Đồ án máy công cụ tìm hiểu khả năng công nghệ và thiết lập sơ đồ kết cấu động học của máy

LỜI NÓI ĐẦU Trong giai đoạn hiện nay, khi mà đất nước đang tiến hành công cuộc hiện đại hoá các ngành công nghiệp, đặc biệt là đối với ngành công nghiệp chế tạo máy, thì máy công cụ đóng

TÌM HIỂU KHẢ NĂNG CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT LẬP

Tìm hiểu khả năng công nghệ của phương pháp tiện

Máy tiện là thiết bị cắt kim loại phổ biến trong ngành cơ khí, giúp gia công các chi tiết chính xác và hiệu quả Máy tiện có hai dòng chính là máy tiện vạn năng, gồm máy tiện phổ thông và máy tiện ren, và máy tiện chuyên dùng được phân loại theo từng ứng dụng cụ thể như máy tiện hớt lưng, máy tiện trục khuỷu, hay máy tiện ren chính xác Các loại máy tiện này đáp ứng đa dạng yêu cầu sản xuất trong ngành cơ khí chuyên nghiệp.

Máy tiện vạn năng là thiết bị đa năng được sử dụng để thực hiện nhiều công việc gia công khác nhau như tiện trong, tiện ngoài, tiện côn, gia công các mặt tròn xoay, tiện cắt đứt, khoan, khoét lỗ và làm ren Hiện nay, máy tiện có khả năng gia công các chi tiết có đường kính từ 95 đến 5000 mm và chiều dài từ 125 đến 24.000 mm, phù hợp với nhiều yêu cầu sản xuất đa dạng Máy tiện ren vít vạn năng như 1K62, 16K20, T6M16 được sử dụng rộng rãi trong gia công ren, hỗ trợ thực hiện các bước gia công ren một cách chính xác và hiệu quả.

- Ren Quốc tế từ 1 đến 192 mm;

- Ren picth từ 96 đến 1 mô đun/ 1 tấc Anh: ( ) -Ren mô đun( từ 0.5 đến 4.8 mm) : t p =π ( Đối với máy 1K62)

Ngoài ra, quá trình gia công còn bao gồm gia công ren khuếch đại, ren mặt đầu và ren chính xác để đảm bảo độ chính xác cao Khi tiện trơn, các công đoạn như tiện mặt trụ, tiện mặt đầu, tiện rãnh và tiện cắt đứt được thực hiện để tạo hình chính xác cho sản phẩm Quá trình tiện trơn sử dụng chuyển động chạy dao dọc và chạy dao ngang, giúp đạt được bề mặt hoàn thiện tốt và độ chính xác yêu cầu trong sản xuất cơ khí.

Chuyển động tạo hình và sơ đồ kết cấu động học

1 2.1 Các chuyển động tạo hình :

Trong máy tiện, chuyển động chính là quay tròn của phôi và trục chính, tạo ra tốc độ cắt gọt hiệu quả Chuyển động của dao theo phương dọc và phương ngang đảm bảo dao ăn liên tục vào lớp kim loại, giúp nâng cao năng suất gia công và độ nhẵn bề mặt Ngoài ra, còn có các chuyển động phụ như tiến dao nhanh và lùi dao, không trực tiếp tham gia cắt gọt nhưng rất quan trọng để đảm bảo quá trình gia công diễn ra trơn tru và hiệu quả.

SVTH: NGUYỄN TUẤN ĐIỆP – 17C1B Page 4

Sau đây là các chuyển động cụ thể về công nghệ tiện:

1.2.1.1 Tiện bằng dao phá thẳng :

- Chuyển động quay Q1 của phôi, với tốc độ cắt V;

- Chuyển động tịnh tiến T2 dọc trục phôi với lƣợng chạy dao S

1.2.1.2 Tiện bằng dao phá đầu cong :

1.2.1.4 Tiện bằng dao xén mặt đầu

- Chuyển động tịnh tiến T3 vuông góc với trục phôi với lƣợng chạy dao S

Ngoài ra máy tiện ren vít vạn năng còn thực đƣợc các khả năng công nghệ sau:

Chuyển động tạo hình trên máy gồm tất cả các chuyển động tương đối giữa phôi và dao trực tiếp ảnh hưởng đến bề mặt gia công Các chuyển động tạo hình đơn giản xảy ra khi các chuyển động độc lập với nhau, trong khi các chuyển động phức tạp hình thành khi các chuyển động này phụ thuộc lẫn nhau trong quá trình gia công.

Ngoài ra, cần chú trọng đến các phương pháp tạo hình bề mặt như phương pháp chép hình, nơi biên dạng lưỡi cắt được thiết kế giống với bề mặt cần gia công, giúp đạt độ chính xác cao trong quá trình gia công Phương pháp bao hình, trong đó lưỡi cắt tạo ra các bề mặt, đường hoặc điểm tiếp xúc liên tục với bề mặt gia công, tạo thành đường sinh của bề mặt, không phụ thuộc vào biên dạng lưỡi cắt hay phương pháp cắt theo vết trong máy công cụ điều khiển số, đảm bảo độ chính xác và chất lượng gia công tối ưu.

1.2.2 Phân tích các chuyển động -Thiết kế sơ đồ kết cấu động học : Để mô tả chuyển động của các loại chuyển động từ nguồn động cơ đến cơ cấu chấp hành khác ta sử dụng sơ đồ kết cấu động học Để tạo hình bề mặt các chi tiết máy khi gia công chúng bằng phương pháp cắt gọt, máy phải tạo cho phôi và dao các chuyển động tương đối với nhau Đối với máy tiện khi tạo hình bề mặt cho một chi tiết máy thì máy cũng phải tạo cho phôi chuyển động quay và cho dao chuyển động tịnh tiến Tùy vào chi tiết mà quy định phương chuyển động của dao, nếu là mặt trụ tròn thì dao chỉ chuyển động tịnh tiến theo phương dọc trục Còn đối với bề mặt tròn xoay thì chuyển động của dao là tổng hợp của hai phương chuyển động theo hướng trục và hướng tâm Trong đó mâm cặp và bàn dao là hai cơ cấu chấp hành để thự hiện chuyển động của máy Mâm cặp đƣợc gắn với trục chính để điều chỉnh chuyển động của trục chính thì ta có hộp tốc độ, còn hộp chạy dao để điều chỉnh bàn dao Để tạo ra chuyển động tương đối giữa dao và phôi thì giữa chúng với nhau hoặc vói nguồn chuyển động phải có mối liên hệ về chuyển động nhất định Tất cả các khâu liên hệ theo một quy luật nhất định, tạo nên một xích truyền động gọi là xích động

Máy tiện ren vít vạn năng gồm có hai xích động: xích tốc độ và xích chạy dao

Xích tốc độ từ động cơ qua tỷ số truyền cố định qua hộp tốc độ truyền chuyển động quay cho phôi

Xích chạy dao truyền động từ phôi đến hộp tốc độ và vít me, bàn dao nhằm chuyển động tịnh tiến cho dao Hệ thống xích này đảm bảo sự phối hợp chính xác giữa chuyển động quay của phôi và chuyển động tịnh tiến của dao, giúp nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong quá trình gia công.

Ta có các sơ đồ kết cấu động học của máy tiện ren vít vạn năng:

* Phương án 1: Không có mối liên hệ trực tiếp giữa số vòng quay trục chính và lƣợng chạy dao nên khó điều chỉnh máy để gia công, cần tìm mối quan hệ của V,S cũng khó khăn

Phương án 2 tận dụng mối quan hệ mật thiết giữa tốc độ quay trục chính và lượng chạy dao S, giúp dễ dàng điều chỉnh chế độ cắt phù hợp khi gia công các chi tiết khác nhau Việc này tối ưu hóa quá trình gia công, nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm Điều chỉnh chính xác tốc độ quay trục chính và lượng chạy dao S là yếu tố quan trọng để đảm bảo kỹ thuật cắt tối ưu, giảm thiểu hao mòn dụng cụ và nâng cao năng suất chế tạo.

Phương án 3 sử dụng hai động cơ, gây ra chi phí cao và làm máy trở nên cồng kềnh hơn Việc bố trí nhiều động cơ không phù hợp với mối quan hệ trực tiếp giữa tốc độ cắt và lượng chạy dao, làm giảm hiệu quả hoạt động của máy móc.

 Chọn phương án 2 là tối ưu hơn cả

Từ đó ta có phương trình xích động:

Xích tốc độ: n đc ×i 1 −2 ×i v ×i 3−4 = n tc

Trong bài viết này, chúng ta nhấn mạnh các yếu tố quan trọng trong quá trình gia công, chẳng hạn như số vòng quay của động cơ và trục chính, ký hiệu n đc và n tc Tỷ số truyền cố định được thể hiện bằng các ký hiệu i 3−4, i 4−5, i 6−7, giúp kiểm soát quá trình gia công chính xác hơn Ngoài ra, tỉ số truyền của hộp tốc độ và hộp chạy dao, được ký hiệu là i s và i v, đóng vai trò quyết định hiệu quả của quá trình gia công Đặc biệt, bước ren cần gia công (tp) là yếu tố quan trọng để đảm bảo độ chính xác và chất lượng của chi tiết gia công.

THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC MÁY

Tính toán xác định các thông số kĩ thuật của máy

2.1.1.1 Xác định vận tốc cắt Vc:

- Đường kính lớn nhất gia công được trên máy: D max = 320mm Ta có phạm vi điều chỉnh đường kính chi tiết gia công:

- Chọn đường kính nhỏ nhất: mm

- Chiều sâu cắt lớn nhất và nhỏ nhất:

√ √ (II-25 tài liệu [1]) Với C = 0.7 trong trường hợp đối với thép

- Lƣợng chạy dao lớn nhất và nhỏ nhất :

S max = ( ) t max (II-27 tài liệu [1]) Chọn S max = t max = 0.7 (mm/vòng)

- Xác định vận tốc cắt lớn nhất và nhỏ nhất :

Trong đó: T: là tuổi bền dao, đối với dao tiện T = (30÷60) phút , chọn T = 45 phút m, x, y, C v là các số mũ tra bảng (5-17) STCNCTM tập 2

2.1.1.2 Xác định số vòng quay tới hạn :

Sơ bộ ta thấy n !.26÷1010.6(vg / ph) Ta có thể chọn tốc độ cho máy thiết kế là: n min ".4 (vg / ph) n max = 1000 (vg / ph)

2.1.1.3 Phạm vi điều chỉnh số vòng quay :

Do chuỗi số vòng quay đƣợc phân bố theo quy luật cấp số nhân nên ta có

1≤≤ 2 Theo bảng công bội ta có: ϕ=1.06;1.12;1.26;1.41;1.58;1.78;2

Trị số φ=1.06 và 2 ít được sử dụng và chủ yếu có vai trò phụ trong việc tính toán các cơ cấu truyền động của nhóm gấp bội, nhóm khuếch đại hoặc hộp tốc độ của các máy móc lớn.

Trị số φ = 1.12; 1.26 được sử dụng trên các máy cần điều chỉnh chính xác chế độ cắt, nhằm gia công hàng khối hoặc số lượng lớn Các dòng máy tự động và bán tự động thường áp dụng các trị số này để đảm bảo chất lượng và hiệu quả trong quá trình gia công Việc lựa chọn trị số φ phù hợp giúp tối ưu hóa quá trình cắt và nâng cao năng suất sản xuất.

Trị số φ=1.58; 1.78 được sử dụng trong các máy có thời gian gia công không lớn hơn nhiều so với thời gian chạy không, giúp tối ưu hóa quá trình gia công Do đó, điều kiện này không yêu cầu điều chỉnh chính xác vận tốc cắt, phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi tốc độ gia công nhanh và hiệu quả cao.

Đối với máy tiện ren vít vạn năng, việc lựa chọn trị số công bội φ và số cấp tốc độ Z là rất quan trọng để cân bằng giữa giảm tổn thất vận tốc và giữ cấu trúc máy không quá phức tạp Z càng lớn, các cấp tốc độ sẽ phân bố dày hơn, giúp giảm tổn thất vận tốc hiệu quả, nhưng đồng thời làm tăng kích thước và độ phức tạp của kết cấu máy.

- Do vậy ở máy vạn năng và tuyệt đại bộ phận máy công cụ dùng thích hợp nhất là

=1.41 vì nó thõa mãn điều kiện sử dụng cần thiết

2.1.1.5 Xác định số cấp tốc độ :

Do Z là số nguyên và cần lấy bằng bội số của 2 và 3, vì truyền động trong hộp tốc độ thường do những khối bánh răng có 2, 3 hoặc 4 = 2×2 bánh răng thực hiện, nên chọn Z

Tốc độ của hộp tốc độ lần lƣợt có các vòng quay cần thiết kế theo tiêu chuẩn nhƣ sau: n z =×n z−1 = n 1 × z−1 Dựa vào bảng II-2 tài liệu [1] trang 27: n min =n 1 n 2 n 3 n 4 n 5 n 6 n 7 n 8 n 9 n 10 n 11 n 12

Vậy ta phải thiết kế hộp tốc độ có đủ 12 cấp tốc độ trên

2.1.1.6 Xác định bảng ren cho hộp chạy dao:

Máy tiện ren vít vạn năng dùng để tiện ren theo yêu cầu phải tiện đƣợc cả Ren hệ quốc tế, hệ Anh, Ren mođun, Ren hệ Pid

Dựa vào đường kính chi tiết, có thể xác định bước ren phù hợp bằng cách tra bảng bước ren tiêu chuẩn dựa trên dmax và dmin Ngoài ra, ta có thể lấy trị số bước ren của máy thiết kế tương đương, như máy 1K62, để xác định bước ren cần thiết cho hộp chạy dao của máy gia công Điều này giúp đảm bảo quá trình gia công đạt độ chính xác và hiệu quả cao nhất theo tiêu chuẩn kỹ thuật.

- Ren Anh: có số vòng ren trên 1 tấc Anh là : n= = 24; 20 ; 19; 18; 16 ; 14 ; 12; 11; 10; 9 ; 8 ;7 ; 6; 5; 4 ;4; 3 ; 3 ; 3;2

2.1.2 Xác định lực cắt và công suất động cơ điện:

2.1.2.1 Chọn chế độ cắt thử:

Theo máy tương đương T616 ta có các chế độ thử có tải:

Ta chọn chế độ thử công suất với chi tiết có , , bằng thép 45,

, dao tiện thường P15, chế độ cắt: ( ) , ( ) ,

2.1.2.2 Xác định lực cắt và công suất động cơ dẫn động trục chính:

Lực tác dụng vào phôi trong quá trình cắt gọt là ⃗⃗⃗

Với: Pz: lựctiếp tuyến trùng với phương chuyển động cắt chính

Py: lực hướng kính dọc theo trục dao

Px: Lực chạy dao theo chiều trục của chi tiết

Trong đó lực cắt Pz: xác định tải trọng động của cơ cấu hộp tốc độ và tạo nên công suất chủ yếu

Hình1.10 Sơ đồ lực cắt

Với máy tiện gia công chi tiết đƣợc xác định dựa vào bảng (II-3)

(TK Máy Cắt KimLoại – Nguyễn Ngọc Cẩn) c x y Đơn vị

Chế độ cắt thử có tải:

2.1.2.3 Xác định lực cắt và công suất động cơ dẫn động hộp chạy dao:

Lực chạy dao tính theo công thức:

Với: - k: hệ số tăng lực ma sát do Px tạo nên mô mem lật: k =1.15

- G: trọng lƣợng phần dịch chuyển G = 200kg ≈ 2000 N

Công suất chạy dao tính theo công thức:

Với: - Vs : vận tốc chạy dao (m/ph); Vs= s.n

- η s : Hiệu suất chung của cơ cấu chạy dao, thường rất thấp

Xét từng chế độ cắt thử: a Chế độ cắt thử có tải:

Công suất cần thiết để thiết kế của động cơ điện trên máy là:

N đc =N c +N đs = 4.04+0.079 = 4.119 (kw) Để đảm bảo công suất ta chọn động cơ điện trên máy có công suất lớn hơn công suất tính toán một ít

Theo tiêu chuẩn ta chọn động cơ có công suất Nđc = 4.5(kw) Có n = 1440 (v/ph)

BẢNG CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CẦN THIẾT KẾ :

Số vòng quay trục chính nmin ÷ nmax 11.2÷2240 Vòng/phút

Phạm vi điều chỉnh số vòng quay Rn 200

Chiều sâu cắt tmin ÷ tmax 1.28÷5.158 mm/vòng

Lƣợng chạy dao smin ÷ smax 0.07÷0.7 m/phút

Số cấp tốc độ Z 24 cấp

Tốc độ cắt vmin ÷ vmax 6.8÷315 Kw

Công suất cắt Nc 4.119 Kw

Công suất chạy dao Ncd 0.079 Kw

Công suất tổng cộng N đc 4.5 Kw

Thiết kế động học hộp tốc độ

Thiết kế động học máy tiện ren vít vạn năng cỡ trung:

- Phạm vi tốc độ trục chính 23.5÷1060[vg/ph]

Chọn theo dãy số tiêu chuẩn: θ = 1.41

2.2.1 Chọn phương án không gian (PAKG)

- Cấu trúc của hệ thống truyền động:

Z = 2 E 1 3 E 2 Trong đó: E 1 , E 2 là các số nguyên

- Số nhóm truyền tối thiểu: dc min n 1440 x 1.6 log 1.6 log 2.86 n 23.5

Lấy số nhóm truyền tối thiểu x = 3

- Các phương án không gian:

Phân bố phương án không gian trên cơ sở các nhóm truyền bánh răng di trượt 2,3 bậc:

+ Số trục của PAKG: S tr = x+1 = 3+1 = 4 (trục)

+ Tổng số bánh răng: br i s 2P 2.(3 2 2) 14(bánh rãng)   Trong đó: P i- số tỉ số truyền của nhóm truyền thứ i + Chiều dài sơ bộ của hộp tốc độ:

L b f Trong đó: b - Chiều rộng bánh răng Chọn b = 15(mm) f - Bề rộng các khe hở: f = (10÷15) (mm) Chọn f = 12(mm)

L = 14.15 + 16.12 = 402(mm) + Số lƣợng bánh răng trên trục cuối: dựa trên nhóm tốc độ cuối

So sánh phương án không gian

Số lƣợng bánh răng trên trục cuối

Từ những điều kiện trên ta chọn PAKG: 3x2x2

2.2.2 Phương án thứ tự (PATT):

Bảng 2.2: Phương án thứ tự

2.2.3 Lưới kết cấu và đồ thị vòng quay:

Hình 2.1: Lưới kết cấu phương án a

Hình 2.2: Lưới kết cấu phương án b

Hình 2.3: Lưới kết cấu phương án c

HÌnh 2.4: Lưới kết cấu phương án d

HÌnh 2.5: Lưới kết cấu phương án e

Hình 2.6: Lưới kết cấu phương án f

Trong quá trình thiết kế lưới kết cấu các PAKG, phương án chọn PATT I-II-III với kết cấu dạng hình rẻ quạt được ưu tiên, vì loại hình này điều chỉnh tỉ số truyền một cách đều đặn và hợp lý Kết cấu dạng hình rẻ quạt giúp các bánh răng hoạt động trong miền tốc độ cao có khả năng cân đối tốt, đảm bảo hiệu suất làm việc tối ưu của các bộ truyền.

 Kiểm tra lƣợng mở X: θ x max ≤ 8 (đạt) θ 6 = (1.41) 6 = 7.86 ≤ 8 , thỏa mãn

 Để nối liền truyền động HTĐ đến HTC dùng bộ truyền đai

 Thêm trục để nối động cơ vào HTĐ

Máy tiện T616 được trang bị hộp tốc độ với 12 cấp, giúp nâng cao hiệu suất gia công và linh hoạt trong quá trình vận hành Hệ thống gồm hộp tốc độ (HTĐ) và hộp trục chính (HTC), được kết nối với nhau bằng bộ truyền đai, đảm bảo truyền động ổn định và bền bỉ Thiết kế này tạo ra phương án không gian biến hình lần thứ nhất, tối ưu hóa công trình và nâng cao hiệu quả sản xuất.

 Các nhóm truyền động có đặc tính xi = 0 là đai truyền Lưới kết cấu của nó đƣợc thể hiện ở hình sau :

*Vì hộp tốc độ máy T616 có hệ số cấp vận tốc θ = 1,41 , nên phạm vi điều chỉnh tỷ số truyền trong nhóm truyền động cuối cùng :

= θ 6 =1,41 6 =8 Trong trường hợp này, cả hai tỷ số truyền : imax =i7 , imin =i6 đều có giá trị giới hạn , tức là i 7 = 2 và i 6 = Đẻ giới hạn kích thước chi tiết máy , ta lấy i 7 =1 , đồng thời để đảm bảo phạm vi điều chỉnh số vòng quay yêu cầu , cần phải có i 6 = Để đƣa trị số này vào phạm vi cho phép , ta dùng thêm 1 trục trung gian để tách i 6 thành 2 tỷ số truyền : i 6 =i 6a i 6b Do đó , phương án bố trí không gian biến hình lần thứ hai được thể hiện như sau : Z = 3x2x1x(1+1x1)

+ Trực tiếp: Động cơ (I) - (II) - (III) - (IV) - (V) - (VII) (trục chính), tạo nên 6 cấp tốc độ cao

+ Gián tiếp: Động cơ (I) - (II) - (III) - (IV) - (VI) - (VII) (trục chính), tạo nên 6 cấp tốc độ thấp và qua (V’)

+ Nhóm I có 3 tỉ số truyền: i 1 : i 2 : i 3 = 1 : θ : θ 2

+ Nhóm II có 2 tỉ số truyền: i4 : i 5 = 1 : θ 3

+ Nhóm III có 2 tỉ số truyền: i 6 : i 7 = 1 :θ 6

Ta chọn: { θ i 6 = 0.127 < không thỏa mãn

Hình 2.8: Đồ thị vòng quay

Qua đồ thị vòng quay, chúng ta nhận thấy hộp tốc độ có 12 cấp, trong đó 6 cấp truyền trực tiếp đến trục chính với tốc độ vòng quay cao, đảm bảo hiệu suất vận hành tối ưu Ngoài ra, còn có 6 cấp truyền gián tiếp, giúp điều chỉnh tốc độ phù hợp cho các yêu cầu khác nhau Sơ đồ này thể hiện rõ cấu trúc truyền động của hệ thống, góp phần nâng cao hiệu quả hoạt động và tuổi thọ của thiết bị.

Số vòng quay tốc độ đối với θ = 1.41 tra theo dãy số vòng quay tiêu chuẩn [vg/ph]: n 1 = 22.4; n 2 = 31.5; n 3 = 45; n 4 = 63; n 5 = 90; n 6 = 125; n 7 = 180; n 8 = 250; n 9 = 355; n 10 = 500; n 11 = 710; n 12 = 1000

2.2.3.3 Số răng của các bánh răng:

- Trục động cơ đến trục II với tỉ số truyền i 0 : i 0 =

- Số răng của các cặp bánh răng:

Trong đó: , là các số nguyên không có thừa số chung

K là bội số chung nhỏ nhất của các tổng (f x  g x )

E là số nguyên Điều kiện:

+ Số răng của nhóm truyền I:

Vậy số răng các bánh răng trong nhóm I:

+ Số răng của nhóm truyền II: θ ; f 4 + g 4 = 3 i 5 = θ = 1.41 = ; f 5 + g 5 = 12

Trong nhóm truyền này i 4 = min; i 5 = max, tỷ số truyền i 4 có độ nghiêng lớn hơn i 5 nên ta dùng công thức:

Vậy số răng các bánh răng trong nhóm II:

+ Số răng của nhóm truyền II:

Vậy số răng các răng trong nhóm III:

Lập bảng số răng của các tỉ số truyền: i i 1 i 2 i 3 i 4 i 5 i 6a i 6b i 7

Bảng 2.3: Số răng của các tỉ số truyền

2.2.3.4 Sai số số vòng quay:

- Số vòng quay tính toán: n 1,2,3, = n đc i 0 i 1,2,3 i 4 i 6a i 6b n 4,5,6 = n đc i 0 i 1,2,3 i 5 i 6a i 6b n 7,8,9 = n đc i 0 i 1,2,3 i 4 i 7 n 10,11,12 = n đc i 0 i 1,2,3 i 5 i 7

Trong đó: n tt là số vòng quay tính toán n tc là số vòng quay tiêu chuẩn n tt n 1 n 2 n 3 n 4 n 5 n 6 n 7 n 8 n 9 n 10 n 11 n 12 n tt 22,6 32,4 46,2 63,5 90,7 129,5 175 250 357 490 700 1000 n tc 22,4 31,5 45 63 90 125 180 250 355 500 710 1000 0,9 2,86 1,24 0,8 0,8 3,6 -2,8 0 0,6 -2 -1,4 0

Bảng 2.4: Sai số vòng quay

- Đồ thị sai số vòng quay:

- Sơ đồ động của HTĐ

Hình 2.10: Sơ đồ hộp tốc độ

Thiết kế hộp chạy dao (HCD)

2.3.1 Đặc điểm và yêu cầu

- Hộp chạy dao dùng để thực hiện chuyển động chạy dao, đảm bảo quá trình cắt đƣợc tiến hành liên tục

Tốc độ làm việc của hộp chạy dao thường chậm hơn nhiều so với hộp tốc độ chính, khiến công suất truyền động của hộp chạy dao trở nên không đáng kể, chỉ chiếm khoảng 5-10% công suất truyền động chính.

- Hộp chạy dao phai đảm bảo tỉ số truyền chính xác giữa trục và phôi

- Thực hiện đƣợc tiện trơn và tiện ren

- Hộp chạy dao dùng cơ cấu bánh răng di trƣợt ở nhóm cơ sở và cơ cấu mean ở nhóm gấp bội

Để đảm bảo hoạt động chính xác của hệ thống truyền động, cần đảm bảo các thông số truyền động quan trọng như số cấp chạy dao (z s), phạm vi điều chỉnh lượng chạy dao (R s), và phạm vi giới hạn của tỉ số truyền Việc chọn đúng các thông số này giúp tối ưu hóa quá trình gia công, nâng cao năng suất và đảm bảo chất lượng sản phẩm Đồng thời, việc điều chỉnh hợp lý các thông số truyền động cũng giúp hệ thống hoạt động ổn định và bền bỉ trong quá trình sử dụng.

- Đảm bảo độ chính xác cần thiết của chuyển động chạy dao khi cắt ren

- Phải đảm bảo đủ công suất để thắng phản lực cắt dọc trục P x , truyền động êm, có khả năng đảo chiều

2.3.2 Thiết kế hộp chạy dao chính xác

2.3.2.1 Xác định các bước ren

Thiết kế hộp chạy dao của máy tiện ren vạn năng để tiện các loại ren sau:

- Ren hệ mét (ren quốc tế) [mm]: t p = 0.5; 0.75; 1; 1.25; 1.5; 1.75; 2; 2.25; 2.5; 3; 3.5; 4; 4.5; 5; 6; 7; 9

- Ren hệ Anh [số ren trên 1”]: p n 25.4

2.3.2.2 Bảng xếp các bước ren

2.3.2.3 Thiết kế nhóm cơ sở

- Phương trình cắt ren: t p = i cđ i tt i cs i gb t x

Trong đó: t p là bước ren cần cắt i cđ là tỉ số truyền cố định

SVTH: NGUYỄN TUẤN ĐIỆP – 17C1B Page 33 i tt là tỉ số truyền qua cặp bánh răng thay thế i cs là tỉ số truyền qua cặp bánh răng cơ sở i gb là tỉ số truyền qua cặp bánh răng gấp bội t x là bước ren của trục vitme

- Chọn cột có tỉ số gấp bội 1/1 làm nhóm cơ sở

- Theo máy chuẩn T6M16 chọn tỉ số truyền bánh răng thay thế:

+ Bộ bánh răng thay thế: 60

Vậy phương trình cắt ren:

- Thay lần lượt các bước ren t p = 2; 2.5; 3; 3.5; 4.5 (mm) Ta được 5 tỉ số truyền nhóm cơ sở: i csi i cs1 i cs2 i cs3 i cs4 i cs5

- Tống số răng Z Ti của từng cặp bánh răng ăn khớp trong cơ cấu bánh răng di trƣợt

Trong đó: A là khoảng cách trục giữa 2 bánh răng ăn khớp m i là môđun của các bánh răng

+ Dựa vào máy chuẩn T6M16, chọn khoảng cách trục: A = 78 (mm)

Vậy tổng số răng của các cặp bánh răng ăn khớp: m i 2 2.5 3 3.5 4.5

- Lập bảng tính số răng: lần lƣợt đối chiếu Z Ti , K i để tìm xem 1ô nào đó có thể tìm số nguyên a i Ti i z

K , tổng số các cặp bánh răng sai khác không quá 2 răng i csi = A i /B i cs1 i 1

Bảng 8.5: Tính số răng của nhóm cơ sở

- Chọn số răng các bánh răng của cơ cấu bánh răng di trƣợt nhóm cơ sở:

 Số răng tối thiểu: Zmin ≥ 17

 Ƣu tiên chọn bánh răng tiêu chuẩn Nếu không đƣợc mới chọn bánh răng dịch chỉnh

 Cố gắng chọn các hàng có cùng mẫu số hoặc tử số để ghép thành một đôi có bánh răng dùng chung

 Không nên chọn quá nhiều môđun khác nhau cho các cặp bánh răng

2.3.2.4 Thiết kế nhóm gấp bội:

- Nhóm gấp bội cần phải tạo ra 4 tỉ số truyền: i gb = 1/4; 1/2; 1/1; 2/1

- Ta dùng cơ cấu mean để thiết kế nhóm gấp bội

- Chọn khoảng cách trục A = 78 (mm), đúng bằng khoảng cách trục của các bánh răng cơ sở Chọn môđun của các cặp bánh răng m = 2

- Để đơn giản tính toán ta chọn trước Z A = 26, chọn Z 1 = Z’ 1 Số răng của các bánh răng:

+ Để khoảng cách trục A giữa trục I và II bằng khoảng cách trục A giữa trục II và III:

2.3.2.5 Thiết kế nhóm chuyển động bù

2.3.2.5.1 Tính toán các bánh răng thay thế khi tiện ren môđun:

- Phương trình cắt ren: t p = i cđ i tt i cs i gb t x ; Trong đó: t p = π m

- Chọn ren môđun có m = 2 để cắt thử, chọn các tỉ số truyền động: i gb = 1; i cs = ; i cđ - Thay vào phương trình cắt ren: tt

Vậy để tiện ren môđun, ta sử dụng 4 bánh răng thay thế: a = 65; b = 45; c = 87; d = 30

2.3.2.5.2 Tính toán các bánh răng thay thế khi tiện ren hệ Anh: Để tính itt khi cắt ren hệ Anh, ta tính lần lƣợt cho từng loại ren dựa vào bảng xếp ren đã chọn:

+ Cắt ren có n = 9.5: p tt cđ cs gb x cđ cs gb x

Chọn: i gb = 1; i cs = ; i cđ → i tt 127 2 2 127 4 60 127

Vậy cặp bánh răng thay thế khi cắt ren n = 9.5: a = 60; b = 45; c = 127; d = 95

Vậy cặp bánh răng thay thế khi cắt ren n = 9: a = 60; b = 45; c = 127; d = 90

SVTH: NGUYỄN TUẤN ĐIỆP – 17C1B Page 38 tt

+ Cắt ren có n =6: chọn i cs tt

+ Cắt ren có n = 5.5: chọn i cs tt

+ Cắt ren có n = 5: chọn i cs tt

+ Cắt ren có n = 4: chọn ics tt

2.3.2.6 Kiểm tra sai số bước ren:

- Đối với ren quốc tế:

Cắt thử ren quốc tế t p = 3.5(mm) có: i cs =

Thế vào phương trình cắt ren: p

Vậy khi cắt ren quốc tế không có sai số

Cắt thử ren môđun có: m = 2 mm → t p = π m 6.2832 mm i cs =

; t x = 6mm Thay vào phương trình cắt ren: p

2 45 30 52        Sai số khi cắt ren môđun:

- Đối với cắt ren hệ Anh:

Cắt thử ren hệ Anh có: n = 5 ren/1” → tp = = 5.08 mm i cs = ; i gb = 1; i cđ = ; i tt =

Thay vào phương trình cắt ren: p

2 45   75     4 Vậy khi cắt ren hệ Anh không có sai số

Hình 2.13: Sơ đồ động hộp chạy dao

THIẾT KẾ KẾT CẤU MÁY

3.1 Xác định công suất của hộp tốc độ và hộp chạy dao

3.1.1 Công suất cắt và công suất chạy dao

 Công suất cắt: các giá trị:

Nếu kể đến hiệu suất của máy = 0,75 – 0,85 Ta lấy là 0,75 thỡ công suất cần thiết

Vậy ta chọn động cơ có N = 3,3 kW , n = 1440 vg/ph

Ta tính theo tỉ lệ với công suất động cơ chính:

3.1.2 Tính sơ bộ các trục: Để lập bảng tính toán động lực ta cần biết:

+ Tốc độ lớn nhất và nhỏ nhất trên từng trục, từ đó ta có thể tính ra tốc độ trục tính toán theo công thức:

+ Công suất trên từng trục:

N trục được xác định dựa trên công suất đầu ra và hiệu suất truyền động, với công thức N trục = N động cơ × η, trong đó η là hiệu suất của các bộ truyền từ động cơ đến trục, bao gồm các bộ truyền đai, bánh răng, ổ lăn Hiệu suất η được tính bằng tích của hiệu suất các bộ truyền riêng lẻ như η = ∏ηi, giúp đánh giá chính xác hiệu quả truyền năng lượng trong hệ thống cơ khí.

+ Mômen xoắn tính toán trên từng trục:

( ) + Đường kính sơ bộ của các trục:

Từ đó ta có bảng tính toán động lực:

M x (N/mm) d sb (mm) d chọn (min)

Các đường kính được chọn trong bảng là các đường kính tiêu chuẩn phù hợp cho các tiết diện lắp bánh răng và ổ bi Trong các tiết diện khác, có thể điều chỉnh kích thước đường kính theo yêu cầu của kết cấu và lực tác dụng để đảm bảo độ chính xác và độ bền của toàn bộ hệ thống.

3.2 Tính 01 bộ truyền bánh răng trong hộp chạy dao

Ta thiết kế cặp bánh răng từ trục XIV đến trục XV có số răng: Z 1 9; Z 2 9 n t1 => n 2 /1 ( v/ph )

3.2.1 Chọn vật liệu bánh răng và cách nhiệt luyện:

- Bánh nhỏ: Thép 45(Thép C45), thường hóa (tra bảng 3-8, TKCTM), ta có cơ tính: Phôi rèn, giả thiết đường kính phôi từ 100 ÷ 300 mm Ta có cơ tính:

- Giới hạn bền kéo: δ bk = 580 (N/mm )

- Giới hạn bền chảy: δ ch = 290 (N/mm )

- Bánh lớn: Thép C35, thường hóa (Phôi rèn, giả thiết đường kính phôi từ 300 ÷ 500 mm )Ta có cơ tính:

- Giới hạn bền kéo: δ bk = 480 (N/mm )

- Giới hạn bền chảy: δ ch = 240 (N/mm )

3.2.2 Định ứng suất mỏi tiếp xúc và ứng suất mỏi uốn cho phép a) Ứng suất tiếp xúc cho phép:

Trong thiết kế bánh răng, giá trị [ζ] No tx thể hiện ứng suất tiếp xúc cho phép khi bánh răng hoạt động liên tục trong một thời gian dài Hệ số k’N, hay hệ số chu kỳ ứng suất tiếp xúc, được xác định dựa trên công thức tính toán cụ thể, giúp đảm bảo rằng bánh răng vận hành an toàn, bền bỉ và có tuổi thọ cao Việc lựa chọn giá trị [ζ] No tx phù hợp là yếu tố quan trọng để tối ưu hiệu suất và độ bền của hệ truyền động bánh răng trong các thiết bị công nghiệp.

SVTH: NGUYỄN TUẤN ĐIỆP – 17C1B Page 44 mà K’ N =√

(N 0 7 : là số chu kì cơ sở)

- N 0 là số chu kỳ cơ sở của đường cong mỏi

- N tđ là số chu kỳ tương đương: Ntđ = 60 ×u×n×T (CT 3-3 TKCTM) - n: là số vòng quay trong một phút của bánh răng

- T là tổng số giờ làm việc Giả sử thời gian làm việc là 5 năm, mỗi ca làm 6 tiếng, 1 năm làm 300 ngày ta có: T = 5 ×300×2 ×6×60 = 108×10 4

- u là số lần ăn khớp của một răng khi bánh răng quay một vòng

Do vậy: K’N của cả hai bánh đều bằng 1 Từ đó ta có :

(bảng 3-9): thiết kế chi tiết máy b) Ứng suất uốn cho phép:

= 0.45×480 = 216 (N/mm 2 ) (đối bánh lớn) n là hệ số an toàn, n = 1.5

Kζ là hệ số tập trung ứng suất chân răng; Kζ = 1.8

( CT 3-7 TKCTM ) với: N0 = 5×10 6 ; Ntđ2 85840000; Ntđ1 = 1185840000

Sơ bộ chọn hệ số tải trọng k:

Có thể chọn sơ bộ k = 1.3

Chọn hệ số chiều rộng bánh răng:

SVTH: NGUYỄN TUẤN ĐIỆP – 17C1B Page 45 c) Xác định khoảng cách trục :

Khoảng cách trục A đƣợc xác định theo công thức:

( ) Chọn A = 90 (mm) d) Xác định môđun:

Vì m tiêu chuẩn hoá nên chọn

Tính lại khoảng cách trục ( ) ( )

Bề rộng của bánh răng: b1 = 0.3×97.5 = 29(mm); chọn b2 = 25 (mm) e) Kiểm nghiệm sức bền của răng:

 Kiểm tra theo sức bền uốn:

Hệ số dạng răng theo bảng 3-18 TKCTM: y1 = 3.75 y2 = 3.75 Đối với bánh răng nhỏ:

( ) ( ) Đối với bánh răng lớn:

 Kiểm tra theo sức bền tiếp xúc :

( ) f) Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền:

- Các thông số hình học chủ yếu của Bộ Truyền đƣợc tính theo các công thức trong ( bảng 3-2 ) Tính TKCTM

- Đường kính vòng chia (vòng lăn):

- Chiều rộng bánh răng: b1 = 29 (mm), b2 = 27 (mm) Đường kính vòng đỉnh :

D c2 =d c 2 + 2.m n = 97.5 + 2× 2.5 = 102.5 (mm) Đường kính vòng chân :

D i2 = d c 2 − 2.m n − 2.c = 97.5 − 2× 2.5 − 0.625 = 91.875 (mm) g) Tính lực tác dụng lên trục:

Lực tác dụng lên bánh răng được chia làm 2 thành phần: lực vòng F, lực hướng tâm Fr: + Lực vòng:

3.3 Thiết kế 01 trục trong hộp chạy dao và chọn ổ

Ta tính cho trục XVII trong hộp chay dao a) chọn vật liệu chế tạo trục

Chọn vật liệu chế tạo trục là thép 40X tôi cải thiện có:

Giới hạn bền kéo: ζb= 900 N/mm 2

Giới hạn bền chảy: ζch= 700 N/mm 2 ; HB = 260. b) Tính gần đúng trục:

Chọn sơ bộ các kích thước lắp ghép: a = 30mm; b = 240mm; c = 320mm;

Tính lực tác dụng bánh Z = 26 tác dụng lên trục (chọn sơ bộ d = 55):

Tính Momen tại tiết diện nguy hiểm

- Mô men uốn tổng cộng: √

- Tính đường kính trục ở các tiết diện nguy hiểm tính theo công thức:

( ) Lấy [δ] = 70[N/mm 2 ] (TKCTM - Nxb GD)

Chọn d = 28 mm Đường kính lắp ổ lăn ϕ20 mm c)Tính chính xác trục (kiểm nghiệm theo hệ số an toàn):

Hệ số an toàn đƣợc tính theo công thức:

√ nζ - hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp:

Vì trục quay nên ứng suất pháp (uốn) biến đổi theo chu kỳ đối xứng: ζa = ζmax = -ζmin = ; ζm = 0 n η - hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp :

Bộ truyền làm việc hai chiều nên ứng suất tiếp (xoắn) biến đổi theo chu kỳ mạch động: η a = η max = ; η m = 0 Trục có then hoa nên tra bảng 7-26 TKCTM ta có các thông số của trục tiết diện tròn:

- ζ-1 là giới hạn mỏi uốn: ζ-1 = 0.45×ζb = 0.45×900 = 450 [N/mm 2 ] (trục làm bằng thép 40X nên có ζb = 900 [N/mm 2 ]

- η-1 là giới hạn mỏi xoắn: η-1 = 0.25×ζb = 0.25×900 = 225 [N/mm 2 ]

- ψζ và ψη là hệ số xét đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến sức bền mỏi Với thép hợp kim có thể lấy: ψζ =0.15 ; ψη = 0.1

- β là hệ số tăng bền: Ở đây không dùng các biện pháp tăng bền nên lấy β = 1

- εζ và ε η là hệ số kích thước: xét ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục đến giới hạn mỏi Tra bảng ta có: εζ = εη = 0.77

- kζ và kη là hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và xoắn: kζ = 1.92 ; kη = 1.39

- [n] là hệ số an toàn cho phép: trong điều kiện làm việc bình thường lấy [n] = 2

Thay vào công thức trên ta có :

Chọn sơ bộ ổ bi đỡ một dãy (số hiệu 304 – Theo GOST 8338-75)

Hệ số khả năng làm việc của ổ đƣợc tính theo công thức: C = Q×(n×h) 0.3 ≤ C bảng n = 17.8 v/ph; số giờ làm việc của ổ: h = 16000 giờ

Q: Tải trọng tương đương của ổ: Q = (K v ×R+m×A t )×K N ×K t

 Kt = 1 là hệ số tải trọng;

 Kn = 1 là hệ số nhiệt độ;

 R là tải trọng hướng tâm

- Với Fms = N×fms là lực ma sát sinh ra khi di trƣợt bánh răng trên trục

→Fms = 100×0.2= 20 N; (Giả sử khối bánh răng di trƣợt có khối lƣợng 1kgN = m×g = 10×10 = 100 N )

- SA bằng SB nên lấy SA= SB

Ta có: QA = QB = (1681×1+1.5×20) = 1712 N = 171 daN

Tra bảng 14P TKCTM chọn đũa côn đở chặn có số hiệu 104 có thông số: d = 20; D = 52; B = 15; C bảng = 7940

3.4 Phân tích, lựa chọn cơ cấu đặc biệt trong xích chạy dao

Cơ cấu Mean có hai loại :

Loại truyền trực tiếp (hình 3.41) trong máy T616 hoạt động như nhóm gấp bội, có đặc điểm cứng vững cao nhưng có tỷ số truyền bằng tổng số bánh răng Khi cần sử dụng tỷ số truyền lớn từ 6 đến 8, chiều dài trục sẽ tăng lên đáng kể, làm giảm độ cứng vững của hệ thống Do đó, lựa chọn loại truyền phù hợp cần cân nhắc giữa yêu cầu truyền công suất và độ cứng của trục trong thiết kế máy.

SVTH: NGUYỄN TUẤN ĐIỆP – 17C1B Page 51 Để đáp dứng tỷ số truyền lớn từ 6÷8 dùng loại gián tiếp (hình 3.42), có 14 bánh răng tạo đƣợc 8 tỷ số truyền

Cơ cấu Mean hoạt động dựa trên nguyên tắc lắp các khối bánh răng hai bậc kế tiếp nhau, trong đó chỉ cần cố định bánh răng đầu tiên Z2 trên trục I, tuy nhiên điều này gây ra nhược điểm là tất cả các bánh răng đều quay lồng, gây tiếng ồn và mòn Điểm chung của hai loại cơ cấu là đều có bánh răng Z0 lắp then hoa với trục III và di chuyển trên trục này, đồng thời đều thực hiện một dãy tỷ số truyền theo cấp số nhân của công sai, với Z1 bằng gấp đôi Z2 và Z2 bằng Z0 Sự khác biệt chính là loại gián tiếp có thêm bánh răng đệm hành tinh Z, trong khi loại trục tiếp sử dụng hai bánh răng Z3 có số răng ăn khớp với nhau.

Cách tính toán tỷ số truyền loại trực tiếp:

3.5 Thiết kế hệ thống điều khiển hộp chạy dao

3.5.1 Thiết kế hệ thống điều khiển nhóm cơ sở:

- Nhóm cơ sở gồm 5 tỉ số truyền: i 1 , i 2 , i 3 , i 4 , i 5 Để thay đổi tỉ số truyền nhóm cơ sở là nhờ hệ thống điều khiển bánh răng di trƣợt

- Chọn hệ thống điều khiển nhóm cơ sởlà cơ cấu điều khiển bằng cam mặt đầu

+ Cơ cấu chấp hành: ngàm gạt, vật liệu là gang

+ Cơ cấu điều khiển: tay gạt

Sơ đồ kết cấu cam gạt

- Tính cam gạt và càng gạt:

+ Điều khiển khối bánh răng A, giả sử vị trí gốc là tỉ số truyền i 1 gạt sang phải cho tỉ số truyền i 2

+ Điều khiển khối bánh răng B: cho 2 tỉ số truyền i 3 , i 4

Hành trình gạt: LB = 2b + 2c = 2 12 + 2 12 = 48 mm

+ Điều khiển bánh răng C, cho tỉ số truyền i 5

+ Đối với khối bánh răng A:

(β: góc quay, R: chiều dài tay gạt, chọn R = 130 mm)

+ Đối với khối bánh răng B:

3.5.2 Thiết kế hệ thống điều khiển nhóm gấp bội:

- Nhóm gấp bội dùng cơ cấu mean để tạo ra 4 tỉ số truyền.

- Để thay đổi tỉ số truyền nhóm gấp bội nhờ cơ cấu bánh răng di trƣợt Z A

- Để điều khiển bánh răng di trƣợt Z A , ta dùng cơ cấu ngàm gạt:

Tiêu đề	Đồ Án Máy Công Cụ Tìm Hiểu Khả Năng Công Nghệ Và Thiết Lập Sơ Đồ Kết Cấu Động Học Của Máy
Tác giả	Nguyễn Tuấn Điệp
Người hướng dẫn	Nguyễn Phạm Thế Nhân
Trường học	Trường Đại Học Đà Nẵng
Chuyên ngành	Kỹ thuật Máy Công Cụ
Thể loại	Đề tài đồ án
Năm xuất bản	2020
Thành phố	Đà Nẵng

Định dạng
Số trang	55
Dung lượng	2,31 MB