THIẾT KẾ MÁY KHOAN K125 SỐ LIỆU BAN ĐẦU 1. Hộp tốc độ: Zn = 12, nmin = 40 vòngphút ; Công bội : j = 1,41 Phạm vi bước tiến dao 0,2 ¸ 1,2 mmvòng NỘI DUNG THUYẾT MINH Lời nói đầu. Chương I : Phân tích máy tương tự. Chương I : Tính toán thiết kế động học toàn máy. Chương III : Tính toán sức bền và động lực học. Tính công suất động cơ : Tính toán sức bền : Tính trục chính. Một cặp bánh răng tự chọn. BẢN VẼ: Bản vẽ khai triển : + Hộp tốc độ X + Hộp chạy dao LỜI MỞ ĐẦU Máy công cụ đã có lịch sử phát triển từ lâu đời, nhưng mãi đến thế kỷ 18 mới có thể nói máy cắt kim loại đã ra đời.Những máy công cụ này chủ yếu dùng để gia công lổ. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, máy công cụ đã có những bước phát triển lớn đáp ứng được yêu cầu của sản xuất. Máy công cụ là thiết bị cơ bản để tạo nên các máy móc và dụng cụ của các ngành kinh tế khác nhau. Do đó mỗi quốc gia đều có chính sách nhằm phát triển về số lượng và chất lượng của máy cắt kim loại và cũng chính loại trang thiết bị kỹ thuật này được coi là một yếu tố đặc trưng cho trình độ sản xuất, trình độ phát triển của mổi nước. Máy khoan là máy cắt kim loại chủ yếu dùng để gia công lỗ. Ngoài ra, nó còn dùng để khoét, doa, cắt ren bằng tarô, hoặc gia công những bề mặt có tiết diện nhỏ, thẳng góc hoặc cùng chiều trục với lỗ khoan. Việc thiết kế một cái máy khoan đứng là một quá trình rất phức tạp đòi hỏi người thiết kế phải vận dụng những kiến thức đã học để tính toán các thông số của máy , tìm phương án tối ưu trong việc thiết kế, chế tạo sao cho đảm bảo tính năng hoạt động và hiệu quả kinh tế của máy . Sau một thời gian tìm tòi học hỏi và sự làm việc tận lực của cá nhân cùng với sự chỉ bảo tận tình của thầy Lý Ngọc Quyết và các thầy cô bộ trong bộ môn đã giúp cho em hoàn thành đồ án này. Do kiến thức và thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình tính toán thiết kế. Kính mong thầy cô chỉ dẫn thêm cho em để rút kinh nghiệm cho đồ án tiếp theo được tốt hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy Lý Ngọc Quyết và các thầy cô bộ môn đã tận tình hướng dẫn chỉ bảo cho em hoàn thành đồ án này.
Trang 1THIẾT KẾ MÁY KHOAN K125
SỐ LIỆU BAN ĐẦU
1 Hộp tốc độ:
Zn = 12, nmin = 40 vòng/phút ; Công bội : ϕ = 1,41
Phạm vi bước tiến dao 0,2 ÷ 1,2 mm/vòng
NỘI DUNG THUYẾT MINH
Lời nói đầu
Chương I : Phân tích máy tương tự
Chương I : Tính toán thiết kế động học toàn máy
Chương III : Tính toán sức bền và động lực học
* Tính công suất động cơ :
Ngày giao nhiệm vụ : / /
Hưng Yên , Ngày tháng năm 2012
Sinh viên thực hiện Giảng viên hướng dẫn
Lê Văn Đức Lý Ngọc Quyết
Trang 2Việc thiết kế một cái máy khoan đứng là một quá trình rất phức tạp đòi hỏi người thiết kế phải vận dụng những kiến thức đã học để tính toán các thông số của máy , tìm phương án tối ưu trong việc thiết kế, chế tạo sao cho đảm bảo tính năng hoạt động và hiệu quả kinh tế của máy
Sau một thời gian tìm tòi học hỏi và sự làm việc tận lực của cá nhân cùng với sự chỉ bảo tận tình của thầy Lý Ngọc Quyết và các thầy cô bộ trong bộ môn đã giúp cho
em hoàn thành đồ án này Do kiến thức và thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình tính toán thiết kế Kính mong thầy cô chỉ dẫn thêm cho
em để rút kinh nghiệm cho đồ án tiếp theo được tốt hơn
Em xin chân thành cảm ơn thầy Lý Ngọc Quyết và các thầy cô bộ môn đã tận tình hướng dẫn chỉ bảo cho em hoàn thành đồ án này
Hưng Yên, ngày 1 / 12 / 2012
Sinh viên thực hiện:
Lê Văn Đức
CHƯƠNG I PHÂN TÍCH MÁY TƯƠNG TỰ
I CHỌN MÁY TƯƠNG TỰ
Trang 3Chọn máy khoan đứng K125 do nhà máy cơ
khí Hà Nội sản xuất để phân tích
1 Sơ bộ về máy khoan đứng K125
- Giải thích kí hiệu K125
+ K: Khoan
+ 1: Máy khoan đứng
+ 25: Đường kính mũi khoan lớn nhất là 25
Máy có thể gia công các lỗ có đường kính
là (0 ÷ 25)mm Độ chính xác gia công đạt (1÷17)
Ra.Máy còn có thể taro, doa, khoét
2 Các thông số kĩ thuật của máy khoan K125
5 Khoảng cách từ tâm trục chính đến mặt trượt thân
máy
6 Khoảng cách lên xuống của trục khoan khi đĩa
phân khắc quay1vòng(bằng tay tự động)
10 Các tốc độ quay của trục khoan: 97, 140, 195,
Trang 414 Khoảng cách từ mặt dưới trục khoan đến bàn 0 ÷ 700 mm
15 Khoảng cách từ mặt cuối trục khoan đến nền 750 ÷ 1100 mm
II: ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO HỘP TỐC ĐỘ MÁY KHOAN K125
Hộp tốc độ lắp trên thân máy, vỏ hộp đúc bằng gang xám có gia công các lỗ để lắp các ổ bi đỡ của trục
Trong hộp gia công rỗng để lắp các trục, trên các trục có bố trí các khối bánh răng
cố định và di trượt Trên trục 2 có lắp cam lệch tâm để giúp cho bơm pistong làm việc, phía ngoài hộp có hai tay gạt, trên có lắp các bánh răng rẻ quạt để điều khiến các tốc độ
và để tạo ra 9 tốc độ cho máy khoan K125
Hộp tốc độ máy khoan K125 có các trục được bố trí theo phương thẳng đứng có tác dụng : Làm hộp giảm tốc nhỏ gọn, đỡ cồng kềnh, giảm giá thành khi gia công
Trang 5Hình 1: Cảnh toàn hộp.
- HTĐ máy khoan K125 gồm có 3 trục, trên mỗi trục có lắp các khối bánh răng di trượt và cố định Vỏ hộp có dạng hình hộp chữ nhật được đúc bằng gang xám Cψ15 ÷ 32
Hình 2: Hình dáng bên ngoài HTĐ máy khoan K125
1 Các trục trong hộp tốc độ
1.1 Trục I:
Là trục then hoa Trên trục có lắp khối bánh răng di trượt 3 bậc Các bánh răng này lắp ghép với nhau bằng lắp ghép trung gian có sử dụng then bằng và vòng phanh
Trang 6Đặc điểm của lắp ghép trung gian là có cả độ hở và độ dôi nhưng trị số bé Khi lắp ghép có thể dùng tay, dùng búa hoặc dùng máy ép.
Ưu điểm của việc lắp ghép đó là có thể thay thế từng bánh răng một khi bánh răng khác bị hỏng hóc
Khối bánh răng di trượt ba bậc gồm:
• Bánh răng Z23 x 2,5: Có 23 răng mô đun là 2,5
• Bánh răng Z27 x 2,5: Có 27 răng mô đun là 2,5
• Bánh răng Z25 x 2,5: Có 25 răng mô đun là 2,5
Bánh răng ( Z25 x 2,5 ) có tác dụng như một bánh răng rộng bản, phía đầu có gia công một rãnh để lắp ngàm gạt Bánh răng Z25 gia công rộng bản để tạo đủ 9
Các trục được cố định với nhau bằng than bằng và vòng phanh
Khối bánh răng di trượt 3 bậc gồm :
• Bánh răng Z18 x 3: Có 18 răng mô đun bằng 3
• Bánh răng Z70 x 3: Có 70 răng mô đun bằng 3
• Bánh răng Z25 x 2,5: Có 25 răng mô đun bằng 2,5
• Bánh răng Z36 x 3: Có 36 răng mô đun bằng 3
Phía đầu bánh răng Z36 x 3 có gia công một rãnh để lắp ngàm gạt
Đồng thời trên trục còn có hai bánh răng cố định là:
• Bánh răng Z68 x 2,5: Có 68 răng mô đun bằng 2,5
• Bánh răng Z72 x 2,5: Có 72 răng mô đun bằng 2,5
Hai bánh răng này được lắp cố định trên trục bằng 2 vòng phanh
Phía đầu trục có lắp một cam lệch tâm để bơm dầu pistong hoạt động
Trục được đỡ bằng 2 ổ bi đỡ
Trang 73 Trục III
Đây là trục chính của hộp cà cũng là trục chính của máy
Trục được chế tạo rỗng, đoạn đầu của trục gia công then hoa phía trong
Trên trục có lắp 3 bánh răng cố định:
Bánh răng Z45 x 3: Có 45 răng mô đun bằng 3
• Bánh răng Z27 x 3: Có 27 răng mô đun bằng 3
• Bánh răng Z63 x 3: Có 25 răng mô đun bằng 3
Các bánh răng này được cố định trên trục nhờ vai trục và vòng phanh
III:NGUYÊN LÝ VÀ ĐẶC ĐIỂM LÀM VIỆC
1 Nguyên lý làm việc
Chuyển động được truyền từ động cơ đến trục I qua bộ truyền đai
Trục I quay làm khối bánh răng di trượt 3 bậc là Z25, Z27, Z23 lắp trên trục I quay cùng vận tốc
Dùng tay gạt điều chỉnh để khối bánh răng này lần lượt ăn khớp với khối bánh răng di trượt trên trục II là Z18, Z45, Z36 hoặc ăn khớp với 2 bánh răng lắp cố định trên trục là Z36 và Z72 Làm chi trục II chuyển động với các vận tốc khác nhau tùy vào sự
ăn khớp của các bánh răng trên trục I và II
Dùng tay gạt điều chỉnh khối bánh răng di trượt trên trục II lần lượt ăn khớp với khối bánh răng cố định trên trục III là Z45, Z27, Z63 làm trục III chuyển động quay tròn với các vận tốc khác nhau Tùy vào sự ăn khớp của các cặp bánh răng
Động cơn v p
kw N
/ 1420
8 , 2
III(Trục chính v/p)
Trang 8Vậy HTD máy K125 có 9 tỷ số truyền cụ thể như sau:
1.1 PHÂN TÍCH CÁC CHUYỂN ĐỘNG TẠO HÌNH – THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KẾT CẤU ĐỘNG HỌC CỦA MÁY
- Máy khoan dùng để gia công lỗ, mở rộng lỗ, khoét ,doa lỗ Ngoài ra máy có thể gia công tự động, liên tục ren trong và ren ngoài bằng taro máy
- Các chuyển động tạo hình của máy khoan bao gồm chuyển động quay tròn V của trục chính và chuyển động tịnh tiến của mũi khoan
Với + Tỉ số truyền cửa hộp tốc độ : iv
+ Tỉ số truyền của hộp chạy dao : is
+ Động cơ : ĐC
- Ta có các phương án sơ đồ kết cấu động học
Trang 10và S điều này rất khó.
Phương án 3 sử dụng 2 động cơ nên rất tốn kém, hơn nữa việc bố trí 2 dộng cơ trên máy cũng khó khăn, làm cho máy công kềnh Phương án này cúng giống như phương án 2 không có mối quan hệ trực tiếp giữa tốc độ cắt và lượng tiến dao
Vậy ta chon phương án 1 là phương án tối ưu nhất
2 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY
Theo đề bài cho ta có
1 1 min
n
ϕ ϕ
nmax = nmin ϕZ-1 = 40.1,4111 = 1751,7Chọn nmax = 1752 vòng/phút
D C
Trang 11- Kuv = 1 thuộc chất lượng vật liệu dụng cụ cắt)
- Knv = 0,75 (hệ số phụ thuộc tình trạng bề mặt gia công)
- Kv =1,02.1.075 = 0,765
-Vmax =
2 , 43 765 , 0 1 , 0 70
25 1 , 17
4 , 0 125 , 0
25 , 0
7 , 0 2
, 0
4 , 0
p m
1752
min
n n
2 , 1
min
S S
Công bội ϕs = 1,26
Zs =
7 , 8 1 26 , 1 ln
6 ln 1 ln
ln
= +
= +
s s
R
ϕ
Chọn Zs = 9
Trang 12- Tính mô men xoắn và lực dọc trục:
¬ Momen xoắn: Mxmax =Cm.Dzm.Stym
55 , 9
06 , 180 119188 10
55 ,
max
kw n
N0: công suất chạy không
Np: công suất tiêu hao phụ do hiệu suất và nguyên nhân ảnh hưởng đến sự làm việt của máy
Thường Nc = 0,7÷0,8Ndc cho nên có thể tính gần đúng công suất động cơ dãn chính theo công suất cắt như sau:
Trang 13Ndcv =
) ( 214 , 3 7 , 0
25 , 2
kw
=
Công suất chạy dao dọc tính theo tỉ lệ phần trăm công suất truyền dẩn chính
Ndcs = k.NdcvMáy khoan k=0,04
Ndcs = 0,04.3,214 = 0,13 Trong máy khoan dùng một động cơ truyền dẫn chính lẫn truyền dẫn chạy dao nên
1752 log 6 , 1 log
6 , 1
Chọn x = 3
Vậy số nhóm truyền tối thiểu là x = 3
Với số cấp tốc độ của máy là 12 ta có các phương án không gian:3x2x2; 2x3x2; 2x2x3
Vậy có 3 phương án không gian và ta chọn phương án tối ưu nhất
Sơ đồ các phương án không gian được bố trí như sau:
Phương án: 3x2x2
Trang 14Phương án: 2x3x2
Phương án : 2x2x3
Trang 15So sánh các phương án không gian :
+tổng số trục của các phương án không gian bằng nhau :
p
1 =2(3+2+2) = 2(2+3+2) = 2(2+2+3) = 14 (bánh răng)i: số nhóm truyền
P: số tỷ số truyền
+chú ý lượng bánh răng chịu mômen xoắn ở trục cuối cùng
+chú ý các cơ cấu đặt biệt trong ly hợp ma sát , phanh
Lập bảng so sánh phương án không gian:
Trang 16Với phương án không gian trên ta có Bn = K l = 3 ! = 6 phương án thứ tự
(K: số nhóm bánh răng truyền dẫn trong hộp tốc độ)
Trang 17x: lượng mở
p: số tỷ số truyền trong nhóm
Lập bảng so sánh phương án thứ tự.
PAKG 2 x 3 x 2 2 x 3 x 2 2x 3 x 2 2 x 3 x2 2 x 3 x2 2 x 3 x 2PATT I II III I III II II I III II III I III I II III II ILượng mở 1 2 6 1 4 2 3 1 6 2 4 1 6 1 3 6 2 1
Lượng mở
max
Từ bảng trên ta loại hai phương án thứ tự I III II và II III I
Còn lại các phương án sau:
Trang 19Trình tự xây dựng đồ thị vòng quay
a) Chọn n = n10= 882 (vòng/phút) ; ϕ = 1,41
Số vòng quay trục chính là: 40, 56, 80, 112, 158, 223, 314, 443, 625, 882, 1242, 1752 (vòng/phút)
Dựa vào lưới kết cấu ta xây dựng lưới đồ thị vòng quay các đường nằm ngang biểu diễn các trục, các điểm biểu diễn số vòng quay, các tia biểu diễn tỷ số truyền giá trị tỷ
số truyền theo quay tắc sau:
+ Các tia nghiên sang phải biểu diễn tỷ số truyền i > 1
+ Các tia nghiên sang trái biểu diễn tỷ số truyền i < 1
+ Các tia thẳng đứng biểu diễn tỷ số truyền i = 1
+ các tia song song có giá trị như nhau
Trang 20b) ta có công thức kết cấu sau:
Vậy đường kính bánh đai nhỏ và lớn là: d = 128 (mm); D = 200 (mm)
Từ các thông số trên ta vẽ được đồ thị vòng quay
882
η đ đcn n
Trang 21Xác định số răng của các bánh răng :
Ở đây ta xác định số răng của các bánh răng theo phương pháp tính chính xác Yêu cầu khi tính theo phương pháp này là các bánh răng có cùng môđun và các khoảng cách trục trong một nhóm truyền là bằng nhau
Ta có khoảng cách trục trong một nhóm truyền :
A = mΣZ I = mΣZ II = = mΣZ P
2
1
2
1 2
1
⇒ ΣZI = ΣZII = = ΣZP
Mặt khác : ΣZx = Zx + Z`x và ix = x
x x
x
g
f Z
Z
=
'
Suy ra :
x x x
x
g f
x
g f
f
x x
g f
g E k Z
+
=
'
(2) Trị số E cần phải chọn trong một giới hạn giới hạn nào đó để cho số răng tính ra không nhỏ hơn số răng giới hạn Zmin = 17 Cho nên để tránh hiện tượng cắt chân răng thì cần đảm bảo: Z ≥ Zmin
Trang 22♦ Nếu bánh chủ động có số răng nhỏ nhất thì: Z x ≥ Zmin
f k
g f Z E
.
) (
= min chuí
và ta xác định E theo
min chuí
E
khi i < 1 ♦ Bánh bị động x
x x
g k
g f Z E
.
) (
=
min bë
và ta xác định E theo
min bë
E
khi i > 1
Và khi E không nguyên thì lấy giá trị E là lớn hơn và gần E tính nhất
Trong hộp tốc độ có 3 nhóm truyền với các tỷ số truyền sau :
Vậy bội số chung nhỏ nhất của các tổng trên: K = 22.3.= 12
Vì i1 <1 nên ta tính Emin theo Zmin chủ động:
Eminc = f k
g f Z
.
) (
1
1 1
Với Zmin = 17
Ta có: Eminc =
25 , 4 12 1
) 2 1 ( 17
) (
1
1 1
K f
g f Z
Chọn : Eminc = 5
Tổng số răng của một cặp bánh răng ăn khớp trên trục :
Z = K.E = 12.5 = 60
Số răng của các cặp bánh răng trong nhóm truyền thứ nhất :
Z1 = K.E
20 ) 2 1 (
1 5 12
1 1
+
= +g f
f
40 ) 2 1 (
2 5 12
.
1 1
1 '
+
= +
=
g f
g E K Z
Z2 = K.E
35 ) 5 7 (
7 5 12
2 2
+
= +g f f
Trang 23
25 ) 5 7 (
5 5 12
.
2 2
2 '
+
= +
=
g f
g E K Z
1
≈
⇒ (f5 + g5) = 5 + 7 = 12Vậy bội số chung nhỏ nhất của các tổng trên: K = 12x7 = 84
Vì i3 <1 nên ta tính Emin theo Zmin chủ động:
Eminc = f K
g f Z
.
) (
3
3 3
Với Zmin = 17
Ta có: Eminc =
772 , 0 84 11
) 31 11 ( 17
) (
3
3 3
K f
g f Z
11 1 84
3 3
+
= +g f
f
62 ) 31 11 (
31 1 84
.
3 3
3 '
+
= +
=
g f
g E K Z
Z4 = K.E
28 ) 2 1 (
1 1 84
4 4
+
= +g f
f
56 ) 2 1 (
2 1 84
.
4 4
4 '
+
= +
=
g f
g E K Z
Z5 = K.E
35 ) 7 5 (
5 1 84
5 5
+
= +g f
f
49 ) 7 5 (
7 1 84
5 5
5 '
+
= +
=
g f
g E K Z
Z3 = 22, Z’3 = 62 , Z4 = 28 Z’4 = 56, Z5 = 35, Z’5 = 49
Trang 243) Xác định số răng của các bánh răng trong nhóm III:
Ta có : i 6 = 4
1
11 41 , 1
Vậy bội số chung nhỏ nhất của các tổng trên : K = 2.33 = 54
Emin tính tại tia có tỷ số truyền i6 ; Bánh răng Zmin là chủ động nên :
Eminc = f K
g f Z
.
) (
6
6 6
Với Zmin = 17
Ta có : Eminc =
54 , 1 11 54
) 43 11 ( 17
) (
6
6 6
k f
g f Z
Chọn E=2 Tổng số răng của một cặp bánh răng ăn khớp trên trục:
Z = K E = 54.2 = 108
Số răng của các cặp bánh răng trong nhóm truyền thứ III:
Z 6 = K.E
22 ) 43 11 (
11 2 54
6 6
+
= +g f
f
86 ) 43 11 (
43 2 54
.
6 6
6 '
+
= +
=
g f
g E K Z
Z 7 = K.E
72 ) 1 2 (
2 2 54
7 7
+
= +g f
f
36 ) 1 2 (
1 2 54
7 7
7 '
+
= +
=
g f
g E K Z
Vậy số răng của các bánh răng trong hộp như sau :
n n
Trang 25∗ Sai số vòng quay cho phép [∆n]
[∆n] = ± 10 (ϕ - 1)% = ± 10 (1,41 - 1 ) = 4,1%
∗ Số vòng quay tiêu chuẩn n tc:
Tra bảng số vòng quay tiêu chuẩn , ta có chuỗi số vòng quay:
42, 60, 87, 122, 173, 250, 338, 482, 696, 995, 1390, 2000 vòng/phút ∗ Số vòng quay thực tế nth
nth = nđc.ηđai.iđai.Π=1 '
i i n
i Z Z
Với : nđc = 1440 (vòng/phút)
ηđai = 0,985 (ηđai : hiệu suất bộ truyền đai)
iđai = 0,7 (iđai :tỷ số truyền của bộ truyền đai)
⇒
nth = 995Π=1 '
i i n
i Z Z
Ta có phương trình đường truyền của xích tốc độ nhơ sau:
22 40
72 62
22 40
28 40
28 40
35 40
20 × × =
; n9 = 882.
630 36
72 49
35 40
20 × × =
n4 = 882 86 112,08
22 62
22 25
22 25
28 25
35 × × =
; n11 = 882 36 1234,8
72 56
28 25
35 × × =
n6 = 882 86 225,62
22 49
35 25
35 25
Trang 26Lập bảng tính sai số tốc độ của trục chính theo cong thức sau:
n ntc
∆ n: sai số vòng quay cho phép .
Bảng 2.3 : Bảng tính toán và so sánh sai số vòng quay:
Trang 2741 , 1 1 40
20 41 , 1 1
35 41 , 1
x 100%
0,71
4,1
41 , 1 1 62
22 41 , 1 1
x 100%
0,53
4,1
41 , 1 1 56
28 41 , 1 1
35 41 , 1
1
x 100%
-0,71
4,1
41 , 1 1 86
22 41 , 1 1
x 100%
1,19 4,1
Trang 2841 , 1 36
72 41 , 1
86
72
28 35 25
200
40
35 20
128
N= 4 Kw