máy và ma sát học

Kết cấu và nguyên lí hoạt động của máy công cụ vạn năng là cơ sở nghiêncứu, thiết kế, chế tạo các máy bán tự động, máy tự động, máy tổ hợp, trung tâm giacông, các đường dây tự động từng

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, bên cạnh sử dụng các máy công cụ hiện đại điều khiển số CNC, ngành chế tạo máy vẫn sử dụng các máy công cụ truyền thống vạn năng trong sảnxuất

Kết cấu và nguyên lí hoạt động của máy công cụ vạn năng là cơ sở nghiêncứu, thiết kế, chế tạo các máy bán tự động, máy tự động, máy tổ hợp, trung tâm giacông, các đường dây tự động từng phần và toàn phần nhằm tối ưu quá trình cắt gọt,nâng cao chất lượng sản phẩm, đạt hiệu quả kinh tế cao và đáp ứng xu hướng pháttriển của nền công nghiệp hoá, hiện đại hoá

Máy công cụ là một trong những môn học chuyên ngành sâu của sinh viênngành chế tạo máy, cung cấp một cách có hệ thống các kiến thức cơ bản về máycông cụ phù hợp với đặc điểm của nền công nghiệp Việt Nam nói chung, ngànhchế tạo máy nói riêng

Trong phạm vi đồ án môn học này, em được giao nhiệm vụ: "Thiết kế máy tiện ren vít vạn năng "

Đồ án thiết kế máy gồm 4 chương

• Chương I Phân tích động học của máy công cụ có sẵn

• Chương II Phân tích động học của máy công cụ mới

• Chương III Tính toán sức bền và động lực học của máy

• Chương IV Thiết kế hệ thống điều khiển

Bên cạnh sự vận dụng các kiến thức đã được học và tham khảo các tài liệuthiết kế, em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy và các bạn để giúp em khắcphục những thiếu sót, bổ xung thêm kiến thức cho những lần thiết kế sau

Cuối cùng em xin chân thành cám ơn sự hướng dẫn tận tình chu đáo của thầy

Lê Giang Nam, cô Trần Thị Thanh Hải và các bạn trong lớp đã giúp đỡ em hoànthành đồ án này

Sinh viên thực hiện

Lê Văn Phú

CHƯƠNG I

NGHIÊN CỨU TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA MỘT SỐ

MÁY CÙNG LOẠI , CHỌN MÁY CHUẨN

A.LÍ THUYẾT CƠ BẢN :

LẬP BẢNG ĐẶC TÍNH KĨ THUẬT CÁC MÁY TIỆN 1K62-1A616-T616 :

1K62 1A616 T616Công suất động cơ (kw):

+ Động cơ chính

+ Động cơ chay nhanh

Số cấp tốc độ (z)

Số vòng quay :nminnmax (vg/ph)

Lượng chạy dao dọc (mm/vg)

Lượng chạy dao ngang (mm/vg)

Chiều cao tâm máy (mm)

Khoảng cách lớn nhất giữa 2 mũi

400

1192 mm0,548π

mm242 /1’’

961

4,502111,222400,082,640,082,64160 710

320

0.560,253π482,5/1’’

4,50124419800,063,340,042,47160 750

320

0,590,59 π382/1’’

Nhận xét: So sánh đề tài thiết kế với thông số kỹ thuật của các máy trên ta thấymáy tiện ren vít vạn năng 1K62 có các thông số:

1.2.PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CỦA MÁY TIỆN 1K62 :

1.2.1 SƠ ĐỒ KẾT CẤU ĐỘNG HỌC VÀ SƠ ĐỒ ĐỘNG :

e.phương trình xích tiện trơn ăn dao dọc :

1vg/tc .idc.itt.ics.igb.ixd thanh răng bánh răng 103 = sd (mm/vg)

f phương trình xích tiện trơn ăn dao ngang :

1vg/tc .idc.itt.ics.igb.ixd.tx2 = sng (mm/vg)

1.2.1.2.PHÂN TÍCH SƠ ĐỒ ĐỘNG CỦA MÁY TIỆN 1K62 :

Sơ đồ động máy tiện 1K62 :

Sơ đồ kết cấu động học của xích tốc độ :

Sơ đồ đường truyền từ động cơ đến trục chính :

LÊ VĂN PHÚ LỚP CTM7_K52 Page 8

Xích nối từ động cơ điện công suất N=10 kw số vòng quay n=1450 vg/ph, qua

bộ truyền đai vào hộp tốc độ làm quay trục chính (VII)

- Lượng di động tính toán ở 2 đầu xích là: nđcơntc Xích tốc độ có đường quaythuận và đường quay nghịch Mỗi đường truyền khi tới trục chính bị tách ra làmđường truyền:

- Đường truyền trực tiếp tới trục chính cho ta tốc độ cao

- Đườngtruyền tốc độ thấp đi từ trục (III)-(IV)-(V)-(VI).Phương trình xích độngbiểu thị khả năng biến đổi tốc độ của máy:

Từ phương trình trên ta thấy:

- Đường tốc độ cao vòng quay thuận có 6 cấp tốc độ

2x3x1= 6

- Đường tốc độ thấp vòng quay thuận có 24 cấp tốc độ

2x3x2x2x1= 24Thực tế đường truyền tốc độ thấp vòng quay thuận chỉ có 18 tốc độ, vì giữa trục(III) và trục (IV) có khối bánh răng di trượt hai bậc có khả năng cho ta 4 tỷ sốtruyền

Nhìn vào phương trình thực tế chỉ có 3 tỷ số truyền 1, ,

Như vậy đường truyền tốc độ thấp vòng quay thuận còn 2x3x3x1= 18 tốc độ

Vậy đường truyền thuận có 18 + 6=24 tốc độ

4

1

161

• cắt ren Anh :

Đơn vị là K : số vòng ren trên 1 inch (25.4mm)

K=25,4/tp à tp=25,4/K - itt= 42/50; Nooctong bị động

K2.igb/Zn = tp = 25,4/K à K = KA.Zn/igb (thuận Zn, nghịch igb)

• căt ren pith : đơn vị Dp :số modul m trong 1 tấc Anh

Dp=25,4/m, m=tp/ π à Dp=25,4.π/tp à tp= 25,4.π/Dp ; itt= 64/97;

NT bị động

K3.igb/Zn = tp = 25,4.π/Dp à Dp = KP.Zn/igb

• Cắt ren khuyếch đại :

Gia công ren nhiều đầu mối, rãnh xoắn dẫn dầu…

Khuyếch đại 4 loại bước ren tiêu chuẩn lên 2, 8, 32 lần

Truyền động không đi từ VI đến VII mà qua ikđ :

• Cắt ren chính xác :

Yêu cầu đường truyền ngắn nhất :

VIàVIIàVIIIàittàIX(C2 đóng)àXI (C3 đóng)àXIV (C5 đóng)à vit me

Itt =(a/b).(c/d) =(1/tx).tp =tp/12.

• Cắt ren mặt đầu :

Gia công đường xoắn acsimet trên mâm cặp 3 vấu

VIàVIIàVIIIàittàIX(C2 đóng)àXI (C3 đóng)àXIV à 28/56 (không

qua LHSV)àXV(trục trơn)àvào hộp xe daoàvitme ngang (tx=5)

b.Tiện trơn :

• Đường truyền như cắt ren nhưng đến XIV (C5 ngắt) à LHSV-28/56 àXVII

(trục trơn) à27/20.20/28 àTV-BV 4/20 àtrái àchạy dao dọc àphải àchạy dao ngang

• Chạy dao nhanh :từ động cơ N=1kw trực tiếp làm quay nhanh trục trơn XVI

1.2.2.PHƯƠNG ÁN KHÔNG GIAN –P.A THỨ TỰ- ĐỒ THỊ VÒNG QUAY 1.2.2.1 HỘP TỐC ĐỘ.

max

−

z n n

• Các nhóm truyền và tỉ số truyền của từng nhóm:

Nhóm truyền thứ nhất có hai tỷ số truyền:

i1= 39

51

=1,26x ⇒ X1 = 1,16 , i2 = ⇒ X2 = 2,16

⇒Tia i1 lệch sang phải 1 khoảng logϕ:

Lượng mở giữa hai tia : ϕ x= i1/i2=ϕ 2/ϕ =ϕ = ϕ 1

Nhóm truyền thứ 2 (từ trục II tới trục III) có 3 tỷ số truyền

i3= 55

21, i4= 47

29, i5=

Tương tự như cách làm nhóm truyền 1 ta có:

X3= -4,17 ⇒ Tia i3 lệch sang trái 4 khoảng logϕ

X4= -2,09 ⇒ Tia i4 lệch sang trái 2 khoảng logϕ

X5 =1 ⇒ Tia i5 thẳng đứng

Lượng mở = ứng với nhóm truyền khuếch đại:

Nhóm truyền thứ 3 (từ trục (III) tới trục (IV)) có 2 tỷ số truyền

i6 = , i7=

254142

3456

[ ]x

[ ]x

3838

[ ]x [ ]2

X6= -6 ⇒ Tia i6 lệch sang trái 6 khoảng logϕ

X10= -3 ⇒ Tia i10 lệch sang trái 3 khoảng logϕ

Nhóm truyền trực tiếp (từ trục (III) tới trục (VI)) có 1 tỷ số truyền

i11=

X11 = 1,79 ⇒ Tia i11 lệch sang phải 2 khoảng logϕ

• Phương án không gian –phương án thứ tự :

5427

4365

[ ]1 [ ]2 [ ]6 [ ]12

[ ]12

[ ]1 [ ]2 [ ]6 [ ]6

[ ]1 [ ]2 [ ]0

Qui luật tiến dao tuân theo cấp số nhân

Liên kết động học : liên kết cứng (xích cắt ren ,xích bao hình)

Cơ cấu đặc biệt : bánh răng thay thế ,cơ cấu noocton ,chạc điều chỉnh ,li hợp ma sát, li hợp siêu việt,cơ cấu đai ốc bổ đôi, cơ cấu an toàn bàn xe dao…

• Phân tích hộp chạy dao :

Máy tiện ren vít vạn năng 1K62 có khả năng cắt 4 loại ren sau:

Ren quốc tế (tp)

1-1,25-1,5-1,75-2-2,25-2,5-3-3,25-3,5-4-4,5-5-5,5-6-6,5-7-8-9-10-11-12 Ren môđun (m)

0,5-1-1,25-1,5-1,75-2-2,25-2,5-3

7.

n =

p t

4,25

Các tỷ số truyền của nhóm gấp bội là: 8

45

48 28

Cơ cấu đặc biệt :

a Cơ cấu Norton

Cơ cấu Norton bao gồm một số bánh răng lắp kế nhau theo dạng hìnhtháp được lắp trên trục (XI) Truyền động được đưa tới trục (X) quabánh răng đệm Z36, bánh răng trung gian Z25 ăn khớp với bánh răng ditrượt Z28 được lắp trên khung có thể dịch chuyển quanh trục và dọc trục(XI)

Trên máy 1K62, khối bánh răng hình tháp có 7 bánh răng Kích thước của

cơ cấu Norton nhỏ gọn, tuy thực hiện được nhiều tỷ số truyền nhưng độcứng vững không cao

b Cơ cấu đai ốc bổ đôi

Để đảm bảo độ chính xác khi cắt ren, xích truyền động không đi quatrục trơn mà dùng trục vít me có bước ren chính xác Vít me truyền độngcho 2 má đai ốc mở đôi tới hộp xe dao Khi quay tay quay làm đĩa quaychốt gắn cứng với 2 má sẽ trượt theo rãnh ăn khớp với vít me

d Cơ cấu an toàn bàn xe dao

Khi tiện trơn để dảm bảo an toàn cho máy có lắp cơ cấu an toàn trongbàn xe dao Cơ cấu này đặt trong xích chạy dao tiện trơn, nó sẽ tự độngngắt xích truyền động khi máy làm việc quá tải hoặc gặp sự cố kỹ thuật

e Chạc điều chỉnh

Để điều chỉnh lượng chạy dao thích hợp với từng chi tiết gia công khacnhau, máy 1K62 dùng chạc điều chỉnh để lắp các bánh răng thay thếnhằm thay đổi tỉ số truyền iTT Chạc được lắp lồng không và có thể quay 1góc nhất định trên trục (IX) theo rãnh dẫn hướng trên chạc Để đảm bảo

sự ăn khớp của bánh răng c và d, trục quay của bánh răng c và d có khảnăng di chuyển dọc theo rãnh dẫn hướng xuyên tâm của trục (IX) Ănkhớp của bánh răng a và b được đảm bảo nhờ chạc điều chỉnh có thể quayxung quanh trục (IX)

CHƯƠNG II THIẾT KẾ MÁY MỚI

Lần lượt thay z = 1÷24 vào ta có bảng sau:

(Tra bảng 1.2 trang 14 Tính toán thiết kế máy cắt kim loại )

I.1.2.PHƯƠNG ÁN KHÔNG GIAN :

• Tính số nhóm truyền tối thiểu :

nmin/nđc= 1/4m m-Số nhóm truyền tối thiểu

m=lg(nđcơ/nmin)/lg4= lg(1450/11.8)/lg4 = 3,47

Vì số nhóm truyền là nguyên nên lấy m = 4

• Phương án không gian :

Do số nhóm truyền tối thiểu là 4 nên sẽ loại các phương án có số nhóm truyền nhỏ

V

Sơ đồ bố trí như sau:

PAKG Z = 24 = 3x2x2x2

II I

V III

PAKG Z =24 = 2x2x3x2

PAKG Z= 24 = 2x2x2x3

IVVIII

III

IV II

V

chän

PAKG Z = 24 = 2x3x2x2

• Tính tổng số bánh răng của hộp tốc độ theo công thức

Sz=2(p1+p2 +p3+ pm)

phương án không gian 2x2x2x3 có: Sz=2(2+2+2+3) = 18

• Tính tổng số trục của phương án không gian theo công thức

Str = i +1 i- Số nhóm truyền động

Str = 4+1 = 5 trục (pakg 2x2x2x3)

• Tính chiều dài sơ bộ của hộp tốc độ theo công thức

L = Σb + Σf b- chiều rộng bánh răng

f- khoảng hở giữa hai bánh răng và khe hở để lắp miền gạt

• Số bánh răng chịu mô men xoắn ở trục cuối cùng

PAKG 3x2x2x2 2x2x2x3 2x2x3x2 2x3x2x2

2 3 2 2

• Các cơ cấu đặc biệt dùng trong hộp:

ly hợp ma sát, phanh

ly hợp ma sát

18 5 19b + 18f 2

ly hợp ma sát

18 5 19b + 18f 2

ly hợp ma sát

18 5 19b + 18f 3

-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

I.1.3.PHƯƠNG ÁN THỨ TỰ :

1.CHỌN LƯỚI KẾT CẤU :

2x3x2x2 III I II IV [6] [1] [3] [12] 19

2x3x2x2

IV I II III [12] [1] [3] [6]

2x3x2x2 III II I IV [6] [2] [1] [12] 20

2x3x2x2

IV II I III [12] [2] [1] [6]

2x3x2x2 III IV I II [4] [8] [1] [2] 21

2x3x2x2

IV III I II [12] [4] [1] [2]

2x3x2x2 III I IV II [6] [1] [12] [3] 22

2x3x2x2

IV I III II [12] [1] [6] [3]

2x3x2x2 III II IV I [6] [2] [12] [1] 23

2x3x2x2

IV II III I [12] [2] [6] [1]

2x3x2x2 III IV II I [4] [8] [2] [1] 24

2x3x2x2

IV III II I [12] [4] [2] [1]

1 ≤i≤

Với công bội ϕ = 1,26 TST i đợc biểu diễn trên đồ thị vòng quay nh sau:

Nghĩa là: tia i1 = 4

1

nghiêng trái tối đa là 6 ô và tia i2 = 2 nghiêng phải tối đa là 3

ô Tức là, lợng mở tối đa Xmax = 9 ô

≤

Mặt khác, i =

12 ]

[

26 , 1

1

1X = ϕ

< 4

1

không thoả mãn điều kiện đã phân tích trên

Vì vậy để khắc phục, ta phải giảm bớt lợng mở từ [X] = 12 xuống [X] = 9 Giảm

nh vậy thì với số tốc độ trên máy sẽ có 3 tốc độ trùng Khi đó, số tốc độ của máy sẽlà:

Z = (2x3x2x2 – 3) = 21 tốc độ, mà số tốc độ yêu cầu là 24 dẫn đến là sẽ thiếu 3tốc độ

Vì vậy, để khắc phục ta đã xử lí bằng cách:

Bù số tốc độ thiếu ấy vào một đờng truyền khác mà theo máy mẫu ta đã khảo sát,

để vẫn giữ nguyên số cấp tốc độ của máy, ta bố trí thêm đờng truyền tốc độ cao haycòn gọi là đờng truyền trực tiếp Đờng truyền này có số TST ít dẫn đến sẽ giảm đợctiếng ồn, giảm rung động, giảm ma sát, đồng thời lại tăng đợc hiệu suất khi máylàm việc

Có thể bù 3 tốc độ bằng đờng truyền phụ từ trục II, nhng làm nh vậy thì khó bốtrí tỷ số truyền giữa trục II và trục chính, đồng thời không tận dụng đợc nhiều tốc

độ cao

+ Mặt khác, theo máy tham khảo ta sẽ giảm thêm 3 tốc độ của đờng truyền giántiếp sẽ có lợi vì: máy sẽ giảm đi đợc số tốc độ có hiệu suất thấp dẫn đến kết cấuHTĐ sẽ nhỏ, gọn hơn, đồng thời số tốc độ mất đi đó sẽ đợc bù vào đờng truyền trựctiếp từ trục IV sang trục VI

Nh vậy đờng truyền gián tiếp sẽ có lợng mở nhóm cuối là:

[X] = 12 – 6 = 6

Suy ra:

Số tốc độ danh nghĩa của đờng truyền gián tiếp là: Z1 = 2x3x2x2 – 6 = 18

Số tốc độ danh nghĩa của đờng truyền trực tiếp là: Z2 = 2x3x1 = 6

Dẫn đến tổng số tốc độ là: Z = Z1 + Z2 = 18 + 6 = 24

Vì vậy phơng án chuẩn của máy mới là:

Vậy lúc này PATT có dạng:

Z = 2 ì 3 ì [1 + (2 ì 2 –1)]

⇒ máy có đúng 24 cấp tốc độ

Ta có lới kết cấu của máy nh sau :

Ta nhận thấy, máy hiện có đã sử dụng PATT rất chuẩn, do quy luật phân bố TST cácnhóm đầu có chênh lệch nhỏ (phân bố hình rẻ quạt) dẫn đến kích thớc bộ truyềnnhỏ, phơng án I II III IV là tốt hơn cả vì nó có lợng mở đều đặn và tăng từ từ, kếtcấu chặt chẽ, hộp tơng đối gọn

n0min = nmax/ Umaxi ; n0max = nmin/ Umini

Trong đố i- chỉ số biểu thị nhúm truyền

Umaxi= Umax1 Umax2 Umaxi

Umini= Umin1 Umin2 Umini

Umini= Umin1 Umin2 Umini = 1/4

Vậy nomax= 11,8/(1/4)4 = 3020,8 vg/ph

nomin= 2350/24 = 146.875 vg/ph

Như vậy giới hạn no biến thiên trong khoảng 146.875 no 3020,8

• Để trục và bánh răng đầu vào của hộp chịu Mx kính thước nhỏ gọn Thường đặt

no ở các trị số no lớn Vì như vậy sẽ gần với nđcơ Hơn nữa no tới nmin của trụcchính bao giờ cũng giảm nhiều hơn tăng

III IV V VI VII

750

=

2.Tính số răng của nhóm truyền thứ nhất

Theo công thức Zx= EK Zx'= ∑Z - Zx

Trong đó : K là bội số chung nhỏ nhất của mọi tổng fx + gx

Ta có : i1= ϕ1= 1,261= có f1=5, g1 =4 và f1 + g1 = 4+5 = 9

i2= ϕ2= 1,262= có f2=11, g2 =7 và f1 + g1 = 11+7 =18

Vậy bội số chung nhỏ nhất K = 18

711

K

g

g f

z

.

) (

2

2 2 min +

18.7

18.17

11

+

3 Tính số răng của nhóm truyền thứ hai

i5=1 có f5=1 g5 =1 và f5 + g5 = 1 + 1 = 2

Vậy bội số chung nhỏ nhất K = 74

Ta có i3 nghiêng trái nhiều hơn vậy tính theo E chủ động :

có : Emin=

K f

g f

Z

.

) (

3

3 3 min +

= 21.74

) 53 21 (

< 1Lấy Emin=1 ta có ∑Z= EK =1.74 = 74 răng

1

+

= 37 răng

Ta có i6 nghiêng trái nhiều hơn vậy tính theo E chủ động :

có : Emin=

K f

g f

Z

.

) (

6

6 6 min +

= 18.90

) 72 18 (

17 +

< 1Lấy Emin=1 ta có ∑Z= EK =1.90 = 90 răng

45

+

= 45 răng

Kiểm tra tỉ số truyền : i6 = Z6/ Z6' = 72

Ta có i6 nghiêng trái nhiều hơn vậy tính theo E chủ động :

có : Emin=

K f

g f

Z

.

) (

8

8 8 min +

= 18.90

) 72 18 (

17 +

< 1Lấy Emin=1 ta có ∑Z= EK =1.90 = 90 răng

I.1.6.THIẾT KẾ HỘP CHẠY DAO:

1 Yêu cầu kỹ thuật và đặc tính của hộp chạy dao:

- Số cấp chạy dao phải đủ

- Quy luật phân bố lợng chạy dao theo cấp số cộng

- Phạm vi điều chỉnh của lợng chạy dao Smax - Smin

- Tính chất của lợng chạy dao liên tục

- Độ chính xác của lợng chạy dao yêu cầu chính xác cao

- Độ cứng vững của xích động nối liền trục chính và trục kéo

+ Đặc điểm là: Công suất truyền bớc, tốc độ làm việc chậm và phạm vi

= 0,2

8 , 2

= 14

2 Sắp xếp b ớc ren đ ợc cắt tạo thành nhóm cơ sở và nhóm gấp bội

+ Theo tiêu chuẩn cần cắt 4 loại ren về mặt định tính khác nhau về bớc.Trong tiêu chuẩn quốc tế quy chuẩn có ren quốc tế và ren môđun còn hệ Anhquy chuẩn có ren Anh Cần cắt 4 loại ren nên có 3 khả năng điều chỉnh:

• Ren môđun:

 Nhóm cơ sở : 0,5 ; 1 ; 1,25 ; 1,5 ; 1,75 ; 2 ; 2,25 ; 2,5 ; 2,75 ; 3 ; 3,25 ; 3,5 ; 4 ; 4,5 ; 5 ; 5,5 ; 6

5 ThiÕt kÕ nhãm gÊp béi

Nhãm gÊp béi ph¶i t¹o ra 4 tû sè truyÒn víi c«ng béi ϕ = 1.26 Nh÷ng trÞ sènµy phô thuéc vµo viÖc chän nhãm c¬ së : chän cét 7- 8 – 9 – 10 – 11 –

12 lµm nhãm c¬ së th× c¸c tû sè truyÒn gÊp béi lµ: 8