THIẾT KẾ MÁY TIỆN REN VÍT VẠN NĂNG

Phần tính toán thiết kế máy mới gồm các nội dung sau:Chương I : Phân tích máy tương tựChương II : Tính toán động học toàn máyChương III: Tính công suất động cơChương IV: Tính bềnChương V : Tính hệ thống điều khiển Qua đây em cũng xin cảm ơn các thầy cô trong bộ môn, đặc biệt là cô Nguyễn Thùy Dương giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

NỘI DUNG THUYẾT MINH

+ Trục trung gian+ Một cặp bánh răng

BẢN VẼ: Vẽ khai triển và vẽ cắt hệ thống điều khiển: HỘP CHẠY DAO

LỜI NÓI ĐẦU

Một trong những nội dung đặc biệt quan trọng của cuộc cách mạng khoa học

kĩ thuật trên toàn cầu nói chung và với sự nghiệp công nghiệp hóa,hiện đại hóa đấtnước ta nói riêng hiên nay đó là việc cơ khí hóa và tự động hóa quá trình sản xuất

Nó nhằm tăng năng suất lao động và phát triển nên kinh tế quốc dân Trong đócông nghiệp chế tạo máy công cụ và thiết bị đóng vai trò then chốt Để đáp ứngnhu cầu này,đi đôi với công việc nghiên cứu, thiết kế nâng cấp máy công cụ làtrang bị đầy đủ những kiến thức sâu rộng về máy công cụ và trang thiết bị cơ khícũng như khả năng áp dụng lí luận khoa học thực tiễn sản suất cho đội ngũ cán bộkhoa học kĩ thuật là không thể thiếu được Với những kiến thức đã được trang bị,

sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy cô giáo cũng như sự cố gắng của bản thân.Đến nay nhiệm vụ đồ án máy công cụ được giao cơ bản em đã hoàn thành Trongtoàn bộ quá trình tính toán thiết kế máy mới “Máy tiện ren vít vạn năng” có thể cónhiều hạn chế.Rất mong được sự chỉ bảo của cô

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

Chương I : Phân tích máy tương tự

Chương II : Tính toán động học toàn máy

Chương III: Tính công suất động cơ

Chương IV: Tính bền

Chương V : Tính hệ thống điều khiển

Qua đây em cũng xin cảm ơn các thầy cô trong bộ môn, đặc biệt là cô NguyễnThùy Dương giúp đỡ em hoàn thành đồ án này!

Sinh viên thực hiện

TRƯƠNG DUY BÌNH

CHƯƠNG I PHÂN TÍCH MÁY TƯƠNG TỰ

I. Tính năng kỹ thuật của máy cùng cỡ.

Máy tiện là máy công cụ phổ thông, chiếm 40 – 50% số lượng máy công cụ trong

nhà máy, phân xưởng cơ khí

Trong thiết kế chế tạo máy mới ta thường tham khảo các máy tương tự để tận dụngcác ưu điểm máy đã có cho nên giảm thời gian tính toán thiết kế

Ta tham khảo một số máy tương tự như sau:

Bảng 1.1: Tính năng kĩ thuật của các máy đã có

Nhận xét: Nhận thấy đề tài thiết kế với các loại máy trên ta thấy máy tiện ren vít

vạn năng 1K62 có đặc tính tương tự và có tài liệu tham khảo đầy đủ nên ta có máy1K62 để tham khảo thiết kế máy mới

II Phân tích máy tiện 1K62

Ta có sơ đồ động học của máy tiện 1K62 như hình 1.1

1. Đồ thị vòng quay thực tế của máy 1K62

- Xích tốc độ nối từ động cơ điện có công suất n = 10 kW, số vòng quay n =

1450 (v/p) qua bộ truyền đai với tốc độ( hộp trục chính) làm quay trục chính

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

Nđc (số vòng quay của động cơ) ntc( số vòng quay của trục chính)

- Từ sơ đồ động ta có thể xác định được đường truyền qua các trục trung giantới trục chính

- Xích tốc độ có đường truyền quay thuận và có đường truyền quay nghịch,mỗi đường truyền khi tới trục chính bị tách ra làm 2 đường truyền:

 Đường truyền trực tiếp tới máy  tốc độ cao

 Đường truyền tốc độ thấp đi từ trục III IVVVI

Ta có sơ đồ động của máy tiện 1K62 như hình 1.1

Ta có phương trình xích biểu thị khả năng biến đổi tốc độ của máy 1K62

Hình 1.2) Phương trình xích động Đường truyền tốc độ thấp :

Từ động cơ 1→ bộ truyền đai →(I)→(II)→(III)→(IV)→(V)→(VI)→Trục chính

Đường truyền tốc độ cao:

Từ động cơ 1→ bộ truyền đai →(I)→(II)→(III)→(VI)→Trục chính

- Xác định số vòng quay thực của máy và so sánh số vòng quay chuẩn với số vòng quay thực tế.

- Để tính được sai số của các tốc độ trục chính ta lập bảng so sánh, với sai sốcho phép [∆n] = ±10.(ϕ - 1)% = 2,6% Ta có bảng như sau:

-1,728 -1,148 -2,199 -2,977

-6,006 -4,309

-1,187 -1,957

-3,822 -2,978

-6,005 -6,263

3,674

1,128 0,376

-0,15 -0,913

 Tia i1 lệch sang phải 1 khoảng là 1,19.logφ

 Tia i2 lệch sang phải 1 khoảng là 2,17.logφ

Lượng mở giữa 2 tia [x] :

- Nhóm 2 từ trục III – IV

 Tia i3 lệch sang trái 1 khoảng là 4,19.logφ

 Tia i1 lệch sang trái 1 khoảng là 2,07.logφ

- Nhóm gián tiếp từ trục VI – VII

 Tia i10 lệch sang trái 1 khoảng là 3.logφ

- Nhóm truyền trực tiếp từ trục IV – VII

 Tia i11 lệch sang phải 1 khoảng là 1,754.logφ

- Số vòng quay của động cơ nđc = 1450 v/p

- Tỷ số truyền của bộ truyền đai

- Hiệu suất của bộ truyền đai

 Trị số vòng quay của trục đầu tiên của hộp tốc độ trên trục I

(Chủ động/ bị động)

x

12,5 16

20 31,5 50 80 125 200 315 500 800 1250 2000

25 40 63 100 160 250 400 630 1000 1600

V IV III II I truc dc

Tách ra 2 nhóm với các phương án như sau:

Vậy phương án không gian của Z1 là 2 x 3 x 2 x 2

Phương án thứ tự của Z1 là I II III IV

[1] [2] [6] [6]

Vậy phương án không gian của Z2 là 2 x 3 x 1

Phương án thứ tự của Z2 I II III

[1] [2] [0]

- Nhận xét về số tốc độ:

Từ phương trình xích tốc độ và đồ thị vòng quay ta thấy rằng trên thực

tế máy tham khảo 1K62 có 23 tốc độ vì:

Trên đường truyền tốc độ thấp tại 2 trục IV và V có 2 khối bánh răng ditrượt 2 bậc tạo ra 4 tỷ số truyền nhưng chỉ có 3 tỷ số truyền vì có 2 tỷ sốtruyền giống nhau cụ thể như sau:

1,

2,

3,

4,

Như vậy trên đường truyền tốc độ thấp chỉ tạo ra 18 tốc độ n1 ÷ n18

Trên đường truyền tốc độ cao tạo ra 6 tốc độ n19 ÷ n24

Số tốc độ trên trục chính theo đường truyền thuận là 18 + 6 = 24

Nhưng trên thực tế tồn tại 2 tốc độ n18 và n19 có trị số tương đương nhauVậy số tốc độ trên trục chính theo đường truyền thuận là 23 tốc độ

- Đánh giá về phương án không gian:

Về mặt lý thuyết dùng phương án không gian 3x2x2x2 là tốt nhất nhưng trênthực tế máy lại sử dụng phương án không gian 2x3x2x2 Sở dĩ sử dụngphương án như thế là do:

Vì ngoài chuyển động quay thuận của máy phục vụ công việc gia công, máycòn phải có chuyển động quay ngược( đảo chiều) để phục vụ cho việc lùidao vậy nên trên trục I người ta sử dụng một cơ cấu đảo chiều

Trên máy 1K62 sử dụng ly hợp ma sát để đảo chiều chuyển động quay.Dùng ly hợp mà sát là do máy tiện là loại máy thương xuyên đảo chiều và sửdụng với dải tốc độ rộng có trị số vòng quay lớn Ly hợp ma sát khắc phụcđược sựva đập gây ồn và ảnh hưởng đến sức bền của toàn cơ cấu khi đảochiều Như vậy trên trục I đã sử dụng 1 ly hợp ma sát để đổi chiều chuyển

răng Nếu sử dụng 3 bánh răng và 1 ly hợp sẽ làm cho kích thước trục I tăngnên gây nên võng trục và sức bền yếu.

4. Hộp chạy dao của máy

a. Bàn xe dao:

Bàn xe dao sử dụng bộ truyền bánh răng thanh răng cho việc chạy daodọc, sử dụng bộ truyền vít me đai ốc cho việc chạy dao ngang Để chạydao nhanh thì có thêm một động cơ phụ 1kW, n =1410 v/p qua bộ truyềnđai để vào trục trơn

Công thức tổng quát để chọn tỷ số truyền trong hộp chạy dao là:

Trong đó:

Tv : bước vít me

Tp : bước ren cần cắt trên phôi

ibù : tỷ số truyền cố định bù vào xích truyền động

ics : tỷ số truyền của khâu điều chỉnh tạo thành nhóm cơ sở

igb : tỷ số truyền nhóm gấp bội

b. Xích chạy dao

Ở máy tiện ren vít vạn năng ngoài xích tốc độ của trục chính thì xích chạy daocũng đóng vai trò rất quan trọng.chức năng của nó là dùng để cắt ren, tiện trơn thế giới quy chuẩn về 2 hệ ren (trong đó, mỗi hệ có 2 loại ren):

Phân tích bảng xếp ren:

- Nhóm cơ sở ics:Thực hiện bằng cơ cấu norton

- Khối bánh răng hình tháp trên máy 1K62 lắp 7 bánh răng:26,28,32,36,40,44,48

- Nhóm gấp bội gồm 4 tỷ số truyền

*PT tổng quát xích cắt ren:

1 vòng TC dc

1 ( ) .tt cs gb x p

cs

-Cắt ren quốc tế: cặp bánh răng thay thế 42/50 sử dụng norton chủ động

-Cắt ren modun: cặp bánh răng thay thế 64/97 sử dụng norton chủ động

-Cắt ren Anh:cặp bánh răng thay thế 42/50 norton bị động

-Cắt ren Pitch: cặp bánh răng thay thế 64/97 norton bị động

+Các ren khuyếch đại:gia công ren nhiều đầu mối,rãnh xoắn dẫn dầu…

Khuyếch đại 4 bước ren tiêu chuẩn lên 2;8;32 lần

Thông số hộp chạy dao:

×

35281548

×

35281548

trái C

phai C

(XIII) ×

35281548

phai C

(XIII) ×

35281548

×

35281548

×

35281548

×

35281548

- Ren khuếch đại:

×

35281548

×

35281548

trái C

Ly hợp ma sát được sử dụng để đóng ngắt chuyển động của các bánh răng trêntrục I Cấu tạo của ly hợp ma sát gồm có các đĩa ma sát và thành vỏ ly hợp Khi lyhợp đóng sang trái các đĩa ma sát tiếp xúc với thành vỏ bên trái truyền mômen làmquay cặp bánh răng bên trái trục I, khi ly hợp đóng sang phải các đĩa ma sát tiếpxúc với thành vỏ bên phải truyền mômen làm quay cặp bánh răng bên phải trục I.

-Cơ cấu li hợp siêu việt:

Trong xích chạy dao nhanh và động cơ chính đều truyền đến cơ cấu chấp hành làtrục trơn bằng hai đường truyền khác nhau.do vậy nếu không có li hợp siêu việttruyền 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 quaylàm đĩa quay gắn cứng với hai 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 khi máy quá tải

5 Nhận xét về máy 1K62:

Máy có 23 tốc độ khác nhau của trục chính, có tính vạn năng cao, tiện được nhiềukiểu ren khác nhau.đồng thời phương án không gian và phương án thứ tự đã đượcsắp xếp một cách hợp lý để có được một bộ truyền không bị cồng kềnh

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

độ cứng vững

CHƯƠNG II THIẾT KẾ TRUYỀN DẪN MÁY MỚI

b. Xác định phương án không gian.

Theo tính toán ta có số cấp tốc độ máy cần thiết kế là : Z = 23

Z = 23 là một số nguyên tố tối giản, ta không thể phân tích thành các thừa

• Số bánh răng chịu mô men xoắn cuối cùng

• Cơ cấu đặc biệt

Dựa vào các tiêu chi so sánh như trên ta lập bảnh so sánh phương ánkhông gian như sau:

Bảng 2.2) Bảng so sánh phương án bố trí không gian

là tốt nhất vì bố trí như vậy hộp sẽ có tỷ số truyền trong 1 nhóm sẽ giảm dần từtrục đầu tiên đến trục cuối cùng Sở dĩ cơ sở lý thuyết như vậy vì trên trục vào củahộp tốc độ có mô men xoắn nhỏ hơn nên đặt 3 bánh răng thì sẽ có lợi hơn cácphương án không gian khác Tuy nhiên do yêu cầu hộp tốc độ của máy trên trục I

ta bố trí thêm 1 bộ ly hợp ma sát để đổi chiều chuyển động phục vụ cho quá trìnhlàm việc Do đó nếu trục 1 gồm 3 bánh răng + 1 bộ ly hợp thì kết cấu rất cồng kềnhlàm cho trục lớn và dài Để đảm bảo thỏa mãn tỷ số truyền giảm dần và tham khảomáy 1K62 thì ta chọn cho máy mới phương án không gian 2x3x2x2 là hợp lý nhất

Vậy phương án không gian của máy mới là:

Z = 2 x 3 x 2 x 2

Sơ đồ bố trí không gian

Với Phương án không gian Z = 2x3x2x2

Ta có số phương án không gian : q = m! = 4! = 24

I II IV III I III IV

II

I IV IIIII

Tham khảo máy 1K62, do quy luật phân bố tỷ số truyền các nhóm đầu cóchênh lệch nhỏ, phân bố hình rẻ quạt dẫn đến kích thước bộ truyền nhỏ,phương án I II III IV là tốt hơn cả vì nó có lượng mở đều đặn và tăng từ từ,kết cấu chặt chẽ, hộp tương đối gọn:

Khi đó ta có:

PAKG : 2 x 3 x 2 x 2

PATT : I II III IV

Lượng mở [x]: [1] [2] [6][12]

Từ trên ta nhận thấy lượng mở [x] = 12 là không hợp lý

Trong máy công cụ ở hộp tốc độ có hạn chế số tỷ số truyền I phải đảm bảođiều kiện:

Với công bội φ = 1,26 Tỷ số truyền sẽ biểu diễn trên đồ thị vòng quay nhưsau:

Tia tức là tia i1 nghiêng trái tối đa 6 ô, tia i2 = 2 = 1,263 tức là tia i2 nghiêngphải tối đa 3 ô

 Lượng mở tối đa Xmax = 9 ô

Mặt khác không thỏa mãn điều kiện trên

Vì vậy để khắc phục, ta giảm bớt lượng mở từ [X] = 12 xuống [X] = 9

Giảm như vậy tốc độ trên máy sẽ có 3 tốc độ trùng

Như vậy Z = 2x3x2x2 – 3 = 21 tốc độ

Mà tính toán máy mới yêu cầu hộp tốc độ có 23 tốc độ do đó thiếu 2 tốc độ

Vì vậy để khắc phục ta xử lý bằng cách: Bù tốc độ còn thiếu vào một đườngtruyền khác mà tham khảo máy 1K62 để giữ nguyên số tốc độ trong máy ta

bố trí thêm một đường truyền tốc độ cao hay còn gọi là đường truyền trựctiếp Đường truyền tốc độ cao này có ít tỷ số truyền nên giảm được tiếng ồn,giảm rung động, giảm ma sát đồng thời tăng hiệu suất khi làm việc

Có thể bù 2 tốc độ bằng đường truyền phụ từ trục II.Nhưng như vậy thì khó

bố trí tỷ số truyền giữa trục II và trục chính, đồng thời không tận dụng đượcnhiều tốc độ cao

Mặt khác tham khảo máy 1K62 ta giảm thêm 3 tốc độ của đường truyền giántiếp sẽ có lợi vì máy sẽ giảm được số tốc độ có hiệu suất thấp dẫn đến hộptốc độ sẽ nhỏ gọn đồng thời số tốc độ mất đi sẽ được bù vào đường truyềntrực tiếp từ trục IV sang VI

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

[X] = 12 – 6 = 6 tốc độ

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

 Số tốc độ của máy là Z = Z1 + Z2 = 18 + 6 = 24 tốc độ

Vì yêu cầu Z = 23 tốc độ  Ta xử lý bằng cách cho tốc độ thứ 18( cao nhất)của đường truyền gián tiếp trùng với tốc độ thứ nhất ( thấp nhất) của đườngtruyền trực tiếp, khi đó máy chỉ còn 23 tốc độ Nghĩa là tốc độ số 18 có thểtruyền theo 2 đường truyền trực tiếp và gián tiếp Thường chạy theo đườngtruyền trực tiếp

Vì vậy phương án chuẩn của máy mới

Đối với đường truyền gián tiếp:

Trôc I

Trôc III Trôc II

để khắc phục nhược điểm này ta vẽ đồ thị vòng quay

Qua tham khảo máy 1K62 ta chọn động cơ điện có nđc = 1440 vòng/phút

Như vậy, để dễ dàng vẽ được đồ thị vòng quay nên chọn trước số vòng quay

n0 của trục vào sao đó ta mới xác định tỷ số truyền Mặt khác n0 càng cao thì càng tốt, nếu n0 thì số vòng quay của các trục trung gian sẽ cao mô men

xoắn bé kích thước bánh răng nhỏ… Tham khảo máy 1K62, trên trục đầu tiên lắp bộ ly hợp ma sát để cho ly hợp ma sát làm việc trong điều kiện tốt nhất ta nên chọn n0 = n19 = 800 vòng/phút

Ta có:

Trong đó:

Nđc : số vòng quay của động cơ

Iđ : Tỷ số truyền từ trục động cơ đến trục I

: hệ số trượt dây đai

Đối với mỗi nhóm tỷ số truyền ta chỉ cần chọn tỷ số truyền sao cho đảm bảođiều kiện

Nhóm truyền I: từ trục I  II có đặc tính nhóm 2[1] có 2 tỷ số truyền i1 , i2

Dựa vào tham khảo máy mẫu 1K62 ta chọn i1 = φ

Tức là tia i1 nghiêng phải 1 đoạn logφ

Ta xác định tia i2 qua i1:i2 = 1: φ

Vậy i2 = φ2tia i2 nghiêng phải 1 khoảng 2.log φ

Nhóm truyền II: từ trục II – III , đặc tính của nhóm truyền 3[2]

i3 : i4 : i5 = 1 :φ2 : φ4

Tham khảo máy 1K62 ta chọn

i3 = φ-4 : tia i3 nghiêng trái 1 khoảng 4.logφ

i4 = φ-2 : tia i4 nghiêng trái 1 khoảng 2.logφ

Nhóm IV: từ trục IV – V , đặc tính nhóm truyền 2[6]

i6 :i7 = 1: φ6

Tham khảo máy 1K62 ta chọn

i8 = φ-6 : tia i8 nghiêng trái 1 khoảng 6.logφ

i9 = 1 tia i9 thẳng đứng

Nhóm V:từ trục V – VI có 1 tỷ số truyền i10 Tỷ số truyền này ta không thể

tự chọn được mà nó phụ thuộc vào vận tốc nhỏ nhất nmin Ta có quan hệ

Như vậy ta có tia i10 nghiêng trái 1 khoảng 3.logφz

Nhóm truyền tốc độ cao: truyền từ trục III – VI có 1 tỷ số truyền, tương tự

thì tỷ số truyền này ta cũng không thể tự chọn mà nó phụ thuộc vào nmax tacũng có quan hệ

Qua phần chọn tỷ số truyền này ta thấy tất cả đều thỏa mãn điều kiện

Từ đó ta xác định được đồ thị vòng quay như sau:

Hình 2.2) Đồ thị vòng quay

e.Tính số bánh răng trong các nhóm truyền.

Phương pháp tính:

- Với nhóm truyền có cùng mô đun ta có công thức:

Với là phân số tối giản

Trong đó:

E : là số nguyên

K : là bội số chung nhỏ nhất (fx + gx ) trong một nhóm truyền

: Tổng số răng trong cặp bánh răng

Nếu trong nhóm truyền tăng tốc thì:

Nếu trong nhóm truyền giảm tốc thì Emin được tính theo

- Với nhóm truyền không cùng mô đun

Giả sử trong nhóm truyền dùng 2 mô đun ( m1 ,m2 ) ta có

Tỷ số truyền 1 có m1 : : tổng số răng nhóm 1

Tỷ số truyền 2 có m2 : : tổng số răng nhóm 2



A là khoảng cách trục

( phân số tối giản)

- Tính số bánh răng trong nhóm truyền I

Bội số chung nhỏ nhất của (fx + gx ) = 18 Vậy K = 18

Vì tia có tỷ số truyền nghiêng phải nhiều nhất do đó Emin

được tính theo bánh răng bị động

Để tận dụng bánh răng làm vỏ ly hợp ma sát nên đường kính của bánh răngkhoảng 100 mm, theo các máy đẫ có thì môdul bánh răng khoảng 2,5 nên bánhrăng chủ động chọn khoảng trên 50 răng do đó tăng tổng số răng của cặp

Chọn Emin = 5 ⇒ ΣZ = E.K =5.18 = 90 răng

Ta lấy E = 5

Vậy răng

- Tính bánh răng trong nhóm truyền II

Bội số chung nhỏ nhất của (fx + gx ) = 182

Vậy K = 182 lớn hơn so với tổng số rang cho phép nên ta

lấy

Ta nhận thấy bánh răng nhỏ nhất là Z3 trong đường truyền

Giảm tốc nên Emin được tính theo bánh răng chủ động

-Bội số chung nhỏ nhất của (fx + gx ) = 10

Vậy K = 10

Ta nhận thấy bánh răng nhỏ nhất là Z6 trong

đường truyền giảm tốc nên Emin được tính

Ta nhận thấy bánh răng nhỏ nhất là Z8 trong

đường truyền giảm tốc nên Emin được tính