Đồ án thiết kế máy công cụ

Đồ án thiết kế máy công cụ

PHẦN I

PHÂN TÍCH MÁY TƯƠNG TỰ

NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA MỘT SỐ LOẠI MÁY:

I KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA MỘT SỐ LOẠI MÁY TIỆN THƯỜNG GẶP :

Các loại máy tiện vạn năng chúng ta hay gặp trong các xưởng cơ khí và đặc tính kỹthuật của chúng

Số vòng quay:nminnmax (v/p) 12,52000 11,51200 441980

Yêu cầu thiết kế máy tiện ren vít vạn năng có các thông số như sau

Kết luận: căn cứ vào yêu cầu thiết kế máy và thông số cho trong bảng trên thấy máy

K620 có tính chất tương tự so với máy cần thiết kế Ta chọn máy K620 để phân tích

I Khảo sát động học máy tương tự (T620):

1 Đồ thị số vòng quay thực tế của máy T620:

5,12

sẽ bé giảm các kích thước trục,bộ truyền nhỏ gọn.

Trên đường truyền, TST giảm từ từ, ưu điểm của phương án này là bộ truyền truyềnđộng êm, do sự ăn khớp của những bánh răng truyền có độ chênh lệch đường kính khôngnhiều

Ta xem xét lượng mở và các tỉ số truyền, lượng mở lớn nhất của bộ truyền của HTĐ là

6 thỏa mãn điều kiện cho phép (nhỏ hơn 8)

Máy có 23 tốc độ chia ra làm 2 đường truyền:

-Số tốc độ danh nghĩa của đường truyền gián tiếp là: Z1 = 2x3x2x2 – 6 = 18

- Số tốc độ danh nghĩa của đường truyền trực tiếp là: Z2 = 2x3x1 = 6

Dẫn đến tổng số tốc độ là: Z = Z1 + Z2 = 18 + 6 = 24

ưu nhược điểm:

+ xích tốc độ cao ngắn,ít trục trung gian, ít bánh răng nên chạy êm hơn, không gây ồn và

giảm thiểu được hao tổn công suất trên đường truyền

+nhờ việc tách ra làm 2 đường truyền, lượng mở lớn nhất của bộ truyền giảm xuống còn

6 thỏa mãn điều kiện hạn chế về lượng mở tối đa

+nhược điểm, phảI dùng thêm cơ cấu di trượt ở trục vào làm cơ cấu điều khiển thêm phúctạp

Cơ cấu đảo chiều trục chính

khi cắt ren trái, trục chính quay không đổi còn hướng dao phảI ra xa mâm cặp tức là trụcvit me quay theo chiều ngược lại, dùng cơ cấu dảo chieuf trục chính bằng bánh răng đệm

Cách bôi trơn hộp tốc độ

Bôi trơn thủy động

Anh hưởng sai số khi lựa chọn bánh răng tới sai số tốc độ vòng quay

đảm bảo sai số cho phép nhỏ hơn 2,26%

B-hộp chạy dao

Cách thiết kế hộp chạy dao

Lược đồ cấu trúc động học hộp chạy dao

Từ cấu trúc động học xích chạy dao trên ta có phương trình tổng quát cắt ren như sau: 1vòng trục chính x icố định x ithay thế x icơ sở x igấp bội x tv = tp

 Khi cắt ren quốc tế (dùng cho các mối ghép)

- lượng di động tính toán : 1vòng trục chính  tp (mm)

- bánh răng thay thế 50

42 , bánh noóctông chủ động

 Khi cắt ren anh

- lượng di động tính toán : 1vòng trục chính  25,4/n (mm)

Trong đó n: số vòng quay trên 1 tất anh

bánh răng thay thế 50

42 , con đường 2bánh noóctông chủ động Phương trình cắt ren anh

1vgtc (VII) 60

60(VIII) 42

28

XI 25

28.z n

36

XII 28

3535

28 XIII.igb.XV.tv=tp

 khi cắt ren môđuyn: (Dùng cho truyền động)

- Lượng di động tính tóan 1vgtc  m (mm)

- Bánh răng thay thế 97

64 , con đường 1 noóctông chủ động

- Phương trình xích động

1vgtc (VII) 60

60(VIII) 42

- Lượng di động tính tóan 1vgtc  25,4./Dp (mm)

- Bánh răng thay thế 97

64 , con đường 1 noóctông chủ động

Bảng sắp xếp các bước ren như sau:

Một số cơ cấu đặc biệt:

Cơ cấu li hợp siêu việt: Trong xích chạy dao nhanh và động cơ chính đều truyền đến cơ

cấu chấp hành là trục trơn bằng hai đường truyền khác nhau Do vậy nếu không có li hợpsiêu việt truyền động sẽ làm xoắn và gãy trục Cơ cấu li hợp siêu việt được dùng trongnhững trường hợp khi máy chạy dao nhanh và khi đảo chiều quay của trục chính

Cơ cấu đai ốc mở đôi: Vít me truyền động cho hai má đai ốc mở đôi tới hộp xe dao.

Khi quay tay quay làm đĩa quay gắn cứng với hai má sẽ trượt theo rãnh ăn khớp với vítme

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 truyền động khi máy quá tải

Cơ cấu nooc tông

Bộ ly hợp ma sát ở trục I được làm việc ở vận tốc là 800 v/p là một tốc độ hợp lý, đồngthời bộ ly hợp ma sát còn tận dụng được bánh răng trên trục I nên tăng được độ cứngvững.

Trong máy có bộ ly hợp ma sát siêu việt, thuận tiện cho quá trình chạy dao nhanh

111Equation Chapter 1 Section 1

PHẦN II: THIẾT KẾ MÁY MỚI.

Chương 1: THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC MÁY CẮT KIM LOẠI

A Hộp tốc độ trong máy cắt kim loại:

1 Tính toán chuỗi số vòng quay

min

z m

9,5 – 11,8 - 15 - 19 – 23,5 – 30 - 37,5- 47,5 - 60 - 75 - 95 - 118 - 150 - 190 - 235

- 300 - 375 - 475 - 600 - 750 - 950 - 1180 - 1500 - 1900

2 Lưới kết cấu và đồ thị vòng quay của HTĐ:

Vì số nhóm truyền là nguyên nên chọn Xi = 4.

3.2 Phương án không gian và phương án thứ tự:

Chọn phương án không gian:

Đồng thời, khi ta tách ra đường truyền trực tiếp từ trục 1, cơ cấu sẽ chạy êm hơn doxích ngắn hơn sẽ ko gây ra nhiều va chạm giảm hao tổn công suất

chọn PAKG là 2x3x2x2

II III IV V

Chọn phương án thứ tự:

Số PATT: q = m! m là số nhóm truyền

Suy ra q = 4! = 24 phương án

Để chọn PATT hợp lí nhất ta lập bảng để so sánh tìm phương án tối ưu nhất.

13 2 x 3 x 2 x 2III I II IV[6] [1] [3] [12]

19 2 x 3 x 2 x 2

IV I II III[12] [1] [3] [6]

14 2 x 3 x 2 x 2III II I IV[6] [2] [1] [12]

20 2 x 3 x 2 x 2

IV II I III[12] [2] [1] [6]

15 2 x 3 x 2 x 2III IV I II[4] [8] [1] [2]

21 2 x 3 x 2 x 2

IV III I II[12] [4] [1] [2]

16 2 x 3 x 2 x 2III I IV II[6] [1] [12] [3]

22 2 x 3 x 2 x 2

IV I III II[12] [1] [6] [3]

17 2 x 3 x 2 x 2III II IV I[6] [2] [12] [1]

23 2 x 3 x 2 x 2

IV II III I[12] [2] [6] [1]

18 2 x 3 x 2 x 2III IV II I[4] [8] [2] [1]

24 2 x 3 x 2 x 2

IV III II I[12] [4] [2] [1]

i

i  8

Qua bảng trên ta thấy các phương án đều có Xmax > 8 do đó không thoả mãn Vì vậy, đểchọn phương án đạt yêu cầu ta phải tăng thêm trục trung gian hoặc tách ra làm hai đườngtruyền.

Như vậy đường truyền gián tiếp sẽ có lượng mở nhóm cuối là:

[X] = 12– 6 = 6

Suy ra:

Số tốc độ danh nghĩa của đường truyền gián tiếp là: Z1 = 2x3x2x2 – 6 = 18

Số tốc độ danh nghĩa của đường truyền trực tiếp là: Z2 = 2x3x1 = 6

Đối với đường truyền gián tiếp:

III

IV V

trôc chinh

V IV III II I

131411

975

3

12108

64

log?

3.4 Vẽ đồ thị vòng quay:

Qua khảo sát và nghiên cứu máy hiện có T620, 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, để vẽ được đồ thịvòng quay hợp lí, dựa vào máy mẫu và các loại máy hạng trung cung cỡ để khảo sát Chọn số vòng quay động cơ điện: trên thực tế, đa số các máy vạn năng hạng trung đềudùng động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ có nđc = 1450 v/p

Như trên, để dễ dàng vẽ được đồ thị vòng quay nên chọn trước số vòng quay n0 của trụcvào rồi sau đó ta mới xác định TST Mặt khác, n0 càng cao thì càng tốt, vì nếu n0 cao thì

số vòng quay của các trục ngang trung gian sẽ cao, mômen xoắn bé dẫn tới kích thướccủa các bánh răng, các trục nhỏ gọn, tiết kiệm được nguyên vật liệu Thông qua việckhảo sát máy T620, trên trục đầu tiên có lắp bộ li hợp ma sát, để cho li hợp ma sát làmviệc trong điều kiện tốt nhất thì ta chọn tốc độ n0 = 600v/p, vận tốc này cũng là một vậntốc của trục cuối cùng

Suy ra:

Id =

0

dc

n

n  =

6001450.0,985 = 0,42

Trong đó:

nđc : số vòng quay của động cơ

iđ : tỉ số truyền từ trục động cơ đến trục đầu tiên (bộ truyền đai)

 = 0,985: hệ số trượt của dây đai

Đối với mỗi nhóm tỉ số truyền ta chỉ cần chọn một tỉ số truyền tuỳ ý (độ dốc của tia tuỳý) nhưng cần phải đảm bảo 4

1  i  2 Các tỉ số khác dựa vào đặc tính của nhóm truyền

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

Để trục và bánh răng đầu vào của trục chịu Mx kích thước nhỏ gọn Thường đặt no ởcác trị số no lớn Như vậy sẽ gần với n®c¬ Hơn nữa no nmin của trục chính bao giờ cũnggiảm nhiều hơn tăng

Gỉa sử ta chọn no= n19= 600vg/ph

Qua phần chọn tỉ số truyền trên ta thấy tất cả các tỉ số truyền đều đạt yêu cầu là nằmtrong khoảng ( 4

1 ; 2) Từ đó ta có thể xác định được đồ thị vòng quay của hộp tốc độ:

4 Tính toán số răng của các nhóm truyền trong hộp tốc độ:

Vì đã qua khảo sát và nghiên cứu máy mẫu, nên ta chỉ tính toán số răng của 1 nhómtruyền trong hộp, còn các nhóm truyền khác để thuận tiện và nhanh chóng ta tra bảng tiêuchuẩn để chọn số răng Chọn nhóm truyền thứ nhất để tính toán

4.1 Số răng của nhóm truyền thứ nhất:

Theo công thức:

Zx = x x

x

g f

f

Zx’ = Z – Zx

x x

).(

g f Z

).(

2

2 2

= 7.18

18.17

 2,43

Với Zmin = 17

Chọn Emin = 3  Z = E.K =3.18 = 54 răng

Để tận dụng bánh răng làm vỏ ly hợp ma sát nên đường kính của bánh răng khoảng 100

mm, theo các máy đẫ có thì môdul bánh răng khoảng 2,5 nên bánh răng chủ động chọnkhoảng trên 50 răng đo đó tăng tổng số răng của cặp

Chọn Emin = 5  Z = E.K =5.18 = 90 răng

Z2’ = Z – Z2 = 90 – 55 = 35 răng

Theo đó ta kiểm tra lại TST:

TST không chênh lệch đáng kể so với kết cấu và máy mẫu đã khảo sát.

Từ đó ta tra bảng tiêu chuẩn, chọn số răng các nhóm truyền:

vậy K=108.

Eminbị= g K

g f Z

x

x x

).(

g f Z

).(

2

2 2

=

17.(31 77)108.31



=0.54Chọn Emin = 1  Z = E.K =1.108 = 108 răng

66 0,63 -2  sai số  0,5% nằm trong giới hạn cho phép

i5 =1  sai số 0% nằm trong giới hạn cho phép

4.3 Số răng của nhóm truyền 3:

Từ đồ thị vòng quay ta có:

i6 = -6 = 1,26-6 =

1

4 có f6 + g6 = 1 + 4 = 5

x x

).(

Với Zmin = 17

Chọn Emin = 9  Z = E.K =9.10 = 90 răng

Tra bảng ta được: Z = 80 Ta có số răng của từng cặp bánh răng như sau:

Z

Z

 sai số 0% nằm trong giới hạn cho phép

4.4 Số răng của nhóm truyền 4:

Hoàn toàn tương tự như nhóm truyền 3, ta có:

i9 = 1 

145

45

' 9

18

' 8

 sai số 0% nằm trong giới hạn cho phép

4.5 Số răng của nhóm truyền gián tiếp:

Nhóm truyền này chỉ có một tỉ số truyền i10 = -3 = 1,26-3  0,5 ta có tổng số răng Z =90

160

 sai số nằm trong giới hạn cho phép

4.6 Số răng của nhóm truyền trực tiếp:

Tương tự như trên với i11 = 1,263 ta có:

Z   sai số 0,5% nằm trong giới hạn cho phép

Bảng thống kê số răng bánh răng:

4560

18.72

18.77

31.40

18.72

18.77

31.35

18.72

18.66

42.40

18.72

18.66

42.35

18.72

18.54

54.40

18.72

18.54

54.35

18.45

45.77

31.40

18.45

45.77

31.35

18.45

45.66

42.40

18.45

45.66

42.35

18.45

45.54

54.40

18.45

45.54

54.3555

nđc.đ.iđ 60

30.45

45.45

45.77

31.40

45.45

45.77

31.35

45.45

45.66

42.40

45.45

45.66

42.35

45.45

45.54

54.40

45.45

45.54

54.35

n24

nđc.đ.iđ

55 45 60

Trong đó:

nđc là vận tốc quay của động cơ, nđc = 1450v/p

 là hiệu suất của bộ truyền đai,  = 0,985

iđ là tỉ số truyền của bộ truyền đai, iđ = 0,42

Từ bảng tính sai số trục chính ta thấy tất cả các sai số đều thoả mãn đIều kiện

Đồ thị sai số vòng quay

trôc chÝnh

B Thiết kế hộp chạy dao:

Máy ta đang cần thiết kế là máy tiện ren vít vạn năng hạng trung cỡ máy T620, hộp chạydao có 2 công dụng là tiện trơn và tiện ren, tuy nhiên ta chỉ quan tâm đến khâu tiện ren làchủ yếu Sau khi thiết kế xong ta có thể kiểm tra lại các bước tiện trơn, có thể bị trùngnhau, sát nhau hoặc cách quãng Vấn đề đó không quá quan trọng vì thực tế các bước tiệntrơn là khá sát nhau và các đoạn cách quãng không gây ra nhiều tổn thất năng suất giacông

Có hai dạng hộp chạy dao cơ bản là hộp chạy dao dùng cơ cấu Noocton và hộp chạy daodùng bánh răng di trượt Để thuận tiện cho quá trình thiết kế ta sẽ chọn kiểu hộp chạy dao

là dùng cơ cấu Noocton tương tự như ở máy T620

I Yêu cầu của hộp chạy dao:

Máy yêu cầu cần phải tiện được các ren quy chuẩn như sau:

- Ren hệ mét:

tp = 1,25  48

khi đó theo dãy ren tiêu chuẩn ta có các thông số ren như sau:

tp= 1.25; 1.5;1.75; 2; 2.25; 2.5; 3; 3.5; 4; 4.5; 5; 5.5; 6; 7; 8; 9; 10; 11; 12; 14; 16; 18; 20; 22; 24; 28; 32; 36; 40; 44; 48

n =

1 3

II Sắp xếp các bước ren:

Ren quốc tế-

3,544,555,56

789101112

141618202224

283236404448

Ren Anh(n)

312

89 -

Ren pít-

141618202224

789101112

6

III Thiết kế nhóm cơ sở:

Nhóm cơ sở Noocton là một nhóm bánh răng hình tháp, tương tự như khi ta khảo sátmáy T620, cơ cấu Noocton ăn khớp với một bánh răng, để cắt các bước ren khác nhau thì

ta thay đổi ăn khớp giữa bánh răng đó với các bánh răng khác nhau trên cơ cấu Noocton.Nếu gọi số răng của các bánh răng trên cơ cấu Noocton lần lượt là Z1, Z2, Z3 thì cácbánh răng này là để cắt ra các ren thuộc nhóm cơ sở, các trị số Zi này cần là số nguyên và

có tỉ lệ đúng như tỉ lệ của các bước ren trong một cột trên bảng sắp xếp các bước ren ởtrên Mặt khác thì số răng Zi không được quá lớn vì nó sẽ làm tăng kích thước của nhómtruyền nên cần hạn chế trong khoảng 25  Zi  60

Xét cho cả 4 trường hợp cắt 4 loại ren khác nhau thì ta thấy rằng để cắt đủ số bước ren

cơ sở của cả 4 nhóm thì cơ cấu Noocton cần có 6 bánh răng có số răng như sau:

Z1 : Z2 : Z3 : Z4 : Z5 : Z6 = 28 : 32 : 36 : 40 : 44 : 48

Ta lấy luôn số răng đó cho cơ cấu Noocton Tuy nhiên khi khảo sát máy T620 thì ta thấyrằng cơ cấu Noocton chỉ có 7 bánh răng, lý do là để cắt ren Anh có n=19ren/inch thì cần đếnbánh răng 38, trong khi đó loại máy ta thiết kế không chứa loại ren Anh có n = 19 nênkhông cần đến bánh răng này, như vậy nhóm Noocton của ta chỉ còn lại 6 bánh răng là:

Z1 : Z2 : Z3 : Z4 : Z5 : Z6 = 28 : 32 : 36 : 40 : 44 : 48

3:Thiết kế nhóm gấp bội

Nhóm gấp bội tạo ra 4 tỷ số truyền với công bội  =2 Chọn cột có các tỷ số truyền7:8:9:10:11:12 làm nhóm cơ sở thì muốn tiện ra toàn bộ số ren có tỷ số truyền nhóm gấpbội bằng: 1/8; 1/4;1/2; 1/1

Hộp chạy dao có công suất bé, hiệu suất thấp, các bánh răng có cùng môdul nên việcchọn phương án thứ tự Mx trên các trục trung gian tăng dần không còn quan trọng nữa.Mặt khác bánh răng có cùng môdul nên việc chọn phương án không gian để giảm cấp sốvòng quay không làm tăng kích thước bộ truyền

Do đó để đơn giản ta tham khảo máy mẫu tham khảo chọn ra phương án không gian

PAKG: 2 x 2PATT: II - I [x] : [2] [1]

 Ta có lưới kết cấu :

- Đồ thị vòng quay: để tránh sai số trùng lặp dẫn đến công hưởng sai số ta chọn tỷ số giữacác bộ truyền nhóm gấp bội khác 1và tương tự máy chuẩn ta vẽ được đồ thị vòng quaynhư hình trên.

3.1 Tính các tỷ số truyền trong nhóm gấp bội

4.Thiết kế nhóm khuếch đại :

Sơ đồ nhóm khuêch đại

Phương trình xích động 1vTC.iđ/c.ikđ.itt.icđ.icơ sở.igấp bội.tv=tp

Nhóm gấp bội tạo ra 4 tỉ số truyền 1/1 : 1/2: 1/4: 1/8 vì vậy cần thiết kế nhóm khuếch đại

có 4 tỉ số truyền 2 : 4 : 8 : 16 Ta sử dụng đường truyền nghịch sẵn có của hộp tốc độlàm bộ khuếch đại

Vậy ta có 3 tỉ số truyền 2 ; 8 ; 32 Mà theo yêu cầu ta phải thiết kế thêm2 tỉ số truyền 2 ;

8 ; Như vậy đã đủ thỏa mãn yêu cầu thiết kế

5 Tính các tỉ số truyền còn lại i bù :

Ta có phương trình cân bằng xích chạy dao tiện ren như đã phân tích:

1vTC.iđ/c.ikđ.itt.icđ.icơ sở.igấp bội.tv=tp

Trong đó:

icơ sở (ics) là tỉ số truyền của nhóm Norton

igấp bội (igb) là tỉ số truyền của nhóm gấp bội

tv=12mm là bước của vít me chạy dao.

tp là bước ren được cắt

ibù là tỉ số truyền còn lại bù vào xích động, ibù=ithay thế.icố định

ithay thế (itt) là tỉ số truyền bộ bánh răng thay thế

icố định (icđ) là tỉ số truyền của một số bộ bánh răng cố định còn lại trên xích truyền

Để tính ibù ta chọn cắt một bước ren nào đó

Ví dụ ta chọn cắt ren quốc tế có bước ren tp=10mm Qua bảng xếp ren ta có tỉ số truyền

của nhóm gấp bội là igb=1, tỷ số truyền đảo chiều chọn iđc = 1/1 để dồn sai số tính toánvào các khâu chính Dựa vào máy T620 ta đã khảo sát ở trên ta chọn tv=12mm, Z0=36, ta

có tỉ số truyền của nhóm cơ sở là ics= 36

42 100

75 0,75 1

36

40 12

10

v

pi i t

28 50

42 28