THIET KE HOP CHAY DAO
4.3. CÁC LOẠI HOP CHAY DAO CO BAN
Sau đây ta để cập đến một số hộp chạy dao cơ bản dùng phổ biến trên máy công cụ.
4.3.1. Hộp chạy dao dùng bánh răng đi trượt.
Hộp chạy đao dùng bánh răng đi trượt thường kết hợp với một số ly hợp như ly hợp vấu, ma sát để thực hiện chuỗi lượng chạy dao có cấp số nhân. Loại hộp chạy dao này thường dùng trên máy phay, doa, tiện revolver, tiện đứng, máy mài.v.v..
Đứng về mặt kết cấu, loại hộp chạy dao này rất giống với hộp tốc độ, nên phương pháp thiết kế cũng tương tự như ở hộp tốc độ.
Để quá trình tính toán giống như khi thiết kế hộp tốc độ, các lượng chạy dao 8.82... Sạ cần chuyển thành số vòng quay của cơ cấu chấp hành Ng, - Ag Ng, - Muốn
chuyển đổi, cần phải xác định trước cơ cấu chấp hành là cơ cấu gì. Thí dụ: nếu dùng cơ cấu vitme — đai ốc thì:
Ns oo: Ny, =i Dg, = Sn (IV-1)
Ở đây, t -bước vitme.
Nếu dùng bánh răng - thanh răng thì:
nại =— Sa: Da TC: : gy 7 (IV-2)
Ở đây: m, z — là mòdul và số răng của bánh răng:
Điển hình của hộp chạy dao dùng cấp số nhân là hộp chạy dao máy phay vạn năng P82 với công bội @ = 1,26 và 18 lượng chạy dao dọc, ngang, đứng, được tinh bằng mm/f, thực hiện từ một động cơ riêng (hình IV-1). Từ đề thị số vòng quay ta thấy: người ta không dùng phương án hình rê quạt, vì trong hộp chạy dao dùng bánh răng đi trượt, thường tất cả các bánh răng đều có môdul như nhau, nên việc giảm thấp số vòng quay trung gian không làm tăng kích thước hộp. Do đó, việc dùng phương án trên là hợp lý. Nhằm đảm bảo tỷ số truyện yêu cầu và khoảng cách trục không đôi, ở loại hộp chạy dao này nhiều khi phải dùng bánh răng dịch chỉnh.
Hộp chạy dao dung bánh răng di trượt trong nhiều trường hợp cũng dùng làm hộp chạy dao để cắt ren vít. Ở trường hợp này, lượng chạy dao được tạo thành không phải là cấp số nhân, mà phải phù hợp với các bước ren tiêu chuẩn. Để đảm bảo tỉ số truyền chính xác và sử dụng được bánh răng dùng chung, ở lớại hộp chạy dao này phải dùng nhiều bánh
97
răng dịch chỉnh.
Bàn máy t=6 XI 18 ĐC
xt————] L
ry 37
es LJ 18 +
N =1,7kW
n, = 1440 v/f
1440v/f
I >
of
H œ =
99" Vo x
1H © oe =
s ẹ Xe \
IV $ w ® và 21:37 \ `
V > 24:34
2 2;
VI — % +
> ,
= ‘
VII b)
wn L LLL LLL LLL
" SMT AQ Qn Tủ
Hình IV-1: Sơ dé động va đô thị số uòng quay hộp chạy dao máy phay P82.
4.3.2. Hộp chạy đao dùng bánh răng thay thế
Tương tự như ở hộp tốc độ dùng bánh răng thay thế, hộp chạy dao dùng bánh răng thay thế thực hiện các lượng chạy dao cần thiết bằng cách thay đổi tỉ số truyền của các cặp bánh răng thay thế. Loại hộp chạy dao này dùng rất rộng rãi trên các máy sản xuất hàng loạt và hàng khối. Ngoài ra còn dùng phổ biến trên máy tiện vạn năng, máy phay, khoan doa, máy gia công bánh răng v.v...
Hộp chạy dao dùng bánh răng thay thế được sử dụng rộng rãi vì các lý do sau đây:
- Với bánh răng thay thế, có thể tạo nên lượng chạy dao với độ chính xác cao.
- Kích thước chiều trục ngắn, kết cấu hộp đơn giản.
Nhược điểm chính của loại hộp chạy đao này là thời gian thay đổi lượng chạy dao lớn (nó bằng với thời gian tháo lắp các bánh răng thay thé).
Tùy theo độ chính xác tỷ số truyền yêu cầu, ta có thể dùng 2 bánh răng thay thế lắp trực tiếp lên trục chủ động và trục bị động, hoặc dùng 4 bánh răng thay thế lắp trên chạc điều chỉnh. Tổng số răng của các cặp bánh răng thay thế có thể chênh lệch trong khoảng
+9 răng, nếu dùng bánh răng dịch chỉnh.
98
Khi thiết kế, ta cũng cố gắng sử dụng hai lần các cặp bánh răng với tỷ số truyền và 1⁄i. Muốn thế, ta phải dùng đồ thị số vòng quay đối xứng như ta đã để cập ở phần hộp tốc độ dùng bánh răng thay thế.
4.3.8. Hộp chạy dao dùng cơ cấu then kéo
Kết cấu đơn giản nhất của loại hộp chạy dao này gồm có một số bánh răng cố định trên 1 trục, và một số bánh răng khác cùng ăn khớp lỗng không trên một trục khác. Tùy theo vị trí cla then kéo ma một trong những bánh răng lồng không sé được cố định với trục, và thực hiện truyền động giữa hai trục.
Hình (IV-2) trình bày sơ đồ động của hộp chạy dao dùng cơ cấu then kéo và kết cấu của 2 bánh răng lông không. Ưu điểm chính của loại cơ cấu này là kích thước nhỏ gọn, vì chỉ có 2 trục, không có bánh răng di trượt và ly hợp, các bánh răng đặt kể nhau với độ hở nhỏ. Ngoài ra, ở cơ cấu này có thể sử dụng được bánh răng nghiêng, nên có thể thực hiện được tỷ số truyền chính xác khi cắt ren. `
1
a}
b)
Hình IV-2: So dé động uà kết cấu của hộp chạy dao dùng cơ cẩu then kéo.
Tuy nhiên, hộp chạy dao dùng cơ cấu then kéo có những nhược điểm làm hạn chế phạm vì sử dụng nó trên máy công cụ:
a) Độ bên và độ cứng vững kém nên không thể truyền mômen xoắn lớn. Từ hình (IV-2b) ta thấy: để đầu then kéo (1) có thể vào rãnh (2) của trục và rãnh (3) của bánh răng, các rãnh này cần có khe hở tương đối lớn, nên then kéo dễ bị lệch. Trục II vừa rỗng, vừa có rãnh, nên bị yếu.
b) Độ mòn của các bánh răng lớn, hiệu suất truyền động thấp vì các bánh răng không làm việc vẫn ăn khớp vào nhau.
c) Không thể dùng bánh răng có đường kính lớn, vì để hạn chế lượng di động của then kéo, bánh răng cần mỏng; bánh răng mỏng không thể dùng đường kính lớn.
Do những nhược điểm trên, cơ cấu then kéo được dùng trong hộp chạy dao với chức năng như một nhóm cơ sở hoặc nhóm khuyếch đại ở một số máy khoan, tiện đứng, revolver, máy cưa v.v... Cần lưu ý là cơ cấu then kéo không thể truyền được mômen lớn, nên không lắp cơ cấu này sau những cơ cấu giảm tốc lớn (như trục vit — banh vit), nhằm tránh lực lớn do số vòng quay nhỏ.
Số bánh răng lắp kế tiếp nhau trên một trục không nên qué 3+5. Nếu cần thiết nhiều lượng chạy dao, nên mắc nối tiếp vào cơ cấu then kéo một nhóm bánh răng đi trượt đóng vai trò một nhóm khuyếch đại.
Để đầu then kéo ăn khớp vào rãnh bánh răng được nhanh, trong bánh răng cần hình
99
thành 2+4 rãnh. Kinh nghiệm thực tế cho thấy then kéo lắp ở trục bị động sẽ làm cho bánh răng, cũng như bạc ít mòn hơn là lắp ở trục chủ động. Cho nên, trên thực tế thường dùng cách bố trí này.
4.3.4. Hộp chạy dao dùng cơ cấu Meand
Meand là một cơ cấu truyền động có 2 trục. Trên 2 trục ấy có những cặp bánh răng như nhau lắp lễng không và luôn luôn ăn khớp với nhau (trừ cặp bánh răng dau ở trục chủ động I thì lắp chặt vào trục). Các cặp bánh răng có thể làm từ một chỉ tiết, hay từ 2 chi tiết rồi lắp chặt vào nhau làm thành một khối. Nối các cặp bánh răng này với trục công tác III là bánh răng trung gian z¿. Tùy theo vị trí của bánh răng trung gian, cơ cấu Meand thực hiện những tỉ số truyền theo con đường “zich — zắc” được biểu thị trên hình (IV-3);
i II
Hinh IV-3: So dé déng va so dé truyén luc hép chay dao ding co cdu Meand.
Néu banh rang trung gian z, nam ở các vị trí 1, 2, 3.. thì tương ứng với nó ta có các ty số truyện:
a) 2 (By abe babe
Tbe cla be bbe ch? cla
-2 bb (bY,
2 be clas”
i -ba.2(2),
5 ae cla)’
1 (IV-3)
i “an vn) .
4 ae c(a)
¡ bb babel 5 aaac c\a
Ă <5 5b BBẽ đ a2 'aac c\a
Ở đây: a, b, c là số răng của các bánh răng ở cơ cấu Meand.
100
Day ti sO truyén tif i, +ig la một cấp số nhân có công bội là q => Thông thường ta a
lày c=b hoặc c= a.
Trong trường hợp c = b: và c=a: _
lị = q2 i =q”
iạ=q” ip =q° =1
: _ + 1
8 " ơ aa (IV-4)
14 =q lạ=q
is =q" is=q°
Tw cae day ti sO truyén trén ta thay: Néu q# 1, thi:
- Có một số tỉ số truyền lớn hơn 1, tức là những số vòng quay n¡ tương ứng với nó sẽ
lớn hơn nạ, cơ cấu thực hiện việc tăng tốc.
- Có một tỷ số truyền ở khoảng giữa bằng 1.
- Các tỉ số truyền khác nhỏ hơn 1 và cơ cấu thực hiện sự giảm tốc.
Nếu truyền động được thực hiện từ trục HH1 lên trục I, thì day số truyền vẫn có công
bội là q -° nhưng các trị số thì đảo ngược lại, tức là trong trường hợp: a
c=b,thì:và c=a:
1 =qˆ iy =q!
iạ =qỶ iạ =q”
ie =Q° ig = vi .
2= ĐÔ (V-5)
„=q1 l+=
is =q? 15 =q°
Từ đây ta thấy rằng: dù truyền động được thực hiện từ trục nào, dãy tỉ số truyền của cơ cấu Meand cũng làm cho vận tốc tăng hay giảm, cho nên người ta dùng nó như một bộ khuếch đại trong xích chạy dao. Do đó, cơ cấu Meand thường được lắp nối tiếp với cơ cấu Norton, cơ cấu then kéo. Trên thực tế, người ta thường dùng 2 hay 3 tỷ số truyền tăng tốc, còn các tỷ số truyền khác là giảm tốc. Công bội thường dùng của dãy số Meand là
q cà: Do đó, tương ứng với đẳng thức (TV-4) ta có:
- Khi c = b, thi:
e421 Soo (IV-6)
- Khic =a:
" ...- qV-7)
Nếu không cần các tỷ số truyển tăng tốc, ta bỏ cặp bánh rang đầu tiên trên truc II (hình IV-3a) và bánh răng ăn khớp với nó trên trục I. Nếu dùng cơ cấu Meand như một nhóm khuyếch đại, thì chi can 3, 4 ty số truyền, tức là trên trục II chỉ cần hai khối bánh
101
răng. Do đó, kích thước nhỏ gọn, rất phù hợp với hộp chạy dao.
Để tăng độ cứng vững, người ta thường bổ bánh răng trung gian 29. Trong trường hợp
này, bánh răng di trượt (c) chỉ có thể ăn khớp với các bánh răng lớn (a) lắp trên trục II.
Do đó, với cùng một số bánh răng như nhau, trong trường hợp này, cơ cấu Meand chỉ thực hiện được phân nửa số tỷ số truyền (hình IV-4):
J x
H
Ill c””
Hình IV-4: Cơ cấu Meand không dùng bánh răng trung gian.
Ưu điểm cơ bản của cơ cấu Meand là kích thước theo chiều trục nhỏ, phạm vi điều chỉnh lượng chạy dao lớn, chế tạo tương đối đơn giản, vì các khối bánh răng đều giống nhau.
Nhược điểm của nó là hiệu suất truyền động kém, vì tất cả các bánh răng đều quay.
Loại có bánh răng trung gian kém cứng vững và không truyền được công suất lớn.
4.3.5. Hộp chạy dao dùng cơ cấu Norton:
1. Đặc điểm:
Cơ cấu Norton là một cơ cấu gồm một khối bánh răng hình tháp lắp chặt trên trục I (hình IV-5). Truyền động được dẫn đến trục trục II nhờ bánh răng trung gian z¿ có thể ăn
khớp với bất cứ bánh răng nào của khối bánh răng hình tháp và cùng di động với bánh răng z trên trục II. Cơ cấu Norton được dùng nhiều trong hộp chạy dao của máy tiện ren vít và trong hộp chạy dao của một số máy khác.
Hình IV-5: Sơ đô cơ cấu Norton
Tùy thuộc vào trục I là trục chủ động hay bị động, cơ cấu Norton có thể thực hiện được ` các tỷ số truyền như sau:
102
Trục I là chủ động: Trục 1 là bị động:
. Z1 i=— Zz
l= Zz 1
Z
. z ` Zz
ip = —% —
Zz 2
: z + 5
13 =3. 13 =—— (IV-8)
z Z3
: z
ip = i -%
Zz no 2 n
Từ đó ta thấy: tỉ số truyền của cơ cấu Norton tỷ lệ thuận với số răng của bánh răng hình tháp, khi trục lắp khối bánh răng hình tháp là trục chủ động. Ngược lại tỷ số truyền sẽ tỷ lệ nghịch với số răng của bánh răng hình tháp, nếu trục của nó là trục bị động.
Ưu điểm chính của cơ cấu Norton là:
- Vì dùng bánh răng trung gian z„, nên tổng số răng của bánh răng chủ động và bị
động không cần là một hằng. Do đó, lựa chọn số răng được dễ dàng hơn ở trường hợp khoảng cách giữa hai trục không đổi.
- Kích thước hộp tương đối nhỏ, vì các bánh răng đặt khít nhau. Nếu cần n tỉ số truyển, thì chỉ cần n + 2 bánh răng.
- Không có những bánh răng chạy không ăn khớp nhau, nên tổn phí công suất ít.
Nhược điểm của cơ cấu Norton là:
- Độ cứng vững tương đối kém vì dùng bánh răng trung gian.
- Không thể dùng được bánh răng nghiêng để tạo nên những tỷ số truyền chính xác.
- Bánh răng của khối bánh răng hình tháp cần mỏng để hạn chế chiều đài. Do đó, không thể dùng bánh răng có đường kính lớn.
39. Hộp chạy dao cắt ren uit dùng cơ cấu Norton:
Điển hình nhất của hộp chạy dao dùng cơ cấu Norton là hộp chạy dao máy tiện ren vít vạn năng. Yêu cầu của loại hộp chạy dao này là phải đảm bảo một loạt tỷ số truyền chính xác phù hợp với các bước tiêu chuẩn đã cho. Vị trí của cơ cấu Norton trong hộp chạy dao của máy tiện ren vít được trình bày ở hình (IV-6).
Zz
Hình IV-6: Sơ đô động hộp chay dao may tién ren vit.
Xích chạy dao được thực hiện từ trục chính qua các tỉ số truyền cố định và tỉ số truyền
103
của các bánh răng thay thế để bù vào xích truyền động, nên gọi là tỉ số truyền bù ip, qua các tỉ số truyền của cơ cấu Norton iạ, của nhóm gấp bội ¡„ và đến trục vitme mang bàn máy có bước ren t„. Để đảm bảo độ cứng vững cần thiết của cơ cấu Norton, số lượng bánh răng của khối bánh răng hình tháp không nên quá 10+13. Do đó, nếu số ren cần cắt trên máy lớn hơn 10+13, thì cần thêm nhóm gấp bội mắc nối tiếp với cơ cấu Norton. Nhóm gấp bội này có thể là những cặp bánh răng di trượt, cơ cấu Meand v.v.. Số răng của các bánh răng dùng trên cơ cấu Norton thông thường từ 24+60. Đôi khi cũng có thể dùng
Zmin =18 VA Zmax = 75.
Thường hộp chạy dao dùng cơ cấu Norton cần phải thiết kế thế nào để có thể cắt được ren quốc tế, ren Anh; và trên cơ sở đó, có thể cắt được ren môduÌ hay ren Pit.
a) Cắt ren quốc tế: Ta lấy trục khối bánh răng hình tháp làm trục chủ động.
Nếu số bước ren quốc tế cần cắt được trên máy là : t.tạ.ta..tạ [mm], thì muốn điều chỉnh máy để cắt một bước ren t¡ bất kỳ, ta có phương trình cân bằng:
ty =Ivip in ig ty (IV-9)
Nhóm truyền động của cơ cấu Norton còn được gọi là nhóm cơ sở có tỉ số truyền in =z¡/z. Vì z là số răng cố định khi thay đổi tỷ số truyền của cơ cấu Norton, nên đẳng
thức (IV-9) có thể viết:
tj =1vipi ig 2; =Cigz (IV-10)
W ga . 1
Ở đây: C=ip.t„.— z = const Theo công thức (IV-10) ta viết phương trình cân bằng của các bước ren quốc tế:
ty =Cig.2}
to =Cig 29 ts =Cig 23
n =ClgiZn
tỊị:ta :Ea:...:Ên = Zz 22 128 tò. 'Ên (V-11)
Từ những điều nói trên, ta có kết luận: khi cắt ren quốc tế, ta lấy trục lắp khối bánh răng hình tháp làm trục chủ động, thì các bước ren quếc tế cần cắt tỷ lệ thuận với số răng của cơ cấu Norton.
b) Cất ren Anh:
Trường hợp lấy trục khối bánh răng hình tháp làm trục bị động.
Nếu ta đặt số ren trên 1 tấc Anh là n¡, thì bước của ren Anh sẽ là t; 25.4 [mm].
n; j Dang ren này phù hợp với sự thay đổi tỉ số truyền của cơ cấu Norton, khi trục khối bánh răng hình tháp là trục bị động.
Tương tự như trên, phương trình cân bằng (IV-9) có thể viết:
104
25. .
5.4 =lv. ipig-—-ty,
ay 2j
Tức là:
ơ“.~ệ -1z=C-+z, (V-12)
J Ip Zty ly J lg J
Với công thức tổng quát này, ta có thể viết dãy số của số ren trên 1 tấc Anh (tương ứng với bước ren Anh):
ny =C'—.2] 1
Ig
ng =C'.— 29 1
tg 1
ng =C'.— 23
tg
Dy= ct2,
lg
nỊ :na :1a :...:n =Z1 :Z9 !Z3 :...:Zn (TV- 13)
Tức là:.khi cắt ren Anh, nếu ta dùng trục khối bánh răng hình tháp làm trục bị động, thì số ren trên 1 tấc Anh (bước ren Anh) cũng tỷ lệ thuận với số răng của cơ cấu Norton.
Tương tự như trên: khi cắt ren môdul, ta lấy trục khối bánh răng hình tháp làm trục chủ động như khi cắt ren quốc tế, và khi cắt ren Pit ta lấy trục ấy làm trục bị động như khi cắt ren Anh. Với điều kiện đó, ta cũng có các bước ren môdul và ren Pit tỷ lệ thuận với số răng của các bánh răng cơ cấu Norton.
Bước của ren môdul được tính bằng t=ẽ.m; (m — môdul).
25.4m Bước ren Pit được tính bằng t= :(D, - đường kính pit).
p
Vì hộp chạy dao phải cắt nhiều loại ren với 2 hệ đo lường khác nhau, nên khi tính tỷ số truyền xuất hiện một số thừa số đặc biệt mà ta có thể sử dụng như sau:
. 127 40.40 18.24 1130
1" = 25.4mm =-— =—_ =——— =—-_ mm 5 7.9 17 18 n= 47.127 - 12.127 _ 19.21 _ 22 - 157
4.5.95 975 127 7 50
Hộp chạy dao tiện ren vít còn phải đảm bảo lượng chạy dao để tiện trơn, nhưng khi thiết kế, ta chỉ lưu ý các yêu cầu cần phải đảm bảo để tiện ren. Khi thiết kế xong ta tính các lượng chạy dao để tiện trơn. Kết quả là các trị số này có thể trùng nhau, rất khít nhau hoặc có thể cách xa nhau. Vấn để này không quan trọng lắm, vì trên thực tế các bước ren tiện trơn nói chung khá dày đặc, những chỗ cách quãng hầu như ít gây ra tổn thất năng suất. gia công.
3 - Thí dụ:
Thiết kế hộp chạy dao dùng cơ cấu Norton để tiện các loại ren sau đây:
- Ren quéc té: t = 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;
12mm.
105