Thiết kế máy Cắt Kim Loại

ận khoa học thực tiễn sản xuất cho đội ngũ cán bộ khoa học kỹ thuật là không thể thiếu được. Là sinh viên trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, chúng em được trang bị kiến thức cơ bản nhất để thiết kế máy công cụ. Đồ án môn học “Thiết kế Máy Cắt Kim Loại” là bước đầu tạo cho sinh viên kỹ năng thiết kế Máy công cụ và ứng dụng những kiến thức được học vào việc thiết kế Máy công cụ. Bởi thế, đồ án môn học này thực sự hữu ích và quan trọng. Ngoài việc vận dụng những kiến thức đã được học, các tài liệu Hướng dẫn Thiết kế Máy cắt Kim loại. Em được sự hướng dẫn tận tình, chu đáo của các thầy trong bộ môn, đặc biệt thầy Nguyễn Phương đã hướng dẫn rất tận tình, chu đáo để em hoàn thành đồ án này đúng theo yêu cầu. Phần tính toán thiết kế máy gồm các nội dung sau: Phần I: Nghiên cứu máy tương tự – phân tích máy chuẩn Phần II: Thiết kế máy mới Phần III: Thiết kế hệ thống điều khiển Phần IV: Thiết kế động lực học toàn máy Với thời gian và trình độ còn hạn chế, nên bài làm không tránh những sai lầm và thiếu sót, em mong được sự quan tâm chỉ bảo tận tình của các thầy để em thực sự vững vàng khi ra trường nhận công tác. Em xin chân thành cảm ơn! Phần I: Phân tích máy tương tự Xét đặc tính kỹ thuật của máy 1A62 và một số máy tương tự Tính năng kỹ thuật 1A62 T620 1K62 Đường kính gia công lớn nhất 400 400 400 Đường kính gia công lớn nhất dưới bàn dao 210 220 220 Đường kính lớn nhất lỗ trục gá 36 36 45 Khoảng cách tâm 1000 710, 1000, 1400 710, 1000, 1400 Số cấp tốc độ trục chính 21 23 23 Số vòng quay trục chính 11,5á1200 12,5á2000 12,5á2000 Lượng chạy dao Dọc 0,082á1,59 0,07á4,46 0,07á4,46 Ngang 0,027á0,52 0,035á2,08 0,035á2,08 Cắt các loại ren Quốc tế 1á192 1á192 1á192 Anh 24á2 24á2 24á2 Mođun (0,5á48)p (0,5á48)p (0,5á48)p Pit 96á1 96á1 96á1 Chạy dao nhanh Dọc - 3,4 3,4 Ngang - 1,7 1,7 Công suất của động cơ chính (kW) 7 10 10 Công suất của động cơ chạy nhanh (kW) - 1 1 Kích thước Máy (mm) Rộng 1580 1166 1140 Cao 1210 1324 1350 Dài 2510/2650/3170 2522/2812/3212 2762/2950/3350 Trọng lượng máy 2045/2405/2370 2161/2293/2401 2277/2418/2505 Phân tích máy chuẩn 1A62 Sơ đồ động của máy 1A62 Từ máy 1A62 ta có sơ đồ động của máy (trang bên): Các xích truyền động Xích tốc độ Từ động cơ điện 7 kW qua bộ truyền đai vào hộp tốc độ đến trục chính. Tóm tắt đường truyền theo hình vẽ sau (các số ghi (1), (2), (3) trên sơ đồ là số cặp bánh răng ăn khớp): Phương trình tổng quát xích tốc độ: Từ phương trình trên ta thấy xích tốc độ gồm hai đường truyền: Đường truyền thuận cho trục chính VI: 1x2x3x1=6 tốc độ cao 1x2x3x2x2x1=24 tốc độ thấp Trên thực tế trong nhóm truyền: Có tỷ số truyền trùng nhau nên nhóm này chỉ còn 3 tỷ số truyền. ị Số tỷ số truyền còn lại trong đường truyền tốc độ thấp là: 1x2x3x3x1=18. Suy ra số cấp tốc độ Z=Zcao + Zthấp =6 + 18 =24. Lại thấy trong nhóm: Cả hai đường truyền tốc độ cao và tốc độ thấp đều có tỷ số truyền ị có ba tốc độ sẽ trùng nhau. Tức là số cấp tốc độ còn lại là: Z=24 - 3 = 21 cấp tốc độ. Lý do để làm trùng tỷ số truyền là để cắt ren khuếch đại. Đường truyền quay ngược trục chính: 1x1x3x1 = 3 tốc độ cao 1x1x3x2x2x1 =12 tốc độ thấp lý thuyết 1x1x3x3x1 = 9 tốc độ thấp thực tế Suy ra có Zng=3+9 = 12 cấp tốc độ ngược Tuy nhiên cũng tương tự như trên ở đây cũng có 3 tốc độ trùng nên cũng chỉ còn: Z = 12-3 =9 tốc độ ngược thực tế. Vậy trục chính máy tiện ren vít vạn năng 1A62 có 21 cấp tốc độ thuận và 9 cấp tốc độ ngược. Xích chạy dao cắt ren Máy 1A62 có khả năng cắt được 4 loại ren khác nhau ứng với 4 khả năng điều chỉnh: dùng 2 cặp bánh răng thay thế () và nhóm cơ sở dùng cơ cấu Norton chủ động hoặc bị động. Đường truyền động chung của 4 loại ren theo quy luật: Trục chính quay 1 vòng (1vòng tc) thì bàn xe dao mang dao phải tịnh tiến một lượng bằng bước ren cần cắt tc. Sơ đồ nguyên lý truyền dẫn cho xích cắt ren được mô tả bởi hình vẽ sau: Uđc: tỷ số truyền đảo chiều bàn máy để cắt ren phải hoặc ren trái. Utt: tỷ số truyền cho bánh răng thay thế Ucs: tỷ số truyền trong nhóm cơ sở. ở máy 1A62 dùng cơ cấu Norton cho 8 tỷ số truyền tương ứng với các số răng là: Z1= 26; Z2= 28; Z3=32; Z4=36; Z5=38; Z6=40; Z7=44; Z8=48. Ugb: tỷ số truyền của nhóm gấp bội. Nhóm gấp bội có 4 tỷ số truyền: tm: bước của trục vít me dọc tm =12. Xích cắt ren Quốc tế (còn gọi là ren hệ mét) dùng cặp bánh răng thay thế và cơ cấu Norton chủ động: Utt Ucs Trong đó Zi là một trong 8 bánh răng trong cơ cấu Norton tương ứng số bước ren cần cắt tci tương ứng. Từ đó đưa ra công thức điều chỉnh: tci=k1.Zi.Ugb. k1: tích số cho các số cố định trong phương trình trên; ta thấy tci tỷ lệ với Zi và Ugb. Xích cắt ren Modun: loại ren này dùng trong mối ghép động. Ký hiệu . Phương trình cắt ren Modun như cắt ren Quốc tế nhưng chỉ khác là dùng cặp bánh răng thay thế . Utt Ucs Tương tự suy ra công thức điều chỉnh: mi=k2.Zi.Ugb. k2: tích số cho các số cố định trong phương trình trên; ta thấy tci tỷ lệ với Zi và Ugb. Xích cắt ren Anh: loại ren này tương tự như ren Quốc tế. Ký hiệu K- số vòng ren trên một tấc Anh (một tấc Anh 1”=25,4mm). Đường truyền cắt ren Anh theo cơ cấu Norton bị động và dùng cặp bánh răng thay thế như ren Quốc tế . Utt Ucs Từ trên ta suy ra: . Ki tỷ lệ thuật với Zi và tỷ lệ ngịch với Ugb. Xích cắt ren Pit: loại ren này dùng như ren Modun. Ký hiệu: (Dpi ính theo đơn vị Anh, số modun trong một tấc Anh). Phương trình xích động như cắt ren Anh dùng cặp bánh răng thay thế . Phương trình xích động: Utt Ucs Từ trên ta suy ra: . Dpi tỷ lệ thuật với Zi và tỷ lệ ngịch với Ugb. Cắt ren khuếch đại: ren khuếch đại là ren có bước lớn, thường dùng cắt ren nhiều đầu mối, tiện rãnh dầu trong bạc... Ren khuếch đại sẽ khuêch đại được 4 loại ren tiêu chuẩn trên. Tỷ số truyền khuếch đại là 2, 8, 32 lần và với bộ đảo chièu có 2 tỷ số truyền sẽ cho ta thêm hai tỷ số truyền khuêch đại nữa là 4, 16 lần. Phương trình cắt ren khuếch đại có thể tóm tắt như sau: Cắt ren chính xác: Yêu cầu đường truyên ngắn nhất, đường truyền ngắn nhất là đến Utt các ly hợp M2, M3, M4 đóng trực tiếp chuyền chuyển động tới trục vít me XV. Cắt ren mặt đầu: là đường xoắn Acsimét như trong mâm cặp ba vấu. Nguyên tắc là phôi quay tròn và dao tiện tịnh tiến đều vào tâm. Tiện ren yêu cầu tỷ số truyền chính xác. ở đây bố trí thêm ở li hợp M4 có cặp bánh răng Z=28 ăn khớp với bánh răng Z=56 lắp trên trục XVI và từ đó qua bàn xe dao đến trục vít me ngang có bước t=5. Tiện trơn Đường truyền như tiện ren nhưng đến ly hợp M4 ở giữa hai vị trí bánh răng Z=28 ăn khớp với bánh răng có Z=56 truyền qua ky hợp vào trục trơn tới trục vít bánh vít (4/30). Từ trục này truyền về hai ngả về phía trái để tiện dọc về phải và phía trái đến vít me ngang. Tiện trơn dọc: từ trục bánh vít Z=30 qua cặp bánh răng 24/50 qua cặp bánh răng 23/69, tới bánh răng Z=12, m=3, truyền cho bàn xe dao chuyển động về phía mâm cặp, muốn đảo chiều ngược lại thì gạt bánh răng di trượt trên trục vít cho ăn khớp với bánh trung gian Z=33, đường truyền ngược lại qua bánh răng thanh răng bàn dao chạy dọc. Tiện trơn ngang: giống như tiện trơn dọc nhưng tới trục bánh vít thì nó đi qua ngả bên phải để đến bàn dao ngang vít me t=5mm. Một số cơ cấu đặc biệt của máy + Cơ cấu an toàn của máy 1A62: dùng cơ cấu trục vít rơi. Truyền động từ trục trơn tới ly hợp trục vít lồng không, bánh vít đến bàn xe dao, khi quá tải bánh vít bị giữ lại, ly hợp trượt ép lò xo đẩy thanh chống sang phải trục vít rơi xuống. Muốn tiếp tục làm việc thì phải nâng trục vít về vị trí ăn khớp được. + Đai ốc hai nửa: quay tay quay, đĩa quay. Trên mặt đầu đĩa có rãnh cong hướng tâm dẫn hướng cho hai chôt dịch chuyển, các chốt này gắn cứng với hai nửa đai ốc. Hai nửa đai ốc này cùng tiến hoặc cùng lùi ra theo đường thẳng đứng. Phương án không gian và phương án thứ tự của máy Tính công bội j theo công thức j = Ta có j = Chọn theo tiêu chuẩn: j = 1,26. Từ sơ đồ động của máy ta thấy rằng: xích tốc độ chia ra thành hai đường truyền đường truyền tốc độ thấp và đường truyền tốc độ cao. Phương án không gian của máy: Z1=2x3x2x2=24 Z2=2x3x1 =6 ị Z=Z1+Z2 =24 + 6 = 30. Phương án thứ tự của Z1: Z1=2[1]x3[2]x2[6]x2[12] trong đó nhóm truyền 2[1] có lượng mở jmax =j12 =1,2612=16>8. Cho nên người ta khắc phục bằng cách thu hẹp lượng mở xuống còn 2[6]. Khi đó Z1=2[1]x3[2]x2[6]x2[6] và số tốc độ bị trùng do thu hẹp lượng mở là: Zt =12 - 6 = 6. Để bù lại số cấp tốc độ bị trùng người ta tách thành hai đường truyền. Số cấp tốc độ của cả hai đường truyền là 24. nhưng trong thực tế do phân bố các tỷ số truyền ở hai đường truyền đã tạo ra ba cặp tốc độ trùng nhau nên số cấp tốc thực tế chỉ còn: Z=24-3 =21(cấp tốc độ). Đồ thị vòng quay Từ sơ đồ động ta biết được số răng và modun của từng cặp bánh răng, từ đó ta có thể thiết lập lại lưới đồ thị vòng quay thực tế của hộp tốc độ. Ta có: nmin =11,5 (v/ph) nmax =1200 (v/ph) Z = 21. Tính trị số j Tính công bội j theo công thức: Ta có j = =1,2616 Chọn theo tiêu chuẩn: j =1,26. Tính trị số vòng quay cuả trục đầu tiên của hộp tốc độ + Trên trục I: nI = nđcxiđ=1440 x =720 (vg/ph) + Trên trục VI: Căn cứ vào nmin và j ta có 21 tốc độ: 11,5-14,5-19-25-30-37,5-46-58-76-69-120-150-184-230-305-370-460-610-765-960-1200. + Xác định vị trí đặt n0 trên đồ thị vòng quay : n0 = nI = 720 ằ 765 =n19 Xác định độ xiên của các nhóm truyền Xác định độ xiên của các nhóm truyền theo công thức: Nhóm truyền thứ nhất có hai tỷ số truyền: i1= =1,26x ị x=1,16 ằ 1 ịTia i1 lệch sang phải 1 khoảng logj: Lượng mở giữa hai tia [x]: jx= i2/i1=j2/j =j = jx ị [x] = 1 Nhóm truyền thứ hai có 3 tỷ số truyền: i3= ; i4=; i5= Tương tự như cách làm nhóm truyền 1 ta có : x3= -4,13 ằ -4 ị Tia i3 lệch sang trái 4 khoảng logj x4= -1,96 ằ -2 ị Tia i4 lệch sang trái 2 khoảng logj x5 = 0 ị Tia i5 thẳng đứng Lượng mở [x] = [2] ứng với nhóm truyền khuếch đại: Nhóm truyền thứ ba và thứ tư có 2 tỷ số truyền i6= i8= ; i7= i9= x6= x8= -6 ị Tia i6 và i8 lệch sang trái 6 khoảng logj x7 = x9 = 0ị Tia i7 và i9 thẳng đứng Nhóm truyền gián tiếp (từ trục V tới trục VI) có1 tỷ số truyền i10= x10= -3 ị Tia i10 lệch sang trái 3 khoảng logj Nhóm truyền trực tiếp có 1 tỷ số truyền i11= x11= 0 ị Tia i11 thẳng đứng Vẽ đồ thị vòng quay Kết luận Công thức động học của máy 1A62 Phương án không gian chạy chậm 2x3x2x2x1= Z1 Phương án không gian chạy nhanh 2x3x1= Z2 Số tốc độ đủ: Z = Z1+ Z2 = 24 + 6 =30 Phương án thứ tự của Z1=24=: 2[1]x3[2]x2[6]x2[12] Trong đó nhóm truyền 2[12] có j12=1,2612=16>8 không thoả mãn điều kiện 8 ³ jmax Nên phải tạo ra hiện tượng trùng tốc độ như sau: Z1thu hẹp = 2[1]x3[2]x2[6]x2[6] Số tốc độ trùng Zt = 12 - 6 = 6 được bù lại bằng đường truyền thứ hai có phương án không gian: 2x3 Phương án thứ tự: 2[1]x3[2]x1[0]. Phần II: Thiết kế máy mới Tính toán thiết kế động học hộp tốc độ Bước 1: Tính thông số thứ tư và dãy số lý thuyết Ta có : Theo tiêu chuẩn chọn: j = 1,26. Với j = 1,26 ta có dãy số lý thuyết: n1 = nmin = 11,5 (v/ph) n2 = n1.j1 = 11,5.1,261 = 14,49 ằ 14,5(v/ph) n3 = n1.j2 = 11,5.1,262 = 18,26 ằ 18,5(v/ph) n4 = n1.j3 = 11,5.1,263 = 23,00 ằ 23(v/ph) n5 = n1.j4 = 11,5.1,264 = 28,99 ằ 30(v/ph) n6 = n1.j5 = 11,5.1,265 = 36,52 ằ 37(v/ph) n7 = n1.j6 = 11,5.1,266 = 46,02 ằ 46(v/ph) n8 = n1.j7 = 11,5.1,267 = 57,98 ằ 58(v/ph) n9 = n1.j8 = 11,5.1,268 = 73,06 ằ 73(v/ph) n10 = n1.j9 = 11,5.1,269 = 92,05 ằ 92(v/ph) n11 = n1.j10 = 11,5.1,2610 = 115,99 ằ 120(v/ph) n12 = n1.j11 = 11,5.1,2611 = 146,14 ằ 150(v/ph) n13 = n1.j12 = 11,5.1,2612 = 184,14 ằ 180(v/ph) n14 = n1.j13 = 11,5.1,2613 = 232,01 ằ 230(v/ph) n15 = n1.j14 = 11,5.1,2614 = 292,34 ằ 300(v/ph) n16 = n1.j15 = 11,5.1,2615 = 368,35 ằ 365(v/ph) n17 = n1.j16 = 11,5.1,2616 = 464,12 ằ 460(v/ph) n18 = n1.j17 = 11,5.1,2617 = 585,79 ằ 600(v/ph) n19 = n1.j18 = 11,5.1,2618 = 736,83 ằ 750(v/ph) n20 = n1.j19 = 11,5.1,2619 = 928,41 ằ 950(v/ph) n21 = n1.j20 = 11,5.1,2620 = 1169,79 ằ 1200(v/ph) Bước 2: Phân tích phương án không gian Dựa vào công thức z= p1. p2. p3. ....pj Trong đó: pj là tỷ số truyền trong một nhóm Ta có thể chọn các phương án không gian như sau: Ta có: Z=21 =21x3 =7x3 Ta thấy nếu chọn các phương án trên thì trên một trục quá nhiều bánh răng di trượt, chiều dài trục lớn, nên độ cứng vững của trục kém. Mặt khác các Z=21 là số tối giản nên khi phân tích thành các thừa số nguyên tố sẽ có quá ít nhóm truyền khó cho việc phân phối tỷ số truyền. Nên ta tăng Z=24 tức là có 3 cấp tốc độ ảo. Từ đó: Z=24 =24x1 =12x2 =8x3 =6x4 =6x2x2 =4x3x2 =3x2x2x2 Có rất nhiết phương án không gian nên ta phải chọn ra phương án tối ưu nhất. Để loại các phương án không tốt ta tính số nhóm truyền tối thiểu: x: số nhóm truyền tối thiểu. Chọn động cơ có nđc=1440(v/ph) ; Lấy x=4 Chọn phương án không gian: Z=24=3x2x2x2 Phương án không gian được lựa chọn hợp lý dựa trên các tiêu chuẩn: + Tổng số bánh răng trên một trục: Sz=2(p1+p2 +p3+...pj) +Tổng số trục của phương án là nhỏ nhất: Str = i +1 i- Số nhóm truyền động +Chiều dài sơ bộ của hộp tốc độ theo công thức: L = Sb + Sf b- chiều rộng bánh răng f- khoảng hở giữa hai banh răng và khe hở để lắp miếng gạt +Số bánh răng chịu mô men xoắn ở trục cuối cùng là ít nhất +Các cơ cấu đặc biệt dùng trong hộp Lập bảng so sánh phương án bố trí không gian: Yếu tố so sánh PAKG 3x2x2x2 2x2x3x2 2x3x2x2 2x2x2x3 Tổng số bánh răng Sz 18 18 18 18 Tổng số trục Str 5 5 5 5 Chiều dài L 19b + 18f 19b + 18f 19b + 18f 19b + 18f Số bánh răng Mmax 2 2 2 3 Cơ cấu đặc biệt - - - - Kết luận: Với phương án và bảng so sánh trên ta thấy nên chọn phương án không gian 2x3x2x2 vì: Tỷ số truyền giảm dần từ trục đầu tiên đến trục cuối. Trên trục đầu tiên một bộ ly hợp ma sát đĩa và một bộ bánh răng đảo chiều. Nên cần có không gian lớn do đó ở trục I ta bố chí 2 bánh răng. 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 tỷ số truyền giảm từ từ đồng đều, ưu tiên việc bố trí kết cấu ta chọn PAKG 2x3x2x2. Bước 3: Tính toán phương án thứ tự Số phương án thứ tự: K! = 4! =1x2x3x4 =24 Có 24 phương án thứ tự; từ đó ta lập bảng lưới kết cấu nhóm: 2 x 3 x 2 x 2 2 x 3 x 2 x 2 I II III IV I II IV III 1 6 12 2 2 2[1] 3[2] 2[6] 2[12] 1 12 6 2 2 2[1] 3[2] 2[12] 2[6] 2 x 3 x 2 x 2 2 x 3 x 2 x 2 I III II IV I III IV II 2[1] 3[4] 2[2] 2[12] 1 12 2 4 4 2[1] 3[4] 2[12] 2[2] 1 2 12 4 4 2 x 3 x 2 x 2 2 x 3 x 2 x 2 I IV II III I IV III II 1 2 4 8 8 2[1] 3[8] 2[2] 2[4] 1 4 2 8 8 2[1] 3[8] 2[4] 2[2] 2 x 3 x 2 x 2 2 x 3 x 2 x 2 II I III IV II I IV III 3 6 12 1 1 2[3] 3[1] 2[6] 2[12] 3 12 6 1 1 2[3] 3[1] 2[12] 2[6] 2 x 3 x 2 x 2 2 x 3 x 2 x 2 II III I IV II III IV I 2 1 8 4 4 2[2] 3[4] 2[1] 2[8] 2 8 1 4 4 2[2] 3[4] 2[8] 2[1] 2 x 3 x 2 x 2 2 x 3 x 2 x 2 III I II IV III I IV II 6 3 12 1 1 2[6] 3[1] 2[3] 2[12] 6 12 3 1 1 2[6] 3[1] 2[12] 2[3] 2 x 3 x 2 x 2 2 x 3 x 2 x 2 III II I IV III II IV I 6 1 12 2 2 2[6] 3[2] 2[1] 2[12] 6 12 1 2 2 2[6] 3[2] 2[12] 2[1] 2 x 3 x 2 x 2 2 x 3 x 2 x 2 III IV I II III IV II I 4 1 2 8 8 2[4] 3[8] 2[1] 2[2] 4 2 1 8 8 2[4] 3[8] 2[2] 2[1] 2 x 3 x 2 x 2 2 x 3 x 2 x 2 IV I II III IV I III II 12 3 6 1 1 2[12] 3[1] 2[3] 2[6] 12 6 3 1 1 2[12] 3[1] 2[6] 2[3] 2 x 3 x 2 x 2 2 x 3 x 2 x 2 IV II I III IV II III I 12 1 6 2 2 2[12] 3[2] 2[1] 2[6] 12 1 6 2 2 2[12] 3[2] 2[6] 2[1] 2 x 3 x 2 x 2 2 x 3 x 2 x 2 IV III I II IV III II I 2[12] 3[4] 2[1] 2[2] 12 2 1 4 4 2[12] 3[4] 2[2] 2[1] 12 1 2 4 4 Từ bảng lưới kết cấu nhóm ta vẽ các phương án điển hình: Phương án 1(phương án tốt nhất) Phương án 2(phương án trung bình) Phương án 3(phương án xấu nhất) 2 x 3 x 2 x 2 I 2[1] II 3[2] III 2[6] IV 2[12] Từ bảng sơ đồ lưới kết cấu nhóm và các sơ đồ trên chọn phương án tốt nhất là: phương án 1 ( ) Nhưng ở sơ đồ trên có nhóm truyền 2[12] có j12 = 1,2612 =16 > 8. Để đảm bảo jxmax 8 ta phải thu hẹp lượng mở tối đa từ jxmax = 12 xuống jxmax = 6. Do thu hẹp lượng mở nên số tốc độ thực tế bị giảm. Ta có số tốc độ thực tế là: Z1=Z - lượng mở thu hẹp = 24- 6 = 18 PATT bây giờ là: 2[1]x 3[2]x 2[6]x 2[6] Để bù lại số tốc độ trùng vì thu hẹp lượng mở ta thiết kế trên đường truyền tốc độ cao (đường truyền tắt). PAKG đường trruyền này là: Z2= 2x3x1= 6 tốc độ Vậy số cấp tốc độ của hộp tốc độ là: Z = Z1 + Z2= 24+6 =30 Do trùng 9 tốc độ (tốc độ cuối của đường truyền tốc độ thấp trùng với tốc độ của đường truỳên tốc độ cao) Nên số tốc độ thực của máy là : Z = 30 - 9 = 21 tốc độ  n1 n2 n3 n4 n5 n6 n7 n8 n9 n10 n11 n12 n13 n14 n15 n16 n17 n18 n19 n20 n21 n22 n23 n24 jmax =6 I II III IV V 2[1] 3[2] 2[6] 2[6] 2[1] 3[2] 1[0] 1[0] Ta có lưới kết cấu của máy như sau: Bước 4: Vẽ đồ thị vòng quay Mỗi một phương án lưới kết cấu chúng ta có nhiều phương án đồ thị vòng quay. Đồ thị vòng quay luôn ở dạng giảm tốc vì số vòng quay của động cơ lớn mà khi cắt ren ta cần gái trị vòng quay trục chính rất bé, nên buộc phải giảm tốc. Chọn động cơ: chọn động cơ có nđc =1440 (v/ph). Tính iđ: Tỷ số truyền của đai iđ Ê 2. Mặt khác iđ = Ta thấy n0 ằ n19 =750 (v/ph); (đặt n0 ở vị trí của n19). Vậy iđ = Theo lý thuyết thì đồ thị vòng quay luôn ở dạng giảm tốc nhưng ở trục đầu tiên do phải lắp li hợp ma sát nhiều đĩa, nên để có khoảng không gian lắp li hợp và diện tích tiếp xúc của mỗi đĩa tăng làm cho số lượng đĩa giảm, hay li hợp ma sát đĩa gọn. Để thỏa mẵn các yêu cầu trên thì ta buộc phải tăng tốc từ trục I tới trục II. Vậy ta vẽ được đồ thị vòng quay của máy như sau: V IV III II I Từ đồ thị vòng quay ta có: iđ = Và các tỷ số truyền: Suy ra vận tốc tại các trục tính theo tỷ số truyền và vận tốc của động cơ: n1 = i10.i8.i6.i3.i1.iđ.nđc n2 = i10.i8.i6.i3.i2.iđ.nđc n3 = i10.i8.i6.i4.i1.iđ.nđc n4 = i10.i8.i6.i4.i2.iđ.nđc n5 = i10.i8.i6.i5.i1.iđ.nđc n6 = i10.i8.i6.i5.i2.iđ.nđc n7 = i10.i8.i7.i3.i1.iđ.nđc n8 = i10.i8.i7.i3.i2.iđ.nđc n9 = i10.i8.i7.i4.i1.iđ.nđc n10 = i10.i8.i7.i4.i2.iđ.nđc n11 = i10.i8.i7.i5.i1.iđ.nđc n12 = i10.i8.i7.i5.i2.iđ.nđc n13 = i10.i9.i7.i3.i1.iđ.nđc n14 = i10.i9.i7.i3.i2.iđ.nđc n15 = i10.i9.i7.i4.i1.iđ.nđc n16 = i10.i9.i7.i4.i2.iđ.nđc n17 = i10.i9.i7.i5.i1.iđ.nđc n18 = i10.i9.i7.i5.i2.iđ.nđc n19 = i11.i9.i7.i4.i1.iđ.nđc n20 = i11.i9.i7.i5.i1.iđ.nđc n21 = i11.i9.i7.i5.i2.iđ.nđc Bước 5: Tính số bánh răng các nhóm truyền: Chọn Zmin = 17 (răng) 5.1. Tính số răng của nhóm truyền thứ I: Theo công thức Zx=.EK Zx'= ồZ - Zx Trong đó : K là bội số chung nhỏ nhất của mọi tổng fx + gx ồZ Tổng số răng trong cặp Ta có : i1= j1= 1,26 = có f1=5; g1 =4 và f1 + g1 = 4+5 = 9 i2= j2= 1,5876 = có f2=11; g2 =7 và f2 + g2 = 11+7 =18 Vậy bội số trung nhỏ nhất K = 18 Emin nằm ở tia i2 vì i2 tăng nhiều hơn i1. Khi đó bánh răng Zmin nằm ở tia thứ 2 là bánh răng bị động: Ta có : Emin== = 2,43 Lấy Emin=5 ta có ồZ= EK =5.18 = 90 răng Z1= .EK = = 50 răng Z1'= ồZ - Z1 = 90 - 50 = 40 răng Z2 = .EK = = 55 răng Z2' = ồZ - Z2 = 90 - 55 = 35 răng Kiểm tra tỷ số truyền: i1 = ; i2 = = 1,57 5.2. Tính số răng của nhóm truyền thứ II: Ta có: i3=có f3=5; g3 =13 và f3+g3= 5 +13 = 18 i4=; có f4=7; g4=11 và f4+g4= 7+11 = 18 i5=j0 =1 có f5=1; g5 =1 và f5 + g5 = 1 + 1 = 2 Vậy bội số trung nhỏ nhất K = 18 Emin nằm ở tia i3 vì i3 giảm nhiều hơn i4. Khi đó bánh răng Zmin nằm ở tia thứ 2 là bánh răng chủ động: Ta có: Emin= Lấy Emin=4 ta có ồZ= EK =4.18 = 72 răng Z3=.EK = = 20 răng Z3'= ồZ - Z3 = 72 - 20 = 52răng Z4=.EK = = 28 răng Z4'= ồZ - Z4 = 72 - 28 = 44 răng Z5=.EK = = 36 răng Z5'= ồZ - Z5 = 72 - 36 = 36 răng Kiểm tra tỷ số truyền: i3 = = 0,385; i4= 0,636 i5 = = 1 5.3. Tính số răng của nhóm truyền thứ III Ta có: i6 =; có f3=1; g3 =4 và f3+g3= 1 +4 = 5 i7 =; có f4=1; g4=1 và f4+g4= 1+1 = 2 Vậy bội số trung nhỏ nhất K = 2.5 =10 Emin nằm ở tia i6 vì i6 giảm nhiều hơn i7. Khi đó bánh răng Zmin nằm ở tia i6 là bánh răng chủ động: Ta có: Emin= Lấy Emin=10 ta có ồZ= EK =10.10 = 100 (răng) Z6=.EK = = 20 (răng) Z6'= ồZ – Z6 = 100 - 20 = 80 (răng) Z7 =.EK = = 50 (răng) Z7'= ồZ – Z7 = 100 - 50 = 50 (răng) Kiểm tra tỷ số truyền: i3 = = 0,25; i7=1. 5.4. Tính số răng của nhóm truyền thứ IV: Tương tự nhóm truyền thứ III, nên ta có: Z8=20; Z8’=80; Z9=Z9’=50 5.5. Tính số răng của nhóm truyền thứ V: Do kết cấu của hộp tốc độ nên ta chọn hai cặp bánh răng có môđuyn khác nhau và cặp bánh răng có tỷ số truyền i10 là cặp bánh răng nghiêng với góc giêng là b = 200. Ta dùng hai loại môđuyn m10 và m11. Điều kiện làm việc là: 2A = m10(Z10+Z10') = ồZ10.m10 2A = m11(Z11+Z11')cosb = ồZ11.m11 cosb Trong đó A- Khoảng cách trục ồZ10, ồZ11- Tổng số răng của nhóm bánh răng có môđuyn m10, m11 Tìm ồZ10 bằng cách phân tích: ; Chọn m10 = 3,25 ; với m11 = 2,5 hay ồZ10 = 32K ; ồZ11 = 33K Với tỷ số truyền i10 = , tổng số ồZ6 phải là bội số chung của 3 do đó ta chọn K = 32 Vậy ồZ6= 3.32 = 96 (răng); Z10 + Z10' = 96 ị Z10=ồZ10/2 = 96/3 = 32 (răng) ị Z10'=ồZ10- Z10 = 96 - 32 = 64 (răng) Khoảng cách trục A là: A = m10. ồZ10.cosb/2 = 3,25.96.cos150/2 = 150 mm Và: ồZ11= 3.33 ằ 100 răng i11= Z11/ Z11' =1 Z11 + Z11' = 100 ị Z11=ồZ11/2 = 100/2 = 50 (răng) ị Z11'=ồZ11- Z11 = 100 - 50 = 45 (răng) Khoảng cách trục A là: A = m11. ồZ11/2 = 2,5. 100/2 = 125 mm Như vậy các tỷ số truyền i10 , i11 dùng bánh răng dịch chỉnh. Kiểm tra tỷ số truyền: ; . Từ các số liệu tính toán ở trên ta có bảng thống kê các cặp bánh răng: i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 tính chuẩn 5.6. Kiểm nghiệm sai số vòng quay trục chính Ta có phương trình cân bằng xích động nt/c = . iđ.nđ/cơ Trong đó nđ/cơ = 1440 (v/ph) Chọn iđ Tính sai số vòng quay theo công thức Dn = .100% Trong đó: nt/c - Số vòng quay tiêu chuẩn ntính - Số vòng quay tính toán theo phương trình xích độ Sai số [Dn] Ê5% Từ đó ta các bảng tính số vòng quay trục chính và sai số so với vong quay tiêu chuẩn: TT Phương trình xích động ntính nt/c Dn% 1 11,27 11,5 2.02 2 14,17 14,5 2.31 3 18,64 18,5 -0.78 4 23,44 23 -1.90 5 29,30 30 2.34 6 36,83 37 0.46 7 45,07 46 2.02 8 56,66 58 2.31 9 74,57 73 -2.16 10 93,75 92 -1.90 11 117,19 120 2.34 12 147,32 150 1.79 13 180,29 185 2.55 14 226,65 230 1.46 15 298,30 300 0.57 16 360,58 370 2.55 17 453,30 465 2.52 18 596,59 600 0.57 19 750,00 750 0.00 20 937,50 950 1.32 21 1178,57 1200 1.79 5.7. Đồ thị sai số vòng quay Từ đồ thị sai số vòng quay ta thấy: [n] max=2,34 - (-2,16) =4,50% < 5% ị thỏa mãn yêu cầu. 5.8. Sơ đồ động Hộp tốc độ: (Trang bên) Tên trục Tên bánh răng Mô duyn Dtb =mZ Khoảng cách trục Tên ổ bi Ghi chú IX Z1=25 2 50 61 Cỡ trung X Z2=36 2 72 Cỡ trung XI Z1=25 2 50 61 Cỡ trung XII Z2=25 2 50 61 Cỡ trung XII Z1=28 1,5 42 63 Cỡ trung XIII Z2=56 1,5 84 63 Cỡ trung XIV Z2=28 1,5 42 63 Cỡ trung 5.9. Hệ thống điều khiển hộp tốc độ Tính toán thiết kế động học hộp chạy dao II.1. Tính toán bước tiện ren II.1.1. Bước 1: số liệu bước ren Quốc tế: tp = 1 á 192 mm Anh: K = 24 á 2” Modun: m = (0,5 á 48)p Pict: Dp = 96 á 1 II.1.2. Bước 2: chọn cơ cấu cho ics và igb Trên cơ sở máy chuẩn 1A62 ta thấy số lượng bước ren máy phải cắt tương đối lớn, nên nhóm gấp bội ta dùng bánh răng di trượt còn nhóm cơ sở dùng cơ cấu Norton 8 bánh răng. II.1.3. Bước 3: xếp bảng ren Trong bảng xếp ren thì số hàng thể hiện tỷ số truyền cơ sở, còn số cột biểu diễn tỷ số truyền gấp bội (bao gồm cả tỷ số truyền gấp bội và khuếch đại). Từ số liệu bài cho ta có bảng xêp ren như sau: Tỷ số Truyền Norton Ren Quốc tế Ren Anh Tiêu chuẩn (Gấp bội) Khuếch đại 1 - - 3,25 6,5 13 26 52 104 24 12 6 3 2 - 1,75 3,5 7 14 28 56 112 22 11 5,5 2,75 3 1 2 4 8 16 32 64 128 20 10 5 2,5 4 - - 4,5 9 18 36 72 144 19 - - - 5 - - - - - - - - 18 9 4,5 2,25 6 1,25 2,5 5 10 20 40 80 160 16 8 4 2 7 - - 5,5 11 22 44 88 176 14 7 3,5 - 8 1,5 3 6 12 24 48 96 192 13 6,5 3,25 - Tỷ số Truyền Norton Ren Modun Ren Pict 1 - - - 3,25 6,5 13 26 96 48 24 12 6 3 1,5 2 - - 1,75 3,5 7 14 28 88 44 22 11 5,5 2,75 - 3 0,5 1 2 4 8 16 32 80 40 20 10 5 2,5 1,25 4 - - 2,25 4,5 9 18 36 76 38 19 - - - - 5 - - - - - 19 38 72 36 18 9 4,5 2,25 - 6 - 1,25 2,5 5 10 20 40 64 32 16 8 4 2 1 7 - - 2,75 5,5 11 22 44 56 28 14 7 3,5 1,75 8 0,75 1,5 3 6 12 24 48 52 26 13 6,5 3,25 - - Qua bảng xếp ren ta thấy bảng ren có số cột và số hàng nhiều (8 cột và 8 hàng). Số hàng là nhóm cơ sở còn số cột là nhóm gấp bội. Với 8 hàng tốt nhất dùng cơ cấu Norton với 8 bánh răng là tốt nhất vì khoảng cách giữa các bánh răng nhỏ nên khoảng cách trục nhỏ đảm bảo được độ cứng vững của trục và dộ bền của trục. Vậy nhóm cơ sở dùng bánh răng hình tháp (cơ cấu Norton có 8 bánh răng). Tương tự với 8 cột nhóm gấp bội tốt nhất là dung cơ cấu Mean gián tiếp, nhưng đã có 4 tỷ số truyền khuếch đại được lấy ở hộp tốc độ, nên chỉ còn cố 4 tỷ số truyền nữa ở igb. Với 4 tỷ số truyền thì đảm bảm dễ điều khiển và khoảng cách trục nhỏ độ cứng vững lớn thì tốt nhất là dùng bánh răng di trượt. Vậy nhóm gấp bội dùng bánh răng di trượt. II.1.4. Bước 4: thiết kế nhóm cơ sở Sử dụng cơ cấu Norton cho nhóm truyền cơ sở. Gọi Z1; Z2…Zn là số răng của bộ bánh răng hình tháp thuộc cơ cấu Norton . ở bảng ren Quốc tế chọn cột có bước ren: 3,25; 3,5; 4; 4,5; 5; 5,5; 6 làm nhóm cơ sở. Ta có : + Để cắt ren quốc tế: Z1 : Z2 : Z3 : Z4 : Z5 : Z6 : Z7 = 3,25 : 3,5 : 4 : 4,5 : 5 : 5,5 : 6 = 26 : 28: 32 : 36 : 40 : 44 : 48 + Để cắt ren môđuyn: Z1 : Z2 : Z3 : Z4 : Z5 : Z6 : Z7 = 13 : 14 : 16 : 18 : 20 : 22 : 24 = 26 : 28: 32 : 36 : 40 : 44 : 48 + Để cắt ren Anh : Z1 : Z2 : Z3 : Z4 : Z5 : Z6 : Z7 : Z8 = 13 : 14 : 16 : 18 : 19 : 20 : 22 : 24 = 26 : 28 : 32 : 36 : 38 : 40 : 44 : 48 + Để cắt ren Pict: Z1 : Z2 : Z3 : Z4 : Z5 : Z6 : Z7 : Z8 = 3,25 : 3,5 : 4 : 4,5 : 5 : 5,5 : 6 = 26 : 28: 32 : 36 : 40 : 44 : 48 Tóm lại: Để cắt 3 loại ren thì cơ cấu Norton phải có số răng: Z1 : Z2 : Z3 : Z4 : Z5 : Z6 : Z7 : Z8 = 26 : 28 : 32 : 36 : 38 : 40 : 44 : 48 Số răng các bánh răng trong cơ cấu Norton không thể lấy quá lớn vì sẽ làm tăng kích thước nhóm truyền nên người ta hạn chế trong giới hạn: 25 < Zi < 60. Ta lấy luôn: Z1 = 26; Z2 = 28; Z3 = 32; Z4 = 36; Z5 = 38; Z6 = 40; Z7 = 44; Z8 = 48. Để tránh cho bộ Norton kém cứng vững do hai gối đỡ cách xa nhau, số bánh răng của cơ cấu Norton phải nhỏ hơn 10 á 13 bánh răng. Như vậy cơ cấu Norton của máy cần thiết kế ta chọn cơ cấu Norton có 8 bánh răng. 26 28 32 38 40 44 48 Cơ cấu Norton 36 Mô hình cơ cấu Norton: II.1.5. Bước 5: thiết kế nhóm gấp bội Nhóm gấp bội tạo ra 4 tỷ số truyền với công bội j=2. ở bảng ren Quốc tế chọn cột có bước ren: 3,25; 3,5; 4; 4,5; 5; 5,5; 6 làm nhóm cơ sở, thì muốn tiện ra toàn bộ số ren có tỷ số truyền nhóm gấp bội bằng: 1/4; 1/2;1/1; 2/1 Hộp chạy dao có công suất bé, hiệu suất thấp, các bánh răng có cùng môdul nên việc chọn phương án thứ tự Mx trên các trục trung gian tăng dần không còn quan trọng nữa. Mặt khác bánh răng có cùng môdul nên việc chọn PAKG để giảm cấp số vòng quay không làm tăng kích thước bộ truyền. Do đó để đơn giản ta tham khảo máy chuẩn chọn ra PAKG & PATT PAKG có thể chọn: Z= 4 = 2x2 = 4x1 Bảng so sánh PAKG: Phương án Yếu tố so sánh 2x2 4x1 Tổng số bánh răng 8 10 Tổng số trục 3 3 Chiều dài trục 8b+7f 8b+7f Số bánh răng chịu mô men xuắn 2 1 Nhận xét: PAKG 4x1 có số bánh răng trên một trục nhiều, khó chế tạo. PAKG 2x2 là hợp lý hơn, nên ta chọn PAKG Z = 4 = 2x2. Với PAKG 2x2 có số PATT: K! = 2! = 2. Bảng so sánh PATT PATT Nhóm 1 Nhóm 2 2x2 PAKG: 2 x 2 PATT: I - II 2 1 [x] : [2] [1] PAKG: 2 x 2 PATT: II - I 1 2 [x] : [2] [1] [Xmax] 2 2 i0 III I II 2[1] 2[2] Phương án 1 i0 III I II 2[1] 2[2] Phương án 2 ị Ta có lưới kết cấu: Chọn phương án 1 vì là phương án có hình dẻ quạt và các tia xếp khít nhau. i0 III I II 2[1] 2[2] i1’ i2’ i3’ i4’ i3 i4 i2 i1 Đồ thị vòng quay: để tránh sai số trùng lặp dẫn đến công hưởng sai số ta chọn tỷ số giữa các bộ truyền nhóm gấp bội khác 1 và tương tự máy chuẩn ta vẽ được đồ thị vòng quay như hình trên. Tính lại các tỷ số truyền gấp bội: II.1.6. Bước 6: Tính số răng của nhóm gấp bội Chọn Zmin =17 Nhóm I ị f1 + g1 = 1 + 2 = 3 ị f2 + g2 = 1 + 1 = 2 ị Bội số chung nhỏ nhất: K = 3.2 = 6. Ta có: Lấy Emin = 14. ị SZ1 = K.Emin =6.14 = 84. Nhóm II ị f3 + g3 = 1 + 2 = 3 ị f4 + g4 = 2 + 1 = 3 ị Bội số chung nhỏ nhất: K = 3 Ta có: Lấy Emin = 28. ị SZII = K.Emin = 3.28 = 84. Vậy ta có các số răng của nhóm gấp bội: Z1 = 28; Z1’ = 56; Z2 = 42; Z2’ = 42 Z3 = 28; Z3’ =56; Z4 = 56; Z4’ = 28. Ta thấy khoảng cách của các trục là như nhau vì chọn Modul giống nhau, nên ta có thể lấy bánh răng Z = 56 là bánh răng dùng chung. II.1.7. Bước 7: kiểm tra lại ikđ Nhóm khuếch đại: Ta có: Như vậy trong nhóm khuếch đại chỉ đáp ứng được 3 tỷ số truyền khuếch đại đó là: còn thiếu 2 tỷ số truyền . Để cung cấp đủ các tỷ số truyền trên thì từ khoảng ikđ tới itt ta bố trí thêm một bộ đảo chiều (iđc). Vừa có nhiệm vụ dảo chiều (với một tỷ số truyền đảo chiều ) vừa có nhiệm vụ cung cấp thêm 2 tỷ số truyền thuận . Khi đó kết hợp ikđ&iđc ta sẽ có thêm 2 tỷ số truyền ikđ n._.