thiết kế máy bào ngang loại 3 phương án 5

Từ hoạ đồ chuyển vị và từ các số liệu đã biết ta vẽ đợc hoạ đồ vận tốc ứngvới 11 vị trí trên hoạ đồ chuyển vị.. Sau khi vẽ hoạ đồ vận tốc ta xác định đợc Vận tốc các điểm trên cáckhâu,ch

Lời nói đầu

Môn học nguyên lý máy là môn học cơ sở không thể thiếu đợc đối với ngành cơ khí Ngành chế tạo máy nói riêng và các ngành khác nói chung.

Đây là môn học đầu tiên đặt nền móng cho những kiến thức về máy, là cơ sở cần thiết cho các môn học khác nh chi tiết máy, máy cắt

Thiết kế đồ án môn học nguyên lý máy là một khâu rất quan trọng nó nhằm mục đích giúp cho sinh vieen tổng kết lại những kiến thức đã đợc trình bày trong khi học lý thuyết, mặt khác thiết kế đồ án giúp cho sinh viên củng

cố và mở rộng thêm kiến thức về lý thuyết, thực tiễn.

Để làm quen với công việc thiết kế em đã đợc giao đề bài thiết kế máy bào ngang loại 3 phơng án 5 Trong thời gian làm đồ án em đã đợc sự giúp

đỡ của các thầy giáo hớng dẫn và sự tìm tòi học hỏi bạn bè Em đã hoàn thành đồ án môn học nguyên lý máy.

Lần đầu làm quen với công việc thiết kế nên em còn có nhiều sai sót, thiếu kinh nghiệm thực tiễn Nên em kính mong các thầy, cô giáo giúp đỡ và chỉ bảo thêm để em nắm vững và hiểu một cách thấu đáo hơn các kiến thức.

Em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo hớng dẫn Lê

Quý Đạc trong suốt quá trình hớng dẫn đồ án môn học này.

Sinh viên thiết kế Nguyễn Mậu Diệp

Phần I Phân tích động học cơ cấu chính

A Giới thiệu nguyên lý làm việc:

Máy bào ngang loại 3 là một trong các loại máy cắt gọt thông dụng nhất,

đây là loại máy công tác Cơ cấu chính gồm 5 khâu 7 khớp, nguyên lý làmviệc sơ bộ nh sau: khi khâu dẫn (1) quay đều (dẫn động bằng động cơ điện)nhờ cơ cấu culít (3) chuyển động lắc qua lắc lại trong phạm vi góc lắc ψ nào

đó Qua khâu (4) chuyển động vừa quay quanh khớp B vừa chuyển động tịnh

tiến Khâu (5) mang đầu bào chuyển động qua lại nhờ khớp định vị C (khớptrợt) theo phơng ngang.

Nhóm 2: gồm khâu (2) và khâu (3) loại 2 khâu 3 khớp, nhóm loại 2.

Vậy cơ cấu loại 2 Các nhóm đợc biểu diễn nh hình vẽ

II Tính toán động học cơ cấu - vẽ hoạ đồ chuyển vị:

để vẽ đợc hoạ đồ chuyển vị theo các số liệu đã cho ta phải tính đợc cáckích thớc cha biết

Từ công thức:

ψ-

=

64180

64+180

=

0 0

)

-/ ( 279 , 78 45 , 0 ).

1 1 , 2 (

1 , 2 52 ).

=

) / 1 ( 139 , 8 30

279 , 78 14 , 3 30

Ta có góc: BDO2=O1AO2=900 và có chung góc: DO2B=ψ/2

=>

DB

AO

=BO

O1A=R

=>

225 593

, 424

2 , 1 075 ,

593,424+225.2,1

075,360.225

=RXét tam giác vuông O1AO2:

Có: O O =R/sin(ψ/2)=116,639/sin(320)=220(mm)

Chọn đoạn biểu diễn tay quay:

O1A=60(mm)

Vậy ta có tỷ lệ xích: 0 , 00194 ( / )

60

116639 ,

0

mm m

à

Nên ta có các đoạn biểu diễn:

)mm(417,218

=00194,

0

4246,0

=

B

O2

)mm(574,11

=00194,

0

0225,0

=H

05

,

0

)mm(483,231

=00194,

0

45,0

=

H

)mm(17,113

=00194,

0

22,0

=O

O1 2

)mm(225,185

=00194,

0

360075,

0

=

D

O2

vậy ta có thể dựng cơ cấu trên bản vẽ Ao Đầu tiên lấy điểm O1 bất kỳ lập

hệ trục toạ độ O1xy với trục O1x nằm ngang, trục O1y thẳng đứng Lấy điểm

O2 sao cho O1O2=113,17 (mm) Tại tâm O1 quay 1 vòng tròn bán kính R=60(mm) từ O2 kẻ 2 tiếp tuyến với vòng tròn O1 bán kính R Trên tiếp tuyến lấy

đoạn O2D=185,225 Vậy cơ cấu máy bào ngang loại 2 hoàn toàn xác định

phần II

hoạ đồ vận tốc.

Từ hoạ đồ chuyển vị và từ các số liệu đã biết ta vẽ đợc hoạ đồ vận tốc ứngvới 11 vị trí trên hoạ đồ chuyển vị Giả thiết của bài toán này đã biết đợc củacác khâu tại từng thời điểm khâu dẫn quay đều cùng chiều kim đồng hồ

2

-Điểm A1≡ A2 nên ta có: VA1=VA2=ω1LO1A=8,193.0,116639=0,9556(m/s).

VA1 có: - phơng vuông góc với O1A, chiều cùng chiều với w1

- điểm đặt ở A

)1(V+V

A B O B A

2

3

VB3 có phơng chiều cùng với VA3.

Lại có: khâu (3) nối vơí khâu (4) bằng khớp trợt, khâu (4) nối với khâu(5) bằng khớp quay nên:

VB4=VB3+VB4/B3 (2)

VB4=VB5

VB3 đã biết hoàn toàn

VB4 có phơng song song với phơng trợt đầu bào (phơng ngang)

VB4/B3 có phơng song song với O2B

Sau khi vẽ hoạ đồ vận tốc ta xác định đợc Vận tốc các điểm trên cáckhâu,chúng đợc biểu diễn trong bảng 1, 2

Bảng 1: Biểu diễn vận tốc các điểm trên các khâu (mm)

Giả thiết ω1=const ta vẽ hoạ đồ cho 2 vị trí là vị trí 5 và vị trí 11 Trong đó

ở vị trí số 5 máy đang ở chế độ làm việc và vị trí số 11 ứng với hành trìnhchạy không Để tiện tính toán và vẽ biểu đồ ta chọn tỷ lệ xích àa theo côngthức:

àa= ω1 àL=8,1932.0,00194=0,13(m/mm.s2)

aA1=aA2=ω1 LO1A=ω1 O1A àL=8,1932.60.0,00194=7,81133(m/s2)

Mặt khác theo tỷ lệ xích ta có:

aA1=aA2=πa1’ àa= πa2’ àa=πa1’ ω1 àL=πa2’.w2 àL

Vậy πa1’=πa2’=O1A là đoạn biểu diễn gia tốc

aA1=aA2 bằng đoạn biểu diễn tay quay

R 2 A / 3 A

k 2 A / 3 A 2

a2a3 ta đợc điểm N Nối điểm M với A, từ N kẻ đờng song song với MA cắt

MO2 kéo dài ta dợc điểm L Đoạn O2L chính là gia tốc ak

A3/A2.có chiều làchiều VA3/A2 quay đi 900 theo chiều ω3

AA3/A2R có chiều song song với O2A

Phơng trình (1) còn 3 ẩn số => ta phải khử bớt ẩn Ta lại có:

)2(a+a

=

3 A

2 3 A

1 O

2 3 A

μ.AO

pa

=LV

Vậy aA3n=πn1àa=

l

2 v

2

2 3

μ

μAO

pa

hay πn1=

AO

pa

3

2 3

aA3n : giá trị đợc xác định nh hình vẽ

kẻ đoạn O2A vẽ cung tròn qua 2 điểm O2A từ A kẻ đoạn AF=pa3 Từ F hạ

đờng vuông góc với O2A ta đợc điểm E => AE=aA3n

aA3n có chiều hớng từ A đến O3

aA3t có phơng vuông góc với O2A

Thai phơng trình (2) vào (1) ta đợc

r A A

k A A A

a biểu diễn gia tốc k

2 A / 3 A

a .véc tơ này có chiều VA3/A2 quay đi 900

theo chiều w3 Từ mút k kẻ phơng R

2 A / 3 A

a (song song với O2B) Từ mút π gốchoạ đồ kẻ véc tơ n

3 A

a

π biểu diễn aA3n có phơng song song O2A chiều từ a đến

O2.Từ n kẻ phơng at

A3 (vuông góc với O2A) 2 đờng này cắt nhau ở đâu thì ở

đó là a3’ biểu diễn gia tốc

3 A

a Xác định

3 B

a bằng cách trên đờng thẳng πa3’ đặt πB3’ theo tỷ số:

A O

a B O b A O

' 3 2

a =a (phơng song song với phơng trợt đầu bào).B5

Lý thuyết ta có

4 B

a =aB3 + k

3 A

a + R

3 / 4 B

a (3)Trong phơng trình (3) ta thấy:

AB4/B3k = 2ω3.VB4/B3=2ω3b3b4àv

Có chiều theo chiều

3 B / 4 B

a .xoay đi 900 theo chiều ω3

Ta xác định đoạn biểu diễn R

3 B / 4 B

a theo hình vẽ:

Vậy trên hoạ đồ gia tốc tại b3’ đặt một đoạn biểu thị k

3 B / 4 B

a tiếp theo tại K

kẻ đờng ∆ song song với O2B và tại π kẻ đờng song song phơng trợt đầu bào

2 đờng này cắt nhau tại b4’ (đoạn πb4’ biểu diễn gia tốc a =B3 a ).B5

πs’3 11.29 158.62 aS3 1.46 20.62

a’K

A3/A2 1.425 669.76a’K

Phần IV

Phân tích động học cơ cấu

Ta tiến hành phân tích áp lực khớp động cho cơ cấu tại 2 vị trí làm việc đó

là vị trí 5 và vị trí chạy không 11 Đồng thời xác định mômen cân bằng đặtvào khâu dẫn Việc tiến hành phân tích áp lực khớp động đối với 2 vị trí tơng

tự nhau nên ta chỉ tiến hành cho một vị trí 5 (riêng vị trí 11 không có lực cản

pc)

- Đã cho: G=ql; q=30 (KG/m); G2=G4=0; G5=4G1; jS =(m.L2)/12; Trọngtâm của khâu nằm ở trung điểm kích thớc động

* Tính khối lợng các khâu:

) ( 492 , 3 10

92 , 34 10

67 , 4 30 10

3

m = = =

) ( 04 , 56 10

67 , 4 30 4 10

LSK3 =

3 2 3

3

. O S

S

L m

R = - R34, G3 đã xác định hoàn toàn , R O3 , R12 cha xác định , P qt3có điểm

đặt tại K3, phơng // với πS’3 chiều ngợc lại Tách riêng khâu 2 các lực đặt nênlà:

R03 = 193,1 (N)

Để xác định R54 ta dựa vào phơng trình cân bằng lực của riêng khâu 4

Phần V

Chuyển động thực của máy , xác định mômen

quán tính bánh đà

Ta dùng phơng pháp đồ thị đờng cong Vittenbao

1)Vẽ biểu đồ mô men cản thay thế :

a)vẽ biểu đồ mô men thay thế :

∝ : là góc hợp bởi Pkvà Vk(đẻ đơn giản ta xoay đi góc 900 )

Tính mô men cản thay thế theo phơng pháp đòn Jucopky Cách làm nh sau

xoay 11 vị trí hoạ đồ vận tốc của cơ cấu theo chiều ω1 1 góc 90o , sau đó đặt

trọng lựơng của các khâu G1, G3, G4,G5 vào trọng tâm các đoạn trên hoạ đồ

vận tốc ,đặt lực cản kỹ thuật Pc tại C sau đó lấy mô men vơi gốc hoạ đồ P

Những lực nào gây ra mô men chống lại chiều xoay hoạ đồ vận tốc ta lấy dấu

(+) ,lực nào gây ra mômen cùng chiều xoay vận tốc ta lấy dấu (-)

Chú ý : Tại hai vị trí 0,05H ta tính mômen cản cho hai trờng hợp là có lực

Trục hoành biểu thị góc quay với tỷ lệ xích àϕ = 0,0349 rad mm.

Trên trục hoành tơng ứng với điểm chia ( các vị trí ) ta vẽ các đoạn thẳng

song song với trục tung và có giá trị bằng đoạn biểu diễn Mctt Sau đó ta nốichúng bằng đờng cong trơn ta sẽ đợc đồ thị đờng cong Mctt

b)vẽ đồ thị công A c , A đ và mô men phát động M đ

Tích phân đồ thị Mctt ta đợc đồ thị công cản , chọn cực tích phânH=55(mm)

àA = àM àϕ H = 7,678 (mm Nm)

Phơng pháp tích phân :

Trên trục hoành của đồ thị Mctt Tơng ứng với các đoạn chia , tại các trung

điểm của các đoạn dóng song song với trục tung cắt đờng cong tại các điểm

a1,a2, , trên đồ thị đờng cong Mctt Lấy một điểm H trên trục oϕ cách o

một khoảng 55(mm) gọi là cực tích phân , từ các điểm a1,a2, , ta dóng songsong trục hoành cắt trục tung tại các vị trí tơng ứng b1,b2, , nối các vị trí t-

ơng ứng này với đầu mút P ta đợc các đờng thẳng có độ nghiêng khác nhau

Trên đồ thị vẽ Ac cũng chia trục hoành nh biểu đồ Mctt

Từ diểm gốc 1 và trong phạm vi khoảng chia đầu tiên ta vẽ một đoạn 1C1

song song Hb1 cắt đờng thẳng song song với trục tung kẻ từ 2 tại C1 sau đó

từ C1 lại lặp lại cho hết 11 khoảng chia cuối cùng ta vẽ đợc Ac

Nối điểm đầu và điểm cuối của đồ thị công cản Ac=f(ϕ) ta đợc đồ thị công

phát động Ađ =f(ϕ) vì rằng mô men động thay thế là hằng số : Mđ = const

(cha biết trị số mô men động ) Nhng công của mô men không đổi và bằng

Ađ = Mđ.ϕ

Nghĩa là công của lực phát động Ađ tỷ lệ với góc ϕ và trên trục toạ độ Ađ

góc ϕ phải đợc biểu thị bằng đờng thẳng

ngoài ra , sau toàn bộ chu kỳ làm việc của máy , công động bằng công cản:

Ađ=Ac (giai đoạn máy làm việc bình ổn).

Vì vậy đờng thẳng Ađ = f(ϕ) sẽ nối điểm đầu và điểm cuối đờng cong Ac =

ϕ

Trị số của mô men phát động xác định bằng cách vi phân đồ thị

Ađ=f(ϕ)

Muốn thế ,từ điểm P của đồ thị M = f(ϕ) ta kẻ tia song song với đờng thẳng

Ađ= f(ϕ) tới cắt trục M Tung độ sẽ biểu thị mô men phát động Mđ với tỷ lệ xích àM

Lập hệ trục toạ độ với tỷ lệ xích àJ = 0.028 (kg.m2/mm)

(m 2 ) 0.015 0.5 0.8 0.96 0.95 0.92 0.489 0.23 0.015 2.39 7.9Jtt

đờng cong ∆E = f(ϕ) và àJ của đồ thị Jtt = f(ϕ) Đờng cong trơn đó ta gọi

là đờng cong Vítten bao

1 1 30

14 3

1 1 30

14 3

370 678 7

* 2

07 0

370 678 7

* 2

07

⇒ ψmin = 15,89o

Dựa vào các góc đó , ta kẻ các tiếp tuyến tơng ứng với đờng cong ∆E =f(Jtt) tới cắt trục ∆Εvà đo đoạn a _ b giới hạn bởi hai giao điểm của 2 tiếp tuyến với trục tung (∆Ε) : a _ b= 112,6 ( mm)

Cuối cùng ta tính đợc mômen quán tính của bánh đà :

Jd = (àJ.ab)/( tgψmax - tgψmin ) = 00,344,028−.1120,329,6 = 215,12 (kg.m2)

Chọn đờng kính bánh đà là D = 0,6 (m) ⇒ khối lợng của bánh đà là:

M=

2 D

4 = 2390,26 (kg)

PHầN VI Thiết kế bánh răng

I) Tính toán để vẽ bánh răng :

Thiết kế cặp bánh răng hình trụ ,răng thẳng ,đợc cắt với chế độ dịch chỉnh

d-ơng bằng dao thanh răng

Các số liệu đã cho : Z1=16 , Z2=48 , m = 6.4 Vì bộ truyền bánh răng không

có yêu cầu gì về khoảng cách trục nên ta sẽ chọn cặp bánh răng dịch chỉnh dơng , đó là cặp bánh răng có nhiều u điểm Ta tra bảng và trọn đợc hệ số dịch dao là:

cos

sin

2 02

2 2

2 01

2 1

A R R R

Ăn khớp trùng vì ε >1,1 nên có ít nhất hai đôi răng vào khớp trên

đoạn ăn khớp thực ab.

Cặp bánh răng thiết kế có tỉ số truyền không đổi.

Không cắt chân răng vì đoạn ăn khớp thực ab nằm trong đoạn ăn khớp lý thuyết N1N2.

Ta có bảng thông số bánh răng nh sau:

Thông số hiệuKí Giá trịthực Giá trị biểudiễn

RL2 160,416 598.4Bán kính vòng đỉnh Re1 62,528 224.8

Re2 162,816 609.75Bán kính vòng chân Ri1 49,472 174.8

Ri2 149,76 558.5Chiều dầy răng trên vòng

chia SS12 14,61413,076 54.6249.82

*>Kiểm tra những chỉ tiêu bắt buộc đối với bảnh răng

Hệ số dịch dao nhỏ nhất để chánh hiện tợng căt chân răng

964 134

VởySe1=1.809

So sánh với đIũu kiện tránh trọn răng Se1>0.3m vậy thoả mãn.

-Kiểm tra nhọn răng cho bánh 2:

VởySe2=2.045>0.3m thoả mãn đIều kiện

Để vẽ đờng thân khai của đờng tròn, ta đặt trên vòng tròn cơ sở bánh 1

từ điểm N1 một cung N1P' có chiều dài bằng chiều dài N1P Chia N1P thành 4phần bằng nhau N1B = BC = CD = DP từ B vẽ cung tròn bán kính BP cho cắtvòng tròn cơ sở tại P' lúc này N1P' = N1P Sau đó lại chia đoạn PN1 thành một

số phần tuỳ ý bằng nhau P1=12=23= Trên đờng thẳng PN1 về phía ngoài

điểm N1 ta đặt tiếp các đoạn 45=56= =P1 và trên vòng tròn cơ sở đặt cáccung tơng ứng 4'5'=5'6'= =P'1'

Qua các điểm 1',2',3',4',5' ta kẻ những đờng tiếp tuyến với vòng tròn cơ

sở, và trên các đơng tiếp tuyến này ta đặt các đoạn 1'1'', 2'2'', 3'3'', bằng

đoạn 1P, 2P, 3P sau đó ta nối các điểm P'1''2''3'' thành đờng cong thânkhai là biên dạng răng của răng thứ nhất Cũng băng cách tơng tự ta vẽ đợcbiên dạng răng của bánh răng thứ 2

2 Xác định phần làm việc của cạnh răng.

Phần làm việc của cạnh răng là phần cạnh răng tiếp xúc nhau trong quátrình ăn khớp Đoạn ăn khớp thực ab đợc xác định là giao điểm của đờng ănkhớp lý thuyết và vòng đỉnh của hai bánh răng Sau đó vẽ một cung tròn bánkính O1a căt cạnh răng của bánh 1 tại A1, tơng tự vẽ cung O2b ta sẽ xác định

đợc B2 Các phần cung A1B1 và A2B2 là phần làm việc của cạnh răng

3 Xác định cung ăn khớp.

Trên vòng lăn các cung lăn không trợt với nhau trong thời gian ăn khớpcủa một đôi răng gọi là cung ăn khớp Qua điểm A1 , B1 của phần làm việccủa bánh 1 ta vẽ các pháp tuyến A1a'1và B1b'1 là tiếp tuyến với vòng cơ sở Ro1.Các pháp tuyến này cắt RL1 tại a1b1 Cung a1b1 là cung ăn khớp trên vòng trònlăn của bánh 1.

Tơng tự xác định đợc cung a2b2 là cung ăn khớp trên vòng lăn của bánh răng

này là hiện tợng trợt biên dạng răng Để đánh giá sự trợt tại từng thời

điểm trên biên dạng làm việc của cạnh răng ngời ta đa ra hệ số trợt tơng đối

B 37,58 -151,35

*)Nhận xét :đỉnh răng hệ số trợt mang dấu rơng chân răng hệ số trợt mang dấu âm Tại p hệ số trợt = 0.

-Đờng cong trợt trân răng dốc hơn so với đinh răng ,từ đó chứng tỏ sự trợt xẩy ra ở chân răng lới hơn so với đỉnh răng

-Với bánh răng chủ động 1 (bánh răngnhỏ )tơng ứ vớ à 1 ta thấy đờng cong trợt dốc hơn Với bánh răng nhỏ tần số làm việc tăng lên I lân so với

à 1 sẽdốc hơn à 2.

Tài liệu tham khảo :

Bài tập nguyên lý máy (Tạ Ngọc Hải xuất bản 1965 )

Nguyên lý máy(giáo trình của ĐHBK xuất bản 1971)

Hớng dẫn thiết kế đồ án nguyên lý máy (Trờng ĐHKTCN)

Và một số giáo trình nguyên lý máy khác