đồ án môn học thiết kế máy phay vạn năng

So sánh tính năng của một số máy tương tự như P80, P81, 6H82…để từđó tìm ra được máy có tính năng nổi trội nhất để khảo sát.Ta có bảng sau:Bảng I.1Phạm vi điều chỉnh tốc độ n ÷ n minmax

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘITRƯỜNG CƠ KHÍ

BỘ MÔN MÁY VÀ MA SÁT HỌC _

ĐỒ ÁN MÔN HỌCTHIẾT KẾ MÁY

KỲ HỌC: 20212 ĐỀ SỐ: 109 ĐẦU ĐỀ: THIẾT KẾ MÁY PHAY VẠN NĂNG

Giảng viên hướng

CHƯƠNG I:NGHIÊN CỨU NHÓM MÁY CÓ TÍNH NĂNG KỸ THUẬT

So sánh tính năng của một số máy tương tự như P80, P81, 6H82…để từ

đó tìm ra được máy có tính năng nổi trội nhất để khảo sát

Ta có bảng sau:

Bảng I.1

Phạm vi điều chỉnh tốc độ (n ÷ n ) min max

I.2.Phân tích phương án máy tham khảo (6H82).I.2.1 Hộp tốc độ.

Công suất động cơ:

Hình I.4 :Đồ thị sai số hộp tốc độ máy phay 6H82.

Nhận xét: Sai số n là sai số thực tế giới hạn vòng quay so với tiêu chuẩn, theo như đồ thị trên ta thấy sai số đa phần nằm trong khoảng cho phép - 2,6 riêng có

ở n là 2,83% và n là -2,85% vượt ngoài khoảng cho phép Với n = 30 vòng / 1 4 1

phút và n = 56 vòng / phút là hai tốc độ trục chính rất ít sử dụng trong quá trình4

gia công chi tiết do đó ta có thể chấp nhận được

c Đồ thị vòng quay, lưới kết cấu của hộp tốc độ

PAKG: 3 x 3 x 2 = 18

PATT: I II III

ĐTN: (1) (3) (9)

I.2.2 Hộp chạy dao

Công suất động cơ:

a Phương trình xích chạy dao:

Gồm có chạy dao dọc ,chạy dao ngang và chạy dao đứng

- Xích chạy dao dọc:

n (I).(IV (V) ) t (6.1) =>S (mm/ph)

- Xích chạy dao ngang:

Ta cần chuyển lượng chạy dao thành vòng quay của trục: n = i

b Từ đó ta có bảng chuỗi số vòng quay thực tế và tiêu chuẩn cùng với sai số:

n18 200

194,50

2,75

Ta có đồ thị sai số:

Hình I.7: Đồ thị sai số lượng chạy dao máy phay 6H82

Nhận xét: Sai số n là sai số thực tế giới hạn vòng quay so với tiêu chuẩn, theo như đồ thị trên ta thấy sai số đa phần nằm trong khoảng cho phép - 2,6 riêng có ở n12 n15 n là 2,76% và 2,75% vượt ngoài khoảng cho phép Do sai số 18

trong quá trình tính toán và làm tròn số theo tiêu chuẩn dẫn tới sai số n12 n15 n 18

vượt ra ngoài Trong quá trình gia công ta thấy với n12 n15 n ứng với s18 12 s15 s18

là lượng chạy dao rất ít sử dụng gia công hay dùng để gia công thô với độ chính xác thấp lên ta vẫn chấp nhận được

c Đồ thị vòng quay, lưới kết cấu hộp chạy dao

Với đường chạy dao thấp và trung bình

n0 = đc2n i01.i02 = 1420

24

n01 = đcn i01.i02 = 1420.44

26 24

I

i 01 II

Cơ cấu phản hồi này sẽ đảm bảo 9 tốc độ thấp cách đều nhau như 9 tốc

độ cao trước đó, nhưng phải đảm bảo:

- Đảm bảo 9 tốc độ thấp và 9 tốc độ cao không cùng nhau: có 18 tốc độ khác nhau

- Đảm bảo bộ các tốc độ cách đều nhau thì 2 tốc độ n và n cách đều 9 10

nhau một khoảng bằng 1 lượng mở giữa 2 tốc độc cao:

Muốn như vậy, đường phản hồi phải có lượng mở bằng số tốc độ cao (9) để đảm bảo khoảng cách này

Do hộp chạy dao làm việc với tốc độ thấp không nhiều ảnh hưởng đến năng suất nên chỉ cần đều và đủ

Do cùng Phương án không gian và Phương án thứ tự nên ta lấy đối xứng

Đồ thị vòng quay ở Hình I.6 từ trục III đến trục V ta được đồ thị lưới kết cấu như sau:

PAKG: 3 x 3 x 2 = 18

PATT: II I III

ĐTN: (3) (1) (9)

I.2.3 Cơ cấu đặc biệt trên máy 6H82

I.2.3.1.Cơ cấu hiệu chỉnh khe hở vít me

Tính năng kỹ thuật:

- Có 2 phương án I II III và II I III

Ta có 2 lưới kết cấu điển hình :

PAKG : 3 x 3 x 2 và PAKG: 3 x 3 x 2

PATT : I II III PATT : II I III

ĐTN :(1) (3) (9) ĐTN :(3) (1) (9)

2 2 4 Vẽ lưới kết cấu điển hình

Lý luận trước khi vẽ :

Hình 2.1

Hình 2.2Nhận xét:

- Qua 2 hình trên ta thấy rằng lưới kết cấu hình 2.1 là hợp lí hơn do lướikết cấu phân bố theo hình rẻ quạt giúp giảm tốc đều và từ từ, bánh răngchủ động và bánh răng bị động có số răng chênh lệch không quá lớn đảmbảo độ bền nên phương án này hợp lý nhất

- Xét bảng 2.3 ta thấy các PATT có lưới kết cấu dạng như hình 2.1 đều thỏamãn điều kiện

- Tham khảo máy tương tự 6H82, ta thấy phân bố tỷ số truyền các nhómđầu có chênh lệch nhỏ, thay đổi từ từ, đều đặn nên kích thước hộp nhỏgọn Vì vậy, PATT: I II III là hợp lí hơn cả

ta có thể đánh giá được toàn diện chất lượng của phương án thực hiện

- Quy ước các điểm trên trục nằm ngang chỉ số vòng quay cụ thể Các tianối các điểm tương ứng giữa các trục biểu diễn trị số tỉ số truyền củatừng cặp bánh răng (hay các cặp truyền động khác).Tia nghiêng phải biểuthị i > 1 Tia nghiêng trái biểu thị i < 1 Tia thẳng đứng biểu thị i= 1

- Xác định vi trí “n ” trên đồ thị, qua tỉ số truyền tham khảo máy tương tựdc

từ đó xác định được “n ” trên lưới trục I.o

Xác định vị trí n :

Ta có:

n = n0 đc.i0 với

Trong đó:

- nđc – số vòng quay của động cơ; n = 1440 (vg/ph):đc

- i0 – tỉ số truyền từ trục động cơ đến trục đầu tiên của hộp tốc độ, thamkhảo máy tương tự, ta có: i = 0

- n0 – tốc độ của trục đầu tiên Để dễ dàng khi tính toán, ta chọn n trùng0

với một tốc độ nào đó của trục cuối cùng

Vậy ta có:

Chọn n = n = 850 (vg/ph).0 15

Thay lại tính được ≈

Thỏa mãn: Ta chọn

Vậy ta chọn cặp bánh răng 21/36 để giảm tốc từ động cơ vào trục I

- Vẽ đường truyền ngoài cùng, hộp tốc độ của ta có 3 tỉ số truyền

();

Tham khảo máy tương tự và dựa vào lượng mở của lưới kết cấu Ta vẽ sơ bộđược đồ thị vòng quay (Hình 2.3)

Hình 2.3

2 2.6 Tính toán số răng của cặp bánh răng trong các nhóm truyền

Tính toán bánh răng trong máy công cụ có nhiều phương pháp:

- Phương pháp tính theo sức bền dựa vào khoảng cách trục và tỉ số truyền

đã biết

- Với các máy sửa chữa, có sẵn vỏ hộp tốc độ thì tính toán dựa vào khoảngcách trục

- Riêng máy công cụ vì nhiều cấp tốc độ tuân theo quy luật cấp số nhân thìtheo phương pháp công bội cấp số nhân.

- Đối với nhà máy thì dùng bảng tra số răng

Phương pháp tính:

Với nhóm truyền có cùng mô đun ta có công thức:

Với: f , g là các số nguyên không có thừa số chung.x x

Suy ra:

Trong đó:

- E : là số nguyên;

- K : là bội số chung nhỏ nhất (f + g ) trong một nhóm truyền;x x

- : Tổng số răng trong cặp bánh răng ăn khớp

với

Khi bánh răng nhỏ nhất làm bị động (nhóm truyền tăng tốc) thì:

Khi bánh răng nhỏ nhất làm chủ động (nhóm truyền giảm tốc) thì:

a Tính cho nhóm truyền I

Bội số chung nhỏ nhất của (f + g ) = 21 Vậy K = 21.x x

Ta nhận thấy bánh răng nhỏ nhất là Z trong đường truyền giảm tốc nên E1 min

được tính theo bánh răng chủ động:

Ta lấy E = 3

Vậy (răng)

b Tính cho nhóm truyền II

Bội số chung nhỏ nhất của (f + g ) = 63 Vậy K = 63.x x

Ta nhận thấy bánh răng nhỏ nhất là Z trong đường truyền giảm tốc nên E4 min

được tính theo bánh răng chủ động:

Ta lấy E = 1

Vậy (răng)

c Tính cho nhóm truyền III

Bội số chung nhỏ nhất của (f + g ) = 15 Vậy K = 15.x x

2 2.7 Kiểm nghiệm sai số vòng quay.

Ta có phương trình xích động tổng quát:

Tính sai số vòng quay theo công thức:

Điều kiện thỏa mãn: n 10 1 % 2,6%

Trong đó: n - số vòng quay lí thuyết; n - số vòng quay tính toánlt tt

Hình 2.6 Sơ đồ động hộp tốc độ máy thiết kế mới.

2.3.1.Tính toán thông số hộp chạy dao

Số liệu đầu vào:

- ,

Sdmin= Sngmin= 3Sđmin= 16 [mm/ph]

Để quá trình tính toán giống như khi thiết kế hộp tốc độ thì lượng chạy dao S , 1

S2, S (mm/ph) cần chuyển đổi thành số vòng quay cơ cấu chấp hành n , z s1

n , ns2 sn (vg/ph) Muốn chuyển đổi cần xác định cơ cấu chấp hành là cơ cấu gì Dựa vào máy tương tự (6H82) ta thấy cơ cấu tạo ra chuyển động chạy dao dọc, dao ngang, dao đứng là cơ cấu đai ốc và bước vít:

tx=6 [mm] ; nSn=

Mặt khác do Sng=S =3Sd đ=18 (mm/ph) cho nên ta chỉ cần tính toán với 1 đườngtruyền thì các đường truyền còn lại tính tương tự

Số cấp tốc độ hộp chạy dao giống với số cấp tốc độ hộp tốc độ do đó sẽ cónhững phần tính toán trùng nhau Vì vậy những cái giống nhau tham khảo hộptốc độ.

Từ các lượng chạy dao vừa tính ra được dãy số vòng quay của hộp chạy dao với

cơ cấu chấp hành là vít me có t =6 (mm) như sau:v

- Với

i si v

Snt

= với t = 6[mm].v

- Tốc độ ntv[vg/ph] ntc[vg/ph] Tốc độ ntv[vg/ph] ntc[vg/ph]

Bảng 2.3 Chuỗi số vòng quay tiêu chuẩn xích chạy dao dọc

Từ phương trình xích chạy dao máy tham khảo , ta có :

Phương trình xích chạy dao nhanh:

Vì ưu tiên giảm tốc nên ta sẽ chọn số vòng quay của trục trung tâm (trục VI) là:

Chọn:

Do yêu cầu Sdmin = Snmin = 3Sđmin nên ta chỉ cần tính toán với một đường truyền còn các đường truyền khác là tính tương tự Giả sử ta tính với đường chạy dao dọc.

Hơn nữa, ta thấy rằng trục cuối cùng thường là trục chính hay trục kế tiếpvới trục chính vì trục này có thể thực hiện chuyển động quay với số vòngquay từ n ÷ n nên khi tính toán sức bền dựa vào vị trí số n ta cómin max min

Thông số so sánh

Phương án

Do đó kích thước trục lớn suy ra các bánh răng lắp trên trục có kích thướclớn, mặt khác số bánh răng trên trục chính càng ít thì trục chính giảm bớtđược tải trọng, do đó máy sẽ gia công được chính xác hơn Vì vậy, tatránh bố trí nhiều chi tiết trên trục cuối cùng, do đó 2 PAKG cuối cùng có

sô bánh răng chịu Mx max lớn hơn cho nên ta chọn phương án tối ưu nhất

đó là phương án: 3 x 3 x 2

2.3.3 chọn phương án thứ tự cho hộp chạy dao

Như vậy hộp tốc độ có 3 nhóm truyền tương ứng với 3!=6 PATT

dao nhanh nên ta không thể chọn phương án thứ nhất xếp hình rẻquạt-sít đặc được mà phải sử dụng phương án thứ hai mới cókhông gian để lắp đặt các cơ cấu phụ.

Lý luận: Tuy đã chọn phương án thứ hai làm lưới kết cấu nhưng trên thực tế tavẫn không đủ không gian để lắp đặt các cơ cấu phụ trợ (nếu vẫn cố tình sử dụng

sẽ làm máy rất cồng kềnh) nên ta bỏ bớt trục số 4 trong lưới kết cấu và tiến hành

vẽ thêm cơ cấu phản hồi từ trục 5 về trục 4

Chính vì vậy mà ta chọn PATT có lượng mở là [3] [1] [9]

Do cơ cấu phản hồi nên lưới kết cấu có sự biến hình dẫn đến phương án thứ

tự của hộp chạy dao thay đổi với Z = 3 x 3 x 2 được tách làm 2 phần:

Phần thứ nhất Z = 3 x 31

Đặc tính nhóm: [3] [1]

Phần thứ hai Z = 22

Đặc tính nhóm: [9]

Z2 gồm đường truyền trực tiếp và phản hồi

Ngoài ra lưới còn có thêm đường chạy dao nhanh

Lưới kết cấu phản hồi như sau:

Hình 2.9 Lưới kết cấu phản hồi của Hộp chạy dao

a, Đồ thị vòng quay và chọn tỷ số truyền các nhóm

- Lý luận :

Lý luận:

Để vẽ đồ thị vòng quay của hộp chạy dao máy phay ta làm như sau :

- Lấy nguyên lưới kết cấu của hộp chạy dao sang để vẽ đồ thị

- vòng quay,đăt vào trục III , IV ,V của đtvq

- Dựa vào máy tham khảo ta vẽ các trục I ,II phía trên

- Dựa vào máy tham khảo ta vẽ các trục phía dưới từ trục VI đến trụcXIII

- Vẽ các trục dọc biểu thị giá trị từ n đến n .1 28

Vì n =1420[vg/ph] nên ta phải tính các giá trị n tiếp theo sau n đến khio 18

vượt qua giá trị 1420[vg/ph] thì dừng lại ngay ,ở đây ta tính đến n =28

342,21

431,18

543,29

684,55

862,53

1086,79

1369,35

- Ghi các giá trị tốc độ từ n đến n vào phía dưới trục XI(các tốc độ tính1 28

- Ta có đồ thị vòng quay hộp chạy dao của máy thiết kế như sau:

Hình 2.10 Đồ thị vòng quay máy thiết kế sơ bộb,Tính số bánh răng của bánh răng theo từng nhóm

- Nhóm I:

- Nhóm II:

- Nhóm III:

Bội chung nhỏ nhất là: K = 6

Với Zmin = 17 để tính Emin ta chọn cặp ăn khớp có lượng mở lớn nhất

Do giảm tốc cho nên ta tính:

Do giảm tốc cho nên ta tính:

Σ18;

aw là khoảng cách trục đã được xác định thông qua các tỷ số truyền đã được xác định i , i , i 4 5 6

m là mô đun của cặp bánh răng ăn khớp z , z1 2

là số răng của bánh răng nhỏ và bánh răng lớn

là góc nghiêng của răng

Áp dụng vào trường hợp này ta có:

(m là môđun của bánh răng)

- Vậy ta được hệ phương trình:

- Bảng thống kê số răng trong mỗi nhóm truyền:

Nhóm truyền Tỷ số truyền Máy thiết kế

n Phương trình xích nt.chuẩn nt.toán Δn(%)

6Bảng 2.4 Sai số vòng quay lượng chạy dao

- Đồ thị vòng quay :

Hình 2.10 Đồ thị sai số vòng quay (đường truyền chạy dao dọc)

- Ta thấy sai số vòng quay nằm trong khoảng ±2,6% đều nằm trong giới hạn cho phép Tuy nhiên một số kết quả vẫn có chứa sai số làm tròn trong việc tính toán

2.3.5.Thiết kế các truyền dẫn còn lại

- Tham khảo thiết kế máy tương tự ta có các cặp bánh răng ăn khớp như sau:

a Đường chạy dao ngang:

b Đường chạy dao đứng:

- Ta chọn các cặp bánh răng ăn khớp như đường chạy dao ngang

V – VI: 45/45

VI – VII: 28/35

VII – VIII: 22/35 sau đó đến cặp 22/33 và truyền trới trục vít me thông qua cặp bánh răng côn 22/44

- Với đường chạy dao nhanh ( chạy dao dọc):

- Ta chọn: cho nhóm truyền từ trục II đến trục V cho nhóm truyền từ trục V đến trục VI Và các tỷ số truyền còn lại:

- Snhanh = n iđc 01.i i i i i15 16 9 10 11.i12 .i i t13 14 x.

= nđc 6 = 2331,78 [mm/ph];

- Sai số lượng chạy dao nhanh:

100 100Vậy đường chạy dao nhanh đã đạt yêu cầu

Hình 2.12: Đồ thị vòng quay chay dao nhanh

2.3.6.Vẽ đồ thị vòng quay và sơ đồ động hộp chay dao máy thiết kế

Hình 2.13: Đồ thị vòng quay chay dao

Hình2.14: Sơ đồ động hộp chạy dao máy mới

2.3.7 Kết luận

Hộp tốc độ và hộp chạy dao của máy thiết kế mới đều kế thừa được những ưu điểm của máy tham khảo 6H82 như kết cấu thu gọn nhờ các cơ cấu phản hồi, bánh răng dùng chung, cùng các cơ cấu đặc biệt như li hợp ma sát, ly hợp vấu,

ly hợp an toàn Đồng thời, khi thiết kế máy mới, tỉ số truyền đã được tính toán lại làm giảm sai số khi hoạt động, qua đó giúp hiệu suất truyền động được nâng cao

CHƯƠNG III: TÍNH BỀN CHI TIẾT MÁY

Một máy mới khi thiết kế xong cần qui định rõ chế độ làm việc của máy,

do máy thiết kế tương tự máy 6H82 nên ta sử dụng luôn chế độ cắt thử cho máy6H82 của nhà máy cơ khí Hà Nội

3.1 Hộp tốc độ:

3.1.1 Tính công suất động cơ chính, lập bảng tính sơ bộ đường kính trục:

Hình 3.1 Các chuyển động khi phay nghịch

Trong quá trình gia công thì quá trình phay nghịch tao ra lực cắt lớn nhất,

vì vậy ta tính công suất theo quá trình phay nghịch

a) Công suất động cơ chính:

Công suất của động cơ chính được tính theo công thức:

Trong đó:

là công suất cắt (kW)

là công suất chạy không (kW)

là công suất phụ tiêu hao do công suất và do những nguyên nhân ngẫunhiên ảnh hưởng đến sự làm việc của máy

Thường thì công suất cắt N chiếm 70 80% N cho nên có thể tính gầnc đc

đúng công suất động cơ điện theo công suất cắt như sau:

+ Hiệu suất của một cặp ổ lăn

+ Hiệu suất của một cặp bánh răng

+ Hiệu suất khớp nối

+ Công suất trên trục động cơ: N = 7 [kW] đc

+ Công suất trên trục I của HTĐ:

≈

+ Công suất trên trục II của HTĐ:

+ Công suất trên trục III của HTĐ:

Do các trục quay với số vòng quay thay đổi từ n đến n cho nên khimin max

máy làm việc ở các cấp tốc độ thấp máy được làm việc đến mômen xoắn giớihạn, không làm việc hết công suất N Để tính toán hợp lý thì người ta dùng chế

độ cắt gọt tính toán, lấy số vòng quay tính toán trên từng trục là:

Tính momen xoắn trên các trục của HTĐ:

Momen xoắn được xác định theo công thức:

+ Momen xoắn trên trục I của HTĐ:

+ Momen xoắn trên trục II của HTĐ:

+ Momen xoắn trên trục III của HTĐ:

+ Momen xoắn trên trục IV của HTĐ:

+ Momen xoắn trên trục V của HTĐ:

c) Tính sơ bộ đường kính trục của HTĐ:

Đường kính trục sơ bộ được xác định theo công thức:

Trong đó: T – là mômen xoắn trên trục cần tính [Nmm]

[] – là ứng suất cho phép phụ thuộc vào loại vật liệu làm trục.Chọn vật liệu chế tạo các trục là thép C45 có = 600 MPa, ứng suất chophép là [] = 20 N/mm 2

Đường kính sơ bộ các trục của HTĐ:

Ở đây: G là trọng lượng bàn dao, lấy G = 45000 [N]

k = 1,4; f = 0,2 là hệ số ma sát thu gọn trên sống trượt