Đồ án môn học máy công cụ thiết kế máy khoan đứng

LỜI NÓI ĐẦUHầu hết các trường thuộc chuyên ngành kỹ thuật thì sau khi học xong môn về lýthuyết thì chúng ta bắt tay vào công việc áp dụng những lý thuyết ấy để thiết kế mộtcơ cấu trong t

LỜI NÓI ĐẦUHầu hết các trường thuộc chuyên ngành kỹ thuật thì sau khi học xong môn về lýthuyết thì chúng ta bắt tay vào công việc áp dụng những lý thuyết ấy để thiết kế một

cơ cấu trong thực tế và ở đây em được thầy Trần Minh Chính giao cho công việc

thiết kế máy công cụ, thiết kế máy khoan đứng với đường kính khoan lớn nhất là 25(mm)

Thiết kế máy cắt kim loại là một giai đoạn mà từ đó áp dụng vào thực tế từnhững lý thuyết mà chúng ta đã được các Thầy chỉ dạy hay các thời gian học tập vừaqua Để từ đó chúng ta hiểu biết thêm và nắm vững lý thuyết hơn, tạo cho chúng ta cơ

sở để đi vào nghề của mình sau này Thiết kế máy công cụ nói chung và máy khoannói riêng còn đóng một vai trò rất quan trọng giúp chúng ta nắm được phần nào đểđáp ứng nhu cầu nghề nghiệp mai sau

Trong thời gian vừa qua, dưới sự hướng dẫn của Thấy Trần Minh Chính đã

giúp em thực hiện việc thiết kế máy và còn giúp em có thể sử dụng dược các máykhoan và nắm vững được nguyên lý hoạt động của chúng Để thực hiện công việc giacông, cắt gọt, chế tạo một chi tiết theo yêu cấu đề ra Vấn đề không kém góp phầnquan trọng là thiết kế máy còn đóng vai trò giúp em hoàn thành tốt công việc sau này

Tuy vậy, công việc thiết kế máy của em có nhiều sai sót, mong các thầy và cácbạn góp ý kiến để em sửa chữa nhằm hoàn thiện tốt hơn Sau đây, em chân thành cảm

ơn Thầy Trần Minh Chính và các bạn đã chỉ dẫn giúp em hoàn thành công việc này.

Tuy vậy, vẫn còn nhiều điều mà em chưa nắm bắt hết, em hi vọng sau này sẽ cố gắngthêm

Đà Nẵng 04/2016

PHẦN A THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC MÁY

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH CÁC CHUYỂN ĐỘNG TẠO HÌNH ĐỂ THIẾT LẬP

SƠ ĐỒ KẾT CẤU ĐỘNG HỌC

I ĐỊNH NGHĨA MÁY KHOAN:

Máy khoan là máy gia công cắt gọt kim loại, chủ yếu dùng trong gia công lỗ

Để tạo nên các bề mặt gia công cần có các chuyển động tạo hình:

+ Chuyển động chính là chuyển động quay tròn của dao

+ Chuyển động chạy dao là chuyển động tịnh tiến do dao thực hiện

Ngoài ra còn có chuyển động phụ là chuyển động tịnh tiến của bàn máy nhờ cơcấu trục vitme

II KHẢ NĂNG CÔNG NGHỆ CỦA MÁY KHOAN K125 :

Máy khoan có các khả năng công nghệ chủ yếu:

+ Gia công các lỗ thông hay không thông, lỗ côn hay trụ…

+ Gia công mở rộng lỗ bằng dao khoét

+ Gia công tạo độ bóng cao cho lỗ bằng dao doa

+ Gia công ren bằng mũi tarô

+ Ngoài ra còn gia công các bề mặt có tiết diện nhỏ, thẳng góc hay cùng chiềutrục với mũi khoan.

III PHÂN TÍCH CÁC CHUYỂN ĐỘNG TẠO HÌNH:

Để tạo nên các bề mặt gia công cần có các chuyển động tạo hình:

+ Chuyển động chính là chuyển động quay tròn của dao

+ Chuyển động chạy dao là chuyển động tịnh tiến do dao thực hiện

Ngoài ra còn có chuyển động phụ là chuyển động tịnh tiến của bàn máy nhờ cơ cấutrục vitme

Như vậy để thiết kế máy khoan ta cần tạo ra chuyển động quay tròn của trục chính(trục gá dao) và chuyển động lên xuống của trục dao tạo ra chiều sâu cắt Ngoài ra cầntạo ra chuyển động tịnh tiến lên xuống của bàn gá phôi để tạo điều kiện cho dao thựchiện các khả năng công nghệ đúng yêu cầu Để thực hiện các chuyển động ấy ta phảithiết kế một xích tốc độ để tạo ra nhiều cấp tốc độ khác nhau cho trục chính và choxích chạy dao

Sơ đồ kết cấu động học:

Xích chạy dao: s = 1vòng trục chính.i34.is.i56.k (mm)

Trong đó k hệ số chuyển đổi đơn vị

Phương án 1 có mối liên hệ mật thiết giữa tốc độ quay của trục chính ntc và lượngchạy dao S, điều này giúp ta dễ điều chỉnh chế độ cắt khi gia công các chi tiết khácnhau

Phương án 2 không có mối quan hệ trực tiếp giữa số vòng quay trục chính ntc vàlượng chạy dao nên muốn điều chỉnh máy để gia công phải tính toán để tìm mối quan

hệ giữa V và S rất khó

Phương án 3 sử dụng 2 động cơ nên rất tốn kém và việc bố trí động cơ khó làmmát thêm cồng kềnh Phương án này cũng như phương án 2 không có mối quan hệtrực tiếp giữa tốc độ cắt và lượng tiến dao

Vậy ta chọn phương án 1 là phương án tối ưu nhất

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CƠ BẢN CỦA MÁY

Lượng chạy dao S tra trong bảng 5.25 (trang 21) sổ tay CNCTM tập 2 với cách tradựa vào đường kính gia công.

Đối với thép: Smax = 0,78 (mm/vg); Smin = 0,09 (mm/vg)

Đối với gang, hợp kim đồng, hợp kim nhôm: Smax = 0,89 (mm/vg); Smin = 0,18(mm/vg)

c Vận tốc cắt V(m/ph):

Trong đó: Cv, q, y, m tra sổ tay CNCTM tập 2 tra bảng 5.28

Kv = Kmv.Kuv.KlvKmv – hệ số phụ thuộc vật liệu gia công (bảng 5.1 ÷ 5.4)

Kuv – hệ số phụ thuộc vào vật liệu dụng cụ cắt (bảng 5.6)

Klv – hệ số phụ thuộc vào chiều sâu khoan (bảng 5.31)

Bảng thông số tốc độ cắt V:

(m/ph) Thép sb =

Từ bảng thông số tốc độ cắt ta có: Vmax = 27,4 (m/ph), Vmin = 7,45 (m/ph)

Ta suy ra được số vòng quay lớn nhất và nhỏ nhất của động cơ:

Đối với máy khoan có phạm vi điều chỉnh tốc độ cắt lớn Do các trục được truyềnđộng bằng các bộ truyền bánh răng nên càng nhiều cấp tốc độ thì số lượng trục vàbánh răng tăng làm kích thước hộp lớn Vì chiều cao của máy được tiêu chuẩn hóa

nên cần thiết kế giảm chiều cao của hộp tốc độ và hộp chạy dao càng nhỏ càng tốt Vìthế đối với máy khoan ta thiết kế hộp tốc độ có công bội  = 1,41, còn hộp chạy dao

do sử dụng cơ cấu đặc biệt then kéo nên chọn  = 1,26 để có nhiều số cấp chạy daolàm tăng số lượng chạy dao gần với lượng chạy dao tính toán

Với công bội  = 1,41 , thì E = 6

Các số vòng quay theo số vòng quay tiêu chuẩn ta chọn nmin = 95 (vg/ph)

I THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC HỘP TỐC ĐỘ:

1 Thiết kế phương án không gian:

a Tính số nhóm truyền tối thiểu:

x = lg(nđc/nmin) : lg(4) = lg(1430/95) : lg(4) = 1,96

Chọn x = 2

Vậy số nhóm truyền tối thiểu là x = 2

b So sánh các phương án không gian:

Khi đó số lượng trục sẽ lớn hơn so với phương án 3 x 3, dấn đến khối lượng và kíchthước chiều rộng tăng nhưng chiều cao của máy sẽ được đảm bảo.

Vậy ta chọn phương án tối ưu là: PAKG 3 x 1 x 3

2 Phân tích và chọn phương án thứ tự:

Số phương án thay đổi thứ tự được tính theo công thức: q = m!

m – số nhóm bánh răng truyền dẫn trong hộp tốc độ

m =3  q = 3! = 3.2.1 = 6

Ta có 6 phương án thứ tự:

PATT I-II-III I-III-II II-I-III II-III-I III-I-II III-II-I

Lưới kết cấu:

3 Chọn tỉ số truyền và vẽ lưới đồ thị vòng quay:

Trên cơ sở lưới kết cấu đã được chọn, ta vẽ đồ thị số vòng quay để thể hiện mối quan

hệ của số vòng quay với những trị số thực của các tỉ số truyền Ở đồ thị này, số vòng quay và tỉ số truyền đều có giá trị thực

Các tia nối 2 điểm giữa 2 trục biểu diễn trị số tỉ số truyền cụ thể

Trong đó:

- Các tia thẳng đứng biểu hiện tỷ số truyền i = 1, tức là đồng tốc

- Các tia nghiêng sang trái biểu diễn tỷ số truyền i < 1, tức là giảm tốc

- Các tia nghiêng sang phải biểu diễn tỷ số truyền i > 1, tức là tăng tốc

- Tỷ số truyền i thỏa mãn điều kiện:

+ Nhóm II: i4 =1

+ Nhóm III: i5 ÷ i6 ÷ i7 = 1 ÷ 3 ÷ 6 ; chọn i7 = 2  i5 = 1/4 , i6 = 1/

Lưới đồ thị vòng quay: Chọn n0 = 1060 (vòng/ph)

4 Tính toán bánh răng:

a Phân tích và tính toán số răng của các bánh răng:

Có nhiều cách tính số răng của các bánh răng trong một nhóm truyền : phươngpháp bội số chung nhỏ nhất , phương pháp phương pháp tính gần đúng , phương pháptra bảng lập sẵn Các phương pháp này đều được dùng phổ biến trong từng trườnghợp cụ thể Ở đây ta xác định số răng của các bánh răng theo phương pháp tính chínhxác Yêu cầu khi tính theo phương pháp này là các bánh răng có cùng môđun và cáckhoảng cách trục trong một nhóm truyền là bằng nhau

Ta có khoảng cách trục trong một nhóm truyền :

A =

 ZI = ZII = = ZP Mặt khác : Zx = Zx + Z`x

Gọi k là bội số chung nhỏ nhất của các tổng (fx + gx ) :

Zx = k.E

(2)

Trị số E không phải là số nguyên bất kỳ mà nó cần phải chọn trong một giới hạngiới hạn nào đó để cho số răng tính ra không nhỏ hơn số răng giới hạn Zmin = 17 Chonên để tránh hiện tượng cắt chân răng thì cần đảm bảo : Z  Zmin

Nếu bánh chủ động có số răng nhỏ nhất thì : Zx  Zmin

Nếu bánh bị động có số răng nhỏ nhất thì :  Zmin

Từ (1) & (2) , ta rút ra được trị số giới hạn Emin trong hai trương hợp sau :

Bánh chủ động

Bánh bị động

Khi i > 1 : ta xác định E theo

Khi i < 1 : ta xác định E theo

Và khi E không nguyên thì lấy giá trị E là lớn hơn và gần E tính nhất

Xác định số răng của các bánh răng trong nhóm I :

Vậy bội số chung nhỏ nhất của các tổng trên : k = 19.3= 57

Emin tính tại tia có tỷ số truyền i1 ; Bánh răng Zmin là chủ động nên :

Vậy bội số chung nhỏ nhất của các tổng trên : k = 22.33=108

Emin tính tại tia có tỷ số truyền i5 ; Bánh răng Zmin là chủ động nên :

Trong nhóm truyền thứ hai chỉ có một tỷ số truyền nên ta chọn tổng số răng củacặp bánh răng ăn khớp sao cho kết cấu nhỏ gọn nhất

i4 = 1 => Z4 = Z4’ (1)

Muốn tìm số răng của cặp bánh răng trong nhóm II ta phải thông qua khoangcách giữa hai trục truyền động trong nhóm truyền

Ta chọn bánh răng có số răng lớn nhất của bánh bị động ở nhóm I và bánh răng

có số răng lớn nhất của bánh chủ động ở nhóm III

Z1 = 30 Z2 = 38

Z5 = 22Z6 = 45 Z7 =72

b Tính số vòng quay và sai số vòng quay – vẽ đồ thị sai số:

Trong đó: ntc – số vòng quay tiêu chuẩn

ntt – số vòng quay thực tếSai số vòng quay cho phép [n]

II THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC HỘP CHẠY DAO:

Hộp chạy dao trong máy khoan có nhiệm vụ đảm bảo cho mũi khoan vùa tịnh

tiến vừa quay trong quá trình gia công Lượng chạy dao đối với máy khoan đứngkhông đòi hỏi chính xác lắm Cho nên ta sử dụng hộp chạy dao thông thường , loạinày cho phép có thể có sai lệch giữa tốc độ di động thực tế và tốc độ di động chọntrước Trong đa số trường hợp thiết kế động học loại này giống như thiết kế hộp tốc

độ , nghĩa là đảm bảo cho chuổi số chạy dao là cấp số nhân

Đặc điểm kết cấu hộp chạy dao của máy khoan đứng là dịch chuyển theo trụcchính nên đòi hỏi phải bố trí riêng và có kết cấu nhỏ gọn , khối lượng càng nhỏ càngtốt Cho nên ta sử dụng hộp chạy dao có cơ cấu then kéo Cơ cấu này đơn giản baogồm một số bánh răng hình tháp ghép ngược nhau , có một trục gồm các bánh răng cốđịnh , trục kéo gắn các bánh răng lồng không, khi cần sự ăn khớp của cặp bánh răngnào chỉ việc di chuyển then kéo

Cơ cấu này có ưu điểm là kích thước chiều trục rất gọn vì các bánh răng lắp sátnhau và có thể dùng bánh răng nghiêng Bên cạnh đó nó có nhiều khuyết điểm làmhạn chế khả năng ứng dụng vào các máy :

+ Do phải phay một rãnh sâu trên trục để đặt then nên sức bền trục bị giảmnhiều

+ Do toàn bộ các bánh răng trong hộp luôn luôn ăn khớp, kể cả bánh răngkhông truyền mômen xoắn nên các răng bị mòn nhanh và gây ra hiệu suất thấp

+ Vì chiều rộng bánh răng không thể thay đổi tuỳ ý (làm cho kích thước chiềutrục tăng lên) nên các bánh răng của cơ cấu này xếp thành hai khối hình tháp ngượcnhau, vì vậy ta không dùng được bánh răng có đường kính lớn tránh kết cấu vỏ hộpkhông gọn chắc

Giữa các bánh răng của bộ then kéo có đặt vòng đệm, vòng này ngăn ngừa thenmóc vào hai bánh răng cùng một lúc làm trục bị động quay với hai tỷ số truyền khácnhau gây ra gẫy trục hoặc then

1 Thiết kế phương án không gian:

II(3)

II(1) I(3)

Với yêu cầu thiết kế hộp chạy dao ta phải chọn một phương án thứ tự tốt , ở đâyphương án tốt là phương án có phạm vi điều chỉnh tỷ số truyền trong nhóm truyềnđộng nằm trong giới hạn cho phép, lượng mở cũng như các tia đặc trưng cho tỷ sốtruyền phải thay đổi từ từ, tạo thành lưới kết cấu hình rẽ quạt trên cơ sở đó ta chọnphương án (I) là thích hợp hơn cả Trong phương án này số vòng quay giảm từ trụcvào đến trục ra các tỷ số truyền cũng thay đổi từ từ

Để đảm bảo việc truyền động, giảm momen trên các trục và cơ cấu then kéo cóhiệu suất thấp Ta thiết kế thêm vào đó hai nhóm truyền, mỗi nhóm một tỷ số truyền

Ta thấy lượng mở của phương án mở đều hơn, từ nhỏ đến lớn

3 Chọn tỉ số truyền và vẽ lưới đồ thị vòng quay:

Nhóm 1: có 3 tỷ số truyền lượng mở là [1]

Chọn:

Vậy bội số chung nhỏ nhất là: k=2.32.5=90

Tia i1 nghiêng nhiều nhất (trái) nên bánh răng chủ động nằm ở tia i1

Từ công thức EminC tính Emin như sau:

Chọn Emin =1

Do đó: ∑Z = K.E = 90.1 = 90

Ta có:

Vậy dùng 1 trục trung gian với 2 cặp bánh răng

Lượng chạy dao thực tế :

Sai số chạy dao:

SƠ ĐỒ ĐỘNG HỌC TOÀN MÁY

PHẦN B THIẾT KẾ KẾT CẤU MÁY

TÍNH CÔNG SUẤT MÁY, CHỌN ĐỘNG CƠ

1 Xác định công suất của các hộp tốc độ và hộp chạy dao:

a Xác định công suất động cơ truyền động chính:

No – công suất chạy không

Np – công suất tiêu hao phụ

Thường Nc = (0,7 ÷ 0,8) Nđc nên có thể tính gần đúng công suất động cơ điện theocông suất cắt:

Với  = (0,7 ÷ 0,85) đối với các máy có chuyển động quay tròn

Chọn  = 0,7

b Công suất chạy dao:

Công suất chạy dao được tính theo tỉ lệ phần trăm công suất truyền dẫn chính:

Nđcs = K.NđcvVới máy khoan K = 0,04

 Nđcs = 0,04.1.98= 0,0792 (KW)

Trong máy khoan dùng một động cơ cho truyền dẫn chính lẫn truyền dẫn chạy daonên:

Nđc = Nđcv + Nđcs = 1,98 + 0,0792 = 2,06 (KW)

Chọn loại động cơ điện che kín có quạt gió loại AO2 - 32 - 4 với công suất động cơ

N = 3 (KW), tốc độ quay của động cơ nđc = 1430 (vg/ph); =0,835

Thông số kỹ thuật của máy:

Số vòng quay n

(vòng/ph)

Lượng chạy dao S (mm/vòng)

Công bội  Số cấp tốc độ Z

Công suất động

cơ N (KW)

Tốc độ động cơ (Vg/ph)

Hiệu suất động cơ

max min max min HTĐ HCD HTĐ HCD

I: hiệu suất truyền động từ động cơ đến trục I

I = oi bri đ

Ta chọn hiệu suất của các bộ truyền như sau :

Hiệu suất bộ truyền đai: đ = 0,95

Hiệu suất bộ truyền bánh răng : br = 0,97

Hiệu suất của 1 cặp ổ lăn : ổl = 0,99

Công suất trên từng trục được xác định như sau :

 Công suất trên trục I:

Tính mômen xoắn trên các trục :

Bảng 6.2 Bảng các thông số của đai

I THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI:

(Dựa vào trình tự thiết kế đai hình thang sách “Thiết kế chi tiết máy”.)

Do yêu cầu truyền mômen xoắn lớn, làm việc êm và độ bền cao Nên ta chọnloại đai hình thang cho máy thiết kế

Giả sử vận tốc truyền V 5 m/s với công suất truyền tính được ở phần trước

là 5,5 KW theo bảng 5.13 - TKCTM ta chọn tiết diện đai có kích thước như sau:

Với F là diện tích mặt cắt ngang của đai

Sơ đồ tiết diện đai hình thang

1 Định đường kính bánh đai :

Đường kính D1 của bánh đai nhỏ được chọn theo bảng 5.14

D1A = 100 (mm) D1Б = 140 (mm)Kiểm nghiệm vận tốc của đai theo điều kiện sau đậy :

Ta có :

Vậy điều kiện được thỏa mãn

Đường kính bánh đai lớn được tính theo công thức

 Kiểm nghiệm lại số vòng quay :

Với đường kính đã có ta xác định lại số vòng quay thực của bánh bị dẩntrong 1 phút theo công thức (5 - 8 )

Ta có :

= (1 - 0,02) = (1 - 0,02) Xét sai số giữa số vòng quay tính được so với số vòng quay đã có

Ta có :

Sai số :

n = 0,07 % < 5 %

n = 0,6 % < 5 % Vậy việc chọn đường kính đai là hợp lý

Vậy điều kiện được thỏa mãn

* Đối với đai loại Б

Vậy điều kiện được thỏa mãn

3 Định chính xác chiều dài đai L và khoảng các trục A:

* Chiều dài đai được xác định theo công thức 5 - 1

Chiều dài đai A :

LA = 2 202,5 +

LA = 775,5 (mm) Chiều dài đai ь :

Lь = 2 285 +

LБ = 1090,3 (mm) Qui tròn giá trị chiều dài L của đai theo bảng 5 - 12

LA = 833 (mm)

LБ = 1100 (mm) Chiều dài đai chọn phải thỏa mãn điều kiện số vòng chạy của đai trong mộtgiây phải nhỏ hơn 10(m/s) công thức kiểm tra 5 - 20

* Khoảng cách trục A được tính chính xác theo chiều dài đai dựa vào công thức 5

4 Xác định và kiểm nghiệm góc ôm:

Góc ôm của dây đai xác định theo công thức 5 - 3

1 = 1800 -

2 = 1800 + Kiểm nghiệm góc ôm theo điều kiện 1/ 2  1200