Tổng hợp cấu trúc động học máy 2

kết cấu không gian của máy. Khi chọn kiểu truyền dẫn cần căn cứ vào phạm vi điều chỉnh, công suất truyền, trị số trượt thuận tiện cho điều khiển, thay đổi tốc độ nhanh và tính công nghệ phải tốt. Từ những vấn đề trên cùng kinh nghiệm của ENIMS với máy có chuyển động chính quay, có công suất nhỏ thua 100 kw ta chọn phương án truyền dẫn điều chỉnh tốc độ bằng cơ khí gồm: - 1 động cơ không đồng bộ 3 pha. - 1 hộp tốc độ – bộ truyền bánh răng. 2. Bố trí cơ cấu truyền dẫn. Trong thực tế có hai phương án bố trí cơ cấu truyền động như sau: + Hộp tốc độ và hộp trục chính chung 1 vỏ. + Hộp tốc độ tách rời hộp trục chính. Trong hai phương án trên thì phương án đầu thường áp dụng với các máy cỡ lớn, cỡ vừa và trung. Do máy thiết kế là máy cỡ vừa nhưng không yêu cầu độ chính xác đặc biệt cao nên ta chọn phương án đầu. Với phương án chọn có ưu nhược điểm như sau: * Ưu điểm: - Kết cấu gọn nhẹ, giá thành hạ, vì chỉ chung một vỏ hộp nên rễ tập trung các cơ cấu điều khiển. * Nhược điểm: - Có thể truyền nhiệt trong hộp tốc độ sang hộp trục chính. - Có thể ảnh hưởng dung động trong hộp tốc độ sang hộp trục chính. - Khó dùng truyền động đai cho trục chính. 3. Bố trí kích thước vỏ hộp. Máy được thiết kế là máy hạng vừa nên ta chọn quan hệ kích thước bình thường. 4. Lựa chọn bộ truyền cuối cùng. Bộ truyền cuối cùng ảnh hưởng rất lớn đến chế độ cắt gọt lớn nhất và độ điều hoà chuyển động, đến độ bóng bề mặt gia công. Máy có trục chính quay với tốc độ trung bình nên ta chọn bộ truyền cuối cùng là bánh răng. Để đảm bảo trục chính quay êm cần đảm bảo tốc độ vòng của bánh răng không được lớn quá, đường kính bánh răng lắp trên trục chính không được bé quá đường kính phôi lớn nhất. - Đường kính bánh răng lớn nhất cho phép là: Dmax= Trong đó: [V] – là tốc độ vòng cho phép của bánh răng, ta dùng bộ truyền cuối cùng là bộ truyền bánh răng thẳng lúc đó tốc độ vòng cho phép [V] = 9 (m/s) = 9000 (mm/s) nmax= 2000 (v/ph) = 33 (v/s) Þ Dmax= = 86 (mm) Ta thấy đường kính bánh răng lớn nhất lắp trên trục nhỏ hơn đường đường kính lớn nhất của phôi D1max= 240 (mm) , nên để thoả mãn điều kiện Dmax > D1max ta phải dùng hai bánh răng dẫn cho trục chính bằng hai đường truyền: Đường truyền tốc độ thấp. Đường truyền tốc độ cao. II. Chọn phương án kết cấu. 1. Chọn dạng kết cấu. Chọn dạng kết cấu đơn giản hay phức tạp cần căn cứ vào phạm vi điều chỉnh yêu cầu, công dụng của máy. Để lựa chọn một phương án thích hợp ta tiến hành tính và so sánh phạm vi điều chỉnh tốc độ Rn và phạm vi điều chỉnh tới hạn R*n , trong đó Rn= 160. R*n = với = 1,26 [Ri] = = = 8 Þ R*n = = 50 So sánh ta thấy Rn > R*n , nghĩa là phạm vi điều chỉnh yêu cầu lớn hơn trị số điều chỉnh tới hạn nên phải dùng kết cấu phức tạp. * Ưu điểm của kết cấu truyền dẫn phức tạp là cho phép mở rộng phạm vi điều chỉnh, đáp ứng yêu cầu điều chỉnh Rn , rút ngắn đường truyền trên các xích có tốc độ cao, do đó giảm được công suất mất mát , giảm tải trọng và kích thước bộ truyền tiết kiệm nguyên vật liệu. Khi dùng kết cấu truyền đơn này ta chỉ cần dùng một kết cấu phụ là đủ. Từ công thức 4.1(1): Z = Z0 .(1 + Z’1) Trong đó: Z’1 –kết cấu phụ. Z0 -kết cấu cơ sở. Z0 = Z - = 23 - = 6 Mặt khác ta có : Z = Pk Với : k – là trật tự kết cấu của nhóm dọc theo xích truyền động. Pk – số bộ truyền trong nhóm thứ k m – số nhóm truyền. Như vậy Z ít nhất phải là tích của hai số. Do đó, ta lấy giá trị gần nhất của số cấp tốc độ là Z = 24. Kết cấu phụ là: Z’1 = - 1 = - 1 = 3 Dạng kết cấu như sau: Z = 24 = 6. (1 + 3) = Z1 + Z2 2. Lựa chọn phương án kết cấu. Phương án kết cấu được biểu diễn qua công thức kết cấu: Z = Pk Phương án kết cấu quyết định số lượng bánh răng, số trục, số ổ bi, số lỗ trong vỏ hộp và tổng chi phí chế tạo vỏ hộp. Vì vậy cần chọn phương án tốt nhất khi so sánh một số chỉ tiêu sau đây: + Tổng số bộ truyền bé nhất: Sp = = Spmin Z = P1 ´ P2 ´ ... ´ Pm Sp = Spmin khi P1 = P2 = ... = Pm = p = Ta lấy P là số nguyên gần e (hay P ) , nghĩa là P =2 hoặc 3 , thì sẽ được phương án có tổng số bộ truyền là bé nhất. + Số lượng nhóm truyền bé nhất: m = mmin Z = P1 ´ P2 ´...´ Pm Ta có: nmin= nđc ´ i1min ´ i2min ´ ...´ immin Trong đó: nmin – tốc độ nhỏ nhất của chuỗi ra. nđc – tốc độ của động cơ: nđc = 1460 (vg/ph) imin – tỷ số truyền nhỏ nhất của nhóm thứ i. Theo kinh nghiệm để giảm kích thước hướng kính của các bộ truyền nên lấy immin=1/4 nmin= nđc. Þ = mmin.lg4 = lg mmin = .lg = lg 3,4 Ta chọn lấy: m =3 và m = 4 + Trọng lượng truyền dẫn là nhỏ nhất: Ta biết rằng mô men xoắn tăng khi tần số quay giảm và làm tăng kích thước của truyền dẫn. Thực tế cho thấy Mx tăng dần từ trục động cơ tới trục chính, cho nên để nhận được truyền dẫn là nhẹ nhất, làm giảm trọng lượng của truyền dẫn cần lấy Pk giảm dần về phía trục chính. Nghĩa là nếu: Z = thì P1 > P2 > ... > Pm Gần trục chính nên lấy Pm =1 hoặc Pm = 2 Qua đó ta thấy từ dạng kết cấu: Z = 24 = 6. (1 + 3) = Z1 + Z2 - Với Z1 = 6 ´ 1 = 6 có các phương án sau: Z1 = 2 ´3 = 3 ´2 = 2 ´3 ´1 = 3 ´ 2 ´1 = 6 ´1 ´1 = 1 ´ 6 ´ 1 Xét thấy có phương án: Z1 = 3 ´ 2 ´ 1 đảm bảo điều kiện P1 > P2 > P3 , nhưng do phải kết hợp với đường truyền nhóm 2 (Z2) nên ta chọn dùng phương án: Z1 = 2 ´ 3 ´ 1 - Với Z2 = 6 ´ 3 = 18 vì đường truyền này ta còn có thể dùng để tạo tỉ số truyền khuếch đại để tiện ren, với công bội khuếch đại = 2 , Z =24. Như vậy số cấp tốc độ tăng lên là: 24 – 18 = 6 cấp Vì thiết kế có tạo tốc độ trùng với Z1 nên phương án không gian là: Z2 = 24 = 12 ´ 2 = 8 ´ 3 = 6 ´ 4 = 2 ´ 4 ´ 3 = 4 ´2 ´ 3 = 3 ´ 4 ´ 2= 3 ´ 2 ´ 4 = 2 ´ 2 ´ 3 ´2 = 2 ´ 3 ´ 2 ´ 2 = 3 ´2 ´ 2 ´ 2 = 2 ´ 2 ´ 2 ´ 3. Xét các phương án trên có phương án: Z2 = 3 ´ 2 ´ 2 ´ 2 là thoả mãn: P1 > P2 >... > Pm Tham khảo máy chuẩn 1K62 ta thấy trên trục đầu tiên trong hộp tốc độ có bố trí li hợp ma sát để đảo chiều quay của trục chính. Vì vậy, để đảm bảo kích thước chiều trục để tránh yếu trục đầu tiên ta bố trí sao cho P1 < P2 tức là P1 = 2, P2= 3 và khi đó phương án chọn sẽ là : Z2 = 2 ´ 3 ´ 2 ´ 2 Như vậy: Z1 = 2 ´ 3 ´ 1 - đường truyền tốc độ cao. Z2 = 2 ´ 3 ´ 2 ´ 2 - đường truyền tốc độ thấp. 3. Chọn phương án động học. Phương án động học là phương án về trật tự thay đổi các bộ truyền trong các nhóm để nhận được dãy tốc độ đã cho. Với mỗi phương án kết cấu đã chọn sẽ có một phương án động học. Vì vậy cần chọn một phương án tối ưu theo các chỉ dẫn sau: + Phương án tối ưu là phương án có: x1 P2 > ... > Pm * Ưu điểm của phương án này là với số vòng quay bé nhất như nhau, trục trung gian có số vòng quay cực đại là bé nhất nên giảm thấp yêu cầu về độ chính xác chế tạo các chi tiết của bộ truyền, giảm tải trọng động, giảm rung động, giảm mòn, giảm tổn thất ma sát, tăng hiệu suất khi số vòng quay trục chính cao. Như đã phân tích trong phần chọn phương án kết cấu, ở trục I có thể bố trí li hợp ma sát để đảo chiều, hơn nữa cần phải kết hợp hai đường truyền Z1 và Z2, để tạo trùng tốc độ nên không áp dụng được phương án tối ưu đã nói mà ta dùng phương án sau: Z1 = 21 ´ 32 ´ 16 ; Z2 = 21 ´ 32 ´ 26 ´ 212 - Phạm vi điều chỉnh của nhóm khuếch đại sau cùng không được vượt quá phạm vi điều chỉnh cho phép: Rm = = [Ri] Do đó lượng mở cho phép lớn nhất của hai tia biên của nhóm là: Xmax= xm (pm- 1) = = = 9 Vậy lượng mở cho phép là : Xmax= 9. - Khi dùng nhóm cuối cùng của hộp tốc độ làm khâu tăng bước của xích cắt ren thì nhóm này phải công bội chuỗi tỉ số truyền theo : = .Rs - Trong đó: - là công bội tỉ số truyền của nhóm khuếch đại sơ cấp trong hộp chạy dao tiện ren, n – là số cột ren (n =4) Rs – Phạm vi điều chỉnh của nhóm khuếch đại sơ cấp ( Rs = ) = .= = = 24 = 16 Do đặc tính của nhóm cuối cùng khi dùng nó làm khâu tăng bước là: xm = = = 12 4. Vẽ lưới cấu trúc. Từ phương án kết cấu ta có: Z2 = 21 ´ 32 ´ 26 ´ 212 với = 1,26 Phương án 2 x 3 x 2 x 2 Đặc tính 1 2 6 12 Sơ đồ lưới cấu trúc Xmax=xm.(pm-1) 1(2-1)=1 2(3-1)=4 6(2-1)=6 12(2-1)=12 Ta thấy rằng Xmax== 12 không thoả mãn : < [Ri] = 8 Do đó, để thoả mãn điều kiện trên và cũng để tạo ra hiện tượng trùng tốc độ: Zđủ = 2(1) ´ 3(2)´ 2(6)´ 2(12) Zthu hẹp= 2(1) x 3(2) x 2(6) x 2(6) Lượng mở thu hẹp từ Xmax= 12 xuống còn Xmax= 6 Số cấp tốc độ trùng là: Þ Ztrùng= (12 – 6 ) = 6 Và nó được bù lại bằng đường truyền tốc độ cao. Vậy phương án cuối cùng ta chọn là : Z1 = 2(1)I ´ 3(2)II ´ 1(0)III Z2 = 2(1)I ´ 3(2)II ´ 2(6)III ´ 2(6)IV Ta có lưới cấu trúc được vẽ như hình : H \ 1. H\1. Lưới cấu trúc. 5. Xác định tỉ số truyền bằng đồ thị vòng quay. Từ lưới cấu trúc ta chỉ biết được tỉ số truyền trong mỗi nhóm truyền, tổng số trục và số cấp tốc độ trên trục, lượng mở của từng nhóm truyền, thứ tự ăn khớp của các bánh răng trong nhóm. Nhưng không cho ta biết tỉ số truyền cụ thể , các trị số vòng quay của trục cụ thể. Do vậy không thể dùng nó để tính toán động học bánh răng được. Để đạt được việc đó người ta sử dụng đồ thị vòng quay. Chọn n0 = 800 (v/ph) trên trục I Việc ta chọn n0 gần bằng tốc độ động cơ và gần với nmax , trùng với tần số quay của trục chính để đảm bảo trục trung gian quay nhanh góp phần làm giảm bớt các kích thước của bộ truyền. Ta có : n0 = nđc .i . Trong đó: -hiệu suất truyền dẫn, = 0,97 i -tỉ số truyền từ trục động cơ đến trục I i = = = 0,56 Chọn các tỉ số truyền trong các nhóm truyền, tỉ số truyền của các bộ truyền trong mỗi nhóm truyền ảnh hưởng lớn đến kích thước, chất lượng, tuổi bền của máy. Theo kinh nghiệm, các tỉ số truyền được giới hạn: imin = i 2 = imax Tỉ số truyền được biểu diễn ở dạng : i = E với E là số khoảng lg Quy ước: E = 0 thì i = 1 - tia nằm ngang. E > 0 thì i > 1 - tia hướng lên trên. E < 0 thì i <1 - tia hướng xuống dưới. Ta xây dựng được đồ thị vòng quay như sau: H\2. H\2. Đồ thị vòng quay. Dựa vào đồ thị vòng quay ta xác định được các tỉ số truyền sau: i1 = = 1,26 ; i7 = i2 = = 1,58 ; i8 = = i3 = = ; i9 = =1 i4 = = ; i10 = = i5 = =1 ; i11 = = 1,58 i6 = = 6. Cơ cấu đảo chiều quay. Trên máy thiết kế ta bố trí cơ cấu đảo chiều quay đặt trên trục I trong hộp tốc độ, cơ cấu này để thay cho động cơ xoay chiều khi cần đảo chiều quay trục chính. chọn dùng cơ cấu đảo chiềuquay là li hợp ma sát đĩa. z0 z1 z3 z4 z2 x x * Ưu điểm của kiểu li hợp này là thực hiện đảo chiều nhanh khi máy đang hoạt động, với tần số đảo chiều lớn. * Nhược điểm của kiểu li hợp này là sẽ xẩy ra hiện tượng trượt khi máy đang làm việc với công suất cắt lớn dẫn tới làm giảm độ chính xác chi tiết gia công. III. Tính toán động học bánh răng. Tính toán động học bánh răng để xác định số răng z của bánh răng đảm bảo tỉ số truyền đã lựa chọn. Thường trong một nhóm truyền để bánh răng ăn khớp rễ dàng thì các bánh răng đó được chế tạo với cùng mô đuyn. Máy có công suất N<10 Kw nên ta chọn mn = 2 ¸ 3. Đối với các nhóm khuếch đại, tình hình chịu tải của các bộ truyền khác nhau nhiều thì phải dùng nhiều môduyn khác nhau tronh một nhóm truyền. Có bốn phương pháp tính toán động học bánh răng là: giải tích , đồ giải, bảng, thước tính. ở đây ta dùng phương pháp giải tích để tính toán. + tính số răng của các bánh răng trong một nhóm truyền cùng một mô đuyn, theo công thức: Zj = Zj’ = Trong đó: K –là BSCNN của aj + bj aj , bj là các số nguyên tối giản. E –là số nguyên đưa vào để đảm bảo không sẩy ra hiện tượng cắt chân răng. + Nếu bánh răng nhỏ nhất Zmin là bánh răng chủ động (ij <1) thì: Emin= Với Zmin = 18 + Nếu bánh răng bé nhất là bị động thì: Với Zmin = 18 + Tính số răng của các bánh răng thẳng trong một nhóm truyền khác môđuyn, theo công thức: Zj = Zj, = Trong đó: A –là khoảng cách trục trong một nhóm truyền : A = .mj (Zj+ Z’j) mj –là mô đuyn của nhóm truyền thứ j. 1. Tính số răng của các nhóm truyền. a. Nhóm truyền I. Từ ttrục I ® II có hai tỉ số truyền i1 và i2. i1 = = 1,26 = Þ a1+ b1=5 +4 =9 i2 = 2= 1,58 = Þ a2 + b2 = 11+7 = 18 BSCNN = K = 9. 2 = 18 Ta thấy i > 1 nên bánh nhỏ đóng vai trò bị động. Emin= Thấy rằng i2 có độ nghiêng lớn và là tăng tốc nên: Emin= = = 2,571 Emin = 2,571 < 3 , nhưng do kết cấu bánh răng lắp trên vỏ li hợp ma sát nên ta chọn Sz lớn, do vậy ta chọn E lớn lên là E = 5 (Sz –tổng số răng trong một cặp truyền). Sz = K.E = 5 .18 = 90 (răng) Vậy Z1 = = = 50 (răng) Z1, = Sz – Z = 90 – 50 (răng) Kiểm tra sai số : i1 = = = 1,25 Tương tự ta có: Z2 = = = 55 (răng) Z2, = Sz – Z2 = 90 – 55 = 35 (răng) Theo máy chuẩn 1k62 ta chọn: Z1 = 51 ; Z1, =39 Z2 = 56 ; Z2, = 34 Tính cho nhóm truyền II. Từ trục II ® III có ba tí số truyền: i3 , i4 và i5 i3 = = Þ a3 + b3 = 11 + 27 = 38 i4 = = Þ a4 + b4 = 15 + 23 = 38 i5 = = 1 = Þ a5 + b5 = 1+ 1 =2 K = 38 . 2 = 7 Nhận thấy nhóm truyền III có i3 có độ nghiêng lớn và là giảm tốc nên ta tính Emin chủ động. Emin= = = 0,82 <1 Chọn E = 1 ; Sz = E. K = 1.76 = 76 (răng) Vậy + Z3 = = = 22 (răng) Z3, = Sz – Z3 = 76 – 22 = 54 (răng) + Z4 = = = 30 (răng) Z4, = Sz - Z4 = 76 –30 = 46 (răng) + Z5 = = = 38 (răng) Z5, = Sz - Z5 = 76 – 38 = 38 (răng) Theo máy chuẩn chọn: Z3 = 21 (răng) ; Z3, = 55 (răng) Z4 = 29 (răng) ; Z4, = 47 (răng) Z5 = 38 (răng) ; Z5, = 38 (răng) Tính cho nhóm truyền III. Từ trục III ® IV có hai tỉ số truyền i6 và i7 i6 = = ; i7 = = 1 Vì tỉ số truyền chênh lệch nhau quá lớn nên để chánh bộ truyền có kích thước lớn ta dùng bộ truyền có mô đuyn khác nhau. Theo máy chuẩn 1k62, chọn i6 có m6 = 2,5 ; i7 có m7 = 3 . Để hai bộ truyền này làm việc được đảm bảo thì khoảng cách trục A là: A6 = .m6.(Z6 + Z6,) = .m6. SZ6 A7 = .m7.(Z7 + Z7,) = .m7. SZ7 Theo hệ thức trên ta có : = = = = trong đó: e6 , e7 -là những số tối giản. Giả sử tìm được SZ7 bằng cách phân tích tỉ số truyền i6 i6 = = = ... = Ta lập tổng: ZX1+ ; ZX2+ ; ZX3+ , ... , ZX5+ Chọn SZ7 trong các tổng trên và phân tích ra: K = SZ7 ; SZ7 = K. e7 ; SZ6 = K. e6 i6= = SZ6 90 95 100 105 110 115 Chọn SZ6 = 110 Þ k = = 18,3 lấy k =18 SZ7 = k.e6 = 18.5 = 90 (răng) Þ S7 = S7, = 45 (răng) Ta thấy bánh răng Z6 và Z6, là cặp bánh răng dịch chỉnh vì chịu sự sai số khi lấy k =18. SZ6= 110 (răng) , chọn Z6 = 22 (răng) ; Z6, = 88 (răng) Tính cho nhóm truyền IV. Từ trục IV® V có hai tỉ số truyền là i8 = = ; i9 =1 Như vậy, bánh răng nhóm này cũng có tỉ số truyền như nhóm III và cũng có cùng khoảng cách trục. Tương tự như nhóm III ta lấy Z8=22 (răng) ; Z8,=88 ( - ) Z9= 45 ( - ) ; Z9, = 45 ( - ) Tính cho nhóm truyền V. Từ trục V ® VI có một tỉ số truyền là i10 i10 = = = Þ a10 + b10= 1+2 =3 k =3 vì i10 < 1 tức là tia chếch xuống lên bánh nhỏ là chủ động. Emin= = =18 Để Z10 đảm bảo truyền được mô men xoắn lớn , đồng thời đảm bảo Z10, lắp trên trục chính VI nên ta chọn E =27 SZ = E.k =27. 3 = 81 (răng) Vởy Z10 = .E.k = =27 (răng) Z10, = SZ - Z10 = 81 – 27 = 54 (răng) Tính cho nhóm truyền VI. (đường truyền nhanh) Từ trục III ® VI có một tỉ số truyền i11 = 1,58 nhóm truyền 1 và 2 của đường truyền nhanh là nhóm cơ sở, tức là bánh răng của nó giống như phần trên. Nhóm cuối cùng của đường truyền nhanh: i11 = = 1,58 = Þ a11+ b11 = 65 + 43 =108 k =108 ; Vì i > 1 tức là tia chếch lên và là tăng tốc nên bánh nhỏ là bị động. Emin= .Zmin = .18 = 0,419 < 1 Sz = E.k = 1.108 = 108 (răng) Vậy Z11 = .E.k = 8 = 65 (răng) Z11, = SZ – Z11 = 108 - 65 = 43 (răng) Bảng thống kê nhóm truyền: Nhóm I I II II II III III IV IV V VI i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Tính toán động học bộ truyền đai. Máy thiết kế có tách động cơ ra khỏi hộp tốc độ để giảm ảnh hưởng do dung động. Bố trí như vậy có ưu điểm là kết cấu đơn giản, giảm dung động. Nhưng có nhược điểm là cồng kềnh, có hệ số trượt. - Tính toán bộ truyền đai: chọn kiểu đai có tiết diện E = 13,8 (mm2) Đường kính buli nhỏ: D1 = 140 280 (mm) chọn D1=142(mm) Đường kính buli lớn : D2 = i . D1 .(1 - ) = 0,02 là hệ số trượt của đai vải cao su hình thang. D2 = .D1 .(1 – 0,02) = . 142.(1- 0,02) = 254 (mm) Kiểm tra tốc độ dài cho phép: V = .P Vmax= 30 35 (m/giây) V = = 10,8 (m/giây) Vậy việc chọn đai là thoả mãn. Kiểm tra điều kiện di trượt của khối bánh răng 3 bộ. Z2=29 Z4= 38 Z1=47 Z3= 38 Z5=55 Z6=21 II III Hộp tốc độ của máy thiết kế có một nhóm truyền gồm 3 cấp tốc độ ở nhóm truyền II. Dovậy ta bố trí 3 cấp tốc độ đó trên một cặp bánh răng di trượt ba bậc và bố trí chung ở hai trục II và III. Khối bánh răng 3bậc có bánh lớn ở giữa, bánh bé ở hai bên. Để di trượt được thì đỉnh của các bánh bên không nhô ra quá vòng chân của bánh răng giữa một trị số lớn hơn khe hở của đỉnh răng C = 0,25.m Trong đó: m –là môđuyn của răng Điều kiện di trượt: Da1 < Dc5 Û Dc1 + 2mfo < Dc5 + 2m.(fo + Co) Û m.Z1 + 2mfo < m.Z5 + 2m (fo + C0) Û Z5 – Z1 > 2fo + 2 (fo + C0). Với : fo –là hệ số chiều cao răng, fo = 1 Co –là hệ số khe hở chân răng, Co = 0.25 0,35 Chọn Co = 0,35 Þ Z5 - Z1 > 5. Ta đã có: Z5 = 55 , Z1 = 47 Þ Z5 - Z1 = 55 – 47 =8 > 5 Do vậy thoả mãn điều kiện di trượt của khối bánh răng 3 bậc. Kiểm tra sai số vòng quay. Ta đã tính được Zj và Zj, của các nhóm truyền, vì Zj và Zj, là những số nguyên cho nên chắc chắn có sai số với tỉ số truyền ban đầu và số vòng quay thực tế sẽ khác. Từ phương trình cơ bản số vòng quay trục chính: nTC = ndc x x x x... x Trong đó : -là hệ số trượt của đai , = 0,97 Ta kiểm tra sai số tốc độ theo công thức: Dn [ Dn] = 10. ( - 1)% [ Dn] = 10.(1,26 -1) = 2,6% Dn = .100% Trong đó : ntt –là sai số vòng quay thực tế của trục chính (v/ph) nTC –là số vòng quay tiêu chuẩn lấy theo bảng. Sai số Dn phải thuộc phạm vi cho phép. Để thuận tiện khi so sánh kết quả ntt với nTC ta thống kê các giá tri theo bảng sau. Ta có: nTC = 1460 x 0,97 x x x ... x Hay ntc = 791,73 x x..x Bảng kiểm tra sai số tần số quay trục chính T.s.trục chính Sai số tương đối của tần số Đồ thị sai số Biểu thức Trị số N1 791,73.x.x.x. x. 12,35 N2 791,73.x.x.x. x. N3 791,73.x.x.x. x. N4 791,73.x.x.x. x. N5 791,73.x.x.x. x. N6 791,73.x.x.x. x. N7 791,73.x.x.x. x. N11 791,73.x.x.x. x. N12 791,73.x.x.x. x. N13 791,73.x.x.x. x. N14 791,73.x.x.x. x. N15 791,73.x.x.x. x. N16 791,73.x.x.x. x. N17 791,73.x.x.x. x. N18 791,73.x.x.x. x. N19 791,73.x.x.x. x. N20 791,73.x.x.x. x. N21 791,73.x.x.x. x. N22 791,73.x.x.x. x. N23 791,73.x.x.x. x.s Hộp chạy dao. Những lựa chọn chung. Chọn đặc tính chạy dao. Hộp chạy dao máy tiện ren vít vạn năng có hai tác dụng chính là tiện trơn và tiện ren. Để tiện ren chính xác ta thiết kế hộp chạy dao đáp ứng yêu cầu chạy dao là chính, chuỗi chạy dao tiện trơn được xây dựng trên cơ sở hộp chạy dao cắt ren đã được thiết kế. Vì truyền dẫn nhỏ, công suất chỉ bằng 5 7% công suất truyền dẫn chính, làm việc chậm hơn nhiều so với hộp tốc độ, hiệu suất thấp và phạm vi điều chỉnh hẹp. Với truyền dẫn chạy dao, chọn : i 2,8 Ri = = = 14. Vì hộp tốc độ và hộp trục chính chung vỏ nên hộp tốc độ và hộp chạy dao nhỏ gọn, rung động sẽ không ảnh hưởng đến hộp xe dao. Ta bố trí hộp chạy dao dưới hộp tốc độ. Hộp chạy dao phải có tỉ số truyền chính xác để cắt các loại ren, do vậy ta xây dựng chuỗi chạy dao theo chuỗi ren.Măt khác các bước ren đã được tiêu chuẩn hoá, nếu có sai số giữa tỉ số truyền thực tế và tỉ số truyền tính toán nó sẽ ảnh hưởng tới độ chính xác của bước ren gia công vì nó tạo ra tốc độ cắt của dao không đều. Chọn cơ cấu điều chỉnh. Trong máy cắt kim loại có nhiều cơ cấu điều chỉnh khác nhau, mỗi loại có ưu nhược điểm riêng. Song ở máy thiết kế ta chọn cơ cấu Nooctông để điều chỉnh cho nhóm cơ sở. Cơ cấu Nooctông tạo ra các lượng chạy dao tuân theo quy luật cấp số cộng. Dùng cơ cấu Nooctông có ưu điểm là đảm bảo tỉ số truyền chính xác, đơn giản hoá hệ thống điều khiển, nhận được sự phân bố tốc độ một cách tuỳ ý. Nhược điểm là độ cứng vững kém, khó bôi trơn. Để khắc phục độ cứng vững kém do kích thước chiều trục lớn ta hạn chế số bánh răng của cơ cấu Nooctông nhỏ hơn 10 13 bánh. Thiết kế hộp chạy dao. Chọn sơ đồ truyền dẫn xích cắt ren. Ta chọn cơ cấu Nooctông để điều chỉnh hộp chạy dao. Khi thay đổi loại ren ta thay đổi bánh răng thay thế. Để giảm bớt số lượng bánh răng thay thế ta dùng biện pháp đảo đường truyền trong nhóm cơ sở khi chuyển từ ren hệ mét sang ren hệ anh. Xích cắt ren phải đảm bảo cứ sâu một vòng quay của phôi thì dao phải tịnh tiến dọc trục một lượng đúng bằng bước ren cần gia công, nên giữa hai khâu chấp hành phải có khâu điều chỉnh bước ren đó là is . Thông thường để đáp ứng được tính vạn năng của máy thì khâu điều chỉnh is được phân thành các nhóm khác nhau: nhóm cơ sở: đây là nhóm chính tạo ra các tí số truyền khác nhau. nhóm gấp bội: để cắt ren trong cùng bảng và bước ren gấp hai lần nhau. nhóm bù: dùng để điều chỉnh lại đường truyền, tức là lại sai số của đường truyền nhóm đảo chiều: dùng để cắt ren trái hay ren phải. Vậy ta có sơ đồ miêu tả sơ lược truyền dẫn xích cắt ren như sau: Vít me Cơ cấu đảo chiều Trục chính itt1 itt2 M1 M2 M3 icđ icđ ics icđ igb igb M4 . Sắp xếp bảng ren. Các loại ren cắt được trên máy. *. Ren hệ mét: gồm hai loại. + Ren quốc tế: được đặc trưng bởichiều dài bước ren là t ,góc đỉnh ren 600, nó được dùng để kẹp chặt. +Ren mô đuyn: được đo bằng số mô đuyn m , nó được dùng làm ren trục vít , bước ren t =.m *. Ren hệ anh: gồm hai loại. + Ren anh: được đo bằng số vòng ren n trên một tấc anh, một tấc anh bằng 25,4 mm , dùng để kẹp chặt , góc đỉnh ren a= 550 , bước ren t = + Ren pít: được đo bằng số mô đuyn p trong một tấc anh, nó được dùng để làm ren trục vít. Bước ren: t = Đặc điểm chung là chuỗi giá trị của chúng tuân theo quy luật cấp số cộng. Cứ sau một giá trị nào đó thì giá trị của nó lớn hơn hoặc kém hơn hai lần. Các bước ren mà máy cắt được: + Ren quốc tế : t = 1 192 mm + Ren mô đuyn : m = 0,5 48 mm + Ren anh : n = 24 2 vòng ren/ + Ren pit : p = 96 1 vòng ren/ Sắp xếp bảng ren. Các chuỗi bước ren đã cho đều có thể xếp thành bảng gồm các hàng và cột sao cho các bước ren theo cột tạo thành cấp số cộng, theo hàng tạo thành cấp số nhân, với công bội j = 2. Sắp xếp như vậy rất thuận tiện cho việc thiết kế, nguyên tắc sắp xếp bảng ren như sau: Nếu trong nhóm cơ sở không đảo đường truyền khi chuyển từ ren hệ mét sang ren hệ anh thì các bước ren phải xếp lớn dần từ trái qua phải và từ trên xuống dưới. -Ren hệ mét có trị số min đặt ở vị trí (1,1) -Ren hệ anh có trị số min đặt ở vị trí (m,n) - Nếu đổi hướng truyền của nhóm cơ sở khi chuyển từ ren hệ mét sang ren hệ anh thì: -Ren hệ mét có trị số min đặt ở vị trí (1,1) -Ren hệ anh có trị số min đặt ở vị trí (1,n) ở đây ta thiết kế nhóm cơ sở có đảo đường truyền, nên sơ đồ hoá nguyên tắc sắp xếp bảng như sau: Ren hệ mét Ren hệ anh min(1,1) min(1,n) Như vậy đảm bảo dùng một nhóm cơ sở chung cho hai hệ ren mà không cần đưa vào nhiều bánh răng thay thế. -Chú ý khi sắp xếp bảng ren là: +số cột không lên lớn quá bốn (n4). +số hàng không lên lớn quá mười (m10). Khi sắp xếp bảng ren, lấy ren quốc tế làm cơ sở sắp xếp. Các bảng ren được sắp sếp như sau: Ren quốc tế: t Ren moduyn: m = Ren thường Ren khuếch đại Ren thường Ren khuếch đại - 1,75 3,5 7 14 28 56 112 - - - 1,75 3,5 7 14 28 1 2 4 8 16 32 64 128 - 0,5 1 2 4 8 16 32 - 2,25 4,5 9 18 36 72 144 - - - 2,25 4,5 9 18 36 1,25 2,5 5 10 20 40 80 160 - - 1,25 2,5 5 10 20 40 - 2,75 5,5 11 22 44 88 176 - - - 2,75 5,5 11 22 44 1,5 3 6 12 24 48 96 192 - 0,75 1,5 3 6 12 24 48 Ren anh: n = 25,4/t Ren pit: p = 25,4/t Ren thường Ren khuếch đại 13 - 3 - - - - - - - - - 14 7 3 - 56 28 14 7 3,5 1,75 - - 16 8 4 2 64 32 16 8 4 2 1 - 18 9 4 - 72 36 18 9 - 2,25 - - 19 9,5 - - 80 40 20 10 5 2,5 1,25 - 20 10 5 - 88 44 22 11 - 2,75 - - 22 11 - - 96 48 24 12 6 3 1,5 - 24 12 6 3 - - - - - - - - Thiết kế nhóm cơ sở. Theo tài liệu thiết kế máy cắt kim loại ([2]-Phạm Đắp ) thì khi cắt ren quốc tế, số răng Zj của cơ cấu Nooc tông tỉ lệ với bước ren quốc tế. ở đây ta lấy ren quốc tế làm cơ sở. Gọi Z1, Z2 ,..., Zn là số răng của bộ bánh răng Nooc tông. Để cắt ren quốc tế : Ta có Z1: Z2: Z3: Z4: Z5: Z6 = 3,5: 4: 4,5: 5: 5,5: 6 hoặc 7:8:9:10:11:12. Số răng Z1, Z2 ,...,Zj không quá lớn vì sẽ làm tăng kích thước chiều trục, làm yếu trục nên người ta chọn hạn chế trong giới hạn : 25 Zj 60 ở đây ta chọn : Z1: Z2: Z3: Z4: Z5: Z6 = 28: 32 : 36 : 40 :44 : 48 Để cắt ren mođuyn. Z1: Z2: Z3: Z4: Z5: Z6 = 1,75: 2 : 2,25 : 2,5 : 2,75 :3. Do đó số răng : Z1: Z2: Z3: Z4: Z5: Z6 = 28 : 32 : 36 : 40 : 44 : 48. Để cắt ren anh. Z1: Z2: Z3: Z4: Z5: Z6 :Z7 : Z8 = 13 : 14 : 16 : 18 : 19 : 20 : 22 : 24. Số răng chọn là : Z1: Z2: Z3: Z4: Z5: Z6 :Z7 : Z8 = 26 : 28 : 32 : 36 : 38 : 40 : 44 : 48. Để cắt ren pít. Z1: Z2: Z3: Z4: Z5: Z6 = 56 : 64 : 72 : 80 : 88 : 96. Số răng chọn là: Z1: Z2: Z3: Z4: Z5: Z6 = 28 : 32 : 36 : 40 : 44 : 48. Như vậy để cắt được bốn loại ren trên thì cơ cấu Nooctông cần có: Z1: Z2: Z3: Z4: Z5: Z6 :Z7 : Z8 = 26 : 28 : 32 : 36 : 38 : 40 : 44 : 48. Xét bốn bảng ren trên ta thấy chỉ vì cắt loại ren anh có bước ren n = 19 vòngren/1pít nên bộ điều chỉnh Nooctông phải thêm bánh răng Z = 38, bánh răng này không sử dụng để cắt ba loại ren còn lại. Do đó ta thấy rằng không cần thiết cắt bước ren đó. Vởy ta bỏ bước ren này, tức là bỏ bánh răng Z= 38. Như vây bộ truyền Nooctông chỉ còn lại 7 bánh răng sau: Z1= 26 , Z2 = 28 , Z3 = 32 , Z4 =36 , Z5 = 40 , Z6= 44 , Z7 = 48. Thiết kế nhóm gấp bội. Nhóm gấp bội phải tạo ra bốn tỉ số truyền gấp bội j = 2, nhưng giá trị bằng bao nhiêu còn phụ thuộc vào việc chọn cột nào trong bảng ren làm nhóm cơ sở Ta chọn ren quốc tế làm nhóm cơ sở, chọn cột có bước : 3,5 ; 4 ; 4,5 ; 5 ; 5,5 ; 6 làm nhóm cơ sở thì muốn cắt ra toàn bộ số ren, các tỉ số truyền gấp bội bằng : ; ; 1 ; 2. Bốn tỉ số truyền trên do tám bánh răng đặt trên ba trục, bố trí theo phương án: Z = 2 x 2 = 21I x 22II Nhóm 1 là nhóm cơ sở có công bội j = 2. Nhóm 2 là nhóm khuêch đại có công bội j 2= 22 Từ đó ta có lưới kết cấu như sau: I II III Z = 21I x 22II Dựa vào máy chuẩn 1k62 chọn: i1 = ; i2 = ; i3 = ; i4 = Xây dựng đồ thị vòng quay: igb1= = . ; igb2= = . igb3 = = . ; igb4 = 1 = . Tính số răng của các bánh răng trong nhóm gấp bội. Để nâng cao tính công nghệ của hộp, ta điều chỉnh tâm các trục của nhóm gấp bội cố gắng trùng tâm các trục của nhóm cơ sở. Khi chọn số răng, môđuyn cho nhóm gấp bội cần chú ý đảm bảo khoảng cách trục A phụ thuộc vào Z và m phù hợp với nhóm cơ sở. Dựa vào máy 1k62, chọn A= 63 mm , m= 2. Ta sử dụng bánh răng di trượt để điều khiển nhóm gấp bội. Vì vậy tính số răng nhóm gấp bội tương tự như tính số răng hộp tốc độ. *. Tính số răng của bộ truyền nhóm I. i1 = = ® a1 + b1 = 4 + 5 = 9. i2 = = ® a2 + b2 = 2 + 5 = 7. BSCNN k = 63 , Zmin =18. Vì i2 = có độ nghiêng lớn và là giảm tốc, nên ta tính Emin chủ động. Emin = = = 1 Þ chọn Emin = 1 Sz = E. k = 1. 63 = 63 (răng) Z1 = = = 28 (răng) Z = Sz – Z1 = 63 – 28 = 35 (răng) Z2 = = = 18 (răng) Z = Sz – Z2 = 63 – 18 = 45 (răng) Vậy nhóm I có hai tỉ số truyền : 28/35 và 18/45. *. Tính số răng của bộ truyền nhóm II. i3 = = ® a3 + b3 = 5 + 4 = 9 i4 = = ® a4 + b4 = 5 + 16 = 21 BSCNN là k = 63. Vì i3 = có độ nghiêng không lớn nhưng là tăng tốc, do đó ta tính Emin Emin = = = 0,514 < 1 Þchọn Emion= 1 Sz = E.k = 1. 63 = 63 (răng) Vậy : Z3 = = = 35 (răng) Z3, = Sz - Z3 = 63 – 35 = 28 (răng) Z4 = = = 15 (răng) Z4, = Sz - Z4 = 63 – 15 = 48 (răng) Từ đó nhóm gấp bội có bánh răng và tỉ số truyền sau: i1 = = ; i2 = = i3 = = ; i4 = = Trong đó có Z3 = 35 được dùng chung. Các tỉ số truyền gấp bội: igb1 = . =1 ; igb3 = . = igb2 = . = ; igb4 = . = Thiết kế nhóm khuếch đại. Việc khuếch đại bước ren cần cắt không nhất thiết chr do nhóm gấp bội trong hộp chạy dao đảm nhiệm mà về nguyên tắc nó có thể đặt bất kỳ chỗ nào trên xích truyền động, từ trục chính đến vít me. Với máy thiết kế tỉ số truyền do ba khu vực đảm nhiệm: - Nhóm gấp bội trong hộp chạy dao thường đảm nhiệm tiện các bước ren tiêu chuẩn. - Nhóm gấp bội thứ nhất đặt sau đuôi trục chính thường kết hợp với bộ đảo chiều. Nó khuếch đại bước ren theo hai tỉ số truyền và . Theo máy chuẩn ta thấy : ikđ1 = ; x = ikđ1 = = ( khi tiện trơn) - Nhóm khuếch đại thứ hai nằm ngay trong xích tốc độ, ta đã thiết kế ở hộp tốc độ,tại đây khuếch đại bước ren theo 4 tỉ số truyền : ; ; ; dùng để cắt ren từ bước 12 192. Phạm vi điều chỉnh của nhóm: Rs = = 16. Thiết kế nhóm gấp bội này gồm hai phần: R1 = R2 = = = 4. Vây tỉ số truyền mỗi nhóm là: i1 = 1= ; i1, = = ; i2 = 1= ; i2, = = Thiết kế nhóm bù. Tỉ số truyền còn lại bao gồm các bánh răng phụ, bánh răng thay thế của hộp chạy dao. Phương trình xích cắt ren: 1vòng trục chính x ibù xics x igb x ttv = tp. vì ibù = itt x icđ nên phương trình được viết như sau: 1 x icđ x itt x ics x igb x tvm = tp . Trong đó: ibù –tỉ số truyền còn lại bù vào xích truyền động. itt -tỉ số truyền của bộ bánh răng thay thế. ics -tỉ số truyền nhóm cơ sở. igb -tỉ số truyền nhóm gấp bội. tvm -bước vít me dọc. tp -bước ren cần cắt. Để tính ibù ta cho máy cắt thử một bước ren. Giả sử cho cắt ren quốc tế tp=5 mm vì nhóm gấp bội có bốn tỉ số truyền : ; ; ; Theo bảng xếp ren quốc tế ta lấy igb = Dựa vào máy chuẩn ta lấy tvm = 12 mm , Z0 = 36 ics = ; icd = Lúc này cơ cấu Nooctông là chủ động. ibù = = = Vậy itt = = = = Þ 1 x x x x x 12 = 5 với igb = = x Thông thường bộ bánh răng thay thế được dùng để cắt ren anh, nhưng khi cắt ren anh thì xích cắt ren đi theo đường khác, tức là bộ Nooctông bị động. Tính icđ khi cắt ren anh như sau : Giả sử cho cắt thử ren anh n = 8 vòng/1pít, Z3= 32 trên bộ Nooctông , tp = . Lúc đó ics = ; igb = icđ = = = Tỉ số truyền cũng được dùng khi cắt ren pít, vì ren anh và ren pít đều dùng chung một đường truyền bằng bánh răng Nooctông bị động, nhưng với hai bộ truyền bánh răng thay thế khác nhau. Như vậy ta cần tính toán bánh răng thay thế khi cắt ren pit và ren môđuyn. Cho cắt thử ren pít Dp = 8 vòng/1pít ứng với Z3 = 32 của bộ Nooctông. khi đó: ics = tp = = = igb = 1 ; icđ = ittpít = = = Chọn khoảng cách trục : A0 = ; m = 2 ứng với cặp ® A0 = = 161 mm lấy A0 = 164 mm Vậy vòng chia Z42 và Z50 cách nhau một khoảng là: dn = A - = 164 - = 72 mm Theo máy chuẩn ta chọn bánh răng đệm của nhóm thay thế là : Z = 95 Kiểm tra sai số bước ren. - Ren quốc tế : cắt thử tp = 12 mm có : igb = = . ; ics = ; itt = ; icđ = . Từ phương trình cơ bản: 1vòng trục chính x itt x icđ xics x igb x ttm = tp. Þ 1 x x x x x x 12 = 12 Vậy phương trình cắt ren trên là đúng, không có sai số. -Ren anh: cắt thử n = 8 vòng/1pít có itt = ; icđ = ; ics = ; igb = tp = = = 3,175 . Ta có phương trình cắt ren: 1vòng trục chính x itt x icđ xics x igb x tvm = tp. Þ 1 x x x x x x 12 = Vậy phương trình cắt ren trên là đúng. - Ren môđuyn: cắt thử m = 2,5 ; tp = = 7,85398 có itt = ; icđ = ; ics = ; igb = = x Ta có phương trình cắt ren: 1vòng trục chính x itt x icđ xics x igb x tvm = tp. Þ 1 x x x x x x 12 = 7,85469 Þ 7,85469 - 7,85398 = 0,00071 < 0,021 mm/m Sai số thoả mãn nhỏ hơn giá trị cho phép. - Ren pít : cắt thử Dp = 16 ; tp = = = 4,9873 có itt = ; icđ = ; ics = ; igb = = Phương trình: 1vòng trục chính x itt x icđ xics x igb x tvm = tp. Þ 1 x x x x x x 12 = 4,98804. Þ 4,98804 - 4,9873 = 0,0074 < 0,021 mm/m Þ Sai số thoả mãn nhỏ hơn giá trị cho phép. Các tỉ số truyền trong hộp chạy dao để tiện ren là : - Ren quốc tế : itt = ; ics = ; icđ = - Ren môđuyn : itt = ; ics = ; icđ = -Ren anh : itt = ; ics = ; icđ = -Ren pít : itt = ; ics = ; icđ = Z0 = 36 (răng) Zj = 26 ; 28 ; 32 ; 36 ; 40 ;44 ;48 (răng) - Sơ đồ động- Hộp xe dao Trong hộp xe dao chỉ chứa những bộ truyền đơn,vì vậy quy luật phân bố lượng chạy dao s cũng giống như luật phân bố bước ren. Lúc đó ta dùng hộp chạy dao vừa tiện ren vừa tiện trơn. Vì vậy phạm vi điêù chỉnh lường chạy dao và bước ren phảI giống nhau. Căn cứ vào đó ta xếp bảng lượng chạy dao s tương ứng vơí bảng ren quốc tế như sau: -Phạm vi điêù chỉnh bước ren : Rs = 4 -Phạm vi điêù chỉnh lượng chạy dao:+ chạy dao dọc: Sd = o,07 4,16 Chạy dao tiện trơn 0,07 0.14 0,28 0,58 1,21 2,4 0,074 0,17 0,34 0,7 1,4 2,82,8 0,097 0,195 0,39 0,78 1,56 3,12 0,11 0,21 0,43 0,87 1,74 3,4 0,12 0,23 0,47 0,95 1,9 3,8 0,13 0,26 0,52 1,04 2,08 4,16 Sau khi tính toán và sắp xếp lượng chạy dao xong ta tính toán chỉ số truyền tổng cộng iS của hộp xe dao như sau : Khi cắt ren bước bé nhất ta có phương trình liên kết : Pm . iSmin .tvm1 = tmin (1) Tức là khi cắt ren theo bảng xếp ren tmin= 1 mm 1vòng T/c.ibmin.icsmin.igbmin.tvm=tmin -khi tiện trơn với lượng chạy dao bé nhất ta có phương trình liên kết : Pmi.iSmin.iS.P.m.z = Sdmin (2) Theo bảng lượng chạy dao dọc , Smin = 0,07 Ta có :1 vòng T/c .ibmin.icsmin .igbmin.iS.P.mz = Smin Trong đó :m,z là môduyn và số răng của bánh răng ăn khới với thanh răng . Để Mômen trên vô lăng lúc chạy dao bằng tay không quá lớn ta dùng bánh răng có z=10, m=3; iS là tỷ số truyền tổng cộng của hộp xe dao . chia (2) cho (1) ta có : iS = = Lượng chạy dao Sn= 0,5.Sd , do đó ta chỉ cần thêm những bộ truyền thích hợp tới vít me ngang là được .Để bố trí kết cấu không gian cho hợp lý và đảm bảo thoả mãn các điều kiện về động lực học của các bộ truyền , về mặt động học .Tham khảo máy chuẩn 1k62 và một số máy khác ta chọn : -Đường truyền xích chạy dao :Trục chính-.....-VII . . ®X®.®.®XIII VII VIII IX Đóng M1-XI ®.®X®Đóng M4®XIII .(.;.;.)®XIV XIII Đóng M3 để tiện ren. ®M siêu việt®XV®XVI tiện trơn. (Tiện trơn đường truyền đi theo đường truyền tiện ren quốc tế đến trục XIV) Tại hộp xe dao có các đường truyền tiện trơn như sau: ®M7 +Tiện trơn dọc: Từ XVI®.®M5® .P.3.10 = Sd ®M9 .®M6 +Tiện ngang:Từ .®M8 .®vít me ngang = Sn 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 chạy không và chế độ bôi trơn làm nguội.Với máy thiết kế, ở đây ta chọn chế độ cắt làm chế độ tính toán động lực học.Chế độ cắt gọt của máy bao gồm:chế độ cắt gọt cực đại,chế độ cắt gọt tính toán và chế độ thử máy. Chế độ cắt gọt cực đại Theo công thức thực nghiệm ta có: -chiều sâu cắt tới hạn : tmax = C. ® tmax =0,7. = 4,35 mm tmin= Þ lấy tmin = 1,4 mm -Lượng chạy dao tới hạn: Smax= Þ lấy Smax=1,52 (mm/vg) Smin= Þ lấy Smin= 0,152 (mm/vg) Chế độ cắt tính toán Từ công thức: nt = nmin. +Trên trục động cơ: nmin = nmax= 1460 ® ntt = 1460 vg/p +Trục I : nmin= nmax = 800 vg/p ® ntt = 800 vg/p +Trục II : nmin= .nminI= 1046 , Chọn 1000 vg/p nmax= .nmaxI= = 1250 vg/p ntt = 1000 = 1077 vg/p +Trục III : nmin= .nminII= , Chọn nmin= 400 vg/p nmax= .nmaxII= = 1250 vg/p ntt = 400 = 585 vg/p +Trục IV : nmin= .400 = 100 vg/p nmax= .1250= 1250 vg/p Þ ntt = 232 vg/p + Trục IV : nmin= .100 = 25 vg/p nmax= .1250= 1250 vg/p Þ ntt = 25. =92 vg/p +Trục VI : nmin= 12,5 vg/p ; nmax = 2000 vg/p Þ ntt = 12,5. = 67,8 vg/p Bảng thống kê: Trục Đơn vị I II III IV V VI nmin Vg/p 800 1000 400 100 25 12,5 nmax Vg/p 800 1250 1250 1250 1250 2000 ntt Vg/p 800 1077 585 232 92 67,8 Chế độ cắt thử máy Dựa vào máy chuẩn 1k62 có chế độ cắt gọt tương tự nên ta không cần dùng chế độ cắt tính toán, còn chế độ cắt cực đại dùng để tham khảo. Khi đưa máy mới vào sản xuất, nhà máy chế tạo phải nghiệm thu máy theo 1chế độ nghiệm thu máy nhất định.Chế độ này là chế độ có tải,cắt với tốc độ cao-lực cắt lớn,mục đích là để kiểm tra các cơ cấu và chi tiết máy có ổn định hay không.Từ đó ta có thể chọn chế độ cắt thử máy(lấy theo máy chuẩn 1k62) Giả sử ta cho cắt thử chi tiết f115, thép 45 với HB = 207,dao thép P18 với chế độ cắt: n=40 vg/p , S = 1,4 mm/v , t = 6 mm V = = = 14,4 m/p Khi cắt thử ở chế độ này ta được Dmax, nmax quá tải 25% trong thời gian ngắn. Thử với Mx và Pz = 2/3 khi n = 63 vg/p , t = 3 mm và S =0,75 0,756 ta thấy li hợp masát và li hợp an toàn không bị trượt. Xác định lực kéo chạy dao Lực kéo Q cần để khắc phục trở lực có ích và tổn thất ma sát được xác định theo Resetop như sau: Q = kn .px + F (N) Trong đó: Px- được tính ở phần trước , Px = 4919 (N) Kn –hệ số tính tới ảnh hưởng của mô men trượt,phát sinh do phân tố lực chạy dao không đối xứng. F-lực ma sát trong sống trượt,tri số của nó được xác định theo tiêu chuẩn H48.61 Bàn dao máy tiện sống trượt tam giác: F = f. (G + Pz) (N) Với Glà trọng lượng phần dịch chuyển(bàn máy, bàn dao cùng với phôi hayD.c ) ,gần đúng có thể lấy: G = (0,1 ¸ 0,2). Pz , Pz = 11688 (N) F-là hệ số ma sát thu gọn , lấy f = 0,15 F = 0,15.[0,1.11688 + 11688] = 1928,52 (N) Q = 1,15.4919.1928,52 = 10909348 (N) Tính công suất động cơ Công suất động cơ điện chỉ có thể tính gần đúng vì điều kiện làm việc và hiệu suất của máy,điều kiện chế tạo và nhiều điều kiện khác không thể xác định chính xác được. Xác địng động cơ truyền dẫn chính Từ công thức : Nđc= Nc+No+Np Trong đó :Nc-là công suất cắt No-là công suất chạy không Np-là công suất phụ tiêu hao do hiệu suất và do những nguyên nhân ngẫu nhiên ảnh hưởng tới sự làm việc của máy . a. Tính công suất cắt : xác định chế độ cắt thử của máy ở trường hợp này. Cho:n = 400 vg/p ; s = 0,39 mm/v ; t = 5 mm ; v = 88 m/p ; vật liệu gia công là thép 45 , f 70 và l = 350 mm. Ta có công thức : Pz = Cpz.txpz.Sypz Cpz = 2000 ; xpz = 1 ; ypz = 0,75 Þ Pz = 2000.51.0,390,75 = 4950 (N) Vậy Nc = = =7,2 (kw) Tính công suất chạy không No = Km..[Sn + Ktc..htc ] Trong đó :Km-Hệ số phụ thuộc chất lượng chế tạo chi tiết và điều kiện bôi trơn , chọn Km = 4 dtb -Đường kính trung bình của các trục trung gian : dtb = c Ntr :công suất trên trục NT :công suất toàn bộ , NT = Nđc. h C : hệ số , C = 110 ¸ 125 KTc :hệ số công suất riêng tại trục chính ; KTc = 1,8 đối với ổ lăn KTc = 2 đối với ổ trượt ở phần đặc trưng động học máy đã chọn sơ bộ Nđc = 10 Kw Sn – tổng số vòng quay của các trục trung gian ứng với tần số quay của trục chính . h = .hổ. hbr Ta có 19 bộ truyền bánh răng . Tra bảng 17 [I] hbr = 0,99 với bánh răng trụ răng thẳng hổ = 0,995 với loại ổ lăn hI = hđai .hổ = 0,97 . 0,995 = 0,965 hII = hI . hổ. hbr = 0,965 . 0,995 . 0,99 = 0,95 hIII= hII . hổ. hbr = 0,95 . 0,995 . 0,99 = 0,935 hVI= hIII . hổ. hbr = 0,935 . 0,995 . 0,99 = 0,921 hV= hIV . hổ. hbr = 0,921 . 0,995 . 0,99 = 0,907 hVI= hV . hổ. hbr = 0,907 . 0,995 . 0,99 = 0,893 Còn Sn ta tính được là : Sn = 2786 ( chưa kể trục chính ). *Tính sơ bộ đường kính các trục trên hộp tốc độ . Từ công thức : dsb= c. ; lấy c = 130 Ta có : dIsb= 130. = 29,8 , chọn dIsb = 30 mm dIIsb= 130. = 26,8 , chọn dIIsb = 28 mm dIIIsb= 130. = 32,7 , chọn dIIIsb = 35 mm dIVsb= 130. = 44,3 , chọn dIVsb = 45 mm dVsb= 130. = 60 mm dVIsb= 130. = 66,2 , chọn dVIsb = 80 mm dtb== = 46,3 mm vậy No = 4..[2786+1,8..67,8] = 0,55 (kw) c. Tính công suất phụ : áp dụng công thức : Np = Nđc . Trong đó : ix –các bộ truyền cùng loại . hx – hiệu suất của các bộ truyền tương ứng . với lưu ý Np không nên lấy quá 10 ¸ 15% , ta thấy có 19 bộ truyền . Np = Nđc.[19(1- 0,99 ) + 1(1- 0,995)] = 0,135 . Nđc Nđc = Nc + No+ Np = 7,2 + 0,55 + 0,135 .Nđc = 8,96 kw Công suất động cơ chạy nhanh : khi chạy dao nhanh ta dùng một đông cơ khác ,điều này tạo điều kiện bố trí truyền dẫn . Mục đích chạy dao nhanh để giảm thời gian chạy không làm tăng năng suất làm việc của máy . Theo kinh nghiệm thì vận tốc chạy dao nhanh được khống chế 2 <v <12 m/p . Vì cần đảm bảo chạy dao nhanh sau khi hết hành trình làm việc , không cần phải tắt máy nên ta lắp thêm li hợp siêu vượt . Chọn tốc đọ chạy dao nhanh bằng 4 m/p = 4000 mm/p , công suất của động cơ chạy dao nhanh phải đảm bảo dịch chuyển được bàn xe dao nặng 200 kg. Nđc II = 0,87 (kw). Để dự trù sai số do tính toán và do chế tạo ta chọn động cơ chạy dao nhanh N = 1 kw , n = 1410 v/p . Động lực học máy trong thời kỳ ổn định Trong thời kỳ ổn định không có lực quán tính . Vì vậy hệ lực gồm : động lực , ma sát , lực cắt là một hệ lực cân bằng . Hộp tốc độ : Tính mô men xoắn trên các trục của hộp tốc độ . áp dụng công thức : Mx = 9,55. 103. Trong đó : NT – công suất các trục của hộp tốc độ : NT = Nđc. h Nđc= 10 kw , Ni = 9,65 kw , NII = 9,5 kw , NIII = 9,35 kw NIV = 9,21 kw, NV = 9,07 kw , NVI = 8,93 kw. Vậy ta có : MI= 9,55 . 106 . = 115197 Nmm ; MII= 9,55.106.= 84239 Nmm MIII = 9,55 .106. = 152637 Nmm ; MVI = 9,55.106. . 379118 Nmm MV = 9,55 . 106 . 941505 Nmm ; MVI = 9,55. 106. = 1257839 Nmm Ta có bảng hộp tốc độ như sau : T.số Trục nmax (v/p) nmin (v/p) ntt (v/p) N(kw) Mx(Nmm) Dsb(mm) I 800 800 800 9,65 115197 30 II 1250 1000 1077 9,5 84239 28 III 1250 400 585 9,35 152637 35 IV 1250 100 232 9,21 379118 45 V 1250 25 92 9,07 941505 60 VI 2000 12,5 67,8 8,93 1257839 80 PHẦN V THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY (thiết kế cụm trục chính ) Thiết kế cụm trục chính dựa trên sức bền và độ cứng vững cần thiết .Kết quả tính trục chính theo độ cứng vững lớn hơn nhiều hơn so với đường kính trục chính theo điều kiện bền .Như vậy yêu cầu về độ cứng vững có tính chất quyết định , tính sức bền chỉ có tính chất kiểm tra . Do đó tính trục chính chỉ cần tính theo độ cứng vững . Sự bố trí hộp tốc độ là trong không gian ,vây ta phải tiến hành phân tích lực , các vị trí tác dụng lên trục chính Cơ sở để chọn vật liệu cho trục chính là độ cứng và tính chống mài mòn . Vì vậy ta chọn thép 45 tôi bề mặt đạt 48 ¸ 56 HRC . Sơ đồ hoá và phân tích các lực tác dụng lên trục chính như sau Theo đề bài: nmin = 12,5 (v/p). nmax= 2000(v/p). Ta có : PI = = = PI . tg200 = 34870. Tg 200 = 12692 (N) . PII = = = 20964(N). = P2 . tg200 = 20964. tg200 = 7630 (N). -Tính lực tác dụng theo phương z. P1z = PI. Cos200 + .sin200 =34870. Cos200 + 12692.sin200= 37108(N). P2z = . Cos200-PII .sin200 = 7630 . Cos200 – 20964. sin200= 0,25(N). -Tính lực tác dụng theo phương y. P1y = Pi . sin200- . Cos200 = 34870. sin200-12692. Cos200 = 0,34(N). P2y = PII . Cos200 + . sin200 = 20964. Cos200 + 7630. sin200 = 22309(N) Ta vẽ được biểu đồ : Theo biểu đồ : SMđB = RzA .653 + 22309. 377 + 0,25 . 170 – 1988. 210 = 0 ÞRzA = 12240 (N) . SPz = RzA + 22309 + 1988 – RzB = 0. ÞRzB = 36537 (N) . SMnB =0 Þ RyA= 217 (N). SPy = 0 Þ RyB = 876 (N). vậy mô men uốn tổng hợp tại các tiết diện nguy hiểm : Muc = = 878700 (Nmm) MuD = = 1483000 (Nmm) MuB = = 4079000 (Nmm) Đường kính trục được tính theo công thức Sltrecau d = 2,17 Đường kính trung bình d0tb =50 mm = = =0,83 Vật liệu thép tôi HB =240, hệ số an toàn chọn n=4 Hệ số phụ thuộc quá trình cắt c1 , c2 với máy tiện: c1 = c2 = 0,2 Giới hạn chẩy : = 800 N/mm2 Giới hạn mỏi : = 400 N/mm2 Hệ số hình dáng kích thước ảnh hưởng tới kích thước trục: k= k=2 Tính tại tiết diện c Muc = = = 732250 N/mm k.(1+c1) = 2.(1 + 0,2) = 2,4 + k.c2 = + 0,2.2 = 1,29 Thay vào công thức ta được: dc = 70,18 (mm) ,theo tiêu chuẩn chọn dc=70 mm Tính tại tiết diệnB MuB = = = 3549166 N/mm MxB = = = 1237516 N/mm Thay vào công thức ta được: dB = 91,06 (mm) Þ chọn dB= 92 mm Tính tại tiết diệnD MuD = = = 1273333 N/mm Thay vào công thức ta được: dD = 87,7 (mm) Þ chọn dD= 90 mm Tính toán độ cứng vững: Kiểm tra độ võng của trục chính tại E theo phương z = 8.106 ; 12,8.106 ; = 5,6.106 19,89.106 ; = 25,5.106 ; 44,1.106 Môduyn đàn hồi của thép E = 2,1. 104 kg/mm2 Thép bền lấy d = 90 mm ; d0 = 50 mm Mômen quán tính: J = (d4 – d04) .0,65 = (904 – 504 ).0,65 = 38,58.106 (mm4) yEđ = yEđ = (8.106.59+12,8.106.122+5,6.106.192+19,89.106.177+ 25,5.106.183+44,1.106.140) = 0,02156 mm Tại đầu mút E của trục chính: YE = = = 0,2669 Với máy thiết kế: {y}max= 0,02.L Trong đó: L-là chiều dài trục phần hai gối tựa . L=863 mm Þ{y}max= 0,02.863 = 0,21216 (mm) Như vậy YE> {y}max ,nên đường kính trục theo độ bền chưa đủ đảm bảo cho độ cứng vững. Ta khắc phục bằng cách tăng đường kính dE, lấy dE = 110 (mm) Độ chính xác của máy quyết định bởi độ chính xác chế tạo và lắp ráp,trong đó trục chính là chi tiết quan trọng nhất. Độ đảo mặt đầu của trục chính ảnh hưởng lớn đến độ chính xác của máy.Độ đảo này do các yếu tố cơ bản sau gây ra:-độ đảo mặt mút trục chính -độ võng các ổ và độ chính xác lắp ráp trục Để đảm bảo máy chế tạo được chính xác đạt cấp 2 thì độ đảo tại mặt đầu trục chính được phép một lượng là: {} = (25 ¸ 30) m Do khoảng cách trục quá lớn nên độ võng rất lớn, vì thế phải giảm chiều dài phần công xôn. A C D B E 276 207 170 210 64308 117921 122843 Muđ M1 - Độ võng tại E theo phương z Theo biểu đồ ta có: = = 34,46 ; = = 71,5 = = 77,53 ; = = 114,53 = = 15739,53 ; = = 15,95 8.106 ; 12,8.106 ; = 5,6.106 19,89.106 ; = 25,5.106 ; 44,1.106 Môduyn đàn hồi của thép E = 2,1. 104 kg/mm2 d = 110 mm ; EJ =1205,4.108 Ta tính được độ võng tại điểm E theo phương đứng: yEd = 0,00566 (mm) -Độ võng theo phương ngang: = ; = ; = = ; = ; = 25,5 Ta tính được : yEn = 0,00223 (mm) Độ võng tổng cộng: yE = = = 0,00608 mà {y}= 0,01 mm Vậy yE < {y} Þ thoả mãn điều kiện cứng vững. PHẦN VI THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÔI TRƠN–LÀM NGUỘI Thiết kế hệ thống bôi trơn Bôi trơn có tác dụng làm giảm ma sát trong các cặp bề mặt làm việc,do đó làm giảm tổn thất công xuất tiêu hao do ma sát,giảm tiếng ồn và làm tắt dao động-do ma sát gây ra. Tăng tuổi bền mòn của các bề mặt làm việc,giữ cho máy làm việc ở nhiệt độ cho phép. Trên cơ sở đó máy có điều kiện làm việc với tốc độ cao và tự động hoá rễ dàng. Hệ thống bôi trơn của máy phải đảm bảo bôi trơn cho mọi chi tiết cần bôi trơn như: ổ trục, bánh răng, sống dẫn hướng, các khớp … Vậy các bề mặt làm việc cần bôi trơn đầy đủ liên tục,lượng dầu lớn và áp xuất bôi trơn, lớn hơn áp xuất tại bề mặt đang làm việc, có những chỗ máy cần bôi trơn định kỳ bằng bơm dầu hoặc mỡ. Do vậy ta có các phương pháp bôi trơn sau: -hộp tốc độ hoặc hộp chạy dao, ta dùng phương pháp bôi trơn lưu thông _các bộ phận khác: hộp xe dao, sống trượt, vít me… ta dùng phương pháp bôi trơn tự chẩy( dùng phễu có bấc hoặc van tiết lưu ) Bôi trơn hộp tốc độ Hộp tốc độ dùng bôi trơn bằng phương pháp lưu thông bao gồm: bơm,phin lọc,ống dẫn,buồng phân phối,bể thu hồi -tính lưu lượng dầu cần bôi trơn: việc tính toán dựa vào điều kiện cân bằng nhiệt để tính lưu lượng bôi trơn,có nghĩa là lượng nhiệt sinh ra trong các cơ cấu cân bằng với lượng nhiệt dẫn đi của dầu bôi trơn. Gọi: - N là công suất cắt của hộp tốc độ ; h là hiệu suất Trong đó: N đã tính ở phần xác định công suất động cơ N = Nc + No + Np = 8,96 (kw) h đã tính ở phần trước như sau: h = = 0,928 Lúc đó nhiệt lượng do ma sát sinh ra là: Wt = N (1-h) (dj/s) Khi dầu chẩy qua với lưu lượng Q (m3/s) thì lượng nhiệt mà nó hấp thụ là : W2 = Q. r .c .Dt (dj/s) Trong đó: r = 0,9.103 là mặt độ của dầu, (kg/m3) C = 1,700 (dj/kg độ) là nhiệt dung của dầu. Dt là độ gia nhiệt của dầu sau khi bôi trơn Theo kinh nghiệm lấy: đối bánh với bánh răng Dt = 50 80 đối với ổ trục : Dt = 300 400C Từ đó rút ra biểu thức xác định lưu lượng dầu cần thiết: Q = .N (1-h) = k .N (1-h) (m3/s) Với k = (2 5). 107 là hệ số truyền nhiệt của dầu, lấy k = 3.10-7 Q = 3.10-7 . 8,96 (1- 0,928) = 19,3. 10-7 (m3/s) Năng suất của bơm Qb = k. Q (m3/s) Với k = 1,4 1,6 là hệ số dự trữ để hệ thống làm việc bình thường, lấy k=1,5 Qb = 1,5. 193. 10-7 = 29. 10-7 (m3/s) Đường kính ống dầu lớn: d = 1,13 Trong đó: V là tốc độ dầu trong ống, V = 2 4 (m/s) chọn V = 4 (m/s) Vậy d = 1,13 = 3,04. 10-4 mm Thể tích bể chứa lấy bằng năng suất bơm của bơm sau 4 5 phút Diện tích của phin: F = Trong đó: Q –lưu lượng dầu qua phin, m3/s Dp = 5.104 N/m2 là độ dâng áp của dầu qua phin a-khả năng lưu thông của phin,với phin lọc bằng lưới kim loại a=500.10-3(m3.m2) m -là hệ số nhớt động lực học F = =4,63.10-19 (cm2) Thể tích bể chứa: Vt = (4 5). Qb = 5.60.29.10-7= 8,7. 10-4 (m3) Để bơm dầu cho hệ thống ta dùng loại bơm píston. Bôi trơn hộp chạy da Hộp chạy dao dùng phương pháp bôi trơn lưu thông bao gồm: bơm, phin lọc,ống dẫn,buồng phân phối,bể thu hồi. -Tính lưu lượng dầu cần bôi trơn: gọi Ns –công suất của hộp chạy dao Ns = 0,1218 kw hs -hiệu suất , hs = 0,15 Khi đó, nhiệt lượng do ma sát tạo ra là: W1 = N (1-h) ( dj/s ) (1) Khi dầu chẩy qua với lưu lượng Q (m3/s) thì nhiệt lượng mà nó hấp thụ là: W2 = Q. r. C.Dt ( dj/s ) (2) Với r = 0,9.103 ; C = 1,17 ( dj/kg độ ) ; Dt = 5 80 với bánh răng Dt = 30 40 với ổ trượt Từ (1) và (2) ta có: Q = N(1-h) = k.N (1-h) Với k = (2 5) . 10-7 là hệ số truyền nhiệt của dầu, lấy k = 3.10-7 Q = 3.10-7 . 0,1218 (1-0,15) = 3,1. 10-8 ( m3/s) Năng suất bơm : Qb = k.Q (m3/s) Với k = 1,4 1,5 là hệ số dự trữ để hệ thống làm việc bình thường, lấy k = 1,5 Qb = 1,5 . 3,1.10-8 = 4,6 . 10-8 ( m3/s ) Đường kính ống dầu lớn : d = 1,13 , V = 2 4 (m/s) d = 1,13 = 1,4 . 10-4 mm Diện tích của phin : F = (m2) , Dp = 5.104 N/m2 a = 500.10-3 . vậy F = = 7,4. 10-21 (cm2) Thể tích bể chứa lấy bằng năng suất bơm sau 4 5 phút , Vt= (4 5)Qb Vt = 5. 60 .4,6 .10-8 = 13,8 . 10-5 (m3) Ta sử dụng bơm Piston dùng để bơm dầu cho hộp chạy dao. Bôi trơn hộp xe dao Do công suất của hộp xe dao nhỏ hơn công suất của hộp chạy dao,do vậy ta lấy công suất theo trục cuối cùng của hộp chạy dao và tính lưu lượng bơm: N = 0,105 kw Vì hộp xe dao chỉ có các bộ truyền đơn, do vậy quy luật phân bố lượng chạy dao s cũng giống như quy luật phân bố bước ren. Lưu lượng: Q = k .N (1-h) = 3.10-7. 0,105 (1-0,15) Q = 2,6 . 10-8 (m3/s) Năng suất bơm hộp xe dao: Qb = k. Q (m3/s) Qb = 1,5 . 2,6.10-8 = 2,9.10-8 (m3/s)