Máy tiện ren vít vạn năng

y 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 I: khảo sát máy cùng cỡ Máy tiện là máy công cụ phổ thông, chiếm 40 – 50% số lượng máy công cụ trong các nhà máy, phân xưởng cơ khí. Dùng để tiện các mặt tròn xoay ngoài và trong (mặt trụ, mặt côn, mặt định hình, mặt ren) xén mặt đầu, cắt đứt… Có thể khoan, khoét, doa trên máy tiện. Trong thực tế, chúng ta có các loại máy tiện vạn năng, máy tiện tự động, bán tự động, chuyên môn hoá và chuyên dùng, máy tiện revolve, máy tiện CNC… Tuy nhiên do thực tế yêu cầu thiết kế máy tiện vạn năng hạng trung, vì vậy ta chỉ xem xét, khảo sát nhóm máy tiện ren vít vạn năng hạng trung (đặc biệt là máy T620). Các máy hạng trung đang được sử dụng rộng rãi trên thị trường Việt Nam được thống kê trong bảng sau: Chỉ tiêu so sánh T620 T616 1A62 1A616 Công suất động cơ (Kw) 10 4,5 7 4,5 Chiều cao tâm máy (mm) 200 160 200 200 Khoảng cách lớn nhất giữa hai mũi tâm (mm) 1400 750 1500 1000 Số cấp tốc độ 23 12 21 21 Số vòng quay nhỏ nhất nmin (v/p) 12,5 44 11,5 11,2 Số vòng quay lớn nhất nMax (v/p) 2000 1980 1200 2240 Lượng chạy dao dọc nhỏ nhất Sdmin (mm/v) 0,070 0,060 0,082 0,080 Lượng chạy dao dọc lớn nhất SdMax (mm/v) 4,16 1,07 1,59 1,36 Lượng chạy dao ngang nhỏ nhất Snmin (mm/v) 0,035 0,040 0,027 0,080 Lượng chạy dao ngang lớn nhất SnMax (mm/v) 2,08 0,78 0,52 1,36 Các loại ren tiện được Ren Quốc tế, Anh, Môđun, Pitch Nhận xét: trên đây chưa phải là tất cả các loại máy trong nước ta có nhưng do hạn chế về tài liệu và kinh nghiệm nên ta mới chỉ phân tích được 4 loại máy trên. Nhận thấy đề tài thiết kế với các loại máy trên ta thấy máy tiện ren vít vạn năngT620 có đặc tính tướng tự và có tài liệu tham khảo đầy đủ nhất à ta lấy máy T620 để khảo sát cho việc thiết kế máy mới. I. Khảo sát động học máy mẫu (T620): 1. Đồ thị số vòng quay thực tế của máy T620: Trị số công bội j: Từ các thông số của máy nmin = 12,5 v/p. nMax = 2000 v/p. Z = 23. Suy ra công bội j là: j = = = 1,259 =1,26 Vẽ lại đồ thị vòng quay của máy T620: Sơ đồ động của máy biểu thị các nhóm tỷ số truyền như sau: + Nhóm 1 từ trục II – III: i1 = 1,30 = jX1 x1 1,13 Tia i1 lệch sang phải 1 khoảng là: 1,33.logj i2 = 1,65 = jX2 x2 2,17 Tia i2 lệch sang phải 1 khoảng là: 2,17.logj Lượng mở giữa hai tia [x]: jx = = = j-1,04 = jx [x] = -1,04. + Nhóm 2 từ trục III – IV: i3 = 0,38 = jX3 x3 -4,19 Tia i3 lệch sang trái 1 khoảng là: 4,19.logj i4 = 0,62 = jX4 x4 -2,07 Tia i4 lệch sang trái 1 khoảng là: 2,07.logj i5 = 1 = jX5 x5 0 Tia i5 thẳng đứng. Lượng mở [x] = [2] ứng với nhóm truyền khuếch đại. + Nhóm 3 từ trục IV – V: i6 = 0,25 = jX6 x6 -6 Tia i6 lệch sang trái 1 khoảng là: 6.logj i7 = 1 = jX7 x7 0 Tia i7 thẳng đứng + Nhóm 4 từ trục V – VI: i8 = 0,25 = jX8 x8 -6 Tia i8 lệch sang trái 1 khoảng là: 6.logj i9 = 1 = jX9 x9 0 Tia i9 thẳng đứng. + Nhóm gián tiếp từ trục VI – VII: i10 = 0,5 = jX10 x10 -3 Tia i10 lệch sang trái 1 khoảng là: 3.logj + Nhóm trực tiếp từ trục IV – VII: i11 = 1,50 = jX11 x11 1,754 Tia i11 lệch sang phải 1 khoảng là: 1,754.logj + Số vòng quay của động cơ nđc = 1450 v/p. + Tỷ số truyền của bộ truyền đai: iđ = 0,56. + Hiệu suất của bộ truyền đai: h = 0,985 Trị số vòng quay của trục đầu tiên của hộp tốc độ trên trục II: n0 = nđc x iđ x h = 1450 x x 0,985 800 v/p. Nhóm truyền Tỷ số truyền Bánh răng (chủ động/bịđộng) x 1.trục II_III i1 51/39 1,30 1,13 i2 56/34 1,65 2,17 2.Trục III_IV i3 21/55 0,38 - 4,19 i4 29/47 0,62 - 2,07 i5 38/38 1 0 3.Trục IV_V i6 22/88 0,25 - 6 i7 60/60 1 0 4.Trục V_VI i8 22/88 0,25 - 6 i9 49/49 1 0 5.Trục VI_VII i10 27/54 0,5 - 3 6.Trục IV_VII (Nhóm trực tiếp) i11 60/40 1,5 1,754 Qua đó, đồ thị vòng quay của máy T620 có dạng: 2.Xích tốc độ quay trục chính: Xích này nối từ động cơ điện có công suất N = 10 Kw, số vòng quay n = 1450 (v/p), qua bộ truyền đai vào hộp tốc độ (cũng là hộp trục chính) làm quay trục chính VII. Lượng di động tính toán ở hai đầu xích là: nđc (v/p) (số vòng quay của động cơ) ntc (v/p) (số vòng quay của trục chính). Từ sơ đồ động ta có thể xác định được đường truyền động qua các trục trung gian tới trục chính. Xích tốc độ có đường truyền quay thuận và đường truyền quay nghịch, mỗi đường truyền khi tới trục chính bị tách ra làm hai đường truyền: + Đường truyền trực tiếp tới trục chính cho ra tốc độ cao. + Đường truyền tốc độ thấp đi từ trục III – IV – V – VI. Phương trình xích động biểu thị khả năng biến đổi tốc độ của máy: nđc iđai() trực tiếp gián tiếp ntc 3. Phương án không gian và phương án thứ tự: Từ trên ta xác định được công thức kết cấu của máy là: Z = (2 x 3 x 2 x 2) + (2 x 3 x 1) = 30. Đường truyền chính Đường truyền phụ Ta nhận thấy máy tổ chức hai đường truyền: đường truyền gián tiếp (tốc độ thấp) và đường truyền trực tiếp (tốc độ cao), như vậy là tốt, vì đường truyền tốc độ cao cần số TST ít dẫn đến sẽ giảm được ồn, rung, giảm ma sát, tăng hiệu suất khi máy làm việc. Theo lí thuyết tính toán để TST giảm từ từ đồng đều, đảm bảo được mô men xoắn yêu cầu thì số bánh răng các trục đầu phải nhiều hơn. Do đó, đáng ra PAKG là 3 x 2 x 2 x 2 là tốt nhất. Tuy nhiên, phương án 2 x 3 x 2 x 2 là hợp lí nhất vì: Do yêu cầu thực tiễn, máy có truyền động quay thuận thì phải có truyền động quay nghịch để phục vụ quá trình gia công và đổi chiều (giả sử đối với bàn xe dao chẳng hạn, nếu chỉ có một truyền động thì không thể đưa bàn dao tịnh tiến ngược lại trên băng máy mà chỉ tịnh tiến được một chiều, khi cắt ren thì trục chính phải có chuyển động quay nghịch để chạy dao ra…). Muốn vậy trên trục vào (II) phải dùng li hợp ma sát (gồm 2 nửa: chạy thuận và chạy nghịch) để thực hiện nhiệm vụ đó. Sở dĩ dùng li hợp ma sát mà không dùng các cơ cấu khác cùng tác dụng là vì ở máy tiện cho đảo chiều thường xuyên, do đó cần phải êm, không gây va đập mạnh…mà li hợp ma sát lại khắc phục được những nhược điểm đó, đồng thời ding ly hợp ma sát cũng có tác dụng đề phòng quá tải. Do đó, li hợp ma sát được lắp trên trục vào (II), để tránh kết cấu và kích thước lớn (trục II phải lắp thêm vỏ ly hợp) à ta lấy may ơ của bánh răng làm vỏ của LHMS à bánh răng trên trục 2 có đường kính lớn. Nếu trên trục 3 ta tiệp tục giảm tốc độ thì đường kính bánh răng trên trục 3 sẽ có đường kính lớn hơn à kết cấu của hộp tốc độ sẽ lớn do đó trên trục 3 người ta tăng tốc độ để kích thước bánh răng trên trục 3 nhỏ à kết cấu hộp tốc độ nhỏ sau đó mới giảm tốc ở trục 4. Đồng thời, trục 2 có lắp LHMS ( thuận 15 má, nghịch 11 má) chiếm chiều dài khá lớn trên trục, nếu ta lắp thêm bánh răng để thực hiện phương án không gian ( 3x2..) thì trục 3 dài gây ra võng trục ảnh hưởng nhiều đến chất lượng gia côngà để giảm chiều dài trục tận dụng may ơ của bánh răng và thực hiện phương án không gian (2x3..) Sở dĩ LHMS được đặt trên trục II mà không đặt trên các trục khác là vì: Trục II có tốc độ không đổi và là trục vào nên có mômen xoắn nhỏ, do đó, LHMS đặt trên trục này chỉ có 1 tốc độ, mômen xoắn nhỏ nhất, để đạt kích thước li hợp là hợp lý khoảng D = 100 (mm) thì tốc độ trục II có thể đạt được khoảng n0 = 800 v/p. Vì vậy PAKG 2 x 3 x 2 x 2 là hợp lí. Về phương án thứ tự (PATT) của máy có dạng là: PATT: I II III IV Ta nhận thấy, máy đã sử dụng PATT rất chuẩn, do quy luật phân bố TST các nhóm đầu có chênh lệch nhỏ, vì vậy kết cấu máy là hợp lí. Từ đồ thị vòng quay ta nhận thấy máy chỉ có 23 tốc độ riêng biệt, tức là có 7 tốc độ trùng. Ta có: Đối với đường truyền gián tiếp: PAKG : 2 x 3 x 2 x 2 PATT : I II III IV Lượng mở [x]: [1] [2] [6] [12] Đối với đường truyền trực tiếp: PAKG : 2 x 3 x 1 PATT : I II IV Lượng mở [x]: [1] [2] [0] Từ đường gián tiếp ta nhận thấy, lượng mở [x] = 12 là không hợp lí. Trong máy công cụ, ở hộp tốc độ có hạn chế TST i phải đảm bảo theo: Với công bội j = 1,26 TST i được biểu diễn trên đồ thị vòng quay như sau: Nghĩa là: tia i1 = nghiêng trái tối đa là 6 ô và tia i2 = 2 nghiêng phải tối đa là 3 ô. Tức là, lượng mở tối đa Xmax = 9 ô. Mặt khác, i = < không thoả mãn điều kiện đã phân tích trên. Vì vậy để khắc phục, người ta phải giảm bớt lượng mở của đường truyền gián tiếp từ [X] = 12 xuống [X] = 9, còn đường truyền trực tiếp giữ nguyên. Giảm như vậy thì đường gián tiếp sẽ có 3 tốc độ trùng. Khi đó, số tốc độ của máy sẽ là: Z = (2x3x2x2 – 3) + (2x3x1) = 27 tốc độ, mà số tốc độ yêu cầu là 23 dẫn đến là sẽ thừa ra 4 tốc độ Vì vậy, để khắc phục người ta đã xử lí bằng cách: + Vẫn giữ nguyên số cấp tốc độ của đường truyền trực tiếp (6 tốc độ) vì nó có số TST ít dẫn đến sẽ giảm được tiếng ồn, giảm rung động, giảm ma sát, đồng thời lại tăng được hiệu suất… khi máy làm việc. + Mặt khác, tiếp tục giảm thêm 3 tốc độ của đường truyền gián tiếp sẽ có lợi vì: máy sẽ giảm đi được số tốc độ có hiệu suất thấp dẫn đến kết cấu HTĐ sẽ nhỏ, gọn hơn, đồng thời số tốc độ mất đi đó sẽ được bù vào đường truyền trực tiếp. Ngoài ra khi i = 1/ j9 khá lớn nhất là khi giảm tốc độ khích thước của cặp bánh răng khá lớn. Như vậy đường truyền gián tiếp sẽ có lượng mở nhóm cuối là: [X] = 12 – 6 = 6. Suy ra: 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 Dẫn đến tổng số tốc độ là: Z = Z1 + Z2 = 18 + 6 = 24 Vì máy chỉ đòi hỏi 23 tốc độ, nên người ta đã xử lí bằng cách: cho tốc độ thứ 18 (cao nhất) của đường truyền gián tiếp trùng với tốc độ thứ 1 (thấp nhất) của đường truyền trực tiếp, do đó máy chỉ còn 23 tốc độ. Nghĩa là trị số tốc độ thứ 18 (n18 = 630 v/p), có thể đi bằng 2 đường truyền (trực tiếp và gián tiếp). Tuy nhiên, khi sử dụng tốc độ này thì ta nên sử dụng đường truyền trực tiếp (vì những ưu điểm đã nói trên). Vì vậy phương án chuẩn của máy là: Đối với đường truyền gián tiếp: PAKG : 2 x 3 x 2 x 2 PATT : I II III IV Lượng mở [x]: [1] [2] [6] [6] Đối với đường truyền trực tiếp: PAKG : 2 x 3 x 1 PATT : I II IV Lượng mở [x]: [1] [2] [0] Do đó, lưới kết cấu của máy T620 sẽ là: Đường truyền gián tiếp Đường truyền trực tiếp (Đường truyền chính) (Đường truyền phụ) II. Hộp chạy dao: 1. Bàn xe dao: Bàn xe dao sử dụng bộ truyền bánh răng thanh răng cho việc chạy dao dọc, sử dụng bộ truyền vít me - đai ốc cho việc chạy dao ngang. Để chạy dao nhanh thì có thêm một động cơ phụ 1 Kw, n = 1410 v/p qua bộ truyền đai để vào trục trơn. Công thức tổng quát để chọn tỷ số truyền trong hộp chạy dao là: i = ibù.ics.igb = (một vòng trục chính) Trong đó: tv bước vít me. tp bước ren cần cắt trên phôi. ibù TST cố định bù vào xích tryền động. ics TST của khâu điều chỉnh tạo thành nhóm cơ sở. igb TST nhóm gấp bội. 2. Xích chạy dao: ở máy tiện ren vít vạn năng ngoài xích tốc độ của trục chính thì xích chạy dao cũng 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): + Ren Quốc tế (tr). Ren môđun (m). + Ren Anh (n). Ren Pitch (Dp). Vì vậy, máy tiện ren vít vạn năng T620 cũng đáp ứng được 4 loại ren đó với khoảng 112 bước ren tiêu chuẩn và 112 bước ren khuếch đại phủ kín toàn bộ các loại ren thuộc TCVN, thỏa mãn đầy đủ các nhu cầu trong cơ khí chế tạo và sửa chữa. Lược đồ cấu trúc động học hộp chạy dao: iv ĐC1 igb2 LĐ1 ĐC2 Phôi Tv2 itt igb1 Tv1 ics LĐ4 LĐ2 LĐ3 LĐ5 Sơ đồ KCĐH máy Tiện T620 Từ cấu trúc động học xích chạy dao trên ta có phương trình tổng quát cắt ren như sau: 1 vòng trục chính x ix x tv = tr (1) Ta thấy rằng để cắt hết được các bước ren như yêu cầu thì với mỗi bước ren thì ta cần phải có một tỉ số truyền, như vậy thì ta cần một số lượng bánh răng rất lớn là 8´12 = 112, ngoài ra để cắt các bước ren gấp bội thì cần phải có các tỉ số truyền khác gấp bội lên (´2; ´4...), do đó số bánh răng cần thiết sẽ là 112´2; 112´4...điều đó nằm ngoài khả năng của máy. Để khắc phục chuyện này thì qua khảo sát máy mẫu ta đã thấy rằng, để có được có các tỉ số truyền khác nhau để cắt các bước ren khác nhau thì ta chia đường truyền thành các các nhóm khác nhau, trong đó thì có nhóm cơ sở là nhóm tạo ra một tỉ số truyền cơ sở để cắt các bước ren cơ sở, rồi từ đó ta mới cho qua một tỉ số gấp bội để thay đổi tỉ số truyền để cắt các bước ren còn lại, ngoài ra ta còn bố trí một tỉ số truyền khuếch đại để có thể cắt được các bước ren khuyếch đại. Từ các yêu cầu đó ta có được một bảng sắp xếp các bước ren như sau: Ren quốc tế tp=mm Ren module m=tp/p - 1,75 3,5 7 - - - 1,75 1 2 4 8 - 0,5 1 2 - 2,25 4,5 9 - - - 2,25 1,25 2,5 5 10 - - 1,25 2,5 - - 5,5 11 - - - - 1,5 3 6 12 - - 1,5 3 Ren Anh n=25,4/tp Ren pitch Dp=25,4p/tp 13 - 31/4 - - - - - 14 7 31/2 - 56 28 14 7 16 8 4 2 64 32 16 8 18 9 41/2 - 72 36 18 9 19 9,5 - - 80 40 20 10 20 10 5 - 88 44 22 11 22 11 - - 96 48 24 12 24 12 6 3 - - - - 3. Một số cơ cấu đặc biệt: Cơ cấu li hợp siêu việt: Trong xích chạy dao nhanh và động cơ chính đều truyền đến cơ cấu chấp hành là trục trơn bằng hai đường truyền khác nhau. Do vậy nếu không có li hợp siêu việt truyền động sẽ làm xoắn và gãy trục. Cơ cấu li hợp siêu việt được dùng trong những 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 quay làm 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. 4. Nhận xét về máy T620: Máy có 23 tốc độ khác nhau của trục chính, có tính vạn năng cao, tiện được nhiều kiểu ren khác nhau. Đồng thời phương án không gian và phương án thứ tự đã được sắp 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. Trong máy có bộ ly hợp ma sát siêu việt, thuận tiện cho quá trình chạy dao nhanh. Phần II: Thiết kế máy mới. Chương 1: Thiết kế động học máy cắt kim loại. A. Hộp tốc độ trong máy cắt kim loại: 1. Yêu cầu đối với hộp tốc độ: Hộp tốc độ (HTĐ) trong máy cắt kim loại dùng để truyền lực cắt cho các chi tiết gia công với những chế độ cắt cần thiết. Thiết kế HTĐ yêu cầu phải đảm bảo những chỉ tiêu về kỹ thuật, và kinh tế tốt nhất trong điều kiện cụ thể cho phép. HTĐ phải có kích thước nhỏ gọn, hiệu suất cao, tiết kiệm nguyên vật liệu, kết cấu có tính công nghệ cao, làm việc chính xác… Từ tính chất quan trọng như vậy của HTĐ và từ yêu cầu thực tế của sản xuất, HTĐ của máy mới mà ta cần thiết kế phải đảm bảo những yêu cầu kỹ thuât sau: + Tốc độ cắt của máy: Những trị số tốc độ trong khoảng từ Vmin đến Vmax được quy thành số vòng quay của trục chính. Phạm vi điều chỉnh được xác định theo công thức sau: Rn = , Trong đó: Rn là phạm vi điều chỉnh số vòng quay. nmax, nmin là số vòng quay lớn nhất và nhỏ nhất của trục chính. nmax = v/p. nmin = v/p. Trong đó: Vmax, Vmin là tốc độ lớn nhất, nhỏ nhất dmax, dmin là đường kính lớn nhất, nhỏ nhất của chi tiết gia công Xuất phát từ tình hình thực tế hiện nay, chúng ta cần sủa chữa và chế tạo các loại máy công nghiệp và nông nghiệp có đường kính trục trong khoảng 10 á 400 à chúng ta cần thiết kế máy công cụ hạng trung, thiết kế máy này dựa trên máy đã có T620 Đường kính nhỏ nhất: dmin = 10 mm; Đường kính lớn nhất: dmax = 400 mm. Để máy thiết kế ra đảm bảo được chất lượng, tính năng thì theo kinh nghiệm của những người đi trước, căn cứ vào tài liệu thống kê sơ bộ Thiết kế máy tiện có nmin = 12,5 v/ph, với tốc độ này thì phù hợp cho thao tác của công nhân khi gia công tiện ren nmax = 2000 v/ph, với tốc độ này khi tiện trơn chi tiết đảm bảo được sức khoẻ của công nhân Phạm vi điều chỉnh: Rn = , 2. Chuỗi số vòng quay của hộp tốc độ: Chọn công bội và số cấp tốc độ: Thực tế gia công thì phôi có kích thước bất kỳ, vật liệu phôi rất khác nhau nên chế độ cắt khác nhau mà cụ thể là cần tốc độ trục chính phải rất khác nhau, về lý thuyết thì tốc độ trục chính là vô cấp là tốt nhất, nhưng phương án này là không khả thi vì rất tốn kém do đó phải dùng phương án phân cấp Ta nhận thấy, chuỗi vòng quay tuân theo quy luật cấp số nhân là tốt hơn cả vì khi đó tổn thất công suất( tốc độ) tương đối sẽ là không đổi. Trong khoảng từ nmin đến nmax có Z cấp tốc độ: n1 = nmin, n2, .., nk, nk+1, …, nZ = nmax. Trong chuỗi số vòng quay có tỉ số giữa hai số vòng quay bất kỳ kế tiếp nk và nk+1 là một số không đổi thì chuỗi đó phải tuân theo quy luật cấp số nhân có công bội là j Do yêu cầu của việc thiết kế máy (là máy tiện vạn năng), đồng thời để tổn thất tốc độ cũng như tổn thất năng suất là không đổi và không vượt quá giới hạn, tra bảng 1.1 sách “Tính toán thiết kế máy cắt kim loại” ta chọn j theo tiêu chuẩn là: j = 1,26 và tổn thất DVmax < 20% Do vậy số cấp tốc độ của máy tiện vạn năng cần thiết kế là: Theo II-7 ta có: Z = 23 cấp tốc độ. 3. Lưới kết cấu và đồ thị vòng quay của HTĐ: 3.1. Cách xác định các nhóm truyền và tỷ số truyền (TST): Từ công thức: ; Trong đó Xi là số nhóm truyền tối thiểu. Xi = = 3,4 Vì số nhóm truyền là nguyên nên chọn Xi = 4. 3.2. Phương án không gian và phương án thứ tự: Chọn phương án không gian: Một phương án bố trí không gian, ta có nhiều phương án thứ tự thay đổi khác nhau. Với số cấp tốc độ được tính dựa vào yêu cầu thực tế của sản phẩm cần gia công, dựa theo máy hiện có T620 đã khảo sát ta có các phương án không gian khác nhau: Z = 24 x 1= 12 x 2= 3 x 4 x 2= 6 x 2 x 2= 2 x 3 x 2 x 2 … Dựa vào số nhóm truyền tối thiểu Xi = 4, đồng thời để kích thước HTĐ nhỏ gọn nên cần phải có TST chênh lệch nhóm đầu ít (dẫn đến chênh lệch bánh răng không quá lớn). Vì vậy, ta có thể loại trừ các phương án không gian trên và chọn phương án hợp lí nhất là: PAKG: 2 x 3 x 2 x 2 Dựa vào công thức: Z = p1.p2…pj Trong đó pj là TST trong một nhóm. Ta có: Z = 24 = 2 x 2 x 3 x 2 = 2 x 2 x 2 x 3 = 3 x 2 x 2 x 2 = 2 x 3 x 2 x 2 Mỗi thừa số pj là 1 hoặc 2 khối bánh răng di trượt truyền động giữa hai trục liên tục. Tính tổng số bánh răng của HTĐ theo công thức: Sz = 2.(p1 + p2 + ….+ pj) + Phương án không gian 2 x 2 x 2 x 3 có: Sz = 2.(2 + 2 + 2 + 3) = 18 + Phương án không gian 3 x 2 x 2 x 2 có: Sz = 2.(2 + 2 + 2 + 3) = 18 + Phương án không gian 2 x 2 x 3 x 2 có: Sz = 2.(2 + 2 + 2 + 3) = 18 + Phương án không gian 2 x 3 x 2 x 2 có: Sz = 2.(2 + 2 + 2 + 3) = 18 Tóm lại tổng số bánh răng của HTĐ cần thiết kế là: SZ = 18 bánh răng. Tính tổng số trục của phương án không gian theo công thức: Str = Xi + 1 = 4 + 1 = 5 Trong đó Xi là số nhóm truyền động Số bánh răng chịu mô men xoắn ở trục cuối cùng: PAKG: 2 x 2 x 3 x 2 ; 2 x 2 x 2 x 3 ; 3 x 2 x 2 x 2 ; 2 x 3 x 2 x 2 2 3 2 2 Chiều dài sơ bộ của HTĐ được tính theo công thức: L = Trong đó: b là chiều rộng bánh răng f là khoảng hở giữa hai bánh răng. Các cơ cấu đặc biệt dùng trong hộp: Li hợp ma sát (LHMS), phanh … Qua phân tích trên ta có bảng so sánh phương án bố trí không gian: Yếu tố so sánh Phương án 3x2x2x2 2x2x3x2 2x3x2x2 2x2x2x3 Tổng số bánh răng Sz 18 18 18 18 Tổng số trục Str 5 5 5 5 Chiều dài L 19.b + 18.f 19.b + 18.f 19.b + 18.f 19.b + 18.f Số bánh răng Mmax 2 2 2 3 Cơ cấu đặc biệt LHMS LHMS LHMS LHMS Kết luận: Từ phương án của máy hiện có và bảng so sánh các phương án khảo sát trên ta thấy: nên chọn phương án không gian 2x3x2x2 vì: + Theo lí thuyết thì TST phải đảm bảo giảm dần từ trục đầu tiên đến trục cuối (tức là PAKG 3 x 2 x 2 x 2 là đúng nhất). Nhưng do yêu cầu về kết cấu dẫn đến phải bố trí trên trục II (với tốc độ hợp lí nên là 800 v/p) 1 bộ li hợp ma sát nhiều đĩa và 1 bộ bánh răng đảo chiều, vì vậy để tránh cho kết cấu cồng kềnh (trục II dài ra để chứa thêm bánh răng) nên ta chọn phương án 2x3x2x2 là hợp lí. Do đó, cũng như máy mẫu, từ trục II đến trục III ta phải tăng tốc vì: ta dùng bánh răng trên trục II làm vỏ li hợp ma sát dẫn đến kích thước 2 bánh răng đó khá lớn, nếu tiếp tục giảm tốc sẽ dẫn đến kích thước bộ truyền rất lớn, vì vậy ta phải tăng tốc ở đoạn này. + 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 yêu cầu về kết cấu cũng như TST ta ưu tiên chọn PAKG là 2x3x2x2. Chọn phương án thứ tự: Số PATT: q = m! m là số nhóm truyền. Suy ra q = 4! = 24 phương án. Để chọn PATT hợp lí nhất ta lập bảng để so sánh tìm phương án tối ưu nhất. Bảng so sánh các PATT: TT Nhóm 1 TT Nhóm 2 TT Nhóm 3 TT Nhóm 4 1 2 x 3 x 2 x 2 I II III IV [1] [2] [6] [12] 7 2 x 3 x 2 x 2 II I III IV [3] [1] [6] [12] 13 2 x 3 x 2 x 2 III I II IV [6] [1] [3] [12] 19 2 x 3 x 2 x 2 IV I II III [12] [1] [3] [6] 2 2 x 3 x 2 x 2 I III II IV [1] [4] [2] [12] 8 2 x 3 x 2 x 2 II III I IV [2] [4] [1] [12] 14 2 x 3 x 2 x 2 III II I IV [6] [2] [1] [12] 20 2 x 3 x 2 x 2 IV II I III [12] [2] [1] [6] 3 2 x 3 x 2 x 2 I IV II III [1] [8] [2] [4] 9 2 x 3 x 2 x 2 II III IV I [2] [4] [12] [1] 15 2 x 3 x 2 x 2 III IV I II [4] [8] [1] [2] 21 2 x 3 x 2 x 2 IV III I II [12] [4] [1] [2] 4 2 x 3 x 2 x 2 I II IV III [1] [2] [12] [6] 10 2 x 3 x 2 x 2 II I IV III [3] [1] [12] [6] 16 2 x 3 x 2 x 2 III I IV II [6] [1] [12] [3] 22 2 x 3 x 2 x 2 IV I III II [12] [1] [6] [3] 5 2 x 3 x 2 x 2 I III IV II [1] [4] [12] [2] 11 2 x 3 x 2 x 2 II IV III I [2] [8] [4] [1] 17 2 x 3 x 2 x 2 III II IV I [6] [2] [12] [1] 23 2 x 3 x 2 x 2 IV II III I [12] [2] [6] [1] 6 2 x 3 x 2 x 2 I IV III II [1] [8] [4] [2] 12 2 x 3 x 2 x 2 II IV I III [2] [8] [1] [4] 18 2 x 3 x 2 x 2 III IV II I [4] [8] [2] [1] 24 2 x 3 x 2 x 2 IV III II I [12] [4] [2] [1] Nhận xét: Qua bảng trên ta thấy các phương án đều có jXmax > 8 do đó không thoả mãn điều kiện jXmax 8. Vì vậy, để chọn phương án đạt yêu cầu ta phải tăng thêm trục trung gian hoặc tách ra làm hai đường truyền. Ta nhận thấy, máy hiện có đã sử dụng PATT rất chuẩn, do quy luật phân bố TST các nhóm đầu có chênh 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 lí. Trong máy công cụ, ở hộp tốc độ có hạn chế TST i phải đảm bảo theo: Với công bội j = 1,26 TST i được biểu diễn trên đồ thị vòng quay như sau: Nghĩa là: tia i1 = nghiêng trái tối đa là 6 ô và tia i2 = 2 nghiêng phải tối đa là 3 ô. Tức là, lượng mở tối đa Xmax = 9 ô. Mặt khác, i = < không thoả mãn điều kiện đã phân tích trên. Vì vậy để khắc phục, ta phải giảm bớt lượng mở từ [X] = 12 xuống [X] = 9. Giảm như vậy thì với số tốc độ trên máy sẽ có 3 tốc độ trùng. Khi đó, số tốc độ của máy sẽ là: Z = (2x3x2x2 – 3) = 21 tốc độ, mà số tốc độ yêu cầu là 23 dẫn đến là sẽ thiếu 2 tốc độ Vì vậy, để khắc phục ta đã xử lí bằng cách: Bù số tốc độ thiếu ấy vào một đường truyền khác mà theo máy mẫu ta đã khảo sát, để vẫn giữ nguyên số cấp tốc độ của máy, ta bố trí thêm đường truyền tốc độ cao hay còn gọi là đường truyền trực tiếp. Đường truyền này có số TST ít dẫn đến sẽ giảm được tiếng ồn, giảm rung động, giảm ma sát, đồng thời lại tăng được hiệu suất… khi máy làm việc. Có thể bù 2 tốc độ bằng đường truyền phụ từ trục II, nhưng làm như vậy thì khó bố trí tỷ số truyền giữa trục II và trục chính, đồng thời không tận dụng được nhiều tốc độ cao + Mặt khác, theo máy mẫu ta sẽ giảm thêm 3 tốc độ của đường truyền gián tiếp sẽ có lợi vì: máy sẽ giảm đi được số tốc độ có hiệu suất thấp dẫn đến kết cấu HTĐ sẽ nhỏ, gọn hơn, đồng thời số tốc độ mất đi đó sẽ được bù vào đường truyền trực tiếp từ trục IV sang trục VI. Như vậy đường truyền gián tiếp sẽ có lượng mở nhóm cuối là: [X] = 12 – 6 = 6. Suy ra: 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 Dẫn đến tổng số tốc độ là: Z = Z1 + Z2 = 18 + 6 = 24 Vì máy chỉ đòi hỏi 23 tốc độ, nên ta đã xử lí bằng cách: cho tốc độ thứ 18 (cao nhất) của đường truyền gián tiếp trùng với tốc độ thứ 1 (thấp nhất) của đường truyền trực tiếp, do đó máy chỉ còn 23 tốc độ. Nghĩa là trị số tốc độ thứ 18 (n18 = 630 v/p), có thể đi bằng 2 đường truyền (trực tiếp và gián tiếp). Tuy nhiên, khi sử dụng tốc độ này thì ta nên sử dụng đường truyền trực tiếp (vì những ưu điểm đã nói trên). Vì vậy phương án chuẩn của máy mới là: Đối với đường truyền gián tiếp: PAKG : 2 x 3 x 2 x 2 PATT : I II III IV Lượng mở [x]: [1] [2] [6] [6] Đối với đường truyền trực tiếp: PAKG : 2 x 3 x 1 PATT : I II IV Lượng mở [x]: [1] [2] [0] 3.3. Vẽ lưới kết cấu: Từ hai đường truyền trên ta có sơ đồ lưới kết cấu như sau: 3.4. Vẽ đồ thị vòng quay: Nhược điểm của lưới kết cấu là không biểu diễn được TST cụ thể, các trị số vòng quay cụ thể trên các trục, do đó không tính được truyền dẫn trong hộp, để khắc phục nhược điểm này ta vẽ đồ thị vòng quay. Qua khảo sát và nghiên cứu máy hiện có T620, ta nhận thấy dạng máy mà ta đang thiết kế có kết cấu và các phương án được chọn gần như tương tự u. Do đó, để vẽ được đồ thị vòng quay hợp lí, dựa vào máy mẫu và các loại máy hạng trung cung cỡ để khảo sát. Chọn số vòng quay động cơ điện: trên thực tế , đa số các máy vạn năng hạng trung đều dùng động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ có nđc = 1450 v/p. Như trên, để dễ dàng vẽ được đồ thị vòng quay nên chọn trước số vòng quay n0 của trục vào rồi sau đó ta mới xác định TST. Mặt khác, n0 càng cao thì càng tốt, vì nếu n0 cao thì số vòng quay của các trục ngang trung gian sẽ cao, mômen xoắn bé dẫn tới kích thước của các bánh răng, các trục... nhỏ gọn, tiết kiệm được nguyên vật liệu. Thông qua việc khảo sát máy T620, trên trục đầu tiên có lắp bộ li hợp ma sát, để cho li hợp ma sát làm việc trong điều kiện tốt nhất thì ta chọn tốc độ n0 = 800v/p, vận tốc này cũng là một vận tốc của trục cuối cùng. Suy ra: iđ = = = 0,54. Trong đó: nđc : số vòng quay của động cơ. iđ : tỉ số truyền từ trục động cơ đến trục đầu tiên (bộ truyền đai). h = 0,985: hệ số trượt của dây đai. Đối với mỗi nhóm tỉ số truyền ta chỉ cần chọn một tỉ số truyền tuỳ ý (độ dốc của tia tuỳ ý) nhưng cần phải đảm bảo Ê i Ê 2. Các tỉ số khác dựa vào đặc tính của nhóm truyền để xác định. Nhóm truyền thứ nhất: Truyền từ trục II sang trục III, có 2 tỉ số truyền (i1 & i2), đặc tính nhóm là 2[1]. Cũng như máy hiện có, do phải bố trí bộ đảo chiều LHMS, nên để kết cấu hợp lí, nhỏ gọn thì ta cần phải tăng tốc độ ở đoạn này (như đã phân tích ở phần chọn PAKG). Do đó, dựa vào máy mẫu ta chọn tỉ số truyền i1 = j1 = 1,261 Tức là tia i1 nghiêng phải 1 khoảng lgj, từ đó ta có thể xác định được i2 thông qua quan hệ: i1 : i2 = j1 : j2 ị i2 = 1,262 = 1,5876 ị tia i2 nghiêng phải 2 khoảng lgj. Tương tự như vây ta chọn tỉ số truyền cho các nhóm truyền khác. Nhóm truyền thứ hai: Truyền từ trục III sang trục IV, có 3 tỉ số truyền (i3, i4 & i5), đặc tính của nhóm truyền là 3[2], đoạn truyền giảm tốc nên i Ê 1. Ta chọn i5 = 1, nghĩa là tia i5 thẳng đứng. Từ đó xác định hai tỉ số truyền còn lại thông qua quan hệ: i5 : i4 : i3 = 1 : j-2 : j-4 ị i4 = j-2 = 1,26-2 = 0,63 ị tia i4 nghiêng trái 2 khoảng lgj. ị i3 = j-4 = 1,26-4 = 0,40 ị tia i3 nghiêng trái 4 khoảng lgj. Nhóm truyền thứ ba (theo đường gián tiếp): Truyền từ trục IV sang trục V, có 2 tỉ số truyền (i6 & i7), đặc tính của nhóm truyền là 2[6], đoạn truyền giảm tốc nên iÊ1. Ta chọn i7 = 1. Từ đó ta có: i7 : i6 = 1 : j-6 ị i6 = j-6 = 1,26-6 = 0,25 ị tia i6 nghiêng trái 6 khoảng lgj. Nhóm truyền thứ tư (theo đường gián tiếp): Truyền từ trục V sang trục VI, có 2 tỉ số truyền (i8 & i9), đặc tính của nhóm truyền là 2[6], đoạn truyền giảm tốc nên iÊ1. Ta chọn i9 = 1. Từ đó ta có: i9 : i8 = 1 : j-6 ị i8 = j-6 = 1,26-6 = 0,25 ị tia i8 nghiêng trái 6 khoảng lgj. Nhóm truyền cuối trên đường truyền gián tiếp (tốc độ thấp): Truyền từ trục VI sang trục VII, có một tỉ số truyền (i10). Tỉ số truyền của nhóm này ta không thể chọn được nữa mà nó phụ thuộc vào vận tốc nhỏ nhất nmin của dãy tốc độ trục chính. Ta có quan hệ: nmin = n0.i1.i3.i6.i8.i10 ị i10 = = = 0,496 ằ 1,26-3 = j-3 ị tia i10 nghiêng trái 3 khoảng lgj. Nhóm truyền cuối trên đường truyền trực tiếp (tốc độ cao): Truyền từ trục IV sang trục VII, có 1 tỉ số truyền (i11). Tương tự như trên, tỉ số truyền này phụ thuộc vào vận tốc lớn nhất nmax của dãy tốc độ trục chính. Ta có quan hệ: nmax = n0.i2.i5.i11 ị i11 = = = 1,575 ằ 1,262 = j2 ị tia i11 nghiêng phải 2 khoảng lgj. Qua phần chọn tỉ số truyền trên ta thấy tất cả các tỉ số truyền đều đạt yêu cầu là nằm trong khoảng ( ; 2). Từ đó ta có thể xác định được đồ thị vòng quay của hộp tốc độ: 4. Tính toán số răng của các nhóm truyền trong hộp tốc độ: Vì đã qua khảo sát và nghiên cứu máy mẫu, nên ta chỉ tính toán số răng của 1 nhóm truyền trong hộp, còn các nhóm truyền khác để thuận tiện và nhanh chóng ta tra bảng tiêu chuẩn để chọn số răng. Chọn nhóm truyền thứ nhất để tính toán. 4.1. Số răng của n._.