thiết kế máy mới " Máy tiện ren vít vạn năng

Một trong những nội dung đặc biệt quan trọng của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật trên toàn cầu nói chung và với sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước ta nói riêng hiện nay đó là việt cơ khí hoá và tự động hoá quá trình sản xuất. Nó nhằm tăng năng xuất lao động và phát triển nền kinh tế quốc dân. Trong đó công nghiệp chế tạo máy công cụ và thiết bị đóng vai trò then chốt . Để đáp ứng nhu cầu này, đi đôi với công việc nghiên cứu,thiết kế nâng cấp máy công cụ là trang bị đầy đủ những kiến thức sâu rộng về máy công cụ và trang thiết bị cơ khí cũng như khả năng áp dụng lý luận khoa học thực tiễn sản xuất cho đội ngũ cán bộ khoa học kỹ thuật là không thể thiếu được. Với những kiến thức đã được trang bị, sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy giáo cũng như sự cố gắng cuả bản thân. Đến naynhiệm vụ đồ án máy công cụ được giao cơ bản em đã hoàn thành. Trong toàn bộ quá trình tính toán thiết kế máy mới " Máy tiện ren vít vạn năng "có thể nhiều hạn chế. Rất mong được sự chỉ bảo của các thầy giáo và cộng sự. Phần tính toán thiết kế máy mới gồm các nội dung sau: Chương I : Nghiên cứu máy tương tự -chọn máy chuẩn Chương II :Thiết kế máy mới Chương III : Tính toán sức bền chi tiết máy Chương IV :Thiết kế hệ thống điều khiển

Lời nói đầu

Một trong những nội dung đặc biệt quan trọng của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật trên toàn cầu nói chung và với sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước ta nói riêng hiện nay đó là việt cơ khí hoá và tự động hoá quá trình sản xuất Nó nhằm tăng năng xuất lao động và phát triển nền kinh tế quốc dân Trong đó công nghiệp chế tạo máy công cụ và thiết bị đóng vai trò then chốt Để đáp ứng nhu cầu này, đi đôi với công việc nghiên cứu,thiết kế nâng cấp máy công cụ là trang bị đầy đủ những kiến thức sâu rộng về máy công cụ và trang thiết bị cơ khí cũng như khả năng áp dụng lý luận khoa học thực tiễn sản xuất cho đội ngũ cán bộ khoa học kỹ thuật là không thể thiếu được Với những kiến thức đã được trang

bị, sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy giáo cũng như sự cố gắng cuả bản thân Đến naynhiệm vụ đồ án máy công cụ được giao cơ bản em đã hoàn thành Trong toàn bộ quá trình tính toán thiết kế máy mới " Máy tiện ren vít vạn năng "có thể nhiều hạn chế Rất mong được sự chỉ bảo của các thầy giáo và cộng sự

Phần tính toán thiết kế máy mới gồm các nội dung sau:

Chương I : Nghiên cứu máy tương tự -chọn máy chuẩn

Chương II :Thiết kế máy mới

Chương III : Tính toán sức bền chi tiết máy

Chương IV :Thiết kế hệ thống điều khiển

Chương I : Nghiên cứu tính năng kỹ thuật của máy chuẩn

Các máy tiện T620 - 1k62 - T616 Có các đặc tính kỹ thuật:

Chiều cao tâm máy (mm)

Khoảng cách 2mũi tâm (mm)

Đường kính vật gia công Dmax(mm)

Số cấp tốc độ (z)

Số vòng quay:n min4nmax (vòng/phút)

Lượng chạy dao dọc (mm)

Lượng chạy dao ngang (mm)

Công suất động cơ (kw)

35305400

141920,5448

2442

9641

20015004002111,5412000,08241,590,02740,527

34305400

16070032012

44419800,0641,070,0440,784,5

30008100

Nhận xét : So sánh đề tài thiết kế với các máy trên ta thấy máy tiện ren

vít vạn năng T620 có các đặc tính tương tự Vậy ta máy T620 làm máy

chuẩn cho việc thiết kế máy mơí

II-phân tích máy chuẩn -máy tiện ren vít vạn năng T620

1.Sơ đồ động học máy

a Xích tốc độ :

- Xích nối từ động cơ điện công suất N=10 kw số vòng quay n=1450

vg/ph, qua bộ truyền đai vào hộp tốc độ làm quay trục chính (VII)

- Lượng di động tính toán ở 2 đầu xích là : nđcơ4ntc Xích tốc độ có

đường quay và đường quay nghịch Mỗi đường truyền khi tới trục

chính bị tách ra làm đường truyền

- Đường truyền trực tiếp tới trục chính cho ta tốc độ cao

- Đườngtruyền tốc độ thấp đi từ trục IV-V-VI-VII

Phương trình xích động biểu thị khả năng biến đổi tốc độ của máy

Từ phương trình trên ta thấy:

-Đường tốc độ cao vòng quay thuận có 6 cấp tốc độ

2x3x1= 6

-Đường tốc độ thấp vòng quay thuận có 24 cấp tốc độ

2x3x2x2x1= 24Thực tế đường truyền tốc độ thấp vòng quay thuận chỉ có 18 tốc độ ,vì giữa trục IV và

trục VI có khối bánh răng di trượt hai bậc có khả năng cho ta 4 tỷ số truyền

Nhìn vào phương trình thực tế chỉ có 3 tỷ số truyền 1,

4

1

,

16 1

Như vậy đường truyền tốc độ thầp vòng quay thuận còn 18 tốc độ 2x3x3x1= 18

Vậy đường truyền thuận có 18+6=24 tốc độ

tạo nên ikđại dùng cắt ren khuếch đại

b.Xích chạy dao cắt ren

máy tiện ren vít vạn năng T620 có khả năng cắt 4 loại ren :

Ren quốc tế (tp)

Ren mođuyn (m)

Ren anh (n)

Ren pitch (Dp)

răng thay thế vào hộp dao và trục vít me

- Lượng di động tính toán ở 2 đầu xích là :

Một vòng trục chính - cho tiện được một bước ren tp (mm)

Để cắt được 4 loại ren máy có 4 khả năng điều khiển sau:

+ Cơ cấu bánh răng thay thế qua trục IX và trục X đảm nhận 2 khả năng (dùng cặp bánh răng

+ Noóctông bị động chuyển động từ trục X thông qua C2 mà đi từ cặp bánh răng

36

28

tới trục XI và 28-25-36 bánh răng hình tháp XII qua bánh răng 35 (không truyền qua trục XV) xuống dưới 18-28-35-XIII tiếp tục truyền qua XIV-XV tới vít me

+ Để cắt được nhiều ren khác nhau trong cùng một loai ren trong hộp chạy dao của máy dùng khối bánh răng hình tháp 7 bậc và 2 khối báng răng di trượt

- khi cắt ren trái trục chính giữ nguyên chiều quay cũ cần đổi chiều chạy dao ngược lại trong xích có cơ cấu đổi chiều nối giữa trục VIII và IX tới bánh răng đệm 28

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)

, con đường 1 noóctông chủ động

- Chạy dao dọc : Từ trục bánh vít 28 (trục XVII ) qua cặp bánh răng 14/60 (bánh răng 60 lồng không) đóng ly hợp bánh răng thanh răng t=10 (m=3)xe dao chạy dọc hướng vào mâm cặp (chạy thuận)khi chạy dao lùi đường truyền từ trục XVIII xuống ly hợp qua bánh răng đệm

38 tới bánh răng 14/60 tới cặp bánh răng thanh răng 14/60làm bánh xe dao chạy lùi

- Chạy dao ngang : Đường truyền giống như chạy dao dộc truyền theo nửa bên phải hộp chạy dao tới vít me ngang t=5 (mm)

- Chạy dao nhanh : Máy có động cơ điện chạy dao nhanh N=1 kw, n

=1410 vg/ph trực tiếp làm quay nhanh trục trơn XVI

c Một số cơ cấu đặc biệt :

+ Cơ cấu ly hợp siêu việt : Trong xích chạy dao nhanh và động cơ chính đều truyền tới cơ cấu chấp hành là trục trơn bằng hai đường truyèen khác nhau Nên nếu không có ly hợp siêu việt truyền động sẽ làm xoắn và gẫy trục Cơ cấu ly hợp siêu việtđược dùng trong nhữnh trường hợp khi máy chạy dao nhanh và khi đảo chiều quay cảu trục chính

+ Cơ cấu đai ốc mở đôi : vít me truyền động cho 2 má đai ốc mở đôi tới hộp xe dao Khi quay tay quay làm đĩa quay chốt gắn cứng với 2

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 truyền động kh máy quá tải

Ta có ϕ = z-1 2000/12,5 = 1,26

a Tính trị số vòng quay cuả trục đầu tiên của hộp tốc độ

+ Trên trục II : nII = nđcơ x iđt= 1450 x

260

145

=803 (vg/ph)+ Trên trục VII : Căn cứ vào nmin tra bảng vòng quay tiêu chuẩn ta có

23 tốc độ :

12,5-16-20-25-31,5-40-50-63-80-100-125-160-200-250-310-400-500-630-800 1000-1250-1600-2000+ Xác định vị trí đặt no trên đồ thị vòng quay :

⇒Tia i1 lệch sang phải 2 khoảng logϕ:

Lượng mở giữa hai tia [ ]x : ϕx= i1/i2=ϕ2/ϕ =ϕ = ϕx

Tương tự như cách làm nhóm truyền 1 ta có :

X3= -1,56 ≈ -2 ⇒ Tia i3 lệch sang trái 2 khoảng logϕ

X4= -4,16 ≈ -4 ⇒ Tia i4 lệch sang trái 4 khoảng logϕ

X5 =1 ⇒ Tia i5 thẳng đứng

Lượng mở [ ]x = [ ]2 ứng với nhóm truyền khuếch đại:

Nhóm truyền thứ 3 (từ trục III tới trục IV) có 2 tỷ số truyền

X9 =1 ⇒ Tia i9 thẳng đứng

Nhóm truyền gián tiếp (từ trục V tới trục VI) có1 tỷ số truyền

i10=

54 27

X10= -4 ⇒ Tia i10 lệch sang trái4 khoảng logϕ

Nhóm truyền trực tiếp (từ trục III tới trục VI) có1 tỷ số truyền i11=

43 65

X11= 2 ⇒ Tia i11 lệch sang phải 2 khoảng logϕ

c.Vẽ đồ thị vòng quay

I-thiết lập chuỗi số vòng quay

Mấy tiện ren vít vạn năng T620 z=23 nmin = 11,8 vòng/phút nmax =

n- Số vòng quay trục chính (vg/ph)

2- Tính số hạng của chuỗi số

Phạm vi điều chỉnh Rn =160

Công bội ϕ = 1,26

Số cấp tốc độ z = 23

Trị số vòng quay cơ sở thành lập từ trị soó vòng quay đầu tiên n1 = 11,8 vg/ph và

nz = n1 ϕz-1

Lần lượt thay z = 1÷23 vào ta có bảng sau

14,86818,73423,60429,74237,47447,21859,49474,96394,453119,011149,954188,942238,067299,964377,955476,052600,041756,052952,6261200,3091512,3891905,610

11,8151923,53037,547,5607595118150190235300375475600750950118015001900

II-Số nhóm truyền tối thiểu

Trong hộp tốc tỷ số truyền giữa các trục người ta lấy trong khoảng 0,25-2

u>= 0,25 để thoả man điều kiện mòn đều

u<= 2 để thoả man điều kiện độnglực học và cấp chính xác

Do đó gọi i là số nhóm truyền tối thiểu

Ta có

nmin/nmax=( 1/4)i i-Số nhóm truyền tối thiểu

i=lg(nđcơ/nmin)/lg4=3,4

Vì số nhóm truyền là nguyên nên lấy i = 4

Các phương án không gian

3x2x2x2 2x3x2x2 2x2x3x2 2x2x2x3

Dựa vào số nhóm truyền tối thiểu i=4 ta loại trừ các phương án không gian và lấy

phương án không gian là 2x3x2x2 Do trên trục thứ nhất bố trí ly hợp ma sát đảo chiều nên cố gắng bố trí ít bánh răng kết hợp với yêu cầu số báh răng trên các trục nhỏ dần

Cách bố chí các bộ phận tổ hợp thành xích tỗc độ bố trí theo phương án hộp tốc độ và hộp trục chính vì máy có độ phức tạp lớn (z=23) công suất lớn N=10 kw

III- phương án không gian

1-Dựa vào công thức z= p1 p2 p3 pj

trong đó pj là tỷ số truyền trong một nhóm

L = Σb + Σf b- chiều rộng bánh răng

f- khoảng hở giữa hai banh răng và khe hở để lắp mién gạt

5- Số bánh răng chịu mô men xoắn ở trục cuối cùng

PAKG 3x2x2x2 2x2x2x3 2x2x3x2 2x3x2x2

2 3 2 2

6- Các cơ cấu đặc biệt dùng trong hộp : ly hợp ma sát ,phanh

7- Lập bảng so sánh phương án bố trí không gian

Phương án

Yếu tố so sánh

ly hợp ma sát đảo chiều

18519b + 18f2

ly hợp ma sát đảo chiều

18519b + 18f2

ly hợp ma sát đ ảo chiều

18519b + 18f3

ly hợp ma sát đảo chiều

Kết luận : Với phương án và bảng so sánh trên ta thấy nên chọn phương

án không gian 2x3x2x2 vì

- Tỷ số truyền giảm dần từ trục đầu tiên đến trục cuối Nhưng phải bố trí trên trục đầu tiên một bộ ly hợp ma sát nhiều đĩa và một bộ bánh răng đảo chiều

-Số bánh răng phân bố trên các trục đều hơn PAKG 3x2x2x2 và 2x2x3x2

-Số bánh răng chịu mô men xoắn lớn nhất Mmax trên trục chính là ít nhất

Do đó để đảm bảo tỷ số truyền giảm từ từ đồng đều ,ưu tiên việc bố trí kết cấu ta chọn PAKG 2x3x2x2

IV- phương án thứ tự (PATT)

TT Nhóm 1 TT Nhóm 2 TT Nhóm 3 TT Nhóm 41

[12]

13

2x3x2x2III I II IV[6] [1] [3]

[12]

19

2x3x2x2

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

[12]

14

2x3x2x2III II I IV[6] [2] [1]

[12]

20

2x3x2x2

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

[1]

15

2x3x2x2III IV I II[4] [8] [1] [2]

21

2x3x2x2

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

[6]

16

2x3x2x2III I IV II[6] [1] [12]

[3]

22

2x3x2x2

IV I III II[12] [1] [6] [3]5

[1]

17

2x3x2x2III II IV I[6] [2] [12]

[1]

23

2x3x2x2

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

18

2x3x2x2III IV II I[4] [8] [2] [1]

24

2x3x2x2

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

Như vậy PATT I II III IV có ϕxmax = 1,2612 là nhỏ hơn cả theo máy chuẩn

đã chọn thì phương án này là tốt hơn , có lượng mở đều đặn và tăng từ

từ , kết cấu chặt chẽ, hộp tương đối gọn, lưới kết cấu cố hình rẻ quạt

Cụ thể : PAKG 2 x 3 x 2 x 2

PATT I II III IV

Để bù lại số tốc độ trùng vì thu hẹp lượng mở ta thiết kế thên đường truyền tốc độ cao (đường truyền tắt )

PAKG đường trruyền này là Z2= 2x3x1= 6 tốc độ

Vậy PAKG cuả hộp tốc độ là Z = Z1 + Z2= 24+6 =30

Do trùng 7 tốc độ (tốc độ cuối của đường truỳên tốc độ thấp trùng với tốc

độ của đường truỳên tốc độ cao )

Nên số tốc độ thực của máy là : Z = 30 - 7 = 23 tốc độ

Ta có lưới kết cấu của máy như sau :

n0min = nmax/Π1i Umaxi ; n0max = nmin/Π1i Umini

Trong đố i- chỉ số biểu thị nhóm truyền

Π1i Umaxi= Umax1 Umax2 Umaxi

Π1i Umini= Umin1 Umin2 Umini

Có thể lấy Umax= 2 thì Π1i Umaxi=24=16

Umin = 0,25 thì Π1i Umini= 0,254 =1/256

Vậy nomax= 11,8/(1/4)4 = 3020,8 vg/ph

nomin= 1905,61/24 = 119,1 vg/ph

Như vậy giới hạn no biến thiên trong khoảng 119,1 ≤ no ≤ 3020,8

 Để trục và bánh răng đầu vào của hộp chịu Mx kính thước nhỏ gọn Thường đặt no ở các trị số no lớn Vì như vậy sẽ gần vơí nđcơ Hơn nữa

no tới nmin của trục chính bao giờ cũng giảm nhiều hơn tăng

i

i i

i

i i

10

11

V- Tính toán số răng của các nhóm truyền trong hộp tốc độ

1- Tính nhóm truyền cố định từ trục động cơ đến trục thứ nhất

Ta có : no = nđcơ io ηđ= 750

⇒ io= 1440750.0,95= 0,548

2- Tính số răng của nhóm truyền

Thứ nhất tính bằng phương pháp bội số chung nhỏ nhất môđun như nhau

tối giản fx gx là các số nguyên

Zx + Zx' = ∑Z Zx Zx' là các số nguyên ∑Z = E.K K là bội số chung nhỏ nhất của fx + gx

x

x x

.

) (

x

x x

.

) (

'min +

a> Đối với nhóm 1 Có hai tỉ số truyền i1 và i2

Ta có : i1= ϕ1= 1,261≈ 45 có f1=5 g1 =4 và f1 + g1 = 4+5 = 9

I2= ϕ2= 1,262≈ 117 có f1=11 g1 =7 và f1 + g1 = 11+7 =18

Vậy bội số trung nhỏ nhất K = 18

Emin nằm ở tia i2 vì i2 tăng nhiều hơn i1 Khi đó bánh răng Zmin nằm ở tia thứ 2 là bánh răng bị động

Ta có : Emin=

K

g

g f

z

.

) (

2

2 2 min +

=

18 7

18 17

+ .EK Zx

'= ∑Z - Zx

Nên ta có ∑Z= E.K =5.18 = 90 răng

Z1=

1 1

1

g f

f

+ .E.K = 5 4.90

5

+ = 50 răng Z1'= ∑Z - Z1 = 90 - 50 = 40 răng

Z2 =

2 2

Kiểm tra tỷ số truyền: i1 = Z1/ Z1' =

40

50

= 1,25 i2 = Z2/ Z2' =

1 4

1

≈ 5422 có f3=22 g3 =54 và f3 + g3 = 22 + 54 = 76 i4=ϕ2

1

= 1 , 26 2

1

≈ 4630 có f4=30 g4 =46 và f4 + g4 = 30 + 46 = 76 i5=1 có f5=1 g5 =1 và f5 + g5 = 1 + 1 = 2

Vậy bội số trung nhỏ nhất K = 76

Emin nằm ở tia i3 vì i3 giảm nhiều hơn i4 Khi đó bánh răng Zmin nằm ở tia thứ 3 là bánh răng chủ động

76 22

76 17

) (

3

3 3 min

K f

g f Z E

Lấy Emin=1 ta có ∑Z= E.K =1.76 = 76 răng

Z3=

3 3

3

g f

f

+ .EK = 21 5476

22

+ = 22 răng Z3'= ∑Z - Z3 = 76 - 22 = 54 răng

Z4=

4 4

4

g f

f

+ .EK = 30 46.76

30

+ = 30 răng Z4'= ∑Z - Z4 = 76 - 30 = 46 răng

Z5=

5 5

5

g f

f

+ .EK = 1 1.76

1

+ = 38 răng Z5'= ∑Z - Z5 = 76 - 38 = 38 răng

Kiểm tra tỷ số truyền:i3 = Z3/ Z3' =

54

22

= 0,407; i4 = Z4/ Z4' =

46 30

= 0,65

I5 = Z5/ Z5' =

38

38

= 1

c> Đối với nhóm truyền thứ 3

Nhóm truyền này có hai tỉ số truyền i6=1/4 , i7 = 1

Trên máy T620thì ta nhận thấy hai tỉ số truyền đó được truỳen giữa hai trục của nhóm Do vậy chúng có chung khoảng cách trục ⇒Nếu chúng

có cùng môđul thì tổng số răng phảI là như nhau Nhưng máy T620 tổng

số răng trong hai tỉ số truyền này là khác nhau do vậy mà mỗi tỉ số truyền

sử dụng một cặp bánh răng có môdul của cặp này khác của cặp kia Tương ứng với hai tỉ số truyền ta lấy hai môdul là m6 và m7

Do kết cấu của hộp tốc độ nên ta chọn môđuyn khác nhau Ta dùng hai loại môđuyn m6 và m7 Điều kiện làm việc là:

2A = m6(Z6+Z6') = ∑Z6.m62A = m7(Z7+Z7') = ∑Z7.m7Trong đó A- Khoảng cách trục

∑Z6 , ∑Z7- Tổng số răng của nhóm bánh răng có môđuyn m6 , m7

K f

g f Z E

Chọn Emin= 11

Z6=

6 6

6

g f

f

+ .EK = 5 22

10 11

Z’6= 110 – 22 = 88 răng

d> Đối với nhóm truyền thứ 4 :

Nhóm truyền này có hai tỉ số truyền i8 =1/4 , i9 = 1

Trên máy T620thì ta nhận thấy hai tỉ số truyền đó được truỳen giữa hai trục của nhóm Do vậy chúng có chung khoảng cách trục ⇒Nếu chúng

có cùng môđul thì tổng số răng phảI là như nhau Nhưng máy T620 tổng

số răng trong hai tỉ số truyền này là khác nhau do vậy mà mỗi tỉ số truyền

sử dụng một cặp bánh răng có môdul của cặp này khác của cặp kia Tương ứng với hai tỉ số truyền ta lấy hai môdul là m8 và m9

Do kết cấu của hộp tốc độ nên ta chọn môđuyn khác nhau Ta dùng hai loại môđuyn m6 và m7 Điều kiện làm việc là:

2A = m8(Z8+Z8') = ∑Z8.m82A = m9(Z9+Z9) = ∑Z9.m9Trong đó A- Khoảng cách trục

∑Z8 , ∑Z9- Tổng số răng của nhóm bánh răng có môđuyn m8 , m9

K f

g f Z E

Chọn Emin= 11

Z8=

8 8

8

g f

f

+ .EK = 5 22

10 11

e>Đối vớinhóm truyền thứ 6

Ta dùng hai loại môđuyn m10 và m11 Điều kiện làm việc là:

2A = m10(Zi+Zi') = ∑Z10.m102A = m11(Zj+Zj') = ∑Z11.m11Trong đó A- Khoảng cách trục

∑Z10, ∑Z11- Tổng số răng của nhóm bánh răng có môđuyn m10 , m11

Z10 + Z10' = 81' ⇒ Z10=∑Z10/3 = 81/3 = 27 răng

Kiểm tra tỷ số truyền : i10 = Z10/ Z10' =

Kiểm nghiệm sai số của chuỗi số vòng quay

sai số của số vòng quay trục chính được tính theo công thức

∆n =

n n

n

c t

tÝnh c

t

/

/ −

100%

Trong đó nt/c - Số vòng quay tiêu chuẩn

ntính - Số vòng quay tính toán theo phương trình xích độ

Nếu ∆n nằm trong khoảng từ (- 2,6 đến 2,6) thì đạt yêu cầu Nếu không thì không đạt yêu cầu , khi đó ta phải điều chỉnh lại tỉ số truyền ở các bộ truyền cố định và bộ truyền ngoài sao cho phù hợp