ĐỒ án CAD, CAM, CNC

LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển không ngừng của đất nước trên con đường đổi mới theo hướng Công nghiệp hóa - hiện đại hóa.. Công nghiệp muốn phát triển thì máy móc phải hiệnđại và đáp

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển không ngừng của đất nước trên con đường đổi mới theo hướng Công nghiệp hóa - hiện đại hóa Công nghiệp đóng vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân Công nghiệp muốn phát triển thì máy móc phải hiệnđại và đáp ứng được nhu cầu công nghệ Những năm gần đây ngành cơ khí nói chung, ngành kỹ thuật chế tạo nói riêng đã có những bước phát triển và đóng góp nhất định cho sự phát triển chung

Tuy nhiên, thực tế là khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển và phát triển khôngngừng, khi những phương tiện gia công truyền thống không còn khả năng đáp ứng được những yêu cầu công nghệ thì vấn đề đặt ra là cần phải có một máy móc hiện đại hơn, chính xác và nhanh chóng hơn, hỗ trợ con người trong việc chế tạo máy móc Chính về thế, công nghệ CAD, CAM, CNC đã ra đời CAD, CAM, CNC là một môn học rất quan trọng, có tính ứng dụng thực tế rất cao.Qua đồ án CAD, CAM, CNC giúp sinh viên có thể cũng cố lại những kiến thức

đã học và qua đó sẽ có khả năng:

 Biết sử dụng thành thạo phần mềm CAD và ứng dụng CAD để xây dựng

mô hình 3D của chi tiết cần gia công

 Biết mô phỏng chuyển động của một cơ cấu, một hệ thống

 Có thể tự gia công một chi tiết

Trong suốt thời gian nghiên cứu nhóm chúng em luôn nhận được sự giúp đỡ rất nhiều từ cô Trần Thị Thanh Thảo, nhờ vậy nhóm em đã thu thập được nhiều kiến thức về CAD, CAM, CNC Qua đó có thể ứng dụng vào thực tế và hoàn thành cơ bản yêu cầu của đồ án Tuy nhiên do thời gian có hạn cũng như trình

độ của bản thân còn nhiều hạn chế nên còn nhiều thiếu sót, nhóm chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo và ý kiến đóng góp của cô

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo, hướng dẫn tận tình của cô Trần Thị Thanh Thảo đã giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn!

Cần Thơ, tháng 04 năm 2019

NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN:

MỤC LỤC

PHẦN 1: CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN: 8

I CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN: 8

II PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN: 9

1 Tỉ số truyền chung của hệ thống dẫn động: 9

2 Lập bảng đặc tính: 10

PHẦN 2: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI DẸT 11

I THÔNG SỐ KỸ THUẬT THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI DẸT 11

1 Công suất bộ truyền: 11

2 Số vòng quay bánh dẫn: 11

3 Tỉ số truyền: 11

4 Moment xoắn: 11

II THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI DẸT: 11

1 Chọn dạng đai: 11

2 Tính đường kính bánh đai nhỏ d 1 : 12

3 Vận tốc đai: 12

4 chọn hệ số trượt tương đối: 12

5 Khoảng cách trục nhỏ nhất: 12

6 Chiều dài tính toán của đai: 12

7 Số vòng chạy của đai trong một giây: 13

8 Góc ôm bánh đai nhỏ: 13

9 Chọn chiều dày đai: 13

10 Các hệ số sử dụng: 13

11 Lực căng đai ban đầu: 14

12 Lực tác dụng lên trục: 14

13 Lực vòng có ích: 14

14 Từ điều kiện để không xảy ra trượt trơn : 14

15 Ứng suất lớn nhất dây đai: 14

16 Tuổi thọ đai: 14

PHẦN 3: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG NÓN: 16

1 Chọn vật liệu chế tạo bánh răng: 16

2 Định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép: 17

3 Chọn sơ bộ hệ số tải trọng K: 18

4 Chọn hệ số chiều rộng bánh răng: 18

5 Xác địnhchiều dài nón L: 18

6 Tính vận tốc vòng chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng : 19

7 Định chính xác hệ số tải trọng K và chiều dài nón L: 19

8 Xác định môđun và số răng, chiều rộng bánh răng: 19

9 Kiểm nghiệm sức bền uốn của bánh răng: 20

10 Kiểm nghiệm sức bền của răng khi chịu quá tải đột ngột: 21

11 Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền: 22

12 Tính lực tác dụng: 23

13 Bảng thông số của bánh răng: 24

PHẦN 4: THIẾTKẾ TRỤC, THEN, Ổ LĂN, KHỚP NỐI 25

I THIẾT KẾ TRỤC: 25

1 Chọn vật liệu: 25

2 Tính sơ bộ trục: 25

3 Tính toán gần đúng 26

4 Xác định phản lực liên kết tại các gối đỡ, moment xoắn và đường kính trục tại các tiết diện nguy hiểm: 28

5 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi: 34

6 Bảng thông số trục: 38

II TÍNH THEN: 38

1 Trục I: 38

2 Trục II: 39

3 Bảng thông số: 39

III Ổ LĂN: 41

1 Trục I: 41

2 Trục II: 42

3 Cố định trục theo phương dọc trục: 44

4 Bôi trơn ổ lăn: 44

5 Ống lót ổ cho bánh răng côn nhỏ: 44

6 Nắp ổ: 44

IV KHỚP NỐI: 45

1 Mômen xoắn qua nối trục: 45

2 Chọn kích thước nối trục: 45

3 Chọn vật liệu: 45

PHẦN 5: TÍNH TOÁN CHỌN CÁC YẾU TỐ VỎ HỘP VÀ CÁC CHI TIẾT PHỤ: 46 I VỎ HỘP: 46

1 Chiều dày: 46

2 Gân tăng cứng: 46

3 Đường kính bu lông 46

4 Mặt bích ghép nắp và thân : 47

5 Kích thước gối trục đường kính ngoài và tâm lỗ vít: D3; D2 xác định theo kích thước nắp ổ: 47

6 Mặt đế hộp: 47

7 Bảng thông số: 48

II CÁC CHI TIẾT KHÁC: 50

1 Chốt định vị: 50

2 Cửa thăm: 50

3 Nút thông hơi: 50

4 Nút tháo dầu: 51

5 Que thăm dầu: 52

6 Vòng phớt: 52

7 Vít nâng(Bu lông vòng): 53

PHẦN 6 : BÔI TRƠN VÀ ĐIỀU CHỈNH ĂN KHỚP 53

I TRƠN HỘP GIẢM TỐC: 53

II LẮP BÁNH RĂNG LÊN TRỤC VÀ ĐIỀU CHỈNH ĂN KHỚP 53

1 Lắp bánh răng lên trục: 53

2 Điều chỉnh ăn khớp: 53 PHẦN 7 : LẬP BẢNG KÊ CÁC KIỂU LẮP, TRỊ SỐ SAI LỆCH GIỚI HẠN VÀ

Hệ thống dẫn động bao gồm:

1-Động cơ điện 2-Bộ truyền đai dẹt 3-Hộp giảm tốc bánh răng nón 4-Nối trục đàn hồi 5-Bộ phận công tác-thùng trộn

Số liệu thiết kế:

- Công suất trên trục thùng trộn: P = 10(kW)

- Số vòng quay trên trục thùng trộn: n = 84(v/p)

- Thời gian làm việc (thời gian phục vụ) : L = 5(năm)

- Số ngày làm trên năm: Kng = 300(ngày)

- Số ca làm việc trong một ngày : 3 (ca)

- Chế độ tải : t1 = 45(s) ; t2 = 44 (s) ; T1 = T ; T2 = 0,6T

- Đặt tính làm việc: quay 1 chiều, tải va đập nhẹ

- Sai số vòng quay trên trục máy công tác so với yêu cầu: ±5(%)

Với chế độ tải trọng: T1 = T ; T2 = 0,6T ; t1 = 45(s) ; t2 = 44(s)

 Để thõa mãn yêu cầu trên chúng ta nên sử dụng hộp giảm tốc bánh răng nón

TÌM HIỂU SƠ LƯỢC VỀ CAD, CAM, CNC:

CAD là việc sử dụng hệ thống máy tính để hổ trợ trong xây dựng, sửa đổi,phân tích hay tối ưu hoá

CAM là việc sử dụng hệ thống máy tính để lập kế hoạch, quản lý về điều khiển các hoạt động sản xuất thông qua giao diện trực tiếp hay gián tiếp giữa máy tính và các nguồn lực sản xuất

CNC là viết tắt của Computer Numerical Control là một dạng máy được

điều khiển tự động dưới sự trợ giúp của máy tính Các bộ phận trong đó

tự động lập trình để hoạt động theo một chuỗi sự kiện mà người dùng thiết lập để tạo ra được sản phẩm có hình dạng và kích thước theo yêu cầu

PHẦN 1: CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN

I CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN:

1 Hiệu suất truyền động:

Ta có : η = ηđ× ηbr×ηkn× (ηol)2

ta chọn được các hiệu suất sau:

η đ = 0,95 : Hiệu suất bộ truyền đai dẹt

ηbr = 0,95 : Hiệu suất của bộ truyền bánh răng nón

ηkn = 1 : Hiệu suất của khớp nối trục đàn hồi

ηol = 0,995 : Hiệu suất của một cặp ổ lăn

Nên : η = ηđ× ηbr × ηkn× (ηol)2 = 0,95 × 0,95 × 1 × (0,995)2 = 0,893

 Vậy, hiệu suất truyền động là: η = 0,893

2 Công suất tính toán:

Trường hợp tải trọng thay đổi thì:

Pt = Ptđ (Công suất tương đương)

“Công suất tương đương” được xác định bởi công thức:

Vậy, công suất tính toán là: Ptđ = 8,268 (kW)

3 Công suất cần thiết trên trục động cơ:

Pct = P t đ

η =8,2680,893 = 9,259(kW)

 Vậy, công suất cần thiết trên trục động cơ là: Pct = 9,259 (kW)

4 Xác định số vòng quay sơ bộ của động cơ:

Ta chọn động cơ điện thỏa mãn yêu cầu sau:

P ≥ Pct,tức là ta phải chọn động cơ thõa mãn: P ≥ 9,259(kW)

N ≈nsb N ≈1344(v/p)

Tra bảng P1-2 trang 369-[1], ta chọn được động cơ sau:

Kiểu Động cơ Công Suất(kW) Vận tốc quay(v/p)

II PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN:

1 Tỉ số truyền chung của hệ thống dẫn động:

u t=n đ c

n s = 146084 = 17,381

Trong đó nđc = 1460(vòng/phút); ns = 84(vòng/phút) Chọn ubr = 4, khi đó:

- Tỉ số truyền của bộ truyền đai dẹt là :

u br = 17,3814 = 4,345

b) Tính toán số vòng quay trên các trục:

- Số vòng quay của trục I được xác định bởi công thức:

c) Tính toán moment xoắn trên các trục:

Moment xoắn trên trục động cơ:

T đ c= 9,55 × 106× P đ c

n đ c = 9,55 × 106×11,19

1460= 73194,863(N.mm).Trong đó: Pđc = 11,19(kW); nđc = 1460(vòng/phút)

- Moment xoắn trên trục I:

T I= 9,55 × 106× P I

n I = 9,55× 106× 10,58

336,02= 300693,411(N.mm)

- Moment xoắn trên trục II:

PHẦN 2: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI DẸT

I THÔNG SỐ KỸ THUẬT THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI DẸT.

1 Công suất bộ truyền:

Theo tiêu chuẩn ta chọn d1 = 230(mm)

3 Vận tốc đai:

60.000 = π × 230× 146060.000 = 17,58(m/s)

4 chọn hệ số trượt tương đối:

Giả sử chọn hệ số trượt tương đối: ξ = 0,02

 Như vậy, ta có thể chọn sơ bộ a = 2460(mm)

6 Chiều dài tính toán của đai:

 Chọn theo tiêu chuẩn L = 7000(mm ) = 7(m)

7 Số vòng chạy của đai trong một giây:

I =v L= 17,587 = 2,511 Do đó điều kiện được thõa

8 Góc ôm bánh đai nhỏ:

α1= 180 o – 57o× d2−d1

α

α1= 180 o – 57o×1000−230

2460 = 162,15o = 2,83(rad) Thỏa điều kiệnα1≥ 150 o

9 Chọn chiều dày đai:

B≥ 1000 P1

8 V[σ t] = 8 ×17,58 ×2,17 × 0,6× 0,9163 ×1 ×0,946 1000× 11,19

= 70,498(mm) Chọn theo tiêu chuẩn b = 75(mm)

11 Lực căng đai ban đầu:

15 Ứng suất lớn nhất dây đai:

σ max = σ1 + σv + σu1 = σo + 0,5σt + σv + σu1

σ max ≤ σ k;σ max= 5,905 (Mpa)¿8(Mpa) nên thỏa điều kiện

[σ k] = 8(Mpa) : đối với đai dẹt

[σ k¿= 10(Mpa): đối với đai thang

16 Tuổi thọ đai:

Tuổi thọ đai xác định theo công thức:

Khoảng cách trục nhỏ nhất a = 2460(mm)Chiều dài tính toán của đai L = 7000(mm)

Số vòng chạy của đai trong 1s I = 2,511

PHẦN 3: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG NÓN:

- Momen xoắn tren trục I : T1 = 300693,411(N.mm)

- Công suất trên trục P1 = 10,58(kW)

+ Bánh răng lớn chọn thép đúc 45 thường hóa

+ Bánh răng nhỏ chọn thép 50 thường hóa

Cơ tính của thép đúc 45 thường hóa:Tra bảng (5-9 Trang 76-[1])Chọn đường kính phôi: 300: 500(mm)

σ bk = 560(mm N ¿ ¿2; σ ch = 280(mm N ¿ ¿2; độ rắn HB = 170

Cơ tính thép đúc 50 thường hóa: Tra bảng (5-9 Trang 76-[1])Chọn đường kính phôi ¿ 100(mm)

σ bk = 620(mm N ¿ ¿2; σ ch = 320(mm N ¿ ¿2; độ rắn HB = 210.

2 Định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép:

a) Ứng suất tiếp xúc cho phép:

- Số chu kì làm việc của bánh lớn:

N2 = 60u.n2.T (công thức 5-4 trang 77-[1], trong đó :

n2: số vòng quay trong 1 phút của bánh răng nón

T: tổng thời gian làm việc : T = 5 ×300 ×8 × 3 = 36.000(giờ)

u: số lần ăn khớp của 1 răng khi bánh răng quay được 1 vòng

Vậy ta có: N2 = 60×u × n2× T =¿ 60 × 1 ×84 × 36000

= 18,14 × 107> N0 = 107

Do vậy: Hệ số chu kì ứng suất tiếp xúc K’N = 1

Tra bảng (5-10 trang 79-[1] ), ta có ứng suất tiếp xúc cho phép của:+ Bánh lớn:[σ ] Notx=2,6 × HB=2,6 ×170=442(N/mm2)

+ Bánh nhỏ: [σ¿ ¿Notx=2,6 × HB=2,6 × 210=546 (N/mm2)

b) Ứng suất uốn cho phép:

Số chu kì làm việc của bánh nhỏ và bánh lớn đều nhỏ hơn N0 = 5×106.Nên ta lấy hệ số chu kì ứng suất K’N =1

Tính ứng suất uốn cho phép theo công thức:

- Hệ số an toàn của bánh răng lớn (thép đúc) n = 1,8.

- Giới hạn mỏi của thép 45: σ−1 = (0,4:0,45) ;

Thay số vào ta được:

Với v≈2 (m/s), ta chọn cấp chính xác 9 ( tra bảng 5-12 trang 82-[1] )

7 Định chính xác hệ số tải trọng K và chiều dài nón L:

Hệ số tải trọng K được xác định theo công thức:

- Chiều dài răng được tính theo công thức:

b = ψL trong khoảng (0,3:0,33) L×L = 0,3×306,3 = 91,89(mm) Lấy b = 92(mm)

Môđun trung bình:

Mtb = ms× L× 0,5 b

L = 7× 306,3−0,5× 92

9 Kiểm nghiệm sức bền uốn của bánh răng:

- Góc mặt nón lăn bánh răng nhỏ: tanφ𝟏 =1i= 1

- Góc mặt nón lăn bánh răng lớn: tanφ𝟐 = i = 4,345 Suy ra: φ2 = 770

- Số răng tương đương của bánh lớn: Ztđ2 = z2

87 cos770 = 386,8

Theo bảng (5-19trang 88-[1])và số răng tương đương tìm được thì hệ số dạng răng:

+ Bánh nhỏ : y1 = 0,429

+ Bánh lớn : y2 = 0,527

- Ứng suất uốn tại chân răng bánh nhỏ:

10 Kiểm nghiệm sức bền của răng khi chịu quá tải đột ngột:

- Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải: [σ]txqt = 2,5.[σ]Notx ,

- Kiểm nghiệm sức bền uốn:

σuqt = σ.Kqt ≤ [σ]txqt

+Bánh nhỏ: [σ]txqt1 = σ u1.Kqt = 40,2×2 = 80,4(N/mm2) < [σ]txqt1

= 256(N/mm2)

+Bánh lớn: [σ]txqt2 = σ u2.Kqt = 32,72×2 = 65,44(N/mm2) < [σ]uqt1

= 224(N/mm2)

11 Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền:

- Đường kính vòng chia(vòng lăn):

d1 = m s1 z1= 7.20 = 140(mm)

d2 = m s2 z2= 7.87 = 609(mm).

- Đường kính vòng đỉnh:

De1 = ms( z1 + 2cosφ1) = 7.(20 + 2.cos13o) = 154(mm)

De2 = ms( z2 + 2cosφ2) = 7.(87 + 2.cos77o) = 612(mm)

- Đường kính vòng chân (Trang 156-[2])

dc1 = m ×( Z1 – 2,4 ×Cosφ1) = 7× (20 – 2,4 × Cos130 ) = 124(mm).dc2 = m ×( Z2 – 2,4 ×Cosφ2) = 7× (87 – 2,4 × Cos770 ) = 605(mm)

Modul trên mặt nón lớn ms 7

Đường kính vòng lăn (vòng chia) trung bình dtb 119 518Góc chân răng γ(khi chiều cao h = 1,25 ms) 1o38'10.72' '

Đường kính vòng đỉnh (khi chiều cao đầu răng h = ms) 154 612Góc đầu răng ∆(khi chiều cao đầu răng h'= ms) 1o38'10.72' '

PH N ẦN 4: THI TK ẾTKẾ ẾTKẾ TR C, ỤC, THEN, LĂN, Ổ LĂN, KH P N I ỚP NỐI ỐI.

Ứng suất cho phép [ ] = 20…35(N/mm2), vì vật liệu trục là thép 45

Để tính các kích thước của hộp giảm tốc, (Tra bảng 10-1 trang 168-[1] ),

+ Khoảng cách giữa các chi tiết quay: c = 10(mm)

+ Khoảng cách từ mặt cạnh của ổ đến thành trong của vỏ hộp:l2 =

+ Chiều dài của khớp nối l5 = 1,5×d2 = 1,5×60 = 90(mm).

+ Khoảng cách từ ổ lăn A2 đến điểm đặt lực chổ bánh đai:

- Xác định phản lực liên kết tại các gối đỡ:

+ Theo phương X, ta có hệ phương trình:

Tại z = [0;a1] thì MY(n-n) = Rđ×a1 = 3200×53 = 169600(N.mm)

Tại z = [a1;b1] thì MuY(m-m) = Pr1.c1 = 436,2×82,3 = 35899,26(N.mm)

+ Theo phương X:

Tại z = [a1;b1] thì MuX(m-m) = P1.c1 = 1230.82,3 = 101229(N.mm)

- Đường kính trục tại các tiết diện nguy hiểm:

Biểu đồ nội lực trục I:

Hình 1 Biểu đồ nội lực trục I

Thế 𝑅Dy vào (3) ta được : 𝑅𝐶𝑦 = 𝑅𝐷𝑦 + 𝑃𝑟2 = 430,64 + 100,7 = 531,34 (N)

- Mômen xoắn tại các tiết diện nguy hiểm:

+ Chỉ xét tại tiết diện lắp bánh răng:

+ Theo phương X: MuX = RCX× a2 = 496,1×179 = 88802(N.mm)

+ Theo phương Y: Tại z = [0;a2] : MuY = RCy× a2 = 531,34 × 179

= 95109,86(N.mm)

- Đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm:

+ Tại tiết diện lắp bánh răng: Mtd(br) =√M X2

+M Y2 +0,75 × Mt2

=√888022+ 95109,862+0,75 ×11369052= 993149,74(N.mm)

=> d(br) =3

√ M td(br ) 0,1×[τ ]=3

√993149,740,1× 50 = 58,34(mm)

+Tại tiết diện chỗ lắp ổ lăn:

Mtd(ol) = √0,75 × M t2 = √0,75 ×11369052 = 984588,61(N.mm)

d(ol) = 3

√ M td(ol) 0,1×[τ ]= 3

ε× β ×σ a+ѱ ×σ m (công thức 7-41-2 trang 128-[1]),

- Hệ số an toàn chỉ xét đến ứng suất tiếp:

Nτ =

τ−1 kτ

- Trục quay một chiều nên ứng suất pháp (uốn) biến đổi theo chu kỳ đối xứng:

σa = σmax = − ¿σmin =M u

V ; σm = 0 Với Mu =√My2

- Hệ số tăng bền: β = 1,6 (Tra bảng 10-5 trang 173-[1]).

- Hệ số tập trung ứng suất thực tế: Kσ = 1,96 ; Kτ = 1,36 (Bảng 10-6 trang 174-[1])

 Thay các trị số tìm được vào công thức 7-41-2 và 7-41-3 , ta có:

 Vậy tại tiết diện m-m đảm bảo được về độ bền mỏi

- Kiểm tra tại tiết diện trục chổ lắp bánh răng:

Ta chỉ cần tính một số giá trị, các giá trị khác đã tính ở tiết diện m-m

Với đường kính d = 30(mm), vì ở đây có lắp then nên (Tra bảng 7.3b trang 171-[1] ), ta có:

- Kích thước then: b.h = 8.7, Momen cản uốn: W = 2320(mm3)

- Momen cản xoắn : W0 = 4970(mm3), Momen Mu = My = 35899,26(N.mm),

- Đối với trục II ta kiểm tra tại tiết diện chổ lắp bánh răng: chỉ cần tính một số giá trị, các giá trị khác đã tính ở tiết diện (m-m) trục I

- Với đường kính d = 35(mm), vì ở đây có lắp then nên (Tra bảng 10-3b), ta có:

- Kích thước then: b.h = 10.8, Momen cản uốn: W = 3660(mm3)

- Momen cản xoắn : W0 = 7870(mm3), Momen Mu = √Mux2