đồ án máy: tính toán thiết kế Máy tiện ren vít vạn năng

tính toán thiết kế máy mới Máy tiện ren vít vạn năng Phần tính toán thiết kế máy mới gồm các nội dung sau: Phần 1 : Nghiên cứu máy tương tự – chọn máy chuẩn Phần 2 : Thiết kế máy mới Phần 3 : Tính toán sức bền chi tiết máy Phần 4 : Thiết kế hệ thống điều khiển

Lời nói đầu

Một trong những nội dung đặc biệt quan trọng của cuộc cách mạng khoa học

kỹ thuật trên toàn cầu nói chung và với sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước ta nói riêng hiện nay đó là việt cơ khí hoá và tự động hoá quá trình sản xuất

Nó nhằm tăng năng xuất lao động và phát triển nền kinh tế quốc dân Trong đó côngnghiệp chế tạo máy công cụ và thiết bị đóng vai trò then chốt Để đáp ứng nhu cầu này, đi đôi với công việc nghiên cứu,thiết kế nâng cấp máy công cụ là trang bị đầy

đủ những kiến thức sâu rộng về máy công cụ và trang thiết bị cơ khí cũng như khả năng áp dụng lý luận khoa học thực tiễn sản xuất cho đội ngũ cán bộ khoa học kỹ thuật là không thể thiếu được Với những kiến thức đã được trang bị, sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy giáo cũng như sự cố gắng cuả bản thân Đến naynhiệm vụ đồ

án máy công cụ được giao cơ bản em đã hoàn thành

Trong toàn bộ quá trình tính toán thiết kế máy mới " Máy tiện ren vít vạn năng "

có thể nhiều hạn chế Rất mong được sự chỉ bảo của các thầy giáo và cộng sự

Phần tính toán thiết kế máy mới gồm các nội dung sau:

Phần 1 : Nghiên cứu máy tương tự – chọn máy chuẩn

Phần 2 : Thiết kế máy mới

Phần 3 : Tính toán sức bền chi tiết máy

Phần 4 : Thiết kế hệ thống điều khiển

CHƯƠNG I NGHIÊN CỨU ĐÃ CÓ

Có rất nhiều loại máy tiện như : máy tiện vạn năng, máy tiện tự động, nửa tự động, máy tiện revonve v.v

Dưới đây là các đặc tính kỹ thuật của một số loại máy thông dụng, phổ biến:

Bảng so sánh đặc tính kỹ thuật của một số máy

Chỉ tiêu so sánh T620 T616 1A62 1A616Công suất động cơ (kW) 10 4,5 7 4,5Chiều cao tâm máy (mm) 200 160 200 200Khoảng cách lớn nhất giữa hai

Sdmax (mm/vòng) 4,16 1,07 1,59 1,36Lượng chạy dao ngang nhỏ nhất:

Snmin (mm/vòng) 0,035 0,04 0,027 0,08Lượng chạy dao ngang lớn nhất

Snmax (mm/vòng) 2,08 0,78 0,52 1,36Các loại ren tiện được Quốc tế, Anh, Môđun và ren Pít

Như vậy từ bảng so sánh, ta thấy máy tiện 1K62 là loại máy có đặc tính kỹ thuật gần giống với máy ta thiết kế nhất.

Do đó, ta chọn máy 1K62 làm máy chuẩn để tham khảo trong quá trình tínhtoán thiết kế

I - CÁC XÍCH TRUYỀN ĐỘNG CỦA MÁY TIỆN 1K62 :

1 Xích tốc độ quay của trục chính :

Xích này nối từ động cơ điện có công suất N = 1 (kW), số vòng quay n=1450 (vòng/phút), qua bộ truyền đai thang vào hộp tốc độ (cũng là hộp trục chính ) làm quay trục chính VII

Lượng di động tính toán ở hai đầu xích là :

nđ/c (vòng/phút) của động cơ  ntc (vòng/phút) của trục chính

Từ sơ đồ động ta vẽ được lược đồ các đường truyền động qua các trục trung gian tới trục chính như sau:

- Xích tốc độ có đường truyền quay thuận và đường truyền quay nghịch

- Mỗi đường truyền tới trục chính đều tách ra làm 2 đường truyền khác

- Đường truyền trực tiếp tới trục chính cho ta tốc độ cao

Đườngtruyền tốc độ thấp đi từ trục IV-V-VI-VII phương trình xích động biểu thị

260 145

34 56

39 51

88 22

60 60

88 22

49 49

88 22

43 65

41 29

38 38

55 21

49 49

1 49

49 60

60 )

4

4 1 88

22 60

60 )

3

4 1 49

49 88

22 )

2

16 1 88

22 88

22 )

Từ phương trình trên ta thấy:

- Đường tốc độ cao vòng quay thuận có 6 cấp tốc độ:

2x3x1= 6

- Đường tốc độ thấp vòng quay thuận có 24 cấp tốc độ:

2x3x2x2x1= 24

Thực tế đường truyền tốc độ thấp vòng quay thuận chỉ có 18 tốc độ ,vì giữa trục IV

và trục VI có khối bánh răng di trượt hai bậc có khả năng cho ta 3 tỷ số truyền:

(IV) (V) (VI) 

 trùng

Như vậy, ta có 3 tỉ số truyền: 1, 1/4 , 1/16

 đường truyền quay thuận tốc độ thấp có: 233 = 18 cấp tốc độ

 đường truyền quay thuận có: 18 + 6 = 24 cấp tốc độ trong đó có 18 tốc độ thấp

Đường truyền nghịch có tác dụng đảo chiều quay trục chính với 12 cấp tốc độ

2 Xích chạy dao cắt ren và tiện trơn:



50

95 95

42





 50

95 95

42





 28

25 36

T

Z

56

28 60

60



50

95 95

42



25

28 36

60



 50

95 95

35 25

28 36

T Z



97

95 95

60



 97

95 95

64





 28

25 36

T

Z

42

42 60

60



97

95 95

64



 Khối bánh răng Noóc – ton bị động:

 ic s =

 1(vòng) iGb  (tV = 12) = tP

 Cắt ren khuyếch đại:

Phương trình cắt ren khuyếch đại:

1(vòng)     iTT  ic s  iGb  (tV = 12) = tP (Trục chính )

25

28 36

60



 97

95 95

35 25

28 36

T Z

27

54

22 88

45 45

45 45

22 88

45 45

 iKd =  trùng  iKd = 2 , 8 , 32

 Tiện ren chính xác:

Tiện ren chính xác yêu cầu xích truyền ngắn nhất

Đường truyền sẽ đi như sau:

Trục chính (VI) – VII – VIII – iTT – IX – (C2) – XI – (C3) – XIV – (C5)

S : lượng chạy dao (mm/vòng)

II - PHƯƠNG ÁN THỨ TỰ VÀ PHƯƠNG ÁN KHÔNG GIAN CỦA MÁY

8 8

2 2 27

5 4

8 45

2 2 27

5 4

8

2 2 88

4 5 27

5 4

2

4 5

4 5 27

14 37

40 20

4 28

i5 =

38

38 = 1

- Từ trục III – IV : i6 = 8822 = 1/6

i7 =

45

45 = 1

Trục độn g cơ

- Từ trục IV – V : i8 =

88

22 = 1/6

c) Kết luận :

Công thức động học cuả máy 1K62

Phương án không gian chạy vòng: 2 3  2  2  1 = Z1

THIẾT KẾ MÁY MỚI

259 1 5 12

Vì số nhóm truyền là nguyên nên lấy: i = 4

III - PHƯƠNG ÁN KHÔNG GIAN: (PAKG)

Các phương án không gian : Z = 24x1

12x2 3x4x2 6x2x2 2x3x2x2 Dựa vào số nhóm truyền tối thiểu i = 4 ta loại trừ các phương án không gian và lấy phương án không gian là : Z = 2x3x2x2

Cách bố chí các bộ phận tổ hợp thành xích tỗc độ bố trí theo phương án hộp tốc độ

và hộp trục chính vì máy có độ phức tạp lớn (z=23) công suất lớn N=10 kw

a) Dựa vào công thức:

f : khoảng hở giữa hai bánh răng và khe hở để lắp cơ cấu gạt

5 - Số bánh răng chịu mô men xoắn ở trục cuối cùng:

PAKG : 3x2x2x2 2x2x2x3 2x2x3x2 2x3x2x2

Số bánh răng: 2 3 2 2

6 - Các cơ cấu đặc biệt dùng trong hộp : ly hợp ma sát, phanh

7 - L p b ng so sánh ph ập bảng so sánh phương án bố trí không gian ảng so sánh phương án bố trí không gian ương án bố trí không gian ng án b trí không gian ố trí không gian

ly hợp ma sát

18519b + 18f2

ly hợp ma sát

18519b + 18f2

ly hợp ma sát

18519b + 18f3

ly hợp ma sát

Kết luận : Với bảng so sánh trên ta thấy nên chọn PAKG 2x3x2x2 vì:

- Tỷ số truyền giảm dần từ trục đầu tiên đến trục cuối Nhưng phải bố trí trên trục đầu tiên một bộ ly hợp ma sát nhiều đĩa và một bộ bánh răng đảo chiều

- Số bánh răng phân bố trên các trục đều hơn PAKG 3x2x2x2 và 2x2x3x2

- Số bánh răng trên trục chính là ít nhất

Do đó để đảm bảo tỷ số truyền giảm từ từ đồng đều ,ưu tiên việc bố trí kết cấu tachọn PAKG 2x3x2x2

2 1 6 12

13

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

6 1 3 12 19

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

2 4 1 12 14

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

6 2 1 12 20

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

2 4 12 1 15

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

4 8 1 2 21

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

3 1 12 6 16

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

6 1 12 3 22

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

12 1 6 3

2 8 4 1 17

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

4 2 12 1 23

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

2 8 1 4 18

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

4 8 2 1 24

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

12 4 2 1

Các phương án lưới kết cấu

1 2

Nhận xét: qua bảng và các phương án LKC trên, ta thấy các phương án đều có

xmax > 8 như vậy không thoả mãn điều kiện xmax =  i(p-1)  8

Do đó để chọn được phương án đạt yêu cầu ta phải tăng thêm trục trung gian hoặc tách ra làm hai đường truyền

Như vậy PATT: [0] [1] [2] [3] có xmax = 1,2612 là nhỏ hơn cả theo máy chuẩn đã chọn thì phương án này là tốt hơn, có lượng mở đều đặn và tăng từ từ , kết cấu chặt chẽ, hộp tương đối gọn, lưới kết cấu cố hình rẻ quạt

Cụ thể: PAKG 2 x 3 x 2 x 2 (Phương án 1)

PATT [0] [1] [2] [3]

[x] 1 2 6 12

Để đảm bảo xmax  8 ta phải thu hẹp lượng mở tối đa từ xmax = 12 xuống xmax = 6

Do thu hẹp lượng mở nên số tốc độ thực tế bị giảm Ta có số tốc độ thực tế là:

Z1 = Z – (lượng mở thu hẹp) = 24 – 6 = 18 PATT bây giờ là: 2  3  2  2

[0] [1] [2] [3]

Để bù lại số tốc độ trùng vì thu hẹp lượng mở ta thiết kế thên đường truyền tốc độ cao (đường truyền tắt), nó giống như 1 hộp tốc độ nhỏ có 6 cấp tốc độ được lắp thêm bên cạnh hộp tốc độ chính

PAKG đường trruyền này là: Z2 = 2 x 3 = 6 tốc độ

Vậy lúc này PATT có dạng:

Z = 2  3  [1 + (2  2 –1)]

 máy có đúng 23 cấp tốc độ

Ta có lưới kết cấu của máy như sau

Như vậy giới hạn no biến thiờn trong khoảng 125  no  3200

 Để trục và bỏnh răng đầu vào của hộp chịu Mx kớnh thước nhỏ gọn Thường đặt

no ở cỏc trị số no lớn Vỡ như vậy sẽ gần vơớ nđcơ Hơn nữa no tới nmin của trục chớnh bao giờ cũng giảm nhiều hơn tăng

Giả sử ta chọn no= n19= 800 vg/ph

Khi đú iđtr= no/ nđcơ.đ= 800/1440.0,985 = 0,564

Theo mỏy chuẩn ta cú iđtr = 145/260 = 0,56

Ta vẽ được đồ thị vũng quay của mỏy như sau

Trục động cơ

VI - TÍNH TOÁN SỐ RĂNG CỦA CÁC NHÓM TRUYỀN TRONG HỘP TỐC ĐỘ:

X

g f

1

g f

f

39 51

51



 = 51 (răng)

Z1' = Z - Z1 = 90 - 51 = 39 (răng)

Z2 =

2 2

2

g f

f

34 56

34

56 = 1.65

 ở đây ta sử dụng số răng tương đối lớn Z = 90 là vì trên trục có sử dụng ly hợp ma sát đĩa có kích thước đĩa lớn Vì vậy phải tăng khoảng cách trục bằng cách tăng số răng của cặp bánh răng ăn khớp

b) Tính số răng của nhóm truyền thứ hai:

) 55 21 (

< 1Lấy Emin =1  Z = EK = 1.72 = 72 (răng)

Z3 =

3 3

3

g f

f

55 21

4

g f

f

47 29

5

g f

f

1 1

i4 = Z4/ Z4' =

47

29 = 0,62

1

= 0.25 =

88

22  f6 + g6 = 22 + 88 = 110 (răng)

Ta chọn 2 cặp bánh răng này có module khác nhau (m6  m7) vì ở đây có sử dụng bánh phanh Với số răng Z = 45 là đủ nhỏ để quá trình lắp đặt và chỉnh bánh phanh được dễ dàng.

d) Tính số răng của nhóm truyền thứ 4:

1

= 0.25 =

88

22  f8 + g8 = 22 + 88 = 110

 Z = 27 + 57 = 84

 Z11 = 27; Z11’ = 57 (răng)

B - TÍNH HỘP CHẠY DAO:

I - ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT HỘP CHẠY DAO:

Hộp chạy dao thực hiện các chuyển động như: chạy dao dọc, chạy dao ngang để cóthể cắt được: bề mặt trụ trơn và các loại ren

 Ren Quốc tế: t = 1  192 (mm) (bước ren)

 Ren Anh : n = 2  24 (ren/inch)

 Ren Module : n = (0.5  48)

 Ren Picth : DP = 1  96

Lượng chạy dao dọc: Sd (mm/vg)

Lượng hạy dao ngang: SNG (mm/vg)

Yêu cầu kỹ thuật và đặc điểm hộp chạy dao:

- Số cấp chạy dao phải đủ

- Quy luật phân bố lượng chạy dao theo cấp số cộng

- Phạm vi điều chỉnh của lượng chạy dao smax- smin

- Tính chất của lượng chạy dao liên tục

- Độ chính xác của lượng chạy dao yêu cầu chính xác cao

- Độ cứng vững của xích động nối liền trục chính và trục kéo

Đặc điểm:

- Tốc độ làm việc chậm

- Phạm vi điều chỉnh tỷ số truyền: 1,5  is  2,8; Rs max=

i

ii

s

min

max

= 5 1

8 , 2

= 14

II - TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HỘP TỐC ĐỘ:

1 - Sắp xếp bước ren phải cắt thành các nhóm cơ sở và nhóm khuyếch đại:

Sử dụng họp chạy dao dùng cơ cấu noóctôn để cắt được các loại ren:

quốc tế, môđuyn, anh, pitch

+ Ren Quốc tế

Nhóm cơ sở : tp = 1 – 1.25 – 1.5 – 1.75 – 2 – 2.5 – 3 – 3.5 – 4 – 4.5 – 5 – 5.5 – 6 – 7 – 8 – 9 – 10 – 11 – 12

Nhóm khuếch đại: Dp = 6 – 5 – 4 – 3 – 2 – 1

Qua các ren tiêu chuẩn cần phải cắt, ta thấy rằng các ren đều tuân theo các cấp số cộng và công sai thuộc cấp số nhân

2 - Cắt ren khuyếch đại:

Từ dẫy tiêu chuẩn các bước ren: như ren Quốc tế, ta thấy ở dẫy cơ sở chỉ có tới tP

= 12 (mm) trong khi đó yêu cầu phải cắt tới tP = 192 (mm) Vì vậy cần có đường truyền cắt ren khuyếch đại với các tỉ số truyên thích hợp để cắt được ren có tP = 1 192

Phương trình cắt ren khuyếch đại:

1(vòng)  (V)  (IV)  (VII)  (VIII)  iTT  ic s iGb   (tV = 12) = tP

45 45

22 88

45 45

45

45

56 28

27

54

22

88 45

45 45

45 56 28

27

54

45

45 45

45 45

45 56 28

27

54

22

88 22

88 45

45 56 28

27

54

22

88 45

45 45

45 56 28

3 - Tính toán các tỉ số truyền cắt các loại ren:

Phương trình cắt ren:

1(vòng) icd  iTT  ic s  iGb  (tV = 12) = tP

(trục chính)

a) Tính toán tỉ số truyền gấp bội: (i Gb )

Nhóm gấp bội phải tạo ra 4 tỉ số truyền với  = 2

Chọn trong bảng xếp ren quốc tế làm ví dụ (đối với nhóm cơ sở) thì các tỉ

1

; 4

1

; 8 1

 chọn phương án 1 vì có lưới kết cấu phát triển theo hình dẻ quạt.





2

176

1

)21(17)(

g f

Z in

1 1

f

27 54 3 3

3

2 2

f

2

1710

1

)41(17)(

g f



 ta không chọn các bộ truyền như đã tính trên đây

Dựa vào máy chuẩn ta chọn các bộ truyền như sau:

 i1 =  sai số tỉ số truyền i = (0.4 – 0.5)/0.5 = -0.2  20%

 i2 =  sai số tỉ số truyền i = (0.8 – 1)/1 = -0.2  20%

 i3 =

 sai số tỉ số truyền i = (0.3125 – 0.25)/0.25 = 0.25  25%

 i4 =

45 45 1 1

1

4 4

f

4 0 45

18



8 0 35

28



3125 0 48

15



25 1 28

35



 iGb =  = ; ; ; 1

 tỉ số truyền gấp bội vẫn đảm bảo

 sai số tỉ số truyền trên các cặp bánh răng truyền không ảnh hưởng tới tỉ số truyềncần thiết kế

 lúc này “Đồ thị số vòng quay “ có dạng như sau:

CHƯƠNG III

THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC HỌC MÁY CẮT KIM LOẠI

Máy mới được thiết kế là máy tiện vạn năng:

28 35

8

1 4

1 2 1

nMax = 2000 (vg/ph)

Dãy số vòng quay sắp xếp theo cấp số nhân với công bội:  = 1.26

 Lượng chạy dao của bàn xe dao cũng được sắp xếp theo dẫy:

Sd Min  Sd Max : lượng chạy dao nhỏ nhất và lớn nhất

SNG Min  SNG Max : lượng chạy dao ngang nhỏ nhất và lớn nhất

 Chiều sâu cắt cũng tương tự như vậy:

tMin  tMax

I - XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC GIỚI HẠN CỦA MÁY:

1 - Xác định chế độ cắt với điều kiện nhỏ và lớn nhất:

Theo kinh nghiệm tính S, t, v bằng các công thức sau:

in V

St

ax V

St

.

 (N)x

P = C.tx S y = 650 6 2 1 4 0 75 6945



.

,

+Thử theo công suất

Cho chi tiết có đường kính  70 ; l = 350 (mm) ; thép 45 ; dao T15K6 ;

n = 400 (v/ph);

S = 0,39 (mm/vòng) ; t = 6 (mm)

Tương tự trên ta có :

Pz = C.tx S y = 4935 (N)

y

P = C.tx S y = 2626 (N)x

P = C.tx S y = 2432 (N)

b Tính lực kéo bàn máy Q (lực chạy dao )

Q = K.Px + FTrong đó : Px là thành phần lực cắt phân tích trùng với phương chạy dao

K là hệ số xét đến ảnh hưởng của mô men lật do Px

2 Tính mô men của động cơ điện.

Khi máy tiện làm việc, trong HTĐ thì Mx của động cơ cân bằng với Mx của lực cắt gây ra

Trong đó : Uo là tỷ số truyền tổng cộng

Uk : tỷ số truyền từ cặp có ma sát tới trục chính

 : hiệu suất của xích

Mxpc là mô men do lực cắt gây ra , tính theo công thức

Mxpc = Pz.d/2

Pz : thành phần lực cắt tiếp tuyến

D : đường kính vật gia công

b Trong hộp chạy dao

Mx

2

d Q

Trong đó d là đường kính vòng chia của bánh răng ăn khớp với thanh răng

+ Khi cắt thử có tải với đường kính chi tiết d = 115 (mm) ; n = 40 (v/ph) ; Pz

888087



0

172725



1 Xác định công suất của động cơ truyền dẫn chính

Công suất của động cơ gồm : Nđc = Nc + No + Np

Nc – công suất cắt

No – công suất chạy không

Np – công suất phụ tiêu hao theo hiệu suất và do những nguyên nhân ngẫu nhiên ảnh hưởng tới sự làm việc của máy

a Tính công suất cắt

Nc = 60102PzV987

,

.

(Kw)Theo chế độ cắt thử công suất thì

Pz = 4935 (N)

Vận tốc cắt : V = 87 7

1000

400 70 14 3 1000

n D

,

,

4935 7 87

, ,

.

,

Nđc = Nc với = 0,7 – 0,85

 Nđc = 9 03

8 0

23 7

, ,

 (Kw)