tính toán thiết kế máy phay dựa trên máy chuẩn 6H82 Phần đồ án thiết kế gồm 4 chương . Chương I Khảo sát máy tương tự. Chương II Thiết kế máy mới . Chương III Tính toán sức bền chi tiết máy Chương IV Cơ cấu điều khiển.
Trang 1LỜI 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 được nghiên cứu và nâng cao chất lượng để khi sản xuất chúng được tối ưu trong quá trình cắt gọt để tạo ra được chất lượng sản phẩm tốt phục vụ cho sản xuất
Ngày nay với sự phát triển không ngừng của khoa học kĩ thuật, máy công cụ cũng được 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 người.
Xu hướng 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 được nhiệm vụ của mình.
Phần đồ án thiết kế gồm 4 chương
Trong quá trình tính toán và thiết kế không thể tránh được những sai sót do chưa hiểu hết được về máy Vậy em mong được các thầy chỉ bảo để em hoàn thiện được nhiệm vụ của mình một cách tốt nhất và giúp em làm tốt hơn trong việc thiết
kế sau này.
giáo bộ môn cơ sở thiết kế máy đã giúp em hoàn thiện đồ án môn học này.
Hà nội, ngày
Sinh viên
Trang 2
THIẾT KẾ MÁY PHAYCHƯƠNG I : KHẢO SÁT MÁY TƯƠNG TỰ
Ta phải khảo sát tất cả các máy công cụ của tất cả các nước để từ đó ta có thể
rút ra được kinh nghiệm và đem so sánh giữa các máy và xác định máy tốt nhất để
khảo sát và thiết kế
Trước 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 trượt n = 20 (v/p)
B Tính năng kỹ thuật của một số máy tương 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 tương tự , các máy đó là các
Trang 3Smin Smax
Trong thực tế trước khi thiết kế máy công cụ ta phải nghiên cứu và khảo sát
để tìm hiểu về tính năng kĩ thuật , phương án không gian ,phương án thứ tự của các máy đó để từ đó rút ra được những đặc tính tốt của máy , lấy đó làm cơ sở cho việc thiết kế máy mới cũng như để thừa kế những gì máy cũ đã có để tịên cho việc thiết
kế , và nâng cao tính naeng của máy Nhưng do điều kiện hạn hẹp ta chỉ khảo sát được ba loại máy : 6H82 ; 6H12 ; 6M82;
Nhưng ta lấy máy 6H82 làm chuẩn để khảo sát
Đồ thị vòng quay máy 6H82
I
26/54 II
16/39
22/33 III
36 / 19
47/18
37/28
x
38 / 32
71 / 17
ntc
b) Xích chạy dao.
+ Chạy dao ngang.
Trang 427 / 27 18 / 36
37 / 21 40 / 18
27 / 27 18 / 36
37 / 21 40 / 18
40 / 40
40 / 40 40 / 18 45 /
x 28/35 x 18/33 x 22/33 x 22/44 x tv Sđ
40 / 40
40 / 40 40 / 18 45 /
x 28/35 x 18/33 x 33/37 x 18/16 x 18/18 x tv Sd
+ Phương trình chạy dao nhanh.
nđc (1420) x 26/44 x 44/57 x 57/43 x 28/35 x 18/33 x 33/37 18/16 x 18/18 xtv Sn
C Phương án không gian , phương án thứ tự.
1 Hộp tốc độ:
a) Bố cục máy:
Từ máy mẫu ta có nhận xét sau:
+ Hộp tốc độ được đặt dưới hộp trục chính , như vậy giảm được cụm dẫn động giữa hộp tốc độ và hộp trục chính kích thước 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 nhưng:
- Giảm chiều dài, tăng độ cứng vững cho trục và tiết kiệm nguyên liệu
- Giảm được khoảng cách giữa 2 bánh răng truyền mô men xoắn của hai nhóm lân cận
b) Phương án không gian.
Xuất phát từ đồ thị vòng quay ta có phương 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
Trang 5Nhón 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
Trang 6Ta thử vài trường hợp sau:
1 = 37,5 / 37 = 1,01 ; 2 = 47,5 / 37,5 = 1,265 ; 3 = 60 / 47,5 = 1,263như vậy ta lấy = 1,26 (theo tiêu chuẩn)
Ta tính được lượng mở bằng các hiệu x2 - x1 ; x3 – x2
Biết được khoảng cách giữa các tia trên lưới vòng quay chính là khoảng cách lg
Sơ đồ lưới kết cấu hộp trục chính
Cơ cấu đặc biệt:
Trong hộp chạy dao có dùng cơ cấu phản hồi
Trang 7+ Tiết kiệm được số trục , giảm kích thước hộp chạy dao + Tận dụng được khoảng trống không gian dưới ly hợp ma sát mặc dù vẫn phải chấp nhận có bánh răng bị cắt chân răng (Z<17) nhưng nó đảm bảo được khoảng cách trục.
Đồ thị vòng quay của hộp chạy dao.
I II III IV V VI VII VIII IX X XI
1450
Từ đồ thị vòng quay ta xác định được phương án không gian (3 x 3 x 2)
Vậy số cấp tốc độ vòng quay của lượng chạy dao là :
Ngoài ra còn có cơ cấu chạy dao nhanh không thông qua hộp chạy dao
Từ đồ thị vòng quay ta xác định được phương án thứ tự của hộp chạy dao
Trang 9CHƯƠNG II THIẾT KẾ MÁY MỚI
2 Xác định số nhóm truyền tối thiểu:
m : số nhóm truyền tối thiểu
Áp dụng công thức nmin / nđc = 1/4m
m = lg(nđc / nmin) / lg4 = 1,6 lg(nđc / nmin) = 1,6 lg(1440/26,5) = 2,776
số nhóm truyền tối thiểu là 3
3 Phương án không gian:
Để mang tính thừa kế ta chọn số cấp tốc độ Z = 18 và số nhóm truyền
là 3 số phương án không gian như sau:
Z = 3 x 3 x 2 = 2 x 3 x 3 = 3 x 2 x 3 =18 Trong 3 phương án trên ta chọn phương án 3 x 3 x 2 có số bánh răng trên trục chính là nhỏ nhất
Xác định tổng số trục cần dùng
Str = m + 1 = 3 + 1 = 4
Trang 10f : Thường lấy (2 3) ; (4 6) ; (8 12) tương ứng với để bảo vệ ,
để thoát dao xọc , dùng lắp miếng gạt (tr195 : sách Tính toán thiết kế máy cắt kim loại)
Trang 11Số bánh răng chịu Mmax 3 2 3
Vì vậy ta chọn phương án không gian 3 x 3 x 2 để cho số bánh răng trên trục chính là ít nhất Trên trục chính bánh răng chịu mô men xoắn là lớn nhất nên càng giảm được số bánh răng càng ít càng tốt
4 Phương án thứ tự:
Một phương án không gian có m phương án thứ tự
Phương án không gian Z = 3 x 3 x 2 = 3 x 2 x 3 = 2 x 3 x 3
Phương án 1 , 2 lượng mở lớn nhất xmax = 9 đảm bảo max(p-1)x 8
Từ 1 phương án không gian ta so sánh các phương án thứ tự 6 phương án thứ tự khác nhau có những phương án trùng nhau vì pi bằng nhau
vì vậy ta phải so sánh để tìm ra một phương án hợp lí nhất
Các bước so sánh phương án thứ tự như sau:
a) Chọn lưới kết cấu:
Dùng bảng để loại trừ những phương án không đạt yêu cầu
Trang 12Kí hiệu:
I : Là nhóm thay đổi thứ nhất
II : Là nhóm khuếch đại thứ nhất
III : Là nhóm khuếch đại thứ hai
Từ một phương án không gian 3 x 3 x 2 ta có các phương án thứ tự như sau:
*Lập bảng so sánh:
Trang 13Với điều kiện x < 8 theo bảng trên ta có hai giá trị x = 8
Các phương án 1 và phương án 2 ta có thể sử dụng được nhưng ta sẽ sử dụngphương án1 vì phương án 1 có lượng mở và tỷ số truyền thay đổi từ từ ,đều đặn tức phương án có lưới kết cấu hình rẻ quạt đều đặn hơn làm cho kích thước của hộp nhỏ gọn , bố trí các cơ cấu truyền động trong hộp tốc độ chặt chẽ nhất Phương án 2 có tỷ số truyền tăng giảm lớn nênkích thước của bộ truyền lớn
vì vậy ta không sử dụng phương án 2
Các phương án 3 , 4 , 5 ,6 không sử dụng được do x
16
16 8
8
Trang 14Bội số trung nhỏ nhất của (f1 + g1 ) là 3 k = 3
Vì là hộp giảm tốc nên bánh răng nhỏ là bánh chủ động Ta có :
k f
g f Z
Zmin : số răng tối thiểu dùng trong hộp tốc độ thường lấy bằng 17 (răng)
3 1
) 2 1 ( 17
51 )
f k E
Trang 1534 17 51
Bội số trung nhỏ nhất của (fx + gx) là k = 21
Hộp là hộp giảm tốc nên bánh răng nhỏ là bánh răng chủ động
21 2
) 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
f k E
Z
42 21 63 21
) 2 1 (
1 63 ) (
' 3 3
f k E
Z
39 24 63 24
) 13 8 (
8 63 ) (
' 4 4
f k E
) 53 21 ( 17 ) (
5
5 5 min
g f Z
Vậy số răng nhỏ nhất của nhóm III là:
Z5 = E x k = 1 x 74 = 74
53 21 74 21
) 53 21 (
21 74
) (
' 5 5
f k E
Z
42 33 74 33
) 41 33 (
33 74
) (
' 6 6
f k E
Z
) 29 45 (
45 74
) (
' 7 7
f k E
Z
Số răng nhóm III là :
Trang 16) 4 1 ( 17 ) (
8
8 8 min
g f Z
) 4 1 (
1 90 ) (
' 8 8
f k E
Z
30 60 90 60
) 1 2 (
2 90 ) (
' 9 9
f k
E
Z
Từ ta xác định được đồ thị vòng quay thông qua tỉ số truyền
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
Đối với i1 , i2 , i3 ,…xác định tương tự
17/34
II
Trang 172 4
1
0 0
0
n
n n
n i
dc dc
Trang 182 Phương án không gian: 3 x 3 x 2 số trục Str = 5 + 1 = 6
Số bánh răng Sbr= 2 x (p1 + p2 + p3 + p4) = 2 x (1 + 3 + 3 + 2) = 18
Chọn phương án 3 x 3 x 2: vì trong thực tế ta có thể chọn phương án 2 x 3 x 3 và 3 x 2 x 3 nhưng do đặc điểm của máy phay là :Trong quá trình cắt dao có thể bị vướng vào vật cản hoặc là dao cắt với lực cắt quá tải , dao không thể quay được Vì vậy để an toàn trên trục chính người ta lắp 1 ly hợp phòng quá tải và một ly hợp ma sát, như vậy để tiết kiệm khoảng không gian trong buồng máy người ta phải bố trí bánh răng trong hộp chạy dao một cách hợp lý Ta lắp ly hợp ma sát trên trục IV, còn giữa trục III và IV người ta dùng cơ cấu phản hồi Vì vậy ta có sơ đồ bố trí như hình vẽ của máy phay 6H82 phương án (3 x 3 x 2) hay chính là phương án :
(3 x 3 x 1) + (3 x 3 x 1 x 1 x 1)
3 Phương án thứ tự:
Chọn phương án thứ tự như là phương án thứ tự của máy mẫu :
1 0 x 1 0 x 3 3 x 3 1 x 2 9
Không giống như hộp trục chính , ở đây ta không dùng phương
án hình rẻ quạt 3 3 x 3 3 x 2 9 vì trong hộp chạy dao sẽ dùng
cơ cấu phản hồi nên ta phải dùng phương án 3 3 x 3 1 x 2 9
n
2,6
- 2,6
n(lgn)
Trang 19Trong hộp chạy dao sẽ dùng một môđun nên việc giảm thấp số vòng quay trung gian sẽ không làm tăng kích thước bộ truyền do đó việc dùng phương án thay đổi thứ tự này hoặc khác sẽ không ản hưởng nhiều đến kích thước của hộp
Vậy máy thiết kế có sơ đồ động giống máy mẫu (6H82)4.Tính số răng nhóm truyền:
66 , 5 6 1
) 1 1 ( 17 ) (
2
2 2 min
g f Z
Z = E x k = 6 x 6 = 36
) 2 1 (
1 36 ) (
' 1 1
f k E Z
) 1 1 (
1 36 ) (
' 2 2
f k E Z
) 1 2 (
2 36 ) (
' 3 3
f k E Z
Nhóm II:
i4 = 1/3 = 1/1,263 = 24/49 = f4 / g4
i5 = 1/ 2 = 1/1,262 = 28 / 45 = f5 / g5
i6 = 1/ = 1/1,26 = 32/41 = f3 / g3Bội số chung nhỏ nhất là k =73
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
f k E Z
) 45 28 (
28 73
) (
' 4 5
f k E Z
) 41 32 (
32 73
) (
' 6 6
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 tương tự như máy 6H82
mà ta đã khảo sát ta thấy hai cặp bánh răng truyền dẫn từ trục động cơ đến trục
Trang 20của nhóm I là tương 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
;
26 ' 00
0 Z i
Z
68
23 68
;
23 ' 0101
Ta được số răng của các bánh răng các tỉ số truyền
Với sự khảo sát máy cũ ta có được = 1,26 cùng với chuỗi vòng quay ta
lập được đồ thị vòng quay của máy mới Để tiện cho vẽ ta chọn số vòng quay
của đọng cơ n0 tại thời điểm Max , tức là trên trục I n0 nằm ở vị trí tốc độ lớn
nhất
Từ số răng , bảng thông số các tốc độ vòng quay ta vẽ được đồ thị vòng quay của máy chính xác
Trang 21
Từ bảng thông số các vòng quay ta tính được sai số vòng quay
n = (ntc - ntt)/ntc x 1000/0
* Đồ thị
Trang 22CHƯƠNG III TÍNH TOÁN SỨC BỀN CHI TIẾT MÁY
I HỘP TỐC ĐỘ:
Xuất phát từ chế độ cắt thử của nhà máy cơ khí Hà Nội như ta đã nói phần khảo sát máy cũ ta căn cứ vào đó đối với máy ta vừa thiết kế ta có các chế độ cắt thử như sau
Dao phay gió P18 D = 110 mm Z =8
Chi tiết vật liệu thép C45 Mx = 20000 (N/cm)
Chế độ gia công n= 47,5 (v/p) ; t= 10 mm ; s = 118 m/p ; B= 100 mm
1 Công suất động cơ chính:
Nđc = Nc + N0 +NP
Nc : Công suất cắt
N0 : Công suất chạy không
Np : công suất phụ tiêu hao do hiệu suất và các nguyên nhân ngẫu nhiên ảnh hưởng đến sự làm việc của máy
a) Tính công suất cắt Nc
81 , 9 102
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
Pz = (0,55 0,6) x P0
Với P0 = C B Szy (t/D)k trong đó SZ = S/ Zn+ Chế độ cắt mạnh
C = 682 ; y = 0,72 ; k= 0,86 ; SZ = 0,31
PZ =(0,55 0 ,6) x 682 x 1000 x 8 x 0,310,12 x (12 / 90)0,86 = (0,55 0 ,6) x 41055 = 228288N
Ta có Nc = 22828 x 13,5 / 60 x 102 x9,81= 5,13 KW
8 , 6 75 , 0
13 , 5
235 1355
Trang 23 6 , 93 ( )
75 , 0
2 , 5
V Q N
Vs : Vận tốc chạy dao cd = 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 trượt G: Khối lượng bàn dao
Px = 0,3 x P0 x tg = 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
n
n
= 288 x 288
1 , 443
17 45
18 1440
24 34
4
= 178,8(v/ph)Trục V: nmin = 26,5 ; nmax = 1500 n5 = 26,5 x 26 , 5
375 , 6 9740
n
N M
n
n M
Trang 24) ( 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
2 , 0
43 3 3
Lấy d1 =25 (mm)
) ( 26 , 27 20
2 , 0 10 03 ,
2 , 0
10 89 ,
2 , 0 10 29 ,
2 , 0 10 49 ,
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 5
Trang 25* 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
)/(2,4760.10.6.1,0
15.43100.3,1
.1,0
3 0
D d
L M K
C
C x
u < u = 60 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 thường hoá 260 300 HB,
Bánh răng nhỏ thép 40 X độ cứng sau nhiệt luyện HRC = 45 60
b) Tính ứng suất cho phép
tx = k’N
Trong đó : ứng suất tiếp xúc cho phép khi bánh răng làm việc lâu dai lấy theo bảng 3-9 trang 43