BÀI TẬP LỚN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY CÔNG CỤ. THIẾT KẾ MÁY KHOAN 2A125 (CÓ FILE CAD)

BÀI TẬP LỚN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY CÔNG CỤ. THIẾT KẾ MÁY KHOAN 2A125. Trong file đính kèm có bản vẽ CAD 2D của SƠ ĐỒ ĐỘNG, HỘP CHẠY DAO, HỘP TỐC ĐỘ của máy khoan 2a125. các bạn có thể tải về và tham khảo cách làm nhé.Xin cảm ơn tất cả các bạn.

BÀI TẬP LỚN MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY CÔNG CỤ

Nhiệm vụ thiết kế:

Thiết kế mới máy công cụ với đặc tính kỹ thuật như sau:

1 Hộp tốc độ (cho máy khoan 2A125) với yêu cầu:

- Công suất: 2,8 kw, với hiệu suất máy η = 0,8

- Số cấp tốc độ Z = 9 cấp: từ n min = 99,5 vòng/phút đến n max = 1360 vòng/phút

2 Hộp chạy dao (cho máy khoan 2A125) với yêu cầu:

- Lượng chạy dao dọc (mm/vòng): kèm 01 bản lượng chạy dao dọc

- Lực chạy dao hướng trục lớn nhất cho phép của cơ cấu chạy dao

+ Thiết kế bộ điều khiển

+ Thiết kế hệ thống bôi trơn, hệ thống làm mát

+ Thiết kế cụm chi tiết điển hình:

- Cụm trục chính

- Và/Hoặcđầu phân độ

Yêu cầu:

- 01 bản thuyết minh tính toán

- 01 bản vẽ lắp hộp tốc độ (A 0 ), 01 bản vẽ lắp hộp chạy dao (A 0 ) và 01 bản vẽ sơ đồ động của máy (A 1 ).

- Hạn nộp: 17/8/2020.

- Bản nộp hợp lệ: 01 bản thuyết minh, 01 tập bản vẽ (khi nộp yêu cầu nộp cả đề bài giao nhiệm vụ thiết kế và bản vẽ tham khảo) và 01 bản vẽ dạng AutoCAD2007 (đặt tên theo số thứ tự trong bảng danh sách lớp)

- Điểm đạt yêu cầu: ≥ 5/10.

Giáo viên lập đề

LỜI NÓI ĐẦU

Nước ta đang ở trong thời kỳ quá độ tiến lên chủ nghĩa xã hội đi lên từnền sản xuất nhỏ mà nông nghiệp là chủ yếu để đạt được mục đích côngnghiệp hoá đất nước mà nghị quyết đại hội VIII của chúng ta đã đề ra đòi hỏimọi người dặc biệt là sinh viên trường đại học phải nắm bắt được nền khoahọc của nước nhà cũng như của thế giới vận dụng vào cuộc sống

Một trong những nhiệm vụ của nghành chế tạo máy là thiết kế chế tạo

ra những máy công cụ để trang bị cho nền công nghiệp Trong các máy công

cụ thì máy khoan chiếm vị trí khá quan trọng, nhất là các máy khoan đứng,khoan cần, loại máy khoan này dùng để gia công các lỗ của chi tiết Ngoài ratrên máy khoan có thể khoan, khoét, doa, ta rô ren…

Thực tế hiện nay có nhiều loại máy khoan song ta vẫn không ngừng cảitiến mới hiện đại cho năng xuất và chất lượng cao hơn Việc thiết kế máy đòihỏi phải có một lượng kiến thức tổng hợp, biết tham khảo và vận dụng vàothực tế

Đây là bài tập lớn môn học nhưng nó là một quá trình để sinh viên tìmhiểu để tính toán thiết kế các thông số của máy Qua thời gian làm đồ án dưới

sự hướng dẫn của thầy giáo Nguyễn Hữu Phấn bài tập lớn của chúng em đãhoàn thành

Tuy nhiên do kiến thức còn hạn chế bài làm của chúng em không tránhkhỏi những sai sót Vậy chúng em rất mong các thầy bổ xung và sửa chữa đểbài làm của chúng em được hoàn chỉnh hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU……… 2

MỤC LỤC………… 3

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÁY KHOAN ĐỨNG 5

1.1 Sơ bộ về máy khoan đứng 2A125 5

1.2 Các thông số kĩ thuật của máy khoan 2A125 6

1.2.1.Hộp tốc độ :…… 7

1.2.2.Hộp chạy dao : 9

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC 12

2.1 Hộp tốc độ………… 12

2.1.1.Tính toán các thông số của hộp tốc độ 12

2.1.2.Xác định công suất động cơ 15

2.1.3.Thiết kế hộp tốc độ 16

2.2 HỘP CHẠY DAO 25

2.2.1.Tính toán các thông số của hộp chạy dao 25

CHƯƠNG 3 CHỌN TRỤC 37

3.1 Tính toán trục trong hộp tốc độ 37

3.2 Đường kính sơ bộ của trục được xác định 37

3.3 Lập bảng động lực học hộp tốc độ 38

3.4 Thiết kế trục chính 39

3.4.1.Yêu cầu kỹ thuật của trục chính 39

3.4.2.Vật liệu trục chính 40

3.4.3.Các yêu cầu với trục chính 40

3.4.4.Tính trục theo công thức Atsêrean 40

3.4.5.Tính trục theo độ cứng vững 42

3.4.6.Kiểm nghiệm sức bền dập của then hoa 42

3.4.7.Tính ổ cho trục chính 43

3.4.8.Chọn ổ……… 43

CHƯƠNG 4 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 45

4.1 Cơ cấu điều khiển 45

4.2 Hệ thống điều khiển riêng rẽ (dùng cơ cấu quạt răng, thanh răng) 46

4.2.1.Nguyên lý hoạt động 46

4.2.2.Các tính toán cần thiết của cơ cấu là: 46

CHƯƠNG 5 HỆ THỐNG BÔI TRƠN LÀM MÁT 48

5.1 Hệ thống bôi trơn 48

5.2 Hệ thống làm mát 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÁY KHOAN

ĐỨNG

Máy khoan đứng vạn năng là máy công cụ được dùng phổ biến trong cácnhà máy cơ khí, các phân xưởng xửa chữa của các xí nghiệp Nó dùng để giacông các lỗ thông hoặc không thông, gia công ren hay ta rô…phù hợp với loạihình sản xuất đơn chiếc loạt nhỏ

Ngày nay máy khoan không ngừng được cải tiến để phù hợp tiến bộkhoa học kỹ thuật, ngoài ra để gia công các lỗ thì trên máy khoan vạn năngcòn có thể gia công các bề mặt như lỗ tròn, khoét doa với đồ gá ta rô ren bằng

ta rô và bàn ren

Nhưng công việc chủ yếu của máy khoan đứng vạn năng là để khoan lỗtrụ

1.1 Sơ bộ về máy khoan đứng 2A125

- Giải thích kí hiệu 2A125

+ 2: Khoan

+ 1: Máy khoan đứng

+ 25: Đường kính mũi khoan lớn nhất là 25 Máy có thể gia công các lỗ cóđường kính là (0  25)mm Độ chính xác gia công đạt (117) Ra Máy còn có thểtaro, doa, khoét

Hình 1 Máy khoan 2A125

1.2 Các thông số kĩ thuật của máy khoan 2A125

Bảng 1 Thông số kĩ thuật của máy 2A125

Đặc tính kỹ thuật Máy khoan 2A125 Đường kính lớn nhất khoan được (mm) 25

Khoảng cách từ đường trục tâm chính tới trụ (mm) 300

Số cấp tốc độ trục chính 9

Phạm vi tốc độ trục chính (vg/ph) 99,5-1360

Số cấp bước tiến 11

Phạm vi bước tiến ( mm/vg) 0,1 – 1,4

Công suất động cơ chính (kW) 2.8

Kích thước của máy :

- Dài 1245

- Rộng 815

- Cao 2690

Đánh giá máy chuẩn

Nhận xét về mặt động học của máy chuẩn :

1.2.1 Hộp tốc độ :

Từ sơ đồ động học của máy chuẩn ta có chuỗi số vòng quay trục chính là99,5 –130 – 160 – 210 – 260 –320–420– 540 –680– 860 – 1050 – 1360(vg/ph), từ đó ta vẽ được lưới kết cấu và đồ thị số vòng quay của hộp tốc độnhư sau:

Lưới kết cấu:

Hình 1 Lưới kết cấu

Nhận xét về lưới kết cấu:

- Ưu điểm:

Lưới là một hình rẻ quạt đều như vậy :

Số vòng quay giảm dần từ trục (1) đến trục (4) và ở miền có số vòngquay cao số lượng bánh răng làm việc nhiều hơn và điều này làm cho kíchthước của các bánh răng làm việc nhỏ gọn hơn do mômen xoắn bé

Lượng mở giửa các tia của nhóm truyền bánh răng là thay đổi từ từ, các

tỉ số truyền bố trí giảm từ từ, đây là điều kiện làm việc tốt nhất cho các bánhrăng làm cho tuổi thọ của bánh răng và do đó tuổi thọ của hộp tốc độ cao

- Nhược điểm của máy : Độ chính xác của lổ không cao do ảnh hưởng

từ kết cấu mũi khoan chưa hoàn thiện cũng như độ cứng vững của mũikhoan Không khoan được các lổ theo chu vi tròn như máy khoan cần trongmột lần gá đặt

Với những ưu điểm và nhược điểm trên ta thiết kế lại máy khoan vớithông số động học của hộp tốc độ như sau:

- Số vòng quay nhỏ nhất của trục chính n min = 99,5 (vg/ph)

- Số vòng quay lớn nhất của trục chính n max = 1360 (vg/ph)

- Số cấp tốc độ Z = 12

=> công bội ϕ =

11

√136099,5 ¿ 1,26

Với công bội ϕ=1,41 thì ta chọn từ chuỗi số vòng quay tiêu chuẩn

được chuỗi số vòng quay là : 99,5 –130 – 160 – 210 – 260 –320–420– 540 –680– 860 – 1050 – 1360 (vg/ph)

1.2.2 Hộp chạy dao :

Máy chuẩn 2A125 có :

Phạm vi bước tiến Z = 11

Lượng chạy dao nhỏ nhất s min = 0,1 (vg/ph)

Lượng chạy dao lớn nhất s max = 1,4 (vg/ph)

Lưới là một hình rẻ quạt đều như vậy :

Số vòng quay giảm dần từ trục (1) đến trục (3) và ở miền có số vòngquay cao số lượng bánh răng làm việc nhiều hơn và điều này làm cho kíchthước của các bánh răng làm việc nhỏ gọn hơn do mômen xoắn bé

Lượng mở giửa các tia của nhóm truyền bánh răng là thay đổi từ từ, các

tỉ số truyền bố trí giảm từ từ, đây là điều kiện làm việc tốt nhất cho các bánhrăng làm cho tuổi thọ của bánh răng và do đó tuổi thọ của hộp tốc độ cao

Theo máy chuẩn thì hộp chạy dao dùng cơ cấu then kéo với một cặpbánh răng dùng chung Như vậy trong 12 cấp tốc độ trên thì sẽ có một cặp tốc

độ trùng nhau

Ta nhận thấy công bội ϕ=1,3 không nằm trong trị số tiêu chuẩn nên ta

thiết kế máy mới với số liệu là:

Phạm vi bước tiến Z = 11

Lượng chạy dao nhỏ nhất s min = 0,1 (vg/ph)

Lượng chạy dao lớn nhất s max = 1 (vg/ph)

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC2.1 Hộp tốc độ

2.1.1 Tính toán các thông số của hộp tốc độ

Từ thông số đầu bài cho:

Kích thước dao Vật liệu gia công Vật liệu làm dao Số cấp tốc độ

Chọn theo tiêu chuẩn ta có Dmin = 10(mm)

Với Rd là phạm vi điều chỉnh đường kính chi tiết Rd = (4-8)

Vậy ta có đường kính lớn nhất và nhỏ nhất của chi tiết là:

Bảng 3 Thông số máy cần thiết kế

Dmax Dmin Smax Smin nmax nmin Vmax Vmin

Chọn n8 = 1122 (vòng/phút)

n9 = n8.φ = 1122 1,26 =1413,72 (vòng/phút)

Chọn n9 = 1414 (vòng/phút)

2.1.2 Xác định công suất động cơ

Ta tính công suất động cơ theo công suất cắt Nc và hiệu suất tổng η Công suất cắt Nc được tính trên cơ sở lực cắt tới hạn Pz (N)và vận tốc

Trong đó η = 0,7 – 0,85 dùng cho máy có chuyển động chính quay tròn

Theo bảng 1.4 tài liệu Thiết kế máy cắt kim loại tác giả Trần Quốc

Theo công thức 2.19 tài liệu hướng dẫn thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1

+ Truyền công suất từ động cơ tới trục chính

+ Đảm bảo phạm vi điều chỉnh cần thiết cho trục chính hay trục cuốicùng của hộp tốc độ với cùng công lớn và số cấp tốc độ đạt yêu cầu

Thiết kế hộp tốc độ phải đảm bảo các yêu cầu sau:

+ Đảm bảo thực hiện đầy đủ và tương đối chính xác các giá trị số vòngquay từ n1 đến n9 theo yêu cầu

+ Có xích truyền động ngắn, hiệu suất truyền động cao

+ Kết cấu hộp phải đơn giản, tạo điều kiện thuận lợi cho việc chế tạo vàlắp ráp

+ Việc điều khiển phải nhẹ nhàng và đảm bảo an toàn

+ Đáp ứng được kinh tế

a Thiết kế phương án không gian

Ta có: Z = 9

n = 223 – 1414(vòng/phút)

Ta có phương án không gian là 3x3

Với phương án không gian trên thì số lượng bánh răng trên trục lớn nhất là

6 Khi đó chiều dài trục sẽ lớn và kết cấu hộp sẽ cồng kềnh Với yêu cầu khithiết kế hộp tốc độ là chiều cao hộp càng nhỏ càng tốt để thuận tiện cho việcgia công trên máy Vì vậy ta tách trục ra làm hai trục nhỏ Khi đó lượng trục sẽnhiều hơn so với phương án trên một trục Nhưng so với kết cấu của máy thìchỉ làm nặng máy chứ không ảnh hưởng tới yêu cầu của máy

Vậy phương án không gian là 3x1x3

+ Ta vẽ lưới kết cấu với

Phương án không gian: 3 x 3

Phương án thứ tự : I II

[1] [3]

+ Ta vẽ lưới kết cấu với

Phương án không gian: 3 x 3

i4= 1

φ=

1 1,26=0,8

i5= 1

φ4=

1 1,264=0,4

i6= 1

φ=

1 1,26=0,8

i7=φ2=1,262=1,6

So sánh với điều kiện ta thấy rằng lưới kết cấu đạt yêu cầu

c Xác định số răng của bánh răng

4 5

2 2

f g



 f2 + g2 = 4 + 5 = 9

i3 = φ

0 =1=1

1

3 3

f g

4 4

f g

3

7 =

5 5

6 6

f g

7  f6 + g6 = 4 + 5 = 9

i7 = φ2= 1,262 ≈

11 7

7 7

f g

1

2=

1 1

5 7

2 2

f g



 f2 + g2 = 4 + 5 = 9

i3 = 1

3 3

f g



 f3 + g3 = 1 + 1 = 2Bội số chung nhỏ nhất của mọi tổng trên là: K = 18

Nhận thấy tia i1 có độ nghiêng lớn nhất mà là tia giảm tốc nên bánh răngnhỏ là bánh răng chủ động Vì vậy dùng công thức Eminc để xác định Emin

E min=17.(f1+g1)

17.(11+7) 18.7 =2,43

Chọn Emin = 5

Ta có : Z

= E.K = 18.5 = 90 (răng)

18= 55 (răng)

2 2

9= 50 (răng)

3 3

2= 45 (răng)Với

5 7

4 4

f g



 f4 + g4 = 4 + 5 = 9

2 4

Z7Z 7'

3

7 =

5 5

6 6

f g

7  f6 + g6 = 4 + 5 = 9

i7 = φ2= 1,262 ≈

11 7

7 7

f g



 f7 + g7 = 11 +7 = 18

Bội số chung nhỏ nhất của mọi tổng trên là

7

18 = 35 (răng)

Kiểm tra sai số

Ta có phương trình đường truyền:

20 40

45

45 4020

55 35

ntt = nđc.iđ i1 i2 ….in

iđlà hệ số giảm tốc qua đai truyền tra bảng ta được iđ =0,65

Ta kiểm tra với điều kiện

2.2.1 Tính toán các thông số của hộp chạy dao.

a Thiết kế xích chạy dao.

- Không thể dùng bánh răng có kích thước lớn.

b Thiết kế phương án không gian.

Bảng 6 Bảng so sánh không gian

3  1 x 3

Số lượng bánh răng 9Chiều dài trục L1

Do yêu cầu của máy khoan là chiều cao hộp chạy dao càng nhỏ càng tốttuy nhiên trường hợp này vẫn có thể dùng trong máy khoan

 Chọn phương án không gian là 3  1 x 3

c Thiết kế phương án thay thế.

Để cho các tỷ số truyền nằm trong phạm vi cho phép15≤ i≤ 2,8ta có:

n1 n2 n3 n4 n5 n6 n7 n8 n9

Hình 1 lưới kết cấu

+ Ta vẽ lưới kết cấu với

Phương án không gian: 3 x 1 x 3

is :là trạc điều chỉnh lượng chạy dao.

M: cơ cấu bánh răng thanh răng làm nhiệm vụ biến đổi chuyển độngquay thành chuyển động tịnh tiến

i56 :là cơ cấu trục vít bánh vít để truyền chuyển động giữa 2 trục vuônggóc

Ta có Z’1 = Z7 nhìn vào lưới kết cấu thì thấy nhóm 2 có lượng mở lớnhơn nhóm thứ nhất và i6 gần với i7 nhưng lệch đi 3 ô, còn nhóm thứ nhất thì

có i3 ở xa nhất so với i1 nhưng chỉ nghiêng hơn 2 ô thôi Vậy ta thiết kế để cho

Z6 = Z’3 , muốn thế ta biến đổi để cho độ nghiêng giữa i6 và i7 trong lưới làlệch nhau 2 ô i7 là tia tăng tốc có giá trị max là 3 nên i1 là tia giảm tốc có giátrị 1/3 ( ta bỏ giá trị chạy dao S12vì đây là lượng tiến dao lớn rất ít dùng ta cóthể chọn lượng tiến dao nhỏ hơn vẫn đảm bảo yêu cầu chất lượng bề mặt chitiết chỉ có điều năng suất có giảm đi chút)

Ta có đồ thị vòng quay như sau:

4 5

3 7

i7 = φ2= 1,262 ≈

11 7

So sánh với điều kiện ta thấy rằng lưới kết cấu đạt yêu cầu

e Tính số răng :

Tổng số răng của các cặp trong các nhóm truyền đều bằng nhau Ta có

bộ truyền sử dụng bánh răng thanh kéo dùng 2 bánh răng dùng chung đó là Z6

= Z’3 , Z’1=Z7 mà i1 =1/ i7 nên Z’7=Z1 Vậy tổng số răng của các cặp bánh răng

ăn khớp trong trạc điều chỉnh đều bằng nhau

m(Z1 + Z’1) = m(Z2 + Z’2) = m(Z3 + Z’3) = m(Z4 + Z’4) = m(Z5 + Z’5) = m(Z6 + Z’6) = m(Z7 + Z’7)

4 5

2 2

f g



 f2 + g2 = 4 + 5 = 9

i3 = 1

3 3

f g

4 4

f g

3

7 =

5 5

6 6

f g

7 f6 + g6 = 4 + 5 = 9

i7 = φ2= 1,262 ≈

11 7

7 7

f g

1

2=

1 1

5 7

2 2

f g



 f2 + g2 = 4 + 5 = 9

i3 = 1

3 3

f g



 f3 + g3 = 1 + 1 = 2Bội số chung nhỏ nhất của mọi tổng trên là: K = 18

Nhận thấy tia i1 có độ nghiêng lớn nhất mà là tia giảm tốc nên bánh răngnhỏ là bánh răng chủ động Vì vậy dùng công thức Eminc để xác định Emin

E min=17.(f1+g1)

17.(11+7) 18.7 =2,43

Chọn Emin = 5

18= 55 (răng)

2 2

9= 50 (răng)

3 3

2= 45 (răng)Với

5 7

4 4

f g



 f4 + g4 = 4 + 5 = 9

2 4

Z7Z 7'

3

7 =

5 5

6 6

f g

7 f6 + g6 = 4 + 5 = 9

i7 = φ2= 1,262 ≈

11 7

7 7

f g



 f7 + g7 = 11 +7 = 18Bội số chung nhỏ nhất của mọi tổng trên là

40 S

Thực tế tốc độ đầu ra của trạc điều chỉnh:

Phương trinh đường truyền :

35 55

27 63

0,229 = N

40 50

40 50

45 45

55 35

Vậy số vòng quay trục chính thực tế là: 0,062; 0,078; 0,098; 0,116;0,146; 0,253; 0,229; 0,288; 0,360

Ta có sai số thực tế so với tiêu chuẩn:

Tỉ số truyền i34 là tỉ số giữa vòng quay đầu vào của trạc điều chỉnh và tốc

CHƯƠNG 3 CHỌN TRỤC3.1 Tính toán trục trong hộp tốc độ

Việc bố trí các trục trong hộp tốc độ phải đạt được các yêu cầu

Kết cấu nhỏ gọn nhất, các bánh răng trên các trục (trừ bánh răng ănkhớp) không được chạm vào nhau Việc bố trí các cơ cấu điều khiển rễ ràngthuận lợi

Theo công thức tính momen xoắn (Bảng 9 tài liệu tính toán thiết kế chế

P0=Cp0.Dzp.Syp

Tra bảng 9 ta có :Cp0=350; zp=1; yp=0,7

Thay vào công thức ta có:

P0=350.251.0,80,7= 7484,64 (N)

3.2 Đường kính sơ bộ của trục được xác định

Ni+1=Ni.i (KW)Trong đó Ni+1: Công suất trên trục i+1

Ni: Công suất trên trục i

i: Hiệu suất truyền động từ trục i đến i+1Xác định số vòng quay tính toán, mômen xoắn

Theo công thức

Mxi=9,55.106 tj

j

N N

3.4.1 Yêu cầu kỹ thuật của trục chính

Trục chính là chi tiết quan trọng trong hệ thống truyền động, dùng truyềnnhững truyền động mômen xoắn và lực cắt lên dao cắt hoặc chi tiết cần giacông Trục chính là trục quan trọng nhất trong các trục nên các yêu cầu và cácphương pháp tính toán trục chính đều có thể tính toán như trục thường Tuynhiên, trục chính có các yêu cầu cao hơn

Trục chính dùng để thực hiện chuyển động quay tròn chính xác củadụng cụ cắt hoặc phôi gia công, trục chính là một trong những chi tiết quantrọng nhất của máy công cụ, nó ảnh hưởng trực tiếp tới độ chính xác gia công

Do Vậy trục chính phải được đảm bảo được các yêu cầu sau