THIẾT KẾ MÁY KHOAN ĐỨNG DỰA TRÊN CƠ SỞ MÁY KHOAN K135

Để thực hiện các chuyển động ấy ta phải thiết kếmột xích tốc độ để tạo ra nhiều cấp tốc độ khác nhau cho trục chính và cho xích chạy dao.. 5.1 Thiết kế động học hộp tốc độ:Hộp tốc độ là

MÁY KHOAN K135 Phần 1 : PHÂN TÍCH MÁY CHUẨN 1.1 Máy chuẩn : máy K135 với các thông số như sau :

Đặc tính kỹ thuật Máy khoan K135

Khoảng cách từ đường trục tâm chính tới trụ (mm) 300

Khoảng cách lớn nhất từ mút trục chính tới bàn máy (mm) 750

Kích thước bề mặt làm việc bàn máy (mm x mm) 450x500

Kích thước của máy :

- Dài 1245

- Rộng 815

- Cao 2690

2 Khả năng công nghệ của máy khoan :

Máy khoan có các khả năng công nghệ chủ yếu:

+ Gia công các lỗ thông hay không thông, lỗ côn hay trụ…

+ Gia công mở rộng lỗ bằng dao khoét

+ Gia công tạo độ bóng cao cho lỗ bằng dao doa

+ Gia công ren bằng mũi tarô

+ Ngoài ra còn gia công các bề mặt có tiết diện nhỏ, thẳng góc hay cùng chiều trụcvới mũi khoan

3 Phân tích các chuyển động tạo hình:

Để tạo nên các bề mặt gia công cần có các chuyển động tạo hình:

+ Chuyển động chính là chuyển động quay tròn của dao.

+ Chuyển động chạy dao là chuyển động tịnh tiến do dao thực hiện

Ngoài ra còn có chuyển động phụ là chuyển động tịnh tiến của bàn máy nhờ cơ cấutrục vitme

Như vậy để thiết kế máy khoan ta cần tạo ra chuyển động quay tròn của trục chính(trục gá dao) và chuyển động lên xuống của trục dao tạo ra chiều sâu cắt Ngoài ra cần tạo

ra chuyển động tịnh tiến lên xuống của bàn gá phôi để tạo điều kiện cho dao thực hiệncác khả năng công nghệ đúng yêu cầu Để thực hiện các chuyển động ấy ta phải thiết kếmột xích tốc độ để tạo ra nhiều cấp tốc độ khác nhau cho trục chính và cho xích chạy dao

Sơ đồ kết cấu động học:

ĐCS

V

34

7

8910

34

5678

34

56789

4 Tính toán xác định các thông số kỹ thuật cơ bản của máy:

4.1 Thông số động học:

Gia công những chi tiết có kích thước, vật liệu khác nhau, yêu cầu kĩ thuật khác nhau,điều kiện chế tạo khác nhau dẫn đến đưa lý thuyết cắt gọt và lý thuyết về năng suất máy,

để xác định giới hạn tốc độ Vmax, Vmin, phải đảm bảo các trị số biến đổi kích thước trongphạm vi trên Những kích thước này quy thành số vòng quay của trục chính.

D

V 1000 n

max

D

D V

+ Chiều sâu cắt t: t D2 (mm)

Dmax = 35 (mm)  tmax = 17,5 (mm)

Dmin = 7 (mm)  tmin = 3,5 (mm)

+ Lượng chạy dao S:

Lượng chạy dao S tra trong bảng 5.25 (trang 21) sổ tay CNCTM tập 2 với cách tradựa vào đường kính gia công

Đối với thép: Smax = 0,78 (mm/vg); Smin = 0,09 (mm/vg)

Đối với gang, hợp kim đồng, hợp kim nhôm: Smax = 1,19 (mm/vg); Smin = 0,18(mm/vg)

Suy ra ta chọn Smax = 1,19 (mm/vg) và Smin = 0,09 (mm/vg)

+ Vận tốc cắt:

Ta có: mv yq Kv

S T

D C

Trong đó: Cv, q, y, m tra sổ tay CNCTM tập 2 tra bảng 5.28

Kv = Kmv.Kuv.Klv

Kmv – hệ số phụ thuộc vật liệu gia công (bảng 5.1 ÷ 5.4)

Kuv – hệ số phụ thuộc vào vật liệu dụng cụ cắt (bảng 5.6)

Klv – hệ số phụ thuộc vào chiều sâu khoan (bảng 5.31)

Tra bảng thông số tốc độ cắt ta có: Vmax = 30,66 (m/ph), Vmin = 4,62 (m/ph)

Ta suy ra được số vòng quay lớn nhất và nhỏ nhất của động cơ:

1395 7

14 , 3

66 , 30 1000 D

V 1000 n

62 , 4 1000 D

V 1000 n

n R

41 , 1 ln

21 , 33 ln 1 ln

R ln

2000 42 n

n n

min

max min

Phạm vi điều chỉnh lượng chạy dao là: 13 , 2

09 , 0

19 , 1 S

S R

2 , 13 ln 1 ln

R ln

Khi thiết kế máy cần phải tiến hành xác định công suất động cơ điện, để tạo cơ sở choviệc tính toán động lực học của các chi tiết và bộ phận máy.

a Xác định công suất động cơ truyền động chính:

Công suất cắt:

9750

n M

Trong máy khoan công suất động cơ truyền dẫn chính gồm 3 phần:

Nđcv = Nc + No + Np

No – công suất chạy không

Np –công suất tiêu hao phụ

Thường Nc = (0,7 ÷ 0,8) Nđc nên có thể tính gần đúng công suất động cơ điện theo

công suất cắt:



 cđcv

N N

Với  = (0,7 ÷ 0,85) đối với các máy có chuyển động quay tròn

Chọn  = 0,75

75 , 0

92 , 3 N



b Công suất chạy dao:

Công suất chạy dao được tính theo tỉ lệ phần trăm công suất truyền dẫn chính:

5.1 Thiết kế động học hộp tốc độ:

Hộp tốc độ là bộ phận quan trọng trong máy cắt kim loại nói chung và trong máykhoan nói riêng, nó dùng để thực hiện những nhiệm vụ sau:

- Truyền công suất từ động cơ điện đến trục chính

- Đảm bảo phạm vi điều chỉnh cần thiết cho trục chính hay trục cuối cùng củahộp tốc độ với cùng công bội  và số cấp tốc độ Z yêu cầu

Từ các thông số cơ bản Rn, , và z ta có thể thực hiện nhiều phương án về kết cấu củahộp tốc độ với cách bố trí số vòng quay, số trục, hệ thống bôi trơn, điều khiển v.v… rấtkhác nhau Do đó, ta cần phải lựa chọn phương án thích hợp nhất dựa vào yêu cầu sauđây:

- Các giá trị số vòng quay từ n1 ÷ n12 và hệ số cấp vòng quay  phải phù hợp vớitrị số tiêu chuẩn

- Các chi tiết máy tham gia vào việc thực hiện truyền động phải đầy đủ độ bền,

độ cứng vững để đảm bảo truyền động chính xác, nhất là đối với trục chính

- Kết cấu của hộp tốc độ phải đơn giản, xích truyền động phải hợp lý để đạt hiệusuất truyền động cao (80 ÷ 90%) Cơ cấu phải dễ dàng tháo lắp, điều chỉnh vàsửa chữa

- Điều khiển phải nhẹ nhàng và an toàn

Với những yêu cầu trên, ta tiến hành phân tích, lựa chọn một phương án phù hợp vớicác chỉ tiêu về kỹ thuật, kinh tế trong điều kiện cho phép

5.1.1 Thiết kế phương án không gian:

a Tính số nhóm truyền tối thiểu:

68 , 2 42

2000 log 6

,

1

Chọn x = 3

Vậy số nhóm truyền tối thiểu là x = 3

b Lựa chọn phương án không gian:

Với số cấp tốc độ Z = 12 ta có các phương án không gian là: 3x2x2, 2x3x2, 2x2x3.Vậy ta có 3 phương án bố trí không gian vì các nhóm truyền dùng chung bánh răng ditrượt…nên ta chọn phương án nào là tối ưu nhất

Sơ đồ các phương án không gian:

Phương án 3x2x2:

Phương án 2x3x2:

Phương án 2x2x3:

Ta so sánh các phương án không gian với các chỉ tiêu đánh giá sau:

+ So sánh tổng số trục của các phương án không gian:

Str = x + 1 ( x số nhóm truyền)

Tổng số trục của các phương án đều bằng nhau: Str = 3 + 1 = 4 (trục)

+ Tổng số răng trong hộp của các phương án đều bằng nhau: 





n 1

x x

Br 2 P S

Px – số bánh răng trong nhóm truyền thứ x

SBr = 2(3+2+2) = 2(2+3+2) = 2(2+2+3) = 14 (bánh răng)

+ Chiều dài hộp: L b f

Với b = (6 ÷ 10)m; m  4

m – mođun; f – các loại khe hở

Ta có chiều dài hộp đều như nhau

+ Chú ý số lượng bánh răng chịu momen xoắn ở trục cuối cùng

+ Chú ý các cơ cấu đặc biệt dùng trong ly hợp ma sát, phanh…

Từ bảng ta có thể chọn phương án không gian là 3x2x2 hoặc 2x3x2

Vì phương án 3x2x2 có 3 bánh răng chịu tốc độ cao nên dẫn đến mau mòn, khôngkinh tế Vậy ta chọn phương án không gian 2x3x2 là tốt nhất

5.1.2 Phân tích và chọn phương án thứ tự:

Với phương án không gian tối ưu mà ta đã lựa chọn ở trên ta có nhiều phương án thayđổi thứ tự khác nhau

Số phương án thay đổi thứ tự được tính theo công thức: q = m!

m – số nhóm bánh răng truyền dẫn trong hộp tốc độ

m = 3  q = 3! = 6

Ta có các phương án thứ tự:

1) Z = 2 x 3 x 2 2) Z = 2 x 3 x 2 3) Z = 2 x 3 x 2

PATT I II III PATT I III II PATT II I III

1 2 6 1 4 2 3 1 6

4) Z = 2 x 3 x 2 5) Z = 2 x 3 x 2 6) Z = 2 x 3 x 2

PATT II III I PATT III I II PATT III II I

2 4 1 6 1 3 6 2 1

Vì số vòng quay trục chính là cấp số nhân nên các tỷ số truyền trong từng nhóm cũng

là cấp số nhân có công bội xi (i = 0, 1, 2, 3….)

+ xi gọi là đặc tính hay lượng mở của nhóm truyền động, là số nguyên phụ thuộc vàothứ tự hoán vị các nhóm truyền

+ Tỷ số truyền và lượng mở phải nằm trong giới hạn cho phép:

Xmax = X(p-1)

X(p-1)  8

Trong đó: x – lượng mở giữa 2 tia lân cận

p – số tỷ số truyền trong nhómLập bảng so sánh các phương án thứ tự:

PAKG 2 x 3 x 2 2 x 3 x 2 2 x 3 x 2 2 x 3 x 2 2 x 3 x 2 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

IVIIIIII

(6) (1) (3)

1211109

87654321

IVIIIII

này, số vòng quay giảm dần từ trục I đến trục IV Các tỷ số truyền bố trí giảm từ từ nêncác trục trung gian có số vòng quay tới hạn nt cao, kích thước sẽ nhỏ, hộp tốc độ bố trígọn Số bánh răng làm việc ở các trục có số vòng quay cao nhiều hơn nên kích thước nhỏhơn.

5.1.3 Chọn tỉ số truyền và vẽ lưới đồ thì vòng quay:

Trên cơ sở lưới kết cấu đã được chọn, ta vẽ đồ thị số vòng quay để thể hiện mối quan

hệ của số vòng quay với những trị số thực của các tỉ số truyền Ở đồ thị này, số vòngquay và tỉ số truyền đều có giá trị thực

Các đường biểu hiện trục, các điểm biểu thị số vòng quay giống như ở lưới kết cấu.Các tia ở đây không bố trí đối xứng mà bố trí thích ứng với giá trị tỷ số truyền của nó vớiquy ước như sau:

- Các tia thẳng đứng biểu hiện tỷ số truyền i = 1, tức là đồng tốc

- Các tia nghiêng sang trái biểu diễn tỷ số truyền i < 1, tức là giảm tốc

- Các tia nghiêng sang phải biểu diễn tỷ số truyền i > 1, tức là tăng tốc

- Các tia song song có giá trị như nhau

Tỷ số truyền i thỏa mãn điều kiện: i 2





+ Nhóm III: i6 ÷ i7 = 1 ÷ 6 ; chọn i7 = 2  6 4

1 i





Lưới đồ thị vòng quay:

1

g

f 2

1 41 , 1

1 1

5 41 , 1

1 1

2 1 z

K f

g f

1

1 1

Trị số E cần phải chọn trong một giới hạn nào đó để cho số răng tính ra không nhỏhơn số răng giới hạn zmin = 17 Cho nên để tránh hiện tượng cắt chân răng thì z  zmin.Chọn E = 5

Tổng số răng cho phép trong hộp tốc độ Z  ( 100  120 )

60 5 12 E K

20 60 2 1

1 Z g f

f Z

1 1

2 Z g f

g ' Z

1 1

7





+ Nhóm II:

3

3 3

3 3

g

f 62

22 41 , 1

1 1

5 41 , 1

1 1

7 41 , 1

62 22 z

K f

g f

3

3 3

Chọn E = 1

84 1 84 E

K



22 84 62 22

22 Z

g f

f Z

3 3

62 Z

g f

g '

Z

3 3

5 Z g f

f Z

4 4

7 Z g f

g '

Z

4 4

7 Z g f

f Z

5 5

5 Z g f

g '

Z

5 5

4

f 4

1 41 , 1

1 1

4 1 z K f

g f

6

6 6

Chọn E = 7

105 6 15



21 105 4 1

1

6 6

f

4 1

4

'

6 6

g Z

70 105 1 2

2

7 7

f

1 2

1

'

7 7

g Z

b Tính số vòng quay và sai số vòng quay – vẽ đồ thị sai số:

Tỷ số truyền đai:

đ đc

0

đ n

n i





Với n0 = n10 = 955 (vg/ph); nđc = 1450 (vg/ph); đ = 0,95

7 , 0 95 , 0 1450

đ

30 60 72 18

35 49 35 62 22

35 25 40 20

% 100 n

n n n

số cho phép: [  n ]   10 (   1 )   10 ( 1 , 41  1 )   4 , 1

5.2 Thiết kế động học hộp chạy dao:

Giới hạn lượng chạy dao: Smax = 1,14 (mm/vg); Smin = 0,1 (mm/vg);

Zs = 12;  = 1,26Hộp chạy dao trong máy khoan đảm bảo cho máy khoan có một tốc độ cần thiết trongquá trình cắt, lượng di động không đòi hỏi chính xác lắm

Để đảm bảo chiều cao theo chiều trục người ta dùng cơ cấu then kéo Tùy theo vị trícủa then kéo mà một trong những bánh răng lồng không sẽ được cố định với trục, và thựchiện truyền chuyển động giữa 2 trục

Cơ cấu này có ưu điểm: kích thước nhỏ gọn vì chỉ có 2 trục, không có bánh răng ditrượt và ly hợp, các bánh răng đặt kề nhau với độ hở nhỏ Ngoài ra còn có thể sử dụngbánh răng nghiêng

Tuy nhiên hộp chạy dao dùng cơ cấu then kéo cũng có nhược điểm:

+ Độ bền và độ cứng vững kém nên không thể truyền được momen lớn (do phayrãnh then trên trục)

+ Độ mòn của bánh răng lớn, hiệu suất truyền động thấp vì các bánh răng khônglàm việc vẫn ăn khớp vào nhau

+ Không thể dùng các bánh răng có đường kính lớn, vì để hạn chế lượng di độngcủa then kéo thì bánh răng mỏng; bánh răng mỏng không thể dùng đường kính lớn

5.2.1 Thiết kế phương án không gian:

Ta có các phương án không gian sau:

- Phương án III, IV, V sẽ làm cho kích thước chiều rộng hộp tăng lên

- Phương án VI, VII có số bánh răng trên trục nhiều dẫn đến trục yếu (số bánhrăng trên một trục bộ then kéo không lớn hơn từ 3 ÷ 5 bánh), kích thước chiềudài hộp tăng

- Phương án I, II là hợp lý nhưng PAKG 4 x 3 có số bánh răng ở trục vào caonên dễ mòn và độ cứng vững thấp

Vậy ta chọn phương án tối ưu là PAKG 3 x 4

a) PATT: I II

(1) (3)

5.2.3 Chọn tỉ số truyền và vẽ lưới đồ thị vòng quay:

Để rút ngắn khoảng cách chiều trục, giảm chiều cao hộp chạy dao ta dùng cơ cấu bánhrăng dùng chung

Ưu điểm: + Giảm bớt được số lượng bánh răng

+ Rút ngắn khoảng cách chiều trục và tận dụng khả năng làm việccủa các bánh răng dùng chung

Nhược điểm: + Bánh răng dùng chung mau mòn

+ Chỉ có thể lắp cố định với trụcHộp chạy dao dùng cơ cấu then kéo thì phải dùng ít nhất 2 bánh răng dùng chung, do

đó ta phải biển đổi tốc độ bằng cách chịu trùng cấp và khi đó số cấp sẽ giảm đi bằng sốcấp bị trùng

Do vậy dựa vào lưới kết cấu ta có 2 trường hợp:

a Trường hợp 2 bánh răng dùng chung:

Từ sơ đồ động, ta thấy bánh răng dùng chung tốt nhất nằm trong các tia tỷ số truyền

3 3 1 1

' Z ' Z ' Z '

Z

' Z Z ' Z Z

Rút các bánh răng dùng chung Z’1; Z’3 làm thừa số chung:

1 7 1

3 3 3 1

1 1

' Z ' Z 1 ' Z '

Z ' Z 1 '

Z

1 ' Z Z ' Z 1 ' Z Z '

7 1

3 3 1

1

i 1 1 ' Z i

1 1

'

Z

1 i ' Z 1 i

1 i i

1 1

1 i

1

3 6 7



  1 3

1 i



 và i6 =  thay vào (*) ta được: i7 = 3+ n1 : n4 = i4 : i5

n1 : n4 = 1 : 3

 i4 : i5 = 1 : 3

Với 4 5

1 i



  5 2

1 i

b Trường hợp có 3 bánh răng dùng chung:

Các bánh răng dung chung nằm trong các tia: i1i7; i2i6; i3i5

3 3 2 2 1 1

' Z ' Z ' Z ' Z ' Z ' Z

' Z Z ' Z Z ' Z Z

) 1 i ( ' Z ) 1 i ( ' Z ) 1 i ( ' Z

5 3 6

2 7

1

3 3 2

2 1

1

Dựa vào lưới kết cấu ta có:

i2 = i1  ; i3 = i1 2 ; 3

7 6

i i



7 5

i i





Đặt e = i1i7 

1 7 i

1 i i

1 1

1 i

1.ie

i1

1i

3 1

1 1

1 i i

1 1

1 i

1.ie

.i1

1.i

6 1

2 1 3 1

Giải hệ phương trình trên ta có: i1 = 0 và i1 = - 1/4 không thỏa mãn

Vậy không thể dùng 3 bánh răng dùng chung được

Đồ thị vòng quay:

IIIII



 ; 2 2

1 i

3

1

g

f 2

1 26 , 1

1 1

2

2

g

f 50

31 58 , 1

1 26 , 1

1 1

4 26 , 1

1 1

2 1 Z K f

g f

1

1 1 min      < 1

Chọn Emin = 1

 Z = K E = 81 1 = 81

27 81 2 1

1 Z g f

f Z

1 1

31 81 50 31

31 Z

g f

f Z

2 2

4 Z g f

f Z

3 3

4

26 , 1

1 1



1 1





26 , 1

5 5

26 , 1 1 '

Z

81 '

Z Z

4 4

26 , 1 1 '

Z

81 '

Z Z

5.2.5 Số vòng quay và sai số vòng quay – đồ thị sai số vòng quay.

Sai số vòng quay tính theo công thức:

% 100 n

n n n

Các trị số vòng quay thực tế nhận được phải nằm trong giới hạn sai số cho phép:[n] = ± 10( - 1) = ± 10(1,26 - 1) = ± 2,6

Số vòng quay nhỏ nhất của hộp chạy dao tính theo công thức:

03,0 ,3.

14,3 1,0.

47 Z.m.

i i

i

' Z Z

n1 = 1  0,194 

62

19 54

 = 0,31