ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ MÁY CÔNG CỤ thiết kế Máy phay vạn năng

Qua sự phân công của thầy hướng dẫn em được giao nhiệm vụ tính toán, thiết kế "Máy phay vạn năng", dựa trên cơ sở máy 6H82 một loại máy rất phổ biến trong các phân xưởng cũng như nhà máy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Người hướng dẫn TS Trần Đức Toàn

Sinh viên thực hiệ Vũ Hữu Công

Đồ án thiết kế máy là một trong những môn học chuyên ngành sâu của sinh viên ngành chế tạo máy trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án này giúp trang bị thêm những hiểu biết nhất định về kết cấu, nguyên lý hoạt động cũng như công dụng của một số máy cắt kim loại thường dùng

Qua sự phân công của thầy hướng dẫn em được giao nhiệm vụ tính toán, thiết kế

"Máy phay vạn năng", dựa trên cơ sở máy 6H82 một loại máy rất phổ biến trong các phân xưởng cũng như nhà máy cơ khí

Bước đầu em còn gặp nhiều khó khăn trong việc tìm kiếm tài liệu, thiếu hụt về kiến thức chuyên môn, nhưng được sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy cô cũng như sự cố gắng của bản thân, em đã cơ bản hoàn thành nhiệm vụ được giao Tuy nhiên trong quá trình thực hiện, do năng lực bản thân còn hạn chế nên có thể còn nhiều sai sót Do vậy, em rất mong được sự chỉ bảo thêm của thầy cô để có thể hoàn thiện bài làm của mình hơn nữa

Cũng thông qua đồ án môn học này, cùng với sự giảng dạy nhiệt tình của

TS Trần Đức Toàn đã giúp em phần nào có cái nhìn tổng quát hơn về cách tính toán thiết kế máy cắt kim loại, tích lũy thêm những kiến thức về chuyên môn và khả năng tổ chức hoạt động theo nhóm Bước đầu đặt nền móng cơ bản về kiến thức cũng như kỹ năng của người kỹ sư chế tạo máy trong tương lai

Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của các thầy cô trong

bộ môn, đặc biệt của TS Trần Đức Toàn đã giúp em hoàn thành tốt đồ án môn họcnày

Sinh viên thực hiện

Vũ Hữu Công

Mục Lục

CHƯƠNG I:NGHIÊN CỨU NHÓM MÁY CÓ TÍNH NĂNG KỸ THUẬT

TƯƠNG ĐƯƠNG ĐÃ CÓ 5

I.1.Tính năng kỹ thuật của máy cùng cỡ 5

I.2.Phân tích phương án máy tham khảo (6H82)……….8

I.2.1 Hộp tốc độ 8

I.2.2 Hộp chạy dao 12

I.2.3 Cơ cấu đặc biệt trên máy 6H82 19

I.3 Kết luận về máy phay 6H82 22

Chương II:TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC MÁY PHAY 23

II.1 Tính thiết kế hộp tốc độ 23

II.1.1 Tính chuỗi số vòng quay tiêu chuẩn 23

II.1.2 Phân tích chọn phương án không gian tối ưu 23

II.1.3 Tính toán chọn phương án thứ tự tối ưu 25

II.1.4 Vẽ lưới kết cấu điển hình 26

II.1.5 Vẽ đồ thị vòng quay 28

II.1.6 Tính toán số răng của cặp bánh răng trong các nhóm truyền 29

II.1.7 Kiểm nghiệm sai số vòng quay 34

II.2 Tính toán thiết kế hộp chạy dao 37

II.2.1 Tính thông số thứ tư 37

II.2.2 Tính toán chọn phương án không gian tối ưu 38

II.2.3 Vẽ đồ thị vòng quay 43

II.2.4 Tính toán số răng của cặp bánh răng trong các nhóm truyền 45

II.3 Thiết kế các truyền dẫn còn lại 50

Chương III:TÍNH TOÁN SỨC BỀN VÀ CHI TIẾT MÁY MỘT SỐ CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH 51

III.1 Yêu cầu và lí luận chung 51

III.1.1 Yêu cầu: 51

III.1.2 Lí luận chung: 51

III.2 Xác định các thông số làm việc của máy 51

III.2.1 Chế độ cắt thử 51

III.2.2 Tính công suất động cơ chính 52

III.2.3 Tính công suât, mô men xoắn max, số vòng quay min trên các trục hộp chạy dao 58

III.2.4.Tính bền cho trục ……….60

III.2.4.a Tính trục chính 60

III.2.4.b Các lực tác dụng lên trục chính 61

III.2.4.c Tính toán sức bền ……… 61

III.3.1 Tính bền cho cặp bánh răng 19/76 của hộp tốc độ 74

Chương IV :Tính hệ thống điều khiển hộp tốc độ………82

IV.1.Chọn kiểu và kết cấu điều khiển……… 82

IV.1.1.Chức năng của hệ điều khiển ……… 82

IV.1.2.Các yêu cầu đối với hệ thống điều khiển của máy……….82

IV.1.3.Các hệ thống điều khiển bằng cơ khí……….83

IV.2 Các bước tính toán hệ thống điều khiển máy phay……… 84

Tài liệu tham khảo ……….97

CHƯƠNG I:NGHIÊN CỨU NHÓM MÁY CÓ TÍNH NĂNG KỸ THUẬT

TƯƠNG ĐƯƠNG ĐÃ CÓ.

I.1.Tính năng kỹ thuật của máy cùng cỡ.

Số liệu thiết kế:

Hộp tốc độ:

Tính năng kĩ thuật của các máy tương tự.

So sánh tính năng của một số máy tương tự như P80, P81, 6H82…để từ đótìm ra được máy có tính năng nổi trội nhất để khảo sát

Ta có bảng sau:

Bảng I.1

Thông số P80 P81 6H82

Phạm vi điều chỉnh tốc độ (nmin ÷ nmax)

Phạm vi điều chỉnh lượng chạy dao

Từ bảng phân tích các đặc tính trên ta thấy máy cần thiết kế có rất nhiều đặc điểm tương đồng với máy phay 6H82 Từ việc nghiên cứu cụ thể máy 6H82 là loại máy tiêu biểu để có thể biết được phương án không gian, kết cấu, động học, động lực học của máy để trên cơ sở đó thiết kế máy mới, kế thừa những ưu điểm của máy đã sản xuất

I.2.Phân tích phương án máy tham khảo (6H82) I.2.1 Hộp tốc độ.

Công suất động cơ:

N = 7 (kW)

Số cấp tốc độ:

Zn = 18

Phạm vi điều chỉnh tốc độ:

nmin ÷ nmax = 30 ÷ 1500 (vg/ph).

Phạm vi điều chỉnh số vòng quay:

Rn = = 50Tốc độ của động cơ:

Nhận xét: Sai số ∆n là sai số thực tế giới hạn vòng quay so với tiêu chuẩn, theo như đồ thị trên ta thấy sai số đa phần nằm trong khoảng cho phép - 2,6 ÷ 2,6%

riêng có ở n1 là 2,83% và n4 là -2,85% vượt ngoài khoảng cho phép Với n1 = 30 vòng / phút và n4 = 56 vòng / phút là hai tốc độ trục chính rất ít sử dụng trong quá trình gia công chi tiết do đó ta có thể chấp nhận được

c Đồ thị vòng quay, lưới kết cấu của hộp tốc độ

Từ 2 đồ thị lưới kết cấu và đồ thị vòng quay, ta có thể suy ra được phương

án không gian, phương án thứ tự, đặc trưng nhóm để làm cơ sở thiết kế máy mới:

PAKG: 3 x 3 x 2 = 18PATT: I II IIIĐTN: (1) (3) (9)

I.2.2 Hộp chạy dao.

Công suất động cơ:

Gồm có chạy dao dọc ,chạy dao ngang và chạy dao đứng.

18](IV)[18

40 21 37 24

Ta cần chuyển lượng chạy dao thành vòng quay của trục: ni =

b Từ đó ta có bảng chuỗi số vòng quay thực tế và tiêu chuẩn cùng với sai số:Bảng I.3

n ntc ntính n%= (n tc −n tính)

n tc 100%

Hình I.7: Đồ thị sai số lượng chạy dao máy phay 6H82.

theo như đồ thị trên ta thấy sai số đa phần nằm trong khoảng cho phép - 2,6 ÷ 2,6%

riêng có ở n12 n15 n18 là 2,76% và 2,75% vượt ngoài khoảng cho phép Do sai số trong quá trình tính toán và làm tròn số theo tiêu chuẩn dẫn tới sai số n12 n15 n18

vượt ra ngoài Trong quá trình gia công ta thấy với n12 n15 n18 ứng với s12 s15 s18 là lượng chạy dao rất ít sử dụng gia công hay dùng để gia công thô với độ chính xác thấp lên ta vẫn chấp nhận được

c Đồ thị vòng quay, lưới kết cấu hộp chạy dao

Với đường chạy dao thấp và trung bình

= 1,26x x7=-5 ; i8=18

40

= 1,26x x8=4;Với đường chạy dao nhanh

n02 = nđc.i01= 1420.44

26

= 839,09 (vg/ph)

Ta có đồ thị vòng quay:

I ndc = 1420 (vg/ph)

i 01 II III IV V

VI VII VIII IX X XI

Qua đồ thị vòng quay của hộp chạy dao ở Hình I.6 ta thấy giữa trục (IV)

và (V) có cơ cấu phản hồi chuyển từ 9 tốc độ cao về 9 tốc độ thấp Cơ cấu phản hồi này sẽ đảm bảo 9 tốc độ thấp cách đều nhau như 9 tốc độ cao trước

đó, nhưng phải đảm bảo:

- Đảm bảo 9 tốc độ thấp và 9 tốc độ cao không cùng nhau: có 18 tốc độ

khác nhau

một khoảng bằng 1 lượng mở giữa 2 tốc độc cao: n10

n9 =31,525 =1,26=φ

Muốn như vậy, đường phản hồi phải có lượng mở bằng số tốc độ cao (9)

để đảm bảo khoảng cách này

Do hộp chạy dao làm việc với tốc độ thấp không nhiều ảnh hưởng đến năng suất nên chỉ cần đều và đủ

Do cùng Phương án không gian và Phương án thứ tự nên ta lấy đối xứng Đồ

thị vòng quay ở Hình I.6 từ trục III đến trục V ta được đồ thị lưới kết cấu như sau:

Hình I.7

Từ 2 đồ thị lưới kết cấu và đồ thị vòng quay, ta có thể suy ra được phương

án không gian, phương án thứ tự, đặc trưng nhóm để làm cơ sở thiết kế máy mới:

PAKG: 3 x 3 x 2 = 18PATT: II I IIIĐTN: (3) (1) (9)

I.2.3 Cơ cấu đặc biệt trên máy 6H82.

I.2.3.1.Cơ cấu hiệu chỉnh khe hở vít me.

 Tính năng kỹ thuật:

 Triệt tiêu khe hở giữa hai bề mặt ren vít me và đai ốc giúp làm chuyển động của bàn máy êm không bị giật cục (khi phay thuận)

Hình 1.6 Sơ đồ phay thuận và phay nghịch

 Nếu vít me quay theo chiều mũi tên (về phía bên trái), mặt bên trái củacác ren vít me sẽ tỳ sát vào ren của đai ốc (2) và vít me sẽ chuyển sộngsang phải Cùng lúc, trục vít rỗng (5) cũng có xu hướng quay cùng trụcvít me (4) Vì ren ngoài của trục vít rỗng là ren trái nên trục vít rỗng bị

xê dịch về phía bên trái, ép khít vào mặt phải của ren vít me Do đó nếu như có lực đẩy vít me về phía bên trái ( khi phay thuận), các vòng ren của đai ốc (2) sẽ ngăn cản sự chuyển vị của vít me Còn các vòng ren của trục vít rỗng sẽ ngăn trở chuyển vị của vít me về phía bên phải

 Hiệu chỉnh:

 Thực hiện chuyển động dọc của bàn máy, vít me (4) vừa quay trong đai ốc (2) vừa quay trong ren của trục vít rỗng (5) có ren trái ở mặt ngoài ghép với đai ốc phụ (3) Ren trong của trục vít rỗng (5) ốp sát với ren của vít me (4), đầu mút bên trái của trục vít me rỗng có xẻ rãnhdọc Dùng đai ốc (6) di động bạc (7) sẽ ép mặt côn làm cho ren của trục vít rỗng bó sát vào ren của trục vít me

Hình I.8: Nguyên lý cơ cấu chọn trước tốc độ quay của máy phay 6H82

 Nguyên lý làm việc:

 Cơ cấu chọn trước tốc độ quay hoặc lượng chạy dao bằng đĩa lỗ được dùng để di động các khối bánh răng di trượt tới các vị trí I, II, III Cànggạt khối bánh răng di trượt chuyển động sang phải hoặc trái tuỳ thuộc vào vị trí chốt 1 và 2 có xuyên qua đĩa lỗ hay không xuyên qua đĩa lỗ 3

và 4 như trên Hình 1.8

Hình 1.9 Dạng tổng quát của cơ cấu đĩa lỗ trên máy phay 6H82

 Núm vặn (2) dùng để chọn trược vận tốc hoặc lượng chạy dao Tốc độ quay của các trục bị động được điều chỉnh nhờ các vị trí di trượt khác nhau của các khối bánh răng A, B, C như trên hình 1.9 Núm vặn (2) tác động rút đĩa chốt ra khỏi các chốt sau đó quay các đĩa này tới vị trí chọn trước rồi đẩy trở về vị trí cũ, các đĩa lỗ sẽ tác động tới các chốt

điều khiển các ngàm gạt các khối bánh răng A, B, C đóng mở các khối bánh răng di trượt Các đĩa lỗ duy trì được vị trí xác định nhờ vị trí cơ cấu định vị bi 3.

Hình 1.10 Kết cấu của cụm ly hợp an toàn, ly hợp vấu và ly hợp ma sát

 Nguyên lý làm việc, nhiệm vụ:

+ M3 đóng (bên trái) nối liên đường chạy dao công tác

+ M3 mở (bên phải) , đuôi ly hợp M3 di chuyển sang phải tỳ ép chặt vào ly hợp M4 thực hiện đường chạy dao nhanh

 Ly hợp ma sát

Hình 1.12 Ly hợp ma sát

 Vị trí:

+ Trục VI hộp chạy dao

 Nguyên lý làm việc, nhiệm vụ:

+ Truyền momen xoắn nhờ lực ma sát sinh ra trên bề mặt tiếp xúc giữa các nữa ly hợp

I.3 Kết luận về máy phay 6H82.

 Máy có 18 cấp tốc khác nhau cho trục chính có tính vạn năng cao, phay được nhiều loại bề mặt chi tiết khác nhau Phương án không gian và phương

án thứ tự đã được sắp xếp một cách hợp lý, để có một bộ truyền không cồng kềnh

 Hộp tốc độ có lượng mở của máy còn chưa thực sự tối ưu, gây tăng kích thước của hộp, sai số vòng quay ở nhiều dãi tốc độ

 Hộp chạy dao máy phay là hộp chạy dao theo cấp số nhân Từ PAKG, PATT ta thấy lưới kết cấu và đồ thị vòng quay hộp chạy dao không tuân theo hình dẻ quạt để làm gọn kết cấu do có cơ cấu phản hồi đảm bảo tỷ số truyền các nhóm đồng đều, hộp chạy dao đặt ngang dưới máy làm giảm khoảng không kích thước của máy vì vậy máy không cồng kềnh, tiết kiệm kim loại, kiểu dáng hài hoà.

 Hộp chạy dao của máy còn được bố trí các ly hợp bi an toàn, ly hợp vấu và lyhợp ma sát giúp phòng chống quá tải bảo vệ máy, cơ cấu hiệu chỉnh khe hở vít me giúp cho lượng chạy dao của hộp chạy dao đạt độ chính xác cao đáp ứng yêu cầu về độ chính xác khi gia công nhiều loại chi tiết

 Máy sử dụng 2 động cơ điều khiển độc lập giúp xích truyền động đơn giản, tăngphạm vi điều chỉnh tốc độ trục chính cũng như lượng chạy dao

 Cuối cùng máy phay 6H82 là máy tiêu biểu và là nền tảng để đi tới thiết kế máy mới với 18 cấp tốc độ trục chính và 18 cấp tốc độ chạy dao Dựa theo các tìm hiểu ở các phần trước với phương án không gian và phương án cấu trúc của máy để trên cơ sở đó ta tiến hành thiết kế máy mới kế thừa những ưuđiểm của máy đã sản xuất

Với Z = 18, ta có nhiều phương án không gian (PAKG) khác nhau:

Z = 18 x 1 = 9 x 2 = 6 x 3 = 3x 3 x 2;

Lý luận trên cơ sở :

Chiều dài L=∑b+∑f 17b + 16f 17b + 16f 17b + 16f

Qua bảng II.2, ta nhận thấy:

- Cả 3 phương án không gian đều có tổng số bánh răng, tổng số trục và chiềudài sơ bộ là giống nhau

- Ta chọn phương án có trục cuối cùng ít bánh răng vì nếu chọn trục cuốinhiều bánh răng thì phải lắp nhiều then, các cơ cấu phụ dẫn đến kích thướctrục phải lớn Trục này có thể thực hiện chuyển động quay với số vòng quay

từ “nmin”  “nmax” nên khi tính toán sức bền dựa vào vị trí “nmin” có Mxmax

Để tránh bố trí nhiều chi tiết trên trục cuối cùng, nên chọn phương án (1) đó

là phương án 3 x 3 x 2

I I 1 3 Tính toán chọn phương án thứ tự tối ưu

Phương án không gian Z = 3 x 3 x 2

Số nhóm truyền K=3 ta có số phương án thứ tự (PATT) là: K! = 3! = 1x2x3 =6

Để tránh vẽ 6 lưới kết cấu nhóm ta lập bảng kết cấu nhóm để so sánh:

- Có 2 phương án I II III và II I III

 Ta có 2 lưới kết cấu điển hình :

PAKG : 3 x 3 x 2 và PAKG: 3 x 3 x 2

PATT : I II III PATT : II I III

ĐTN :(1) (3) (9) ĐTN :(3) (1) (9)

I I 1 4 Vẽ lưới kết cấu điển hình.

Lý luận trước khi vẽ :

Nhận xét:

- Qua 2 hình trên ta thấy rằng lưới kết cấu hình II.1 là hợp lí hơn do lưới kếtcấu phân bố theo hình rẻ quạt, hình mái nhà giúp giảm tốc từ từ, bánh răngchủ động và bánh răng bị động có số răng chênh lệch không quá lớn đảmbảo độ bền nên phương án này hợp lý nhất

- Xét bảng II.3 ta thấy các PATT có lưới kết cấu dạng như hình II.1 đều thỏamãn điều kiện φ[X]max ≤8

- Tham khảo máy tương tự 6H82, ta thấy phân bố tỷ số truyền các nhóm đầu

có chênh lệch nhỏ, thay đổi từ từ, đều đặn nên kích thước hộp nhỏ gọn Vìvậy, PATT: I II III là hợp lí hơn cả

I I 1.5 Vẽ đồ thị vòng quay.

Lý luận :

- Lấy toàn bộ mặt bằng của lưới kết cấu như hình II.1 để vẽ đồ thị vòng quay

- Đồ thị vòng quay mang tính định lượng Nó thể hiện được tỉ số truyền cụthể, các trị số vòng quay cụ thể của các trục nên từ đó tính toán số răngbánh răng trong các nhóm truyền dẫn trong hộp tốc độ Cũng dựa vào nó, ta

có thể đánh giá được toàn diện chất lượng của phương án thực hiện

- Quy ước các điểm trên trục nằm ngang chỉ số vòng quay cụ thể Các tia nốicác điểm tương ứng giữa các trục biểu diễn trị số tỉ số truyền của từng cặpbánh răng (hay các cặp truyền động khác) Tia nghiêng phải biểu thị i > 1.Tia nghiêng trái biểu thị i < 1 Tia thẳng đứng biểu thị i = 1

- Xác định vi trí “ndc” trên đồ thị, qua tỉ số truyền tham khảo máy tương tự từ

đó xác định được “no” trên lưới trục I

Xác định vị trí n0:

Ta có:

n0 = nđc.i0 với 14≤i0≤ 2

Trong đó:

- nđc – số vòng quay của động cơ; nđc = 1440 (vg/ph):

- i0 – tỉ số truyền từ trục động cơ đến trục đầu tiên của hộp tốc độ, tham khảomáy tương tự, ta có: i0 = 2654

- n0 – tốc độ của trục đầu tiên Để dễ dàng khi tính toán, ta chọn n0 trùng vớimột tốc độ nào đó của trục cuối cùng

Vậy ta có:

n0=1440 2654=693,3(vg/ ph).

 Chọn n0 = n15 = 800 (vg/ph)

Thay lại tính được i0=n15

n dc= 800

1440=2545

Thỏa mãn: 14≤i0≤ 2

Vậy ta chọn cặp bánh răng 25/45 để giảm tốc từ động cơ vào trục I

- Vẽ đường truyền ngoài cùng, hộp tốc độ của ta có 3 tỉ số truyền

Tính toán bánh răng trong máy công cụ có nhiều phương pháp:

- Phương pháp tính theo sức bền dựa vào khoảng cách trục và tỉ số truyền đãbiết.

- Với các máy sửa chữa, có sẵn vỏ hộp tốc độ thì tính toán dựa vào khoảngcách trục

- Riêng máy công cụ vì nhiều cấp tốc độ tuân theo quy luật cấp số nhân thìtheo phương pháp công bội cấp số nhân

- Đối với nhà máy thì dùng bảng tra số răng

- K : là bội số chung nhỏ nhất (fx + gx ) trong một nhóm truyền;

Bội số chung nhỏ nhất của (fx + gx ) = 81 Vậy K = 81.

Ta nhận thấy bánh răng nhỏ nhất là Z1 trong đường truyền giảm tốc nên Emin

được tính theo bánh răng chủ động:

Bội số chung nhỏ nhất của (fx + gx ) = 95 Vậy K = 95

Ta nhận thấy bánh răng nhỏ nhất là Z4 trong đường truyền giảm tốc nên Emin

được tính theo bánh răng chủ động:

E min =E min cđ .

E ≥ E min bđ =17.95

27.95=0,63.

I I 1.7 Kiểm nghiệm sai số vòng quay.

Điều kiện thỏa mãn:

Trong đó: nlt - số vòng quay lí thuyết; ntt - số vòng quay tính toán

Từ đồ thị hình II.6 ta thấy các giá trị nằm trong giá trị cho phép.

Chỉ có tốc độ n9 là vượt qua sai số cho phép 2,6%

II.2 Tính toán thiết kế hộp chạy dao.

I I 2 1 Tính thông số thứ tư

- Để quá trình tính toán giống như khi thiết kế hộp tốc độ thì lượng chạy dao

S1, S2, Sz (mm/ph) cần chuyển đổi thành số vòng quay cơ cấu chấp hành

ns1, ns2, nsn (vg/ph) Muốn chuyển đổi cần xác định cơ cấu chấp hành là cơcấu gì Dựa vào máy tương tự (6H82) ta thấy cơ cấu tạo ra chuyển độngchạy dao dọc, dao ngang, dao đứng là cơ cấu đai ốc và bước vít:

Đã cho :

Sng=Sd=3Sđ=18 (mm/ph)Z=18;

Từ các lượng chạy dao vừa tính ra được dãy số vòng quay của hộp chạy dao với

cơ cấu chấp hành là vít me có tv=6 (mm) như sau:

Với (vg/ph) với tv = 6(mm)

+ Ta lập bảng dãy số vòng quay của hộp chạy dao:

Ta lập bảng so sánh các phương án không gian như sau:

Bảng 2.6: Bảng so sánh các phương án không gian