đề tài thiết kế hệ truyền động chính máy tiện

LỜI NÓI ĐẦU Trong công cuộc xây dựng và đổi mới đất nước thì việc phát triển khoahọc kỹ thuật đã ứng dụng vào lĩnh vực công nghiệp.Ở nước ta đã nhập khánhiều các loại máy móc,thiết bị hi

LỜI NÓI ĐẦU

Trong công cuộc xây dựng và đổi mới đất nước thì việc phát triển khoahọc kỹ thuật đã ứng dụng vào lĩnh vực công nghiệp.Ở nước ta đã nhập khánhiều các loại máy móc,thiết bị hiện đại.Do vậy đòi hỏi quá trình giảng dạycho học sinh,sinh viên phải trang bị những kiến thức cơ bản về nguyên lýhoạt động cũng như nguyên tắc vận hành của trang thiệt bị nhằm nắm bắtkịp thời với thực tế của xã hội trong hiện tại và trong những năm tới

Trong quá trình học tập tai trường em đã được học môn học Trang BịĐiện,để củng cố kiến thức môn học này đã có nhiều đề tài đồ án môn học về

các loại máy khác nhau giao cho HS-SV.Em đã nhận đề tài:thiết kế hệ truyền động chính máy tiện.Thiết kế hệ truyền động chính máy tiện là đề

tài tương đối khó,trong thời gian làm đồ án vừa qua với sự nỗ lực của bảnthân cùng sự giúp đỡ chỉ đạo tận tình của các thầy,cô giáo trong bộ môn

trang bị điện đặc biệt là sự giúp đỡ chỉ đạo tận tình của cô giáo:Nguyễn Minh Thư em đã hoàn thành xong bản đồ án này.

I Khái niệm chung :

1 Đặc điểm công nghệ :

Nhóm máy tiện rất đa dạng, gồm các máy tiện đơn giản, Rơvonve,máy tiện vạn năng, chuyên dùng, máy tiện cụt, máy tiện đứng Trên máytiện có thể thực hiện đợc nhiều công nghệ tiện khác nhau: Tiện trụngoài, tiện trụ trong, tiện mặt đầu, tiện côn, tiện định hình Trên máytiện có thể thực hiện đợc doa, khoan và tiện ren bằng các dao cắt, daodoa, tarô ren Kích thớc gia công trên máy tiện có thể từ cỡ vài milimét

đến hàng chục mét (Trên máy tiện đứng)

Dạng bên ngoài máy tiện

Chuyển động chính của máy tiện làm việc ở chế độ dài hạn, đó

là chuyển động quay của mâm cặp, chuyển động tịnh tiến liên tục củabàn dao Các chuyển động phụ gồm chuyển động phanh cầu dao và ụ sau,kéo phôi, bơm nớc, nâng hạ, kẹp và nới xà v.v

ở các máy cỡ nhỏ, ngời ta thờng dùng động cơ lồng sóc để kéo cáctruyền động cơ bản Loại động cơ này có u điểm về mặt kinh tế, đơngiản và đặc tính cơ cứng Điều chỉnh tốc độ bằng phơng pháp cơ khí,trong phạm vi

không rộng lắm Khi máy yêu cầu phạm vi tốc độ rộng thờng sử dụng độngcơ lồng sóc hai hay nhiều tốc độ

Một trong những đặc điểm của máy tiện cỡ nặng là yêu cầu điềuchỉnh tốc độ động cơ trong phạm vi rộng Vì vậy phần nhiều, ngời tadùng động cơ điện một chiều kết hợp với tốc độ 3 ữ4 cấp Điều chỉnh tốc

độ điện khí đợc thực hiện

bằng cách thay đổi từ thông động cơ, hoặc bằng phơng pháp điều chỉnh

2 vùng

2 Các thông số đặc tr ng cho chế độ cắt gọt của máy tiện

a Tốc độ cắt : Là tốc độ di chuyển tơng đối của bàn dao so với chi tiết

tại điểm tiếp xúc Đây là thông số cơ bản để xác định chế độ làm việccủa máy và để tính toán chế độ cắt gọt của máy, nó phụ thuộc vào cácyếu tố nh vật liệu làm dao và chi tiết gia công

- Lợng ăn dao : S (mm/vg)

- Chiều sâu cắt : t (mm)

- Tuổi thọ của dao : T

Tốc độ cắt đợc xác đinh theo biểu thức kinh nghiệm :

- T là tuổi thọ (độ bền) của dao

- S là lợng ăn dao khi chi tiết quay đợc một vòng

- C V , x V , y V , m là hệ số mũ phụ thuộc vào chi tiết gia công, vật liệu làm

dao và phơng pháp gia công Vật liệu gia công là gang, thép CT45 và vật

liệu làm dao bằng thép hợp kim cờng độ cao, nên chọn: C V = 40 ữ 260 lấy CV = 200; xV = 0,15 ữ 0,2 chọn: x V = 0,2; y V = 0,35 ữ0,8 chọn: y V = 0,35;

m = 0,1 ữ 0,2 chọn: m = 0,1; T = 60 ữ 80 ph chọn: T = 60 ph.

Để đảm bảo năng suất cao nhất, sử dụng máy triệt để nhất thì trongquá trình gia công phải luôn đạt tốc độ tối u, nó đợc xác định bởi những

thông số nh: độ sâu cắt t, lợng ăn dao S và tốc độ trục chính ứng với đờng

kính chi tiết xác định Khi tiện ngang chi tiết có đờng kính lớn, trongquá trình gia công đờng

kính chi tiết giảm dần, để duy trì tốc độ cắt (m/s) tối u là hằng số thìphải tăng liên tục tốc độ góc của trục chính theo quan hệ:

V z =0,5 .d ct ωct.60.10 ( /−3 m ph)

Trong đó : - dct: là đờng kính chi tiết (mm)

- ωct: tốc độ góc của chi tiết (rad/s)

b Lực cắt :

Là lực tác động tại điểm tiếp xúc giữa dao và chi tiết, lực đẩy tại điểmtiếp xúc gọi là lực pháp tuyến chia làm ba thành phần :

- Lực tiếp tuyến Fz : chống lại sự quay của chi tiết,

- Lực dọc trục Fx : chống lại sự di chuyển của bàn dao

- Lực hớng kính Fy : Chống lại sự tì của dao và chi

Trong đó : C F , X F , Y F , n là hệ số và mũ phụ thuộc vào vật liệu làm dao,

chi tiết gia công và phơng pháp gia công

c Công suất cắt :

Là công suất yêu cầu của cơ cấu chuyển động chính Quá trình tiệnxảy ra với công suất cắt là hằng số và đợc xác định.

,( )

10.60

3 kW V

F

P Z Z

Z =

Bởi vì lực cắt lớn nhất Fmax sinh ra khi lợng ăn dao và độ sâu ăn dao lớn,

t-ơng ứng với tốc độ cắt nhỏ Vzmin ; còn gọi là lực cắt lớn nhất Fmax xác địnhbởi t, s tơng ứng với tốc độ cắt Vzmin ; nghĩa là tơng ứng với hệ thức :

Fmax Vzmin = Fmin Vzmax

Sự phụ thuộc của lực cắt vào tốc độ nh hình vẽ :

d Thời gian máy :

Là thời gian để gia công chi tiết, nó còn đợc gọi là thời gian côngnghệ hay thời gian hữu ích Để tính thời gian máy phải căn cứ vào cácyếu tố của chế độ cắt gọt và phơng pháp gia công

3

.10( )

- N : tốc độ quay của chi tiết vg/ph

Nh vậy để giảm thời gian gia công, ta phải tăng tốc độ cắt, lợng ăn dao

và năng suất sẽ tăng

3 Phụ tải của cơ cấu truyền động cơ bản của máy tiện

a Trong truyền động chính của máy tiện lực cắt là lực hữu ích của máy nó phụ thuộc vào chế độ cắt ( t, S, V) vật liệu chi tiết làm dao.

Chuyển động chính của máy tiện là chuyển động quay đợc xác định :

( )2

Z Z

Z hi

F d

i

=

i là tỉ số truyền từ trục động cơ đến trục chính của máy.

* Đối với chuyển động chính là chuyển động tịnh tiến :

M hi = F Z ρ (N.m)

ρ là bán kính quy đổi lực cắt về trục động cơ

* Mô men cản tĩnh trên trục động cơ : M M hi ( m N )

c = η

η - là hiệu suất của bộ truyền từ trục động cơ đến trục chính

Với máy tiện đứng do có chuyển động trợt trên băng máy nên có xuất hiệnlực ma sát nơi gờ trợt của máy

Fms = FN.à = [g (mb + mct ) + Fy ].à (N)

FN - là lực đẩy tác dụng lên gờ trợt

à - là hệ số ma sát trợt phụ thuộc vào tốc độ mâm cặp ở tốc độ địnhmức

* ở chế độ xác lập lực kéo của các chuyển động mâm cặp đợc xác

định là tổng lực cắt và lực ma sát

FK = FZ + Fms = FZ + [g (mb + mct ) + Fy ] à (N)

Khi đó mô men trên trục động cơ ứng với chuyển động quay là:

( )

.2

m N i

d F

b Cơ cấu truyền động ăn dao

- Trong lực truyền động ăn dao động cơ thực hiện di chuyển bàn daohoặc chi tiết để đảm bảo quá trình gia công Hệ truyền động ăn dao đ-

ợc thực hiện bằng nhiều phơng án khác nhau

Lực dính sinh ra khi khởi động bàn dao :

Fd = β.S (N)

β - áp suất dính, thờng bằng 0,5 M/m2

S - diện tích bề mặt tiếp xúc ở gờ trợt của bàn dao, cm2

Các thành phần lực ăn dao : F x , F ms , F d không đồng thời trong quá trìnhlàm việc Nên khi xác định phụ tải truyền động ăn dao phân ra thành haichế độ làm việc là khởi động làm việc và ăn dao làm việc

Khi khởi động, lực ăn dao xác định bởi 2 lực ma sát do khối lợng củ bộ phận

di chuyển và lực dính :

Fad.kđ = à 0.g.mb +Fd (N)

Với à 0= 0,2 ữ0,3 - hệ số ma sát khi khởi động.

Khi cơ cấu ăn dao làm việc, lực ăn dao đợc tính :

Fad.lv = k.Fx +à.( g.mb +Fy + Fx ) (N)

Với hệ số ma sát khi làm việc, à= 0,05 ữ0,15

* Mô men trục vít vô tận đợc xác định theo biểu thức :

Mtv = 0,5 Fad dtv tg(α + ϕ ) (N.m)

Trong đó : d tv - đờng kính trung bình của trục vít vô tận; mm

α - góc lệch của đờng ren trục vít; độ

ϕ - góc ma sát của đờng ren trục vít; độ

* Mô men cản tĩnh trên trục động cơ đợc xác định bằng công thức :

( )

tv c

M

iη

=

i, η - là tỉ số và hiệu suất của bộ truyền

Khi xác định công suất động cơ truyền động ăn dao lần lợt chọn từ điềukiện mô men lớn nhất trong hai trị số mô men tơng ứng với hai lực ăn daokhi khởi động và làm việc Bởi vì truyền động ăn dao thờng có phạm vi

điều chỉnh tốc độ rộng nên động cơ cần đợc kiểm tra theo điều kiện

mômen cản tĩnh ở tốc độ nhỏ nhất có tính đến sự giảm mô men động cơ

do điều kiện làm mát xấu và kiểm tra theo điều kiện mô men khởi

động

Đồ thị phụ tải của truyền động chính Đồ thị phụ tải truyền động ăn dao

c Phụ tải của cơ cấu truyền động chính máy tiện :

Truyền động chính máy tiện đứng có đặc thù riêng Trên máy tiện

đứng chi tiết gia công có đờng kính lớn và đợc đặt trên mâm cặp nằmngang Do trọng lợng mâm cặp và chi tiết lớn nên lực ma sát ở gờ trợt vàhộp tốc độ khá lớn

Vì vậy phụ tải trên trục động cơ truyền động chính là tổng các thànhphần lực cắt, lực ma sát ở gờ trợt, lực ma sát ở hộp tốc độ

Đồ thị biểu diễn các thành phần công suất của truyền động chínhmáy tiện

- P1 là công suất khắc phục lực cắt

- P2 là công suất khắc phục lực ma sát ở gờ trợt

- P3 , P4 là công suất khắc phục lực ma sát trong hộp tốc độ tơng ứng do lực

ma sát và sự quay của mâm cặp

- P5 là tổng công suất của truyền động chính

II Chọn công suất động cơ trUYền động chính máy tiện :

* Quá trình tính toán chọn công suất động cơ đợc chia làm 2 bớc :

Công suất trên trục động cơ đợc xác định theo biểu thức :

M M

pt

ms hi

hi

+ +

= +

=

1 1

η

Trờng hợp riêng thì Mhi = Mhiđm , kpt = 1 tơng ứng với η =ηdm

+ B ớc 2 : Kiểm nghiệm động cơ theo những điều kiện cần thiết, tuỳthuộc vào đặc điểm cơ cấu truyền động mà động cơ đã chọn kiểmnghiệm theo điều kiện phát nóng, quá tải và mở máy

2 Ph ơng án chọn công suất động cơ cho hệ truyền động chính

Truyền động chính của máy tiện thờng làm việc ở chế độ dài hạn,tuy nhiên khi gia công các chi tiết ngắn, ở các máy trung bình và nhỏ do quátrình thay đổi nguyên công và chi tiết thời gian quá lớn nên truyền độngchính sẻ làm việc chế độ ngắn hạn lặp lại Khi xác định công ruất

động cơ truyền động chính phải tiến hành tính toán ở chế độ nặng nềnhất

Để chọn công suất động cơ truyền động chính ta cần thực hiện các b ớc :

+ B ớc 1 : Xác định các nguyên công cần thiết trong quá trình gia công chitiết

+ B ớc 2 : Từ các yếu tố cắt gọt xác định tốc độ cắt, lực cắt, công suất cắt

và thời gian máy ứng với từng nguyên công

+ B ớc 3 : Chọn nguyên công nặng nề nhất và giả thiết ở chế độ đó máylàm việc ở chế độ định mức, từ đó tính hiệu suất của máy ứng với từngnguyên công

+ B ớc 4 : Tính công suất động cơ ứng với từng nguyên công

+ B ớc 5 : Lập bảng tính toán và vẽ đồ thị phụ tải

NN L

Mm

t mm

S mm/v

ω

Rad/s

V m/ph

P 0j , t 0j công suất không tải trên trục động

cơ, thời gian làm việc không tải của máy

P0j = P0

Chọn động cơ có công suất định mức lớn

hơn 20 - 30 % công suất đẳng trị:

Pdm = (1,2 - 1,3).PdtB

ớc 7 : Động cơ truyền động chính máy

tiện cần phải đợc kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng và quá tải

02 02 01

01 2

2 1

t t t

t

t P t

P t

P t

P P

M M

M M

TB

+++

∆+

∆+

∆+

Theo yêu cầu đề tài ta có hai nguyên công :

- Nguyên công 1 (Khi tiện mặt trụ) L1 = 400 mm

- Nguyên công 2 (Khi tiện cắt ngang)

1.3.1 Xác định tốc độ cắt :

- Khi tiện mặt trụ :

m x v y v

v z

S t T

C V

1 1

1

Vật liệu chi tiết gia công là gang, thép CT45; vật liệu làm dao là thép

hợp kim cờng độ cao nên ta chọn : CF = 300; xF = 1; yF = 0,75; n = - 0,15

- Khi tiên mặt trụ :

v

C V

v y m

2

.d F

Z hi

M M

Z hi

M M

hi pt

dm

M k

M

Chän ηdm = 0 , 85

Ta cã : 0 , 85

1

1

= +

+

=

dm dm

dm

b a

Nguyªn c«ng nÆng nÒ nhÊt øng víi nguyªn c«ng 2 khi tiÖn trô:

- Khi tiÖn trô:

1

1

0,850,1

1

dm pt

a b k

hi pt

dm

M K

0,39

pt

a b k

hicad

pt cad

dm

M k

Z

K Z

V F

Khi tiÖn mÆt trô :

+ Khi m¸y cã t¶i nhng dao cha ¨n vµo chi tiÕt gia c«ng :

F V

- Khi tiÖn c¾t ngang :

+ Khi m¸y cã t¶i nhng dao cha ¨n vµo chi tiÕt gia c«ng : 2

Khi tiÖn mÆt trô :

+ Khi m¸y cã t¶i nhng dao cha ¨n vµo chi tiÕt gia c«ng :

1. 1

1,57

402,56 ( )0,0039

P

η

- Khi tiÖn c¾t ngang :

+ Khi m¸y cã t¶i nhng dao cha ¨n vµo chi tiÕt gia c«ng :

2. 2

0,6

153,846 ( )0,0039

P

η

Giả thiết trong quá trình tháo lắp chi tiết kiểm tra kích thớc, chuyển

đổi từ nguyên công này sang nguyên công khác Động cơ quay không tải,

công suất gọi là công suất không tải của máy :

D = max min max .max

Công suất động cơ đợc chọn theo công suất đẳng trị :

Động cơ đợc chọn thỏa mản với điều kiện phát nóng, phù hợp với tốc độ

và yêu cầu của đề tài.

Đồ thị phụ tải của động cơ

Phần II

Lựa chọn phơng án truyền động

I

Khái niệm chung :

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, các máy sản xuất ngày một đa dạng dẫn đến hệ thống trang bị điện ngày càng phức tạp và đòi hỏi sự chính xác và tin cậy cao Một hệ thống truyền động không những phải đảm bảo đợc yêu cầu công nghệ, mà còn phải ổn định.Tuỳ theo loại máy công