Nhiệm vụ thiết kế:Thiết kế máy tiện ren vít vạn năng (Cùng cỡ máy T620…) Số liệu xác định: 1. Hộp tốc độ : Z =23 ; = 1,26 ; nmin = 12,5 (vp) ; nmax = 2000 (vp). 2. Hộp chạy dao : Ren hệ Metric : Ren Inch : Ren Module : Ren Pitch :
Trang 1TRƯỜNG ĐHBK-HN BỘ MÔN MÁY VÀ MA SÁT HỌC
KHOA CƠ KHÍ DEPT.MACHINE – TOOLS AND TRIBOLOGY
Văn phòng :
ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ MÁY
Sinh viên thiết kế :
Nội dung thuyết minh:
I Khảo máy cùng cỡ chọn máy mẫu
II Cơ sở xác định các thông số kĩ thuật của máy tự chộn các thông số
cho máy thiết kế III Thiết kế động học toàn máy
IV Tính công suất động cơ điện
V Thiết kế kết cấu
1 Bố trí các bộ phận của máy.
2 Bố trí các trục lắp các chi tiết máy.
3 Chọn các kết cấu cho từng chi tiết máy
4 Bảng thông số danh nghĩa toàn bộ các trục , bánh răng , ổ trục của Hộp tóc độ / Hộp chạy dao.
VI Thiết kế hệ thống điều khiển tương ứng với bản vẽ
Bản vẽ:
- Vẽ khai triển (A 0 ) + Hộp tốc độ + (Hoặc) Hộp chạy dao
- Vẽ các mặt cắt thể hiện hệ thống điều khiển tương ứng với bản
vẽ khai triển Ngày giao nhiệm vụ : 20/02/2003
Ngày hoàn thành :
Hà nội , ngày 20 tháng 02 năm 2003
Thầy hướng dẫn : NGUYỄN HOA ĐĂNG
THUYẾT MINH
Trang 2LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay các ngành kinh tế nói chung và ngành cơ khí nói riêng đòi hỏi kỹ sư cơ khí và cán bộ kỹ thuật cơ khí được đào tạo ra phải có kiến thức cơ bản tương đối rộng , đồng thời phải biết vận dụng những kiến thức đó để giải quyết những vấn đề cụ thể thường gặp trong thiết kế chế tạo và vận dụng trong sản xuất , sửa chữa và sử dụng Môn học thiết kế máy công cụ là một môn học có vị trí rất quan trọng trong
chương trình đào tạo kỹ sư và cán bộ kỹ thuật về cơ khí nhất là đối với kỹ sư và cán bộ
kỹ thuật về thiết kế , chế tạo các loại máy phục vụ các ngành kinh tế như công
nghiệp , nông nghiệp , giao thông vận tải , điện lực…
Như ta đã biết trong công nghiệp cơ khí , đẻ có một cụm chi tiết hay một đơn vị thiết bị , máy móc hoàn chỉnh , cần những chi tiết có hình dạng và kích thước khác nhau , làm từ những vật liệu khác nhau , lắp ráp lại Giai đoạn đầu những chi tiết máy chỉ là những cái phôi thô có hình dáng thích hợp Qua những quá trình công nghệ khác nhau như : tiện , phay … Chúng được chế tạo thành những chi tiết máy thích hợp Để thực hiện được những quá trình công nghệ nêu trên , cần phải sử dụng những dụng cụ cắt , đồ gá và đặc biệt là những chiếc máy công cụ thích hợp ( Ví dụ
để tạo các chi tiết tròn xoay cần sử dụng dụng cụ là dao tiện và thực hiện trên máy tiện
Mục tiêu của môn học này là tạo điều kiện cho người học nắm vững và vận dụng
có hiệu quả các phương pháp thiết kế , xây dựng và quản lý các quá trình chế tạo các loại máy công cụ nhằm đạt được những chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật theo yêu cầu trong điều kiện và qui mô sản xuất cụ thể ở nước ta hiện nay
Mặt khác môn học còn truyền đạt những yêu cầu về chỉ tiêu công nghệ thiết kế chế tạo nhằm nâng cao tính công nghệ trong quá trình thiết kế các loại máy phục vụ cho sản xuất các chi tiết máy chất lượng cao
Đồ án môn học “ Thiết kế máy cắt kim loại ” là môn học với những kiến thức tổng hợp từ những tài liệu tham khảo và sự tận tình hướng dẫn của các thầy giáo và bộ môn với hai nội dung đó là :
Phần I : Khảo sát máy mẫu.
Phần II : Thiết kế máy mới
Trong quá trình làm đồ án chắc chắn em còn rất nhiều sai sót , em mong các thầy hướng dẫn chỉ bảo để em hoàn thành tốt đồ án môn học.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo và bộ môn đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.
Hà Nội , ngày 01 tháng 03 năm 2003
Sinh viên : PHẠM MẠNH HÙNG
Trang 3Phần I – KHẢO SÁT MÁY TIỆN CÙNG CỠ
1 Những tính năng kĩ thuật của máy tiện cùng cỡ
Máy tiện là máy công cụ phổ thông, chiếm 40 – 50% số lượng máy công cụ trong các nhà máy, phân xưởng cơ khí Dùng để tiện các mặt tròn xoay ngoài và trong (mặt trụ, mặt côn, mặt định hình, mặt ren) xén mặt đầu, cắt đứt… Có thể khoan, khoét, doa trên máy tiện.
Trong thực tế có các loại máy tiện vạn năng, máy tiện tự động, bán tự động, chuyên môn hoá và chuyên dùng, máy tiện revolve, máy tiện CNC…
Tuy nhiên do thực tế yêu cầu thiết kế máy tiện vạn năng hạng trung, vì vậy ta chỉ xem xét, khảo sát nhóm máy tiện ren vít vạn năng hạng trung (đặc biệt là máy 1K62) Qua việc nghiên cứu khảo sát các máy mẫu, ta có bảng thông số một số máy hạng trung cùng cỡ sau:
Bảng thống kê các đặc trưng kĩ thuật chính của các máy tiện cùng cỡ
Khoảng cách hai mũi tâm (mm) 1500 1400 750
Gia công chi tiết có D max (mm) 400 400 320
Tốc độ trục chính n min n max (v/p) 11,51200 12,52000 441980 Lượng chạy dao dọc(mm/vòng) 0,0821,59 0,074,16 0,061,07 Lượng chạy dao ngang (mm/vòng) 0,0270,52 0,0352,08 0,040,78
Công suất động cơ N đc (Kw) 7 10 4,5 Hiệu suất máy 0,75 0,75
Trang 42 Phân tích máy tiện ren vít vạn năng mẫu (T620)
Z=22
Z=45
Z=38
Z=38 Z=55 Z=47
Z=29 Z=39 Z=34
Ø=260
N=10(kw) n=1450(vßng/phót)
Vậy với các tỷ số truyền tuân theo quy luật cấp số nhân ta đi xác định i dựa vào số bánh răng và trị số :
Ta có :
Nhóm truyền I:
Trang 5= x 1
log hoá 2 vế x 1 =
26 1 39 51 , ln
Z
= x 2
log hoá 2 vế x 2 =
26 1 34 56 , ln
Z
= x 3
log hoá 2 vế x 3 =
26 1 55 21 , ln
ln
= 0 Nhóm truyền VI:
i 10 =
54
27 Z
Z = x 10
log hoá 2 vế x 10 =
26 1 54 27 , ln
ln
- 3 Nhóm truyền VII:
Trang 6i tt =
43
65 Z
Z
= x tt
log hoá 2 vế x tt =
26 1 43 65 , ln
ln
2
Phương trình xích động biểu thị khả năng biến đổi tốc độ của máy :
Xích nối từ động cơ điện công suất N = 10 (kw) với số vòng quay trục động cơ
n đc = 1450 (vòng/phút) , qua bộ truyền đai vào hộp tốc độ làm quay trục chính.
Ta thấy trên trục I của hộp tốc độ có ly hợp ma sát để đảo chiều chuyển động Trên đường truyền tốc độ của hộp tốc độ được tách ra làm 2 đường truyền :
Đường truyền trực tiếp từ trục III đến trục chính cho ta chuỗi tốc độ cao.
Đường truyền gián tiếp từ trục III qua các trục IV , V đến trục chính
cho ta chuỗi tốc độ thấp
Phương trình cân bằng xích động tốc độ của máy
56345139
29472155
3838x
6543
22884545x
22884545
x 2754
nSpindleMotor
Mà i = [ X ] max
1 = 12
26 1
1 , <
4
1 như vậy ta phải giảm lượng mở vì lí do kết cấu do đó ta phải tạo ra hiện tượng trùng tốc độ.
Vì tỷ số truyền trong từng nhóm truyền tuân theo quy luật cấp nhân nên chuỗi tốc
độ trên trục cuối cùng cũng tuân theo quy luật cấp nhân
Trang 7Để đảm bảo tỷ số truyền của nhóm truyền 2[12] có i
4
1
ta phải cưỡng bức cho trùng ít nhất là 3 tốc độ tức ta giảm [X] = 12 xuống [X] = 9 và có
Vậy phương án không gian của Z 1 là 2 x 3 x 2 x 2
Phương án thứ tự của Z 1 là I II III IV
[1] [2] [6] [6]
+ Phương án thứ của Z 2
Ta thấy rằng số tốc độ trùng trên được khắc phục bằng cách bù lại tốc độ ở
đường truyền trực tiếp
Vậy phương án không gian của Z 2 là 2 x 3 x 1
Phương án thứ tự của Z 2 là I II III
Trôc chÝnh
Đồ thị vòng quay của máy
Trang 8630 400 160
250
1450(v/p) Trôc
§éng c¬ Trôc I
Trôc III Trôc II
Trôc V
Trôc chÝnh Trôc IV
Từ phương trình xích tốc độ và đồ thị vòng quay ta thấy rằng trên thực tế máy mẫu T620 chỉ có 23 tốc độ vì :
Trên đường truyền tốc độ thấp tại hai trục IV và V có hai khối băng di trượt hai bậc đáng nhẽ tạo ra 4 tỷ số truyền nhưng chỉ có 3 tỷ số truyền vì có 2 tỷ số truyền giống nhau cụ thể ta có :
22 88
45 45
iii iv
22 88
45 45
v
1)
88
22 88
22 x =
16
1 3)
88
22 45
45 x =
4 1
2)
45
45 88
22 x =
4
1 4)
45
45 45
45 x = 1 Như vậy trên đường truyền tốc độ thấp chỉ tạo ra 18 tốc độ n 1 n 18
Trên đường truyền tốc độ cao tạo ra 6 tốc độ n 19 n 24
Số tốc độ trên trục chính theo đường truyền thuận là 18 + 6 = 24
Trên thực tế tồn tại hai tốc độ n 18 và n 19 có trị số gần bằng nhau ( n 18 n 19 )
Vậy số tốc độ trên trục chính theo đường truyền thuận là 23 tốc độ
Đánh giá:
Đánh giá về phương án không gian
Trang 9Về mặt lý thuyết dùng phương án không gian 3x2x2x2 là tốt nhất nhưng trên thực tế máy lại sử dụng phương án không gian là 2x3x2x2
Sở dĩ các nhà thiết kế máy sử dụng PAKH 2x3x2x2 lí do là :
Vì ngoài chuyển động quay thuận của máy phục vụ công việc gia công máy còn phải có chuyển động quay ngược ( đảo chiều ) để phục vụ cho việc lùi dao vậy nên trên trục I người ta phải sử dụng một cơ cấu đảo chiều
Trên máy T620 sử dụng li hợp ma sát để đảo chiều chuyển động quay Sở dĩ dùng
li hợp ma sát mà không dùng các cơ cấu đảo chiều khác là do máy tiện là một loại máy thường xuyên đảo chiều và sử dụng với dải tốc độ rộng có trị số vòng quay lớn Với tốc độ cao như vậy thì chỉ có thể dùng cơ cấu li hợp ma sát để đảo chiều chuyển động là hợp lí nhất vì li hợp ma sát khắc phục được sự va đập gây ồn và ảnh hưởng đến sức bền của toàn cơ cấu khi đảo chều.
Tóm lại chỉ dùng li hợp ma sát để đảo chiều là thuận tiện , đơn giản , êm và an toàn nhất
Như vậy trên trục I đã sử dụng 1 li hợp ma sát để đổi chiều chuyển động quay người thiết kế không dùng 3 bánh răng lắp trên đó nữa mà thay vào đó chỉ dùng 2 bánh răng Nừu mà sử dụng 3 bánh răng cộng với 1 li hợp ma sát sẽ làm cho kích thước ( dọc trục cũng như hướng kính ) của trục I tăng sẽ gây nên võng trục và sức bền
yếu Vậy PAKH là : 2x3x2x2.
Đánh giá về đồ thị vòng quay
Từ trục I sang trục II người thiết kế cố tình tăng tốc sau đó giảm tốc vì trên trục I dùng li hợp ma sát do đó để li hợp làm việc tốt số đĩa phải hợp lí nên sử dụng tốc độ trên trục li hợp ở vào khoảng 800 (vòng/phút).
Mặt khác để tận dụng may ơ của khối bánh răng 56 –51 trên trục I làm vỏ của li hợp
ma sát cho nên bánh răng trên trục I cần có kích thước đủ lớn ( khoảng 100 mm ) nghĩa là bánh răng trên trục I phải chọn lớn lên vì kết cấu Còn nếu không tăng tốc
mà tiếp tục giảm tốc thì bánh răng trên trục II sẽ quá lớn không có lợi cho kết cấu máy
2.2 Hộp chạy dao
Nhận xét về kết cấu động học của xích cắt ren.
Các loại hộp chạy dao hiện nay có sơ đồ động , hình dáng kết cấu rất khác nhau , tuy vậy người ta có thể chia chúng ra làm 3 nhóm cơ bản có nguyên tắc thiết kế khác nhau:
Hộp chạy dao thông thường bảo đảm cho dao hoặc phôi có được 1 tốc độ di động cần thiết trong quá trình cắt
Hộp chạy dao bảo đảm tỷ số truyền chính xác giữa trục chính và phôi
Hộp chạy dao tạo ra chuyển động chạy dao không liên tục
Trang 10Hộp chạy dao để tiện ren cần có tỷ số truyền đảm bảo thật chính xác vì nó ảnh hưởng trực tiếp tới độ chính xác gia công Vì vậy trên máy tiện ren vít cần sử dụng hộp chạy dao đảm bảo tỷ số truyền chính xác
Loại hộp chạy dao này phải đảm bảo một loại tỷ số truyền chính xác do phôi gia công yêu cầu Đặc trưng nhất của loại hộp này là để cắt các hệ thống ren khác nhau Ta biết rằng bước ren được cắt thường đã được tiêu chuẩn hoá Nếu giữa tỷ số truyền thực tế của hộp chạy dao có sai số so với tỷ số truyền tính toán thì sai số đó sẽ phản ánh trực tiếp đến độ chính xác bước ren được cắt Vì vậy tỷ số truyền của hộp chạy dao loại này phải bảo đảm thật chính xác
Ta đi khảo sát hộp chạy dao để cắt ren ở máy tiện.
Gọi t v là bước vít me
t p là bước ren cần cắt trên phôi
i là tỷ số truyền chung giữa trục chính và vít me
Các bước ren được tiêu chuẩn hoá nhưng không tiêu chuẩn theo cấp số nhân
(vì quá lẻ) do đó người ta tiêu chuẩn các bước ren theo cấp số cộng với công sai dễ nhớ (có công sai không đều – không có qui tắc thiết kế ) Các bước ren tạo thành từng nhóm có giá trị gấp đôi nhau tận dụng để hợp lí hoá kích thước hệ thống chạy dao
Do yêu cầu sử dụng thế giới vẫn tồn tại 2 loại ren :
Ren dùng đẻ kẹp chặt (ren Metric và ren Inch )
Ren dùng để truyền động ( ren Module và ren Pitch )
a) Bàn xe dao
Bàn xe dao sử dụng bộ truyền bánh răng thanh răng cho việc chạy dao dọc, sử dụng
bộ truyền vít me - đai ốc cho việc chạy dao ngang Để chạy dao nhanh thì có thêm một động cơ phụ 1 Kw, n = 1410 v/p qua bộ truyền đai để vào trục trơn.
Công thức tổng quát để chọn tỷ số truyền trong hộp chạy dao là:
i = i bù i cs i gb =
v
p t
t (một vòng trục chính) Trong đó: t v bước vít me.
t p bước ren cần cắt trên phôi.
* Xích chạy dao khi cắt ren
Máy tiện vạn năng T620 (1K62) có khả năng tiện ren vít được 4 loại ren :
Ren hệ Metric ( Quốc tế ) ( t p )
Ren Inch ( Anh ) ( n )
Ren Module (Môđun) ( m )
Ren Pitch ( Pit ) ( D p )
Trang 11Loại ren được tiêu chuẩn và dùng rộng rãi nhất là ren hệ Met
Ren Anh thì có nhiều qui tắc bất thường do đó rất phức tạp và rấtt khó áp dụng.
Bốn loại ren trên phục vụ hai yêu cầu :
Ren hệ Met và ren Anh dùng để kẹp chặt.
Ren Môđun và ren Pit dùng để truyền động.
Khi cắt ren tiêu chuẩn xích truyền động từ trục chính truyền đến trục VII , VIII sau
đó qua cơ cấu bánh răng thay thế vào hộp chạy dao và ra trục vít me
Xích cắt ren cho hệ ren tiêu chuẩn có lượng di chuyển giữa hai đầu xích là :
Một vòng trục chính thì dao chuyển động tịnh tiến dọc bàn xe dao và cắt được bước ren là t p (mm).
Để cắt được 4 loại ren trên với các bước ren khác nhau trong hộp chạy dao
của máy T620 dùng cơ cấu bánh răng thay thế , khối bánh răng Noorton
gồm 7 bậc và dùng 2 khối bánh răng di trượt ( 18 – 28 ) & ( 28 – 48 ).
Có những khả năng điều chỉnh như sau :
Cơ cấu bánh răng thay thế giữa trục VIII và trục IX đảm nhận hai khả
năng làm việc đó là :
+ Dùng cặp răng thay thế
50
95 95
42 x để cắt ren hệ Met và ren Anh.
+ Dùng cặp răng thay thế
97
95 95
64 x để cắt ren Môđun và ren Pit.
Khi khối bánh răng Noorton chủ động
Truyền động từ trục IX qua li hợp C 2 làm quay khối bánh răng Noorton
truyền chuyển động xuống trục X qua li họp C 4 rồi lần lượt tới các trục
XII , XIII , XIV và tới trục vít me.
Khi khối bánh răng Noorton bị động
Truyền động từ IX xuống trục X qua cặp bánh răng
25
28 rồi truyền đến khối bánh răng Noorton làm quay trục XI sau đố truyền xuống trục XII qua cặp bánh răng đệm
35
28 28
35 x từ đây chuyển động được truyền tới các trục XIII , XIV và dến trục vít me
Trang 12Sơ đồ cấu trúc động học của chuyển động cắt ren
42 x ; i cs =
noorton Z
Z 36 ;
t p = t n =
n
,4 25 ; n : số mối ren
Khi cắt ren Môđun ( Ren Module)
Ta có :
i tt =
97
95 95
64 x ; i cs =
36 Z
64 x ; i cs =
noorton Z
45 x35 28 18
45 x15 48 28
35 x35 28
x
60 60
Trang 1345 45
45 45
45 45
i kđ = 2 ; 8 ; 32
Phương trình cân bằng xích cắt ren chính xác.
1 Vòng trục chính x i cđ x i tt ( Clutches C 2 , C 3 , C 5 : close ) x ( t = 12 ) = t p
Khi cắt ren mặt đầu
Phương pháp cắt ren này chỉ dùng để gia công đường xoắn Asimet trên mâm cặp
ba chấu
* Tiện trơn
Khi tiện trơn có chuyển động chạy dao dọc và chuyển động chạy dao ngang.
Xích tiện trơn truyền động cũng giống xích cắt ren nhưng đến trục XIV không đóng li hợp với vít me mà qua cặp bánh răng
56
28 xuống trục XV ( Trong bánh răng 56 có li hợp siêu việt ).
Phương trình cân bằng xích của dao cho lượng chạy dao dọc
1 Vòng trục chính x i cđ (i đảochiều )x i tt x i cs x i gb x(i đảochiều2 x ( t = 5 ) = S ng
Chuyển động chạy dao nhanh của bàn xe dao
n Motor2 x
66
14 37
40 20
4 28
20 20
27
x x x
x x (.3.10) = S d nh
Trang 14c) Một số cơ cấu đặc biệt trong hộp chạy dao.
Cơ cấu li hợp siêu việt.
Cơ cấu XV-XVII là li hợp siêu việt , nó có tác dụng đảm bảo an toàn khi ta sử dụng truyền dẫn từ động cơ 2 tạo ra cuyển động chạy dao nhanh trong khi đang có chuyển động chạy dao công tác Nếu không có cơ cấu li hợp siêu việt thì trong khi xích chạy dao nhanh và động cơ chính đều truyền tới cơ cấu chấp hành là trục trơn bằng hai đường truyền khác nhau sẽ làm xoắn và sinh ra gãy trục.
Cơ cấu này được dùng trong trường hợp máy chạy dao nhanh và khi đảo chiều quay của trục chính
Cấu tạo của cơ cấu li hợp siêu việt.
Key
Shaft XV Body Outering
Roll Pin
Từ motor 2 truyền đến trục XV làm cho thân quay với vận tốc n 2 > n 1
do đó con lăn ở vị trí ra khớp và trục XV quay , thân quay không ảnh hưởng
đến tốc độ vòng ngoài li hợp
Cơ cấu đai ốc mở đôi
Vít me truyền động cho hai má đai ốc mở đôi tới hộp chạy dao , khi quay tay quay làm hai chốt gắn cứng với hai má sẽ trượt theo rãnh ăn khớp với vít me.
Cơ cấu an toàn trong hộp chạy dao nhằm đảm bảo khi làm việc quá tải , được đặt trong xích chạy dao ( tiện trơn ) nó tự ngắt chuyển động khi máy có hiện tượng quá tải
Trang 15Phần II THIẾT KẾ MÁY TIỆN REN VÍT VẠN NĂNG
I Thiết kế động học của máy
1 Thiết kế truyền dẫn hộp tốc độ
1.1 Công dụng và yêu cầu đối với hộp tốc độ máy tiện ren vít vạn năng
Hộp tốc độ trong máy tiện ren vít là dùng để truyền lực cho các chi tiết gia công , có kich thước , vật liệu khác nhau với những chế độ cắt cần thiết
Thiết kế hộp tốc độ này yêu cầu phải đảm bảo những chỉ tiêu về kỹ thuật và kinh
tế tốt nhất trong điều kiện cụ thể cho phép Hộp tốc độ phải có kích thước nhỏ gọn , hiệu suất cao, tiết kiệm nguyên vật liệu, kết cấu có tính công nghệ cao, làm việc chính xác , sử dụng bảo quản dễ dàng , an toàn khi làm việc
Từ tính chất quan trọng như vậy của hộp tốc độ và từ yêu cầu thực tế của sản xuất,
ta cần thiết kế hộp tốc độ của máy mới phải đảm bảo những yêu cầu kỹ thuât sau:
Tốc độ cắt của máy:
Để xác định được tốc độ cắt hợp lí cho máy ta cần phải xét các yêu cầu kỹ thuật khác nhau và điều kiện chế tạo khác nhau của các chi tiết khi gia công trên máy Để xác định giới hạn tốc độ cắt ( V min ; V max ) cho máy thiết kế ta phải dựa vào lý thuyết
về cắt gọt kim loại và lý thuyết về năng suất máy
Như vậy những trị số tốc độ trong khoảng từ V min đến V max được quy thành số vòng quay của trục chính Phạm vi điều chỉnh được xác định theo công thức sau:
R n =
min
max
n n
V
V
d max , d min là đường kính lớn nhất, nhỏ nhất của chi tiết gia công
Xuất phát từ sản phẩm gia công, máy phải tiện được:
Đường kính nhỏ nhất: d min = 10 mm;
Đường kính lớn nhất: d max = 400 mm.
Để máy thiết kế ra đảm bảo được những yêu cầu cần thiết trong quá trình sử dụng và đảm bảo được tính năng của máy , ta căn cứ vào tài liệu thống kê sơ bộ để cắt thử các chi tiết như sau:
Chi tiết: d min = 10 x 200 thép C45 (HB = 207), dao tiện thường thép
8 62 1000 1000
,
, d
.
V min
max
Trang 16n min =
400 14 3
7 15 1000 1000
,
, d
.
V max
2000 , n
P 1 V 1 = P 1 V 1 = Const
Như vậy công suất của hộp tốc độ không đổi
tại các trị số vòng quay khác nhau trong
chuỗi số vòng quay của máy ( phạm vi điều
chỉnh tốc độ ).
Về việc sử dụng máy
Điều khiển hộp tốc độ phải thuận tiện , dễ dàng , an toàn khi làm việc Tránh
tình trạng hộp tốc độ không làm việc được
Tận dụng mọi điều kiện để hộp tốc độ làm việc với hiệu suất cao nhất Muốn
Vậy phải nâng cao chất lượng chế tạo các chi tiết trong hộp tốc độ , giảm
các bánh răng ăn khớp quay không định chế độ làm việc hợp lý , có thể giảm
ngắn xích truyền dẫn
Ngoài ra còn một số yêu cầu khác là truyền động ít ồn , bố trí chặt chẽ , dễ
quan sát , kết cấu có tính công nghệ cao , sửa chữa và thay thế nhanh chóng
dễ dàng
1.2 Chuỗi số vòng quay của hộp tốc độ
Xác định quy luật cho chuỗi số vòng quay.
Theo phần (1.1) ta đã phân tích và xác định được giới hạn của chuỗi số vòng quay trục chính là từ n min = 12,5( v/p) đến n max = 2000 (v/p)
Trong khoảng (n min n max ) này có Z tốc độ đó là :
n 1 = n min ; n 2 ; n 3 ; ; n Z = n max Các trị số vòng quay này phải phân bố như thế nào có lợi nhất
(m/p) = n Trong đó :
d : Đường kính chi tiết gia công (mm)
n : Số vòng quay trục chính (v/p)
=
1000
d
Trang 17Nếu d thay đổi ta vẽ được đồ thị biểu diễn quan hệ giữa “ V , d , n ”.
Xét khi gia công chi tiết có đường
kính d 0 Dựa vào vật liệu của chi
tiết gia công , vật liệu và thông
số hình học của dao và yêu cầu
kỹ thuật của chi tiết ta xác định
Trong chuỗi số vòng quay có tỷ số giữa hai số vòng quay bất kỳ kề nhau
n k và n k+1 là một số không đổi Vậy chuỗi số vòng quay của máy phân bố theo cấp số nhân có công bội là :
Với máy tiện ren vít vạn năng hạng trung ta chọn tổn thất về tốc độ ( cũng như tổn thất về năng suất ) giống máy mẫu đồng thời đó cũng phù hợp với yêu cầu thực tiễn và khả năng thiết kế chế tạo ở nước ta
Ta có :
(V) max = 20 % = 1,25
Ta chọn theo tiêu chuẩn = 1,26
Tính số tốc độ Z và tính số hạng của chuỗi số vồng quay
Ta có :
M B
Trang 18) R lg( n
) 26 , 1 lg(
) 160 lg(
22,96 Vậy số cấp tốc độ Z = 23
Lưới kết cấu và đồ thị vòng quay của hộp tốc độ
Để thiết kế được sơ đồ động của hộp tốc độ , ta cần phải vẽ lưới kết cấu và đồ thị vòng quay của hộp tốc độ Ta lấy đây là cơ sở để tính toán truyền dẫn động học của các cơ cấu trong hộp và qua đây ta đánh giá được chất lượng của phương án thiết
kế
Muốn vẽ được lưới kết cấu và đồ thị vòng quay ta cần phải xác định quan hệ các
tỷ số truyền và tong trị số tỷ số truyền cụ thể của các cơ cấu ding trong hộp tốc độ
Chọn phương án không gian cho hộp tốc độ.
Với hộp tốc độ của máy có số cấp tốc độ Z = 23 ta có thể chọn được rất nhiều phương án không gian Với các phương án không gian như vậy để máy hoạt động
có hiệu quả tốt nhất ta phải lựa chọn cho máy một phương án không gian thích hợp nhất bằng cách thông qua các chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá chất lượng của hộp tốc
độ
- Trước tiên ta phải xác định số nhóm truyền tối thiểu trong phương án không gian
Dựa vào chuỗi số vòng quay n 1 n Z ; với n 1 = n min = 12,5 (vòng/phút)
và số vòng quay của động cơ điện n đc = 1450 (vòng/phút)
Theo công thức
i mingh =
dc
min x
n
n 4
1
Trong đó :
i mingh : Tỷ số truyền giới hạn của cả xích truyền
x : Số nhóm truyền thay đổi tối thiểu của xích phân từ động
cơ điện tới cuối xích
Thay số ta có :
1450
5 , 12 4
1
x x =
4
) 5 , 12
1450 lg(
3,43 Vậy ta chọn số nhóm truyền x = 4
Trang 19- Với 4 nhóm truyền và số tốc độ thực Z = 23 ta có thể phân tích số
- Tính chiều dài sơ bộ của hộp tốc độ theo công thức :
f : là khoảng hở để lắp miếng gạt ; đẻ thoát dao xọc răng ; để bảo
vệ ( yêu cầu khối bánh răng di trượt phỉa ra khớp hoàn toàn mới
được phép vào khớp ) Trị số cụ thể của f :
f = 8 12 (mm) khi ding miếng gạt
f = 2 3 (mm) khi ding để bảo vệ
f = 4 6 (mm) khi dùng để thoát dao xọc răng
Với phương án không gian 2 x 3 x 2 x 2 ta có sơ đồ động của hộp tốc độ là :
Trang 204b+3f 4b+3f
7b+6f 4b+3f
- Số lượng bánh răng chịu M x ở trục cuối cùng
Với cả 4 phương án không gian trên ta tính số bánh răng chịu M x trên trục V vì trên trục này có chuyển động quay thực hiẹn số vòng quay từ n min n max
Ta xác định được số bánh răng chịu M xmax ở trên trục V :
1 S M = 2 3 S M = 2
2 S M = 2 4 S M = 3
Ta chọn phương án không gian thỏa mãn chỉ tiêu đánh giá chất lượng hộp tốc độ :
Tổng số bánh răng của hộp là nhỏ nhất ( S Z min )
Tổng số trục ít nhất ( S tr min )
Chiều dài của hộp ngắn nhất ( L min )
Số bánh răng chịu mô men M xmax là ít nhất
Trang 21Bảng so sánh các phương án không gian
Yếu tố so sánh Phương án không gian
3 x 2 x 2 x 2 2 x 3 x 2 x 2 2 x 2 x 3 x 2 2 x 2 x 2 x 3 Tổng số bánh
Sở dĩ cơ sở lý thuyết như vậy vì trên trục vào của hộp tốc độ có trị số mô men xoắn nhỏ hơn nên đặt 3 bánh răng thì sẽ có lợi hơn các phương án khác.
Nhưng do yêu hộp tốc độ của máy phải có ly hợp ma sát để đổi chiều chuyển động phục vụ cho quá trình làm việc đặt trên trục I Vì trên trục đã bố trí đặt mộy ly hợp
ma sát nên nếu đặt thêm 3 bánh răng nữa thì dẫn tới kết cấu trục cồng kềnh cả theo phương dọc trục và phương hướng kính Vậy để đảm bảo kết cấu đồng thời thoả mãn
số tỷ số truyền giảm dần và theo máy mẫu đã chọn ta chọn phương án không gian cho máy là phương án số 2 ( 2 x 3 x 2 x 2 ) ( Vì sao chọn cơ cấu li hợp ma sát phần khảo sát máy mẫu đã giải thích ).
Vậy phương án không gian của máy là : Z = p 1 p 2 p 3 p 4 = 2 x 3 x 2 x 2
Chọn phương án thứ tự cho hộp tốc độ
Phần trên ta đã xác định được số nhóm truyền x = 4 và phương án không gian là :
2 x 3 x 2 x 2.
Như vậy với phương án không gian trên ta có x ! phương án thứ tự ( 4! = 24 ).
Với 24 phương án thứ tự khác nhau có những phương án trùng nhau vì có
p 1 = p 3 = p 4 = 2
Như vậy ta phải so sánh để chọn ra một phương án hợp lí nhất cho hộp tốc độ.
Dựa vào lưới kết cấu để loại trừ phương án không đạt yêu cầu với chỉ tiêu so sánh
[X]max 8
Trang 22Không đạt
4 1
Trang 23Không đạt
đạt
Không đạt
II
IV III II I
8
4 8 8
2 1
Trang 24Không đạt
Qua bảng so sánh trên ta they rằng các phương án thứ tự đưa ra đều có
[X]max > 8 nhưu vậy không thoả mãn điều kiện [X]max 8
Do đó để thoả mãn điều kiện [X]max 8 ta phải gia công thêm một trục trung gian hoặc tách ra thành hai đường truyền
Theo sự so sánh giữa các phương án ta they phương án thứ tự I II III IV
( với [X]max = 16 ) có lượng mở tăng dần theo từng nhóm truyền Mặt khác theo máy
chuẩn đã chọn thì phương án I II III IV là tốt hơn cả , có lượng mở đều đặn và tăng
từ từ , kết cấu chặt chẽ , hộp tương đối gọn và lưới kết có hình rẻ quạt đều đặn
Vậy theo phương án thứ tự của máy mẫu và sự so sánh trực tiếp trên bảng ta chọn
phương án thứ tự cho máy thiết kế là : I II III IV
Cụ thể ta có : PAKG 2 x 3 x 2 x 2
PATT I II III IV
[X] [1] [2] [6] [12]
Để thoả mãn điều kiện [X]max 8 ta phải thu hẹp lượng mở từ [X] = 12 xuống
Để giảm lượng mở một cách hợp lý về thiết kế mà vẫn đảm bảo các yêu cầu của máy
ta phải đi xét lưới kết cấu
Như phần trên ta đã xác định được số chuỗi tốc độ ở trục chính tuân theo quy luật cấp
số nhânvậy nên tỷ số truyền trên từng nhóm truyền cũng tuân theo cấp số nhân.
Trang 25trục II tạo ra trên trục III 3 tốc độ Vậy trên trục III có 6 tốc độ từ đây ta có thể bù lại
6 tốc độ trùng bằng đường truyền trực tiếp từ trục III tới trục chính
Để bù lại số tốc độ trùng vì thu hẹp lượng mở ta thiết kế thêm đường truyền tắt tốc độ cao từ trục III đến trục chính
Phương án của đường truyền Z 2 = 6 tốc độ
Thực tế , còn tuỳ theo yêu cầu tốc độ cao mà có điều kiện kết cấu và công nghệ nên giữa hai đường truyền dẫn có thể bố trí trùng tốc độ
Trang 26Lưới kết cấu của hai đường truyền trong máy
Trôc chÝnh
Vẽ đồ thị vòng quay cho hộp tốc độ
Nhược điểm của lưới kết cấu là không biểu diễn được TST cụ thể, các trị số vòng quay
cụ thể trên các trục, do đó không tính được truyền dẫn trong hộp, để khắc phục nhược điểm này ta vẽ đồ thị vòng quay.
Qua khảo sát và nghiên cứu máy mẫu 1K62, ta nhận thấy dạng máy mà ta đang thiết
kế có kết cấu và các phương án được chọn gần như tương tự, do đó ta chọn phương pháp vẽ đồ thị vòng quay của máy như sau:
- Chọn trị số vòng quay giới hạn trên trục I n 0 .
Để trục và bánh răng trên trục vào của hộp tốc độ chịu mômen uốn M x nhỏ , kích thước nhỏ gọn thường đặt tốc độ n 0 ở các trị số lớn Như vậy tốc độ n 0 sẽ có trị số
gần với n đc hơn nữa nếu chọn n 0 lớn thì từ n 0 đến n min ở trục chính phải giảm tốc nhiều
Mặt khác trên trục I ta đã dùng một ly hợp ma sát mà để ly hợp ma sát này có thể làm việc tốt thì số đĩa phải hợp lý và nên sử dụng ở tốc độ vào khoảng 800
(vòng/phút)
Ta thấy trên trục chính của máy có một tốc độ 800 (vòng/phút) do đó ta chọn tốc độ
trên trục I n 0 có trị số trùng với 1 tốc độ trên trục chính n 0 = 800 (v/p)
Vậy ta chọn trị số tốc độ trên trục I là n 0 = 800 (vòng/phút).
- Chọn số vòng quay của động cơ điện
Đa số các máy vạn năng hạng nhẹ và hạng trung dùng động cơ điện xoay chiều
không đồng bộ ba pha với vòng quay trục động có là n đc = 1450 (vòng/phút)
Với máy chuẩn T620 dùng động cơ điện có n đc = 1450 (vòng/phút) vậy ta chọn động cơ của máy thiết kế có n đc = 1450 (vòng/phút).
- Chọn tỷ số truyền cho hộp tốc độ
+ Chọn tỷ số truyền cho nhóm truyền từ động cơ tới trục I của hộp tốc độ.
Với n đc = 1450 (vòng/phút) ta dùng bộ truyền đai để truyền tốc độ cho trục vào của
hộp tốc độ với tỷ số truyền
Ph¹m M¹nh Hïng CTM8-K44
Trang 27i đai =
dai dc
0
n
n
Với đai = 0,985 ta có
i đai =
dai dc
0
n
n
=
985 , 0 1450
) 56 , 0 lg(
) lg(
) i lg( dai
- 2,5
Ta có lưới kết cấunhư hình bên.
Dựa vào điều kiện kết cấu hộp chặt chẽ thay đổi tốc độ đơn giản ta chọn tỷ số truyền cho hộp tốc độ
Theo công thức giới hạn tỷ số truyền
2 i 4
Chọn i 1 = 1 dựa vào lưới kết cấu
ta có i 2 = 2 và lưới kết cấu của
nhóm truyền như hình vẽ:
Vậy ta có : i 1 = 1 II
i 2 = 2
+ Chọn tỷ số truyền cho nhóm truyền II II
( truyền từ trục II sang trục III )
Chọn i 3 = - 4 dựa vào lưới kết cấu
+ Chọn tỷ số truyền cho nhóm truyền III
( truyền từ trục III sang trục IV) III
Chọn i 6 = - 6 dựa vào lưới kết cấu
ta có i 7 = 0 và lưới kết cấu của
Trang 28Chọn i 8 = - 6 dựa vào lưới kết cấu
ta có i 9 = 0 và lưới kết cấu của
+ Tỷ số truyền của nhóm truyền trục tiếp
tốc độ cao (Từ trục III đến trục chính) III
Ta xuất phát từ tốc độ cao nhất trên trên
trục III dóng xuống tốc độ cao nhất trên
Trang 29630 400 160
250
1450(v/p) Trôc
§éng c¬ Trôc I
Trôc III Trôc II
Trôc V
Trôc chÝnh Trôc IV
Như trên ta đã chọn được các tỷ số truyền dựa trên cơ sở tham khảo máy mẫu
Trên đồ thị vòng quay ta cố tình tăng tốc từ trục I sang trục II sau đó mới giảm tốc là
vì tren trục I ta dùng ly hợp ma sát , để ly hợp này làm việc tốt với số đĩa hợp lí nên suqr dụng ở tốc độ khoảng 800(vòng/phút) Hơn nữa từ đây ta tận dụng khối bánh răng di trượt trên trục I làm vỏ của ly hợp ma sát cho nên bánh răng của trục I cần có kích thước đủ lớn (khoảng 100mm) Nghĩa là bánh răng trên trục I phải chọn lớn lên
vì lí do kết cấu do đó đã tăng tốc rồi mới giảm tốc.
Còn nếu tiếp tục giảm tốc thì bánh răng trên trục II sẽ quá lớn không có lợi cho kết cấu của hộp tốc độ
1.3 Tính số răng của một nhóm truyền trong hộp tốc độ
Tính đường kính bánh đai trong bộ truyền đai (từ trục động cơ đến trục vào hộp tốc độ)
Như trên ta có tỷ số truyền của bộ truyền đai là i đai = 0,56 =
260 146
Vậy ta có đường kính bánh đai ở trục động cơ là 1 = 146 (mm) và đường kính bánh đai ở đầu trục vào của hộp tốc độ là = 260 (mm).
Trang 30 Tính số răng bánh răng trong một nhóm truyền
với Z x = E K
g f
f
x x
) g f ( Z
x
x x
; E minbị =
K g
) g f ( Z
x
x x
Z min : là số răng nhỏ nhất ta lấy Z min = 17 răng Trong hộp tốc độ ta thường lấy
Z 100 120 răng
Với nhóm truyền không cùng môđun.
Giả sử trong nhóm truyền dùng hai môđun (m 1 ; m 2 ) ta có :
2.A = m 1 ( Z i + Z i ’ ) = Z 1 m 1 2.A = m 2 ( Z j + Z j ’ ) = Z 2 m 2
2 2
1
e
e m
m Z
11
f 1 + g 1 = 18
Vậy bội số chung nhỏ nhất K = 18
Vì tia có tỷ số truyền i 2 nghiêng sang phải nhiều nhất do đó E min được tính theo công thức E minbị thay số ta có
n0
i2
i1
Trang 31E min =
18 7
) 7 11 ( 17 K
g
) g f ( Z
2
2 2
= 2,43 lấy E = 5 Vậy tổng số răng Z = K.E = 18.5 = 90
Z 2 = 5 18
18
11 K E g f
f
2 2
f
1 1
Z
' 1
1 (sai số 1%)
i 2 = 1 , 57
35
55 Z
Z
' 2
f 54
22 26 , 1
1 1
f 46
30 26 , 1
1 1
1
f 5 + g 5 = 2 Bội số chung nhỏ nhất K = 76
Ta thấy rằng tia có tỷ số truyền i 3 có đọ nghiêng trái nhiều nhất vì vậy E min được tính theo công thức E minchủ
22
17 76
22
) 54 22 ( 17 K
f
) g f ( Z
3
3 3
f
3 3
f
4 4
f
5 5