Đề tài thiết kế máy phay

Thiết kế máy phay Trớc hết ta phải tham khảo một số máy cũ mà nhà máy cơ khí Hà Nội đã chạy thử và nghiên cứu nó.. Tính năng kỹ thuật của một số máy t ơng tự: Sau khi nghiên cứu các chế

Lời nói đầu

Góp phần cho sự phát triển nền công nghiệp nói chung và sự tiến bộ của nền cơ khí nói riêng, máy cắt kim loại không ngừng đợc nghiên cứu và nâng cao chất l- ợng để khi sản xuất chúng đợc tối u trong quá trình cắt gọt để tạo ra đợc chất lợng sản phẩm tốt phục vụ cho sản xuất

Máy cắt kim loại đóng vai trò rất quan trọng trong các phân xởng cơ khí

Ngày nay với sự phát triển không ngừng của khoa học kĩ thuật, máy công

cụ cũng đợc tự động điều khiển Chính nhờ sự phát triển của tin học đã hình thành khái niệm phần mêm gia công, đem lại năng suất lao động, giảm giá thành sản phẩm giả phóng sức lao động cho con ngời.

Xu hớng phát triển trên thế giới hiện nay là năng cao độ chính xác gia công

và hoàn thiện máy tự động điều khiển.

Tuy vậy máy công cụ vạn năng vẫn là kiến thức cơ sở của sinh viên nghành cơ khí, là cơ sở để nghiên cứu để phát triển các máy CNC , NC , nếu không nắm vững kiến thức cơ bản này sinh viên sẽ không hoàn thành đợc nhiệm vụ của mình.

Phần đồ án thiết kế gồm 4 chơng

Chơng I Khảo sát máy tơng tự.

Chơng II Thiết kế máy mới

Chơng III Tính toán sức bền chi tiết máy

Chơng IV Cơ cấu điều khiển.

Trong quá trình tính toán và thiết kế không thể tránh đợc những sai sót do cha hiểu hết đợc về máy Vậy em mong đợc các thầy chỉ bảo để em hoàn thiện đợc nhiệm vụ của mình một cách tốt nhất và giúp em làm tốt hơn trong việc thiết kế sau này.

Em rất biết ơn sự hớng dẫn tận tính của thầy Tuấn, thầy Lực và các thầy giáo bộ môn cơ sở thiết kế máy đã giúp em hoàn thiện đồ án môn học này.

Hà nội, ngày

Sinh viên

Nguyễn Mạnh Hà

Thiết kế máy phay

Trớc hết ta phải tham khảo một số máy cũ mà nhà máy cơ khí Hà Nội đã chạy thử và nghiên cứu nó

Ta có các chế độ thử máy của nhà máy cơ khí Hà Nội

A Đối với máy phay P623

1 Thử cắt nhanh : dao P18 ; D = 90 ; Z = 8 chi tiết gang HRB = 180

Chạy nhanh 870 (v/p) kiểm tra sự trợt n = 20 (v/p)

B Tính năng kỹ thuật của một số máy t ơng tự:

Sau khi nghiên cứu các chế độ chạy và cắt thử của một số máy ta sẽ nghiên cứu các thông số tính năng kĩ thuật của một số máy tơng tự , các máy đó là các

đó để từ đó rút ra đợc những đặc tính tốt của máy , lấy đó làm cơ sở cho việc thiết

kế máy mới cũng nh để thừa kế những gì máy cũ đã có để tịên cho việc thiết kế , và nâng cao tính naeng của máy Nhng do điều kiện hạn hẹp ta chỉ khảo sát đợc ba

16/39

22/33 III

33 / 22

36 / 19

47 / 18

37 / 28

x 





38 / 32

71 / 17

27 / 27

18 / 36

37 / 21

40 / 18

40 / 40 40 / 18 45 /

27 / 27

18 / 36

37 / 21

40 / 18

40 / 40 40 / 18 45 /

27 / 27

18 / 36

37 / 21

40 / 18

40 / 40 40 / 18 45 /

C Ph ơng án không gian , ph ơng án thứ tự.

1 Hộp tốc độ:

a) Bố cục máy:

Từ máy mẫu ta có nhận xét sau:

+ Hộp tốc độ đợc đặt dới hộp trục chính , nh vậy giảm đợc cụm dẫn

động giữa hộp tốc độ và hộp trục chính → kích thớc của bộ truyền nhỏ gọn

và cứng vững

+ Hộp tốc độ phải đạt hiệu suất cao , tiết kiệm nguyên liệu , có tính công nghệ cao, làmviệc chính xác, sử dụng và bảo quản một các dễ dàng

+ Hộp tốc độ có một cặp bánh răng dùng chung về kết cấu không có gì đặc biệt nhng:

- Giảm chiều dài, tăng độ cứng vững cho trục và tiết kiệm nguyên liệu

- Giảm đợc khoảng cách giữa 2 bánh răng truyền mô men xoắn của hai nhóm lân cận

b) Phơng án không gian.

Xuất phát từ đồ thị vòng quay ta có phơng án không gian (3x3x2), với cấp tốc độ vòng quay trục chính là:

Z = 1x3 x 3 x 3 x 2 = 18 (tốc độ)Hộp có 4 nhóm truyền

Nhóm 1: có một tỉ số truyền Pa = 1 để truyền từ trục I đến trục II

i1 = Z1 / Z1’ = 26/54

Nhón 2: có 3 tỉ số truyền Pb = 3 để truyền mô men xoắn từ trục II đến trục III

i2 = Z2 / Z2’ = 19/36 ; i3 = Z3 / Z3’ = 22/33 ; i4 = Z4 / Z4’ = 16/39Nhóm 3: có 3 tỉ số truyền PC = 3 để truyền mô men xoắn từ trục III

đến trục IV

i5 = Z5 / Z5’ = 28/37 ; i6 = Z6 / Z6’ = 39/26 ; i7 = Z7 / Z7’ = 18/47Nhóm 4: có hai tỉ số truyền Pd = 2

- 18 cấp độ này lần lợt đổi vị trí ăn khớp của các nhóm bánh răng Cách thay

đổi thứ tự ăn khớp của các bánh răng theo thứ tự nhóm gọi là phơng án thay

Vậy công bội của nhóm truyền này là ϕ3 → nhóm III là nhóm khuếch

đại thứ nhất, với lợng mở là 3

- Nhóm IV : có 2 tỉ số truyền

n1 : n10 = 1: ϕ9

→ i7 : i8 = 1: ϕ9

i7 : i8 = n1 : n10

Vậy công bội của nhóm truyền này là ϕ9 → nhóm IV là nhóm khuếch

đại thứ 2, với lợng mở lớn nhất là9

Phơng án thứ tự của nhóm máy là:

1[ ]0 x 3[ ]1 x 3[ ]3 x 2[ ]9

Xuất phát từ công thức ϕ = Z−1 R n tính cho hệ thống truyền động cấp nhân không có cấp độ trùng Đối với máy phay thì trên đồ thị vòng quay của máy P623 thì không có cấp độ nào trùng nên ta có thể dùng đợc công thức trên, nhng ngoài ra ta có thể dùng công thức sau ϕ = (số tốc độ trớc /số tốc độ sau)

Ta thử vài trờng hợp sau:

ϕ1 = 37,5 / 37 = 1,01 ; ϕ2 = 47,5 / 37,5 = 1,265 ; ϕ3 = 60 / 47,5 = 1,263

nh vậy ta lấy ϕ = 1,26 (theo tiêu chuẩn)

+ Tính các giá trị x1 ; x2 ; x3 ; x4….

i1 = Z1 /Z1’ = 26/54 = 1,26X1 ⇒ x1 = -3,126 lấy x1 = -3

i2 = Z2 /Z2’ = 16/39 = 1,26X ⇒ x2 = -3,885 lấy x2 = -4

Xác định tơng tự cho các giá trị khác x3 , x4 …từ đó ta xác định đợc một lợng mở lân cận xi từ các giá trị x1 , x2 ,x3 …

a) Bố cục hộp chạy dao.

Hộp chạy dao đặt ngang dới bàn máy để giảm khoảng không kích thớc của máy → không cồng kềnh , tiết kiệm kim loại , kiểu dáng hài hoà

Cơ cấu đặc biệt:

• Trong hộp chạy dao có dùng cơ cấu phản hồi

+ Tiết kiệm đợc số trục , giảm kích thớc hộp chạy dao + Tận dụng đợc khoảng trống không gian dới ly hợp ma sát mặc

Đồ thị vòng quay của hộp chạy dao.

I II III IV V VI VII VIII IX X XI

1450

Ngoài ra còn có cơ cấu chạy dao nhanh không thông qua hộp chạy dao

Từ đồ thị vòng quay ta xác định đợc phơng án thứ tự của hộp chạy dao

6 66,79 x 1,26 84,15 15 534,62 x 1,26 673,63

2 Xác định số nhóm truyền tối thiểu:

m : số nhóm truyền tối thiểu

* Sơ đồ phơng án 3 x 3 x 2:

nhóm B

Nhóm D

f : Thờng lấy (2 ữ 3) ; (4 ữ 6) ; (8 ữ 12) tơng ứng với để bảo vệ , để thoát dao xọc , dùng lắp miếng gạt (tr195 : sách Tính toán thiết kế máy cắt kim loại)

*Sơ đồ phơng án 3 x 2 x 3

Phơng án trên có : L = 18B + 17f b) Lập bảng so sánh giữa 3 phơng án

Từ 1 phơng án không gian ta so sánh các phơng án thứ tự 6 phơng án thứ tự khác nhau có những phơng án trùng nhau vì pi bằng nhau vì vậy ta phải so sánh để tìm ra một phơng án hợp lí nhất

Các bớc so sánh phơng án thứ tự nh sau:

a) Chọn lới kết cấu:

Dùng bảng để loại trừ những phơng án không đạt yêu cầu

Kí hiệu:

I : Là nhóm thay đổi thứ nhất

II : Là nhóm khuếch đại thứ nhất

III : Là nhóm khuếch đại thứ hai

Từ một phơng án không gian 3 x 3 x 2 ta có các phơng án thứ tự nh sau:

*Lập bảng so sánh:

Víi ®iÒu kiÖn ϕx < 8 → theo b¶ng trªn ta cã hai gi¸ trÞ ϕx = 8

16

168

8

ơng án có lới kết cấu hình rẻ quạt đều đặn hơn → làm cho kích thớc của hộp nhỏ gọn , bố trí các cơ cấu truyền động trong hộp tốc độ chặt chẽ nhất

Phơng án 2 có tỷ số truyền tăng giảm lớn nênkích thớc của bộ truyền lớn →

g f Z

Zmin : số răng tối thiểu dùng trong hộp tốc độ thờng lấy bằng 17 (răng)

3 1

) 2 1 ( 17

51 )

f k

E

34 17 51

) 5 2 ( 17 ) (

2

2 2 min

g f Z

Tổng số răng ∑ Z = E x k = 3 x 21 = 63

Số răng của các bánh răng trong nhóm 1

45 18 63 18

) 5 2 (

2 63 ) (

' 2 2

ì

ì

g f

f k E

Z

42 21 63 21

) 2 1 (

1 63 ) (

' 3 3

ì

ì

g f

f k E

Z

39 24 63 24

) 13 8 (

8 63 ) (

' 4 4

ì

ì

g f

f k E

Z

) 53 21 ( 17 ) (

5

5 5 min

g f Z

VËy sè r¨ng nhá nhÊt cña nhãm III lµ:

∑ Z5 = E x k = 1 x 74 = 74

53 21 74 21

) 53 21 (

21 74

) (

' 5 5

×

×

g f

f k E

Z

42 33 74 33

) 41 33 (

33 74

) (

' 6 6

×

×

g f

f k E

Z

) 29 45 (

45 74

) (

' 7 7

×

×

g f

f k E

) 4 1 ( 17 ) (

8

8 8 min

g f Z

) 4 1 (

1 90 ) (

' 8 8

×

×

g f

f k E Z

30 60 90 60

) 1 2 (

2 90 ) (

' 9 9

ì

ì

g f

f k

E

Z

• Xác định đồ thị vòng quay của máy thiết kế.

Từ ta xác định đợc đồ thị vòng quay thông qua tỉ số truyền

i1 = 17/34 = ϕx⇒ x= lg(17/34) / lg1,26 = -2,999 lấy bằng –3 ⇒ i1 <1 vậy từ trục I kẻ nghiêng trái 3 ô xuống trục II

*Nhận xét.

Ta đã khảo sát máy cũ rất kĩ càng , vì vậy đối với máy cũ ta sẽ chọn điểm n0 của

động cơ trên trục I của đồ thị vòng quay tại tốc độ Max 1500 (v/ph), thì ứng với

tỉ số truyền i1 = 17/34 thì tốc độ thứ 2 đã trùng với một tốc độ của máy trên trục

II trục chứa nhóm sơ sở Vậy ta chọn điểm n0 giống với máy cũ đã chọn

2 4

1

0 0

0

n

n n

n i

dc dc

có sơ đồ bố trí nh hình vẽ của máy phay 6H82 phơng án (3 x 3 x 2) hay chính là phơng án :

∆ n

2,6

- 2,6

n(lgn)

Vậy máy thiết kế có sơ đồ động giống máy mẫu (6H82)4.Tính số răng nhóm truyền:

) 1 1 ( 17 ) (

2

2 2 min

g f Z

∑Z = E x k = 6 x 6 = 36

) 2 1 (

1 36 ) (

' 1 1

ì

ì

g f

f k E Z

) 1 1 (

1 36 ) (

' 2 2

ì

ì

g f

f k E Z

) 1 2 (

2 36 ) (

' 3 3

ì

ì

g f

f k E Z

→ 0 , 71

73 24

) 49 24 ( 17 ) (

4

4 4 min

g f Z

∑Z = E x k = 1 x 73 = 73

) 49 24 (

24 73

) (

' 4 4

ì

ì

g f

f k E Z

) 45 28 (

28 73

) (

' 4 5

ì

ì

g f

f k E Z

) 41 32 (

32 73

) (

' 6 6

ì

ì

g f

f k

E Z

Tính số răng của hai cặp bánh răng truyền từ động cơ vào trục I của nhóm I

Vị trí thiết kế máy phay với các số liệu và tính năng tơng tự nh máy 6H82 mà

ta đã khảo sát ta thấy hai cặp bánh răng truyền dẫn từ trục động cơ đến trục

của nhóm I là tơng đối hiệu qủa, vì qua hai nhóm truyền đó số vòng quay của

động cơ đã trùng với một tốc độ trên trục III của nhóm I Để mang tính kế thừa

ta chọn luôn hai cặp bánh răng đó làm hai cặp bánh răng truyền dẫn cho máy thiết kế:

40

26 44

Từ số răng , bảng thông số các tốc độ vòng quay ta vẽ đợc đồ thị vòng quay của máy chính xác

• Hình vẽ đồ thị vòng quay

Từ bảng thông số các vòng quay ta tính đợc sai số vòng quay.

Dao thép hợp kim T15K6 ; D = 100 mm ; Z = 4

Chi tiết vật liệu HB = 195

Chế độ gia công n = 750 (v/p) ; t= 3mm S = 750 (v/p)

B = 50 (mm) ; v = 235 (m/p) ; N = 8,5 KW

Trong đó B : chiều rộng phay+) Thử li hợp an toàn :

Dao phay gió P18 D = 110 mm Z =8

Chi tiết vật liệu thép C45 Mx = 20000 (N/cm)

Công thức II.18 trang 93 Sách Thiết kế tính toán Dụng cụ cắt kim loại

+ Tính Pz theo bảng II.1 trang 90 sách thiế kế máy cắt kim loại

13 ,

235 1355

2 , 5

KW

N

N c

dc = = = à

→ Chọn động cơ DK.52_4 có công suất N =7 kw

b) Công suất chạy dao

81 , 9 10

V Q N

η

Vs : Vận tốc chạy dao

ηcd = 0,15 : Hiệu suất của cơ cấu chạy dao

Q : Lực kéo Q= k x Px + f(PZ + 2PY + G) k= 1,4 ; f = 0,2

F: Hệ số ma sát thu gọn trên sống trợt G: Khối lợng bàn dao

Px = 0,3 x P0 x tgβ = 0,3 x 29928 x tg20 = 3267,87 (N)

PY = 0,2 x P0 = 0,2 x 29928 = 5985,6(N)

→ Q = 1,4 x 3267,87 + 0,2(16460 + 2x 5985,6 + 45000) = 19261,2 (N)

) ( 67 , 1 81 , 9 15 , 0 10 612

750 2 , 19261

Số vòng quay tính toán trên các trục

TrụcII: nmin = 1440 x 17/34 = 720 (v/ph) = nmax = n1

34

17 45

18 1440

17 45

18 1440

24 34

5 , 687

4

= 178,8(v/ph)

Trục V: nmin = 26,5 ; nmax = 1500 → n5 = 26,5 x

5 , 26 1500

4

= 72,7(v/ph)

* X ác định mô men xoắn trên động cơ

) ( 10 1 , 43 1440

375 , 6 9740

n

N M

dc

* Mô men xoắn trên các trục

i

i

dc dc x

n

n M

M = ì ì η

) ( 10 03 , 81 94 , 0 720

1440 10

1 ,

2 2

n

n M

dc

) ( 10 89 , 181 94 , 0 75 , 320

1440 10

1 ,

3 3

n

n M

dc

) ( 10 29 , 326 94 , 0 8 , 178

1440 10

1 ,

4 4

n

n M

dc

) ( 10 49 , 802 94 , 0 7 , 72

1440 10

1 ,

5 5

n

n M

M d

τ

2 , 0

3

≥ Lấy τx= 20

22 , 09 ( )

20 2 , 0

10 1 ,

2 , 0

10 03 ,

2 , 0

10 89 ,

2 , 0

10 29 ,

2 , 0

10 49 ,

3

3 Tính toán nối trục đàn hồi

Theo bảng (9.11) sách tính toán thiết kế chi tiết máy trang 233

Ta có d0 = 20 mm ; D = 90 mm ; lc = 19 mm ; d = 35 mm ;

lv = 15mm ; số chốt z = 6 ; c = 1 ữ 5

* Hình vẽ :

Ta có MX = 43,1.103(Nmm) Vật liệu làm khớp nối GX21- 40 , vật liệu làm chốt thép 45

• Kiểm nghiệm trục

a) Điều kiện sức bền dập của vòng đàn hồi:

) / ( 04 , 1 10 30 60 6

43100 3 , 1 2

2

0 0

mm N d

L D Z

M K

) / ( 2 , 47 60 10 6 1 , 0

15 43100 3 , 1

1 , 0

.

3 0

D d

L M K

C

C x

σ

σu < [ ]σu = 60 ữ 80 (N/mm)Vậy sức bền uốn và sức bền dập thoả mãn điều kiện cho phép

a) Chọn vật liệu chế tạo bánh răng.

Bánh răng lớn thép 45 , độ cứng sau thờng hoá 260 ữ 300 HB,

Bánh răng nhỏ thép 40 X độ cứng sau nhiệt luyện HRC = 45 ữ 60

σ σ

σ-1 = (0,4 ữ 0,45)σbk : giới hạn mỏi uốn

σbk : giới hạn bền kéo theo bảng 3-8 trang 40, 41 đối với thép 45 có

m = 9 : bậc đờng cong mỏi

n = 187 v/ph với thời gian làm việc 10 năm mỗi năm 300 ngày, mỗi ngày

2 ca cộng 8 giờ

→T = 10 x 300 x 2 x 8 = 48000 giờ → Tính ra đợc Ntđ > N0→ lấy ''

N

k = 1

[ ]σul =

8 , 1 5 , 1

260

= 96,3 (N/mm2)

[ ]σun =

8 , 1 5 , 1

i Z

m

tx tx

ì +

3

100

ϕ

32 , 5 3 , 1 4 1 4

1 4 1900

6800 3

Chän theo tiªu chuÈn m = 4

d) KiÓm nghiÖm theo søc bÒn uèn

32 , 5 3 , 1 128 26 , 0 8 18

1950 10

.

CÆp B¸nh r¨ng m B(mm) Di mm Dc (mm) Sè r¨ng

731600

2

2

D

M P

P2 = P0 = 41505 N + Lùc däc trôc cña dao

Pa2 = 0,3 P2 tgα = 0,3 x 41505 x tg150 = 3336,4 N + Lùc h¬ng t©m

Pr2 = 0,6 P2 = 0,6 x 41505 = 24903 N

b) TÝnh to¸n søc bÒn:

• Xét nhịp BC:

Thay gối tựa cho các ổ B và C ta chọn đợc hệ cơ bản bằng cách đặt vào B và C các quay Dầm liên tục trở thành dầm đơn mà tải trọng trên các dầm đơn không ảnh hởng đến dầm bên cạnh

Viết PT 3 mô men cho nút B:

0

P y y

r D

r C B

, 570 1849

) ( 9 , 570 285

88 1849

1

1

N y

N y

y P y

BC

EC P y

C

B B

r C

r B

- Ph¬ng tr×nh néi lùc:

+ XÐt t¹i mÆt c¾t 1-1:

Mx1= yC z1 Víi 0 ≤ z1 ≤ EC

T¹i z1= EC = 88 → Mx1=1278,1 88 = 112472,8 (N.m)+ XÐt t¹i mÆt c¾t 2-2:

Mx2 = -yC z2+Pr1(z2-EC).Víi EB ≤ z2 ≤ BCT¹i z2 = BC = 285 → Mx2 = 1278,2 285 – 1849 197 = 0

−

=

− +

.

0 0

0

2 2

2

GD P DC y M

P y y M

Y

r C

r D C D

, 12826 24903

8 , 12826 400

200 24903 166820

.

2 2

D

r C

y

DC

GD P M y

Ta cã: Mx4 = -yD z4 + Pr2(z4+GD) - M2

(3) (4)

(N) (N)

+ Ω11=21.112473,8 197 = 11078570,8 (N)+ Ω12=

11 11 1

1 1

l

b l

b l

b

Ω + Ω

= Ω

, 58 285

6 , 153 8 , 11078570

+)

1

12 12 1

11 11 1

1 1

l

a l

a l

a

Ω + Ω

= Ω

3 , 131 8 , 11078570

+)

2 22 22 12 21 2

2

) (

l b b

l

b

Ω + Ω

= Ω

Thay vµo hÖ ph¬ng tr×nh (1’) & (2’) ta cã:

−

= +

+

) 5 , 251980070 39

, 9033440 (

6 1370

285

83 , 698935

6 285

) 285 242 ( 2

C B

C B

M M

M M

−

= +

→

1566135065 1370

285

96 , 41936110 285

1054

C B

C B

M M

M M

86 , 285374

.

0 0

0

1

1

EC P BC X

P X X M

F

B

C B C

, 1568 5

, 5080

72 , 1568 285

88 5 , 5080

1

1

B C

B

X P X

BC

EC P X

CD X CG P M

P X X

D Y

D C

.

2

2

Với MY(c)=0

) ( 5 , 20752 2

41505 2

P X

MY4 = XD z4 - P2(z4-GD) Với GD≤ z4 ≤CD

Tại giá trị z4 = 200 thì

MY4=20752,5 200 – 41505.(200 - 200) = 4150500 NmmTại z4 = 400 →MY4 = 20752,5 400 – 41505 (400-200) = 0Xét biểu đồ nội lực trên các nhịp 1 (nhịp AB) & nhịp 2 (nhịp CD) ta xác định đợc các đại lợng trong phơng trình (1’) & (2’)

+ 1( 11. 11 12. 12)

1 1

1

l l

b = Ω + Ω Ω

Trong đó:

30440109 64

, 36 / 309002

197 2

1

Ω

16 , 13597612 64

, 309036

88 2

1

Ω

6 , 58 88 3

2 3

2

b

1

12 12 11 11 1

= Ω

Trong đó:

3 , 131 197 3

2 3

2

a

3 , 226 88 3

1 197

400

1

22 22 21 21 2

= Ω

1 3

1

b

3 , 133 200 3

2 3

Thay các giá trị trên vào hệ PT (1’) & (2’) ta có:

+

−

= +

+

96 , 2008402

03 , 396175 2628602182

) 400 285 ( 2 285

54 , 419201476

6 285

) 285 292

(

2

C

B C

B

C B

M

M M

M

M M

=

0

2 1

=

) (

1

2 1

M AD

+

− +

=

5 , 19236

=

- PT trình nội lực trong mặt yoz:

Nmm