Thiết kế hệ thống điều khiển

Lời nói đầu Một nội dung đặc biệt quan trọng cách mạng khoa học kỹ thuật toàn cầu nói chung với nghiệp công nghiệp hoá, đại hoá đất nớc ta nói riêng việt khí hoá tự động hoá trình sản xuất Nó nhằm tăng xuất lao động phát triển kinh tế quốc dân 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 nh khả áp dụng lý luận khoa học thực tiễn sản xuất cho đội ngũ cán khoa học kỹ thuật thiếu đợc Với kiến thức đà đợc trang bị, hớng dẫn nhiệt tình thầy giáo nh cố gắng cuả thân Đến naynhiệm vụ đồ án máy công cụ đợc giao em đà hoàn thành Trong toàn trình tính toán thiết kế máy " Máy tiện ren vít vạn "có thể nhiều hạn chế Rất mong đợc bảo thầy giáo cộng Phần I: khảo sát máy cỡ Máy tiện máy công cụ phổ thông, chiếm 40 50% số lợng máy công cụ nhà máy, phân xởng khí Dùng để tiện mặt tròn xoay (mặt trụ, mặt côn, mặt định hình, mặt ren) xén mặt đầu, cắt đứt Cã thĨ khoan, kht, Cã thĨ khoan, kht, doa trªn máy tiện Trong thực tế, có loại máy tiện vạn năng, máy tiện tự động, bán tự động, chuyên môn hoá chuyên dùng, máy tiện revolve, m¸y tiƯn CNC… Cã thĨ khoan, kht, cđa c¸c níc xà hội chủ nghĩa trớc tặng sản xuất Tuy nhiên thực tế yêu cầu thiết kế máy tiện vạn hạng trung, ta xem xét, khảo sát nhóm máy tiện ren vít vạn hạng trung (đặc biệt máy T620) Các máy hạng trung đợc sử dụng rộng rÃi thị trờng Việt Nam đợc thống kê bảng sau: 1A61 Công suất động (Kw) 10 4,5 4,5 Chiều cao tâm máy (mm) 200 160 200 200 Khoảng cách lớn hai mũi tâm (mm) 1400 750 1500 1000 Sè cÊp tèc ®é 23 12 21 21 Sè vßng quay nhá nhÊt nmin (v/p) 12,5 44 11,5 11,2 Sè vßng quay lín nhÊt nMax (v/p) 2000 1980 1200 2240 Lợng chạy dao dọc nhỏ Sdmin (mm/v) 0,070 0,060 0,082 0,080 Lợng chạy dao dọc lớn SdMax (mm/v) 4,16 1,07 1,59 1,36 Lợng chạy dao ngang nhá nhÊt Snmin (mm/v) 0,035 0,040 0,027 0,080 Lợng chạy dao ngang lớn SnMax (mm/v) 2,08 0,78 0,52 1,36 Các loại ren tiện đợc Ren Quốc tế, Anh, Môđun, Pitch Chỉ tiêu so sánh T620 T616 1A62 Nhận xét: cha phải tất loại máy nớc ta có nhng hạn chế tài liệu kinh nghiệm nên ta phân tích đợc loại máy Nhận thấy đề tài thiết kế với loại máy ta thấy máy tiện ren vít vạn năngT620 có đặc tính tớng tự có tài liệu tham khảo đầy đủ ta lấy máy T620 làm mẫu cho việc thiết kế máy I Khảo sát động học máy mẫu (T620): Đồ thị số vòng quay thực tế máy T620: Trị số công bội : Từ thông số cđa m¸y nmin = 12,5 v/p nMax = 2000 v/p Z = 23 √ Z−1 n Max 23−1 2000 √ nmin = 12,5 = 1,26 Suy c«ng béi là: = Vẽ lại đồ thị vòng quay máy T620: Sơ đồ động máy biểu thị c¸c nhãm tû sè trun nh sau: + Nhãm tõ trôc II – III: 51 ≈¿ ¿ i1 = 39 1,30 = X1 ⇒ x1 ¿ ⇒ x2 ¿ Lợng mở hai tia [x]: x = i2 [x] = -1,04 + Nhãm tõ trôc III – IV: 21 ≈¿ ¿ i3 = 55 0,38 = X3 ⇒ x3 ¿ 1,13 ϕ 2,17 = ϕ = -1,04 = x -4,19 Tia i3 lệch sang trái khoảng lµ: 4,19.log 29 ≈¿ ¿ i4 = 47 0,62 = X4 ⇒ 2,17 Tia i2 lƯch sang ph¶i kho¶ng là: 2,17.log i1 1,13 Tia i1 lệch sang phải khoảng là: 1,33.log 56 i2 = 34 1,65 = X2 ⇒ ⇒ ⇒ x4 ¿ -2,07 Tia i4 lệch sang trái khoảng là: 2,07.log 38 = i5 = 38 = X5 ⇒ x5 ¿ Tia i5 thẳng đứng Lợng mở [x] = [2] ứng với nhóm truyền khuếch đại + Nhóm từ trục IV – V: 22 ≈¿ ¿ i6 = 88 0,25 = X6 ⇒ ⇒ x6 ¿ -6 Tia i6 lÖch sang trái khoảng là: 6.log 45 = i7 = 45 = X7 ⇒ x7 ¿ Tia i7 thẳng đứng + Nhóm từ trục V VI: 22 ≈¿ ¿ i8 = 88 0,25 = X8 ⇒ ⇒ x8 -6 ¿ Tia i8 lƯch sang tr¸i khoảng là: 6.log 45 = i9 = 45 = X9 x9 Tia i9 thẳng đứng + Nhãm gi¸n tiÕp tõ trơc VI – VII: 27 ≈¿ ¿ i10 = 54 0,5 = X10 ⇒ ⇒ x10 -3 Tia i10 lệch sang trái khoảng lµ: 3.log + Nhãm trùc tiÕp tõ trơc VI – VII: 65 ≈¿ ¿ i11 = 43 1,51 = X11 ⇒ ⇒ x11 ¿ 1,78 Tia i11 lƯch sang ph¶i khoảng là: 1,78.log + Số vòng quay động nđc = 1450 v/p 145 + Tỷ số truyền cđa bé trun ®ai: i® = 260 ¿ 0,56 + HiƯu st cđa bé trun ®ai:  = 0,985 ⇒ Trị số vòng quay trục hộp tốc độ trục II: 145 n0 = nđc x i® x  = 1450 x 260 x 0,985 ¿ 800 v/p Qua đó, đồ thị vòng quay máy T620 có dạng: nđc = 1450 i n i i I ® II i III i i IV i i i V i i 11 VI i 10 VII 2000 12,5 2.Xích tốc độ quay trục chính: Xích nối từ động điện có công suất N = 10 Kw, sè vßng quay n = 1450 (v/ p), qua truyền đai vào hộp tốc độ (cũng hộp trục chính) làm quay trục VI Lợng di động tính toán hai đầu xích là: nđc (v/p) (số vòng quay động cơ) ntc (v/p) (số vòng quay trục chính) Từ sơ đồ động ta xác định đợc đờng truyền động qua trơc trung gian tíi trơc chÝnh XÝch tèc ®é cã đờng truyền quay thuận đờng truyền quay nghịch, đờng truyền tới trục bị tách làm hai đờng truyền: + Đờng truyền trực tiếp tới trục cho tốc độ cao + Đờng truyền tốc ®é thÊp ®i tõ trôc III – IV – V VI Phơng trình xích động biểu thị khả biến đổi tốc độ máy: 65 43 trùc tiÕp 29 47 n®c ¿ ¿ i®ai 56 34 51 39 22 88 → gi¸n 21 55 tiÕp 45 45 22 88 ¿ 45 45 ¿ 27 54 ntc 38 38 Phơng án không gian phơng án thứ tự: Từ ta xác định đợc công thức kết cấu máy là: Z = x x x + x x = 30 Qua đồ thị vòng quay công thức kết cấu nên phơng án không gian (PAKG) lí tởng máy là: 2x3x2x2+2x3x1 Ta nhận thấy máy tổ chức hai đờng truyền: đờng truyền gián tiếp (tốc ®é thÊp) vµ ®êng trun trùc tiÕp (tèc ®é cao), nh tốt, đờng truyền tốc độ cao cần số TST dẫn đến giảm đợc ồn, rung, giảm ma sát, tăng hiệu suất Có thể khoan, khoét, máy làm việc Theo lí thuyết tính toán để TST giảm từ từ đồng đều, đảm bảo đợc mô men xoắn yêu cầu số bánh trục đầu phải nhiều Do đó, đáng PAKG lµ x x x lµ tèt Tuy nhiên, phơng án x x x hợp lí vì: Do yêu cầu thực tiễn, máy có truyền động quay thuận phải có truyền động quay nghịch để phục vụ trình gia công đổi chiều (giả sử bàn xe dao chẳng hạn, có truyền động đa bàn dao tịnh tiến ngợc lại băng máy mà tịnh tiến đợc chiều Có thể khoan, khoét, ) Muốn trục vào (II) phải dùng li hợp ma sát (gồm nửa: chạy thuận chạy nghịch) để thực nhiệm vụ Sở dĩ dùng li hợp ma sát mà không dùng cấu khác tác dụng máy tiện cho đảo chiều thờng xuyên, cần phải êm, không gây va đập mạnh Có thể khoan, khoét, mà li hợp ma sát lại khắc phục đợc nhợc điểm Do đó, li hợp ma sát đợc lắp trục vào (II), để tránh kết cấu kích thớc lớn (trục II lắp thêm bánh răng) ta lấy máy bánh làm LHMS bánh trục có ®êng kÝnh lín NÕu trªn trơc ta tiƯp tơc giảm tốc độ đờng kính bánh trục có đờng kính lớn kết cấu hộp tốc độ lớn trục ngời ta tăng tốc độ để kích thớc bánh trục nhỏ kết cấu hộp tốc ®é nhá sau ®ã míi gi¶m tèc ë trơc §ång thêi, trơc cã l¾p LHMS ( thn 11 má, nghịch má) chiếm chiều dài lớn trục, ta lắp thêm bánh để thực phơng án không gian ( 3x2 ) trục dài gây võng trục ảnh hởng nhiều đến chất lợng gia công để giảm chiều dài trục tận dụng may bánh thực phơng án không gian (2x3 ) Sở dĩ LHMS đợc đặt trục II mà không đặt trục khác vì: Trục II có tốc độ không đổi (n0 = 800 v/p) trục vào nên có mômen xoắn nhỏ, đó, LHMS đặt trục có tốc độ, mômen xoắn nhỏ nhất, kích thớc li hợp nhỏ Vì PAKG x x x hợp lí Về phơng án thứ tự (PATT) máy có dạng là: PATT: I II III IV Ta nhận thấy, máy đà sử dụng PATT chuẩn, quy luật phân bố TST nhóm đầu có chênh lệch nhỏ, kết cấu máy hợp lí Từ đồ thị vòng quay ta nhận thấy máy có 23 tốc độ riêng biệt, tức có tốc độ trùng Ta có: Đối với đờng truyền gián tiếp: PAKG : x x x PATT : I II III IV Lợng mở [x]: [1] [2] [6] [12] Đối với đờng truyÒn trùc tiÕp: PAKG : x x PATT : I II IV Lỵng më [x]: [1] [2] [0] Từ đờng gián tiếp ta nhận thấy, lợng mở [x] = 12 không hợp lí Trong máy công cụ, hộp tốc độ có hạn chế TST i phải đảm bảo theo: i2 Với công bội = 1,26 TST i đợc biểu diễn đồ thị vòng quay nh sau: i=1 i=2 Nghĩa là: tia i1 = nghiêng trái tối đa ô tia i2 = nghiêng phải tối đa ô Tức là, lợng mở tối ®a Xmax = « 1 = [X] 12 , 26 Mặt khác, i = < không thoả mÃn điều kiện đà phân tích Vì để khắc phục, ngời ta phải giảm bớt lợng mở đờng truyền gián tiếp từ [X] = 12 xuống [X] = 9, đờng truyền trực tiếp giữ nguyên Giảm nh đờng gián tiếp cã tèc ®é trïng Khi ®ã, sè tèc ®é máy là: Z = (2x3x2x2 3) + (2x3x1) = 27 tốc độ, mà số tốc độ yêu cầu 23 dẫn đến thừa tốc độ Vì vậy, để khắc phục ngời ta đà xử lí cách: + Vẫn giữ nguyên số cấp tèc ®é cđa ®êng trun trùc tiÕp (6 tèc ®é) có số TST dẫn đến giảm đợc tiếng ồn, giảm rung động, giảm ma sát, đồng thời lại tăng đợc hiệu suất Có thể khoan, khoét, máy làm việc + Mặt khác, tiếp tục giảm thêm tốc độ đờng truyền gián tiếp có lợi vì: máy giảm đợc số tốc ®é cã hiƯu st thÊp dÉn ®Õn kÕt cÊu HT§ nhỏ, gọn hơn, đồng thời số tốc độ đợc bù vào đờng truyền trực tiếp Ngoài i = 1/ lớn giảm tốc độ khích thớc cặp bánh lớn Nh đờng truyền gián tiếp có lợng mở nhóm cuối là: [X] = 12 = Suy ra: Sè tèc ®é danh nghÜa đờng truyền gián tiếp là: Z1 = 2x3x2x2 = 18 Sè tèc ®é danh nghÜa cđa ®êng trun trùc tiÕp lµ: Z2 = 2x3x1 = DÉn ®Õn tỉng sè tèc ®é lµ: Z = Z1 + Z2 = 18 + = 24 Vì máy đòi hỏi 23 tốc độ, nên ngời ta đà xử lí cách: cho tốc độ thứ 18 (cao nhất) đờng truyền gián tiếp trùng với tốc độ thứ (thÊp nhÊt) cđa ®êng trun trùc tiÕp, ®ã máy 23 tốc độ Nghĩa trị số tèc ®é thø 18 (n18 = 630 v/p), cã thĨ đờng truyền (trực tiếp gián tiếp) Tuy nhiên, sử dụng tốc độ ta nên sử dụng đờng truyền trực tiếp (vì u điểm đà nói trên) Vì phơng án chuẩn máy là: Đối với đờng truyền gián tiếp: PAKG : x x x PATT : I II III IV Lỵng më [x]: [1] [2] [6] [12] §èi víi ®êng trun trùc tiÕp: PAKG : x x PATT : I II IV Lỵng më [x]: [1] [2] [0] Do ®ã, líi kÕt cÊu máy T620 là: I 2[1] 2[1] 3[2] 3[2] II III 2[6] IV 1[0] 2[6] V Đờng truyền gián tiếp Đờng truyền trực tiếp II Hộp chạy dao: Bµn xe dao: Bµn xe dao sư dơng bé trun bánh cho việc chạy dao dọc, sử dơng bé trun vÝt me - ®ai èc cho viƯc chạy dao ngang Để chạy dao nhanh có thêm động phụ Kw, n = 1410 v/p qua truyền đai để vào trục trơn Công thức tổng quát để chọn tỷ số truyền hộp chạy dao lµ: i = ibï.ics.igb = t v (mét vòng trục chính) Trong đó: tv bớc vít me bớc ren cần cắt phôi ibù TST cố định bù vào xích tryền động ics TST khâu điều chỉnh tạo thành nhóm sở igb TST nhóm gấp bội Xích chạy dao: máy tiện ren vít vạn xích tốc độ trục xích chạy dao đóng vai trò quan trọng Chức dùng để cắt ren, tiện tr¬n ThÕ giíi quy chn vỊ hƯ ren (trong đó, hệ có loại ren): + Ren Quốc tế (tr) Ren môđun (m) + Ren Anh (n) Ren Pitch (Dp) Vì vậy, máy tiện ren vít vạn T620 đáp ứng đợc loại ren với khoảng 112 bớc ren tiêu chuẩn 112 bớc ren khuếch đại phủ kín toàn loại ren thuộc TCVN, thỏa mÃn đầy đủ nhu cầu khí chế tạo sửa chữa Lợc đồ cấu trúc động học hộp chạy dao: i đcơ i i tthế i gbội L ợc đồ cấu trúc động học hộp chạy dao csở Từ cấu trúc động học xích chạy dao ta có phơng trình tổng quát cắt ren nh sau: vßng trơc chÝnh x ix x tv = tr (1) Ta thấy để cắt hết đợc bớc ren nh yêu cầu với bớc ren ta cần phải có tỉ số truyền, nh ta cần số lợng bánh lớn 812 = 112, để cắt bớc ren gấp bội cần phải có tỉ số truyền khác gấp bội lên (2; ), số bánh cần thiết 1122; 1124 điều nằm khả máy Để khắc phục chuyện qua khảo sát máy mẫu ta đà thấy rằng, để có đợc có tỉ số truyền khác để cắt bớc ren khác ta chia đờng truyền thành các nhóm khác nhau, có nhóm sở nhóm tạo tỉ số truyền sở để cắt bớc ren sở, từ ta míi cho qua mét tØ sè gÊp béi ®Ĩ thay đổi tỉ số truyền để cắt bớc ren lại, ta bố trí tỉ số truyền khuếch cắt đợc bớc ren khuyếch đại Từ yêu cầu ta có đợc bảng xếp bớc ren nh sau: