ1 = 3,3.1,7.107 = 5,6.107 Ntđ1, Ntđ2 lớn No = 107 nên chọn kN’ = Do đó, ứng suất uốn cho phép: + Bánh 1: [σ]u1 = 0,43.750.1/1,5.1,8 = 119 (N/mm2) + Bánh 2: [σ]u2 = 0,43.580.1/1,5.1,8 = 92,3 (N/mm2) 3.3.3 Chọn sơ hệ số tải trọng: Ksb = 1,3÷1,5 chọn Ksb = 1,3 3.2.4 Chọn hệ số chiều rộng báng răng: φA Bộ truyền chịu tải nhỏ: φA = 0,15÷0,3 3.3.5 Tính khoảng cách trục A: CT 3-9[TKM]-45 A ≥ (i+1)= (3,3+1) = 118,2 (mm) chọn φA = 0,3 3.3.6 Vận tốc vịng chọn cấp xác chế tạo bánh răng: - Vận tốc vòng: (3-17[4]- - 46) v = (2AnVI)/[60.100( i+1)] = (2.3,14.119.12,1)/[60.100(3,3+1)] = 0,35 (m/s) Chọn cấp xác chế tạo bánh (bảng 3- 11[4]-46) 3.3.7 Tính xác hệ số tải trọng K: K = Ktt.Kđ (3-19[4]- 47) Trong đó: Ktt – hệ số tập trung tải trọng truyền không chạy mòn Ktt = (Ktt bảng + 1)/2, với φd = φA(i+1)/2 = 0,645 Dựa vào bảng 3-12[TKM]-47, chọn Ktt bảng= Ktt =1,05 Kđ – hệ số tải trọng động Kđ = 1,25 (bảng 3-13[4]- - 48) Do đó, K = 1,05.1,25 = 1,32 Ta thấy, K khác nhiều so với Ksơ = 1,3 (K=10% > 5%) Nên cần phải xác định lại khoảng cách trục A: A = Asơ bộ= 118,2= 119 (mm) Tính lại φA: φA = φA sơ bộ.K/Ksơ =0,3.1,32/1,3 = 0,3 3.3.8 Xác định mô đun, số răng, chiều rộng bánh răng: - Mơ đun: m = (0,01÷0,02)A = (0,015÷0,025).119 = (1,79÷3) (mm) Chọn m = (mm) Số bánh nhỏ: Z = 19 Số bánh lớn: Z’ = 62 Chiều rộng bánh răng: b = φA.A = 0,3.119 = 35(mm) 3.3.9 Kiểm nghiệm sức bền uốn răng: - Số tương đương bánh nhỏ: Ztđ =Z = 19; bánh lớn: Ztđ’ = Z’ = 62 Hệ số dạng (bảng 3-18[TKM]-52): + bánh nhỏ: y = 0,392 + bánh lớn: y’ = 0,499 Ứng suất uốn chân răng: (3- 33[4]-51) σu = 19,1.106KN/ym2Znb ≤ [σu] + Bánh nhỏ: σu1 = 19,1.106KNVI/ymn2ZnVIb = 19,1.106.1,55.0,13/0,392.22.19.12,1.35= 108,3 N/mm2 Q2 C = 633(5,9.24000)0,3 = 24687 Tra bảng 17P [4] chọn ổ A có kí hiệu 36209 Vì lí kết cấu sức bền nên ổ B chọn ổ nhỏ với kí hiệu 36207 3.5 Bảng số liệu kích thước bánh trục hộp chạy dao: Bảng thông số bánh răng: Bánh Số Z1 27 Z’1 61 Z2 27 Z’2 61 Z3 27 Z’3 54 Z4 31 Z’4 50 Z5 36 Z’5 45 Z6 31 Z’6 50 Z7 19 Z’7 62 Z8 45 Z’8 36 Z7 56 Z’8 27 Bảng thông số trục: Trục nmin(v/ph)nmax(v/ph ) Môđu n (mm) ntính (v/ph) Di A b (mm) 80 180 80 180 80 158 92 146 106 132 92 146 56 182 132 106 158 80 (mm) (mm) 130 35 119 N(KW)Mx(N.mm Dsb(mm) Dchọn(mm) ) II III IV V 18,8 841 8,3 372,3 4,2 297,8 1,3 559,6 Bảng thông số ổ lăn: Trục II III IV V VI 48,6 21,5 12,1 5,9 0,2092 0,2 0,192 0,184 Kí hiệu 36204 36205 36306/36206 36209/36207 7204 MỤC LỤC 41108,2 88837,2 151537,2 297830,5 dtrong 20 25 30/30 45/35 20 17,9 23,1 27,6 34,6 25 30 35 40 Dngoài 47 52 72/62 85/72 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Trọng Hiệp - Nguyễn Văn Lẫm, Thiết kế chi tiết máy, NXBGD, 1999 [2] Nguyễn Trọng Hiệp - Nguyễn Văn Lẫm, Chi tiết máy (tập 1&2), NXBGD, 1999 [3] Phan Kỳ Phùng - Lê Viết Giảng, Sức bền vật liệu (tập 1), NXBGD, 1997 [4] Ninh Đức Tốn, Dung sai lắp ghép , NXBGD 2007 [5] Nguyễn Ngọc Cẩn, Máy cắt kim loại, NXBĐHQGTPHCM, 2000 [6] Nguyễn Ngọc Cẩn, Thiết kế máy cắt kim loại, NXBĐHQGTPHCM, 2000 [7] Trần Hữu Quế, Vẽ kỹ thuật khí, NXBGD, 1990  ... phương án điều có kích thước hộp tốc độ - Số lượng bánh trục cuối: + Phương án : bánh + Phương án : bánh + Phương án : bánh Ta lập bảng so sánh phương án không gian sau: Số trục HTĐ Số bánh Kích... cơng, máy khoan phân thành loại sau: máy khoan đứng, máy khoan cần, máy khoan nhiều trục, máy khoan chuyên dùng • Nhận xét chung máy: + Ưu điểm máy: Độ cứng vững cao máy khoan đứng nhỏ máy khoan... 62 Hình 2.3 Sơ đồ động máy thiết kế CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN SỨC BỀN VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU MÁY 3.1 Xác định công suất hộp tốc độ hộp chạy dao: 3.1.1 Công suất cắt công suất chạy dao: a) Công suất cắt: