Thiết kế máy khoan 2A135

I. Tính toán thiết kế hộp tốc độ máy khoan 2A1351. Tính thông số còn lại:Theo đề bài ta cần tính toàn hộp tốc độ với các thông số đã biết là: nTC = 42  2000 vòngphút; số cấp tốc độ zTC=12 Do dãy tốc độ tuân theo quy luật cấp số nhân với công bội  nên ta có: = = =1.421 Ta chọn  = 1,41 theo tiêu chuẩn.2. Tính dãy tốc độ theo lý thuyết:TT tính(vgphút) 1 42422 59.22603 84.60874 122.671225 172.021736 243.872507 352.503388 476.584829 679.6269610 981.3699511 1402.95139012 1959.9020003. Phân tích chọn phương án không gian ( PAKG ) Với zTC=12 ta có các phương án không gian sau:zTC =12 = 12 x 1 = 6 x 2 = 4 x 3 = 3 x 2 x 2 Do tỉ số truyền phải thỏa mãn 14  i  2 nên ta có số nhóm truyền tối thiểu là : x=1,6log (n0: laì säú voìng quay cuía âäüng cå). x=1,6log =2.46  Chọn x = 3. Vậy với số nhóm truyền tối thiểu bằng 3 ta chỉ chọn một trong các phương án không gian sau : zTC = 3 x 2 x2 = 2 x 3 x 2 = 2 x 2 x 34.Lập bảng chọn vị trí các nhóm truyền của phương án không gian:

I Tính toán thiết kế hộp tốc độ máy khoan 2A135

Ta chọn ϕ = 1,41 theo tiêu chuẩn

2 Tính dãy tốc độ theo lý thuyết:

Với zTC=12 ta có câc phương ân không gian sau:

4.Lập bảng chọn vị trí câc nhóm truyền của phương ân không gian:

Dựa trín câc yếu tố so sânh sau để chọn phương ân bố trí nhóm truyềncủa phương ân không gian:

- Phương án đơn giản tới mức để có thể dễ dàng thực hiện

- Phương án đảm bảo có khả năng tự động hoá máy nhiều nhất

- Phương án có hiệu suất đạt được cao nhất

- Phương án đạt được độ chính xác các xích thực hiện truyền động tạo hình phức tạp và truyền động chính xác

Dựa vào các tiêu chuẩn trên ta có các chỉ tiêu để

Với pi là số bánh răng di trượt trong một nhóm

Theo tính toán, có SZmin khi p1 = p1 = = pi = e, với e là cơ số nêpe ( e= 2,6, ) Do ta nên chọn pi = 2,3,4

Với PAKG zTC = 12 =3 × 2 × 2 , ta có:

SZ = 2.(3 + 2 + 2) = 14 Với PAKG zTC = 12 = 2 × 3 × 2 , ta có:

SZ = 2.(2 +3+ 2) = 14Với PAKG zTC = 12 = 2 × 2 × 3 , ta có:

SZ = 2.(2 + 2 + 3) = 14b.Tính tổng số trục của PAKG theo công thức:

Str = (x + 1)Với x=3 ta có : Str= 4

c.Tính chiều dài sơ bộ của hộp tốc độ theo công thức:

L =∑b +∑f.b: là chiều rộng của bánh răng, b = (6 ÷

10).m = (0,15 ÷ 0,3).A

m: moduyl của bánh răng

A: khoảng cách trục

f: khoảng hở để lắp miếng gạt Xác định theo các trị số kinh nghiệm

f = 8 ÷12 mm, dùng để lắp các miếng gạt,

f = 2 ÷3 mm, dùng để bảo vệ,

f = 4 ÷6 mm, dùng để thoát dao xọc răng

⇒ L = 17b + 16f

d Số lượng bánh răng chịu mômen xoắn Mx ởtrục cuối cùng Trục cuối cùng là trục chính, vì trụcnày có chuyển quay thực hiện số vòng quay từ n1

sẽ có Mxmax Do đó kích thước trục lớn Các bánh lắptrên trục có kích thước lớn, vì vậy tránh bố trí nhiềuchi tiết trên trục cuối cùng (trục chính).

Từ các chỉ tiêu trên, ta lập bảng so sánh PAKG:

3 × 2 × 2 2 × 3 × 2 2 × 2 ×

3Tổng số bánh

chịu Mxmax

Từ bảng so sánh ta chọn được PAKG là Zv = 2 × 3

× 2 Vì phương án này có số bánh răng chịu Mxmax lànhỏ nhất

5 Tính toân chọn phương ân thứ tự:

Như ta đã biết với một phương án bố trí không gianđã có, ta có nhiều phương thay đổi thứ tự khácnhau Với số nhóm truyền x = 3, và PAKG ZCT = 2 × 3 ×

2, ta sẽ có 3! = 1.2.3 = 6 phương thay đổi thứ tư Với 6PATT được thể hiện bằng 6 lưới kết cấu, và từ đó

ta sẽ đánh giá để chọn một lưới kết cấu thích hợpnhất.Để chọn được lưới kết cấu thích hợp nhất tadựa vào phương pháp kiểm nghiệm giới hạn tỷ sốtruyền

Ta đã biết phạm vi điều chỉnh tỷ số truyền củamột nhóm truyền động là:

x ) 1 p (

1

p

min

max i

i

i i

i

Tỷ số truyền trong một nhóm truyền động đượcxác định chỉ dựa trên những giá trị tương đối Đểxác định được một giới hạn cho phép, trên thực tếcác tỷ số truyền trong máy công cụ được giới hạnnhư sau:

1

2 4

Tức là phạm vi điều chỉnh tỷ số truyền trongmột nhóm truyền động là:

8 1

4 1

ϕxmax ϕ6<8 ϕ6<8 ϕ6<8

Với điều kiện ϕxmax ≤ 8 ⇒ loại 2 phương án (I),(III),(II) ;(II),(III),(I) ;ta chấp nhận 4 phương án (I),(II),(III) ;(II),(I),(III); (III),(II),(I) và (III),(I),(II).Trong 4 phương án này tachọn phương án (II),(I),(III)

6 Vẽ lưới kết cấu vă đồ thị vòng quay:

a.lưới kết cấu

12 11 10 9 8 7 6 5 4 3

n0 = 995 (vòng/phút).

Suy ra tỷ số truyền đai lă:

1440.0,985 0,7

995

i

5i

6

Hình 1.2 : lưới đồ thị vòng quay của hộp tốc độ

n0

7 Tính toân số răng của câc nhóm truyền trong hộp tốc độ

- Tính số răng của nhóm truyền thứ nhất

Ta có: i1 = 1/ϕ2 = = = ⇒ + =3

i2 = ϕ = 1,41 = = ⇒ + =12

Ta có bội số chung nhỏ nhất của câc tổng fi + gi lă: K= 12

Tính Emin: Emin nằm ở tỷ số truyền i1 vă i1 giảm nhiều hơn so với i2 tăng tốc.Ta có :

Ta có bội số chung nhỏ nhất của các tổng fi + gi là: K=84

Tính Emin: Emin nằm ở tỷ số truyền i3 và i3 giảm nhiều hơn so với i5 tăng tốc.Ta có :

Emin = = <1

Chọn E = 1 ⇒ Z=K.E=84 ( răng )

Ta có bội số chung nhỏ nhất của các tổng fi + gi là: K=105

Tính Emin: Emin nằm ở tỷ số truyền i6 và i6 giảm nhiều hơn so với i7 tăng tốc.Ta có :

Emin = = <1

Chọn E = 1 ⇒ Z=K.E=105.1=105 ( răng )

II Thiết kế hộp chạy dao máy khoan 2A135

1 Liệt kê các bước ren tiêu chuẩn của bốn loại ren yêu cầu

- Ren quốc tế: t = 1 ÷ 192 (mm)

tp = 1; 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; 56; 63; 72; 80; 88; 96; 112;138; 192

- Ren Anh: Số vòng ren trên một tấc anh - t =

n = 24; 20; 19; 18; 16; 14; 12; 11; 10; 9; 8; 7; 6; 5; 4,5; 4; 3,5; 3,25; 3;2.

- Ren môdun: t = π.m

m = 0,5; 1,25; 1,5; 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

- Ren pitch: Số môdun trên một tấc Anh - t =

D = 0,5; 1,25; 1,5; 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; 48; 56; 64; 72; 80; 88; 96

2 Lý luận chọn cơ cấu trong hộp chạy dao

Ta thấy giới hạn của bước ren rất lớn, do đó phải sắp sếp bảng ren rấtnhiều hàng và nhiều cột

Với những bảng ren có 7 hàng ta sử dụng cơ cấu nooctông để giảmchiều dài hộp chạy dao

Với những bảng ren có 8 cột:

- Nếu hộp trục chính không có cơ cấu khếch đại, ta dùng cơ cấumêan gián tiếp, tuy nhiên độ cứng vững của cơ cấu này không cao

- Nếu hộp trục chính có cơ cấu khếch đại, ta dùng nhóm bánh răng

di trượt và cơ cấu mêan

Với những bảng ren có 4 ÷ 5 hàng và 3 ÷ 4 cột, ta có thể dùng bánhrăng di trượt là i còn I là cơ cấu mêan

4 2

3 2

6 2

1 3 4

d Bảng xếp ren Pitch: D = 96 ÷ 1

Nhóm gấp bội phải tạo ra 4 tỷ số truyền với ϕ = 2 Chọn cột 7 ÷ 12trong bảng xếp ren quốc tế làm nhóm cơ sở thì các tỷ số truyền nhóm gấpbội là:

1

1 : 2

1 : 4

1 : 8

- Với mỗi phương án trên ta có lưới kết cấu như sau:

Do đó ta có đồ thị vòng quay như sau:

i'4 i i3 4 1 1 1.

1 1 1

c Tính toán số răng trong các nhóm truyền

- Tính số răng cho nhóm truyền thứ 1:

1

f 1

1 g

= ϕ = = ⇒ + =

⇒ Bội số chung nhỏ nhất của f + g là K = 6

Chọn Z min = Z 1 = 17(răng) ⇒ min 1 1

min

1

17.3 8,5 6.1

Z (f g ) E

1 g

= ϕ = = ⇒ + =

⇒ Bội số chung nhỏ nhất của f + g là K = 10

Chọn Z min = Z 3 = 17(răng) ⇒ min 3 3

min

3

17.5 8,5 10.1

Z (f g ) E

⇒

4 4

5 Tính toán các tỷ số truyền còn lại ( nhóm truyền động bù )

Nhóm truyền động bù bao gốm các bánh răng thay thế và i Trong đó idùng nối trục I với trục II của cơ cấu nooctong, khi thực hiện xích chủ động hoặc xích bị động ta phải tính i Muốn vậy ta phải lấy một số bất kỳ ở bảng ren, ví dụ chọn t = 6 ứng với i = 1/2 Dựa vào máy tương tự 1K62, bước vít me t = 12 (mm), bánh răng di trượt trên cơ cấu nootong là Z

= 48, vì khi cắt ren quốc tế và ren môdul trục I chủ động nên ta có phương trình xích cắt ren như sau:

i - tỷ số truyền cặp bánh răng thay thế

I - tỷ số truyền cặp bánh răng cố định còn lại trên xíchtruyền

Vậy ta có phương trình xích cắt ren như sau:

p cd

tt cs gb x

36

- Với i = ta cũng dựng để cắt ren pitch vì ren Anh và ren Pitch

đều đi theo con đờng Noocton bị động nhng lại với hai

bộ bánh răng thay thế khác nhau Để tìm bánh răng thaythế cắt ren Pitch ta tính cắt thử ren Pitch có Dp=8 ⇒ tp=p

Ta cú: 25,4 = ; π =12.127

97.5

2 2 p

6 Kiểm tra bước ren theo xỏc suất nhất định.

Sai số bước ren khi ren gia cụng trờn mỏy và ren của vớt me dọc khụngcựng hệ, để giảm sai số ta lấy cỏc phõn số gần đỳng nhất với 25,4 và π

Ta chỉ cần tớnh một bước ren cho một hệ

- Kiểm tra ren quốc tế:

Chọn n = 4 ; t = = = 6,35 mm

III TÍNH TRỤC CHÍNH

Trục chính là chi tiết quan trọng trong hệ thốngtruyền động, dùng truyền những truyền độngmômen xoắn và lực cắt lên dao cắt hoặc chi tiếtcần gia công Trục chính là trục quan trọng nhất trongcác trục nên các yêu cầu và các phương pháp tínhtoán trục chính đều có thể tính toán như trụcthường Tuy nhiên, trục chính có các yêu cầu cao hơn

3.4.1 Các yêu cầu với trục chính.

•Đảm bảo độ cứng vững

Đặc trưng quang trọng của độ cứng vững là độvõng đầu trục Vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến độchính xác gia công Ngoài ra độ võng của trục cũngtạo nên sự ăn khớp không đều của các bánh răng,phân bố lực không đều ở đầu ổ trục cũng gâytiếng ồn Độ cứng vững trước tiên đảm bảo độchính xác truyền động của trục chính

•Độ chịu mài mòn cao

Do trục máy khoan làm việc dạng di trượt liêntục nên phải đảm bảo được tính chịu mài mòn

Độ rung động thấp

Trục chính của máy phải chuyển động êm, không

bị rung động Độ rung động sẽ làm giảm tuổi thọcủa máy và dao, phản ánh trực tiếp độ bóng bề

mặt của chi tiết gia công Yêu cầu này đặc biệt vớimáy khoan tự động.

3.4.2 Tính toán trục chính.

3.4.2.1 Tính trục theo công thức Atsêrean.

Mômen xoắn luôn thay đổi theo dạng vật liệu vàphôi cắt, lượng dư và đặc điểm kết cấu của dao Dođó những tính toán trên cơ sở ứng suất không thayđổi thì không có kết quả chính xác cao, máy thườngdùng để xác định đường kính trục một cách sơ bộ.Khi tính toán độ bền của máy công cụ hiện đại, cầnxác đinh trị số an toàn trên ứng suất mõi, cần kiểmtra độ lớn của các ứng suất trong các tiết diện nguyhiểm, và cũng lưu ý đến kết cấu của trục

Với các yêu cầu trên, đường kính ngoài của trụcđược tính theo công thức Atsêrean như sau:

3

1 4

2

2 1

2 1

' ).

1 (

).

1 (

17

2

n

M c k M

c k

d

xc uc

σ

σ

τ σ

ξ: Tỷ số giữa đường kính trong và ngoài : ξ=0

N : Hệ số an toàn n=1÷3

c1,c2 : Hệ sô phụ thuộc vào quá trình cắt, đối vớinguyên công khoan ta chọn

) 2 , 0 1

,

0

(

15 , 0

, 0 1

186262 1

=

0

≈

Mu

) ( 25 2

400

161967

5 , 0 7 , 1 450

400

G J

l Mx

b.

180

32

.d4

J p =π : Moment quán tính độc cực

G=8,4.104 (N/mm 2) : Modun đàn hồi chốngtrượt

l: chiều dài tác dụng của xoắn trục l=20.dVậy ta có:

0 4

10 8 32

20 186262

) ( 30 10

8

32 20 180 1862625

Vậy chọn trục d = 36

3.4.2.2 Kiểm nghiệm sức bền dập của then hoa.

Điều kiện bền dập:

[ ]d tb

x sd

Z F R

M

σ ψ

.

F: tiết diện chịu lực

Lv=0,5.(D-d) : chiều dài tiếp xúc giữa then trụcchính và trụ rổng

Lmax=700 (xét cho trường hợp tải trọng lớn nhấtl=100 (mm)

) ( 720 400 3 , 0 2 2

).

32 38

) 38 32 ( 4

=

ψ : Xét đến hệ số phân bố tải trọng

mm N mm

3.4.2.3 Tính ổ cho trục chính

Dựa theo điều kiện làm việc của trục chính mà

ta chọn ổ cho hợp lí

Qmax=2956 (N)

C=Qtd.(n.h)0.,3

Qtd=Q.Ktt.Kđ

Với Ktt : Hệ số phụ thuộc nhiệt độ Ktt=1

Kđ: hệ số tải trọng động :kđ=1,5

Ta có

Qtd=1.1,5.2956=443(dan)

c=443.(133.5000)0,3 =24731Tra bảng chọn loại đỡ chặn số hiệu 36208

3.4.3 Tính cụm trục I :

Suy ra : d ≥ 120 3 2 , 7 = 16,7 mm

3.4.3.2.2.Tính gần đúng :

Các lực tác dụng lên trục :

+ Đường kính bánh răng :

= 606 ( N )

Pr4 = P4.tgα = 606.tg20o = 220 ( N )

Rđ = 1656 ( N )

293 30 73

m m

RAx

RAyR

1 ,

Tra bảng 7.2 -[1] chọn [σ ] = 70 N/mm2

Suy ra : dn-n ≥ 3

70 1 , 0

74510

= 20 ( mm )+ Tiết diện m-m :

Mtd = M u2 + 0 , 75 M x2 = 60290 2 + 0 , 75 27286 2 = 64756( N.mm )

Suy ra : dm-m ≥ 3

70 1 , 0

64756

= 20 ( mm )Chọn đường kính trục ở các tiết diện bằngd6.21.25 mm

Sở dĩ ta lấy lớn hơn giá trị tính được vì trên trụccòn có rãnh then để cố định bánh răng

3.4.3.2.3 Tính chính xác :

Ta tiến hành tính tại các tiết diện đã chọn

Ta có công thức kiểm nghiệm theo hệ số an toàn:

n = 2 2

.

τ σ

τ σ

n n

n n

Trong đó :

m a

k

σ ψ σ β ε

σ

σ σ

β ε

τ

τ τ

2

3 32

2 3

0

) ( 3 16

= 5,8 ( N.mm2 ) Đối với thép cácbon trung bình ta có : ψσ = 0,1 ; ψτ=0,05

ta có :

nσ =

116 58 , 1

270

8 , 6 4 , 1

150

= 28

28 3 , 2

28 3 , 2

+ = 2,35 > [n]

[n] = ( 1,5÷ 2,5 ) - Hệ số an toàn cho phép

3.4.3.3 Kiểm nghiệm sức bền dập của then hoa.

Điều kiện bền dập:

[ ]d tb

x sd

Z F R

M

σ ψ

.

F: tiết diện chịu lực

lv=0,5.(D-d) : chiều dài tiếp xúc giữa then trụcchính và trụ rổng

lmax=38

l r l d D

F = ( − ). − 2 .

D = 26 d = 21

r = 0,2

F = 80

75 , 11 4

) 26 21 ( 4

0

=

ψ : xét đến hệ số phân bố tải trọng

) ( 4 , 6 75 , 0 6 80 75 , 11

mm N

Với Ktt : hệ số phụ thuộc nhiệt độ Ktt=1

Kđ: hệ số tải trọng động :kđ=1,5

Ta có :

Qtd=1.1,5.25,4=38 (dan)

C =38.(1038.5000)0,3 =3929Tra bảng chọn loại đỡ số hiệu 304

3.8 HỆ THỐNG BÔI TRƠN VÀ LÀM MÁT

Để giảm ma sát đảm bảo cho máy có thể làmviệc bình thường và duy trì được độ chính xác banđầu trong một thời gian dài, các bề mặt làm việccủa chi tiết cần phải được bôi trơn tốt.Vì vậy cầnphải tính toán hệ thống bôi trơn của máy

Dầu bôi trơn phải sạch và đảm bảo bôi trơn tốt

3.8.1 Hộp tốc độ :

Hộp tốc độ được bôi trơn nhờ bơm piston đượcgắn trên trục có số vòng quay lớn nhất trong hộpthông qua một cơ cấu cam.

Dầu bôi trơn trong hộp được đổ vào qua lổ ởnắp và theo các rãnh dẫn đến những vị trí cần bộitrơn

3.8.2 Hộp chạy dao :

Hộp chạy dao cũng được bôi trơn nhờ bơm pistonđược gắn trên trục có số vòng quay lớn nhất tronghộp thông qua một cơ cấu cam

Đối với các bộ phận khác như trục chính và băngmáy cần bôi trơn định kì

3.8.3 Chế độ thay dầu :

Với máy mới 10 ngày sau khi đưa vào sử dụng thìthay dầu lần đầu Sau đó cứ sau 1 tháng thì thay dầumột lần Cứ 6 tháng thì rửa sạch hộp bằng cáchtháo hết dầu cũ ra rồi đổ xăng vào rửa và để thậtkhô mới lại đổ dầu mới vào

3.8.4 Hệ thống làm mát :

Dùng chất lỏng trơn nguội lạnh tưới vào vùng cắtlàm tăng độ bền của dụng cụ cắt, chất lượng bềmặt gia công tốt hơn, làm tăng năng suất và sử dụngchế độ cắt cao hơn

Chọn dung dịch làm mát là emulxi Dùng chất lỏngtrơn nguội lạnh tưới vào vùng cắt làm tăng độ bềncủa dụng cụ cắt, chất lượng bề mặt gia công tốthơn, làm tăng năng suất và sử dụng chế độ cắt caohơn

Emulxi là loại dầu khoáng chất hỗn hợp vớiemulxon, nước, xút và một vài axít sunfuric

Hệ thống bao gồm : Bơm, thùng lọc, các bộ

hướng nước tưới nguội lạnh Các hệ thống nàychọn theo tiêu chuẩn.

Các bộ phận của hệ thống làm mát :

+ Động cơ bơm nước kiểu IIA - 22

Công suất N = 0,12 Kw , n = 2800 v/p , lưulượng 30 lít/phút

+ Các bộ phận lọc : Dùng lưới lọc hoặcmàng mỏng có lỗ lọc

+ Ôúng dẫn và các chi tiết khác chọn theo tiêuchuẩn

+ Cơ cấu dẫn hướng cho nước làm nguội

+ Thùng lọc dùng để lắng cặn và làm bằngtôn