thiết kế máy cắt kim loại dành cho sinh viên và nghề cơ khí
TRẦN QUỐC HÙNG (Lưu hành nội bộ) TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY THIẾT KẾ MÁY CẮT KIM LOẠI TRẦN QUỐC HÙNG THIẾT KẾ MÁY CẮT KIM LOẠI (Lưu hành nội bộ) TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY 1 MỤC LỤC Trang Chương 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ THIẾT KẾ MÁY CẮT KIM LOẠI 5 1.1. Các chỉ tiêu cơ bản của máy cắt kim loại 5 1.1.1. Độ chính xác của máy 5 1.1.2. Độ cứng vững của máy 6 1.1.3. Độ tin cậy và tuổi thọ của máy 7 1.1.4. Độ bền và độ mòn của máy 8 1.1.5. Độ dao động và ảnh hưởng nhiệt 10 1.2. Cơ sở thiết kế máy cắt kim loại 10 1.2.1. Phạm vi điều chỉnh vận tốc cắt và lượng chạy dao 11 1.2.2. Chuỗi số vòng quay 14 1.2.3. Xác đònh các thông số động học cơ bản 19 1.2.4. Xác đònh công suất động cơ 23 Chương 2: THIẾT KẾ HỘP TỐC ĐỘ 27 2.1. Khái niệm 27 2.2. Thiết kế hộp tốc độ dùng cơ cấu bánh răng di trượt 27 2.2.1. Chọn phương án không gian 30 2.2.2. Xác đònh tỉ số truyền của hộp tốc độ 31 1. Mối quan hệ giữa các tỉ số truyền trong một nhóm bánh răng di trượt 31 2. Phương án thay đổi thứ tự 33 3. Lưới kết cấu 33 4. Đồ thò số vòng quay 36 2.2.3. Xác đònh số răng của bánh răng 55 2.2.3.1. Phương pháp tính toán 53 2.2.3.2. Phương pháp tra bảng 61 2.2.4. Sơ đồ động và sơ đồ truyền lực 67 2.2.5. Kiểm tra sai số vòng quay 69 2.3. Thiết kế các loại hộp tốc độ khác 71 2.3.1. Hộp tốc độ puli – đai truyền 71 2.3.2. Hộp tốc độ bánh răng thay thế 73 2.3.3. Hộp tốc độ dùng cơ cấu phản hồi 78 2.3.4. Hộp tốc độ có bánh răng dùng chung 81 2.3.5. Hộp tốc độ dùng động cơ nhiều cấp tốc độ 85 2.3.6. Hộp tốc độ có chuỗi số vòng quay hỗn hợp 89 2 Chương 3: THIẾT KẾ HỘP CHẠY DAO 95 3.1. Khái niệm 95 3.1.1. Đặc điểm 95 3.1.2. Yêu cầu 95 3.2. Phương pháp thiết kế hộp chạy dao thường 96 3.3. Phương pháp thiết kế hộp chạy dao chính xác 100 3.3.1. Sắp xếp bước ren thành bảng 101 3.3.2. Thiết kế nhóm cơ sở 102 3.3.2.1. Nhóm cơ sở dùng cơ cấu Norton 102 3.3.2.2. Nhóm cơ sở dùng cơ cấu bánh răng di trượt 105 3.3.3. Thiết kế nhóm gấp bội 107 3.3.3.1. Nhóm gấp bội dùng cơ cấu bánh răng di trượt 107 3.3.3.2. Nhóm gấp bội dùng cơ cấu Mêan 109 3.3.3.3. Nhóm gấp bội dùng cơ cấu then kéo 111 3.3.4. Thiết kế nhóm truyền động bù 112 3.3.5. Kiểm tra sai số bước ren 114 3.3.6. Thí dụ về thiết kế hộp chạy dao chính xác 114 Chương 4: THIẾT KẾ TRỤC CHÍNH VÀ Ổ TRỤC 129 4.1. Thiết kế trục chính 129 4.1.1. Yêu cầu đối với trục chính 129 4.1.2. Kết cấu của trục chính 130 4.1.3. Vật liệu của trục chính 131 4.1.4. Tính toán trục chính 131 4.2. Thiết kế ổ trục 141 4.2.1. Yêu cầu của ổ trục 141 4.2.2. Thiết kế ổ trượt 142 4.2.3. Thiết kế ổ lăn 149 Chương 5: THIẾT KẾ THÂN MÁY VÀ SỐNG TRƯT 156 5.1. Thiết kế thân máy 156 5.1.1. Yêu cầu của thân máy 156 5.1.2. Kết cấu của thân máy 156 5.1.3. Vật liệu thân máy 160 5.1.4. Tính toán thân máy 161 5.2. Thiết kế sống trượt 169 5.2.1. Yêu cầu của sống trượt 169 3 5.2.2. Kết cấu sống trượt 169 5.2.3. Điều chỉnh sống trượt 171 5.2.4. Bảo vệ và bôi trơn sống trượt 173 5.2.5. Vật liệu sống trượt 175 5.2.6. Tính toán sống trượt 176 5.3. Thiết kế sống lăn 181 5.3.1. Kết cấu sống lăn 181 5.3.2. Tính toán sống lăn 184 Chương 6 : CƠ CẤU MÁY 186 6.1. Cơ cấu chuyển động thẳng 186 6.1.1. Cơ cấu bánh răng - thanh răng 186 6.1.2. Cơ cấu trục vít - thanh răng 189 6.1.3. Cơ cấu vít me - đai ốc trượt 191 6.1.4 Cơ cấu vít me - đai ốc bi 198 6.1.5 Cơ cấu vi động 200 6.2. Cơ cấu chuyển động không liên tục 202 6.2.1. Cơ cấu bánh cóc - con cóc 202 6.2.2. Ly hợp một chiều 204 6.2.3. Cơ cấu Maltit 205 6.3. Cơ cấu đảo chiều 208 6.3.1. Yêu cầu 208 6.3.2. Cơ cấu đảo chiều bằng cơ khí 209 6.3.3. Cơ cấu đảo chiều bằng điện 214 6.3.4. Cơ cấu đảo chiều bằng thủy lực 214 6.3.5. Tính mômen đảo chiều 215 6.4. Hệ thống điều khiển 216 6.4.1. Chức năng và yêu cầu 216 6.4.2. Các phần tử trong hệ thống điều khiển 218 6.4.3. Các cơ cấu điều khiển bằng cơ khí 221 6.4.3.1. Hệ thống điều khiển riêng rẽ 222 1. Cơ cấu qụat răng – thanh răng 222 2. Cơ cấu ngàm gạt 224 2. Cơ cấu vít me – đai ốc 225 6.4.3.2. Hệ thống điều khiển tập trung 225 1. Hệ thống điều khiển một tay gạt 225 2. Hệ thống điều khiển dùng cam thùng 227 3. Hệ thống điều khiển dùng cam mặt đầu 229 TRẦN QUỐC HÙNG THIẾT KẾ MÁY CẮT KIM LOẠI (Lưu hành nội bộ) TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY 1 MỤC LỤC Trang Chương 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ THIẾT KẾ MÁY CẮT KIM LOẠI 5 1.1. Các chỉ tiêu cơ bản của máy cắt kim loại 5 1.1.1. Độ chính xác của máy 5 1.1.2. Độ cứng vững của máy 6 1.1.3. Độ tin cậy và tuổi thọ của máy 7 1.1.4. Độ bền và độ mòn của máy 8 1.1.5. Độ dao động và ảnh hưởng nhiệt 10 1.2. Cơ sở thiết kế máy cắt kim loại 10 1.2.1. Phạm vi điều chỉnh vận tốc cắt và lượng chạy dao 11 1.2.2. Chuỗi số vòng quay 14 1.2.3. Xác đònh các thông số động học cơ bản 19 1.2.4. Xác đònh công suất động cơ 23 Chương 2: THIẾT KẾ HỘP TỐC ĐỘ 27 2.1. Khái niệm 27 2.2. Thiết kế hộp tốc độ dùng cơ cấu bánh răng di trượt 27 2.2.1. Chọn phương án không gian 30 2.2.2. Xác đònh tỉ số truyền của hộp tốc độ 31 1. Mối quan hệ giữa các tỉ số truyền trong một nhóm bánh răng di trượt 31 2. Phương án thay đổi thứ tự 33 3. Lưới kết cấu 33 4. Đồ thò số vòng quay 36 2.2.3. Xác đònh số răng của bánh răng 55 2.2.3.1. Phương pháp tính toán 53 2.2.3.2. Phương pháp tra bảng 61 2.2.4. Sơ đồ động và sơ đồ truyền lực 67 2.2.5. Kiểm tra sai số vòng quay 69 2.3. Thiết kế các loại hộp tốc độ khác 71 2.3.1. Hộp tốc độ puli – đai truyền 71 2.3.2. Hộp tốc độ bánh răng thay thế 73 2.3.3. Hộp tốc độ dùng cơ cấu phản hồi 78 2.3.4. Hộp tốc độ có bánh răng dùng chung 81 2.3.5. Hộp tốc độ dùng động cơ nhiều cấp tốc độ 85 2.3.6. Hộp tốc độ có chuỗi số vòng quay hỗn hợp 89 2 Chương 3: THIẾT KẾ HỘP CHẠY DAO 95 3.1. Khái niệm 95 3.1.1. Đặc điểm 95 3.1.2. Yêu cầu 95 3.2. Phương pháp thiết kế hộp chạy dao thường 96 3.3. Phương pháp thiết kế hộp chạy dao chính xác 100 3.3.1. Sắp xếp bước ren thành bảng 101 3.3.2. Thiết kế nhóm cơ sở 102 3.3.2.1. Nhóm cơ sở dùng cơ cấu Norton 102 3.3.2.2. Nhóm cơ sở dùng cơ cấu bánh răng di trượt 105 3.3.3. Thiết kế nhóm gấp bội 107 3.3.3.1. Nhóm gấp bội dùng cơ cấu bánh răng di trượt 107 3.3.3.2. Nhóm gấp bội dùng cơ cấu Mêan 109 3.3.3.3. Nhóm gấp bội dùng cơ cấu then kéo 111 3.3.4. Thiết kế nhóm truyền động bù 112 3.3.5. Kiểm tra sai số bước ren 114 3.3.6. Thí dụ về thiết kế hộp chạy dao chính xác 114 Chương 4: THIẾT KẾ TRỤC CHÍNH VÀ Ổ TRỤC 129 4.1. Thiết kế trục chính 129 4.1.1. Yêu cầu đối với trục chính 129 4.1.2. Kết cấu của trục chính 130 4.1.3. Vật liệu của trục chính 131 4.1.4. Tính toán trục chính 131 4.2. Thiết kế ổ trục 141 4.2.1. Yêu cầu của ổ trục 141 4.2.2. Thiết kế ổ trượt 142 4.2.3. Thiết kế ổ lăn 149 Chương 5: THIẾT KẾ THÂN MÁY VÀ SỐNG TRƯT 156 5.1. Thiết kế thân máy 156 5.1.1. Yêu cầu của thân máy 156 5.1.2. Kết cấu của thân máy 156 5.1.3. Vật liệu thân máy 160 5.1.4. Tính toán thân máy 161 5.2. Thiết kế sống trượt 169 5.2.1. Yêu cầu của sống trượt 169 3 5.2.2. Kết cấu sống trượt 169 5.2.3. Điều chỉnh sống trượt 171 5.2.4. Bảo vệ và bôi trơn sống trượt 173 5.2.5. Vật liệu sống trượt 175 5.2.6. Tính toán sống trượt 176 5.3. Thiết kế sống lăn 181 5.3.1. Kết cấu sống lăn 181 5.3.2. Tính toán sống lăn 184 Chương 6 : CƠ CẤU MÁY 186 6.1. Cơ cấu chuyển động thẳng 186 6.1.1. Cơ cấu bánh răng - thanh răng 186 6.1.2. Cơ cấu trục vít - thanh răng 189 6.1.3. Cơ cấu vít me - đai ốc trượt 191 6.1.4 Cơ cấu vít me - đai ốc bi 198 6.1.5 Cơ cấu vi động 200 6.2. Cơ cấu chuyển động không liên tục 202 6.2.1. Cơ cấu bánh cóc - con cóc 202 6.2.2. Ly hợp một chiều 204 6.2.3. Cơ cấu Maltit 205 6.3. Cơ cấu đảo chiều 208 6.3.1. Yêu cầu 208 6.3.2. Cơ cấu đảo chiều bằng cơ khí 209 6.3.3. Cơ cấu đảo chiều bằng điện 214 6.3.4. Cơ cấu đảo chiều bằng thủy lực 214 6.3.5. Tính mômen đảo chiều 215 6.4. Hệ thống điều khiển 216 6.4.1. Chức năng và yêu cầu 216 6.4.2. Các phần tử trong hệ thống điều khiển 218 6.4.3. Các cơ cấu điều khiển bằng cơ khí 221 6.4.3.1. Hệ thống điều khiển riêng rẽ 222 1. Cơ cấu qụat răng – thanh răng 222 2. Cơ cấu ngàm gạt 224 2. Cơ cấu vít me – đai ốc 225 6.4.3.2. Hệ thống điều khiển tập trung 225 1. Hệ thống điều khiển một tay gạt 225 2. Hệ thống điều khiển dùng cam thùng 227 3. Hệ thống điều khiển dùng cam mặt đầu 229 4 4. Hệ thống điều khiển dùng khớp tùy động 230 5. Hệ thống điều khiển dùng đóa lỗ 231 6.5 Cơ cấu an toàn 233 6.5.1 Cơ cấu khóa lẫn 234 6.5.2. Cơ cấu hạn chế hành trình 236 6.5.3. Cơ cấu phòng qúa tải 237 Tài liệu tham khảo 241 [...]... CẮT KIM LOẠI Quá trình thiết kế máy cắt kim loại gồm có hai phần chính: – Thiết kế phần động học của máy • Xác đònh tính năng kỹ thuật của máy như hình dáng một tập hợp các chi tiết được gia công trên máy, kích thước giới hạn lớn nhất và nhỏ nhất có thể gia công được trên máy … 10 • Xác đònh các chuyển động của máy, chủ yếu là các chuyển động tạo hình • Lựa chọn phương án thiết kế → Lập sơ đồ kết cấu... THIẾT KẾ MÁY CẮT KIM LOẠI 1.1 CÁC CHỈ TIÊU CƠ BẢN CỦA MÁY CẮT KIM LOẠI 1.1.1 Độ chính xác của máy 1 Khái niệm Độ chính xác là một chỉ tiêu quan trọng của máy cắt kim loại, quyết đònh chất lượng chi tiết gia công từ độ chính xác kích thước đến sai lệch hình dạng và sai lệch vò trí tương quan giữa các bề mặt trên chi tiết Độ chính xác của máy ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công Sai số của máy. .. suất động cơ Khi thiết kế máy, cần phải tiến hành xác đònh công suất động cơ điện, để tạo cơ sở cho việc tính toán động lực học của các chi tiết máy và bộ phận máy trong máy Thường khó xác đònh chính xác công suất động cơ điện của một máy khi thiết kế mới Lý do là vì: − Chưa thể tính chính xác được lực cắt và lực chạy dao của các quá trình cắt gọt khác nhau khi gia công chi tiết trên máy, đặc biệt là... gia công những vật liệu khó cắt gọt hay cắt gọt với tốc độ cắt cao, máy cắt kim loại thường xảy ra hiện tượng dao động Sử dụng các biện pháp đơn giản trên những máy đã có sẵn nhằm làm tăng độ giảm chấn Thí dụ: Làm gối đỡ giảm chấn bằng dầu ép trên trục chính máy tiện có thể tăng năng suất cắt lên gấp đôi mà không gây ảnh hưởng lớn bởi dao động, đổ cát vào các hộc trống ở thân máy nhằm làm giảm chấn v.v…... bản • Lập sơ đồ động của máy – Thiết kế phần động lực học của máy • Xác đònh lực và mômen tác dụng • Tính công suất động cơ • Thiết kế động lực học của các chi tiết và bộ phận máy bao gồm xác đònh kết cấu, lựa chọn vật liệu, tính toán kích thước … 1.2.1 Phạm vi điều chỉnh số vòng quay và phạm vi điều chỉnh lượng chạy dao Khi gia công chi tiết, vận tốc cắt và lượng chạy dao của máy thay đổi tùy thuộc... chỉ phụ thuộc vào giới hạn của vận tốc cắt và đường kính chi tiết gia công Với một số máy vạn năng hiện đại thường có phạm vi điều chỉnh số vòng quay phù hợp với công dụng của máy (tham khảo Bảng 1-1) MÁY Phạm vi điều chỉnh số vòng quay Rn Máy tiện 50 ÷ 200 Máy phay 20 ÷ 100 Máy tiện đứng 25 ÷ 40 Máy khoan cần 20 ÷ 100 Máy bào 5 ÷ 40 12 b Chuyển động chính của máy là chuyển động thẳng khứ hồi Số vòng... của máy 2 Các nhân tố ảnh hưởng đến độ tin cậy của máy − Môi trường làm việc và tải trọng tác động lên máy − Quá trình hao mòn của máy ảnh hưởng đến độ tin cậy của máy − Sự biến động các chỉ tiêu chất lượng của máy theo thời gian 3 Các biện pháp bảo đảm độ tin cậy của máy − Nâng cao độ tin cậy sử dụng của máy, bằng cách: • Bảo dưỡng máy theo đúng qui trình và thời gian • Kiểm tra về độ chính xác của máy. .. biểu thò qua các dạng: − Sai số ban đầu của máy bao gồm sai số hình học và động học − Sai số do chế độ làm việc của máy bao gồm sai số đàn hồi, sai số động lực học và sai số nhiệt − Sai số do thời gian và điều kiện sử dụng máy như sai số do mòn, biến dạng ứng suất dư trong kết cấu − Sai số do dụng cụ cắt và sai số tạo hình Theo TCVN 1742–75, máy cắt kim loại được phân thành 5 cấp chính xác và được... pháp gần đúng: tính công suất động cơ theo công suất cắt Nc và hiệu suất tổng η Công suất cắt Nc được tính trên cơ sở lực cắt tới hạn Pz [N] và vận tốc cắt tới hạn V [m/ph]: P V [kW] (1-34) Nc = z 61200 Để tính chính xác lực cắt theo nguyên lý cắt (bảng 1-4), cần phải chọn chế độ cắt theo chế độ thử máy hoặc chế độ công nghệ cao (gia công thô) Công suất cắt Nc thường chiếm khoảng 70 ÷ 80% công suất động... với máy chuyên dùng thì không nhất thiết phải dùng chuỗi số vòng quay cấp số nhân, vì số vòng quay của máy chuyên dùng chỉ có một hoặc vài cấp số vòng quay phù hợp nhất đối với chi tiết gia công Hộp chạy dao của các máy dùng để cắt ren thì không sử dụng chuỗi cấp số nhân cũng như chuỗi cấp số cộng mà phải có phương pháp thiết kế riêng (xem trong chương 3, phần thiết kế hộp chạy dao chính xác) nhằm đạt . CHUNG VỀ THIẾT KẾ MÁY CẮT KIM LOẠI 1.1. CÁC CHỈ TIÊU CƠ BẢN CỦA MÁY CẮT KIM LOẠI 1.1.1. Độ chính xác của máy 1. Khái niệm Độ chính xác là một chỉ tiêu quan trọng của máy cắt kim loại, quyết. CHUNG VỀ THIẾT KẾ MÁY CẮT KIM LOẠI 5 1.1. Các chỉ tiêu cơ bản của máy cắt kim loại 5 1.1.1. Độ chính xác của máy 5 1.1.2. Độ cứng vững của máy 6 1.1.3. Độ tin cậy và tuổi thọ của máy 7 1.1.4 ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY THIẾT KẾ MÁY CẮT KIM LOẠI TRẦN QUỐC HÙNG THIẾT KẾ MÁY CẮT KIM LOẠI (Lưu hành nội bộ)