Đồ án thiết kế máy cắt kim loại 405

Để hoàn thành đồ án môn học này, ngoài sự cố gắng học hỏi và làm việc nghiêm túc của em còn có sự hướng dẫn tận tình của PGS TS Nguyễn Phương và một số thầy cô trong bộ môn Máy và ma sát học trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Qua đây em xin cảm ơn các thầy cô đã có những ý kiến đóng góp giúp em hoàn thành đồ án môn học này.

Lời nói đầu

Để xây dựng đất nớc Việt Nam trở thành một quốc giagiàu mạnh, văn minh và công bằng, cần phải giải quyết mộtnhiệm vụ rất quan trọng là thúc đẩy nền kinh tế phát triển.Giải quyết nhiệm vụ này đòi hỏi nền sản xuất công nghiệpphải phát triển với nhịp độ cao, mà trong đó phần lớn sảnphẩm công nghiệp đợc tạo ra thông qua các máy công cụ vàdụng cụ công nghiệp Chất lợng của các loại máy công cụ ảnhhởng rất nhiều đến chất lợng sản phẩm, năng suất, tính đadạng và trình độ kỹ thuật của ngành cơ khí nói riêng vàcủa ngành công nghiệp nói chung Vì vậy vai trò của máycông cụ là hết sức quan trọng nhất là đối với một nền kinh

tế đang phát triển nh ở nớc ta hiện nay Nó đợc dùng để sảnxuất ra các chi tiết máy khác, nghĩa là chế tạo ra t liệu sảnxuất nhằm thúc đẩy cơ khí hoá và tự động hoá nền kinh tếquốc dân

Với vai trò quan trọng nh vậy thì việc nắm bắt phơngthức sử dụng cũng nh khả năng tính toán thiết kế, chế tạo

và tối u hoá các máy cắt kim loại là một yêu cầu cấp thiết

đối với ngời làm công tác kỹ thuật trong lĩnh vực cơ khí Có

nh vậy chúng ta mới đạt đợc các yêu cầu kỹ thuật, năng suấttrong quá trình chế tạo các sản phẩm cơ khí nói riêng vàcác sản phẩm công nghiệp nói chung

Vì lý do trên việc hoàn thành đồ án môn học “ Thiết

kế máy cắt kim loại ” là hết sức quan trọng đối với mỗi

sinh viên ngành cơ khí Qua đó nó sẽ giúp cho sinh viênnắm bắt đợc những bớc tính toán thiết kế các máy cắt kimloại cơ bản, đồng thời phục vụ cho việc tiếp cận thực tếmột cách dễ dàng khi ra công tác, ngoài ra nó còn tạo điềukiện cho việc nghiên cứu cải tiến và hiện đại hoá các máycắt kim loại

Để hoàn thành đồ án môn học này, ngoài sự cố gắnghọc hỏi và làm việc nghiêm túc của em còn có sự hớng dẫntận tình của PGS TS Nguyễn Phơng và một số thầy cô trong

bộ môn Máy và ma sát học trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội.Qua đây em xin cảm ơn các thầy cô đã có những ý kiến

đóng góp giúp em hoàn thành đồ án môn học này

Tuy em đã có sự cố gắng rất nhiều trong việc thamkhảo học hỏi để thực hiện đồ án này nhng do thời gian thựchiện có hạn và tài liệu tham khảo còn hạn chế do vậy khótránh khỏi thiếu sót Em mong muốn đợc sự chỉ bảo của cácthầy cô để em có thể thực hiện tốt hơn trong các lĩnh vực

có liên quan sau này

Kiều Văn Thành 1

Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n.

Hµ Néi th¸ng 5 n¨m 2003

Sinh viªn thùc hiÖn

KiÒu V¨n Thµnh

KiÒu V¨n Thµnh Líp : CTM3-K50

2

Chơng 1 : NGhIÊN CứU MáY Đã Có

1.2 Phân tích phơng án máy tham khảo

Đứng :380mmBàn máy có thể quay � 45 0

Sử dụng 2 động cơ :

Động cơ chính N = 7 kw , n = 1440 v/p

Động cơ chạy dao N = 17 kw , 1420 v/pChọn phơng án bố trí HTD liền hộp trục chính:

+Ưu điểm của cách bố trí này là kích thớc hộp nhỏgọn , dễ bôi trơn , truyền động giữa hộp trục chính và

động cơ là trực tiếp không qua cơ cấu trung gian nên tăng

độ chính xác gia công chi tiết

+Nhợc điểm là khó lắp ráp kiểm tra khi gặp sự cố

Kiều Văn Thành 3

 Cấu trúc HTĐ

HTĐ của máy phay P82 là HTĐ đơn giản có 1 xích truyền

động , phanh đợc đặt trên trục I , li hợp đợc đặt trên trụcVI.Điều khiển tốc độ bằng hệ thống đĩa lỗ,dung 2 đĩalỗ

33 37 16 18 28

33 44

18 33 37 ( ) .( )( ).6 ( / ).

22 22 ( ) .6 ( / )

4

trục chính có 3x3x2=18 tốc độ khác nhau từ (301500)v/ph.

1.2.2 Phơng án không gian ,phơng án thứ tự của hộp tốc độ.

KiÒu V¨n Thµnh Líp : CTM3-K50

6

1.2.4 Nhận xét:

Từ đồ thị vòng quay ta có nhận xét

Với phơng án này thì lợng mở ,tỉ số truyền của các nhómthay đổi từ từ đều đặn tức là có dạng rẻ quạt do đó làmcho kích thớc của hộp nhỏ gọn ,bố trí các cơ cấu truyền

động trong hộp chặt chẽ nhất

1.2.5 Phơng án không gian, phơng án thứ tự của hộp chạy dao

 3  1

còn Z2= 2 9 gồm 2 đờng truyền trực tiếp và phản hồi ngoài

ra còn có đờng chạy dao nhanh:

n dc =1450v/ph

Do dùng cơ cấu phản hồi nên ta chọn phơng án này

1.2.6 Đồ thị vòng quay của hộp chạy dao

với đờng chạy dao thấp và trung bình

n 0 =nđc i1.i2 = 1440

44

26 68

20 = 250,05

1.2.7 Nhận xét: Từ đồ thị vòng quay ta thấy ngời ta

không dùng phơng án hình rẽ quạt vì trong hộp chạy dao ờng ngời ta dùng một loại modun nên việc giảm thấp số vòngquay trung gian không làm tăng kích thớc bộ truyền nên việc

th-Kiều Văn Thành Lớp : CTM3-K50

8

dùng phơng án thay đổi thứ tự này hoặc khác không ảnh ởng nhiều đến kích thớc của hộp.

h-Kiều Văn Thành 9

Chơng II: thiết kế máy mới

2.1 Thiết kế truyền dẫn hộp tốc độ

2.1.1 Tính toán thông số thứ t và lập chuỗi số vòng quay

2.1.2 Phơng án không gian, lập bảng so sánh phơng án KG, vẽ sơ đồ động

Để chọn đợc PAKG ta đi tính số nhóm truyền tối thiểu:

Số nhóm truyền tối thiểu(i) đợc xác định từ Umin gh=1/4i =

 Số nhóm truyền tối thiểulà i 3

Do i 3 cho nên hai phơng án (1) và (2) bị loại

Vậy ta chỉ cần so sánh các phơng án KG còn lại

Kiều Văn Thành Lớp : CTM3-K50

10

động quay với số vòng quay từ

nmin  nmax nên khi tính toán sức bền dựa vào vị trí số nmin

ta có Mxmax

Do đó kích thớc trục lớn suy ra các bánh răng lắp trên trục cókích thớc lớn Vì vậy, ta tránh bố trí nhiều chi tiết trên trụccuối cùng, do đó 2 PAKG cuối có số bánh răng chịu Mxmax lớnhơn cho nên ta chọn phơng án (1) đó là phơng án 3x3x2

b Vẽ sơ đồ động:

Kiều Văn Thành Lớp : 11

2.1.3 Chọn phơng án thứ tự ứng với PAKG 3x3x2

Theo công thức chung ta có số phơng án thứ tự đợc xác

đinhlà K!

Với K là số nhóm truyền, K=i = 3 => ta có 3! = 6 PATT

Bảng lới kết cấu nhóm nh sau:

3(1) I

II

2(1) IV III 3(6)

3(2) I

II

2(9) IV III 3(1)

3(3) I

Rõ ràng ta thấy PATT 1 có lới kết cấu phân bố theo hình rẽquạt đều đặn và chặt chẽ nhất

2.1.5 Vẽ đồ thị vòng quay và chọn tỉ số truyền các nhóm

Lới kết cấu chỉ thể hiện đợc tính định tính để xác định

đợc hộp tốc độ có phân bố theo hình rẽ quạt chặt chẽ haykhông ? Còn đồ thị vòng quay cho ta tính đợc cụ thể tỷ sốtruyền , số vòng quay và số răng của các bánh răng tronghộp tốc độ

Động cơ đã chọn theo máy chuẩn có P = 7 (KW) và nđc =

1450 v/ph

Ta chọn số vòng quay trên trục I qua bộ truyền bánh răngtheo máy chuẩn có tỷ số truyền io = 26 / 54 là n0

Với io = 26 / 54 => ta có no = nđc * io = 1450 * 26 / 54 = 698.15 v/ph

Để dễ vẽ ta chọn trong chuỗi vòng quay và lấy no = n15 = 800

Ta tính số răng của các bánh răng theo phơng pháp bội sốchung nhỏ nhất :

14

với Zmin=17 để tính Emin ta chọn cặp ăn khớp có lợng mở lớnnhất

Do giảm tốc cho nên ta tính :

Emin= Zmin C =  

k f

g f Z

.

) min

Z= E.K = 3.21 = 63

Z1 =  Z

g f

f

.

1 1

g

.

1 1

f

.

2 2

g

.

2 2

f

.

3 3

g

.

3 3

3

= 13.63

21 = 41  i3=24/ 39nhóm 2

i4 = 1/4 = 1/ 1.26 4 = 18/ 47 ta có f4+g4= 65

i5 = 1/ = 1/ 1.26 = 28/37 ta có f5+g5= 65

i6 = 2 = 1.26 2 = 39/ 26 ta có f6+g6= 65bội số chung nhỏ nhất là K= 65

với Zmin=17để tính Eminta chọn cặp ăn khớp có lợng mở lớnnhất

Do giảm tốc cho nên ta tính :

Emin= Zmin C =Z f f .k g )

4

4 4

=

65 18

65 17

<1 , ta chọn E=1

Z = E.K = 1.65 = 65

Z4=  Z

g f

f

.

4 4

g

.

4 4

f

.

5 5

g

5 5

f

.

6 6

6 =  Z

g f

g

.

6 6

2A= m7 (Z7 + Z’

7) = m8 (Z8 + Z’

8) Với A là khoảng cách trục

) 71 19 (

17 

< 1 từ đó ta có E = 1

Z7 =  Z

g f

f

.

7 7

7

=

90

90 19

= 19

Z’

7 =  Z

g f

g

.

7 7

7

=

90

90 71

) 82 38 (

17 

< 1 từ đó ta có E = 1

Z8 =  Z

g f

f

.

8 8

8

=

120

120 82

= 182

Z’

8 =  Z

g f

g

.

8 8

8

=

120

120 38

= 38  i8 =82/ 38

Từ đó ta vẽ đợc đồ thị vòng quay:

Kiều Văn Thành Lớp : CTM3-K50

16

III 3(3)

n dc =1450v/ph

Sai số n <5% nằm trong giới hạn cho phép

Sai số vòng quay n� n với nsai số thực tế so với tiêu chuẩn.

.100%

tc tt tc

n n

động chạy dao dọc , dao ngang và dao đứng là cơ cấu vít

đai ốc với bớc vít tx = 6 mm

Kiều Văn Thành Lớp : CTM3-K50

18

2,6%

-1.2%

Do Sngang min= Sdọc min= 20mm/phút cho nên ta chỉ cần tính toánvới 1 đờng truyền còn các đờng truyền khác là tính tơngtự.

Giả sử ta tính với đờng chạy dao dọc

Lấy các đờng truyền từ trục trung gian đến trục VI

Ta thấy với phơng án 9x2(2x9)và 6x3(3x6)thì tổng số bánhrăng nhiều mà tổng số trục ít dẫn đến là có nhiều bánhrăng lắp trên cùng một trục và kém cứng vững do đó mà taloại bốn phơng án này còn ba phơng án còn lại thì phơng án3x3x2 là hợp lý nhất vì nó có số bánh răng chịu mô men

MXMAX là nhỏ nhất vậy phơng án không gian của hộp chạydao là:3x3x2

3(1) I

II

2(1) IV III 3(6)

3(2) I

II

2(9) IV III 3(1)

3(3) I

v× i1: i7:i8=1:9

ta cã : i8=3

KiÒu V¨n Thµnh Líp : 21

đồ thị vòng quay có biến hình.

từ đó ta vẽ đợc đồ thị vòng quay

2.2.6 Tính số răng của các bánh răng theo từng nhóm

Các tỉ số truyềảntung gian từ trục động cơ đến trục III

3 17

=8,5 từ đó ta có E=9

Z= E.K = 9.6 = 54

Z1=  Z

g f

f

.

1 1

g

.

1 1

f

.

2 2

g

.

2 2

f

.

3 3

g

.

3 3

bội số chung nhỏ nhất là K = 75

với Zmin=17để tính Eminta chọn cặp ăn khớp có lợng mở lớnnhất

Emin=Z f f .k g 

4

4 4

=17.75

25.75= 0,68 từ đó ta có E=1

.

5 5

g

.

5 5

f

.

6 6

g

.

6 6

6

=42

75.75 =42  i6=33/42Nhóm 3:

Do đây là 2 cặp bánh răng trong cơ cấu phản hồi nên nóphải đảm bảo khoảng cách trục A đã đợc xác định trớc

Đờng chạy dao ngang:

Đờng chạy dao thẳng đứng:

Ta chọn cặp bánh răng ăn khớp nh chạy dao ngang

Chế độ làm việc của máy bao gồm chế độ cắt gọt, chế

độ bôi trơn, làm lạnh, an toàn một máy mới đã thiết kế,chế tạo xong phải quy định chế độ làm việc của máy tr-

ớc khi đa vào sản xuất Trong mục này quy định chế độlàm việc giới hạn của máy làm cơ sở tính toán động lựchọc của máy cắt kim loại hiện nay có nhiều phơng phápxác định chế độ cắt gọt giới hạn khác nhau:1> Chế độcắt gọt cực đại; 2> Chế độ cắt gọt tính toán; 3> Chế

độ cắt gọt thử máy

Q = K.Px +f( Pz + 2Py +G) là lực kéo

K = 1,4 , f = 0,2- là hệ số ma sát thu gọn trên sốngtrợt

G là khối lợng bàn dao lấy G = 45000 (N)

750 2 , 19261

Vậy ta chọn Nđccd = 1,7 KW, n = 1440v/ph

3.3 Tính công suất, mô men xoắn max, số vòng quay min

trên các trục của hộp chạy dao

Công suất :

Nđc =1,7 kW ; nđc =1440vg/ph

Trục I NI = Nđc br ol = 1.7 0,995 0,97  1,64 KW

Trục II NII = NI ol .br = 1,64 0,995 0,97  1,58 KW

Trục III NIII = NII br ol = 1,58 0,97 0,995  1,52 KW

Trục IV NIV = NIII br ol = 1,52 0,97 0,995  1,47 KW

Trục V NV = NIV br ol = 1,47 0,97 0,995  1,42 KW

Số vòng quay :

Do các trục quay với số vòng quay thay đổi từ nmin đến nmax

cho nên khi máy làm việc ở các cấp tốc độ thấp máy đợc làmviệc đến mômen xoắn giới hạn, không làm việc hết công suất N Thực tế cho thấy do yêu cầu về công nghệ và chất l-ợng cũng nh trình độ nghề nghiệp và những yếu tố khác dẫn đến hạn chế khả năng sử dụng hết công suất của máy

Để tính toán hợp lý thì ngời ta dùng chế độ cắt gọt tính

Trôc I nI = n®c.i01 = 640v/phTrôc II nII = n®c.i01.i02 = 190v/phTrôc III nIIImin = nII .i 1= 95v/ph

9

9 99 , 471 4

3.4 Tính bánh răng

Trong thiết kế máy cắt kim loại, việc tính động lực họcbánh răng không cần phải xác định số răng Z vì đã biết ởphần tính toán động học của máy Cho nên chủ yếu là xác

định modul của nó Modul đợc tính theo sức bền uốn vàsức bền tiếp xúc, nói chung thì ta thờng tính theo sứcbền tiép xúc là chủ yếu.Modul trong hộp chạy dao ngời tachỉ dùng một loại modul do đó ta chỉ cần tính modultrong một cặp bánh răng còn các bánh răng khác có mô

đun tơng tự

Giả sử ta tính modul cho cặp bánh răng 18/36 ( Z1/ Z’

1)truyền từ trục II sang trục III

*Chọn vật liệu.

Do không có yêu cầu gì đặc biệt và theo sự thống nhấthoá trong thiết kế chế tạo máy thì ta chọn vật liệu nhsau:

Thép 45 tôi cải thiện đạt HB = 180-350 chọn HB = 300

* Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép.

Do bộ truyền làm việc trong điều kiện che kín đủ dầubôi trơn nên dạng hỏng chủ yếu là tróc mỏi, do đó ta tínhtoán theo độ bền tiếp xúc – ta xác định ứng suất tiếpxúc cho phép

Giới hạn bền mỏi tiếp xúc của bánh răng nhỏ và bánh

răng lớn

(theo bảng 10.7 sách tính toán thiết kế T1)

Hgh = 2.HB + 70 = 2.300 + 70 = 670 MPa

ứng suất tiếp xúc cho phép của mỗi bánh răng đợc xác

định theo công thức :

H  = (Hgh /SH ) ZR ZV KL.KXH

Tính sơ bộ lấy ZR ZV KL.KXH = 1

Do bánh răng không đợc tăng bề mặt nên chọn hệ số antoàn SH = 1,1

Đối với bộ truyền bảnh răng trụ răng thẳng H  đợc xác

định theo công thức :

H  = (Hgh /SH ) ZR ZV KL.KXH = 670/1,1 =

609 MPa

Xác định theo công thức 10.74 và bảng 10.6( giáo trìnhCTM)

1

6800

100

n

N K i

[tx]:ứng suất tiếp xúc, [tx] = 609 HB = 60900(N/cm2)

Z : Số răng bánh nhỏ, có Z = 18

i : Tỷ số truyền i = 36/18 = 2

Có 0 = b/d với d: Đờng kính bánh răng, do bánh răng đặtgiữa các ổ và các trục cứng vững nên lấy 0 = (0,71,6).Chọn 0 = 1,5

mu =  cm

n

K y

] [

10





[u]= 309 MPa = 30900 (N/cm2)

 : Hệ số chiều rộng bánh răng, có  = b/m = ( 6  10 )Chọn  = 8

y : Hệ số dạng răng, có y = 0,24

mu = 3 1950 1,58

18.8.0, 24.30900 190 = 0,33m = 3,3mm

Nh vậy với bánh răng môđun m = 3 đảm bảo yêu cầu kỹthuật

Từ đó ta có :

3 3

1 I / 0, 2.[ ] 24471,88 / 0, 2.20 18,3

Theo tiêu chuẩn ta chọn d1 = 20 mm

3 3

2 II / 0, 2.[ ] 79415,79 / 0, 2.20 27,08

Theo tiêu chuẩn ta chọn d2 = 25 mm

Khoảng cách trục giữa trục 1 và trục 2

3 3

3 III / 0, 2.[ ] 111687,31/ 0, 2.20 30,34

Theo tiêu chuẩn ta chọn d3 = 30 mm

Khoảng cách trục giữa trục 2 và trục 3

3 3

4 IV / 0, 2.[ ] 221987,67 / 0, 2.20 38,14

Theo tiêu chuẩn ta chọn d4 = 35 mm

Khoảng cách trục giữa trục 3 và trục 4

mm T

d 3 V / 0 , 2 [ ] 3 560371 , 9 / 0 , 2 20 51 9

Theo tiêu chuẩn ta chọn d5 = 50 mm

Khoảng cách trục giữa trục 4 và trục 5

b Tính chính xác trục trung gian

Do đã tính cặp bánh răng trên trục 2 và 3 nên ta chọn luôn trục 2 tính chính xác :

Công suất : NII = 1,58 KW

Số vòng quay: n2 = 190v/ph

Mô men xoắn : TII = 79415, 79 N mm

Đờng kính sơ bộ của trục: d2 = 25 mm

Đờng kính trục tại chỗ lắp bánh răng d21 = 25 (mm)

Đờng kính trục tại chỗ lắp ổ là d20 = 20(mm)

Ta thấy rằng trục nguy hiểm nhất khi bánh răng z = 64

và z = 18 cùng làm việc

Lực tác dụng lên bánh răng

Lực hớng tâm Fr 1 = Ft 1.tg = Ft 1.tg 200 = 1070,55NVới bánh răng z = 64 ; m = 3

Đờng kính vòng lăn dl2 = z.m = 64.3 = 192 (mm)

Ta có Ft 2 = 2TII / dl2 = 2 79415, 79/ 192 = 827,25N

Lực hớng tâm Fr 2 = Ft 2.tg = Ft 2.tg200 = 301,1N

Sơ đồ ăn khớp

L3 L2

Tính phản lực ở ổ và vẽ biểu đồ mômen uốn , xoắn

Phản lực ở ổ sinh ra bởi Fr 11, Fr 21 ,giả sử phản lực đó là R1, R2 và

có chiều nh hình vẽ

Để thuận lợi trong tính toán ta đặt hệ toạ độ oxyz có phơng

chiều nh hình vẽ với ox // Ft11 , oy// Fr11 và oz hớng theo chiều

Xét trong mặt phẳng yoz

Các lực tác dụng lên trục Fr 11 , Fr 21, R1Y, R2Y.

Ta có:

X X

Vẽ biểu đồ mô men uốn, xoắn

Mô men uốn tổng tại tiết diện j trên trục Mj đợc xác địnhtheo công thức

T¹i tiÕt diÖn I : ( tiÕt diÖn l¾p b¸nh r¨mg Z18 )

My = 211407 N.mm , Mx = 152036,5N.mm ,

a, a, m, m là biên độ và trị số trung bìnhcủa ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại tiết diện xét.Tra bảng 10.5 (TTTK- CTM)

m = 0, a= max= M1/W1= 46,15 MPa

Vì trục quay 1 chiều nên ứng suất xoắn thay đổi theochu kỳ mạch động , do đó m1 , a tính theo ct 10.23