Thuyet minh may khoan k135

Khoan là phương pháp gia công cắt gọt kim loại tạo lỗ trên phôi đặc có đường kính từ 0.1 đến 80 (mm). Máy thiết kế với đường kính khoan lớn nhất là 35 (mm) 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

Phần 1: THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC MÁY

Khoan là phương pháp gia công cắt gọt kim loại tạo lỗ trên phôi đặc có đường kính

từ 0.1 đến 80 (mm)

Máy thiết kế với đường kính khoan lớn nhất là 35 (mm)

1.1 Phân tích các chuyển động tạo hình để thiết lập sơ đồ kết cấu động học máy: 1.1.1 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

T Q

1.1.2 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 cấu trụcvitme.

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

1.1.3 Sơ đồ kết cấu động học:

ĐC

ĐC1

so do 1

S

V

i s 4

5 6

i v 2

so do 2

ĐC12

1

i v

6 5

3

i s

V S

so do 3

- Phương trình xích động :

Sơ đồ 1:

Xích tốc độ: ntc = nđc.i12.iv (v/ph)

Xích chạy dao: s = 1vòng trục chính.i34.is.i56.k (mm)

Sơ đồ 2:

Xích tốc độ: ntc = nđc.i12.iv (v/ph)Xích chạy dao: s = 1vòng trục chính.i13.is.i45.k (mm)

Sơ đồ 3:

Xích tốc độ: ntc = nđc1.i12.iv (v/ph)Xích chạy dao: s = 1vòng trục chính.i34.is.i56.k (mm) Trong đó k hệ số chuyễn đổi đơn vị

Dựa vào sơ đồ kết cấu và phương trình xích động để đơn giản hộp chạy dao ta chọnphưong án 1

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

a) Máy khoan dùng để gia công các vật liệu sau:

- Các loại thép như: Thép kết cấu, thép không gỉ, thép chịu nhiệt, thép đúc

- Các loại gang như: Gang dẻo, gang xám

- Các loại hợp kim đồng, hợp kim nhôm

b) Các loại dao dùng trên máy khoan:

- Vật liệu dùng làm mũi khoan và các loại dao gắn trên máy khoan chủ yếu là thép gio(P18), ngoài ra còn dùng các loại hợp kim cứng

c) Các phạm vi điều chỉnh:

- Để đảm bảo máy làm việc với năng suất cao nhất, đồng thời cũng đảm bảo chấtlượng của chi tiết gia công, máy thiết kế cần phải có khả năng để lựa chọn chế độ cắtthích hợp nhất

- Gia công những chi tiết có kích thước, vật liệu khác nhau, yêu cầu kỹ thuật khácnhau, điều kiện chế tạo khác nhau dẫn đến đưa lý thuyết cắt gọt, lý thuyết năng suấtmáy phải đảm bảo các trị số biến đổi kích thước trong phạm vi trên Những kíchthước này qui thành số vòng quay trục chính

- Phạm vi có thể thay đổi vận tốc trong hai giới hạn nmax và nmin gọi là phạm vi điềuchỉnh Rn, được xác định như sau:

Rn = min

max

n n

nmax = min

max

.1000

D

V

π

Trong đó: là phạm vi điều chỉnh vận tốc

là phạm vi điều chỉnh đường kính chi tiết gia công

Thông thường Rd = min

max

D D

=4÷8

d) Tính chế độ cắt trong máy thiết kế:

Chọn: Phạm vi điều chỉnh chi tiết gia công Rd=

5

min

max =

D D

− Lượng chạy dao s (mm/vg):

Lượng chạy dao s tra trong bảng (5-25) trang 21 Sổ tay CNCTM tập 2

Với cách tra dựa vào đường kính lỗ gia công Vật liệu gia công là thép thì : smax=0,78 mm, smin=0,09 mm

Vật liệu gia công là gang xám, gang rèn, hợp kim đồng , hợp kim nhôm:

smax=1,19 mm, smin=0,12 mm

− Tốc độ cắt v (m/ph) :

Theo công thức tính tốc độ cắt khi khoan (Trang 20 Sổ tay CNCTM tập 2):

v y m

q

ST

DC

Hệ số Cv và các số mũ dùng cho khoan cho ở bảng (5-28),

Chu kỳ bền T tra ở bảng (5-30),

Hệ số điều chỉnh chung cho tốc độ cắt tính đến các điều kiện cắt gọt thực tế:

kv=kMV kuv klv.

Trong đó:

kMV - hệ số phụ thuộc vào vật liệu gia công bảng(5-1÷5-4),

kuv - hệ số phụ thuộc vào vật liệu dung cụ cắt(bảng 5-6),

klv - hệ số phụ thuộc vào chiều sâu khoan (bảng 5-31),Bảng thông số tốc độ cắt đươc thiết lập như sau đây:

Số cấp tốc độ của máy:

Zv = + 1 = =12,2Chọn Z = 12

Các số vòng quay theo số vòng quay tiêu chuẩn thì chọn:

1.3 Thiết kế động học toàn máy:

1.3.1 Thiết kế động học hộp tốc độ:

a) Thiết kế phương án không gian ( PAKG) :

− Tính số nhóm truyền tối ưu:

x = 1,6log = 1,6.log =2,636

vậy ta chọn x = 3

Với số cấp tốc độ z = 12 và số nhóm truyền tối thiểu x=3 ta có các PAKG là

Z = 12 = 3 x 2 x 2 = 2 x 3 x 2 = 2 x 2 x 3

Vậy ta có 3 phương án bố trí không gian vì các nhóm truyền dùng chung bánh răng

di trượt nên ta chọn phương án nào là tối ưu nhất

Ta so sánh các phương án không gian để xem

+ Phương án nào mà trong hộp có tổng số bánh răng là nhỏ nhất

+ So sánh tổng số trục của phương án không gian

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

+ Chú ý các cơ cấu đặc biệt dùng trong ly hợp ma sát, phanh sau khi tính toán xong tất cả những yếu tố trên ta lập bảng so sánh sau

Lập bảng so sánh phương án không gian:

Từ bảng ta có thể chọn phương án không gian là 3 x 2 x 2 hay 2 x 3 x 2

Vì phương án không gian 3 x 2 x 2 có 3 bánh răng chịu tốc độ cao dẫn đến mau mòn nhanh, không kinh tế,và giảm tốc tốt hơn

Vậy ta chọn phương án 2 x 3 x 2 là tốt nhất

b) Phân tích và chọn phương án thứ tự ( PATT) :

Với phương án không gian ở trên ta có nhiều phương án thay đổi thứ tự khác nhau

Số phương án thứ tự đó được tính theo công thức:

Bn = K! = 3! = 6

(K: Số nhóm bánh răng truyền dẫn trong hộp tốc độ)

Ta có các phương án thứ tự sau:

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 1Lượng mở

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

là cấp lượng cấp số nhân có công bội 4xi

+ xi gọi là đặc tính hay lượng mở của nhóm truyền động nó là một số nguyên, lượng

mở xi phụ thuộc vào thứ tự hoán vị các nhóm truyền

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

Từ đây ta loại 2 PATT là I-III-II và II-III-I

Ta có lưới kết cấu của PATT khác nhau như sau:

PAKG 2 x 3 x 2

PATT I II III

(x) (1) (2) (6)

n1 n1 n2

I II III IV

PAKG 2 x 3 x 2

PATT II I III

PAKG 2 x 3 x 2

PATT III I II

(x) (6) (1) (3)

n1 n1 n2

I II III IV

Từ bảng so sánh và lưới kết cấu ta chọn PATT II – I – III là PATT thiết kế vì lưới kết cấu

có hình rẽ quạt, các cấp thay đổi từ từ, không đột ngột

c) Chọn tỷ số truyền và vẽ lưới đồ thị vòng quay:

+ Các tia nghiêng sang phải biểu diễn tỉ số truyền i > 1

+ Các tia nghiêng sang trái biểu diễn tỷ số truyền i < 1

+ Các tia thẳng đứng biểu diễn tỷ số truyền i = 1

+ Các tia song song có giá trị như nhau

Tỉ số truyền i phải thoả mãn điều kiện:

d) Tính toán bánh răng:

− Xác định tỷ số bánh răng trong nhóm 1:

i1 = = = =

f1 + g1 = 1+2 =3 1,41 =

f2 + g2 = 7+5 =12Vậy bội số chung nhỏ nhất của các tổng trên: k = 12 có tia i1 nghiêng nhất nên bánh răng nhỏ nhất là bánh răng chủ động của bộ truyền này:

Emin = Zmin= 17 = 4,25Chọn Emin = 5

Vậy bội số chung nhỏ nhất của các tổng trên: k = 84 có tia i3 nghiêng nhất nên bánh rang nhỏ nhất là bánh rang chủ động cảu bộ truyền này:

Emin = Zmin= 17 = 0,77Chọn E = 1

tc

th tc

n

n n

45 , 63, 90 , 125 , 180 , 250 , 355 , 500 , 710 , 1000 , 1410 , 2000 (vòng/phút).

− Số vòng quay thực tế nth

nth = nđc.ηđai.iđai.Π= 1 '

i i n

Z

Với : nđc = 1440 (vòng/phút)

ηđai = 0,985 (ηđai : hiệu suất bộ truyền đai)

iđai = 0,7 (iđai :tỷ số truyền của bộ truyền đai)

nth 44,3

55 62,5

89,286

124,19

250

354,84

500

714,268

993,548

3 0,794 0,793 0,654 2778 0 0,045 0 -0,604 0,645 0,709 0

1.3.2 Thiết kế hộp chạy dao:

a) Thiết kế phương án không gian (PAKG):

Giới hạn lượng chạy dao: Smax = 1,19(mm/vg); Smin = 0,09 (mm/vg)

− Cơ cấu này có ưu điểm: kích thước nhỏ gọn vì chỉ có 2 trục, không có bánh răng

di trượt 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 kínhlớn

S= 2∑Pi 16 16 14 14 14 14 14

Từ bảng trên ta rút ra nhận xét sau:

- Các loại (III, IV, V) sẽ làm kích thước chiều rộng hộp tăng lên

- Các loại (VI, VII) có số bánh răng trên trục nhiều dẫn đến trục yếu ⇒ kích thướcchiều dài hộp tăng

- Các loại (I, II) là hợp lý nhưng PAKG 4 x 3 có số bánh răng ở trục cao do đó dễmòn và độ cứng vững thấp

Vậy ta chọn phương án không gian Z = 3 x 4

b) Thiết kế phương án thứ tự ( PATT):

i 7

PAKG 3 x 4 PATT I II

So sánh hai lưới kết cấu nay ta nhận thấy phương án đầu tiên là phương án tối ưu hơnvì: có lượng mở nhỏ hơn , dễ điều khiển hơn.

+ Bánh răng dùng chung mau hỏng

Biện pháp khắc phục: Các bánh răng dùng chung làm bằng vật liệu tốt và gắn cố địnhtrên trục

- Để thoả mãn điều kiện dùng chung ta tính các tỉ số truyền

i1 =

' 1

 Trường hợp dùng 2 bánh răng dùng chung:

Bánh răng dùng chung phải nằm tốt nhất trong 2 tia i1i7; i3i6 do đó:

= Z7; = Z6

Suy ra:

Z1 + = Z3 + + = Z3 + Z6

⇒ (1 + i1) = Z3 (1 + i3)

(1 + 1/i7) = (1 + 1/i6)

1

11

1

i

i

++

3

11

1

i

i

++

3 6 6 6 1

6 3 7

iii)i(1)i(1

i)i(1i

×

−

−+

×+

×+

=

Vì chuổi n của trục III phân bố theo qui luật cấp só nhân, nên ta có:

n1:n2:n3: :n12 = 1:ϕ:ϕ2:ϕ3: :ϕ11.Dựa vào hệ thống 12 phương trình số vòng quay ở trên, ta tính các tỷ số truyền trongtừng nhóm Với hệ số công bội ϕs = 1,26

Đồ thị vòng quay như sau:

PAKG 3 x 4 PATT I II

i 6 5

Các giá trị trên điều thoã mãn điều kiện tỷ số truyền: 1/5 ≤ is ≤ 2,8

Phạm vi điêu chỉnh tỉ số truyền giới hạn trong từng nhóm truyền là:

1 26 , 1

1 1

31 26 , 1

1 1

4 26 , 1

1 1

g f

Lúc đó tỷ số bánh răng là ∑.Z = k E = 81 x 1 = 81

⇒ Z1 =

f g

f

1 1

1 +

x ∑Z = 3

1 81 = 27

⇒ Z'1 = ∑Z - Z1 = 81 - 27 = 54

⇒ Z2 =

f g

f

2 2

2 +

x ∑Z = 81

31 81 = 31

⇒ Z'2 = ∑Z - Z2 = 81 - 31 = 50

⇒ Z3 =

f g

f

3 3

3 +

x ∑Z = 9

4 81 = 36

54 27 1,26

5

26,1

1' =

Z Z

⇒Z5 = 31; Z’5 = 50

Z4 + Z’4 = 81

5 4

4

26,1

1' =

Z Z

⇒Z4 = 19; Z’4 = 62Vậy số răng của các bánh răng trong hộp như sau:

Z7 = 54; Z’7 = 27

e) Thiết kế bộ truyền khác của hộp chạy dao:

Để chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến và giảm tốc độ ta nối đầu ra hộp chạy dao với bộ truyền Trục vít_Bánh vít và Bánh răng_Thanh răng Các số liệu của bộ ta lấy theo máy chuẩn

Bộ truyền Trục vít - Bánh vít: itr_bv = 47

1

Bộ truyền Bánh răng - Thanh răng:

Môđum: m = 3,5

Số răng của bánh răng: Z = 14

Ngoài ra, từ trục chính đến hộp chạy dao ta lắp thêm bộ giảm tốc có tỉ số truyên tổng cộng i thỏa mãn điều kiện:

i×i1×i4×47

1

×π×m×Z =Smin

194,0145,314,3315,05,0

1,04747

4 1

i

S i

ta chọn a=17,b=50, c=17 ,d=30 thoả mãn điều kiện.

− Tính sai số vòng quay trục ra:

Sai số vòng quay trục ra:

∆n = tc

th tc

1145,314,3

min 1

19 54

19 50

19 45

31 54

31 50

31 45

45 54

45 50

45 45

54 50

54 45

0,048

0,06

0,076

0,09 0,12 0,1

50,19 0,24 0,3

nth(v/p) 0,0

3

0,037

0,048

0,06

0,075

0,096

0,121

0,15

0,194

0,24 0,3

1

3

Ta có công thức sau: ∆n = ±10( ϕ -1 )% = ± 10.(1,26 - 1)%= ± 2,6%.

Ta nhận thấy ∆n = ± 2,6%.lớn hơn nhiều so với [∆i]% trên bảng nên thoả mãn điều kiện sai số giới hạn cho phép

Phần 2 : THIẾT KẾ KẾT CẤU MÁY

2.1 Tính công suất máy và chọn động cơ:

− Theo phương pháp gần đúng theo hiệu suất tăng

− Theo phương pháp tính toán

Xác định công suất động cơ là vấn đề khó khăn, vì khó xác định đúng điều kiện làmviệc, hiệu suất máy, điều kiện chế tạo cũng như các ảnh hưởng khác

a Tính momen xoắn và lực dọc trục:

− Momen xoắn: Mxmax =10.CM.Dq.Sty.kP

Nếu xét đến vật liệu gia công la thép có σB=750MPa

Cm = 0,0345; q =2 ; y = 0,8 ( Tra sổ tay công nghệ chế tạo máy, tập II )

D = 35; S=0,48 ; kP= 1 (Tra sổ tay công nghệ chế tạo máy, tập II) ⇒Mxmax =10 0,0345 352 0,480,8 1

Trong đó: N0: công suất chạy không

Np: công suất tiêu hao phụ do hiệu suất và nguyên nhân ngẫunhiên ảnh hưởng đến sự làm việc của máy

Thường Nc = (0,7÷0,8)Ndc cho nên ta có thể tính gần đúng, côngsuất động cơ dẫn chính theo công suất cắt như sau:

Nđc = Nđcv + Nđcs = 6,035+ 0,241 =6,276 (KW)

− Ta chọn động cơ điện loại AO2 che kín có quạt gió Công suất 7,5 (KW) Với tốc

độ quay của động cơ là 1460(vg/ph)

2.2 Tính công suất, số vòng quay tính toán, mô men xoắn, đường kính sơ bộ của các

trục trong xích chạy dao:

23 1 , 1484 1

max

n

(vg/ph)47

, 43 50

23 95 1

42,679.47,43

n tính

(vg/ph)

− Momen xoắn trên trục V:

850843

,86

079,0.10.55,9

10.55,

=

tV

V xV

n

N M

Trong đó: d – đường kính trục;

N – công suất truyền (KW);

n – số vòng quay trong một phút của trục;

C – hệ số tính toán phụ thuộc vào [τ]x, chọn C = 130

) ( 5 14 43 , 86

079 , 0

d sb V = =

Chọn dIV =25 (mm)

20 42 , 679 2

max

n

(vg/ph)388

, 17 50

20 47 , 43 2

768,271.388,17

n tính

(vg/ph)

− Momen xoắn trên trục V:

8,20440573

,34

074,0.10.55,9

10.55,

=

tV

V xVI

n

N M

(N.mm)

− Đường kính sơ bộ của trục tính theo công thức:

) ( 75 , 16 388 , 17

074 , 0

36 768 , 271 max

max

n VII VI

(vg/ph)694

, 8 54

27 388 , 17 min

41,217.694,8

n tính

(vg/ph)

− Momen xoắn trên trục V:

,19

071,0.10.55,9

10.55,

(N.mm)

− Đường kính sơ bộ của trục tính theo công thức:

) ( 02 , 20 44 , 19

071 , 0

54 41 , 217 max

max

n VII VII

(vg/ph)39

, 5 50

31 694 , 8 min

82,434.39,5

n tính

(vg/ph)

− Momen xoắn trên trục V:

53,4021015

,16

068,0.10.55,9

10.55,

=

tVII

VII xVIII

n

N M

(N.mm)

− Đường kính sơ bộ của trục tính theo công thức:

21 15 , 16

068 , 0

130 3 =

=

VIII sb

VII 19,44 0,071 34879,12 20,02 30

2.3 Thiết kế 2 bộ truyền động của xích chạy dao:

2.3.1 Thiết kế cặp bánh răng i 1 =

a Chọn vật liệu:

− Bánh răng nhỏ: chọn thép 45 thường hóa có:

σbk = 600 (N/mm2); σch = 300 (N/mm2); HB = 210(Phôi rèn, giả thiết phôi có đường kính từ 60 ÷ 90 mm)

− Bánh răng lớn chọn thép 35 thường hóa có:

σbk = 500 (N/mm2); σch = 260 (N/mm2); HB = 170(Phôi rèn, giả thiết đường kính phôi 100 ÷ 300 mm)

0 N

N

Nk' =

N0 – số chu kì cơ sở của đường cong mỏi tiếp xúc

Ntđ – số chu kì tương đương

− Trong trường hợp bánh răng chịu tải trọng thay đổi:

i i 2 max

i

M

M(u60

Trong đó:

Mi, ni, Ti – momen xoắn, số vòng quay trong một phút và tổng số giờ bánhrăng làm việc ở chế độ i

Mmax – momen xoắn lớn nhất tác dụng lên bánh răng

u – số lần ăn khớp của một răng khi bánh răng quay một vòng

− Số chu kì làm việc làm việc tương đương của bánh lớn:

Ntđ2 = 60.4,115.10.325.16.(13.4 + 0,83.4) = 7,765.107> N0 = 107

− Số chu kì làm việc tương đương của bánh nhỏ:

 Ứng suất uốn cho phép:

nK

k)6,14,1(]

k– hệ số chu kì ứng suất uốn, lấy

'' N

nK

5,1]

u

33,1338

,1.5,1

600.4,0.5,1]

(N/mm2)11

,1118

,1.5,1

500.4,0.5,1]

b

A = =ψ

e Xác định khoảng cách trục a:

A= 0,5m.(Z1 + Z’1)

− Chọn modun bánh răng m = 2,5

⇒ A = 0,5.2,5.(27 + 54) = 101,25(mm)