thiết kế máy phay lăn răng

I - XÁC ĐỊNH CÔNG DỤNG CỦA MÁY - CHỌN CÁC THÔNG SỐCHỦ YẾU Máy phay lăn răng là loại máy chuyên dùng, nó được chế tạo để giacông bánh răng trụ răng thẳng, răng nghiêng và bánh vít bằng ph

LỜI NÓI ĐẦU

Trong giai đoạn phát triển của xã hội hiện nay, việc xây dựng một nềncông nghiệp hiện đại là một nhiệm vụ trọng tâm trong thời kỳ phát triển nềnkinh tế thị trường Nhận rõ được nhiệm vụ quan trọng đó Đảng và Nhà nước

ta đã rất chú trọng đến việc phát triển nền công nghiệp nặng trong đó mũinhọn là cơ khí chế tạo máy

Trình độ kỹ thuật của một đất nước trước hết được đánh giá bởi sựphát triển của ngành cơ khí chế tạo máy - một trong những ngành chủ đạocủa nền công nghiệp, trong đó máy cắt kim loại là một thiết bị chủ yếu củangành, chúng dùng để bóc đi một lượng dư nào đó từ phôi để biến thành cácchi tiết máy theo ý muốn Ngày nay công nghệ sản xuất phôi đã đạt đượcnhững thành tựu to lớn trong việc tạo ra những phôi có hình dạng gần giốngvới chi tiết và lượng dư cần bóc đi rất nhỏ Xong không vì thế mà ý nghĩacủa máy cắt kim loại trong ngành cơ khí lại giảm mà còn tăng lên bởi quátrình gia công trên máy rất phức tạp và yêu cầu độ chính xác rất cao mà cácdạng gia công khác khó hoặc không thể đạt được

Nhiệm vụ đặt ra cho những nhà thiết kế máy Việt Nam là phải trang

bị cho đất nước một hệ thống những máy cắt kim loại có đủ chỉ tiêu kinh kỹthuật phù hợp với yêu cầu sử dụng nhằm mục đích đưa nền công nghiệp đilên

Sau 5 năm học tập tại Trường Đại học kỹ thuật Công nghiệp đến

nay em đã hoàn thành chương trình đại học ngành Cơ Khí Chế Tạo Máy Để

có được sự tổng hợp các kiến thức đã học trong các môn học của ngành và

có được sự khái quát chung về nhiệm vụ của một người thiết kế em được

nhận đề tài Thiết kế máy Phay Lăn Răng Được sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo ThS.Nguyễn Thuận và tập thể các thầy giáo trong bộ môn Máy

và tự động hoá cùng với sự cố gắng của bản thân, đến nay em đã hoàn

thành đồ án tốt nghiệp của mình Trong quá trình làm đồ án, chắc chắn sẽkhông tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong đựơc sự chỉ bảo của các thầy

để em có điều kiện học hỏi thêm Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2012

Sinh viên thiết kế

Vũ Đức Hiệp

GVHD: ThS.Nguyễn Thuận - 1 - SV: Vũ Đức Hiệp

PHẦN: I TỔNG HỢP CẤU TRÚC

ĐỘNG HỌC MÁY

I - XÁC ĐỊNH CÔNG DỤNG CỦA MÁY - CHỌN CÁC THÔNG SỐ

CHỦ YẾU

Máy phay lăn răng là loại máy chuyên dùng, nó được chế tạo để giacông bánh răng trụ răng thẳng, răng nghiêng và bánh vít (bằng phương phápchạy dao hướng kính hay tiếp tuyến )

Việc cắt bánh răng được thực hiện bằng cách lăn bao hình giữa daophay trục vít và phôi, gia công bằng phương pháp phay thuận hay phaynghịch với chạy dao thông thường hay chạy dao đường chéo

Máy phay lăn răng làm việc theo chu kỳ bán tự động Đường kính lớnnhất của bánh răng được gia công : Dmax=800

Modul lớn nhất của bánh răng được gia công: mmax=10

II - PHƯƠNG PHÁP TẠO HÌNH BỀ MẶT CHI TIẾT GIA CÔNG

Máy phay lăn răng làm việc theo phương pháp bao hình, tạo hình bềmặt bằng phương pháp lăn và tiếp xúc

- Trên máy có các chuyển động sau :

+ Chuyển động tạo ra đường chuẩn c

+ Chuyển động tạo ra đường sinh s

+ Chuyển động phân độ Fa

- Đường sinh công nghệ là đường thân khai, còn đường chuẩn làđường răng

2.1.Phương pháp phân tích chuyển động tạo ra đường sinh s , và

chuyển động phân độ Fa.

Theo phương pháp bao hình, đường thân khai (1) được tạo thành làđường bao của các vị trí liên tiếp của lưỡi cắt thực (2) Quá trình hình thànhbiên dạng răng là quá trình ăn khớp cưỡng bức giữa bánh răng cần gia công

và dao phay trục vít (nhắc lại sự ăn khớp của trục vít và bánh răng) Do đódao và phôi có chuyển động quay phù hợp với nhau Vậy chuyển động phân

độ Fa sẽ trùng với chuyển động tạo thành đường sinh s Để tạo ra chuyểnđộng này ta có sơ đồ như (hình-1)

GVHD: ThS.Nguyễn Thuận - 3 - SV: Vũ Đức Hiệp

Nếu bánh răng được cắt có Z răng dao phay trục vít có K đầu mối,tốc độ quay của dao là nd thì tốc độ quay của phôi là: nf sao cho:

Z

K n

121. 1.

Z K i i i

i nd

n x

f

Z

K x

i 

2.2.Phân tích tạo ra đường chuẩn c

Khi cắt bánh răng trụ răng thẳng, đường chuẩn là đường song songvới trục phôi Để tạo ra đường chuẩn này dao phay dịch chuyển dọc trục

ix3

Hình-1

1

2

phôi với lượng chạy dao Sd xác định trên một vòng quay của phôi Chuyểnđộng nd là chuyển động của dao phay trục vít nhằm tạo ra tốc độ cắt ứng vớichuyển động quay của dao theo tỉ số truyền:

Z

K n

n i

 - Góc nâng răng trục vít

Khi cắt bánh răng trụ răng nghiêng thì đường chuẩn là đường xoắn vít

có góc nâng bằng góc nâng của bánh răng Chuyển động tạo ra đường chuẩn

Hình - 2

Khi gia công bánh răng thẳng thì phôi cứ quay 1 vòng thì dao tịnh tiếnmột đoạn là Sđ để gia công hết đoạn răng từ AB.

Khi gia công bánh răng nghiêng ,để dao phay cắt hết đoạn răng nghiêng từAB1 thì phôi phải quay thêm một lượng là nt sao cho có sự phối hợp giữa

nt và nphôi để dao dịch chuyển một cung AB1 Mối liên hệ giữa nt và dao nhưsau:

Giả sử phôi quay thêm (nt) một góc i nào đó thì dao sẽ dịch chuyểnmột lượng là Sd

Nếu phôi quay thêm một lượng (nt) = 1 vòng phôi thì lúc đó dao tịnhtiến một lượng là T (T :là bước xoắn vít trụ) Ta có:

T .d CotgTrong đó:

Z Cos

Z m

cot cos

.m

= T

T

S n

n T

t t d

Như vậy để gia công bánh răng trụ răng nghiêng thì:

+) Phân độ : Phôi quay 1 vòng , dao quay K Z (vòng)

+)Tạo rãnh nghiêng:Phôi quay nt (vòng), dao quay

T

S K

5 6

1 vòng dao  k/z vòng phôi Phương trình điều chỉnh động học:

1 i4-5 ix i6-7=k/zCông thức điều chỉnh

ix = Cx k/z

Cx: Hệ số điều chỉnh xích bao hình+) Xích chạy dao :

Phôi - 7 - 8 - iS - 9 -10 - Vít me chạy hướng kính

1 vòng phôi  bàn máy tịnh tiến hướng kính S K(mm)

Công thức điều chỉnh động học

iv = Cv.nd

+) Xích phân độ : DTV – 4 – 5 – Σ – 6 – 7 – Σ – ix – 8 – 9 - Phôi bánhvít

+) Xích chạy dao dọc trục (tiếp tuyến)

Phôi - 9 -10- iS -11- 12 -vít me tiếp tuyếnLượng di động tính toán

1(vòng) phôi bánh vít → St(mm) bàn dao tiếp tuyến

Phương trình điều chỉnh động học

1 i9-10 is i11-12 tvm = St

is = St Ct

+ Xích vi sai: Vít me tiếp tuyến mang bàn dao kéo dài – 12 – 13 – iy

14 – 15 – Σ – 6 – 7 – ix – 8 – 9 – Bàn máy mang phôi

y

t

m

i i i i i i

i

vm

9 8 7 6 15 14 13

12

.

.

III - THÀNH LẬP SƠ ĐỒ CẤU TRÚC MÁY

Từ phân tích phương pháp tạo hình trên ta thấy máy phay lăn răng cócác chuyển động tạo hình sau:

GVHD: ThS.Nguyễn Thuận - 9 - SV: Vũ Đức Hiệp

Khi cắt bánh răng trụ răng thẳng cần có chuyển động quay chính củadao là Q1 để tạo ra tốc độ cắt, chuyển động quay phôi Q2 phù hợp với Q1

Do vậy giữa dao và phôi phải có liên kết nội với chạc điều chỉnh ix, đó lànhóm tạo hình đường sinh s (Q1,Q2)

Khi cắt bánh răng trụ răng nghiêng để tạo thành đường chuẩn thì máyphải có thêm chuyển động tạo thành đường xoắn ốc đó là chuyển động quayphụ thêm Q3 phù hợp với chuyển động thẳng đứng của bàn máy T, lúc nàybàn máy mang phôi nhận đồng thời 2 chuyển động độc lập nhau (Q2,Q3) vìvậy trong cấu tạo của máy cần bố trí thêm cơ cấu cộng (cơ cấu vi sai) để gộp

2 chuyển động này đó là nhóm tạo hình đường chuẩn c(Q3,T)

Để tạo thành các chuyển động trên ta thấy có rất nhiều phương ánthành lập sơ đồ cấu trúc

Cơ sở cho việc thành lập sơ đồ cấu trúc: Trước hết phải viết được liênkết nội và chuyển động của các nhóm hình thành Từ đó ta có 4 phương ánthành lập sơ đồ cấu trúc a,b,c,d

Theo phương án a,b

GVHD: ThS.Nguyễn Thuận - 11 - SV: Vũ Đức Hiệp

3

8 9

Ta có : Lượng di động tính toán xích vai là:

T (mm) bàn dao  phôi quay phụ thêm  1 (vòng)

tvm vòng vít me  phôi quay phụ thêm  1 (vòng)

tvm.i78.iy.i910.iΣ.i56 = 1 vòngHay:

Z m

Sin i

i i

t T

i i i

t i

i i i T

t

vm vm

vm

.

.

56 910 78 56

910 78 56 910

1 vòng dao  K/Z vòng phôiPhương trình điều chỉnh:

1.i12.ix.i34.i.i56= K/Z vòng phôi

2

7

 1

1

56 34

K i i i i

Q

2

Phương án - c

6 1

8 9

8

Ta có : Lượng di động tính toán xích vai là:

T (mm) bàn dao  phôi quay phụ thêm  1 (vòng)

Sin i

i i i i i

t T

i i i i i i

t i

i i i i i

T

t i

n x

vm x

vm x

vm y

1

Sin C

K m

Sin i

i

i t i

n

y n

vm y

.

.

.

.

910 78

Phương án c, có nhược điểm là khi cắt bánh răng nghiêng lượng chạydao thẳng đứng phụ thuộc vào tốc độ quay của dao Do đó năng xuất khôngcao vì không thể tăng tốc độ quay của dao lên liên tục được

4

10 11

Để khắc phục nhược điểm này ta sử dụng sơ đồ cấu trúc máy theophương án (d) có thêm khâu điều chỉnh lượng chạy dao iS.

Mặt khác khi cắt bánh vít trên máy phay, cần có các chuyển động sau:

nd - tạo tốc độ cắt

nf - chuyển động của phôi phù hợp với chuyển động của dao

Sk - là chuyển động chạy dao hướng kính để cắt hết chiều sâucắt khi cắt bánh bằng phương pháp chạy dao hướng kính.(hình e)

St - là chuyển động chạy dao dọc trục khi cắt bánh bằng phươngpháp chạy dao tiếp tuyến ( hình f )

Như vậy ta phải có khâu điều chỉnh is vào xích chạy dao để thành lậpđược sơ đồ câu trúc của máy ở trường hợp này

Các sơ đồ cấu trúc máy như ( hình g,h )

Khi cắt bánh vít bằng phương pháp chạy dao tiếp tuyến thì chuyểnđộng quay của dao và quay của phôi là chuyển động nhắc lại sự ăn khớp củatrục vít bánh vít

Chuyển động chạy dao của vít me mang bàn dao ( St ) nhắc lại sự ănkhớp của bánh răng thanh răng do đó phôi phải quay thêm 1 lượng là nt doxích vi sai đảm nhiệm

Để mở rộng và thay đổi lượng chạy dao tiếp tuyến trên sơ đồ cấu trúcđộng học ta bố trí thêm khâu điều chỉnh i0 Như vậy để được các yêu cầu củamáy ta chọn phương án bố trí động học ( hình d )

GVHD: ThS.Nguyễn Thuận - 15 - SV: Vũ Đức Hiệp

Hình - g

4

Từ đó ta thành lập được sơ đồ cấu trúc động học toàn máy gồm cácxích liên kết trong, ngoài và các khâu điều chỉnh như sau:

GVHD: ThS.Nguyễn Thuận - 17 - SV: Vũ Đức Hiệp



Sơ đồ cấu trúc động học máy phay lăn răng

13 14

16 17

20

Với sơ đồ cấu trúc trên ta có các thành phần lượng di động tính toán

và công thức điều chỉnh như sau:

1- Chuyển động quay của dao (Xích tốc độ)

Chuyển động của những khâu cuối cùng là trục động cơ quay và daoquay Lượng di động tính toán :

nđc ( vg/ph )  nd ( vg/ph )

Phương trình cân bằng :

nđc i12 iv i34 = nd.Công thức điều chỉnh :

dc

d

n y i

i n d

34

12 1 



2- Xích bao hình ( Xích tạo đường thân khai )

Xích này liên hệ giữa chuyển động quay của phôi và dao

4- Xích vi sai ( xích tạo thành đường xoắn vít )

a Khi cắt bánh răng nghiêng

Lượng di động tính toán:

1 vòng phôi   Z/K Sđ/T1.i9-10.is.i11-12.i12-13.iy.i14-15.i =  Z/K Sđ/T

t

Z y

t

9 8 7 6 15 14 13 12

.      



Thay các giá trị đã biết vào phương trình trên ta có:

K m y

i  1.



GVHD: ThS.Nguyễn Thuận - 19 - SV: Vũ Đức Hiệp

PHẦN :II XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG

CƠ BẢN MÁY

Vật liệu gia công trên máy: Thép, gang, đồng và chất dẻo Dao được

sử dụng là dao phay trục vít, dao bay

Từ các thông số trên tra bảng - 50 [1]

+) Modul nhỏ nhất của bánh răng gia công:

mmin = mmax/Rm

Rm = 3,5  5Chọn Rm =5 nên mmin = 2 mm

Ta có thông số của dao là:

Tốc độ cắt giới hạn được chọn căn cứ vào các tài liệu thống kê Thamkhảo tài liệu đã cho đối với máy chuẩn khi phay lăn răng, tốc độ cắt có thể

sử dụng theo bảng 68 [6] Đối với vật liệu dao là thép gió:

Để tổn thất năng suất không đổi khi gia công phôi có đường kính khácnhau ta chọn chuỗi số vòng quay trục chính là chuỗi số nhân Tra bảng: 6-2[4] Chọn công bội  tiêu chuẩn Máy thiết kế là máy phay lăn răng nênchọn  =1,26.

Khi đó số tốc độ của máy thiết kế là:

Theo nguyên lý cắt, khi cắt thô lượng chạy dao từ 2 đến 3mm/v (vậtliệu phôi , gang ,thep, đồng) Khi cắt tinh lượng chạy dao từ 0,8 đến 1,5 mm/

v Lượng chạy dao này quá bé nên dễ xẩy ra hiện tượng trượt dao

Chiều sâu cắt được xác định theo modul của bánh răng cần gia công.Đối với các bánh răng có modul nhỏ hơn 10 mm thì ta cho một hành trìnhcắt hết chiều sâu Đối với bánh răng có m  10mm (vật liệu bánh răng làgang ) và m  8mm (vật liệu là thép ) thì cắt 2 hành trình Hành trình đầu cắttheo chiều sâu t = 1,4 mm hành trình sau cắt hết phần còn lại

Với vật liệu gia công là chất dẻo thì lượng chạy dao có thể chọn lớnhơn Theo máy chuẩn có lượng chạy dao cho máy thiết kế là

b) Xích chạy dao hướng kính

Để gia công bánh vít bằng chạy dao hướng kính, trong máy bố trí xíchchạy dao hướng kính được nối từ xích chạy dao dọc Theo máy chuẩn tachọn lượng chạy dao hướng kính của máy là 1/3 lượng chạy dao đứng Khi

đó ta có lượng chạy dao hướng kính là:

0,27 ; 0,34 ; 0,43 ; 0,54 ; 0,68 ; 0,85 ; 1,08 ; 1,36 ; 1,7(mm/v)

c) Xích chạy dao tiếp tuyến

Để cắt bánh bít bằng phương pháp chạy dao tiếp tuyến và cắt bánhrăng bằng phương pháp chạy dao đường chéo Máy còn bố trí xích chạy daotiếp tuyến Lượng chạy dao phụ thuộc vào góc nghiêng của bánh răng và sốrăng của bánh vít khi gia công

d) Xích chạy dao nhanh

Để giảm thời gian phụ ở các hành trình chạy không, trên máy bố tríxích chạy dao nhanh cho chạy dao hướng kính và chạy dao thẳng đứnglượng dịch chuyển có thể lấy bằng 0,1  0,6m/ph Theo máy chuẩn chọnlượng dịch chuyển nhanh của bàn máy là 0,17m/ph Dịch chuyển nhanh củabàn trượt dao là 0,55m/ph Dịch chuyển nhanh của trục gá dao dọc theo trụcdao là 0,13 m/ph

IV - ĐẶC TRƯNG VỀ ĐỘNG LỰC HỌC MÁY

+) Đặc trưng về động lợc học máy được xác định theo chế độ cắt tínhtoán có tải trọng và công suất lớn nhất Công suất cắt có thể tính theo 2phương pháp:

Vật liệu gia công là thép:

Lượng chạy dao : S* = 0,7 Smax =0,7 5 = 3,5 mm/vg

Vận tốc cắt : V = 20 m/ph

Modul : m = 10 mm

Đường kính dao : Dd = Ddmax = 200 mm

Số đầu mối dao phay : k = 1

Số răng của bánh răng gia công : Z = 12

2 -Theo nguyên lý đàn hồi

Lực cắt được tính theo công thức:

Pz = k(a + 0,4c) b

Trong đó: k: Đặc tính của vật liệu cắt Với thép 40X và 40XH

Chọn : k =1800N/mm a: Chiều sâu cắt

b: Chiều dài lớp cắt c: Độ mòn lớn nhất cho phép của dao theo mặt sau:

Chọn: c = 0,6mm (bảng II – 3 [1] )

Với phương pháp gia công này thi trị số của a, b luôn biến đổi Do đó

để tính toán ta xác định trị số trung bình của chúng:

b tb = 3,14 m/ 2 = 3,14 10/ 2 = 15,7 mm

a tb =F S / D .n lc l cd (mm)

F: Diện tích tiết diện rãnh răng của toàn bộ bánh răng

GVHD: ThS.Nguyễn Thuận - 25 - SV: Vũ Đức Hiệp

F = 3,14.m.z = 3,14.100.12 = 3768 mmS: Lượng chạy dao S =3,5 mm/vg

n lc: Số lát cắt sau một vòng quay của phôi Khi phôi quay được mộtvòng thì dao quay được 12 vòng Vậy số lát cắt là:

atb = 0,04 mmLực cắt tính cho một răng

Ks = 0,2 : Hệ số kể đến công suất chạy dao

Dựa vào công suất động cơ tính toán, tra bảng 3-P4 [7] - chọn động cơkiểu A02 51-4 có:

N = 7,5KW; n = 1460 v/p; i = 0.23 ; Mbd/Mdm = 1,8

PHẦN :III TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC

MÁY

GVHD: ThS.Nguyễn Thuận - 27 - SV: Vũ Đức Hiệp

+ Phạm vi điều chỉnh của nhóm là: Rp = imax/imin = 1620:

- Nếu phạm vi truyền dẫn không vượt quá Rp thì việc điều chỉnh

số vòng quay chỉ còn tiến hành với một nhóm truyền Như thế kết cấu truyềndẫn sẽ đơn giản

+ Khả năng đóng cần tốc độ làm gãy bánh răng không có do đókhông phải dùng cơ cấu hãm nào cả

+ Việc điều chỉnh máy chậm chạp là nhược điểm gây ra do ta

sử dụng cặp bánh răng thay thế Nhưng ta lại gia công một lô sản phẩm nênthời gian phụ đó là quá nhỏ so với thời gian chạy máy Do đó không ảnhhưởng đến năng suất máy

Đồ thi vòng quay : Khi ta vẽ đồ thị số vòng quay ta phải chú ý đếnchiều ngang của hộp không được quá lớn, ta hạn chế tỉ số truyền trong cácnhóm:

1460(v/f)

VII VI

IV

II I

2000

(v/ph) (v/ph) (v/ph) (v/ph) (v/ph) (v/ph) (v/ph) (v/ph) (v/ph)

315 250 200 160 125 100 80

50 63

Trong xích ta bố trí một bộ truyền đai từ trục dộng cơ đến trục I vàcác cặp bánh răng côn có tỷ số truyền bằng 1 để đổi hướng truyền chuyểnđộng trong không gian cặp bánh răng trụ răng nghiêng để hạn chế tỷ sốtruyền của các nhóm trong giới hạn cho phép.

Ta xây dựng đồ thị số vòng quay như hình vẽ trên: Từ đồ thị số vòngquay ta xác định được tỷ số truyền

i2 = 3 = 2 i5 = 0 = 1 i8 = 1/3 = 0,5

i3 =  2 = 1,58 i6 = 1/ = 0,79 i9 = 1/4 = 0,39

i4 =  = 1,26 i7= 1/2 = 0,63 i10= 1/5 = 0,315Gọi i1 : Là tỷ số truyền của đai , dựa vào chuỗi số vòng quay trên lưới

và các tỷ số truyền ở trên ta xác định được tốc độ sau khi qua đai từ động cơđến trục i là 635v/ph

i1 = 6,35/1460 = 0,43

Ta thấy bánh răng nhỏ nhất trong nhóm bánh răng chủ động là: Zmin

Ta có : i11 = 1/4 = Z11/Z’11 = 17/68

Chọn Z11 = 17 ; Z’11 = 68

4 - Kiểm tra sai số vòng quay

Trong quá trình tính toán số răng do phân tích tỷ số truyền có sai số đểlàm tròn số răng Z đã được tính

GVHD: ThS.Nguyễn Thuận - 31 - SV: Vũ Đức Hiệp

Tần số quay của trục chính có thể sai lệch so với tần số quay tiêuchuẩn Vì vậy ta phải kiểm tra sai số vòng quay rồi so sánh với số vòng quaycho phép:

Sai số cho phép xác định theo công thức:

   n 

Ta lập bảng kiểm tra sai số vòng quay :

Vậy sai số vòng quay thực so với sai số vòng quay tiêu chuẩn nằmtrong giới hạn cho phép

II - THIẾT KẾ XÍCH CHẠY DAO

Từ trên ta có đồ thị vòng quay trục vít me như sau:(Hình vẽ)

GVHD: ThS.Nguyễn Thuận - 33 - SV: Vũ Đức Hiệp

Đồ thị vòng quay xích chạy dao đứng.

VII VI

IV

II I

0,50 0,40 0,32 0,25 0,20 1vphôi

0,158 0,128

0,08 0,10

2

i6