Bài giảng Thiết kế máy tiện 16K20

áy vạn năng cần phải được cải tiến liên tục để đáp ứng được các yêu cầu công nghệ của các sản phẩm cần gia công, để gia công được các chi tiết khác nhau, các bề mặt khác nhau, vậy nó không thể thiếu được ở các nhà máy cơ khí. Đề tài tốt nghiệp của em là thiết kế Máy tiện Ren vít vạn năng với số cấp tốc độ Zn = 22; H = 200 Máy tiện ren vít vạn năng rất quan trọng, nó có công dụng rất lớn. Máy này có thể tiện trơn, tiện lỗ, tiện côn, tiện các bề mặt định hình, tiện các loại ren hệ mét, hệ Anh, hệ ren Quốc tế, Môđul, ren trái, ren phải, một đầu mối, nhiều đầu mối, ren mặt đầu... Vì khả năng công nghệ lớn như vậy cho nên cấu trúc, kết cấu máy rất phức tạp. Với sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo Thạc Sỹ: Nguyễn Thuận cùng với sự cố gắng của bản thân, nhưng là lần đầu tiên thiết kế tỉ mỉ một cách phức tạp do vậy không thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình thiết kế. Rất mong nhận được sự góp ý của các thầy giáo và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn. Ngày tháng 11 năm 2002 Sinh viên thiết kế : ĐINH NGỌC LONG PHẦN I TỔNG HỢP CẤU TRÚC ĐỘNG HỌC MÁY I. CÔNG DỤNG CỦA MÁY TIỆN REN VÍT VẠN NĂNG. Máy tiện ren vít vạn năng là máy công cụ được dùng phổ biến nhất trong các nhà máy, phân xưởng cơ khí của các xí nghiệp. Nó được dùng để gia công các bề mặt tròn xoay, bề mặt ren. Phù hợp với các loại hình sản xuất đơn chiếc loạt nhỏ, thính hợp với sửa chữa,chế tạo các chi tiết thay thế. Ngày nay do tiến bộ không ngừng của khoa học kỹ thuật, máy tiện ren vít vạn năng được cải tiến nhiều cho phù hợp với nhu xu hướng phát triển của thời đại. Đặc biệt là các máy được điều khiển theo chương trình số (CNC), ứng dụng công nghệ mới CAD/CAM/CNC. Ngoài việc gia công các bề mặt tròn xoay, bề mặt ren. Nếu sử dụng thêm các đồ gá chuyên dùng thi có thể mở rộng thêm khả năng công nghệ của máy để thực hiện các nguyên công khác như khoan, khoét, doa, tiện, các bề mặt định hình, mặt phẳng, cắt đứt có độ chính xác cao. Những công việc chủ yếu của máy tiện ren vít vạn năng là để tiện tròn và tiện ren. Máy có thể tiện được các loại ren hệ mét, ren hệ Anh, ren nhiều đầu mối, ren khuếch đại, ren tiêu chuẩn và phi tiêu chuẩn, ren trái và ren phải. . . II. TẠO HÌNH BỀ MẶT CHI TIẾT CỦA GIA CÔNG. 1. Sơ đồ gia công. Q 1 + 2 1 A T 2 H1:sơ đồ nguyên công tiện trụ trơn Máy tiện ren vít vạn năng chủ yếu gia công các bề mặt tròn xoay (Trụ tròn) và bề mặt ren. Chọn hai nguyên công đặc trưng này của máy để xác định sơ đồ gia công. Bản vẽ khụng thể up lờn được. Bạn nào cần đồ ỏn này thỡ pm mỡnh nhộ 097405945a. Nguyên công tiện trụ trơn. Bề mặt này được hình thành nhờ hai chuyển động: chuyển động quay tròn của trục chính mang phôi Q1 và chuyển động tịnh tiến bàn máy mang dao T2 tạo ra lượng chạy dao. Vậy có hai chuyển động tạo hình là: + fS(Q1): Chuyển động tạo hình đường sinh 1. + fc(T1): Chuyển động tạo hình đường chuẩn 2. phương pháp tạo hình bề mặt vết ( quỹ tích) t 1 Q1 2 + H2 sơ đồ nguyên công tiện ren + b.Nguyên công tiện ren. T2 Đường sinh (1) là prôfin ren được hình thành từ phương pháp chép hình. Đường chuẩn (2) là đường xoắn vít trụ được hình thành từ phương pháp vết. Để tạo bề mặt ren thì 2 chuyển động thành phần Q1, T2 phải có mối quan hệ chặt chẽ với nhau đảm bảo khi trục chính mang phôi quay một được vòng thì bàn maý mang dao phải dịch chuyển một lượng bằng bước ren t hay bước xoắn H đối với ren nhiều đầu mối. Vậy có hai loại chuyển động tạo hình là : fS (Q1) : Chuyển động tạo hình đường sinh 1. fc (Q1, T2) : Chuyển động tạo hình của đường chuẩn 2. 2. Các chuyển động cần thiết của máy. a. Chuyển động tạo hình (ký hiệu f) . Chuyển động tạo hình là chuyển động cần thiết để tạo ra đường sinh và đường chuẩn. Số lượng các chuyển động tạo hình được xác định qua biểu thức: Nf = Nfs+ Nfc- 1/2 NfT Trong đó: Nfs : Số lượng thành phần chuyển động tạo hình đường sinh. Nfc : Số lượng thành phần chuyển động tạo hình đường chuẩn. NfT : Số chuyển động trùng. Trong đó : Nfs=0 ; Nfc =2 ; NfT =0 (Tiện ren) Nfs=1 ; Nfc=1 ; NfT =0 (Tiện trơn) Như vậy trong cả hai trường hợp tiện thì Nf=2 nghĩa là chuyển động tạo hình gồm có 2 thành phần f(Q1,T2). b. Chuyển động cắt gọt. Chuyển động căt gọt là chuyển động cần thiết để thực hiện và duy trì quá trình bóc phoi, ở đây chuyển động cắt gọt trùng với chuyển động tạo hình do đó cấu trúc động học máy đơn giản nhưng nó lại hạn chế công suất cắt gọt. Ngoài các chuyển động chạy dao dọc của bàn máy chuyển động phụ còn có chuyển động dao ngang để thực hiện một số nguyên công khác như : Xén măt đầu, tiện cắt đứt. c. Chuyển động phân độ. Chuyển động phân độ là chuyển động cần thiết để dịch chuyển tương đối giữa dao và phôi sang vị trí mới, khi trên chi tiết gia công có nhiều bề mặt gia công căn bản giống nhau. Ví dụ như : Tiện ren nhiều đầu mối. d. Chuyển động định vị. Chuyển động định vị là chuyển đông nhằm khống chế kích thước gia công của chi tiết gia công, nó có nhiệm vụ xác định hướng và tạo độ phôi và dao với nhau, tức là xác định vị trí tương đối của đường sinh với đường chuẩn trong các trục toạ độ của máy. Chuyển động định vị có thể là chuyển động ăn dao điều nếu trong lúc thực hiện có tiến hành cắt gọt và có thể là chuyển động điều chỉnh nếu trong lúc thực hiện không có quá trình cắt gọt. e. Chuyển động điều khiển. Là chuyển động nhằm đảm bảo máy hoạt động theo một tiến trình công nghệ xác định, chuyển động này của máy là chuyển động cần thiết để cho máy trở thành máy tự động hay bán tự động. Ví dụ như những chuyển động đóng mở lý hợp hay khống chế hành trình. g. Các chuyển động phụ khác. Là các chuyển động thực hiện dịch chuyển dao hay phôi với tốc độ lớn mà không tham gia cắt gọt, các chuyển động này cần thiết khi kết thúc một lượt để chuyển sàng lượt gia công khác. 3. Liên kết đông học và nhóm động học. a. Liên kết động học. Để thiết lập một chuyển động chấp hành hoàn toàn cần thực hiện một liên kết về chuyển động giữa các khâu chấp hành với nhau và với nguồn chuyển động liên kết đó gọi là liên kết động học, có hai loại liên kết động học là: + Liên kết trong: Có nhiệm vụ nối giữa các khâu chấp hành với nhau đảm bảm chuyên động chấp hành đi theo quỹ đaọ đã cho và bản thân nó nếu không có nguồn chuyển động thì không thể chuyển động được. + Liên kết ngoài: Là liên kết nối các khâu chấp hành với nguồn chuyển động đảm bảo thực hiện các thông số gốc, hướng, tốc độ và hành trình của chuyển động chấp hành đã cho. - Các thành phần tạo nên một liên kết là: khâu cố định có tỷ số truyền cố định vì lý do kết cấu và để cân bằng động học ký hiệu trên sơ đồ bằng nét ((- - - - - - -)) khâu điều chỉnh có tỷ số truyền điều chỉnh được tuỳ theo các thông chuyển động chấp hành, ký hiệu trên sơ đồ bằng hình thoi (( f )) hay dấu ((- x -)). b. Nhóm động học. Liên kết trong và liên kết ngoài hợp lại tạo thành nhóm động học và thực hiện một chuyển động chấp hành xác định. Liên kết ngoài và liên kết trong không nhất thiết phải tại khâu chấp hành mà có thể nối tại bất kỳ một khâu cố định nào ( gọi là khâu bị động) của liên kết trong tên của nhóm sẽ mang tên của chuyển động chấp hành mà nó thực hiên như : + Nhóm tạo hình. + Nhóm phân độ. II. THÀNH LẬP SƠ ĐỒ CẦU TRÚC ĐỘNG HỌC MÁY. Tập hợp một hay vài nhóm động học nối liên kết hay nối động học với nhau, tạo thành cấu trúc động học toàn máy. Vì vậy muốn xây dựng cấu trúc động học máy cần nắm vững nguyên tắc nối động và nguyên tắc bố trí các khâu điểu chỉnh biết rằng ngoài chuyển động chạy dao dọc T2 máy còn có chuyển động chạy dao ngang T3 để tiện ren mặt trục, tiện phẳng, tiện mặt đầu tiện căt đứt. . . Do đó liên kết của máy phải có vít me ngang. Khi thực hiện tiện trơn chuyển động tịnh tiến của bàn xe dao T2 sẽ do cơ cấu bánh răng thanh răng đảm nhận khi cắt ren sử dụng vít me dọc để chạy dạo dọc. + + 4 7 8 9 H4: Tổng hợp cấu trúc động học toàn máy M 1 i s 5 6 M 2 i v 3 2 1 tvmn 10 p,m,z T3 T2 t Q1 tvmd Theo yêu cầu máy chế tạo ra phải gia công được các loại phôi có kích thức khác nhau nằm trong phạm vi cho phép nhằm thoả mãn tính công nghệ để chọn chế độ cắt hợp lý vì vậy trục chính phải có nhiều tốc độ tương ứng với chế độ cắt. Để bảo đảm điều đó ta phải thiết kế hộp tốc độ(iv) và cơ cấu điều chỉnh tốc độ cho trục chính. Để tạo ra các lượng chạy dao khác nhau (dọc, ngang) trong máy cần bố trí hộp chạy dao (is) khi này sơ đồ cấu trúc động học máy và điều chỉnh động học máy được thể hiện như hình vẽ. + + p ,m,z 3 4 5 6 T3 T2 tvmn tvmd 1 Q1 2 t H3: Sơ đồ cấu trúc động học máy. Trục vít me ngang- T3 Trục vít me dọc T2 - Liên kết trong: Trục chính Q1 ®is Trục trơn (Br- Tr)- T2 - Liên kết ngoài: iđ/c®iv ®Trục chính. *. Xích tốc độ: Từ động cơ M1 đến trục chính mang phôi M1 – 1 – 2 – iv – 3 – 4 – Trục chính. Lượng di động tính toán nđ/c = nT/c (Vòng/phút) Phương trình điều chỉnh. nđ/c´ i12 ´ iv´i34 = nt/c Công thức động học. iv= Cv. nt/c *. Xích chạy dao tiện trơn. Từ trục chính mang phôi bộ truyền bánh răng thanh răng. Trục chính – 4 – 5 – is – 6 – 8 – BR – TR Lượng di động tính toán. 1 vòng trục chính tạo ra Sđ(m,n) bàn dao dọc Phương trình điều chỉnh. 1´ i45´is´i68´p.mn.z =Sd(mn) Công thức động học. is=Cs1.Sd * Xích chạy dao tiện ren. Từ trục chính đến bộ truyền vít me đai ốc dọc (tvmd) Trục chính – 4 –5 – is – 6 – 7 – tvmd Lượng di động tính toán. 1 vòng trục chính tạo ra t(mn) bàn dao. Phương điều chỉnh. 1´i45´is´i67´tvmd = t(mn) Công thức động học is= Cs2 . t *. Xích chạy dao ngang. Từ trục chính đến bộ truyền vít me đai ốc ngang (tvmn) Trục chính – 4 – 5 – is – 6 – 9 – tvmn Lượng di động tính toán. 1 vòng trục chính tạo ra Sng (mm) bàn dao ngang. Phương trình điều chỉnh 1´i45´is´i69´tvmn = Sng(mm) Công thức động học. is= CS3.Sng *. xích chạy dao nhanh. +. chạy dao dọc. Từ động cơ chạy dao nhanh M2 đến bộ truyền BR/TR M2 – 10 – 8 – BR/TR Lượng di động tính toán Từ nđ/c(M2) tạo ra Sd (mm) của bàn dao Phương trình điều chỉnh nđ/c(M2) ´i108´p.mn.z = Sd (mm) +. chạy dao ngang. Từ động cơ dao nhanh M2 đến bộ truyền vít me ngang. M2 – 10 – 9 – tvmn Phương trình điều chỉnh. nđ/c(M2) ´i109´tvmn = Sng(mm) PHẦN II ĐẶC TRƯNG KỸ THUẬT CỦA MÁY I. ĐẶC TRƯNG CÔNG NGHỆ. Máy tiện ren vít vạn năng có thể gia công được các bể mặt trụ tròn xoay (trong, ngoài); mặt đầu và các bề mặt ren, tiện cắt đứt. Các nguyên công thực hiện trên máy tiện là : Tiện trụ trơn, tiện ren, khoan, doa, tarô. . . Ngoai ra nếu bố trí thêm đồ gá thì có thể mở rộng thêm phạm vi công nghệ của máy. Các dụng cụ cắt được sử dụng trên máy tiện thường la : Thép cacbon dụng cụ, thép gió, thép hợp kim dụng cụ, hợp kim cứng . . . Phôi có thể gia công được trên máy là phôi thanh, phôi rèn hoặc đúc. Vật liệu phôi chủ yế là thép cacbon, thép hợp kim , gang. . . Ngoài ra còn có hợp kim mầu và vật liệu phi kim loại. Tuy nhiên phương pháp đạt độ chính xác khi gia công mà chi tiết gia công có thể đạt được độ chính xác và độ bóng bề mặt khác nhau. Cấp chính xác Độ bóng Rz(mm) phương pháp gia công 8411 80 (mm) khi tiện thô 547 40 (mm) khi tiện bán tinh 244 10 (mm) khi tiện tinh 2 3,2 (mm) khi tiện mảnh Máy phù hợp với sản xuất loạt vừa và phục vụ sửa chữa thay thế. II. ĐẶC TRƯNG KÍCH THƯỚC MÁY. Đặc trưng kích thước là khả năng thích ứng của máy đối với việc gia công các chi tiết về mặt kích thước. Chiều cao tâm máy: H=200 (mm) Đường kính chi tiết lớn nhất có thể gia công được trên băng máy: Dmax = 2H =2.200 = 400 (mm) Đường kính chi tiết lớn nhất có thể gia công trên bàn dao, là đường kính gia công hiệu quả nhất mà ta dùng để tính toán các đặc trưng kỹ thuật là: D1max = (1,241.4) H Chọn D1max = 1,3H = 1,3.200 = 260 (mm) Chọn theo máy có trước 16K20 lấy D1max = 220 (mm) Đường kính bé nhất của phôi có thể gia công được trên máy Trong đó Rd là phạm vi thay đổi đường kính Rd =8410 Chọn Rd = 10 vậy được: D1min = =22(mm) Đường kích phôi lớn nhất có thể luồn qua trục chính. dmax = ( 0,1540,2 ) D1max Chọn dmax =0,2. D1max = 0,2.220 = 44 (mm) Chọn theo máy có trước kiểu 16K20 lấy dmax =50 (mm) Khoảng cách xa nhất giữa hai mũi tâm : Lấy theo kiểu máy có trước L= 710(mm) ; 1000(mm) ; 1400 (mm) ; 2000 (mm) L= (3,547).200 =70041400 (mm) Chọn L= 1000(mm) Số tốc độ quay của trục chính : 24 (22 cấp khác nhau). Giới hạn tốc độ quay của trục chính: nmin =12,5 (vòng/phút) ; nmax= 1600 (vòng/phút) Giới hạn bước tiện dao: + Dọc: Sd= 0,0542,8 (mm/vòng) + Ngang: Sng= 0,02541,4 (mm/vòng) Bước ren: Hệ mét : t= 0,54112(mm) Hệ Anh: n = 5640,25 (số vòng ren trong 1’’) Ren mô đun: m = 0,54112 (mm) Ren pít: p = 5640,25 (số vòng pít/1’’) III. ĐẶC TRƯNG ĐỘNG HỌC. 1. Xích tốc độ. + Việc tính toán tốc độ cắt lớn nhất và bé nhất của máy, bằng cách phối hợp những điều kiện thuận lợi hoặc khó khăn nhất với nhau, sẽ dẫn tới tăng rất lớn phạm vi điều chỉnh của máy và làm cho kết cấu rất phức tạp.Do đó chọn các trị số tốc độ cắt tới hạn tốt nhất là căn cứ vào các tài liệu thống kê về sử dụng tốc độ cắt trên các máy khác nhau. Có thể tăng trỉ số tốc độ cắt lớn nhất lên 25% khi kể đến sự tiến bộ về mặt kết cấu và vật liệu dụng cụ cắt. + Chuỗi số vòng quay tới hạn của trục chính Theo đề tài thiết kế ta có: nmin= 12,5 (v/ph) ; nmax= 1600 (v/ph) + Số cấp tốc độ là zn= 22 + Phạm vi điều chỉnh tốc độ + Chọn công bội j Phạm vi điều chỉnh Rn = = j z-1 Þ j = = Tra bảng 4[1] chọn j = 1,26 +Tính số vòng quay của trục chính sau: Với j = 1,26 ta được số vòng quay của trục chính như sau: n1= 12,5 (v/ph) n9= 80 (v/ph) n16= 400 (v/ph) n2= 16 (v/ph) n10= 100 (v/ph) n17=500 (v/ph) n3= 20 (v/ph) n11= 125 (v/ph) n18=630 (v/ph) n4= 25 (v/ph) n12= 160 (v/ph) n19=800 (v/ph) n5= 31,5 (v/ph) n13= 200 (v/ph) n20=1000 (v/ph) n6 = 40 (v/ph) n14= 250 (v/ph) n21=1250 (v/ph) n7= 50 (v/ph) n15= 315 (v/ph) n22 =1600 (v/ph) n8= 63 (v/ph) 2.Xích chạy dao. Tốc độ chạy dao của máy phụ thuộc vào chiều sâu cắt khi gia công và chất lượng bề mặt, yêu cầu kỹ thuật của chi tiết cần gia công. Chiều sâu cắt tmax được lấp bằng lượng dư hạ thấp, khi gia công cơ, theo bảng 6[1], với kích thước phôi là: 200´1000 (mm) có lượng dư 2 phía là a= 14(mm) Þ Chiều sâu tmin được tính gần đúng theo biểu thức sau: Chọn tmin= Lượng chạy dao Smax tra theo tmax khi tiện thô ngoài. Lượng chạy dao Smin tra theo chất lượng bề mặt gia công cụ thể. Bởi vì hộp chạy dao tiện ren dùng để tiện trơn trên phạm vi điều chỉnh bước ren và lượng chạy dao phải đảm bảo giống nhau Rt = Rs Chạy dao dọc: Sd =0,0542,8 (mm/v) Chạy dao ngang: Sng= 0,02541,4 (mm/v) IV.ĐẶC TRƯNG ĐỘNG LỰC HỌC MÁY. Để thiết kể truyền dẫn nhỏ gọn kích thước phù hợp mà máy vẫn đủ bền khi làm việc ở mọi tốc độ vì vậy phải chọn chế độ cắt phù hợp. Đặc trưng động lực học của máy được xác định theo chế độ cắt tính toán có tải trọng và công suất lớn nhất. 1. Chế độ cắt tính toán. Chiều sâu cắt tính toán: Được xác định theo biểu thức: (mm) Với D1max=220 (mm) thay số (mm) Lượng chạy dao tính toán: Được xác định theo biểu thức: (mm/v) Þ (mm/v) Tốc độ cắt tính toán: Được xác định theo biểu thức sau: (m/ph) Tra bảng: 4-58 [3] với dao là thép gió và vật liệu gia công có sb (N/mm2) Ta được: Cv=50,2 ; Kv=1,09 xv=0,25 ; yv=0,66 Thay số vào ta được: (mm/ph) 2. Lực cắt. Lực cắt được tính toán theo công thức ở bảng 9[1] Px*= Cpx.t*xpx.S*ypx Py*=Cpy.t*xpy.S*ypy P*z=Cpz.t*xpz.S*ypz Với t*= 4,226 (mm) ; S*= 1,39 (mm/v) Cpx=650 xpx=1,2 ypx=0,65 Cpy=1250 xpy=0,9 ypy=0,75 Cpz=2000 xpz=1 ypz=0,75 Thay số tìm được: Px*=650.(4,226)1,2.(1,39)0,65= 4539(N) Py*=1250.(4,226)0,9.(1,39)0,75=5855(N) Pz*=2000.(4,226)1.(1,39)0,75=10820(N) 3. Mô men xoắn lớn nhất. (N.mm) 4. Công suất cắt. (kw) 5. Chọn sơ bộ động cơ. Để chọn lựa phương án truyền dẫn ta cần xác định sơ bộ công suất động cơ và chọn động cơ cho máy. Công suất động cơ truyền dẫn chung cho cả xích tốc độ và xích chạy dao là trong đó: Ks=(1,0241,2) là hệ số kể đến công suất chạy dao chọn Ks=1,2 là hệ số hiệu suất truyền dẫn; chọn thay số được: Vậy ta chọn sơ bộ động cơ không đồng bộ 3 pha có N= 10(Kw) ; n=1460(v/ph) PHÂN III THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC MÁY A: HỘP TỐC ĐỘ Hộp tốc độ trong máy cắt kim loại dùng để truyền lực cắt cho các chi tiết gia công, có kích thước, vật liệu khác nhau với những chế độ cắt cần thiết. Thiết kế hộp tốc độ yêu cầu phải đảm bảo những chỉ tiêu về kỹ thuật và kinh tế tốt nhất trong điều kiện cụ thể cho phép. Hộp tốc độ phải có kích thước nhỏ gọn, hiệu suất cao, tiết kiệm nguyên vật liệu, kết cấu có tính công nghệ cao, làm việc chính xác, sử dụng bảo quản dễ dàng, an toàn khi làm việc ... I . CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN DẪN. 1. Chọn kiểu truyền dẫn. Khi chọn phương án truyền dẫn cần căn cứ vào phạm vi điều chỉnh, công suất truyền, trị số trượt, thuận tiện điều khiển, thay đổi tốc độ nhanh, tính công nghệ tốt. Với máy truyền động chính là quay có công suất nhỏ hơn 100KW, theo ENIMS nên dùng truyền dẫn điều chỉnh tốc độ cơ khí gồm một động cơ xoay chiều và một hộp tố độ bánh răng. 2. Bố trí cơ cấu truyền động. Có hai phương án bố trí truyền dẫn sau : + Phương án 1: Hộp tốc độ và hộp trục chính chung một vỏ + Phương án 2 Hộp tốc độ tách rời hộp trục chính Trong hai phương án trên, phương án một thường áp dụng với các máy cỡ trung và lớn, nhưng yêu cầu độ chính xác không cao ta chọn phương án 1. Nó có các ưu điểm sau: Kết cấu gọn nhẹ, giá thành hạ, dễ tập chung cơ cấu điều khiển tạo điều kiện thuận lợi cho người thao tác đứng máy. Nhược điểm: Có thể truyền dung động trong hộp tốc độ sang hộp trục chính, có thể truyền nhiệt trong hộp tốc độ sang hộp trục chính, khó dùng truyền động đai cho trục chính. 3. Lựa chọn bộ truyền cuối cùng. Bộ truyền cuối cùng có ảnh hưởng nhiều đến chế độ cắt, độ điều hoà chuyển động, độ bóng bề mặt gia công Trục chính quay với tốc độ 1600(v/ph) nên chọn bộ truyền cuối cùng là bộ truyền bánh răng. Để cho trục chính quay êm với tốc độ vòng của bánh răng không quá lớn và đường kính bánh răng lắp trên trục chính không bé hơn đường kính phôi lớn nhất. Nếu gọi là tốc độ vòng cho phép của bánh răng thì đường kính lớn nhất cho phép của bánh răng là: thấy do vậy ta sử dụng 2 bánh răng dẫn động cho trục chính trên hai dẫy tốc độ thấp và cao khác nhau. II. CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU. 1. Chọn dạng kết cấu. Khi thiết kế máy việc lựa chọn kết cấu đơn giản hay phức tạp cần căn cứ vào phạm vi điều chỉnh yêu cầu, công dụng của máy. Theo kinh nghiệm của các nhà thiết kế máy, chỉ ra rằng cấu trúc đơn giản được sử dụng khi phạm vi điều chỉnh yêu cầu nhỏ hơn trị số tới hạn: Rn£ R* với [Ri ] = 8 ; j = 1,26 ; R*n=50 mặt khác vậy có Rn > Rn* nên chon kết cấu phức tạp, thông thường chỉ dùng 1 kết cấu phụ là đủ: Z0 : cấu trúc cơ sở Z1 : cấu trúc phụ Cấu trúc phức tạp có ưu điểm là: Mở rộng phạm vi điều chỉnh Rút ngắn xính truyền dẫn các tốc độ cao, dẫn đến giảm được tổn thất ma sát. Nâng cao hiệu suất của máy, giảm tải trọng và kích thước bộ truyền, giảm quán tính quay. 2. Chọn phương án kết cấu. Phương án kết cấu được biểu diễn thông qua công thức kết cấu: trong đó: k- là trật tự kết cấu của nhóm động học theo xích truyền động. Pk -là bộ truyền trong nhóm thứ tự k. M -là số nhóm truyền. Theo yêu cầu thiết kế có Z = 22 như đã phân tích ở trên ta sử dụng cấu trúc nhân phức tạp. Để tiện phân tích ta lấy Z = 24 cấp tốc độ và bố trí theo các phương án sau: Z = 2´3´2´2 ; Z = 2´2´2´3 Z = 2´2´3´2 ; Z = 3´2´2´2 Vậy ta có thể thiết lập cấu trúc truyền dẫn, và phân tích ra 2,3 hoặc 4 nhóm là cuối cùng. Vì cùng một số lượng bộ truyền sẽ có số cấp tốc độ lớn nhất.Ta không phân tích thành Z = 2´3´4 vì 4 = 2+2 = 2´2. Khi chấp nhận 1 trong 4 phương án trên ta sẽ có công thức như sau: m: là số nhóm truyền bánh răng trong hộp số tốc độ . m = 4 q: là số nhóm có cùng số lượng bộ truyền giống nhau. K: là phương án thay đổi vị trí của các nhóm truyền (phương án) Các phương án trên gọi là phương án hợp lývì: Vì số bộ truyền trong nhóm Pk=2; 3 đảm bảo số bộ truyền là nhỏ nhất. Trong bốn phương pháp trên để đảm bảo điều kiện trong lượng truyền dẫn là nhỏ nhất P1 > P2 > P3 tức là càng về cuối trục chính số bộ truyền là giảm dần. Mặt khác do tốc độ quay giảm dần làm mô men xoắn tăng lên ở các trục dẫn nên khi tính toán kết cấu của trục cũng như trọng lượng của nó cũng tăng dần lên đảm bảm sự phân bố của nhóm truyền trong hộp về trọng lượng. Vì vậy chọn phương án tốt nhất là: Z=3´2´2´2 Theo máy có trước 16K20 cùng chủng loại, ở bộ truyền tốc độ thấp bố trí thêm hai nhóm truyền mỗi nhóm có duy nhất một bộ truyền để giảm tốc độ sở dĩ như vậy là để kết cấu không gian của máy hợp lý và khi cắt ren khuyếch đại người ta lợi dụng đoạn khác nhau giữa xích tốc độ thấp và xích tốc cao để tạo ra nhóm khuyếch đại và thường trên trục đầu tiên trong hộp tốc độ có bố trí ly hợp ma sát để đảo chiều quay của trục chính, vì vậy để giảm kích thước chiều trục, tránh gây yếu trục người ta bố trí sao cho P1< P2 tức là P1=2 , P2=3 ta có Z= 2´3´2´2 Chọn số trục của phương án kết cấu ST = m+1 , m = 4 Þ ST = 4+1 =5 (trục) 3. Chọn công thức cấu trúc. Trong bộ truyền mà có m nhóm truyền thì sẽ có m! phương án thay đổi trị số vòng quay. Đối với hộp tốc độ của máy công cụ thì tỉ số truyền nên chọn trong giới hạn: imin£ i £ imax ; imin=1/4 ; imax=2 ; Þ1/4£ i < 2 vậy ta dùng cấu trúc nhân phức tạp để đảm bảo truyền dẫn ở tốc độ cao, mặt khác do máy có nhiều cấp tốc độ nên ta tách làm 2 đường truyền: + Đường truyền có tốc độ cao: Z1=2´3´2 + Đường truyền có tốc độ chậm: Z2=2´3´2´1´1 phương án thứ tự hợp lý nhất sẽ là: x1<x2<x3<. . . < xn và jx(p-1) < 8 ( với xi=x1, x2 , x3 , . . . xn ) p - là số bộ truyền trong mỗi nhóm. -Với đường truyền tốc độ cao : Z1= 2´3´2 Trật tự động học là : kiểm tra lại lượng mở của nhóm truyền đảm bảo trị số truyền 1/4£ i £ 2 Nhóm I : jx(p-1)= 1,261(2-1) = 1,26 < 8 Nhóm II : jx(p-1)= 1,262(3-1) = 2,56 < 8 Nhóm III : jx(p-1)= 1,266(2-1) = 4 < 8 - Đường truyền tốc độ thấp trật tự hợp lý là Vậy ta được phương án Z = 24 . Với yêu cầu thiết kế là Z = 22 ta thấy tăng lên 2 cấp tốc độ để đảm bảo yêu cầu thiết kế ta làm trùng 2 tốc độ, ở đường truyền tốc độ cao do đó tiến hành giảm đặc tính của nhóm truyền cuối cùng từ x = 6 xuống x = 4. Do đó: Vậy ta có phương án động học của hộp tốc độ là: Zn = 2´3(2+2´1´1) = 22 = Z1 + Z2 4. Lưới cấu trúc. -Từ phương án kết cấu biểu diễn lưới cấu trúc theo nguyên tắc đối xứng cho ta biết: + Số lượng nhóm truyền. + Số lượng bộ truyền mỗi nhóm. + Thứ tự thay đổi động học, đặc tính x và mối liên hệ tỷ số truyền mỗi nhóm. + Phạm vi điều chỉnh của các nhóm truyền và bộ truyền dẫn. + Số cấp tốc độ của trục dẫn và bị dẫn của mỗi nhóm truyền. Tuy nhiên thông qua lưới cấu trúc này ta không thể xác định cụ thể gía trị của các đại lượng vì vậy mà qua đó chỉ đánh giá sơ bộ truyền dẫn, trong quá trình lựa chọn phương án truyền dẫn để khắc phục nhược điểm này, ta đi xây dựng đồ thị vòng quay của máy. Ta có sơ đồ lưới cấu trúc truyền động như hình vẽ (5) 5.Đồ thị vòng quay. - Muốn xây dưng được đồ thị vòng quay ta phải xác định được số vòng quay của trục dẫn n0 , mục đính là tạo ra tỷ số truyền giảm dần về phía trục chính nên ta chọn điểm đầu vào bắt đầu từ trục I. - Số vòng quay của trục I xác định như sau: Từ động cơ có n = 1460(v/ph) qua bộ truyền đai f 148/ f 268 có tỷ số truyền là 1,86 do đó tốc độ rơi trên trục I sẽ còn lại là ta lấy đây làm điểm n0. - Chọn các tỉ số truyền : Trong mỗi nhóm chỉ cần một tỉ số truyền có độ dốc của tia tuỳ ý và phải đảm bảo điều kiện tỉ số truyền 1/4 < i < 2. Mặt khác các tỉ số truyền được tiêu chuẩn hoá để thuận tiện trong việc tính toán thiết kế, chúng phụ thuộc số bộ truyền p, đặc tính x, của nhóm và công bội j của chuỗi vòng quay vòng quay nó có dạng: i =jE (E: nguyên và E > 0, E<0) Do vậy với j =1,26 ta có điều kiện chọn tỉ số truyền như sau : * Xích truyền động nhanh: Z1 = 21 I´ 32II ´ 24III ta chọn tỉ số truyền như sau: + Nhóm I : i1= j1 =1,26 = i2= j2 =1,262 = + Nhóm II : Có ba tỉ số truyền là : i3 = = = i4 = = = i5 = j0 = 1 + Nhóm III : Có hai tỉ số truyền là : i6 = = = i7 = j1 = 1,26 = * Xích truyền động chậm: Z2 = 21I´32II´26III´1´1´1 + Nhóm I : Có hai tỉ số truyền là : i1= j1 =1,26 = i2= j2 =1,262 = + Nhóm II : Có ba tỉ số truyền là : i3 = = = i4 = = = i5 = j0 = 1 + Nhóm III : Có các tỉ số truyền là : i8 = = = i9 = j0 = 1 * Tỉ số truyền của đường phản hồi : }Þ Đường truyền phản hồi. i10 = = = i11 = = = Trong cả hai xích truyền động trên thì các tỉ số truyền từ i1¸ i5 là dùng chung cho cả hai xích. - Vẽ đồ thị vòng quay như hình vẽ: Dựa vào tốc độ vòng quay ở trục I như đã chọn n0 = 800 (v/ph) và các tỷ số truyền còn lại trong các nhóm ( Xác định bằng phương pháp đồ thị giải theo lưới cấu trúc) +. Số cấp tốc độ chung cho cả truyền dẫn Z= 22 (từ n1=12,5 (v/ph) đến n22= 1600(v/ph)) +. Số cấp tốc độ trùng z= 2 ( n17=500 v/ph và n8=630 v/ph ) - Đồ thị vòng quay theo phương án: III. TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC BÁNH RĂNG. 1. Phương án tính. Cơ sở để tính toán động học bánh răng là xác định số răng Z của các bánh răng sao cho đảm bảo tỉ số truyền đã chọn. Trong một nhóm truyền để các bánh răng ăn khớp được thì các bánh răng phải có cùng modul với nhau, trong nhóm truyền có lượng mở lớn do chịu lực cắt của bánh răng khác nhau nhiều giữa các bộ truyền, nếu có thể sử dụng những giá trị modul khác nhau cho một nhóm truyền. Trong hộp tốc độ khi ta thay đổi tốc độ của trục chính sử dụng khối bánh răng di trượt thì dùng bánh răng thẳng. Có thể tính số răng của từng nhóm bằng nhiều phương án như : Phương án giải tích, tra bảng hay tính gần đúng. * Tính số răng của các bánh răng thẳng trong một nhóm truyền có cùng môdul. - Trong một nhóm truyền khoảng cách trục được xác đinh theo. Công thức: Trong đó: Zj và Z/j là số răng của các bánh dẫn và bị dẫn của cặp thứ j trong nhóm. Do đó Với: Sz- tổng số răng của bộ truyền. ij - tỉ số truyền của bộ truyền thứ j . Để cơ cấu nhỏ gọn trong truyền dẫn chính người ta giớ hạn Sz £ 100 ¸ 120 răng. Để khỏi bị cắt chân răng số răng tối thiểu của bánh răng Zmin =18 ¸ 20 răng. đôi khi lấy Zmin =14 răng. Giải hệ phương trình trên ta có Zi và Zj . Để giải hệ phương trình trên, trước hết ta phân các tỉ số truyền ij thành những tỉ số gần đúng như sau: ij = ; aj , bj là các số nguyên đơn giản. sau khi giải ta có: Zj = .Sz ; Zj' = .Sz Muốn số răng Zj và Zj' là những số nguyên thì Sz phải là bội số của tổng aj + bj. Nếu trong nhóm có p đôi bánh răng và ij = với j = 1,2,3,p thì tổng số bánh răng bé nhất của các bộ truyền Szmin = k ; k - là bội số chung nhỏ nhất của các a1 + b1 ; a2 + b2; a3 + b3 ap + bp. Với trị số bánh răng Smin nếu tính ra số răng của bánh răng nhỏ Zmin bé hơn Zmin cho phép,ta phải tăng Zmin lên E lần và ta sẽ có : Sz= E.K Zj = .E.K ; Zj' = .E.K E là những số nguyên dương và để các Zj và Zj' bằng hoặc lớn hơn Zmin cho phép . Vì vậy cần phải tính Emin cho từng trường hợp cụ thể. Nếu bánh răng nhỏ nhất Zminlà bánh răng chủ động ( ij < 1 ) thì: Zj = .Emin.K zmin Vậy : Emin = Nếu bánh răng nhỏ Zmin đóng vai trò bị động ( ij > 1 ) thì Zj' = .E’min .K > Zmin Và : E’min Các trị số Emin và E’min tính ra thường là số lẻ cần phải quy tròn lên phía trên Nếu số răng của các bánh răng tính ra có Sz > Sz max cần phải điều chỉnh lại, bằng cách giảm bớt trị số K và chịu sai số tỉ số truyền (). Có hai phương pháp để giảm trị số K: + Phân tích lại tỉ số truyền có làm cho K lớn, sau đó tính lại K và Emin ,chọn lại E , tính lại Zj và Zj' . + bỏ bớt thừa số của K rồi tính lại như trên song lúc này Zj và Zj' tính ra thường bị lẻ ,sau khi quy tròn thì khoảng cách trục A của các bộ truyền này sẽ bị thay đổi, do đó phải dịch chỉnh các cặp bánh răng. * Tính số răng của các bánh răng thẳng trong cùg một nhóm truyền có modul khác nhau. Trong trường hợp này : Và : Zj = ; Zj’ = Vì 2A = const nên các Zj và Zj’ khi tính ra có thể là số lẻ , ta phải quy tròn và dịch chỉnh bánh răng. Số răng của các bánh răng chỉ nguyên khi : 2A = E. mj () Do đó 2A sẽ là bội số chung nhỏ nhất của các mj (). Nếu bội số chung nhỏ nhất này quá lớn thì lấy bội số chung nhỏ nhất của các mj . Sau khi nhân bội số chung nhỏ nhất này với một số nguyên ta lấy kết quả làm 2A . là số nguyên , nhưng số răng Zj = ; Zj’ = có thể là số lẻ phải quy tròn và dịch chỉnh răng nếu cần thiết . 2. Tính số răng cho phép các cấu trúc truyền dẫn . * Tính toán nhóm truyền I (chung cho cả hai xích truyền động chậm và nhanh. Nhóm có hai tỉ số truyền là : thấy ; Bội số chung nhỏ nhất K = 2.32.5 = 90 ( răng ) (răng ) (răng ) ( răng ) ta có : ; Zmin= 18 ( răng ) thay số được : vậy chọn Þ số răng của các bánh răng là : Z1 = 51 ( răng ) ; Z1’ = 39 ( răng ) Z2 =56 ( răng ) ; Z2’ = 34 ( răng ) Tính toán cho nhóm truyền II ( chung cho cả 2 xích truyền động chậm và nhanh ) Nhóm có 3 tỉ số truyền : có : vậy BSCNN, K = 76 ( răng ) ( răng ) ( răng ) ( răng ) ( răng ) ( răng ) chọn E = 1 vậy số răng của các bánh răng là : Z3 = 29 ( răng ) ; Z4 = 21 ( răng ) ; Z5 = 38 ( răng ) Z3’= 47 ( răng ) ; Z4’= 55 ( răng ) ; Z5’= 38 ( răng ) Tính toán cho nhóm truyền III ( Đường truyền nhanh ). Nhóm có hai tỉ số truyền là : Phương án này sẽ có một tốc độ cao và một tốc độ thấp, điều kiện để nhóm truyền làm việc được là có : do đó có: chọn (răng) (răng) mặt khác Chọn Z7 = 60 (răng) ; Z7/ = 48 (răng) vậy số răng của bánh răng là: Z6 = 30 (răng) ; Z7 = 60 (răng) Z6/ = 60 (răng) ; Z7/ = 48 (răng) * Tính toán cho nhóm truyền III ( đường truyền chậm) nhóm có 2 tỉ số truyền Vì hai tỉ số truyền quá chênh lệch đế tránh bộ truyền có kích thước lớn ta dùng bộ truyền có modul khác nhau. Tỉ số truyền : i9 có m9 = 2,5: i8 có m8 = 3 từ điều kiện lắp có cùng khoảng cách trục A = const từ hệ thức trên ta có : mặt khác có chọn Þ Z8 = 15 (răng) ; Z8/ = 60 (răng) mà : chọn : Z9 = Z9/ = 45 (răng) * Tính toán cho đường phản hồi. Nhóm có tỉ số truyền : Chọn Z10 = 18 (răng) ; Z10/ =72 (răng) Vậy có : Nhóm truyền đơn có tỷ số truyền: chọn : Z11 = 30 ; z11/ =60 vậ