Đồ án máy công cụ hộp tốc độ máy phay vạn năng 6H82

Phần nội dung làm thuyết minh và bản vẽ autocad của đồ án máy công cụ thiết kế hộp tốc độ cho máy phay vạn năng 6H82 của Nguyễn Duy Mạnh tại học viện kĩ thuật quân sự khoa cơ khí chuyên ngành chế tạo máy.Hà Nội ngày 19 tháng 10 năm 2020

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ

BỘ MÔN CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THIẾT KẾ MÁY CÔNG CỤ

Đề bài: Thiết kế hộp tốc độ cho máy phay vạn năng

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Duy Mạnh

Lớp : CTM15A MSV : 16150574

Giáo viên hướng dẫn : Đỗ Mạnh Tùng

Hà Nội – 2020

BỘ MÔN CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THIẾT KẾ MÁY CÔNG CỤ

Đề bài : Thiết kế hộp tốc độ cho máy phay vạn năng

Giáo viên hướng dẫn : Đỗ Mạnh Tùng Sinh viên thực hiện : Nguyễn Duy Mạnh

BỘ MÔN CHẾ TẠO MÁY Độc lập-Tự do-Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ MÁY CẮT KIM LOẠI

1.Tên đề tài: Thiết kế hộp tốc độ cho máy phay ngang (hoặc đứng) vạn năng(tham khảo máy 6H82)

Đề số: 2.20

2 Số liệu ban đầu:

a Số cấp tốc độ: Z=18

b Công bội chuỗi số vòng quay: =(1,12)2

c Số vòng quay nhỏ nhất/ lớn nhất: nmin/ nmax = 11,2(vg/ph)

d Công suất cắt lớn nhất Nc_max = 6 kW

3 Nội dung thuyết minh:

- Chương 1: Xác định đặc tính kỹ thuật của máy

- Bản vẽ mặt cắt ngang qua cơ cấu điều khiển: 1A1

Hà nội, ngày 31 tháng 7 năm 2020

Giáo viên hướng dẫn

Đỗ Mạnh TùngMỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 6

CHƯƠNG I XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA MÁY 7

1.1 Đặc tính kĩ thuật của máy 7

1.1.1 Thông số kĩ thuật của máy 7

1.1.2 Sợ đồ truyền động máy 6H82 8

1.2 Xác định đặc tính kỹ thuật của máy cần thiết kế 10

1.2.1 Xác định số vòng quay 10

1.2.2 Xác định công suất của động cơ 12

CHƯƠNG II THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC 13

2.1 Phương án không gian 13

2.2 Tính toán số răng trong các cặp truyền 20

2.3 Sơ đồ động học của hộp tốc độ 21

CHƯƠNG III.TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC 23

3.1 Phân tích động học, tĩnh học cho hộp tốc độ 23

3.2 Xác định lực tác dụng trong truyền dẫn 23

3.3 Tính toán công suất động cơ 27

3.4 Tính sơ bộ các trục 28

3.5 Tính toán nối trục đàn hồi 30

3.6 Tính toán bánh răng 31

3.6.1 Tính toán cho cặp bánh răng 18/72 tương ứng với giá trị i7 31

3.6.2 Tính toán cho cặp bánh răng 60/30 tương ứng với giá trị i8 35

3.7 Tính toán tĩnh động học trục chính 37

3.7.1 Các lực tác dụng lên trục chính và mô hình hóa trục chính 37

3.7.2 Tính toán sức bền 38

3.7.3 Tính chính xác đường kính trục chính 42

3.7.4 Kiểm nghiệm độ cứng vững của trục 44

3.8 Chọn ổ lăn dùng cho các trục 46

3.8.1 Số liệu thiết kế 46

3.8.2 Chọn loại ổ lăn 46

3.8.3 Chọn cấp chính xác cho ổ lăn 46

3.8.4 Chọn kớch thước ổ lăn 47

3.8.5 Kiểm nghiệm khả năng tải động 47

3.8.6 Kiểm nghiệm theo khả năng tải tĩnh 48

3.8.7 Chọn ổ lăn cho cỏc trục khỏc 48

3.9 Tớnh chọn then lắp ghộp 49

3.9.1 Tớnh và kiểm nghiệm then lắp trờn trục IV(trục chịu mụmen xoắn lớn nhất) 49

3.9.2 Chọn cỏc loại then cho cỏc trục khỏc 50

CHƯƠNG IV.THIẾT KẾ CƠ CẤU ĐIỀU KHIỂN 51

4.1 Chọn phương phỏp điều khiển vị trớ ăn khớp của cỏc khớp nối bỏnh răng di trượt và cỏc ly hợp .52

4.2 Đ c ặc đi m ểm , cấu tạo, nguyờn lý làm việc của hệ thống điều khiển bằng đĩa lỗ .53

4.3 Phân tích hành trình gạt và tính toán cơ cấu 56

4 Tài liệu tham khảo 63

LỜI NểI ĐẦU

Qua cuộc cỏch mạng cụng nghiệp, ta nhận thấy mỏy cắt kim loại đúng một vai trũ quan trọng Nú đúng vai trũ là mỏy cỏi, mỏy sản xuất ra những chi tiết để tạo ra những mỏy mới hoặc cỏc chi tiết thay thế, phục vụ quỏ trỡnh lao động

Ngày nay cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, máy cắtkim loại đang từng bước được nghiên cứu và nâng cao chất lượng Với việc tinhọc hóa cơ khí, thế giới đã cho ra đời các hệ máy mới như NC, CNC,… Nângcao năng suất lao động, giảm chi phí lao động, giải phóng sức lao động của conngười, và đặc biệt chúng ta đã chế tạo các chi tiết có độ chính xác cao nhờ sựgiúp đỡ của các phần mềm máy tính.

Cho dù xu hướng của thế giới là tiến tới các hệ thống tự động điều khiển hoàntoàn và không cần đến sự có mặt của con người trong quá trình sản xuất, nhưngmáy công cụ vạn năng vẫn là cơ sở quan trọng của nền cơ khí Từ đó chúng tamới có thể nghiên cứu, phát triển các máy tự động có độ chính xác cao

Từ những yêu cầu trên, việc hoàn thành và đồ án “ Thiết kế máy công cụ ” là yêucầu quan trọng và cần thiết đối với mỗi sinh viên ngành cơ khí chế tạo máy.Phần đồ án môn học “ Thiết kế máy công cụ ” này gồm 4 chương:

Chương I: Xác định đặc tính kỹ thuật của máy

Chương II: Thiết kế động học

Chương III: Tính toán động lực học

Chương IV: Thiết kế cơ cấu điều khiển

Trong quá trình tính toán, thiết kế sẽ có rất nhiều thiếu xót do trình độ hiểu biếtcủa em còn hạn chế về kiến thức chuyên ngành và kiến thức về đồ án cần thiết

kế Vậy em kính mong sẽ được các thầy chỉ bảo và giúp đỡ em để em có thểhoàn thành tốt nhất nhiệm vụ của mình

CHƯƠNG I XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA MÁY 1.1 Đặc tính kỹ thuật của máy.

1.1.1 Thông số kỹ thuật của máy

Hình dáng chung của máy phay ngang vạn năng 6H82

- Kích thước bề mặt gia công được của bàn:

+ Chiều dài: 700 mm + Chiều rộng: 260 mm

- Khoảng lên xuống lớn nhất của bản: 320 mm

- Góc quay lớn nhất của bàn: ± 450

- Khoảng điều chinhr tốc độ: 30 – 1500 vg/ph

- Khoảng điều chỉnh bước tiến (dọc,ngang,đứng): 19 – 930 mm

- Kích thước máy: 2100x1400x1615

- Trọng lượng: 2900 kg

1.1.2 Sơ đồ truyền động máy 6H82

Sơ đồ động máy phay 6H82

a Chuyển động chính.

Trục chính quay tròn, xích nối từ động cơ điện chính N= 7kW, n= 1440vg/ph, qua cặp bánh răng 26/54, khối bánh răng 3 bậc (16/39; 22/33; 19/36),khối bánh răng di trượt (18/47; 28/37; 39/26), khối bánh răng 2 bậc (82/38;19/71) – Trục dao có 18 cấp tốc độ khác nhau từ 30 – 1500 vg/ph

n đc

 1440 x 26/54 x

[19/36 [22/33 [16/39

47 / 18

37 / 28

x

[19/71 [82/38[¿]

¿

] ¿

 ntc

Xích nối từ động cơ điện N= 1.7 kW, n= 1440 vg/ph qua hộp chạy dao công tác 26/44 x 20/68, bánh răng 3 bậc (18/36; 36/18; 27/27), khối bánh răng 3

bậc(21/37; 18/40; 24/34) gạt ly hợp M1( Sang trái có đường truyền Sthấp từ

1-2, 3-4) hoặc ( Sang trái có đường truyền Scao từ 1-2) gạt ly hợp M2 sang trái, truyền tới bánh răng 28/35; 18/33 tới các trục vít me dọc, ngang, đứng thực hiện chạy dao Sd, Sng, Sđ

+ Chạy dao ngang

n®c (1420) x 26/44 x 20/68 x

[ 36/18 [ 27/27 [ 18/36

c Chuyển động chạy dao nhanh.

Xích nối từ động cơ chạy dao, không đi qua hộp chạy dao mà đi tắt Động 26/44 x 44/57 x 57/43 đóng ly hợp ma sát M2 sang phải truyền vào trục bên trong của ly hợp qua các bánh răng 28/35 x 18/33 tới các trục vít me dọc, ngang, đứng

cơ-+ Phương trình chạy dao nhanh

n®c(1420) x 26/44 x 44/57 x 57/43 x 28/35 x 18/33 x 33/37 x 18/16 x18/18xtv  Sn

1.2 Xác định đặc tính kỹ thuật của máy cần thiết kế

 Tốc độ thứ i được tính theo công thức :n i= n i−1 φ(2≤i≤Z)

 Kết quả được tính như trong bảng dưới đây:

n n i= n i−1 φ Kết quả

(vg/ph) n n i= n i−1 φ

Kết quả(vg/ph)

Ta chọn số vòng quay tiêu chuẩn theo bảng 1-2 trang 15(Tính toán TKMCKL).

a, Vì công suất thực tế của động cơ chính chỉ vào khoảng công suất cắt N cmax chia

cho (75% - 85%), nên ta chọn công suất của động cơ chính bằng công suất cắt

N cmax chia cho 80%

Vậy công suất động cơ: N đc= N cmax/80% = 6/0,8 = 75 kW

Ta tra bảng P1.3(Thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí tập 1- trang 238), ta chọnđộng cơ kiểu 4A160S8Y3 có các thông số chính như sau:

Công suất: 7,5 kW; 2p=8; n đ b=750 vg/ph

Số vòng quay: 730 vg/ph; Hiệu suất: 0,86

Cosφ= 0,75

b, Xác định số nhóm truyền tối thiểu:

Ta có m là số nhóm truyền tối thiểu Áp dụng công thức : n min

2.1 Phương án không gian

Cơ cấu đặc biệt

Trong các phương án trên, phương án tốt nhất là phương án đảm bảo chohộp truyền có kết cấu đơn giản, ít nhóm truyền, số cặp truyền trong mỗinhóm là ít nhất

Trọng lượng các bánh răng lắp lên trục là nhỏ nhất khi kích thước củachúng không lớn hơn nhau nhiều Vậy nhóm cơ sở sẽ là nhóm có trọnglượng nhỏ nhất trong điều kiện cùng số cặp truyền vì đặc tính của nhóm là

X1=1, các tỷ số truyền trong nhóm tăng theo cấp số nhân với công bội nhỏ

Do đó nên bố trị số cặp truyền trong nhóm cơ sở là nhiều nhất, ta chọnphương án thỏa mãn yêu cầu sau:

P a>P b>P c

Vậy: Z=3 ×3 ×2 là thỏa mãn yêu cầu

Trị số momen xoắn tỷ lệ nghịch với trị số tỷ số truyền của các cặp truyền.Bởi vậy, phương án tốt nhất là phương án đảm bảo tỷ số truyền nhỏ nhấtgiới hạn tại nhóm cuối cùng Khi đó các trục trung gian làm việc với sốvòng quay lớn hơn cho nên momen xoắn nhỏ hơn Muốn thỏa mãn yêucầu này thì nhóm đầu tiên theo thứ tự không gian phải là nhóm cơ sở cóđặc tính X1=1 và đặc tính của nhóm gấp bội có trị số tăng dần về nhómcuối, nghĩa là:

X1<X2¿X3

Trục chính có mômen xoắn lớn nhất, vậy nên ta nên chọn phương án3x3x2 là phương án mà số bánh răng trên trục chính là nhỏ nhất Như vậygiảm được số bánh răng chạy không trên trục chính và trạng thái ứng suất

(6) (2) (1)

-Để chọn được phương án thứ tự ta so sánh đồ thị lưới kết cấu:

IVIIIIII

Ph

¬ng ¸n 1

IVIIIIII

Ph

¬ng ¸n 2

III II

Ph

¬ng ¸n 3

IVIIIIII

Ph

¬ng ¸n 4

IV III II I

Ph

¬ng ¸n 5

IV III II I

Ph

¬ng ¸n 6

Qua các đồ thị lưới kết cấu ta thấy phương án 1 là phương án phát triển theohình“dẻ quạt” do đó các tỷ số truyền được phân phối đều  Tăng tốc và giảm tốctrên các trục đều hơn, làm tăng sức bền cho trục

Với nhóm khuếch đại thứ nhất: chọn i6 = 1 Dựa vào lưới kết cấu biết được lượng

mở các tia trong nhóm này X2 = 3 Vậy tia i5 phải nghiêng xuống 3log, tia i4

nghiêng xuống 6log Vậy tỷ số truyền các nhóm còn lại trong nhóm khuếch đạithứ nhất là:

2

Với nhóm khuếch đại thứ hai: chọn i8=φ3 Dựa vào lưới kết cấu biết được lượng

mở các tia trong nhóm này X3 = 9 Vậy tia i7 phải nghiêng xuống 6log Vậy tỷ

số truyền nhóm còn lại trong nhóm khuếch đại thứ hai là:

4;i max=i8=φ3≈ 2

Các tỷ số truyền của phương án này đều nằm trong phạm vi cho phép:

1

4≤i ≤ 2

Ta xây dựng được đồ thị số vòng quay:

2.2 Tính toán số răng trong các cặp truyền

 Để tính toán các tỷ số truyền trong mỗi cặp bánh răng ăn khớp ta xuất phát

Vậy tổng số răng: ∑Z= ExK= 3x30= 90.

2.3 Sơ đồ động học của hộp tốc độ

CHƯƠNG III

TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC

3.1 Phõn tớch động học, tĩnh học cho hộp tốc độ

1 Chế độ cắt thử

 Chế độ cắt thử mạnh:

Dao thộp giú P18, đường kớnh dao D= 90 (mm), số răng z = 8

Gia cụng vật liệu GX cú HB= 180 ở chế độ:

n= 47,5 (vg/ph); t= 12 (mm); S=118 (mm/ph); B=100 (mm);v=13,5 (mm); N= 6,3 (Kw)

Trong đó : i0 - tỉ số truyền tổng cộng của xích

ik - Tỷ số truyền từ cặp ma sỏt tới trục mang cặp truyền đầu tiờn của hộp

 - hiệu suất của xích

 Máy thiết kế là máy vạn năng nên nó gồm các chế độ phay sau đây:phay

thuận, nghịch, phay mặt đầu và phay răng, không xét đến phay đứng.

 Phân tích lực tác dụng lên cơ cấu: Xét hai sơ đồ phay dới đây:

Sơđồ

phay nghịch Sơ đồ phay thuận

Phay r¨ng: P0 = C.txsymk1vk2 (B¶ng 2 tr90-ThiÕt kÕ m¸y c¾t kim lo¹i)

Với chế độ cắt mạnh ta đợc: Q = 1,4.4600 + 0,2.(24000 + 2.8500 + 25000)

Q = 19600 (N)

Với chế độ cắt nhanh ta đợc: Q = 1,4.270 + 0,2(1400 + 2.500 + 25000)

Q = 5900( N)

3.3 Tớnh toỏn cụng suất động cơ.

1 Cụng suất động cơ chớnh

với chế độ cắt nặng nhất

Nc =

P z v 60.102.9,81 =

* dtb = 35 mm, đờng kính trung bình của các cổ trục

* Σn- tổng tốc độ vòng tất cả các trục trung gian ở đây ứng với chế độ cắtthử nặng nhất : tốc độ cắt 47,5 (m/ph) tức là tơng đơng tốc độ n6 (= 35,5) củamáy thiết kế

Vì n6 = n0x i3i5i7 nên ta có ngay tốc độ các trục (rút ra từ đồ thị lới) :

Trục 1- 280 - Trục 2- 200 - Trục 3- 200 (vg/ph)

Ở hộp tốc độ có 5 bộ truyền bánh răng (tại mỗi tốc độ trục chính) nờn ta lấy hiệusuất 1 bộ truyền là 0,96 ta có Np = Nđc1.4.(1 - 0,96) = 0,16.Nđc1.

Vậy ta có:

Nđc1 = Nc + N0+ Np = 5,4 + 0,14 + 0,16.Nđc1 Nđc1 = 5,54/0,84 = 6,60 (Kw)

¿ > ¿ Nh vậy ta chọn động cơ có công suất 7,5 (Kw), số vòng quay =730 (vg/ph)

Ta tra bảng P1.1(Thiết kế hệ thống dẫn động cơ khớ tập 1- trang 238), ta chọnđộng cơ kiểu 4A160S8Y3 cú cỏc thụng số chớnh như sau:

Từ đó theo trang 202 tài liệu Thiết kế máy cắt kim loại ta có công thức tính số

vòng quay tơng đơng trên các trục : n = nmin

Trục 1: Mx1 = Mx0.n dc

n 1=98116,43

730 280,77 = 255102,02(N.mm).

Trục 2: Mx2 = Mx0.n dc

n 2=98116,43.

730 200,04 = 358053,35 (N.mm).

Trục 3: Mx3 = Mx0.n dc

n 3=98116,43.

730 70,71 = 1012940,09 (N.mm).

Trục 4: Mx4 = Mx0.n dc

n 4=98116,43.

730 29,72 = 2409993,06 (N.mm).

3.5 Tớnh toỏn nối trục đàn hồi.

 Chọn nối trục đàn hồi:

Nối trục đàn hồi lắp trên trục vào hộp tốc độ, nối trục động cơ vào hộp Với độngcơ đã chọn 4A160S8Y3, tra bảng 1.6 tr 24 sách ''Tính toán thiết kế Hệ dẫn độngcơ khí'' của tác giả Trịnh Chất & Lê văn - Uyển, tập I, trang 242 ta đợc đờng kínhtrục động cơ là 38 (mm) Từ đó cũng tài liệu trên (Tập II tr 68) ta chọn theo đờng

kính 38 mm, mômen xoắn T(M) = 91,575 (N.mm) đợc khớp nối với các thông

số:

Đờng kính trong 38 (mm), mômen truyền max T = 125 (N.m) Số chốt z = 4.

 Kiểm nghiệm nối trục:

0,1.143.90.4 = 76,94 (Mpa) < [σu] = ( 60  80) MPa  đạt yêu cầu.

Vậy chốt kiểm tra đạt yêu cầu

3.6 Tớnh toỏn bỏnh răng.

 Chọn vật liệu chế tạo bánh răng:

Bánh lớn bằng thép 45, phơng pháp nhiệt luyện: Thờng hoá

Bánh nhỏ bằng thép 40X, phơng pháp nhiệt luyện: Tôi thể tích

 Tính ứng suất cho phép:(Sách Thiết kế hệ dẫn động cơ khí Tập 1 trang 91)

NHE - số chu kì thay đổi ứng suất tơng đơng.

mH - bậc của đờng cong mỏi khi thử tiếp xúc,

√N FO/N FE với NFO - số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn

NFE - số chu kì thay đổi ứng suất tơng đơng

mF - số mũ của đờng cong mỏi khi thử về uốn,

1 Thép 40X tôi thể tớch đạt 45 HRC, tra bảng 6.2 trang 94 ta có:

√N HO/N HEvới NHO -số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về txúc

NHE - số chu kì thay đổi ứng suất tơng đơng

mH - bậc của đờng cong mỏi khi thử tiếp xúc,

√N FO/N FE với NFO - số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn

NFE - số chu kì thay đổi ứng suất tơng đơng

mF - số mũ của đờng cong mỏi khi thử về uốn,

(Theo ''Tớnh toỏn thiết kế máy cắt kim loại" trang 66)

(cm) (**)Trong đó :

mtx , mu - M«®un r¨ng tÝnh theo søc bÒn tiÕp xóc vµ sức bÒn uèn.

N = N®c.ƞ - C«ng suÊt truyÒn cña b¸nh r¨ng, Kw;

N®c- Công suất động cơ điện, kW;

√ [1203006800 ]21,6.44+1 .

1,68.6,2 44,66 = 0,463 (cm).

 Kiểm tra môđun theo sức bền uốn:

Nh vậy ta có m = 4> mu = 3,95 nghĩa là đảm bảo độ bền uốn, đạt yêu cầu

 Ta chọn vật liệu làm bỏnh răng và phương phỏp nhiệt luyện của cặp bỏnhrăng này như cặp bỏnh răng 18/72 bờn trờn Tớnh toỏn số liệu cũng như như cặpbỏnh răng 18/72 ta được:

(cm) (**)Với:

Z = 30; [σ]H = 120300 (N.cm2); i = 60/30= 2,0; 0 = 1,3; K = 2,16;n = 44,66;

N = 6,2Kw

Ta có : mtx = 100

30 .3

√ [1203006800 ]21,3.2,02,0+1 .

2,16.6,2 44,66 = 0,344 (cm) = 3,44 (mm).

Như vậy môđun m= 3 không đạt yêu cầu về độ bền uốn, để khắc phục ta phảităng môđun lên và để thống nhất ta chọn m= 4 (mm).

KÕt luËn : Sö dông m«®un m = 4 cho tÊt c¶ c¸c nhãm truyÒn, trừ cặp bánh răng

Số răng(Z)

Bề rộngrăng(b)

Đườngkính lăn (

d w)

Đườngkính đỉnhrăng (d a)

Đườngkính đáyrăng (d f)

Tính khoảng cách giữa các trục trong hộp tốc độ

3.7.1 Cỏc lực tỏc dụng lờn trục chớnh và mụ hỡnh húa trục chớnh.

 Theo trang 184 sỏch "Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí"- Tập 1ta cú:

n

 -1 - ứng suất mỏi uốn, lấy -1 = 0,436.b (Thép Cacbon).

(Trang 196 - Thiết kế hệ dẫn động cơ khí Tg Trịnh Chất & Lê Văn Uyển)

ở đây chọn vật liệu trục chính là thép 45, tôi cải thiện có b = 700 (Mpa) ta có:9

-1 = 0,436.700 = 305 (Mpa) = 305.106 (N/mm2)

  - giới hạn chảy, Pa) = 400.106 (N/mm2)

(Trang 92 - Thiết kế hệ dẫn động cơ khí Tg Trịnh Chất & Lê Văn Uyển)