Thiết kế Máy cắt Kim Loại

a khoa học kỹ thuật nền công nghiệp thế giới cũng như nền công nghiệp của nước ta đã và đang phát triển không ngừng . Đặc biệt trong nghành Chế Tạo Máy, để nâng cao độ chính xác của chi tiết gia công cũng như đảm bảo các yêu cầu về kinh tế_kỹ thuật trên thế giới đã sản xuất ra các thế hệ máy điều khiển số (NC - CNC). Mặc dù vậy những máy công cụ cơ bản vẫn là cơ sở và nền móng cho sự phát triển các máy công cụ tiên tiến sau này. Mặt khác trong điều kiện ở nước ta việc áp dụng công nghệ này còn có nhiều hạn chế, vì vậy máy công cụ vạn năng vẫn là một trong những thiết bị chủ yếu trong các nhà máy, xí nghiệp, phân xưởng cơ khí. Để đáp ứng yêu cầu của sự phát triển công nghiệp các máy vạn năng phải không ngừng cải tiến và ngày càng hoàn thiện hơn. Đồ án môn học “Thiết kế Máy cắt Kim Loại” là một trong những kiến thức không thể thiếu của sinh viên nghành Chế Tạo Máy giúp cho sinh viên có được những kiến thức cơ bản về máy cắt kim loại và áp dụng những kiến thức này trong công việc thiết kế thực tế. Trong quá trình làm đồ án Em được các thầy cô hướng dẫn tận tình chỉ bảo đặc biệt là thầy Nguyễn Tiến Lưỡng, Bùi Quý Lực. Song trong quá trình thiết kế cũng còn gặp nhiều thiếu sót, vì vậy Em rất mong có được sự chỉ bảo hướng dẫn thêm của các thầy cô trong bộ môn để hoàn thiện hơn cho đồ án cũng như có thêm các kinh nghiêm cho việc thiết kế đồ án tốt nghiệp sau này. Trường Đại học bách khoa hà nội bộ môn máy và ma sát học Khoa cơ khí. Dept. Machine – Tools and Tribology Văn phòng BM: C10 – 106ĐHBKHN Tel: 8680073 Đồ án môn học thiết kế máy ( Đề số :4 ) Họ tên sinh viên : Trần Tuấn Anh Lớp : CTM3 - k46 Nhiệm vụ thiết kế : Thiết kế máy phay vạn năng. Số liệu ban đầu: 7– Hộp tốc độ : Z = 18; ; nmin =35,5(vòng/phút ); nĐc= 1450(vòng/phút ) ; 8 – Hộp chạy dao: Z = 18; ; Sdọcmin=Sngangmin= Sđứngmin= 22,4(mm/phút) ;nĐc= 1440(vòng/phút ) ; Snhanh =2268 mm/phút Nội dung thuyết minh : Phân tích máy tương tự Tính toán động học máy Tính công suất động cơ Tính bền + Ly hợp bi. + Một cặp trục trung gian (tự chọn). Tính hệ thống điều khiển Bản vẽ Vẽ khai triển: Hộp tốc độ. Vẽ cắt hệ thống điều khiển: Hộp tốc độ. Ngày giao nhiệm vụ: 23/01/05 Hà Nội, ngày 23 tháng 01 năm 2005 Thầy hướng dẫn Bùi Quý Lực Chương I: Nghiên cứu máy sẵn có. I. Tính năng kỹ thuật của máy cùng cỡ: Tính năng kỹ thuật của một số loại máy tương tự: Thông số kỹ thuật Máy 6H81 6H82 6H13 Kích thước gia công : -Khoảng cách a từ đường trục (mặt mút ) trục chính tới bàn máy (mm) 30 á340 30á350 30á450 -Khoảng cách b từ sống trượt thân máy tới tâm bàn máy (mm) 170 á 370 220 á 480 260 á 580 -Khoảng cách c từ đường trục chính tới sống trượt thẳng đứng thân máy (mm) - - 450 -Khoảng cách lớn nhất từ sống trượt thẳng đứng đến thanh giằng g 510 775 - -Khoảng cách từ s đường trục chính tới mặt dưới của xà ngang K (mm) 157 -Khoảng cách lớn nhất từ mặt mút trục chính tới ổ đỡ dao d(mm) 470 700 -Khoảng cách lớn từ mặt sau của bàn tới sống trượt thân máy (mm) 240 320 380 -Ngang 1200 1200 1500 -Thẳng đứng 500 500 750 -Đường kính lỗ trục (mm) 17 29 29 -Đường kính trục gá dao (mm) 22,27,32 32,50 32,50 -Số cấp tốc độ trục chính 16 18 18 -Phạm vi điều chỉnh tốc độ (vg/p) 65 á 1800 30 á 1500 63á1500 -Công suất động cơ chính (KW) 4,5 7 10 -Công suất động cơ chạy dao 1,7 1,7 2,8 -Khối lương máy (Kg) 2100 2700 4500 -Kích thước phủ bì máy - dài(mm) 2100 2440 2370 - rộng 1940 2440 3140 -Kích thước bề mặt làm việc bàn máy(mm) - B1 250 320 400 - L1 1000 1250 1600 -Góc quay lớn nhất của bàn (độ ) ±45 ±45 ±45 -Số rãnh chữ T 3 3 3 -Dịch chuyển lớn nhất của bàn máy (mm) - Dọc 600 700 900 - Ngang 200 260 320 - Thẳng đứng 350 320 420 -Dịch chuyển nhanh của máy (mm/p) - Dọc 2900 2300 2300 - Ngang 2300 2300 2300 - Thẳng đứng 1150 770 770 -Số cấp bước tiến bàn máy 16 18 18 -Bước tiến bàn máy (mm/p) - Dọc 35 á 980 23,5á1180 23,5á1180 - Ngang 27 á 765 23,5á1180 8á390 Nhận xét: So sánh đề tài thiết kế với các máy trên ta thấy máy phay 6H82 có các đặc tính tương tự.Vậy ta lấy máy 6H82 làm máy chuẩn cho việc thiết kế máy mới. I. Phân tích phương án máy tham khảo: 2.1. Hộp tốc độ: 1. Các xích truyền động trong sơ đồ động của máy: nđc (1440) (I) đ(II) đ đ (III) đ đ (IV) (V) =30 – 1500. j = = ≈ 1,26. 2. Phương án không gian - phương án thứ tự: a) . Phương án không gian (PAKG) của hộp tốc độ: 3 x 3 x 2 - Nhóm I: Có 3 tỷ số truyền. - Nhóm II: Có 3 tỷ số truyền. - Nhóm III: Có 2 tỷ số truyền. Cách bố trí này hợp lý vì làm tăng độ cứng vững của máy, chiều dài trục nhỏ gọn, số bánh răng trên trục chính là nhỏ nhất. - Xác định các nhóm truyền: Độ liên tục của các tia trên đồ thị vòng quay: i = jx ị X = X: Lượng mở giữa 2 tia lân cận. x > 1: Tia nghiêng sang phải (tăng tốc) x < 1: Tia nghiêng sang trái (giảm tốc) a1) . Xét nhóm truyền I: (nhóm cơ sở) Từ trục I qua cặp bánh răng 26/54. Từ trục I - II qua 3 cặp bánh răng 16/39; 19/36; 22/33. Độ xiên: i1 = = jx ị X1 = = - 3,86 i2 = = jx ị X2 = = - 2,77 i3 = = jx ị X3 = = - 1,75 i1: i2 : i3 = 1,26-3,86 : 1,26-2,77 : 1,26-1,75 ≈ : : đ Lượng mở giữa 2 tia lân cận của nhóm [X] = 1. a2) . Xét nhóm truyền II: (nhóm khuếch đại thứ nhất): Từ trục III - IV qua 3 cặp bánh răng 18/47; 28/37; 39/26. Độ xiên: i4 = = jx ị X4 = = - 4,15. i5 = = jx ị X5 = = - 1,21. i4 = = jx ị X6 = = 1,75. i4 : i5 : i6 = 1,26-4,15 : 1,26-1,21 : 1,261,75 ≈ : : đ Lượng mở giữa 2 tia lân cận của nhóm [X] = 3. (jx = = = j3 ị [XIII] = 3) a3) . Xét nhóm truyền III: (Nhóm khuếch đại thứ 2) Từ trục IV - V qua 2 cặp bánh răng 19/71; 82/38. Độ xiên: i7 = = jx ị X7 = = - 5,7 i8 = = jx ị X8 = = 3,3. i7 : i8 = 1,26-5,7 : 1,263,3 ≈ : đ Lượng mở giữa 2 tia lân cận của nhóm [X] = 9. (jx = = = j9 ị [X] = 9) b . Phương án thứ tự (PATT): PAKG: 3 x 3 x 2 PATT: I II III Lượng mở: [1] [2] [9] Từ phương án không gian, phương án thứ tự và lượng mở ta có lưới kết cấu của máy: Lượng mở Xmax = 9 ị jX = 1,269 ≈ 8 thoả mãn nằm trong giới hạn cho phép. Lượng mở tỷ số truyền của nhóm thay đổi từ từ, đều dặn có lưới kết cầu hình " giẻ quạt ". 2.2. Hộp chạy dao: - Số cấp tốc độ Z = 18. 1. Phương trình xích chạy dao: 18/36 21/37 1440 (I) đ 26/44 (II) đ 20/68 (III) đ 36/18 đ (IV) đ 18/40 đ (V) 27/27 24/24 40/40 22/33x1/2x6=Sđứng x x28/35x18/33x đ 33/37x37/33x6 =Sngang 13/45x18/40x40/40 33/37x18/16x18/18x6 =Sdọc Phương trình xích chạy dao nhanh : 2.Phương án không gian - phương án thứ tự: Động cơ truyền chuyển động tới trục I thông qua đầu trục (I-II) qua cặp bánh răng 26/44. Từ trục (II-III) qua cặp bánh răng 20/68. Độ xiên: i1 = = jx ị X1 = ằ - 2,3 i2 = = jx ị X2 = ằ - 5,3 a) Nhóm I: Từ trục (III-IV) qua 3 cặp bánh răng 36/18; 27/27; 18/36 Độ xiên: i3 = = jx ị X5 = ằ - 3 i4 = = jx ị X4 = ằ 0 i5 = = jx5 ị X5 = ằ 3 - Lượng mở giữa 2 tia lân cận: jx= = = j3 ị [XI] = 3 jx= = = j3 ị [XII] = 3 ị Đây là nhóm khuếch đại thứ nhất. Nhóm II: Từ trục (IV-V) qua 3 cặp bánh răng 18/40; 21/37; 24/34 Độ xiên: i6 = = jx ị X6 = ằ - 3,45 i7 = = jx ị X7 = ằ - 2,45 i8 = = jx ị X8 = ằ - 1,45 - Lượng mở giữa 2 tia lân cận: jx= = = j1 ị [XIII] = 1 jx= = = j1 ị [XIV] = 1 ị Đây là nhóm cơ sở . Nhóm III: Từ trục (V-IV-V) có tác dụng mở rộng phạm vi điều chỉnh tốc độ. Có 2 cấp tốc độ ứng với 2 cặp bánh răng là 13/45; 40/48. Độ xiên: i9 = = jx ị X9 = ằ - 5,37 i10 = = jx ị X10 = ằ 3,45 - Lượng mở giữa 2 tia lân cận: jx= = = j9 ị [XV] = 9 Các tỷ số truyền còn lại: Từ trục (V-VI) qua cặp bánh răng 40/40 i5-6 = = jx ị X56 = 0 Từ trục (VI-VII) qua cặp bánh răng 28/35 i6-7 = = jx ị X67 = - 0,96 Từ trục (VII-VIII) qua cặp bánh răng 18/35 i7-8 = = jx ị X78 = - 2,6 Từ trục (VIII-IX) qua cặp bánh răng 33/37 i8-9 = = jx ị X89 = - 0,5 Từ trục (IX-X) qua cặp bánh răng 18/16 i9-10 = = jx ị X9-10 = 0,5 Từ trục (X-XI) qua cặp bánh răng 18/18 i10-11 = = jx ị X10-11 = 0 Đường chạy dao nhanh: Từ trục I - II: i1 = = jx ị X1 = - 2,3 Từ trục I - V: i2 = = jx ị X2 = 0,75 Từ trục V - VI: i3 = = jx ị X3 = - 0,65 Từ trục VI - VII: i4 = = jx ị X4 = - 0,97 Từ trục VII - VIII: i5 = = jx ị X5 = - 2,6 Từ trục VIII - IX: i6 = = jx ị X6 = - 0,5 Từ trục IX - X: i7 = = jx ị X7 = 0,5 Từ trục X - XI: i8 = = jx ị X8 = 0 - Phương án thứ tự: Từ số liệu tính toán và qua phân tích hộp chạy dao: PAKG: 3 x 3 x 2 PATT: II I III [X]: [3] [1] [9] ị Đồ thị vòng quay của hộp chạy dao: Chương II: Thiết kế máy mới. 2.1. Thiết kế truyền dẫn hộp tốc độ: Số liệu ban đầu: nmin= 35,5 (vòng/phút); Z = 18. nđc =1440 (vòng/phút); Nđc= 7 (Kw). đ Công bội : j = Chuỗi số vòng quay: ni = ni-1. j ị theo bảng chuỗi số vòng quay tiêu chuẩn ta có : 35,5 – 45 – 56 – 71 – 90 – 112 – 141 – 180 – 224 – 280 – 355 – 450 – 560 – 710 – 900 – 1120 – 1410 – 1800 . 2.1.2. Chọn phương án không gian: (PAKG) Số nhóm truyền tối thiểu: imin = = ị m = 1,6 . lg = 1,6 . lg = 2,67. đ Phải có ít nhất 3 nhóm truyền ị Có các PAKG sau: Zn = 18 = 3 x 3 x 2 = 3 x 2 x 3 = 2 x 3 x 3 Bảng so sánh các PAKG: PAKG Yếu tố so sánh Công thức 3 x 3 x2 3 x 2 x 3 2 x 3 x 3 Tổng số bánh răng Sr = 2ồPi 16 16 16 Chiều dài trục Lmin = ồb+Sf 18b+17f 18b+17f 18b+17f Số bánh răng chịu Mx 2 3 3 Qua bảng trên ta thấy PAKG 3 x 3 x 2 có số bánh răng chịu moment xoắn là ít nhất do đó ta chọn PAKG này cho máy mới. 2.1.3. Sơ đồ động của PAKG: 2.1.4. Chọn phương án thứ tự: (PATT) Số PATT tính theo công thức: q = m! đ PAKG 3 x 3 x 2 ị q = 1 . 2 . 3 = 6 . Lượng mở phải nằm trong giới hạn cho phép : X = jX = jX(P-1) Ê 8. Trong đó: X- Lượng mở giữa 2 tia lân cận. P- Số tỷ số truyền trong nhóm. Xmax- Lượng mở giữa 2 tia ngoài cùng của 1 nhóm truyền. Bảng so sánh các PATT PAKG 3 x 3 x 2 3 x 3 x 2 3 x 3 x 2 3 x 3 x 2 3 x 3 x 2 3 x 3 x 2 PATT I-II-III II-I-III III-I-II III-II-I II-III-I I-III-II [X] [1] [3] [9] [3] [1] [9] [6] [1] [3] [6] [2] [1] [2] [6] [1] [1] [6] [3] Xmax 9 9 12 12 12 12 jX 8 8 16 16 16 16 Kết quả Đạt Đạt Không Không Không Không Qua bảng so sánh các PATT trên ta thấy có 2 phương án thoả mãn điều kiện: Qua 2 lưới kết cấu của 2 PATT ta thấy PATT (I-II-III) có hình giẻ quạt đ lượng mở tỷ số truyền của các nhóm thay đổi từ từ, đều đặn. PATT này sẽ làm kích thước của hộp giảm tốc nhỏ gọn, bố trí các cơ cấu truyền động trong hộp chặt chẽ nhất ị ta sẽ chọn PATT (I-II-III) cho máy mới. Để biểu diễn được tỷ số truyền cụ thể, các trị số vòng quay cụ thể của các trục và đánh giá toàn diện chất lượng của phương án, ta vẽ đồ thị của vòng quay. 2.1.5 Đồ thị vòng quay: Ta có: nmin = n1 = 35,5 (Vòng/phút). nmax = n18 = 1800 (Vòng/phút). no min = mà imax = 2 ị no min = = 225 (V/ph). no max = mà imin = ị no max = = 2272 (V/ph). Chọn no theo giới hạn 225 Ê no Ê 2272 đ lấy no giá trị lớn để bánh răng đầu vào của hộp chịu moment xoắn bé, kích thước hộp nhỏ gọn. Vậy ta chọn no trùng với 1 tốc độ nào đó của trục cuối cùng chọn no = 900 (V/ph). io = = = 0,62. Chọn Zo = 28 răng ị Zo' = = 54 răng. Vẽ đồ thị vòng quay: ta chọn tỷ số truyền trước, sau đó tính các tỷ số truyền gần bằng 1 để chi tiết máy làm việc đồng đều, tốc độ trục trung gian gần với tốc độ trục chính và tỷ số truyền nằm trong giới hạn cho phép: i/4 Ê i Ê 2. Xét các nhóm truyền: Nhóm truyền I: Nhóm cơ sở Lượng mở [X] = 1 Ta có: i1 : i2 : i3 = 1 : j : j2 Chọn i3 = j -2 ị i2 = j -3 i1 = j -4 Nhóm truyền II: Nhóm khuếch đại thứ nhất Lượng mở [X] = 3 Ta có: i4 : i5 : i6 = 1 : j3 : j6 Chọn i4 = j -4 ị i5 = j -1 i6 = j 2 Nhóm truyền III: Nhóm khuếch đại thứ hai Lượng mở [X] = 9 Ta có: i7 : i8 = 1 : j9 Chọn i7 = j -6 ị i8 = j3 Kiểm tra điều kiện: imin = = ằ imax = j3 = 1,263 = 2 Thoả mãn: Ê i Ê 2 i > 1 đ Tia nghiêng sang phải (tăng tốc). i < 1 đ Tia nghiêng sang trái (giảm tốc). ị Từ kết quả trên ta vẽ đồ thị vòng quay của máy: 2.1.6. Tính số răng bánh răng: Xét nhóm truyền I: i1 = = = = ị f1 + g1 = 2 + 5 = 7 i2 = = = = ị f2 + g2 = 2 + 1 = 3 i3 = = = = = ị f3 + g3 = 8 + 13 = 21 ị Bội số chung nhỏ nhất của nhóm: K=21 Tia nghiêng sang trái (tia giảm tốc nhiều nhất), áp dụng công thức: Emin = ị E = = = 2,83 Chọn E = 3 đ Tổng số bánh răng: ồZ = E . K = 3 . 21 = 63 ị Tổng số bánh răng trong nhóm I là: Z1 = . E . K = . 63 = 18 ị Z1' = 63 - 18= 45 Z2 = . E . K = . 63 = 21 ị Z2' = 63 - 21 = 42 Z3 = . E . K = . 63 = 24 ị Z3' = 63 - 24 = 39. Chọn Z3= 25 bằng cách dịch chỉnh bánh răng. Kiểm tra điều kiện tỷ số truyền: i1 = = = 0,4 i2 = = = 0,5 i3 = = = 0,64 Xét nhóm truyền II: i4 = = = = = . ị f4 + g4 = 18 + 46 = 64. i5 = = = = . ị f5 + g5 = 28 + 36 = 64. i6 = j2 = 1,262 = 1,59 = = . ị f6 + g6 = 39 + 25 =64. ị Bội số chung nhỏ nhất của nhóm: K = 64 áp dụng công thức: Emin = = = = 0,944 Chọn E = 1 ị Tổng số răng nhóm II: ồZ = E . K = 1 . 64 = 64 răng. ị Số răng các bánh răng trong nhóm: Z4 = . ồZ = . 64 = 18 ị Z4' = 64 - 18 = 46 Z5 = . ồZ = . 64 = 28 ị Z5' = 64 - 28 = 36 Z6 = . ồZ = . 64 = 39 ị Z6' = 64 - 39 = 25 Kiểm tra điều kiện: i4 = = = 0,5 i5 = = = 0,777 thoả mãn Ê i Ê 2 i6 = = = 1,56 Xét nhóm truyền III: i7 = = = = ị f7 + g7 = 1 + 4 = 5 i8 = j3 = 1,263 = 2 = ị f8 + g8 = 2 + 1 = 3 ị Bội số chung nhỏ nhất của nhóm: K = 15 áp dụng công thức: Emin = = = = 5,7 Chọn E = 6 ị Tổng số răng của bánh răng: ồZ = 15 . 6 = 90 răng. ị Số răng bánh răng: Z7 = . ồZ = . 90 = 18 ị Z7' = 90 - 18 = 72 Z8 = . ồZ = . 90 = 60 ị Z7' = 90 - 60 = 30 Kiểm tra điều kiện: i7 = = = thoả mãn Ê i Ê 2 i8 = = = 2 thoả mãn Ê i Ê 2 Kiểm nghiệm sai số: Sai số Dn (%) so với số vòng quay chuẩn được tính theo công thức: Dn (%) = . 100% Ê [Dn] = 2,6 nt: Số vòng quay thực. nt = nđc . . . . . Thay vào ta lập được bảng số vòng quay của trục chính và sai số của nó so với số vòng quay chuẩn: n Phương trình xích động nt ntc Dn (%) [Dn(%)] n1 865.18/45.18/46.18/72 35,22 35.5 -0,79 2,6 n2 ----------21/42--------------------- 44,02 45 -2,18 " n3 ----------25/39--------------------- 56,44 56 0,78 " n4 --------18/45.28/36------------- 70 71 -1,4 " n5 -------21/42.-------------------- 87,8 90 -2,44 " n6 ------.25/39--------------------- 112,8 112 0,16 " n7 -------18/45.39/25------------- 140,4 141 -0,43 " n8 --------21/42--------------------- 175,5 180 -2,5 " n9 -------25/39---------------------- 225 224 0,45 " n10 --------18/45.18/46.60/30 281,74 280 0,62 " n11 --------21/42---------------------- 352,17 355 -0,8 " n12 --------25/39---------------------- 451,5 450 0,35 " n13 --------18/45.28/36-------------- 560 560 0 " n14 ------21/42---------------------- 700 710 -1,41 " n15 -------25/39---------------------- 897,44 900 -0,28 " n16 --------18/45.39/25-------------- 1123,2 1120 0,29 " n17 ---------21/42---------------------- 1404 1410 -0,43 " n18 --------25/39---------------------- 1800 1800 0 " Đồ thị biểu diễn sai số: 2.2. Thiết kế truyền dẫn hộp chạy dao: Số liệu cho trước: Sdọc min = Sngang min =Sđứng min = 22,4 (mm/phút). Snhanh= 2268(mm/phút). j = 1,26; nđc= 1440(vòng/phút). Z = 18. 2.2.1. Chuỗi số vòng quay : Ta chuyển lượng chạy dao thành số vòng quay của cơ cấu chấp hành để bài toán thiết kế giống với thiết kế hộp tốc độ. Cơ cấu chuyển lượng chạy dao là trục vít và đai ốc để có khả năng tự hãm và kết cấu nhỏ gọn. Số vòng quay thấp nhất ứng với lượng chạy dao nhỏ nhất là: nmin = = = 3,73 (V/ph). (Sử dụng vít có bước ren: tv = 6 mm). áp dụng công thức: ni = nmin. jz-1. đ Bảng chuỗi số vòng quay của hộp chạy dao: Si Smin . jz-1 Si Smin . jz-1 1 22,4 10 180 2 28 11 224 3 35,5 12 280 4 45 13 355 5 56 14 450 6 71 15 560 7 90 16 710 8 112 17 900 9 141 18 1120 2.2.2. Chọn phương án không gian: (PAKG) Với Z = 18, tính tương tự như hộp tốc độ ta cũng chọn được PAKG 3 x 3 x 2 để có số bánh răng chịu mô men xoắn Mx trên trục chính là nhỏ nhất. 2.2.3. Chọn phương án thứ tự: (PATT) Tương tự như hộp tốc độ đ qua bảng phân tích ta chọn được 2 PATT: PAKG 3 x 3 x 2 3 x 3 x 2 PATT I - II - III II - I - III [X] [1] [3] [9] [3] [1] [9] ị Lưới kết cấu của 2 PATT trên: -Do máy phay có dùng cơ cấu phản hồi để mở rộng khả năng điều chỉnh tốc độ đ ta chọn PATT là II-I-III để hộp chạy dao vẫn giữ được kích thước nhỏ gọn. -Hộp chạy dao thường dùng các bánh răng có cùng module nên việc giảm số vòng quay trung gian không làm cho bộ truyền tăng kích thước. 2.2.5. Đồ thị vòng quay: Ta có: no min Ê no Ê no max no min = = = 8,64 (V/ph). no max = = = 466,25(V/ph). Tỷ số truyền thoả mãn điều kiện: Ê i Ê 2,8 Chọn no = 270 V/ph đ Các tỷ số truyền cố định: icđ1. icđ2 = ≈ . Chọn các tỷ số truyền cho hộp chạy dao. Nhóm truyền I: Lượng mở [X] = 3 Ta có: i1 : i2 : i3 = 1 : j3 : j9 Chọn i1 = ị i2 = 1 i3 = j3 i1 = = = = ị f1 + g1 = 1 + 2 = 3 i2 = 1 = = ị f2 + g2 = 1 + 1 = 2 i3 = j3 = 1,263 = = ị f3 + g3 = 2 + 1 = 3 ị Bội số chung nhỏ nhất của nhóm: K = 6 áp dụng công thức: Emin = ị E = = = 8,5 Chọn E = 9 đ Tổng số bánh răng: ồZ = E . K = 9 . 6 = 54 ị Số răng của các bánh răng: Z1 = .ồZ = . 54 = 18 ị Z1' = 54 - 18 = 36 Z2 = .ồZ = . 54 = 27 ị Z2' = 54 - 27 = 27 Z3 = .ồZ = . 54 = 36 ị Z3' = 54 - 36 = 18 Xét nhóm truyền II: Lượng mở [X] = 1 Ta có: i4 : i5 : i6 = j1: j2 : j3 Chọn i4 = ị i5 = ; i6 = i4 = = = = ị f4 + g4 = 1 + 2 = 3 i5 = = = = = ị f5 + g5 = 7 + 11= 18 i6 = = = = = ị f6 + g6 = 4 + 5= 9 ị Bội số chung nhỏ nhất của nhóm: K = 18 áp dụng công thức: Emin = ị E = = = 2,83 Chọn E =3 đ Tổng số bánh răng: ồZ = E . K = 3 . 18 = 54 ị Số răng của các bánh răng: Z4 = .ồZ = . 54 = 18 ị Z4' = 54 - 18 =36 Z5 = .ồZ = . 54 = 21 ị Z5' = 54- 21 = 33 Z6 = .ồZ = . 54 = 24 ị Z6' = 54 - 24 =30 Xét nhóm truyền III: Nhóm phản hồi Lượng mở [X] = 9. Do dùng cơ cấu phản hồi nên tổng số răng nhóm 3 bằng tổng số răng nhóm 2. ồZ3= 54. Ta có: i7 = = = = Z7 / Z7' ; Z7 + Z7'= 54 ị Z7 =11 ; Z7' =43 Chọn i8 = = = Z8 / Z8' ;Z8 + Z8'= 54 Z8=18 ; Z8' =36 Tính các bánh răng còn lại: Chọn theo máy chuẩn: iV-VI = j0 = 1 = iVI-VII = = = iVII-VIII = = = iVIII-IX = = = iIX-X = j0,5 = 1,260,5 = iX-XI = j0 = 1 = Đường chạy dao nhanh: nnhanh = = 378 (V/ph) Phương trình xích động: nnhanh = nđc . . . . . . . . = 378. ị Zx' = ≈ 30 răng. iV-VI = = 1,264 = ị Zx = 75 Vậy ta có 2 cặp bánh răng 40/75 và 75/30 là 2 cặp bánh răng dùng chung Đại lượng không đổi: Uo = 1440. . . . . . . .6= 708,03 Bảng số vòng quay của hộp chạy dao n Phương trình xích động Sz Stc DS % [DS] 1 uo .18/36.18/36.12/43.17/37 22,64 22,4 -1,07 2,6 2 ------21/33-------------------------------- 28,71 28 -2,54 " 3 -------24/30--------------------------------- 36,22 35,5 -2,03 " 4 -------36/18.18/36------------------------- 45,28 45 -0,62 " 5 ------------21/33---------------------- 57,33 56 -2,38 " 6 -----------24/30--------------------- 72,45 71 -1,97 " 7 ---------36/18.18/36-------------------------- 90,56 90 -0,62 " 8 ---------------21/33-------------------------- 114,26 112 -2,02 " 9 ----------------24/30-------------------------- 144,23 141 -2,29 " 10 uo .18/36.18/36 177 180 1,67 " 11 -----------21/33 225,28 224 -0,57 " 12 -----------24/30 283,21 280 -1,15 " 13 ---------27/27.18/36 354,64 355 0,1 " 14 -----------------21/33 450,56 450 -0,12 " 15 --------------24/30 566,42 560 -1,15 " 16 ---------36/18.18/36 708,03 710 0,28 " 17 -------------21/33 901,13 900 -0,13 " 18 -------------24/30 1132,85 1120 -1,15 " Đồ thị vòng quay của hộp chạy dao : Chương III: Tính toán sức bền và chi tiết máy I- Mục đích : - Xác định chế độ làm việc của máy - Phân tích và tính ngoại lực lên cơ cấu chấp hành - Tính và chọn công xuất động cơ: II- Xác định chế độ làm việc giới hạn của máy: Một máy mới khi thiết kế xong cần qui định rõ chế độ làm việc của máy. 1- Chế độ cắt thử mạnh : * Dao thép gió P18: D = 90 mm; z = 8 * Chế độ gia công: n = 118 v/ph; B = 100 mm; S =47,5mm/ph; v = 13,5m/ph; t =12mm; Vật liệu Chi tiết: Gang HB = 180 2- Chế độ cắt nhanh: * Dao thép HK T15K6: D = 100 mm; Z = 4 * Chế độ gia công: n = 750 v/ ph; B = 50 mm; N =8,5kw; S = 750 mm/ ph; v = 235 m/ ph; t = 3 mm; Vật liệu Chi tiết: Gang HB =195 Dùng đầu dao Phay. 3-Thử ly hợp an toàn : * Dao thép gió P18: D = 110 mm; Z = 8; * Chế độ gia công: n = 47,5v/ ph; B = 100 mm; S = 118 mm/ ph; t = 10 mm; Mx = 20000; Vật liệu Chi tiết: Thép 45 HB= 195; Chạy dao nhanh: 870 vg/ ph Kiểm tra trượt: n = 20 v/ph 4-Xác định lực cắt : Lực cắt khi phay thuận nhỏ hơn khi phay nghịch. - Chế độ cắt nhanh - Chế độ cắt mạnh áp dụng công thức * Ta có chế độ cắt mạnh Các lực khác Pz1 = (0,5 : 0,6).P01 = (0,5 : 0,6).41525,6 = 20762,28 : 24915,36 N Chọn Pz1 =22839 N PS1 = 1,1.P01 = 1,1. 41525,6 = 45678,16 N P = ± 0,2 .P01 = ±0,2.41525,6 = ± 8305,12 N Px1 = 0,3.P01 tgb = 0,3.41525,6.tg200 = 4532 N * Ta có chế độ cắt nhanh Pz2 = (0,5 : 0,6).P02 = (0,5 : 0,6).2464 = (1232 : 1478) N Chọn Pz2 = 1387 N PS1 = 1,1 .P01 = 1,1 .2464= 2710 N Py2 = ±0,2 .P01 = ± 0,2 .2464 = ± 493 N Px2 = 0,3.P01 tgb = 0,3. 2464 .tg200 = 269 N 5.tính công Suất động cơ : Tính công suất của động cơ trục chính: Nđc =Nc +N0 +Np . Trong đó: N0 : công suất chạy không . Nc : công suất cắt . Np : công suất tổn thất. Hoặc Nđc = Nc/ h ; + Theo chế độ cắt mạnh: Thường Nc = 70% - 85% Nđc cho nên có thể tính gần đúng công suất động cơ điện theo công suất cắt , h=0,7 – 0,85 với các máy có chuyển động chính quay tròn nên chọn h=0,8. Nđc = Nc/ h =5,14 / 0,8 = 6,43 KW. + Theo chế độ cắt nhanh: Nđc = Nc/ h =5,43/ 0,8 =6,79 KW. Chọn động cơ DK52-4 có công suất : N= 7 KW ; n=1440 v/ph 6-Tính công Suất động cơ chạy dao : Dùng chế độ cắt thử để tính toán a - Chế độ cắt thử mạnh: * Dao thép gió P18: D = 90 mm; z = 8; * Chế độ gia công: n = 118 v/ph; B = 100 mm; S =47,5mm/ph; v = 13,5m/ph; t =12mm; Vật liệu Chi tiết: Gang có HB = 180 N = 6,3 KW Lượng chạy dao trên 1 răng Sz = 0,31 mm/ răng G :Khối lượng bàn dao. G = 350 KG = 3500 N F = (Pz + 2 Py + G) .f = (22839 + 2. 8301 + 3500). 0,2 = 8588,2 N. Q = k. Px + F = 1,4. 4532 + 8588,2 = 14933 N. Tốc độ chạy dao (chế độ cắt khi gia công cơ). Tra bảng: c = 27; q = 0,7; ku = 1; Km =1,1; Kj = 1,1; tm = 60; x = 0,5 ; y = 0,6; n = 0,3; Z = 0,3. Công xuất động cơ chạy dao Vậy chọn động cơ điện có công suất N = 1,7 KW ; n=1440 v/ ph b - Chế độ cắt thử ly hợp an toàn : * Dao P18: D = 110mm; Z = 8 Gia công thép 45: HB = 195. * Chế độ cắt: B = 100 mm; t = 10 mm; S = 118mm/ph; n = 47,5 vg/ ph. Sz = 0,31 mm/ răng. Tính toán ở chế độ phay nghịch P0 lực cắt phát sinh khi cắt lớn nhất được tính bằng lý thuyết nguyên lý cắt gọt kim loại . Tra bảng II-1 (TK MCKL) C = 682; y = 0,72; k = 0,86 Các lực thành phần : Px = 0,3 .P0 .tgb = 0,3 .29858 .tg200 = 3260 N Py = 0,2 .P0 = 0,2 .29858 = 5972N Pz = 0,6 .P0 = 0,6 .29858 =17915 N G = 350 KG = 3500 N. F = ( Pz + 2 .Py + G ) .f =( 17915 + 2.5972 +3500) .0,2=6672 N Q = K .Px + F = 1,4 .3260 + 6672 = 11236 N Tốc độ chạy dao ( theo chế độ cắt khi gia công cơ ) Tra bảng: c = 35,4; q = 0,45; ku = 1; Km = 0,9; Kj = 1,1 x = 0,3; y = 0,4; n = 0,1; Z = 0,1; Tm = 120 Công xuất động cơ chạy dao Qua 2 chế độ cắt thử mạnh và cắt thử ly hợp an toàn ta chọn được công suất động cơ chạy dao theo tiêu chuẩn là Nđc = 1,7 Kw. III.Tính toán nối trục đàn hồi : Chọn khớp nối đàn hồi Tt = k.T. T: mô men xoắn danh nghĩa T=74 Nm K: hệ số chế độ làm việc chọn k =1,5. Tt = 1,5. 74= 111 Nm. Tra bảng 16-10a (TK HDĐCK) với [T] =125: d =25 ;D=125 ; dm = 50 ; L=145 ;l= 60 ; d1 =45 ; D0 =90 ; Z=4 ; nmax =4600; B= 5 ; B1 = 42 ; l1 =30 ; D3 =28 ; l2 =32 Kiểm tra nối trục đàn hồi : d =[d ] với l3 =28 ; dc =14 d ===1,573[d ]=2 : 4 Mpa Điều kiện bền của chốt : u = [u ]. với : l0 = l1 + = 46 (mm). u = [u ] = 60 : 80 Mpa IV . Tính toán Sơ bộ trục : 1. Số vòng quay tính toán trên các trục: no = nđc. uo → uo = = = 0,625. Trên trục I : nI= 900 (v/ph). Trên trục II : nmin = no. u1= 900. = 360(v/ph). nmax= no. u3= 900. ≈ 553,85(v/ph). nII= nmin. = 360. ≈ 400,94(v/ph). Trên trục III : nmin= no. u1. u4= 900. . = 144(v/ph). nmax= no. u3. u6= 900. . = 937,5(v/ph). nIII= nmin. = 144. ≈ 230(v/ph). Trên trục IV : nmin= no. u1. u4. u7= 900. . . = 36(v/ph). nmax= no. u3. u6. u8= 900. . . = 1875(v/ph). nIV= nmin. = 36. ≈ 96,71(v/ph). 2. Moment xoắn trên các trục : Moment xoắn trên trục động cơ : Mx dc= 9,55. 106. = 9,55. 106. = 46424 (Nmm). Moment xoắn trên các trục : Trục I: Mx I= 9,55.106. . NI= Nđc. ηbr . ηOL Trong đó: ηOL= 0,99 _ hiệu suất 1 cặp ổ lăn. ηbr = 0,97 _ hiệu suất bánh răng trụ. NI= 7. 0,99. 0,97 = 6,72 (Kw). Vậy moment xoắn trên trục I : Mx I= 9,55. 106. = 71307(Nmm). Trục II: NII= Nđc. ηbr . ηOL = 6,72. 0,99. 0,97 = 6,45 (Kw). Mx II= 9,55.106. = 9,55. 106. = 153633(Nmm). Trục III: NIII= Nđc. ηbr . ηOL = 6,45. 0,99. 0,97 = 6,19 (Kw). Mx III= 9,55.106. = 9,55. 106. = 257020(Nmm). Trục IV : NIV= 6,19. 0,99. 0,97 = 5,94 (Kw). Mx IV = 9,55. 106. = 9,55. 106. = 589568 (Nmm). 3. Đường kính sơ bộ các trục : d ≥ MX : moment xoắn (Nmm). [ι] ; ứng suất xoắn cho phép (MPa). Vật liệu trục : Thép 45, thép CT5 , 40X → [ι] = 12 : 20 MPa. Chọn : [ι] = 20 (MPa). Trục I : dI ≥ = ≈ 26,12(mm). Trục II : dII ≥ = ≈ 33,74(mm). Trục III : dIII ≥ = ≈ 40,05(mm). Trục IV : dIV ≥ = ≈ 52,73(mm). Chọn các đường kính theo Tiêu chuẩn : dI = 30 (mm); dII= 35 (mm); dIII= 45(mm); dIV= 55 (mm); V. Tính toán bánh răng : Tính module bánh răng theo độ bền tiếp xúc và độ bền uốn : (cm). (cm). Z=18; = - d: đường kính bánh răng =0,7 : 1,6 bánh răng đặt giữa các ổ trục và trục cứng vững Chọn = 1,4. Do tỉ số truyền nằm ở tia giảm tốc nên lấy = 4= u. N: công suất truyền của bánh răng. (Kw) n: số vòng quay nhỏ nhất của bánh răng(bánh nhỏ) trên trục (v/ph). []tx : ứng suất tiếp xúc cho phép. Chọn vật liệu bánh răng là thép Nitơ hoá : [] = (12- 13).104 (N/cm2). []u : ứng suất uốn cho phép. Chọn []u = 128000(N/cm2). K: hệ số tảI trọng Chọn K= Kđ. Ktt. KN. Kđ=1,2 – 1,4 : Hệ số tảI trọng động Chọn Kđ= 1,3. Ktt: hệ số tảI trọng tập trung US chọn Ktt= 1,2. KN = Hệ số chu kỳ tảI trọng Chọn KN= 1. K= 1,3. 1,2. 1= 1,56. y: Hệ số dạng răng . Với Z= 18 thì y = 0,242. = = 6 – 10 { b: chiều rộng vành răng} Chọn = 8. Động cơ: == 1,68 cm cm Chọn module m= 2,5 cho cặp bánh răng trên động cơ. Nhóm I: ==2,5 cm cm Chọn m= 3 cho tất cả bánh răng trong nhóm truyền . Nhóm II: ==2,56 cm cm Chọn m= 4 cho tất cả bánh răng trong nhóm truyền. Các thông số của bánh răng: Z7= 18 à Dc = m .z1 = 90 mm; De = Dc + 2.m = 100mm; B= . m . Cặp Bánh răng m B Dc De Số răng 1 Z 2,5 20 75 80 30 Z 2,5 20 120 125 48 2 Z 3 30 54 60 18 Z 3 24 135 141 45 3 Z 3 24 63 69 21 Z 3 24 126 132 42 4 Z 3 24 72 78 24 Z 3 24 117 123 39 5 Z 3 24 54 60 18 Z 3 24 138 144 46 6 Z 3 24 84 90 28 Z 3 24 108 114 36 7 Z 3 24 117 123 39 Z 3 24 75 81 25 8 Z 4 32 72 80 18 Z 4 32 288 296 72 9 Z 4 32 240 248 60 Z 4 32 120 128 30 V . Tính toán trục chính 1. Phân tích lực tác dụng lên dao phay P0 (lực vòng) lực tiếp tuyến là lực cắt chính . Để tạo phôi ta tính chủ yếu theo P0 Pz : Lực tác dụng hướng kính vuông góc với trục gá dao có xu hướng làm võng trục gá dao, tạo ra áp lực lên các ổ trục, chốt tạo nên các mô men ma sát phụ trên ổ R = P0 + Pz đồng thời R = Ps + Pd Ps thành phần nằm ngang, tuỷ theo phay thuận hay phay nghịch mà nó có tác dụng khử độ dơ của cơ cấu đối với vít me đai ốc. Tính toán cơ cấu chạy dao chủ yếu theo Ps Pd thành phần lực thẳng đứng khi phay thuận lực này có tác dụng đè chi tiết xuống PZ Lực hướng tâm vuông góc với trục dao phay Px Lực chiếu trục P0 Lực dọc răng P0 Pz R S PSS P0 Pz R Pd S ở chế độ cắt mạnh ta tính được P0= 41525,6 N PZ= 22839 Px= 4532 N P=8305,12 N PS= 45655,5N 2. Kết cấu trục chính của máy phay: Trục chính được chế tạo bằng thép 45 HRC = 40 á45 sb= 800 N/mm2 ; sc = 400 N/mm2 Trên trục chính có lắp bánh đà, 1 khối bánh răng 2 bậc tựa trên các ổ đỡ và 2 ổ bi đũa côn. Bánh đà và bánh răng lắp trên trục bằng mối ghép then, moment xoắn truyền từ trục chính sang trục dao nhờ các vấu và từ trục dao sang nhờ then, vị trí dao ở trên trục có thể thay đổi do ta dùng các ống đệm có kích thước chiều dài khác nhau để chèn dao. Để tăng độ cứng vững của dao khi lực cắt lớn người ta có thể làm đường kính trục dao lớn và chuôi côn đến tận vị trí lắp dao và hạ bậc nhỏ xuống. Trường hợp dao dài thì làm hai gối đỡ phụ ở trên dao để tăng độ cứng vững của dao hoặc làm giảm các chi tiết lắp trên trục chính càng ít càng tốt . Chọn loại ổ lăn: ổ đỡ côn đóng vai trò chủ yếu để đỡ trục chính. Dùng ổ côn có thể điều chỉnh rất chính xác khe hở làm giảm dao động của trục, điều chỉnh ổ côn bằng các vòng đệm mỏng và các đai ốc xiết chặt. Việc lắp ráp khá đơn giản. Ngoài ra nó cũng chịu được những lực hướng trục tương đối lớn(0,7 – 1,3 lực hướng tâm). Theo nguyên lý của sức bền vật liệu thì trục chính của dao có thể coi là dầm liên tục và các ổ đỡ coi như nối trục. 3. Tính theo sức bên vật liệu : Tính bền trục chính: Với các kích thước được chọn theo máy chuẩn 6H82 ta có sơ đồ lực như hình vẽ : L L L 2 1 3 (1) (2) (3) Lực vòng của bánh răng: Ft1 = = 4160,18 (N). Lực hướng tâm: Fr1= Ft1.tg200 = 4160,18. tg200 = 1351,27 (N). Lực vòng của dao : Ft2 =P0=41525,6 N Lực hướng tâm của dao: Fr2=(0,5 : 0,6). P0=24915,36 : 33220,48 chọn Fr2= 33220 (N). ._.