Bài Giảng Thiết Kế Máy Công Cụ

Máy sàng,máy nghiền có từ 1 đến 2 chuyển động quay lắc.Còn máy công cụ ít chuyển động nhất là máy khoan cũng có 2 chuyển động,máy phay và máy tiện vạn năng có 3 chuyển động ,máy gia công

1

MÔN HỌC: MÁY CÔNG NGHIỆP

Người biên soạn:Ths.Phùng chân Thành

Bộ môn Chế tạo máy, Khoa cơ khí

GIỚI THIỆU MÔN HỌC: MÁY CÔNG NGHIỆP

Môn học lấy máy cắt kim loại làm đối tượng nghiên cứu vì đây là loại máy có sự phối hợpù nhiều chuyển động phức tạp nhất,đặc trưng nhất,có yêu cầu rất cao về thiết kế và yêu cầu khắt khe trong chế tạo

Ví dụ các máy khuấy trộn,máy li tâm thường chỉ có 1 chuyền động là quay tròn Máy sàng,máy nghiền có từ 1 đến 2 chuyển động quay lắc.Còn máy công cụ ít chuyển động nhất là máy khoan cũng có 2 chuyển động,máy phay và máy tiện vạn năng có 3 chuyển động ,máy gia công bánh răng trụ và côn có 3 đến 4 chuyển động ,máy gia công bánh răng không tròn (bánh răng enlíp) có tới 5 chuyển động tạo hình.Máy công cụ vừa phức tạp về truyền động,vừa có yêu cầu cao về độ chính xác,độ cứng vững và độ ổn rung.Do vậy việc thiết kế máy công cụ đòi hỏi một khối lượng công việc rất lớn cần ứng dụng kiến thức của nhiều lĩnh vực khác nhau:thiết kế các kết cấu cơ khí,thiết kế điều khiển máy,thiết kế mỹ thuật…

Đặc biệt cần ứng dụng phương pháp tự động hoá thiết kế nhờ trợ giúp máy tình và các phần mềm chuyên dùng

I.Nội dung môn học: Môn học nhằm trang bị cho người học những kiến thức cơ bãn về lý luận thiết kế máy công cụ.Trình bày các giải pháp cụ thể vế việc lựa chọn các

phương án thiết kế động học máy.Thiết kế động lực học những bộ phận quan trọng nhất của máy.Đề cập đến việc thiết kế hệ thống điều khiển máy

II.Tài liệu tham khảo:

1.Nguyễn Anh Tuấn-Phạm Đắp

Thiết kế máy công cụ tập 1.Nhà xuất bản KHKT

2.Phạm Đắp và nhiều tác giả khác

Tính toán thiết kế máy cắt kim loại.Nhà xuất bản Đại học và trung học chuyên nghiệp 3.Nguyễn Ngọc Cẩn

Thiết kế máy cắt kim loại.Đại học Bách khoa TP.Hồ Chí Minh

4.N.Acherkan.D.Sc

Machine tool design.vol3.Mir Publishers

CHƯƠNG I:NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ THIẾT KẾ MÁY

CÔNG CỤ

Thiết kế máy công cụ gồm 3 lĩnh vực chủ yếu:

-Thiết kế truyền động

-Thiết kế kết cấu

-Thiết kế điều khiển

Nội dung chính của chương này gồm có 3 phần:

1.1.Những yêu cầu đề ra đối với máy thiết kế mới

1.2.Tổ chức thiết kế máy công cụ

1.3.Phương hướng phát triển vế thiết kế máy công

cụ

1.1.Các yêu cầu đối với máy thiết kế

1.Độ chính xác

Máy thiết kế phải đãm bảo độ chính xác:Độ chính xác

hình học và độ chính xác động học.Độ chính xác thể

hiện qua các sai số khi gia công sản phẩm

Tiêu chuẩn TCVN1742-75 máy chia ra 5 cấp

chính xác: E,D,C,B,A

E:Cấp chính xác thông thường, phổ biến

D:Cấp chính xác nâng cao

C:Cấp chính xác cao

B.Cấp chính xác đặc biệt cao

A.Cấp siêu chính xác

2.Năng suất cao

Năng suất đơn chiếc:

t t

tp c

d





1

Với: tc-Thời gian cắt

tp-Thời gian phụ không trùng với thời gian

cắt(tổn thất trong chu kỳ)

td-Thời gian dừng máy đễ sửa chữa do hỏng hóc

ngẫu nhiên(tổn thất ngoài chu kỳ)

Hình 1.1

3.Yêu cầu sử dụng:Đơn giản ,thuận tiện,an toàn khi bảo

3

quản,sử dụng và sửa chữa

4.Độ tin cậy và tuổi thọ cao

5.Tính vạn năng của máy công cụ :Khả năng thích nghi

của máy với sản phẩm mới

Hình 1.2 Lựa chọn máy phụ thuộc vào qui mô sản

suất:

1-Máy vạn năng hay đa dụng

2- Máy chuyên môn hoá

3 -Máy chuyên dùng

4 -Máy điều khiển theo chương trình số

5-Hệ thống gia công điều khiển bằng máy tính

Lựa chọn máy phụ thuộc vào qui mô sản suất

6.Trình độ tự động hoá máy công cụ

Tỷ số giữ thời gian các nguyên công tự động và tổng

thờigian gia công trên máy :

T a

n tdit



t tđi :Thời gian của nguyên công tự động thứ i

T:Tổng thời gian chu kỳ

Xu hướng :

a.Sản xuất nhỏ:TĐH nhờ máy CNC

b.Sản suất lớn:Sử dụng đường dây tự động sẽ

có hiệu quả

7.Tính hiệu quả kinh tế của máy:

-Hiệu quả trong thiết kế

-Hiệu quả trong sử dụng

Dựa vào tổng chi phí chế tạo:

P CK.

P:tổng phí tổn

C:Giá thành sản phẩm

K:Hệ số % hiệu quả đầu tư cơ bản

:Đầu tư cơ bản

8.Mức tiêu hao vật liệu và kích thước máy

-Phối hợp sử dụng vật liệu

9.Tính công nghệ trong kết cấu của máy

Thể hiện cụ thể qua :

a.Có giảt pháp kêt cấu máy phù hợp

b.Sử dụng chi tiết và cụm máy tiêu chuẩn hoá

c.Chọn và phối hợp vật liệu hợp lý

d.Phân chia máy ra các cụm hợp lý coi mỗi cụm là

một đơn vị lắp ráp

e.Hình dáng hình học các chi tiết đơn giản,dễ chọn

phôi,giảm trọng lượng kim koại

f.Chọn chuẩn hợp lý cho chế tạo và lắp ráp

g.Có phương án di chuyển dễ dàng các bộ phận

nặng

1.2.Tô chức thiết kế máy công cụ

-Lao động thiết kế chiếm tỷ lệ khá lớn theo thống kê có đến 60% chi phí cho chế tạo máy mới do đó việc nâng cao năng suất ,tổ chức hợp lý và hoàn thiện quá trình thiết kế sẽ đem lại hiệu quả cao

-Người thiết kế phải quan tâm đên nhiều yếu tố có mối liên hệ với các lĩnh vực khác nhau

Hình 1.3.Sự liên hệ giữa thiết kế và các lĩnh vực

1.2.1.Các giai đoạn thiết kế máy :

-Dữ liệu thiết kế ban đầu

-Xác định tính năng kỹ thuật

-Thiết kế truyền động

-Thiết kế kết cấu

-Thiết kế chế tạo

Hình 1.4 Các giai đoạn thiết kế máy mới

Hình 1.5.Các giai đoạn thiết kế cụm máy

Thí dụ:

Hình 1.6.Thiết kế ổ trục chính

Hình1.7.Thiết kế mặt bích

Hình 1.8.Sơ đồ khối quá trình thiết kế

1.2.2.Vài đặc điểm thiết kế máy công cụ vạn năng,máy tổ

hợp và máy chuyên dùng

1.Thiết kế máy vạn năng:

-Xác định chuỗi thông số kỹ thuật của máy:Chuỗi vòng quay,gam máy…

-Chọn máy chuẩn làm cơ sở thiết kế`:kế thừa các thành tựu khoa học đã được thử nghiệm ,kiểm chứng

-Thiết kế` động học và động lực học máy

2.Thiết kế máy tổ hợp:

-Dựa vào hình dáng chi tiết

-Dựa vào hình thức tập trung nguyên công

Các bộ phận tiêu chuẩn hoá:Đầu động lực,hộp trục chính,cần thiết kế thân máy Hình 1.9.Các cụm máy tổ hợp

1.2.3.Tự động hoá quá trìnhù thiết kế: Có thể tự động hoá các khâu:

5

-Thu thập sử lý thông tin ban đầu :15%

-Kỹ thuật tính toán:25-30%

-Công việc vẽkỹ thuật và lập văn bản thiết kế:50-

60%:CAD,CAO…

Hình 1.10.Sơ đồ thiết kế máy mới

Hình 1.11.Sơ đồ thiết kế chi tiết máy

Hình 1.12.Sơ đồ thiết kế máy tổ hợp

1.3.Phương hướng phát triển về thiết kế máy công cụ và

đặc điểm thiết kế máy trong vùng nhiệt đới

1 Nâng cao tuổi thọ,độ tin cậy làm việc của máy,độ

bền mòn của chi tiết máy

2.Nâng cao độ chính xác máy

3.Nâng cao năng suất,hạ giá thành

3.Nâng cao độ cứng vững,độ chịu rung của máy

4.Nâng cao trình độ tự động hoá máy

6.Chú ý đặc điểm khí hậu nhiệt đới khi thiết kế

Chương II: ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA MÁY CÔNG CỤ

Độ chính xác thể hiện qua các dạng sai số của

máy

Máy công cụ có các dạng sai số sau: 5 loại sai số

1.Sai số ban đầu:Sai số hình học và sai số động học

2.Sai số gắn liền với chế độ làm việc của máy:Sai số

đàn hồi,sai số động lực học,sai số nhiệt

3.Sai số biến thiên theo thời gian:Domòn,do ứng suất

dư

4.Sai số do dụng cụ cắt và sơ đồ tạo hình

5.Sai số do điều chỉnh máy gây nên

Ta sẽ xem xét các sai số này sau đây

2.1.Sai số hình học và động học

1.Sai số hình học.Là sai số về vị trí tương quan của các

bộ phận máy

Hình 2.1.Sai số hình học của máy

-Độ không thẳng góc đường tâm trục chính máy

khoan,máy phay và mặt phẳng bàn máy

-Độ đảo hướng kính trục chính máy tiện,máy phay…

-Độ đảo hươnùg kính lỗ côn trong trục chính máy

tiện,máy phay

-Độ không song song giữa tâm trục chính máy tiện và

phương chuyển động của xe dao

Sai số hình học sẽ chuyển toàn bộ hay 1 phần đến

chi tiết gia công dưới dạng sai số hệ thống

2.Sai số động học

Sai số động học: sự không đồng bộ, không nhịp

nhàng của chuyển động tương đối trong quá trình

tạo hình giữa phôi và dụng cụ cắt và sai số do phân

độ

Sai số động học gồm các sai số về tỉ số truyền :

-Sai số tỉ số truyền cố định

-Sai số tỉ số truyền biến đổi tức thời

Ngoài khi có tải làm biến dạng các khâu có khe hở

gây ra sai số

Hình 2.3.Xích bao hình máy lăn răng

Hình 2.4.Sai số động học máy phay lăn

Biện pháp giảm sai số động học:

-Giảm số khâu truyền động

-Có biện pháp khử khe hở

2.3.Sai số đàn hồi,sai số động lực học và sai số nhiệt

1.Sai số đàn hồi:Do biến dạng đàn hồi của hệ thống

công nghệ khi chịu lực

Xem kỹ lại môn học Công nghệ chế tạo máy chương

độ chính xác gia công

2.Sai số động lực học:Phát sinh do dao động tương đối

giữa dao và phôi gây ra khi gia công hoặc quá trình

chuyển tiếp :khởi động,hãm,đão chiều

3.Sai số nhiệt.Do biến dạng nhiệt gây ra :

-Dịch chuyển của đường tâm trục chính

-Dãn nở của dao

-Biến dạng nhiệt không đều trên chi tiết

Hình 2.8:Dịnh chuyển do nhiệt trênmáy

Hình 2.9:Dịch chuyển ngang mũi tâm ụ trước máy

7

tiện

Hình 2.11:Dãn nở chiều dài của dao tiện

2.4.Sai số do mòn:

Mòn làm tăng sai số hệ thống khi gia công

Hình 2.12 ảnh hưởng mòn của sóng trượt máy tiện

2.5.Sai số do dụng cụ cắt và sai số tạo hình

1.Sai số do dụng cụ cắt

Hình2.13.Quan hệ giữa lượng mòn và quãng đường

2.sai số tạo hình

-Sai số do điều chỉnh gần đúng xíchđộng của máy

-sai số do thay thế các bề mặt chi tiết bằng các bề

mặt đơn giản hơn

2.6.Sai số do điều chỉnh máy

2.7.Các nguyên nhân gây ra sai số khi gia công

1.Độ không tròn của chi tiết,độ côn của chi tiết

3.Độ không thẳng đường sinh

4.Độ lệch tâm chi tiết

5.Độ không phẳng

6.Độ không songsong,không thẳng góc

7.Sai số bước răng,sai số bước ren

2.8.những biện pháp nâng cao độ chính xác trên máy

1.Chọn sơ đồ gia công đúng

2.Hạn chế ảnh hưởng của biến dạng đàn hồi

3.Giảm mối ghép động và bất động

4.khử khe hở trong hệ thống đỡ và truyền động

5.Tạo ra biến dạng,dịch chuyển ban đầu

6.Giảm tác dụng của biến dạng nhiệt

7.Giảm ma sát trong các bộ truyền

8.Sử dụng hệ thống bù trừ và hệ thống kiểm tra tíchcực

Chương III:ĐỘ CỨNG VỮNG CỦA MÁY CÔNG CỤ

3.1.Các định nghĩa cơ bản

1.Khái niệm

Độ cứng vững là khã năng chống lại ngoại lực làm

nó bị biến dạng

Xét một mạch điều khiển: Hình 3.1

Độ mềm dẻo:

F

Y W

p

p

p 

Yp: hàm biến dạng

Fp:Hàm tải trọng

Nghịch đảo của độ mềnm dẻo là độ cứng:

Wp

Ta quan tân đến 2 loại độ cứng vững:

Độ cứng vững uốn và độ cứng vững xoắn

a Độ cứng vững uốn:Tỷ số giữa lực và chuyển vị:

2.mô hình độ cứng vững:Theo cơ học dao động thì:

Độ cứng vững coi như một thành phần của cơ hệ.Khảo

sát mẫu dao động một bậc tự do:

Hình:3.1

Trong đó :C y :Độ cứng vững của vật m do tác dụng của

lực trùng phương

m:Khối lượng của vật

y:chuyển vị của khối lượng m theo phương của lực F(t)

Trong thực tế thì m là khối lượng thu gọn của chi tíêt máy,Cy là độ cứng vững tổng cộng của nhiều thành phần liên kết với khối lượng m đó.Ta thường gặp 2 trường hợp :Mắc song sonh và mắc nối tiếp:

1111









9

3.2.Tối ưu hoá kết cấu và vật liệu

Các phương hướng chính tối ưu hoá kết cấu theo tiêu

chuẩn độ cứng vững gồm:

1.Chọn tiết diện ngang hợp lý:Tăng mô men quán tính

P

Với: Jx :Mô men chống xoắn

J :Mô men chống uốn

G :Mô đun đàn hồi trượt

E :mô đun đàn hồi

3.Chọn vật liệu có mô đun đàn hồi E lớn

3.3.Độ cứng vững tiếp xúc:

Biểu diễn mội quan hệ giữa lực và biến dạng tại các

điểm trên bề mặt tiếp xúc

Do bề mặt tiếp xúc có mấp mô và có khe hở nên khi

chịu lực sinh biến dạng

Giải quyết tăng độ cứng vững tiếp xúc nhờ:Chế tạo chính xác như côn moóc,lỗ tâm,Kết cấu có các căn đệm điều chỉnh.Khử khe hở ổ trục,chọn vật liệu hợp lý

3.4.Độ cứng vững của mối ghép

Sau khi ghép phát sinh tải trọng mối ghép,có thể là kéo ,nén, trượt,nên phãi tính toán chi tiết ghép có đủ độ bền và độ cứng vững như bu lông ,đinh tán,chốt…Vì nếu không đảm bảo sẽ làm cho mối ghép không đảm bảo chất lượng

3.5.Độ cứng vững ảnh hưởng đến độ chính xác máy

Máy không đủ độ cứng vững dao cắt sẽ dao động, làm cho vị trí của dao thay đỗi so với bề mặt chi tiết trong quá trình gia công gây ra sai số gia công

Hình:3.27.Quỹ đạo của dao so vơiù phôi

3.6.Aûnh hưởng của độ cứng vững đến sự làm việc và tuổi

thọ chi tiết máy

-Bánh răng ăn khớp không tốt

-Ngõng trục tiếp xúc không tốt với ổ

Hình:3.37Sai lệch của bạc

3.7.Đo lường độ cứng vững bằng thực nghiệm

-Đo lực:

Lực kế vòng đàn hồi

Lực kế điện cảm,điện trở :(loadcell)

-Đo biến dạng

Hình :3.41

Hình 3.43

Chương 4: CƠ SỞ CẤU TẠO ĐỘNG HỌC MÁY

4.1.Vận tốc cắt và lượng chạy dao tới hạn

Máy thiết kế phải có khã năng để lựa chọn vận tốc

cắt và lượng chạy dao thích hợp: v,s

Do đó máy phải có phạm vi vận tốc cắt và lượng

chạy dao: R v và R s hợp lý về số lượng và qui luật phân

bố

1.Vận tốc cắt:Có hai loại chuyển động tạo ra tốc

độcắt:chuyển động vòng và chuyển động thẳng

a.Chuyển động vòng:

V d n m/ph

1000

max

min min

.1000

.1000

n

min max min

11

k L

v k L

V

L T

V

)1.(

11

.1000

.1 



Với :

V

k V0, với k>1

V0 : Tốc độ nhanh

V :Tốc độ chậm

Phạm vi điều chỉnh hành trình kép:

L

L V

V n

2.Lượng chạy dao

a.Lượng chạy dao vòng:

s=1.i o i s t mm/v

t:hệ số chuyển đổi từ chuyển động quay sang thẳng

s min phụ thuộc vật liệu làm dao:

Dao thép gió: s min = 0.05

Dao hợp kim: s min = 0.02-0.03

Dao kim cương: s min = 0.005

S max = 2- 6 mm

b.Lượng chạy dao phút:Khi xích chạy dao từ đường

truyền riêng:

s=n đc i.t mm/ph

4.2.Chuỗi số vòng quay

Chuỗi vòng quay trục chính: Giả sử có chuỗi vòng

quay: n min =n 1 , n 2 , n 3 ……….n z =n max

Ta xem xét khi các tốc độ là phân cấp thì chuỗi vòng

quay tuân theo qui luật nào có lợi?Sao cho tổn thất vận

tốc không đổi

V d n C.d

1000

Hình 4.1.Biểu đồ quan hệ v,d n

Giả sử gia công chi tiết có đường kính d o ,vận tốc v o :

Tổn thất vận tốc tương đối:

100% 100% 1 100%

0 0

0 0

n

n V

n

k

k k





n

nk k

Theo toán học chuỗi số có tính chất trên đó là một cấp

số nhân

Hình 4.2

Kết luận:Để giới hạn tổn thất vận tốc tốc lớn nhất không

Đổi, tức là giới hạn tổn thất năng suất người ta

dùng chuỗi số nhân làm chuỗi vòng quay trục

chính trong các máy vạn năng

4.3.Xác định các thông số cơ bản

1.Xác định công bội φ tiêu chuẩn

-Theo nguyên tắc gấp 2

-Theo nguyên tắc gấp 10 Bảng 4.1

Và hạn chế: Δ vmax ≤ 50% , hay : 1<φ ≤ 2

-Từ đó ta có: φ=1.06,1.12,1.26,1.41,1.58,1.78 và 2

2.Xác định số vòng quay tiêu chuẩn:

-Chuỗi vòng quay cơ sở

1,1.06,1.12,1.18,1.25,1.32,1.4,1.5,1.6,1.7,……….9.5

-Chuỗi vòng quay dẫn suất khác từ chuỗi cơ sở:

Lấy chuỗi cơ sở nhân với:1.06 E ,với E là số nguyên

dương hay âm

-Sai số vòng quay phải thoả mãn:

n

n ntc

tt tc n

3.Lưạ chọn các thông số cơ bản

a.Chọn công bội φ:

b.Chọn số cấp tốc độ z.Thường chọn z là bội của 2 và 3

13

hay :

z = 3,4,6,8,12,16,18,24,36

Hình 4.3.Mối quan hệ giữa các thông số

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ HỘP TỐC ĐỘ

5.1.công dụng ,yêu cầu của hộp tốc độ

1.Công dụng: -Truyền tốc độ cắt

-Truyền công suất cắt

2.Yêu cầu của hộp tốc độ

a.Về tốc độ cắt:

Đảm bảo có số vòng quay thích hợp trong phạm vi

R n ,số cấp tốc độ và qui luật phân bố: Rn,φ,Z

c.Yêu cầu về sử dụng máy

-Hộp tốc độ phải nhỏ gọn,hiệu suất cao

-Điều khiển thuận tiện ,dễ dàng,an toàn khi làm

việc, làm việc ít ồn

d.Chỉ tiêu đánh giá hộp tốc độ

-Công suất truyền dẫn

-Số vòng quay giới hạn

-Mức độ phức tạp của truyền dẫn

-Mức độ điều khiễn và độ tin cậy

-Tính công nghệ trong chế tạo và giá thành

5.2.Một số nguyên tắc trong thiết lập hệ thống truyền

động

1.Xích truyền động ngắn nhất

Giảm bớt số khâu truyền độïng,chọn số vòng quay

động cơ hợp lý

2.Bố trí tỷ số truyền thích hợp:Tỷ số truyền lớn nên đặt

trước để số vòng quay trung gian cao

i = i 1 i 2 i 3 … i k

Nên chọn: i 1 ≥ i 2 ≥ i 3 ≥……≥ i k

Khi đó kích thước chi tiết máy sẽ nhỏ gọn

Ví dụ: Công thức tính đường kính trục:

3

n

N c

Thì tổng số bánh răng sẽ nhỏ nhất

Ví dụ: Z= 64 = 4×4×4 có 24 bánh răng

Z= 64 = 2×4×8 có 28 bánh răng

4.Tỷ số truyền chọn theo tiêu chuẩn:

i=1,06 E với E là một số nguyên dương hay âm

5.Bộ truyền đai nên đặt ở đầu xích truyền

Khi đó kích thước đai sẽ nhỏ gọn

Hình 5.5 ( 6.23)

5.3.Xác định tỷ số truyền của hộp tốc độ:

Tìm qui luật phân bố tỷ số truyền trong từng nhóm

truyền động để chuỗi vòng quay trục chính tuân theo

qui luật cấp số nhân

Có 2 phương pháp xác định tỷ số truyền:

-Phương pháp giải tích

-Phương pháp đồ thị giải tích

Ở đây ta chọn phương pháp đồ thị giải tích

Ví dụ:Xác định tỷ số truyền hộp tốc độ sau: Z=12

1.Chọn phương án không gian:

truyền

Nhận xét:Có rất nhiều phương án không gian cần so

sánh để chọn phương án hợp lý.Dựa vào các

tiêu chuẩn sau:

-Tổng số trục nhỏ nhất

-Tổng số bánh răng chịu mô men xoắn lớn nhất ít

nhất

-Kích thước hộp nhỏ gọn

Vận dụng những nguyên tắc ở mục 5.1 ta chọn

phương án không gian: Hình 5.6

Z = 3 × 2 × 2

2.Chọn phương án thay đổi thứ tự

15

Phương án thay đổi thứ tự là :Cách thay đổi thứ tự ăn

khớp của các khối bánh răng di trượt theo thứ tự

nhóm.Với 1 phương án không gian đã chọn:

Z=p 1 p 2 …… p w

Số PATT là: q=W! , ở trên W = 3 nên q= 3! =

1×2×3= 6 phương án thay đổi thứ tự

Giả sử chọn PATT: I-II-III,ta có:

-Nhóm đầu tiên gọi là nhóm cơ sở có đặc tính: x j =1

-Nhóm thứ hai gọi là nhóm khuyếch đại 1 có đặc tính

Trong lưới kết cấu đặc tính nhóm thề hiện qua quãng

cách giữa các tia nên còn gọi là lượng mở

3.Vẽ lưới kết cấu:

Lưới kết cấu là sơ đồ biểu diễn công thức kết cấu và

phương trình điều chỉnh

Qui định vẽ lưới kết cấu như sau:

-Mỗi trục biểu diễn bằng 1 đường nằm ngang

-Mỗi đường thẳng đứng biểu diễn cho 1 số vòng quay

-Đoạn thẳng nối 2 điểm biểu diễn cho tỷ số truyền

Qui định vẽ lưới kết cấu trong toạ độ logarit

Với qui ước như vậy ta vẽ được lưới kết cấu cho hộp

Tốc độ trên như : Hình.5.7

Qua LKC ta thấy được:

-Tổng số trục của hộp tốc độ

-Số tỷ số truyền trong mỗi nhóm

-Tổng số bánh răng(trừ bánh răng dùng chung)

-Số cấp tốc độ trên mỗi trục và của cả hộp tốc độ

-Đặc tính của mỗi nhóm truyền

Với một phương án không gian có nhiều phương án lưới kết cấu khác nhau phụ thuộc vào phương án thứ tự

Để khắc phục ta chuyển qua một sơ đồ khác gọi là đồ thị số vòng quay

4.Đồ thị vòng quay

Qui ước :-Các điểm trên trục chỉ số vòng quay cụ thể

-các tia chỉ các tỷ số truyền cụ thể

: Tia thẳng đứng i=1,tia nghiêng trái i<1,tia

nghiêng phải i>1

Khi chuyển qua đồ thị vòng quay nên chọn giá trị n o càng cao càng tốt

Mỗi nhóm chọn trước một tỷ số truyền,các tỷ số còn lại giữ nguyên lượng mở.Tuy nhiên phải đảm bảo điều kiện:

1

24

1 i 

Tỷ số truyền chọn theo tiêu chuẩn: i=1.06 E

Đồ thị vòng quay : Hình:5.8

Trong mỗi nhóm phạm vi điều chỉnh được tính theo công thức:  p i x j

17

Với hộp chạy dao: R i ≤14 và 2.8

5

1 i

5.Nguyên tắc chọn tỷ số truyền:

-Chọn : i = 1.06 E , E là một số nguyên dương hay âm

Bài tập ứng dụng:

Hãy vẽ lưới kết cấu và đồ thị vòng quay của:

1.Hộp tốc độ máy tiện có: Z=21, φ=1.26

2.Hộp tốc độ máy phay có: Z=18, φ=1.26

3.Hộp tốc độ máy khoan có: Z=9 , φ= 1.41

4.Hộp tốc độ máy tiện có : Z=12 , φ=1.26

5.4.Những câú trúc đặc biệt của lưới kết cấu(biến hình lưới

Như vậy muốn tỷ số truyền nằm trong giới hạn thì phạm vi điều chỉnh số vòng quay R n

cũng bị hạn chế R n <64,do đó mong muốn mở rộng phạm vi R n ,giới hạn R i thì phải dùng các cấu trúc đặc biệt gọi là biến hình của lưới kết cấu

Có 2 phương pháp biến hình lưới kết cấu:

-Dùng truyền dẫn phức tạp

-Thêm trục trung gian

1.Phương pháp thứ nhất

Thu hẹp lượng mở nhóm cuối cùng,dẫn đến trùng tốc độ,phải bù thêm số tốc độ trùng bằng đường truyền bổ xung dẫn đến sử dụng truyền dẫn phức tạp.Điều này làm cho kưới kết cấu,đồ thị vòng quay,có dạng đặc biệt không theo đúng qui tắc thông thường

Mô hình truyền dẫn phức tạp:

Như vậy coi như hộp tốc độ ghép của 2 hộp tốc độ

Tổng quát ta có:

Z c = Z1 + Z2 = Z o (Z’ +1) gọi là truyền dẫn phức tạp

Ưu điểm: - Mở rộng phạm vi điều chỉnh R n mà không phải

thêm nhiều nhóm truyền kế tiếp

-Rút ngắn xích truyền để thực hiện đường truyền

trực tiếp nên nâng cao hiệu suất

-Tránh phạm vi R i lớn ở nhóm cuối cùng dẩn đến

đơn giản lưới kết cấu và nâng cao chất lượng hộp tốc độ

d.Đồ thị số vòng quay ;

18

19

Nhóm thứ 3 có lượng mở X 3 =6 ,φ=1.41 nên phạm vi điều chỉnh nhóm này là R w = 1.41 6 =

8 nên khi qua đồ thị vòng quay phải chọn: i 7 =2 và i 6 =1/4

Để tăng số vòng quay của trục trung gian nhằm giảm kích thước chi tiết máy ta chọn:

i 7 =1,i 6 = 1/8 khi đó phải tách tia: i 6 =i 6a i 6b ,có nghĩa là thêm 1 trục trung gian Hình5.12

5.5.Hộp tốc độ dùng động cơ nhiều tốc độ:Việc dùng động

cơ nhiều tốc độ làm cho máy nhỏ gọn hơn,vì vậy có

nhiều máy được ứng dụng

Số cấp tốc độ chung của hộp:

Z= Y × X

Với : Y:Số tốc độ của động cơ

X:Số tốc độ của hộp

Để chuỗi tốc độ trục chính là cấp số nhân ta tiến hành lý luận như sau:

-Với tốc độ n 01đ : n 1 , n 2 n x

-Với tốc độ n 02đ : 2n 1 , 2n 2 2n x

-Với tốc độ n 0yđ : 2 y-I n 1 , 2 y-1 n 2 …… 2 y-I n x

Chuỗi: n 1 ,n 2 n x , 2n 1 ,2n 2 2n x ,….,2 y-I n 1 ,2 y-1 n 2 … 2 y-I n x phải là chuỗi nhân tức là:

22

Lg X



2.3

12



Y X

Z k

Hình:5.15

Nhận xét: Coi động cơ như là 1 nhóm khuyếch đại

5.6.Hộp tốc độ dùng bánh răng thay thế

Các máy ít thay đổi tốc độ như máy chuyên dùng hoặc các máy có yêu cầu điều chỉnh chính xác số vòng quay thương dùng hộp tốc độ bánh răng thay thế

Hình

Ưu điểm lớn khác của hộp tốc độ này là rất nhỏ gọn,tuy nhiên cần có nhiều bánh răng thay thế đi kèm và tốn thới gian khi thay đổi tốc độ.Để giảm số lượng bánh răng thay thế mỗi bánh răng được sử dụng 2 lần: 1 lần giảm tốc i và 1 lần tăng tốc 1/ i, do đó đồ thị vòng quay sẽ có dạng đối xứng

Hình

Phạm vi điều chỉnh tỷ số truyền:

4.5

5.4

1



5.7.Hộp tốc độ dùng bánh răng dùng chung

Hộp tốc độ có bánh răng dùng chung do giảm được số bánh răng nên rất nhỏ gọn

1.Hộp tốc độ có 1 bánh răng dùng chung:

Hình

Bánh răng dùng chung còn gọi là bánh răng liên kết Z 2 / dùng chung cho cả 2 nhóm

truyền.Việc tính toán thiết kế không có gì đặc biệt chỉ chú ý rằng khi tính số răng của nhóm thứ 2 thì có 1 bánh răng đã biết trước số răng

Ví dụ hộp chạy dao máy phay P623 có 1 bánh răng dùng chung

2.Hộp tốc độ có 2 bánh răng dùng chung

Do có 2 bánh răng liên kết nên việc tính toán rất phức tạp vì có nhiều ràng buộc như:phải đảm bảo tỷ số truyền yêu cầu,khoảng cách trục cùng nhóm như nhau,lại có 2 báønh răng đã biết trước Để giúp việc xác định tỷ số truyền thuận lợi ,việc tính tổng số răng nhỏ thường tuân theo các phương pháp như:

-Chọn phương án thứ tự : II-I

-Chọn tia liên kết hợp lý: Tia giảm ở nhóm trước kết

hợp với tia tăng tốc ở nhóm sau và ngược lại

-Dùng phương pháp dịch chỉnh răng

Hình 5.13

5.8.Hộp tốc độ có phản hồi:

Ưu điểm:-Giảm số trục,số bánh răng,giảm kích thước ngang của hộp

-Có thể dùng bánh răng nghiêng khi kết hợp với các ly hợp

Nhược điểm:-Dùng nhiều bạc dài chế tạo khó,ly hợp phức tạp ,đắt tiền,giảm hiệu suất Một số kiểu phản hồi:

Hình 5.14

5.9.Tính toán số răng của nhóm truyền

21

Có nhiều phương pháp tính toán số răng của nhóm

truyền:

-Phương pháp tổng quát

-Phương pháp tra bảng

-Phương pháp gần đúng

Phương pháp tổng quát :ta xét trường hợp khi cùng mô

đun

Ta chia làm 2 trường hợp:

1.Khi biết trước khoảng cách trục A o :Vỏ hộp có sẵn

1

/

z z

j j

/

 (2) Hệ 2 phương trình 2 ẩn giải ra:

)1(

12

/  A i 

z

j o j

)1.(

2





i

i A

z

j

j o j

2.Khi chưa biết khoảng cách trục(khi thiết kế máy mới)

Lý luận như sau:

)(

2

1

)(

2

1).(

2

1

/ /

2 2 /

1 1

cặp giữa 2 trục

Phân tích các tỷ số truyền : i 1 ,i 2 ,…….i p thành các phân số tối giản:

g

f i

x

x x

) (

) (

z

x

x x

x /

(5) Hệ 2 phương trình 5 có 3 ẩn nên giải theo Z ta có:

g f

f z

x x

x x

)

  Z

g f

g z

x x

x x

)(

Ta biện luận theo Z: Vì Z x và Z /

x là số răng phải là số nguyên nên các tích f x.Z và gx.Z phải chia đúng cho mọi tổng (f xgx) muốn vậy số đó phải chia hết

BSCNN của các tổng đó tức là:

Z K.E

Ở đây E là một số nguyên 1,2,3…để bảo đảm điều kiện

Cho số răng nhỏ nhất

Thay vào hệ (6) ta có:

E K

E K

g f

g z

g f

f z

z x

x x

x x

x x

.)(

.)(

/  





(7)

Chọn E min dựa vào bánh răng nhỏ nhất là chủ hay bị động

Nếu bánh răng nhỏ nhất là chủ động ta có:

f

g f z E

x

x x chui

K.

)(

min min

x

x x bi

K.

)(

min min



Trị số E min tính ra thường lẻ nên phải làm tròn

Tia nghiêng trái nhiều nhất thì tính theo E min chủ ,còn tia nghiêng phải nhiều nhất tính theo

E min bị

Ví dụ:Tính số răng của nhóm truyền có 3 tỷ số truyền sau:

Hình …

23

5

426

.1

11

11

71

1

2

11

1

3

2 2

2

3 3

1

26 1

26 1

.18

)12(17

)(

1

1 1 min

f

g f z

B.Phương pháp tra bảng

C.Phương pháp gần đúng

CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ HỘP CHẠY DAO

6.1.Đặc điểm yêu cầu đối với hộp chạy dao

1.Đặc điểm:

-Vận tốc chạy dao chậm

-Công suất chạy dao nhỏ

-Dùng nhiều cơ cấu giảm tốc nhiều,hiệu suất thấp

-Phạm vi thay đổi tỷ số truyền rộng hơn hộp tốc độ:

5 2.8

min

max max 

- Đảm bảo qui luật phân bố lượng chạy dao hợp lý

- Tính chất chạy dao:liên tục,gián đoạn

-Độ chính xác của lượng chạy dao

-Yêu cầu sử dụng: Hộp chạy dao an toàn,thuận tiện,

độ cứng vữûng của xích động,kích thước nhỏ gọn

6.2.Phân loại hộp chạy dao

1.Hộp chạy dao gia công trơn(tuân theo qui luật cấp

số nhân)

2.Hộp chạy dao đãm bảo tỷ số truyền chính xác(hộp

chạy dao cắt ren,xích bao hình,xích phân độ…)

3.Hộp chạy dao tạo ra chuyển động không liên

tục:máy bào,máy xọc

4.Hộp chạy dao vô cấp(máy mài…)

6.3.Thiết kế hộp chạy dao theo qui luật cấp số

nhân

1.Phương pháp thiết kế

Tương tự như khi thiết kế hộp tốc độ cũng theo các

bước sau:

-Chọn phương án không gian

-Chọn phương án thứ tự

-Vẽ lưới kết cấu,đồ thị vòng quay

-Tính số răng của nhóm truyền

-Vẽ ra sơ đồ động của hộp chạy dao

2.Nhữûng chú ý khi thiết kế:

a.Trước khi thiết kế chuyển chuỗi chạy dao s 1 ,s 2 , s z , sang chuỗi vòng quay của trục cuối cùng(trước cơ cấu biến đổi chuyển động quay thành chuyển động thẳng): n 1 ,n 2 …n z để

giống như thiết kế hộp tốc độ

t

s nx

i

i  hoặc

z m

s

i

Sơ đồ động và đồ thị vòng quay hộp chạy dao máy phay P623

Chú ý: -Có biến hình dùng phản hồi tốc độ

-Có dùng 1 bánh răng dùng chung

6.4.Thiết kế hộp chạy dao đảm bảo tỷ số truyền chính

xác

1.Lý luận chung: Hộp chạy dao phải bảo đảm một loạt các tỷ số truyền chính xác.Ta xem xét hộp chạy dao máy tiện ren vít làm ví dụ

Máy phải cắt được nhiều loại ren khác nhau:Ren hệ mét,ren mô đun,ren hệ Anh, ren

pit.Mỗi loại lại có nhiều bước khác nhau,yêu cầu bước ren chính xác

Khi bước ren cần cắt và bước vít me cái khác đơn vị đo lường thì trong tính toán gặp các con số đặc biệt như:

1 inche = 25,4mm, hoặc số  = 3.1416… nên việc tính toán trở nên khó khăn, phức tạp.Ta nên chọn theo bảng 1-3,1-4, và 1-5 trang 64,65 tài liệu 2

2.Các bước thiết kế:

a.Xắp xếp các bước ren vào 1 bảng chung theo hàng