Thiết kế động lực học máy

PHẦN IV: THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC HỌC MÁY I. XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY. Chế độ làm việc của máy bao gồm chế độ cắt gọt, chế độ bôi trơn làm lạnh, àn toàn . . . Một máy mới đã thiết kế, chế tạo song phải quy định rõ ràng về chế độ làm việc của máy trước khi đưa vào sản xuất. Trong phạm vi máy được thiết kế ở đây xác định chế độ cắt gọt tới hạn của máy làm cơ sở tính toán động lực học của máy. Chế độ cắt gọt bao gồm: Chế độ cắt gọt cực đại, chế độ cắt gọt tính toán, chế độ cắt gọt thử máy. 1.Chế độ cắt gọt cực đại. Theo kinh nhiệm tính toán S, v, t bằng các công thức sau: trong đó: C= 0,7 ( chọn vật liệu gia công bằng thép) chọn: chọn chọn (m/ph) (m/ph) với: Kv = 1,09 ; Cv= 31,6 ; xv= 0,25 yv= 0,66 ; tmax=4,226 (mm) tmin= 1,0565 (mm) ; Smax= 1,409 (mm/v) ; Smin=0,1469 (mm/v) thay số được : Sử dụng chế độ cắt gọt cực đại sẽ dẫn đến toàn bộ chi tiết máy làm việc với tải trọng cực đại. Thực tiễn cho thấy không bao giờ máy làm việc hết tải trọng. Độ bóng, độ chính xác, trình độ nghề nghiệp và những yếu tố khác là nguyên nhân hạn chế khả năng sử dụng của máy. Để tính toán hợp lý hơn có thể sử dụng chế độ cắt gọt tính toán. 2.Chế độ cắt gọt tính toán. Chuỗi số vòng quay n của máy biến đổi từ nmin đến nmax với z cấp tốc độ khác nhau. Chuyển lượng chạy dao S biến đổi từ Smin đến Smax , z cấp độ khác nhau. Tại các trị số nmin , Smin máy làm việc với Mxmax . Vì vậy phải xác định trị số ntính , Stính theo công thức Ta có bảng sau: Trục I II III IV V VI nmax 800 1250 1250 1250 215 1600 nmin 800 1000 400 100 25 12,5 ntính 800 1057 532 188 50 42 Các chế độ cắt khác (s,t) và đường kính chi tiết gia công (d) chọn theo chế độ công nghệ bảo đảm máy làm việc hết công suất. 3.Chế độ thử máy. Chế độ thử máy là do người thiết kế hoặc nhà sản xuất quy định. Trước khi đưa máy mới vào sản xuất, nhà máy chế tạo phải nghiệm thu máy theo một chế độ kiểm nghiệm nhất định. Thử máy theo chế độ cắt gọt với mục đích kiểm tra máy làm việc có ổn định và đủ bền hay không. Nếu cho máy làm việc ngoài phạm vi cho phép thì chi tiết sẽ nhanh hỏng do đó ta chọn chế độ thử để tính sức bền. Thử với chi tiết D = 115(mm). Độ cứng HB207, dao P18 , chế độ cắt chọn: n= 400 (v/ph) ; S =1,4(mm/v) ; t = 4(mm) Khi thiết kế cho phép đưa Pmax , Mmax quá tải đến 25% trong thời gian cho phép. II. TÍNH LỰC CẮT. Lực cắt gồm 3 thành phần Px , Py , Pz đó là các thành phần lực theo phương x,y,z và được xác định theo công thức ở bảng 9[1]. 1.Theo phương Z ( 0Z ). với : Cpz = 2000 ; xpy =1 ; ypz = 0,75 ; t =4,226 (mm) ; S = 1,409 (mm/v) thay số được Pz =2000´4,2261´1,4090,75 » 11082 (N) 2.Theo phương y ( 0y ). với : Cpy =1250 ; xpy =0,9 ; ypy = 0,75 ; t =4,226 (mm) ; S = 1,409 (mm/v) thay số được Py =1250´4,2260,9´1,4090,75 » 5965 (N) 3.Theo phương y ( 0x ). với : Cpx = 650 ; xpx =1,2 ; ypx = 0,65 ; t =4,226 (mm) ; S = 1,409 (mm/v) thay số được Px =650´4,22601,2´1,4090,65 » 4580 (N) III. TÍNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ. Hiện nay tính chính xác công suất động cơ điện là một vấn để khó khăn vì khó xác định đúng điều kiện làm việc và hiệu suất của máy, điều kiện chế tạo cũng như những ảnh hưởng khác. Có hai cách thường dùng để tính công suất động cơ điện. Xác định công suất động cơ điện gần đúng theo hiệu suất tổng và tính chính xác song khi chế tạo máy, bằng thực nghiệm có thể đo được công suất động cơ tại các số vòng quay và chế độ cắt gọt khác nhau. 1.Xác định công suất truyền dẫn chính xác. Công suất động cơ gồm có: Nđc = Nc + N0 + Np Trong đó : Nc : công suất cắt. N0 : công suất chạy không. Np : công suất phụ tiêu hao do hiệu suất và do những nguyên nhân ảnh hưởng tới sự làm việc của máy. a.Xác định công suất cắt. Công suất cắt được xác định theo biểu thức. Theo phần II có Nc = 5,249(kw) b.Xác định công suất chạy không. Trong đó : km: hệ số phụ thuộc chất lượng chế tạo các chi tiết và điều kiện bôi trơn, thường lấy k = 3 ¸ 6 , lấy k = 5 dtb : đường kính trung bình các ngõng trục của máy trừ trục chính. ån : tổng số vòng quay của các trục trừ trục chính. ki : hệ số tổn thất công suất riêng tại trục chính ổ trục chính là ổ lăn ki = 1,5 ntc : số vòng quay của trục chính tại đó xác định nghiệm. (vòng/phút) Ntrụci = Nđ/c.hi (kw) hI = hđai.hổ = 0,985.0,995 = 0,98 hII = hổ.hbr = 0,995.0,97 = 0,965 hIII = hổ.hbr = 0,995.0,97 = 0,965 hIV = hổ.hbr = 0,995.0,97 = 0,965 hV = hổ.hbr = 0,995.0,97 = 0,965 hVI = hổ.hbr = 0,995.0,97 = 0,965 Mômen xoắn lớn nhất trên trục : (N.mm) C: hệ số : C = 110 ¸ 160 Chọn C = 130 Thay số và tính toán ta được bảng sau: Bảng động lực học máy Trục nmax (v/ph) Nmin (v/ph) Nt (v/ph) Ntrục (Kw) Mxmax (N.mm) dSB (mm) I 800 800 800 9,8 116987,5 30 II 1250 1000 1057 9,457 854444 27 III 1250 400 532 9,126 163822 34 IV 1250 100 188 8,807 447377 47 V 315 25 50 8,498 1623118 72 VI 1600 12,5 42 8,2 1864524 57 Vậy có: c.Tính công suất phụ. Công suất phụ được tính theo biểu thức: Hiệu suất các bộ truyền cùng loại (có 9 bộ truyền bánh răng và 1bộ truyền đai) ik:só lượng bộ truyền cùng loại Np =Nđc [9(1- 0,97) +1(1- 0,958)] = 0.285Nđc (KW) ÞNp =0,258Nđc (KW) d.Tímh công suất chạy dao. Ns = (KW) Trong đó : hcđ : hệ số chạy dao hcđ = 0,15 ¸ 0,2 lấy hcđ = 0,15 Q : lực chạy dao được tính theo công thức: Q = kpx + f(P8 + G) Trong đó : k : hệ số tăng lực ma sát lấy k = 1,5 f= 0,18 hệ số ma sát giữa sống trượt và băng máy G : trọng lượng bàn máy : G = 200 (kg) Px , Pz : lực ma sát Px = 4580 (N) = 458 (KG) Pz = 11082 (N) = 1108,2 (KG) Thay số được: Q = 1,5.458 + 0,18(1108,2 + 200) = 922,476 (KG) VS là vận tốc chạy dao tính theo công thức VS = S.n Theo chế độ cắt thử thì : n = 400 (v/ph) ; S = 1,4 VS = 1,4.400 = 56 (m/ph) Thay số được : Như vậy công suất động cơ cần thiết là : Nđ/c = NC + N0 + NP + NS = 5,249 + 0,565 + 0,285.Nđc + 0,563 Vậy chọn động cơ N = 10 (kw) ; n = 1460 (v/ph) 2.Tính công suất chạy dao nhanh. Để tạo điều kiện thuận lợi khi gia công , giảm thời gian phụ dẫn tới tăng năng suất gia công. Ta bố trí thêm một động cơ khác để chạy dao nhanh. Theo kinh nhiệm vận tốc chạy dao được khống chế : 2 < v < 12 (m/ph) Vì vậy cần phải đảm bảo chạy dao nhanh sau khi hết hành trình làm việc không phải tắt máy ( tắt động cơ chính) nếu ta lắp thêm li hợp siêu việt. Chọn vận tốc chạy dao nhanh: Vcn = 4m/ph = 4000 (mm/ph) Công suất động cơ chạy dao nhanh phải đảm bảo dịch chuyển được bàn xe dao nặng 200 kg. Để dự trù sai số do tính toán chế tạo ta chọn động cơ chạy dao nhanh có N = 0,75 (kw) ; n = 1360 (v/p) 3.Tính mô men xoắn trên các trục của hộp tốc độ. áp dụng biểu thức : (N.mm) Ta được : (N.mm) (N.mm) (N.mm) (N.mm) (N.mm) (N.mm) 4.Tính số vòng quay nt cho các trục trong hộp chạy dao. theo biểu thức +Trục VIII : +Trục X : +Trục XII : +Trục XIII : +Trục XIVºXV : +Trục XVI : +Trục XVII º XVIII : +Trục XIV : +Trục XX: 5. Tính công suất cắt trên các trục hộp chạy dao. Công suất chạy dao NS = 0,563 (kw) được phân bố trên các trục. Ni = NS´hổ´hbr NVIII = 0,563.0,995.0,97 = 0,543 (kw) NV = 0,543.0,995.0,97 = 0,524 (kw) NXII = 0,524.0,9952.0,972 = 0,488 (kw) NXIII = 0,488.0,995.0,97 = 0,471 (kw) NXIV = NXV = 0471,.0,995.0,97 = 0,455 (kw) NXVI = 0,455.0,995.0,97 = 0,439 (kw) NXVII = NXVIII = 0,439.0,995.0,97 = 0,424 (kw) NXIX = 0,424.0,995.0,97 = 0,409 (kw) NXX = 0,409.0,995.0,97 = 0,395 (kw) 6. Tính mômen xoắn trên các trục hộp chạy dao. Mômen xoắn được xác định theo biểu thức sau: