Thiết kế máy công cụ - Tính toán thiết kế hộp tốc độ máy tiện

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY CÔNG CỤ  I. Tính toán thiết kế hộp tốc độ máy tiện 1. Tính thông số còn lại: Theo đề bài ta cần tính toàn hộp tốc độ với các thông số đã biết là: n = 12,5 ¸ 2000 vòng/phút; Z = 23. Do dãy tốc độ tuân theo quy luật cấp số nhân với công bội j nên ta có: Ta chọn j = 1,26 theo tiêu chuẩn. 2. Tính dãy tốc độ theo lý thuyết: TT tính (vg/phút) TT tính (vg/phút) 1 12,5 12.5 13 200,15 200 2 15,75 16 14 252,19 250 3 19,85 20 15 317,76 315 4 25,01 25 16 400,38 400 5 31,51 31,5 17 504,47 500 6 39,70 40 18 635,64 630 7 50,02 50 19 800,9 800 8 63,02 63 20 1009,14 1000 9 79,41 80 21 1271,51 1250 10 100,1 100 22 1602,11 1600 11 126,07 125 23 2018,65 2000 12 158,85 160 3. Phân tích chọn phương án không gian ( PAKG ) Do Z = 23 là số nguyên tố không thể phân cấp được nên ta sử dụng =24. Sau khi tính toán ta sẽ chọn 23 tốc độ nằm trong giới hạn Z = 12,5 ¸ 2000 vg/phút. Với =24 ta có các phương án không gian sau: =24 = 24 x 1 = 12 x 2 = 6 x 4 = 6 x 2 x 2 = 2 x 3 x 2 x 2 Do tỉ số truyền phải thỏa mãn £ i £ 2 nên ta có số nhóm truyền tối thiểu là i = = Þ Þ x = 3,43 Þ Chọn x = 4. Vậy với số nhóm truyền tối thiểu bằng 4 ta tạchỉ chọn một trong các phương án không gian sau : = 2 x 3 x 2 x 2 = 3 x 2 x2 x2 = 2 x 2 x 3 x 2 = 2 x2 x 2 x3 4. Lập bảng chọn vị trí các nhóm truyền của phương án không gian: Dựa trên các yếu tố so sánh sau để chọn phương án bố trí nhóm truyền của phương án không gian: - Tổng số bánh răng của hộp tốc độ, tính theo công thức. S = 2.( P + P + ….+ P ) Với P là số tỷ số truyền trong một nhóm truyền. - Tổng số trục của phương án không gian theo công thức. S = i + 1 ; với i - là số nhòm truyền động. - Chiều dài sơ bộ của hộp tốc độ. + Gọi b là chiều rộng bánh răng. + Gọi f là khoảng hở giữa hai bánh răng và khoảng hở giữa thành hộp với các bánh răng gần nhất. - Số bánh răng chịu mômen xoắn lớn nhất ở trục cuối cùng. - Các cơ cấu đặc biệt dùng trong hộp. Ta có bảng so sánh phương án bố trí không gian trong hộp tốc độ như sau: PA Yếu tố so sánh 3x2x2x2 2x2x3x2 2x3x2x2 2x2x2x3 Tổng số bánh răng 18 18 18 18 Tổng số trục 5 5 5 5 Chiều dài sơ bộ của hộp 19b+18f 19b+18f 19b+18f 19b+18f Số bánh răng chịu mômen xoắn lớn nhất. 2 2 2 3 Cơ cấu đặc biệt Ly hợp ma sát Ly hợp ma sát Ly hợp ma sát Ly hợp ma sát Từ bảng so sánh trên ta chọn phương án không gian là: =24 = 2 x 3 x 2 x 2. Vì: - Tỷ số truyền giảm dần từ trục đầu tiên tới trục cuối cùng. Do trên trục một ta phải bố trí thêm bộ ly hợp ma sát và cặp bánh răng đảo chiều nên trên trục một bố trí nhóm truyền chỉ có hai cặp bánh răng sẽ đảm bảo điều kiện bền của trục cũng như giảm được chiều dài của hộp. Số bánh răng chịu mômen xoắn lớn nhất M trên trục chính là ít nhất. Số bánh răng phân bố trên các trục đều hơn PAKG 3x2x2x2 và 2x2x3x2. 5. Tính toán chọn phương án thứ tự: Với PAKG Z = 2 x 3 x 2 x 2 Ta thấy số nhóm truyến là 4 Þ số phương án thứ tự là 4! = 24. Ta có bảng so sánh lưới kết cấu như sau: STT PATT Lưới kết cấu nhóm Lượng mở cực đại 1 1 2 2 6 12 12 2 1 4 4 2 12 12 3 1 8 8 2 4 16 4 1 2 2 12 6 12 5 1 4 4 12 2 12 6 1 8 8 4 2 16 7 3 1 1 6 12 12 8 2 4 4 1 12 12 9 2 4 4 12 1 12 10 3 1 1 12 6 12 11 2 8 8 4 1 16 12 2 8 8 1 4 16 13 6 1 1 3 12 12 14 6 2 2 1 12 12 15 4 8 8 1 2 16 16 6 1 1 12 3 12 17 6 2 2 12 1 12 18 4 8 8 2 1 16 19 12 1 1 3 6 12 20 12 2 2 1 6 12 21 12 4 4 1 2 12 22 12 1 1 6 3 12 23 12 2 2 6 1 12 24 12 4 4 2 1 12 Nhận xét: Tất cả các phương án trên đều có j > 8 không thỏa mãn điều kiện £ j £ 8 Do đó để chọn phương án đạt yêu cầu ta phải tăng thêm số trục trung gian hoặc tách ra làm hai đường truyền. - Ta chọn 2 phương án cơ bản có j nhỏ nhất là j = 16 để vẽ và so sánh: + Phương án 1: PAKG 2 x 3 x 2 x 2 PATT I II III IV [1] [2] [6] [12] Ta có lưới kết cấu sau: + Phương án 2: PAKG 2 x 3 x 2 x 2 PATT I III II IV [1] [4] [2] [12] Ta có lưới kết cấu sau: Ta thấy phương án 1 lưới kết cấu có hình rẻ quạt với lượng mở đều đặn và tăng từ từ, kết cấu chặt chẽ, hộp tương đối gọn. Nên ta chọn phương án thứ tự cuối cùng là phương án 1. cụ thể : PATT I II III IV [1] [2] [6] [12] Để đảm bảo j £ 8 ta phải thu hẹp lượng mở tối đa từ j = 12 xuống j = 6. Do thu hẹp lượng mở nên số tốc độ thực tế bị giảm. Ta có số tốc độ thực tế là: Z = Z - lượng mở thu hẹp = 24 - 6 = 18. Ta có phương án thứ tự và phương án không gian bây giờ như sau: PATT I II III IV Để bù lại số tốc độ trùng vì thu hẹp lượng mở ta thiết kế thêm đường truyền tốc độ cao. PAKG của đường truyền này là Z = 2 x 3 x 1 = 6 tốc độ. Như vậy PAKG của hộp tốc độ là Z = Z + Z = 24 + 6 = 30. Do khi giảm lượng mở từ j = 12 xuống j = 6 ta đã có 6 tốc độ truyền, cộng với khi tăng PAKG cảu hộp tốc độ lên Z=30, ta lại có thêm một tốc độ trùng do tốc độ n trùng với n. Do đó số tốc độ thực của hộp tốc độ là: Z = 30 - 6 - 1 = 23 tốc độ. Ta có lưới kết cấu như sau: 6. Vẽ đồ thị vòng quay: - Chọn số vòng quay động cơ: chọn n = 1440 vg/phút. Khi đó để trục và bánh răng đầu vào chịu M có kích thước nhỏ gọn, đồng thời giá trị n truyền tới trục chính thường là giảm tốc. Do đó, ta chon trị số vòng quay giới hạn n trên trục I có giá trị lớn gần với giá trị của n. Giả sử ta chọn n = n = 800,9 vg/phút. Ta vẽ được đồ thị vòng quay của máy như sau: 7. Tính toán số răng của các nhóm truyền trong hộp tốc độ - Tính số răng của nhóm truyền thứ nhất Ta có: Ta có bội số chung nhỏ nhất của các tổng f + g là: K= 18. Chọn Z = Z = 17 Þ Chọn E = 3 Þ ( răng ) Þ Þ - Tính số răng của nhóm truyền thứ hai Ta có: Ta có bội số chung nhỏ nhất của các tổng f + g là: K= 76. Chọn Þ Chọn E = 1Þ ( răng ) Þ Þ Þ - Tính số răng của nhóm truyền thứ ba Ta có: Ta có bội số chung nhỏ nhất của các tổng f + g là: K= 10. Chọn Þ Chọn E = 9 Þ ( răng ) Þ Þ - Tính số răng của nhóm truyền thứ tư Ta có: Ta có bội số chung nhỏ nhất của các tổng f + g là: K= 10. Chọn Þ Chọn E = 10 Þ ( răng ) Þ Þ - Tính số răng của nhóm truyền thứ năm Ta có: Ta có bội số chung nhỏ nhất của các tổng f + g là: K= 3 Þ Chọn E = 35 Þ ( răng ) - Tính số răng của nhóm truyền thứ sáu Ta có: Ta có bội số chung nhỏ nhất của các tổng f + g là: K= 18 Þ Chọn E = 6 Þ ( răng ) Từ số liệu tính toán trên ta có bảng thống kê như sau: Tỷ số truyền 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 8. Ta có sơ đồ động như sau - Ta có phương trình xích động như sau: Trong đó: n = 1440 vòng/phút. Ta chọn Þ n = 1440.0,985. = 791 vòng/phút. Tính sai số vòng quay theo công thức: Trong đó: n - số vòng quay trục chính tính theo j . n - số vòng quay trục chính tính theo phương trình xích động. Sai số TT Phương trình xích động n % 1 12,59 12,5 - 0,72 2 15,83 16 1,13 3 20,15 20 - 0,76 4 25,33 25 - 1,33 5 30,90 31,5 1,9 6 38,84 40 0,4 7 50,35 50 0,7 8 63,30 63 - 0,5 9 80,60 80 - 0,76 10 101,33 100 - 1,3 11 123,59 125 1,12 12 155,38 160 2,3 13 201,41 200 - 0,7 14 253,20 250 - 1,3 15 322,42 315 - 2,3 16 405,33 400 - 1,3 17 494,38 500 1,1 18 621,50 630 - 0,5 19 795,78 800 0,5 20 1013,32 1000 - 1,3 21 1273,88 1250 - 1,9 22 1563,75 1600 2,2 23 1953,29 2000 2,3 Ta có đồ thị sai số vòng quay như sau: Từ đồ thị sai số vòng quay ta thấy nằm trong phạm vi cho phép nên không phải tính lại các tỷ số truyền. II. Thiết kế hộp chạy dao 1. Liệt kê các bước ren tiêu chuẩn của bốn loại ren yêu cầu - Ren quốc tế: t = 1 ¸ 192 (mm) tp = 1-1,25-1,5-1,75-2-2,25-2,5-3-3,5-4-4,5-5-5,5-6-7-8-9-10-11-12-14-16-18-20-22-24-28-32-36-40-44-48-56-63-72-80-88-96-112-138-192. - Ren Anh: Số vòng ren trên một tấc anh - t = n = 24-20-19-18-16-14-12-11-10-9-8-7-6-5-4,5-4-3,5-3,25-3-2. - Ren môdun: t = p.m m = 0,5-1,25-1,5-2-2,25-2,5-3-3,5-4-4,5-5-5,5-6-7-8-9-10-11-12-14-16-18-20-22-24-28-32-36-40-44-48. - Ren pitch: Số môdun trên một tấc Anh - t = D = 0,5-1,25-1,5-2-2,25-2,5-3-3,5-4-4,5-5-5,5-6-7-8-9-10-11-12-14-16-18-20-22-24-28-32-36-40-48-56-64-72-80-88-96. 2. Lý luận chọn cơ cấu trong hộp chạy dao Ta thấy giới hạn của bước ren rất lớn, do đó phải sắp sếp bảng ren rất nhiều hàng và nhiều cột. Với những bảng ren có 7 hàng ta sử dụng cơ cấu nooctông để giảm chiều dài hộp chạy dao. Với những bảng ren có 8 cột: Nếu hộp trục chính không có cơ cấu khếch đại, ta dùng cơ cấu mêan gián tiếp, tuy nhiên độ cứng vững của cơ cấu này không cao. Nếu hộp trục chính có cơ cấu khếch đại, ta dùng nhóm bánh răng di trượt và cơ cấu mêan. Với những bảng ren có 4 ¸ 5 hàng và 3 ¸ 4 cột, ta có thể dùng bánh răng di trượt là i còn I là cơ cấu mêan. 3. Sắp sếp bảng ren a. Bảng ren quốc tế: t = 1 ¸ 192 (mm) Tiêu chuẩn Khếch đại - 1,75 3,5 7 14 28 56 112 1 2 4 8 16 32 64 128 - 2,25 4,5 9 18 36 72 144 1,25 2,5 5 10 20 40 80 160 - - 5,5 11 22 44 88 176 1,5 3 6 12 24 48 96 192 1/8 1/ 4 1/ 2 1/1 2/1 4/1 8/1 16/1 b. Bảng ren môdun: m = 0,5 - 48 Thông dụng Khếch đại - - - 1,25 3,5 7 14 28 - - 1 2 4 8 16 32 - - - 2,25 4,5 9 18 36 - - 1,25 2,5 5 10 20 40 - - - 2,75 5,5 11 22 44 - - 1,5 3 6 12 24 48 1/8 1/ 4 1/ 2 1 2/1 4/1 8/1 16/1 c. Bảng xếp ren Anh: t = 24 ¸ 1 Thông dụng 24 12 6 3 22 11 - 20 10 5 2,5 18 9 - 16 8 4 2 14 7 - 13 - d. Bảng xếp ren Pitch: D = 96 ¸ 1 Thông dụng Khếch đại 96 48 24 12 6 3 1,5 - 88 44 22 11 - - - - 80 40 20 10 5 2,5 - - 72 36 18 9 - - - - 68 32 16 8 4 - - - 56 28 14 7 - - - - 1/8 1/ 4 1/ 2 1/1 2/1 4/1 8/1 16/1 Ta thấy bảng xếp ren có 7 hàng nên ta chọn cơ cấu nooctong để giảm chiều dài của trục. Để tính toán cơ cấu nooctong ta lấy nhóm có i =1, chọn số răng các bánh răng trong cơ cấu nooctong tốt nhất trong khoảng : 21 £ Z £ 60. Cách thiết kế như sau: giả sử gọi Z, Z , Z , ... là số răng của các bánh răng thuộc cơ cấu nooctong ta có: - Để cắt ren quốc tế thì: Z1 : Z2 : Z3: Z4 : Z5 : Z6 = 7 : 8 : 9 : 10 : 11 : 12 = 28 : 32 : 36 : 40 : 44 : 48 Ta dùng cơ cấu nootong cho nhóm ren quốc tế và lấy làm chuẩn cho 4 loại ren. - Để cắt ren môdun thì: Z1 : Z2 : Z3: Z4 : Z5 : Z6 = 7 : 8 : 9 : 10 : 11 : 12 = 28 : 32 : 36 : 40 : 44 : 48 - Để cắt ren Anh: Z1 : Z2 : Z3: Z4 : Z5 : Z6 : Z = 13 : 14 : 16 : 18 : 20 : 22 : 24 = 26 : 28 : 32 : 36 : 40 : 44 : 48 - Để cắt ren Pitch : Z1 : Z2 : Z3: Z4 : Z5 : Z6 = 7 : 8 : 9 : 10 : 11 : 12 = 28 : 32 : 36 : 40 : 44 : 48 Cơ cấu nootong có 6 bánh răng là Z1 : Z2 : Z3 : Z5 : Z6 : Z7 : Z8 = 28 : 32 : 36 : 40 : 44 : 48 4. Tính toán thiết kế nhóm gấp bội Nhóm gấp bội phải tạo ra 4 tỷ số truyền với j = 2. Chọn cột 7 ¸ 12 trong bảng xếp ren quốc tế làm nhóm cơ sở thì các tỷ số truyền nhóm gấp bội là: a. Chọn phương án không gian: Ta có Z = 4 = 4 x 1 = 2 x 2 Ta có bảng so sánh phương án không gian như sau: PA Yếu tố 4 x1 2 x 2 - Tổng số bánh răng 10 8 - Tổng số trục 3 3 - Chiều dài trục 8b+7f 8b+7f - Số bánh răng chịu mômen xoắn lớn nhất. 1 2 Nhận xét: do phương án không gian 4 x 1 có số răng trên trục quá nhiều sẽ làm tăng chiều dài trục, đồng thời làm giảm độ cứng vững của trục nên ta chọn PAKG hợp lý là: Z = 2 x 2. b. Chọn phương án thứ tự: Với PAKG Z = 2 x 2 có hai phương án thứ tự, ta có bảng so sánh các phương án thứ tự sau: STT PATT Lưới kết cấu nhóm Lượng mở cực đại 1 1 2 2 2 2 1 2 - Với mỗi phương án trên ta có lưới kết cấu như sau: PA1 PA2 Ta thấy phương án 1 có lưới kết cấu nhịp nhàng cân đối, dạng dẻ quạt nên ta chọn phương án 1 là phương án thứ tự chuẩn. Do đó ta có đồ thị vòng quay như sau: Kiểm tra lại các tỉ số truyền: Ta có : c. Tính toán số răng trong các nhóm truyền - Tính số răng cho nhóm truyền thứ 1: Ta có: Þ Bội số chung nhỏ nhất của f + g là K = 6. Chọn Þ Chọn E = 9 Þ ( răng ) Þ Þ - Tính số răng cho nhóm truyền thứ 2: Ta có: Þ Bội số chung nhỏ nhất của f + g là K = 10. Chọn Þ Chọn E = 9 Þ ( răng ) Þ Þ 5. Tính toán các tỷ số truyền còn lại ( nhóm truyền động bù ) Nhóm truyền động bù bao gốm các bánh răng thay thế và i. Trong đó i dùng nối trục I với trục II của cơ cấu nooctong, khi thực hiện xích chủ động hoặc xích bị động ta phải tính i. Muốn vậy ta phải lấy một số bất kỳ ở bảng ren, ví dụ chọn t = 6 ứng với i = 1/2. Dựa vào máy tương tự 1K62, bước vít me t = 12 (mm), bánh răng di trượt trên cơ cấu nootong là Z = 48, vì khi cắt ren quốc tế và ren môdul trục I chủ động nên ta có phương trình xích cắt ren như sau: Trong đó: i - là tỷ số truyền nhóm cơ sở. i - là tỷ số truyền nhóm gấp bội i - tỷ số truyền còn lại bù vào phương trình xích động i = i . i i - tỷ số truyền cặp bánh răng thay thế. I - tỷ số truyền cặp bánh răng cố định còn lại trên xích truyền. Vậy ta có phương trình xích cắt ren như sau: Þ Theo máy 1K62 ta có I = Þ -Cặp bánh răng này còn dùng khi cắt ren anh, nhưng cơ cấu nootong phải ở vị trí bị động. Để tính i ta cần tính thử cắt ren Anh có n = 5 ren/inch, khi đó ta có các giá trị sau: t= ; i = ; i = ; t =12. Phương trình xích động như sau: - Với i = ta cũng dùng để cắt ren pitch v× ren Anh vµ ren Pitch ®Òu ®i theo con ®­êng Noocton bÞ ®éng nh­ng l¹i víi hai bé b¸nh r¨ng thay thÕ kh¸c nhau. §Ó t×m b¸nh r¨ng thay thÕ c¾t ren Pitch ta tÝnh c¾t thö ren Pitch cã Dp=8 Þ tp=; igb=1; ic®= Ta có: 25,4 = ; p = 6. Kiểm tra bước ren theo xác suất nhất định. Sai số bước ren khi ren gia công trên máy và ren của vít me dọc không cùng hệ, để giảm sai số ta lấy các phân số gần đúng nhất với 25,4 và p . Ta chỉ cần tính một bước ren cho một hệ. - Kiểm tra ren quốc tế: Chọn t = 10 mm ; i = ; i = ; i = ; t = 12 mm Phương trình xích cắt ren: Ta có sai số - Kiểm tra ren môdul: Chọn m = 6 - Kiểm tra ren Anh Chọn n = 4 ; t = = = 6,35 mm ; i