Thiết kế máy phay lăn răng

àm việc của máy. Từ đó xác định được các giá trị tính toán đường kính trục và modul của các bánh răng. Đây là phân quan trọng, làm tiền đề tính toán các chi tiết máy. XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN LỰC Việc xác định tải trọng tính toán truyền dẫn máy rất quan trọng, nếu tải trọng tính toán quá thấp so với tải trọng sư dụng thì các chi tiết máy của truyền dẩn bị gãy, nếu tải trọng tính toán cao hơn nhiều so với tải trọng sử dụng thì kích thước truyền dẫn quá lớn so với yêu cầu do quá thừa sức bền. Đây là máy chuyên dùng nên tải trọng tính toán sẻ tương ứng với chi tiết có chế độ gia công nặng nhất. PN PX PC R PZ nf nd Theo phần đặc trưng về động lực học máy ta có. Lực cắt Pz của dao được tính theo công thức: Pz = K(a + 0,4c).b = 18120N Lực pháp tuyến Py: Py=PN= K(0,4a + c).b = 1800.(0,4.0.04 + 0,6).15,6 = 17397N. Lực kéo cơ cấu chạy dao: Theo công thức Rêsetop với: Q = Kn . Px + F Trong đó: PZ: Là lực cắt PN: Là lực pháp tuyến R: Hợp lực Px : Thành phần lực cắt tác dụng theo phương chạy dao Với trường hợp phay thuận: Px = (0,8¸ 0.9).PZ Với trường hợp phay nghịch: Px= (1¸1,2).PZ Lực cắt lớn nhất tác dụng lên cơ cấu chạy dao: Phay thuận: Px = 0,9 . PZ = 0,9 . 18120 = 16308 N Phay nghịch: Px= 1,2 . PZ =1,2 . 18120 = 21744 N Hệ số ảnh hưởng đến mômen lật, phát sinh do phân bố lực chạy dao không đối xứng. Với máy phay có sống trượt hình chữ nhật: Kn = 1,1 F = Pc . f + G ; G = (0,1¸0,2).PZ Vậy G = (1812 ¸ 3624 ) N Hệ số ma sát: f = 0,15 Đối với phay thuận: Pc = (0,75 ¸ 0,8)PZ Lấy Pc = 14496 N Đối với phay nghịch: Pc = (0,2¸ 0,3 ).PZ Lấy Pc = 5436 N Thay vào trên ta có: Phay thuận: F = 14496.0,15 + 3624 = 5798,4 N Phay nghịch: F = 5436.0,15 - 1812 = - 996,6 N Vậy lực kéo của cơ cấu chạy dao thay vào ta có: Phay thuận: Q = 23737,2 N Phay nghịch: Q = 22921,8 N Lực kéo cơ cấu chạy dao nhanh: Qnhanh = G + m.a a: Gia tốc chạy dao nhanh : a = 0 Vậy: Qnhanh = G = 1812 N TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC TRONG THỜI KỲ ỔN ĐỊNH Trong thời kì ổn định không có lực quán tính, vì vậy hệ lực gồm động lực, trở lực ma sát và lực cắt là một hệ lực cân bằng. Để tính toán mômen xoắn trên một trục bật kỳ ta sử dụng nguyên lý di chuyển khã dĩ: Tại mỗi thời điểm, trong một hệ lực cân bằng, tổng công suất tức thời của tất cả các lực bằng không trong mọi di chuyển khả dĩ. Xích tốc độ: Ta có NC = 6,04 KW Mômen xoắn lớn nhất được xác định khi tác dụng lên trục chính được tính theo công thức: Nmm Công suất, mômen xoắn trên trục I của xích tốc độ được tính theo công thức: Trong đó: Hiệu xuất của bộ truyền từ trục j đến trục chính: hbr = 0,96 ; hbv-tv = 0,95 ; hô = 0,99 Mômen xoắn trên trục chính: Mxtc = 1,15. 106 Nmm Trục chính trên bản vẽ được khí hiệu là trục VII. Trục chính là trục mang dao do yêu cầu kết cấu của trục chính ta chế tạo trục là trục rỗng. Ta có x là tỷ số truyền giữa đường kính ngoài và đường kính trong của trục. Chọn x = 0,5. Đường kính sơ bộ trục được xác định theo công thức sau: với C: Hệ số tính toán. Ta chọn C = 160 Vậy Chọn dVII = 85 mm Trên trục VII ta có: v/ph Vậy: Chọn dVI = 50 mm dài 300 mm Trên trục V có : Nv = 6,47 KW MVx = 0,316.106 Nmm Tương tự như trên ta tính được : dV ≥ 52 mm. Chọn dV = 60 mm Trục IV chịu tác dụng của ba đường truyền là xích tốc độ, xích bao hình và xích chạy dao, vì vậy ta phải tính riêng mô men xoắn và công suất cho từng xích rồi cộng lại. Đối với xích tốc độ: MIVx = MVx/h = 0,332.106 N.mm NIV = NV / h = 6,6 KW Đường kính sơ bộ trục được tính toán sau khi cộng công suất cả 3 xích lại. Tính modul sơ bộ của các trục truyền của xích: Trong quá trình thiết kế động lực học. Do yêu cầu phải đảm bảo các tỷ số truyền để đảm bảo tốt độ vòng quay của trục chính do số răng Z của bộ truyền đã được chọn trước, nên ta phải tính modul sơ bộ của các bộ truyền: (mm) Hoặc (mm) Trong đó: M - Mô men xoắn của bánh răng bé. Z - Số răng của bánh răng bé. ym = b/m = 8 chọn là chiều dài tương đối của răng. Vật liệu bánh răng là thép 40X. Mô dun của bộ truyền trục VI đến trục VII: ; M = 0,31.106 N.mm Chọn modul bộ truyền m = 4 mm. Modul bộ truyền bánh răng nón từ trục V đến trục VI: (mm) Trong đó: K = 1,4 n: Số vòng quay trong một phút của bánh răng đang tính y: Hệ số dạng răng y = 0,49. Z: Số răng của bánh răng Z = 29. ym: Chiều dài tương đối của bánh răng lấy Ym = 10 mm. q’’: Hệ số khả năng tải. Với bộ truyền bánh răng nón, răng thẳng lấy q’’ = 1. Với bộ truyền bánh răng nón răng nghiêng ta chọn q’’ = 1,5. mtb: Modul trung bình trên tiết diện trung bình. Với cặp bánh răng này : Z = 29 , N = 6,47 KW s-1 : Giới hạn chu kỳ mạch động s-1 = (0,4 ¸ 0,45).sbr Chọn s-1 = 0,4.sbr Vật liệu bánh răng là thép 40X: sbr = 750 N/mm2 Þ s-1 = 0,4.750 = 300 N/mm2 n: Hệ số an toàn n = 1,8 (phụ thuộc vào cơ tính của thép) ks: Hệ số tập trung ứng suất chân răng phụ thuộc vào cơ tính của thép ks = 1,2 Vậy: msb = mtb + b.Sinj/Z = 2,89 + (30 .Sin45o) / 29 = 3,62 mm Chọn msb = 4 mm Tương tự với bánh răng giữa trục IV đến trục V ta cũng tính được: msb = 4 mm. TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CHO THỜI KỲ ỔN ĐỊNH XÍCH CHẠY DAO XÍCH CHẠY DAO ĐỨNG Tính công suất và mô men trên các trục của xích chạy dao đứng Từ lực kéo cơ cấu chạy dao là: Q = 23737,2 N Có thể xác định được mô men xoắn trên trục vít me đứng theo công thức: Trong đó: t - Là bước vít me t = 10mm ; hvm = 0,5 Công suất tính toán trên trục vít me chạy dao đứng là: Trong đó: nvm = 0,35 v/1v.phôi nd = 50 v/ph nf = nd.K/Z = 50.1/12 = 4,17 v/ph Công suất trên trục XX: nXX = 1,64.24 = 39 v/ph Trên trục XIX: nXIX = nXX.i = 39.1 =39 v/ph Trên trục XVIII: nXVIII = nXIX.i = 39.45/50 = 35,1 v/ph Trên trục XVI: Qua bộ truyền sử dụng khi phay nghịch 42/37 ta tính được công suất, mômen và tốc độ trên trục XVI. NXVI = NVII/h = 0,008 KW MXVIx = MXVIIx.39/h.65 = 1,36.103 Nmm nXVI = nXVII.65/39 = 52,5 v/ph Với tốc độ vòng quay của phôi là 4,17 v/ph thì ta có tốc độ quay của trục XIII là: nXIII = 4,17.96 = 400,3 v/ph Trục XI quay cùng tốc độ với trục XIII nên: nXI = nXIII = 400,3 v/ph Trục XII: nXII = nXIII . 2/26 = 400,3.(2/26) = 30,8 v/ph MXIIx= (MXVIx/h).64/32 = 3.103 Nmm NXII = NXVI.h = 0,009 KW Trục XI chịu tác dụng của hai đường truyền là xích chạy dao và xích bao hình. Do đó mô men và công suất là tổng hai xích trên. Xích chạy dao: NXI = NXII/h = 0,01 KW MXIx= (MXIIx/h).(2/26) = 0,26.103 Nmm nXI = 400,3 v/ph Xác định đường kính và modul các bộ truyền trong xích chạy dao đứng Modul sơ bộ các bánh răng trụ được xác định theo công thức: Modul sơ bộ của bộ truyền giữa trục XIX và trục XX: i =1 ; Z = 45 ; M =1,95 .103 Nmm Chọn msb = 2,5 mm. Modul sơ bộ của bộ truyền XVIII đến XIX: i = 45/50 = 0,9 ; M = 2,09.103 N.mm Chọn msb = 2,5 mm. Modul sơ bộ của bộ truyền bánh răng thay thế: i = 32/64 = 0,5 M = 3.103 Nmm Chọn msb = 2,5 mm Modul bộ truyền trục vít bánh vít, giữa trục XI và trục XII. Chọn vật liệu trục vít là thép 45 ta có: [stx] = 180.0,8 = 144 N/mm2. Z =26 ; MXIx = 0,26.103 Nmm Modul m và hệ số đường kính q được xác định theo công thức: (*) Với : N = 0,009 KW ; n = 30,8 v/ph; Z = 26 ; K = 1,2 Thay các giá trị vào ta có: Chọn . Tra bảng 4-6-TKCTM, có m = 3,5 mm ; q = 12 Modul của bộ truyền trục vít bánh vít giữa trục vít me chạy dao dọc XX: Chọn vật liệu của cặp bộ truyền trục vít bánh vít như trên : N = 0,011 KW ; n = 1,46 v/ph ; Z = 24 (răng) Thay tất cả các số liệu trên vào công thức (*) ta có: Lấy Tra bảng 6-4-STKCTM có: m = 3 mm ; q = 12 Xác định đường kính sơ bộ của các trục thuộc xích: Theo công thức: Với [tx] = 20 N/mm2 Đường kính trục vít me XXI: Mx = 75,5.103 Nmm mm Vì trục này là trục vít me, nên để đảm bảo độ cứng ta chọn: dXXI = 45 mm, độ dài trục l = 930 mm Đường kính trục XX: Mx= 1,95.103 Nmm Vì trục này có then hoa nên ta chọn dXX = 40 mm chiều dài trục là 650 mm. Đường kính trục XIX: Mx = 2,09.103 Nmm Chọn dXIX = 30 mm ; chiều dài l = 200 mm Đường kính trục XVIII: MXVIII = 2,49.103 Nmm Chọn dXVIII = 40 mm. Chiều dài l = 1000 mm Đường kính trục XVI: Mx = 1,36.103 Nmm Chọn dXVI = 40 mm. Chiều dài l = 450 mm XÍCH CHẠY DAO HƯỚNG KÍNH Xác định lực kéo chạy dao Như trên đã phân tích, thành phần lực cắt tác dụng theo phương hướng kính là Pc. - Khi phay nghịch: Pc = 5436 N - Khi phay thuận: Pc = 14496 N Theo Resetop lực kéo chạy dao với bàn máy sống trượt đuôi én được xác định: Qk = K.Pc + f(Px + G) (**) Trong đó: Px: Lực gây ra áp lực ma sát trên sống trượt. Phay thuận : Px = 16308 N Phay nghịch: Px = 21744 N G: Trọng lượng phần di chuyển dựa theo kích thước bàn máy và sống trượt Tính sơ bộ: G = 3624 N ; K = 1,4 ; f = 0,15 Thay tất cả trị số trên vào (**), ta được: Phay thuận: Qk =1,4.14496 + 0,15.(16308 + 3624) = 23284,2 N Phay nghịch:Qk = 1,4.5436 + 0,15(21744 + 3624) = 11415,6 N Xác định mô men xoắn trên trục Ta có công thức: Trên trục XXIII: Đường kính sơ bộ trục: Đây là trục vít me, có độ dài l = 500 mm. Để đảm bảo độ cứng vững ta chọn dXXIII = 50 mm. Trên trục XXII: Đây là trục then hoa dài 400 mm, chọn dXXII = 35 mm Trên trục XXI: Đây là trục then hoa dài 300mm, để đảm bảo độ cứng vững chọn dXXI = 30 mm. Modul sơ bộ của bộ truyền trục vít Trong đó : K = 1,2 ; Mx =74,15.103 Nmm ; Z = 36 (răng) Chọn vật liệu bánh vít là BPM 9-4, đúc trong khuôn cát có: sbk= 480 N/mm2 mà: stx = 0,8.sbk = 0,8.480 = 384 N/mm2 Thay vào ta có : Tra bảng 4-6-STKCTM : m = 3 (mm), q = 12. Modul các bộ truyền bánh răng thuộc xích, ta thấy mômen xoắn trên các trục XVIII do xích chạy dao hướng kính gây ra bé hơn so với xích chạy dao dọc vẫn được sử dụng. Ta chỉ cần tính modul cho bộ truyền giữa các trục XXII, XXI, XXIII. Xác định modul sơ bộ giữa các trục XXIII và XXI: Ta có : (mm) Với M = 1,32.103 Nmm ; Z = 45 (mm) ; i = 1,1 Chọn msb = 2,5 mm. Xác định modul sơ bộ giữa bộ truyền trục XXII và trụcXXI: Ta có Mx = 1,32.103 Nmm ; Z = 34 ; i = 1,8 Thay vào ta có: Chọn msb = 2,5 mm. XÍCH CHẠY DAO TIẾP TUYẾN Xác định lực kéo của cơ cấu chạy dao Pt P Pv Theo nguyên lý cắt ta có: Pt = 0,9.Pz = 0,9.18120 = 16308 N PV = 0,4.Pz = 0,4.18120 = 7248 N Khi chạy dao tiếp tuyến dao dịch chuyển dọc trục nhờ cơ cấu vít me - đai ốc. Do đó lực kéo của cơ cấu chạy dao là: Q = PT = 16308 N Tính mô men xoắn trên các trục thuộc xích Ta có công thức: Trục XXX [trục vít me], có t = 12 mm Để lắp ráp với trục chính trục vít me phải chế tạo rỗng theo máy cùng cỡ, nên chọn dXXX = 110mm ; l = 300mm. Trục XXVIII Chọn dXXVIII = 25mm, lXXVIII = 350 mm. Trục XXVII: Chọn dXXVII = 40mm, lXXVII = 650 mm. Trục XXVI: Chọn dXXVI = 40mm, lXXVI = 650 mm. Trục XXV: Chọn dXXV = 40 mm, lXXV = 480 mm. Trục XXIV: Chọn dXXIV = 40 mm, lXXIV = 1600 mm. Modul của bộ truyền trong xích Modul bộ truyền trục vít bánh vít giữa hai trục XXX và XXVIII. Chọn vật liệu bánh vít: Bp0F10 - 1 có: sbk = 260 N/mm2 stx = 0,8.sbk = 208 N/mm2 Ta có công thức: Trong đó: K = 1,2 M = 77,9.103 (N.mm) Z = 4,8 (răng) Thay các trị số vào công thức trên ta có: Chọn q = 8 ; m = 3,5 ; (Bảng 4-6-TKCTM) Bộ truyền trục vít: i = 2/36 M = 1,36.103 Nmm Chọn vật liệu : Bp0F10 - 1 Thay và ta có: Vì bánh vít có Z = 36 và có trục luồn qua do đó ta tăng kích thước bánh vít bằng các tăng modul của bộ truyền. Chọn , bảng 4-4-TKCTM Þ m = 2,5 (mm); q = 12. Tính bộ truyền bánh răng nón giữa trục XXVII và trục XXVIII Ta có công thức: Trong đó: q’’ = 1 Chọn vật liệu là thép 40X ta có: [sn] = 197,9 N/mm2 Ym = 10 ; y = 0,49 ; Z = 29 (răng) ; K = 1,4 ; M = 104 Nmm. Thay các trị số vào công thức ở trên ta có : Chọn ms = 2 mm. Modul của bộ truyền bánh răng trụ Z40/Z68 Chọn vật liệu thép 40X ta có: Mx = 2,09.103 Nmm. mm Chọn msb = 2 mm. Đối với cụm bánh răng từ 74-86 với các tỷ số truyền tương ứng ta thấy: Trên trục XXIV và trục XXV gồm các cặp bánh răng di trượt tạo thành các cặp tỷ số truyền: Z38/Z86 ; Z82/Z85 ; Z81/Z84; Z80/Z78 ; Z76/Z77. Hai cụm này là các bánh răng tầng nên theo nguyên tắc ăn khớp và gia công thì môđun của chúng giống nhau. Nên cụm chuyển động này ta chọn môđun sơ bộ các bánh răng msb = 2 mm. XÍCH BAO HÌNH Để xác định công xuất bao hình ta xét trường hợp đặc trưng là khi cắt bánh răng nghiêng. Có m = 10 (mm) ; b = 45o ; Zf = 12 răng. Dao phay có góc xoắn vít w = 2o. Vậy w + b = 47o. b+w b+w Pb Px Po nd nf Ta thấy Pb có chiều quay ngược với chiều quay của phôi, do đó mômen do xích bao hình gây nên ở trục động cơ ngược với mômen do xích tốt độ và xích chaỵ dao gây nên. Công xuất xích bao hình được xác định theo công thức: . Trong đó: Pb = PZ.Cos(w + b) = PZ.Cos47o = 18120.Cos47o = 12357,8 N. nf = nd.K/Z = 59.1/12 = 4,17 v/ph. Vậy tốc độ phôi là: Vậy công suất xích bao hình: Mômen xoắn trên trục bàn máy là: Công suất và mômen trên các trục của xích là: Trục XIV: NXIV = Nb.h = 0,324.0,93 = 0,301 KW MXIV = (MXV.h).1/96 = 7,3.103 Nmm Trục XIII: NXIII = NXIV.h = 0,28 KW. MXIII = MXIV.h.1/1 = 6,79.103 Nmm. Trục XI: NXI = NXIII.h = 0,26 KW. MXI = MXIII.h.1/1 = 6,31.103 Nmm. Trục XI chịu tác dụng của lực chạy dao và xích bao hình gây ra mômen xoắn ngược chiều nhau. Do vậy công suất tổng cộng trên trục XI là: Mômen xoắn trên trục là: NXI = NbXI - NSXI = 0,26 - 0,105 = 0,155 KW Trục X: NX = NXI.h = 0,14 KW MX = MXI = Dao quay với tốc độ 50 v/ph. Vậy trục IX quay với tốc độ 200v/ph. Nhìn vào sơ đồ ta thấy: NX = NIX Trục VIII: NVIII = NX.h = 0,214 KW. MVIII = 9,4.103 Nmm. Trục IV: NIV = NIVcắt - NIVbao hình NIVcắt = 6,6 KW NIVbao hình = NVIII.h = 0,203 KW Vậy NIV = 6,379 KW . Trục III: NIII = NIV.h = 6,75 KW MIII = MIV.h = 321.103 Nmm. Trục II: NII = NIII.h = 7,08 KW MII = MIII.h = 144.103 Nmm Trục I: (Trục động cơ ) NI = 7,45 KW Tính đường kính sơ bộ: Trục XV: Chọn dXV = 60 mm, lxv = 450 mm. Trục XIV: Chọn dXIV = 35 mm , lXIV = 500 mm Trục XI: Chọn dXI = 35 mm, lXI = 520 mm. Trục V và trục VIII tính tương tự: Chọn dV = 35 mm ; lV = 350 mm dVIII = 45 mm ; lVIII = 650 mm. Trục IV: Tính trục IV theo công suất của xích tốc độ ta có: Đây là trục then hoa dài 1600 mm để đảm bảo độ cứng vững ta chọn dIV = 65 mm. Các trục III, II, I tính theo công xuất của động cơ trục II: NII = Nđc.hđaihổ = 7,06 KW nII = 1460/2,04 = 715,6 v/ph MII = 94,2 . 103 (Nmm) Đây là trục then hoa ta chọn dII = 45 mm. Trục dài 350 mm Trục III: Quay với tốc độ 200 v/ph. NIII = 6,71 KW MIII = 320.103 Nmm. Chọn dIII = 55 mm, lIII = 500 mm. Tính modul sơ bộ các bộ truyền thuộc xích: Modul bộ truyền trục vít bánh vít 1/96. Chọn vật liệu chế tạo bánh vít là : Bp0F10 - 1 [stx] = 160 N/mm2 Mx = 742.103 Nmm. Tra bảng 4-4-STKCTM. Chọn nên m = 4,5 ; q =11. Modul bộ truyền bánh răng trụ 35/35. Chọn vật liệu là thép 45X. N = 7,3 KW ; Mx = 0,308.103 Nmm. Chọn msb = 2,5 mm. Modul bộ truyền bánh răng 33/33: M = 6,9.103 N.mm Chọn m = 3 (mm) Modul truyền bánh răng thay thế: Khi cắt răng Z=12 ta dùng cặp bánh răng thay thế. a/b = 50/25 ; M = 6,21.103 Nmm Chọn msb = 2,5 mm Tính tương tự ta có modul bộ truyền e/f là: msb = 2,5 mm Modul bộ truyền bánh răng nón 27/27: (mm) Chọn vật liệu là thép 45 Þ[su] = 197,9 N/mm2 M = 9,4.103 Nmm ; N = 0,292 KW ; n = 200 v/ph ; Fm = 10 Khi tính lấy N = NIV = 6,397 KW (mm) msb = mtb + b.Sin F/Z = 3,7 (mm). Chọn: ms = 4 mm Modul bộ truyền bánh răng nón Z29/Z29 giữa trục III và trục IV của xích tốc độ. Chọn vật liệu là thép 45X: N = 6,71 KW ; n=200 v/ph ms = mtb + b.Sinj/Z = 3,67 mm. Chọn ms = 4 mm Tính modul bộ truyền bánh răng thay thế của xích tốc độ a/b Chọn vật liệu là thép 45. Z1=29 ; Z2=68 . Chọn msb = 2,5mm. BẢNG ĐỘNG LỰC HỌC ĐỐI VỚI CÁC XÍCH XÍCH TỐC ĐỘ 1 2 3 4 5 6 7 Kí hiệu trục theo sơ đồ động Tần số vòng quay (v/ph) Mômen xoắn (N/mm) Công suất (KW) Đường kính sơ bộ (mm) Modul sơ bộ (mm) Chiều dài trục (mm) VII 50,0 1150.103 6,04 85 4 710 VI 200 300.103 6,25 50 4 300 V 200 316.103 6,47 60 4 350 IV 200 305.103 6,397 65 4 1200 III 200 320.103 6,73 55 4 500 II 715,6 94,4.103 7,08 54 4 350 XÍCH CHẠY DAO HƯỚNG KÍNH 1 2 3 4 5 6 7 XXIII 47,15.103 50 3 500 XXII 2,29.103 35 2,5 400 XXI 1,42.103 30 2,5 300 XÍCH CHẠY DAO DỌC 1 2 3 4 5 6 7 XXI 1,46 36,5 0,006 45 3 930 XX 35 1,64 0,0064 40 2,5 650 IX 35 1,74 0,0068 30 2,5 200 XVII 31,5 2,05 0,0072 40 2,5 1000 XVI 52,5 1,36 0,008 40 2,5 450 XII 30,8 3 0,009 35 2,5 300 XÍCH CHẠY DAO TIẾP TUYẾN 1 2 3 4 5 6 7 XXX 77,9 110 3,5 300 XXIX 1,74 40 2 XXVIII 9,0 25 2 350 XXVII 1,0 25 2,5 300 XXVI 1,05 40 2 650 XXV 0,93 40 2 480 XÍCH BAO HÌNH 1 2 3 4 5 6 7 XIV 400,3 7,3 0,308 50 2,5 500 XIII 400,3 6,9 0,292 55 3 1600 XI 400,3 6,56 0,277 35 2,5 520 X 200 11,13 0,223 35 2,5 350 VIII 200 9,4 0,214 45 4 650 PHẦN VI TÍNH TOÁN CHI TIẾT MÁY Tính toán chi tiết máy là phần quan trọng cho máy (các chi tiết kết nối tạo thành máy) về phương diện độ chính xác máy, độ tin cậy và hiệu suất truyền dẩn cho máy.Trên cơ sơ đó, phần này ta cần tính toán và kiểm tra độ bền cho các chi tiết quan trọng (là nhưng chi tiết ảnh hưởng tới những yêu cầu kỹ thuật đặt ra của máy). Đó là những chi tiết ảnh hưởng trực tiếp tới độ chính xác gia công, những chi tiết làm việc với tải trọng lớn nhất ... TÍNH SỨC BỀN CHO TRỤC CHÍNH Đặc điểm của trục chính là: Trục dài 710 mm. Khi trục chính không lắp dao. Để việc tính toán được đơn giản ta giả thiết xét trong trường hợp gia công bánh răng trụ răng nghiêng (không có chạy dao tiếp tuyến) ta có thể coi lực cắt đặt vào đầu trục đặt tại gối. Ta có sơ đồ hoá lực của trục chính như sau: 200 M1 PV PZ M2 M1 M1 M0 M0 MX M0 MZ PN PZ Pa PV Pr C B A 150 360 M1 Pr PN M2 Ma Theo chế độ cắt ở n = 50 v/ph ta có: Lực cắt Pz = 18120 N Lực pháp tuyến PN = 17397 N Momen xoắn Mz= 1150.103 Nmm. Khi đó: Lực vòng PV1 = 2Mz/D1 Đối với bánh răng Z53 là bánh rănh nghiêng có: Z = 68 (răng) ; m = 4 (mm) D1 = Z.m = 4.68 = 272 mm Lực hướng tâm: Pr1 = Pv1 . tga = 8455,88 . 0,384 = 3247,058 N Lực dọc trục: Pa= Pv1.0,13 = 8455,88 . 0,13 =1099,26 N Ta đưa Pa về tâm trục sẽ được một lực và một mô men: Ma = Pa.P/2 = 149,99.103 Nmm Biểu đồ mô men xoắn (Hình vẽ) Biểu đồ mô men uốn theo phương y Sơ đồ hoá lực: (Hình vẽ) Ta thấy trục là một dạng bài toán siêu tĩnh, ta đưa về dạng sơ đồ hoá như sau: (Hình vẽ) Ta giải theo phương pháp phương trình 3 mômen cho trục. Khi đó ta thay các khớp là các khớp cầu và có các mô men liên kết là: Mo , M1, M2. Phương trình mô men liên kết như sau: M0.l1 + 2M1(l1+l2) + l2 . M2 + DP = 0 Trong đó: l1 = 200 mm l2 = 150 mm M0 = M2 = 0 ® 2M1.(l1 + l2) + DP = 0 Ta có: DP = 6 Ta xác định biểu đồ siêu tĩnh: Cộng hai biểu đồ ta được: Mst = MP + M1(-M1) (Hình vẽ) Ta xét chuyển vị theo phương y. Ta vẽ biểu đồ với lực đơn vị Pk=1 đặt tại vị trí bánh răng. Khi đó ta có biểu đồ: (Hìnhvẽ) Đây cũng là bài toán siêu tĩnh, do đó ta phải đi xác định M’1 Ta có phương trình: M’0.l1+2(l1+l2).M’1+l2.M’2= 0 Từ đó ta xác định được biểu đồ siêu tĩnh Mkst Chuyển vị theo phương y được xác định theo công thức: Chia biểu đồ MPST ra làm 4 phần W1; W2; W3; W4. Ta có tương ứng trên biểu đồ MKST có : h1 ; h2 ; h3 ; h4. Thay các giá trị trên ta có: Xác định biểu đồ và chuyển vị theo phương x Sơ đồ hoá lực: (Hình vẽ) Đây là bài toán siêu tĩnh, ta sử dụng phương trình 3 mô men: Ta có : Mo.l1 + 2(l1+l2).M1 + M2.l2 + DP = 0 M2= 0 = M0 Vẽ biểu đồ MP: (Hình vẽ) Vẽ biểu đồ M1: (Hình vẽ) Mst = MP+ M1 Xác định chuyển vị tại điểm D: Ta sử dụng phép phân biểu đồ Vêrêxaghin. Trước hết ta xác định biểu đồ Mk bằng cách đặt lực Pk = 1 lên trục tại điểm D. Tương tự như phần trước ta xây dựng được biểu đồ NKST. Chia biểu đồ thành 4 phần. Thực hiện phép nhân biểu đồ với: ÞW2 = 44,79976.0,022.1/2 s W3 = 259,11438.0,1278.1/2 W4 = 259,11438.200.1/2 h1 = 1,6297.2/3 h3 = 1,02464 h4 = 0,3227 Kiểm nghiệm độ cứng xoắn Ta có biểu đồ mô men xoắn đối với trục chính như sau: (Hình vẽ). Trục đã đảm bảo độ bền nhưng chưa chắc đã đảm bảo độ cứng xoắn. Nếu trục không đảm bảo độ cứng xoắn thì xẽ bị biến dạng trục gây ra kẹt ổ, phá hỏng bánh răng giảm độ chính xác, do đó ta phải kiểm tra độ cứng xoắn. G: Modul đàn hồi trượt G = 8.104 N.mm2 [j]: Góc xoắn cho phép lấy theo điều kiện máy công cụ. Với trục có chiều dài l = 710 mm lấy [j] = 3,55’ Vậy trục chính có độ cứng xoắn là: 1150.103 MSTy M1-y M1y MPy MX 639861,7 788860,5 6003396 1 6003396 3361744,5 C B A Biểu đồ mô men theo phương y Do đó trục chính thiết kế đảo bảo độ cứng xoắn. Các biểu đồ tính toán được vẽ như sau: PK=1 C B A 1629,7 784,1 Biểu đồ tính toán chuyển vị theo phương x Biểu đồ nội lực tính toán theo phương x 297819,24 4479,76 4479,76 259114,38 MSTX M-1X MPX Mo’ M1’ M1’ Pk=1 A B C M2’ 85,71 1 1629,7 Biểu đồ tính toán chuyển vị theo phương y THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CÔN Bộ truyền bánh răng côn xoắn trên trục IV, là bộ truyền làm việc với tải trọng lớn. Theo phần thiết kế bộ truyền với trục này Z=29 tỷ số truyền i = 1. Để bộ truyền lâu mòn và làm việc lâu dài ta chọn vật liệu chế tạo trục là thép 40X. Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép Ứng xuất tiếp xúc cho phép được xác định theo công thức: [stx] = [s]Notx . KN Trong đó : [s]Notx : Ứng xuất mỏi tiếp xúc cho phép khi bánh răng làm việc lâu dài, phụ thuộc vào độ rắn của vật liệu. Tra bảng 10-110-TKCT ta có [s]Notx = 17 HRC = 765N/mm2 Số chu kỳ cơ sở N0 = 15.107 KN : Hệ số chu kỳ tiếp xúc: Ntd: Số chu kỳ tương đương Ntd = 60.n.T.U n: Số vòng quay trong một phút của bánh răng 200v/ph T: Tổng số giờ làm việc T = 300.10.8.2 = 48000h U: Số lần ăn khớp của một răng khi bánh răng quay được một vòng U = 1 Thay tất cả các trị số trên vào ta được KN = 0,55 Vậy [stx] = 0,55 . 756 = 415 N/mm2 Ứng suất uốn cho phép Bánh răng làm việc một mặt nên ta có: s-1 - Giới hạn mỏi uốn của chu kỳ đối xứng s-1 » (0,4 ¸ 0,45) . sbk Với vật liệu là thép 40X: sbk = 900 Nmm2 ®s-1 = 0,45 .900 = 405 N/mm2 n - Hệ số an toàn n = 1,5 Ks - Hệ số tập chung ứng suất chân răng: K = 1,5 K’ - Hệ số chu kỳ ứng suất. N0 - Số chu kỳ cơ sở của đường cong mỏi uốn: N0 =5.106 m - bậc đường cong mỏi, với thép 40X : m = 6 Ntđ - Số chu kỳ tương đương Đối với tải trọng thay đổi: Mi = MIV = 350.103 Nmm Mmax = MVII = 1150.103 Nmm Thay các số vào ta được : Ntđ = 20.109 Ta thấy Ntđ > N0 nên K* = 1 Vậy [su] = 1,5 .450.1/ 1,5.1,8 = 225 N/mm2 Chọn sơ bộ hệ số tải trọng K K = 1,3 đến 1,5 . Sơ bộ chọn K = 1,4 Chọn hệ số chiều rộng bánh răng yL yL = b/L Chọn yL = 0,33 Xác định chiều dài nón Đối với bộ truyền bánh răng nón răng cong ta có : Trong đó: i = 1 ; N = 6,6 KW ; n2 = 200 v/ph K = 1,4 ; yL = 0,33 q': Hệ số khả năng tải: Chọn q' = 1,2 [stx] = 415 N/mm2 Thay các số liệu vào công thức trên ta có: L > 116,4 mm, chọn L = 117 mm Xác định vận tốc vòng quay của bánh răng Đối với bộ truyền bánh răng nón: Tra bảng 5-12-STKCTM. Ta có cấp chính xác chế tạo cặp bánh răng nón thuộc trục IV là cấp 9. Định hệ số tải trọng K và chiều dài nón L Ta có : K = Ktđ . Kđ Trong đó: Ktđ = 1,15 ( Bảng 5-13-STKCTM). Kđ = 1,2 ( Bảng 5-14-STKCTM) Nên K = 1,5 . 1,2 = 1,38 Chọn L = 116,2 mm Ở phần động lực học ta đã tính được modul của bộ truyền: ms = 4 mm ; Z = 29 Việc kiểm nghiệm theo [su] là không cần thiết vì trong quá trình tính toán ms đã kể đến [su]. Các thông số hình học khác Đường kính lớn nhất của vòng chia: D = ms.Z = 4.29 = 116 mm Chiều rộng bánh răng b = D. yL = 0,33.116 = 18,28 mm Góc mặt mút nón chia: YL = j1 = 450 Đường kính vòng đỉnh: Dc = ms .(Z + 2.cosj) = 4.(29 + 2.cos450) = 121,64 (mm) TÍNH BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG Z17/Z68 Ở bộ truyền này bánh răng làm việc với vận tốc nhỏ, chỉ giới hạn trong chuỗi tốc độ 50 ¸ 315 (v/f), nhưng lại chịu tải trọng lớn do lực cắt dao sinh ra, do đó để đảm bảo độ bền lâu ta chọn vật liệu là thép 40X. Ứng suất tiếp xúc Được xác định theo công thức: [stx] = [s]Notx.K’N Trong đó: [s]Notx - Ứng suất tiếp xúc cho phép khi bánh răng làm việc lâu dài, phụ thuộc vào độ rắn của vật liệu. Bảng 5-10 TKCTM, ta có: [s]Notx = 765 N/mm2. Số chu kỳ cơ sở No=15.107. K’N: Hệ số chu kỳ ứng xuất tiếp xúc: Trong đó: Ntđ - là số chu kỳ tương đương: Ntđ = N = 60.n.T.u =144.107. n: Số vòng quay của bánh răng trong 1 phút = 50(v/f) u: Số lần ăn khớp của răng khi bánh răng quay 1(v) =1 T: Tổng số giờ làm việc = 48000h ®[stx] = 756 ´ 0,55 = 415 N/mm2 2. Ứng suất uốn cho phép Tính theo công thức: Trong đó: s-1: Giới hạn mỏi uốn trong chu kỳ đối xứng s-1 = (0,4¸0,45)sbk, với thép 40X sbk = 900 N/mm2 ® s-1 = 0,45.900 = 405 N/mm2 n: Hệ số an toàn bền, n =1,5 Ks: Hệ số tập trung ứng suất cắt chân răng : Ks = 1,8 K’’N: Hệ số chu kỳ ứng suất uốn: Ntđ: Số chu kỳ tương đương. Đối với tải trọng thay đổi ta có No: Số chu kỳ cơ sở của đường cong mỏi uốn, No = 5.106 m: Số bậc đường cong mỏi, m = 6 ® Ntđ > No. Chọn KN’’ = 1 Chọn sơ bộ hệ số tải trọng K Có thể chọn K = (1,3¸1,5). Chọn K= 1,4 Chọn hệ số chiều rộng bánh răng YA= b/A . Chọn YA = 0,4 Xác định khoảng cách trục A Theo công thức: Xác định vận tốc vòng của bánh răng Tra bảng 5-12 TKCTM, ta chọn cấp chính xác bánh răng là 9. Định hệ số tải trọng K và khoảng cách trục A K = Ktt.Kd Với Ktt = 1,15, Kd = 1,2 ® K = 1,15.1,2 = 1,38 Tính chính xác khoảng cách trục A: Ở phần động lực học ta đã tính được modul bộ truyền Z17/Z68 là mn = 4. Các thông số hình học của bộ truyền: D1= m . Z1 = 4.17 = 68 (mm) D2 = m . Z2 = 4.68 = 272 (mm) Chiều rộng bánh răng: b = YA. A = 4. 196 = 78,4 (mm). BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT (1/96) Các thông số đã biết: M1=7,3.103 N.mm; n1=400,3 v/p; N1= 0,308 KW M2=124.103 N.mm; n2=4,17(v/p); N2 = 0,324 KW Z1= 1; Z2= 96 Bộ truyền làm việc một chiều tải trọng tương đối ổn định ổn định, thời gian làm việc T = 14400 h. Chọn vật liệu Giả thiết vận tốc trượt của bộ truyền là Vtr= (2 ÷ 3) m/s, ta chọn đồng thanh thiếc làm bánh vít và thép 45 tôi đạt độ cứng 45÷50 HRC làm trục vít. Xác định ứng suất cho phép Số chu kỳ thực tế: N = 60.n2.T= 60.4,17.14400 = 3,6.106. Với Vtr= 2÷3 m/s, theo bảng (11-7) [TKCTM] ta có: [stx]= 170 N/mm2, bảng (11-6) [TKCTM] có: [su] =115 N/mm2. Vì N = 3,6.106 >106 nên ta tính K’’N theo công thức: Do đó: [s] = [su]N0.K’’N =115.0,85 = 97,75 N/mm2 Þ[stx] = [stx]N0.K’N =170.1,13 = 192,1 N/mm2 Sơ bộ định hiệu suất và các hệ số tải trọng Ta sơ bộ định hiệu suất bộ truyền là: h = 0,75. Do đó N2 = N1 .h = 1.0,75 = 0,75 KW Tải trọng ổn định nên Ktt = 1 Giả thiết V2 < 3 (m/s), ta có : Kđ =1,1 Xác định modul m và hệ số đường kính q Tính modul theo sức bền tiếp xúc: Tra bảng (11-5) [TKCTM] chọn m = 4,5, q = 11, có Kiểm nghiệm vận tốc trượt, hiệu suất và hệ số tải trọng Vận tốc trượt Vt < 2 (m/s) đúng như giả thiết ở trên nên vật liệu đã chọn là đúng. Để tính hiệu suất ta lấy f = 0,04. Vật liệu bánh vít là đồng thanh có thiếc nên ta lấy r = 2o17’. Theo công thức : Gần bằng hiệu suất ta đã chọn. Vận tốc vòng báng vít: Vì V2 = 0,12 < 2 (m/s) nên không phải điều chỉnh Kđ. Kiểm nghiệm theo sức bền uốn Theo công thức : Với . Theo bảng ta có: y = 0,5 Xác định kích thước chủ yếu của bộ truyền Khoảng cách trục: A = 0,5.m.(q + Z2)= 0,5 .4,5.(11 + 96) = 240,75 (mm) Kích thước trục vít: dc1 = d1 = m.q = 4,5.11 = 49,5 (mm) Dc1 = dc1 + 2.m = 50 + 2.5 = 58,5 (mm) Di1 = dc1 - 2,4.m = 50 - 2,4.5 = 38,7 (mm) L ³ 4,5.(11+ 0,06.Z2) = 4,5.(11 + 0,06.96) = 75,42(mm) Vì trục vít được mài khi chế tạo nên lấy tăng chiều dài 1 đoạn 25(mm), vậy L = 100 (mm). Kích thước bánh vít: dc2 = d2 = m.Z2 = 4,5.96 = 432 (mm) Dc2 = dc2 + 2.m = 432 +2.4,5 =441 (mm) Di2 = d2 - 2,4.m = 432 - 2,4.4,5 = 421,2 (mm) Dn = Dc2 +2.m = 441 +24,5 =450 (mm) B = 0,75.d1 = 0,75.96 = 72 (mm) P2 n1 Pr1 Pa1 P1 Pr2 Pa2 Lực tác dụng lên trục Các thành phần lực tác dụng lên trục được thể hiện như hình vẽ: Pr1 = Pr2 = P2.tga = 3435,1.tg20o = 1250,2(N) TÍNH BỘ TRUYỀN VÍT ME ĐỨNG Chọn vật liệu và kết cấu Chọn vật liệu vít me là thép 50. Đai ốc là đồng thanh Bp0F10 - 0,5. Vít me phải đạt độ chính xác cấp 3. Dạng ren vít là ren thang có góc prophin a = 30o,đảm bảo dễ đóng mở đai ốc và độ chính xác đủ dùng. tvm = 10mm. Lực tác dụng Lực kéo P cần để khắc phục trở lực có ích và tổn thất ma sát được xác định: P = 23737,2 (N) Tính mòn Trong đó: [P] = 3.106 (N/mm2). Thay vào công thức ta có: Theo tiêu chuẩn ta lấy: de = 44 ; di = 31 ; dtb = 37,5 ; F = 7,55 (cm2). Góc nâng vít: Hiệu suất của bộ truyền: Trong đó: r = 6¸8o - Là góc ma sát trong ren. Ta lấy r = 7o Mômen xoắn : Tính sức bền Ứng suất tương đương: F = 7,55 cm2 ; Mk = 6,56 (N.m) ; P = 23737,2 (N) Vậy: stđ < [s] (thỏa mãn). Tính theo độ cứng Sai số do bước ren biến dạng đàn hồi là: Trong đó: P = 23737,2 (N) ; E = 19,6.104 (N/mm2) ; F = 755(mm2) Theo bảng 16 [TKMCKL]: với t = 10 thì [Dt] = ± 0,006 (mm) Kết quả: Độ cứng thoả mãn: Dt < [Dt] Tính theo độ ổn định Theo vít me đã chọn thì mômen quán tính bé nhất tại tiết diện ngang Jmin = 58000 (mm4). lvm = 500 (mm) g - Hệ số thu gọn chiều dài, tuỳ thuộc vào đặc tính kẹp chặt của đầu vít me: g = 0,7. Ta có lực kẹp tới hạn: Độ dự trữ ổn định: Ta thấy: Trục vít me đảm bảo ổn định. BẢNG KÊ BÁNH RĂNG 1 2 3 4 5 6 Số thứ tự Số răng Modul Số thứ tự Số răng Modul 1 29 4,5 43 20 15,875 2 29 4,5 44 20 15,875 3 F116 4,5 45 20 15,875 4 F234 4,5 46 26 3,5 5 27 4,5 47 29 3,5 6 27 4,5 48 29 2 7 27 2,5 49 29 2 8 27 2,5 50 29 2 9 27 2,5 51 5 3,5 10 1 4 52 48 3,5 11 45 4 53 68 4 12 58 2,5 54 17 4 13 58 2,5 55 29 4,5 14 33 3 56 29 4,5 15 33 3 57 12 3,5 16 2 3,5 58 1 2,5 17 27 2,5 59 18 2,5 18 27 2,5 60 30 2 19 24 4 61 30 2 20 20 15,875 62 35 2,5 21 29 4,5 63 35 2,5 22 29 4,5 64 96 4,5 23 102 3,5 65 1 4,5 24 22 3 66 20 4 25 33 3 67 1 4 26 45 2,5 68 21 2,5 27 45 2,5 69 21 2,5 28 45 2,5 70 40 2 29 50 2,5 71 36 2 30 45 2,5 72 36 2,5 31 50 2,5 73 2 2,5 32 34 2,5 74 40 2 1 2 3 4 5 6 33 61 2,5 75 70 2 34 1 3 76 40 2 35 36 3 77 32 2 36 1 3 78 28 2 37 5 2,5 79 40 2 38 52 2,5 80 36 2 39 44 2,5 81 24 2 40 36 2,5 82 46 2 41 40 2,5 83 48 2 42 39 2,5 84 26 2 BẢNG KÊ Ổ Loại ổ Kich thước Số lượng Loại ổ Kich thước Số lượng Ổ bi đỡ Ổ bi chặn 26 6 .19 . 6 1 8106 30.47.11 3 205 25.52.15 4 8107 35.52.12 6 206 30.62.16 18 8108 40.60.13 4 207 35.72.17 3 8114 70.95.18 2 208 40.80.18 18 8126 130.170.30 2 210 50.90.20 2 8209 30.52.16 2 211 55.100.21 2 8210 45.73.20 2 305 25.62.17 4 8210 50.72.22 2 8213 65.100.27 1 Ổ đũa chặn Ổ bi đỡ chặn 7204 20.47.15,5 2 7208 40.80.20 5 7305 25.62.18,5 2 7209 45.85.21 2 7310 50.110.29,5 2 7510 50.95.29,5 4 7511 55.100.27 2 7512 60.110.30 2 67207 35.72.18,5 10 67512 60.110.30 4 67513 65.120.45 2 67514 70.120.45 6 7507 35.80.23 1 36205 25.30.15 2 36210 50.90.20 2 36211 55.110.21 2 36120 100.150.24 1 46122 110.170.28 1 46216 80.140.20 1 Ổ đũa đỡ Loại ổ Kich thước Số lượng 32207 35.72.17 1 42211 35.100.21 2 42310 50.110.27 1 PHẦN VI BÔI TRƠN – LÀM MÁT MÁY HỆ THỐNG BÔI TRƠN Hệ thống bôi trơn là không thể thiếu được đối với máy cắt kim loại. Giải quyết tốt vấn đề bôi trơn cho máy sẽ giảm được ma sát, giảm tổn thất năng lượng, đảm bảo máy làm việc chính xác lâu dài. Yêu cầu đối với bôi trơn là phải làm việc tin cậy, có thể điều chỉnh lưu lượng tới các điểm bôi trơn, làm việc tự động, phải có bộ phận để kiểm tra sự làm việc của toàn hệ thống bôi trơn. Đặc điểm của máy phay lăn răng là làm việc trong một phạm vi tốc độ rộng nên khó áp dụng biện pháp bôi vung té và nhúng. Do đó bôi trơn các bộ truyền bánh răng, ổ bi ly hợp ta dùng phương pháp bôi trơn lưu thông. Còn ở các bộ phận khó bôi trơn lưu thông như sống trượt, vít me thì bôi trơn tự chảy. Sơ đồ hệ thống bôi trơn gồm: bơm, phin lọc dầu, ống dẫn, buồng phân phối, bể thu hồi, bể chứa. Để bơm dầu cho hệ thống ta dùng bơm cánh gạt. Dầu để bôi trơn là dầu công nghiệp. Để tính toán năng suất bơm ta dùng phương pháp cân bằng nhiệt giữa nhiệt lượng phát sinh do ma sát và nhiệt lượng hấp thụ do dầu. Nhiệt lượng toả ra ở các cặp ma sát được xác định theo công thức sau: W = 800.(1 - h).N (Kcal/h) (1) Trong đó: N: Công suất máy (KW). h : Hiệu suất máy, h = 0,8 Khi cho dầu chảy với lưu lượng (Q = lít/phút ) thì nhiệt lượng mà nó hấp thụ là: W = 60.Q.C.Dt.r (Kcal/h) (2) Với: C: Nhiệt dung riêng của dầu, C = 0,4 Kcal/KgC r: Khối lượng riêng của dầu, r = 0,9 Kg / dm3 Dt: Nhiệt độ nung nóng của dầu khi chảy qua bề mặt làm việc. Lấy bằng 5 ÷ 8oC. Đối với ổ trượt lấy bằng 30 ÷ 40oC. Cân bằng hai phương trình (1) và (2) ta có: Q = K.N (1 - h ) lít/phút K: Hệ số phụ thuộc vào sự hấp thụ của dầu thực tế nằm trong giới hạn từ 1 đến 3 ta chọn K = 3. Vậy Q = 3.7,5.( 1 - 0,8 ) = 4,5 lít/phút Kích thước của thùng dầu trong hệ thống bôi trơn phải đảm bảo sao cho dầu phải được chứa đầy và được làm sạch. Thể tích bể chứa lấy bằng năng suất của bơm sau 4 – 6 phút. Vậy ta chọn: V = 6 . Q = 6 . 4,5 = 27 dm3 Buồng phân phối khí Bể thu hồi Phin lọc dầu Bơm Bể chứa dầu HỆ THỐNG LÀM MÁT Việc dùng chất lỏng trơn nguội tưới vào vùng cắt làm tăng độ bền của dụng cụ cắt, tăng chất lượng bề mặt của chi tiết gia công, tăng năng suất cắt gọt vì nếu có hệ thộng làm mát có thể nâng cao tốc độ cắt. Dung dịch trơn nguội có tác dụng tốt với quá trình cắt vì nó tách phoi và làm sạch chi tiết. Hệ thống làm mát chi tiết đã được tiêu chuẩn hóa. Để làm mát (nguội) vùng cắt ta dùng bơm ly tâm, với động cơ điện cung cấp lưu lượng tới 200l/ph và áp lực 2 at. Lưu lượng bơm có thể được xác định tương tự như lưu lượng của bơm trong hệ thống bôi trơn. Nếu giả thiết toàn bộ công suất khi cắt được biến thành nhiệt, nhiệt này do nước làm sạch hấp thụ, ta có phương trình cân bằng nhiệt sau: Chọn dung dịch trơn nguội là Emuxi g = 1 Kg / l ; C = 1 (Kcal/KgoC). DT: Độ tăng nhiệt độ nước làm sạch phụ thuộc vào quá trình cắt, phương pháp dẫn nước làm sạch, sự nguội lạnh của nó trong hệ thống. Thường lấy bằng 15 đến 25oC, chọn = 20oC. N: Công suất cắt, N = 7,5 KW Vậy: Để cho dung dịch trơn nguội đảm bảo cho cả việc tách phoi ta cần tăng lưu lượng bơm. Theo kinh nghiệm ta lấy: Q = Q1 + k.N Với: Q1: Lượng chất lỏng cần thiết để tách phoi, thường Q1 = (10 ÷ 30) lít/ph. Chọn: Q1 = 20 lít/phút k: Hệ số tính đến sự dẫn nhiệt, k = 2 ÷ 6. Chọn k = 3 Vậy Q = 20 + 3.7,5 = 42,5 lít/phút. Kich thước thùng lọc dầu: Để lắng cặn cho dung dịch làm nguội ta dùng thùng lọc dầu riêng bằng tôn hàn. Muốn tăng khả năng lắng cặn để làm sạch dung dịch thì thùng phải có kích thước sao cho toàn bộ bụi bẩn chìm xuống đáy. Kích thước của thùng được chọn theo mắy cắt kim loại: l b h V b: Chiều rộng thùng h: Chiều cao thùng l: Chiều dài thùng V: Vận tốc chất lỏng chẩy qua thùng. Chọn m = b/h = 2 K: Hệ số phụ thuộc vào kết cấu thùng K < 1 Chọn K = 0,8 W: Vận tốc lắng của bụi bẩn. W = 9.d2 / 18.v = 9,81.103.0,1/18.5 = 1,09 mm/s v : Hệ số nhớt động học của dung dịch v = 5mm/s ; g = 9,81 m/s2 Xác định vận tốc chất lỏng chảy qua thùng. V = 106 . Q / 60 . F Trong đó : F - Diện tích tiết diện thùng F = b . h = 12,5 . 104 mm2 Vậy V = 106. 30 / 60 . 12,5 . 104 = 4 mm/s Nên h = 250 mm ; b = 2. h = 500 mm ; l = 800 mm Thể tích thùng: V = 500 . 250 . 800 = 100.000.000 mm3 PHẦN BẢY ĐIỀU CHỈNH VẬN HÀNH MÁY Điều chỉnh máy để gia công bánh răng trụ răng thẳng bằng phương pháp phay thuận, trong chu kỳ bán tự động với chạy dao đường chéo gồm các việc sau: Gá đặt kẹp phôi Gá dặt dụng cụ cắt Chọn vận tốc cắt Xác định chạy dao dọc và chạy dao hướng kính Điều chỉnh chạc phân độ Điều chỉnh chạc vi sai Điều chỉnh cữ chặn để đảm bảo chiều sâu, chiều dài cắt răng và cũng đảm bảo chu kỳ làm việc của máy. Điều chỉnh các bộ phận chuyển mạch của bảng điện. Điều chỉnh các cữ chặn an toàn di chuyển dọc trục dao phay Kep chặt trục gá dao phay Khởi động máy. GÁ ĐẶT VÀ KẸP CHẶT PHÔI Độ chính xác chế tạo và gá đặt phôi là những điều kiện đầu tiên của độ chính xác bánh răng được cắt. Phôi cần được kẹp chặt và không rung động khi gia công. Khi kẹp chặt phôi có đường kính ngoài lớn hơn 400mm thì kẹp chặt trên các đế chuyên dùng bằng các bu lông. Việc kẹp chặt các bánh răng liên tục với modul nhỏ hơn 5mm. Khi gia công chúng hoàn toàn được đảm bảo bằng cơ cấu thuỷ lực của giá đỡ ụ tâm trên, khi đó công việc truyền dẫn có thể là đòn kẹp đơn giản. Khi gia công với bánh răng liên tục với modul m ³ 6 cần thay đổi đòn kẹp đơn giản bằng ống kẹp Sanga. Đảm bảo được việc kẹp chặt như trên sẽ nâng cao độ bóng và độ chính xác của bánh răng gia công. GIÁ ĐẶT DỤNG CỤ CẮT Để tránh sai số trong các răng được gia công cần định tâm chính xác dao phay khi gá đặt nó. Muốn vậy phải tránh bụi bẩn hoặc dầu mỡ thừa bám vào dầu dao phay hoặc các vòng đệm trung gian. Cũng cần phải làm sạch phần đuôi của trục gá dao. Tuỳ theo quan hệ với sản phẩm gia công mà dao được gá đặt vào dưới một góc độ nào đó. Khi cắt bánh răng trụ răng thẳng cần quay trục gá dao đi một góc a. Khi cắt bánh răng trụ răng nghiêng với góc nghiêng với góc nghiêng đường xoắn là b, ta phải quay dao đi một góc l = b ± a. Dấu (-) khi dao và phôi cùng hướng xoắn. Dấu (+) khi dao và phôi ngược hướng xoắn. Ta có sơ đồ gá đặt như sau: Hướng xoắn của phôi là hướng xoắn phải: Hướng xoắn của phôi là hướng xoắn trái: Dao xoắn phải b-a Dao xoắn trái b+a Dao xoắn phải b+a Dao xoắn trái b-a Thông thường góc nâng của dao được tỳ lên mặt mút của dao phay. Việc điều chỉnh dao đi một góc chỉnh thô ban đầu theo đĩa chia độ, chỉnh tinh cuối cùng theo du xích. Nếu ký hiệu chiều dài phần vào của dao phay là be (hình dưới), và chiều dài phần ra là ba (tính từ răng trọn vẹn ngoài cùng A). Thì chiều dài của phần ăn khớp với bánh răng bị cắt tạo nên hình dáng của răng sẽ bằng : bw = be + ba Nếu ta ký hiệu chiều dài hữu ích của dao phay là bn (Tính từ răng trọn vẹn đầu tiên đến răng cuối cùng), thì giá trị bv (hình vẽ) mà trên đó dao có thể dịch chuyển theo hướng chiều trục được xác định theo công thức: bv = bn - bw Như vậy nhiệm vụ điều chỉnh ở đây sẽ là xác định lượng dịch chuyển do trục của dao trên đại lượng L sao cho L £ bv. Chiều dài phần vào be và phần ra ba của dao trong các bước được xác định rất nhanh chóng và thuận lợi theo đồ thị phân bố theo chiều dài làm việc của dao phay trong bước, phụ thuộc vào số răng Z và góc nghiêng b của bánh răng được cắt. Những giá trị be và ba nhận được từ đồ thị để chuyển thành (mm) cần nhân với bước của bánh răng được cắt (t). Trong đó : m - là modul dọc trục. Chỗ bắt đầu của một răng trọn vẹn là chỗ tính từ mặt bên của dao phay (ta lấy bằng 1/4 bước), như vậy về cả 2 phía là nửa bước. Do đó cần cộng thêm nửa bước vào giá trị bw Sau khi đã xác định xong tất cả các giá trị tính toán ban đấu thì trục chính cần đặt ở vị trí chính giữa. Nhờ có thang đo 4 (với giá trị vạch chia là mm) và vạch chỉ 6. Sau đó các vấu tỳ 5 được xác định và bắt chặt, chúng dùng để điều khiển đường dịch chuyển của dao phay. Dao 3 phay được gá trên trục chính ở vị trí giữa nhờ có thước chuyên dùng 1 và dụng cụ định tâm. 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 1 2 3 5 6 4 Sau đó dao phay và trục chính từ vị trí này được dịch chuyển sát với ổ chính hoặc cách ổ một khoảng tuỳ theo cụ thể . LỰA CHỌN TỐC ĐỘ CẮT Tốc độ cắt được lựa chọn theo vật liệu gia công, vật liệu dao, cắt thô cắt tinh độ bóng độ chính xác.Từ đó xác định số vòng quay của dao chọn bánh răng thay thế. ĐIỀU CHỈNH XÍCH CHẠY DAO Xích chạy dao đứng Sau khi chọn lượng chạy dao Sd ta sẽ chọn được cặp bánh răng thay thế theo bảng sau: a/b Sd a/b Sd 28/68 0,8 53/43 2,5 32/64 1 64/32 4,0 36/60 1,26 68/28 5,0 43/53 1,7 48/48 2,0 Xích chạy dao hướng kính Tương ứng với các cặp bánh răng thay thế của bảng trên ta có lượng chạy dao hướng kính là : 0,27 ; 0,33 ; 0,43 ; 0,56 ; 0,67 ; 0,83 ; 1,88 ; 1,7. Sau khi đã xác định lượng chạy dao Sk dựa vào bảng trên ta chọn được cặp bánh răng thay thế. Xích chạy dao tiếp tuyến Từ phương trình cân bằng ta có công thức điều chỉnh xích chạy dao tiếp tuyến. Trong đó: io - Là tỷ số truyền hộp chạy dao thay thế, từ iTST ta xác định được itt và chọn được các cặp bánh răng thay thế. Xích chạy dao đường chéo Chạy dao dường chéo có thể dùng gia công tất cả bánh răng trụ răng thẳng và một phần nào đó của bánh răng nghiêng . Bởi vì nếu góc nghiêng của bánh răng lớn thì tất cả các phần của dao đều tham gia vào cắt gọt và trong một số trường hợp chiều dài của dao không đủ để tạo nên hình dạng răng một cách chính xác. Việc dùng xích chạy dao đường chéo sẽ đạt hiệu quả cao khi dùng dao phay đã được kéo dài thêm chiều dài cắt để cắt những bánh răng có số răng nhỏ. Điều chỉnh chạc phân độ Công thức điều chỉnh: Khi cắt bánh răng có số răng Z từ 12 đến 160, thì e/f = 54/54 nên: Khi cắt bánh răng có số răng Z > 160: Để tránh cho cặp bánh vít, trục vít của trạc phân độ không bị mòn trước kỳ hạn, khi điều chỉnh trạc phân độ cần chú ý sao cho vòng quay của trục vít không vượt quá 1200 vòng /phút: Trong đó: n - Số vòng quay của dao trong 1 phút K - Số đầu mối của dao phay Z - Số răng được cắt Điều chỉnh chạc vi sai Khi cắt bánh răng không có chạy dao đường chéo thì ta có công thức điều chỉnh chạc vi sai là : Trong đó: b: Góc nghiêng răng mn: Modul pháp tuyến của bánh răng dược gia công K: Là số đầu mối của dao phay lăn răng Cũng có thể cắt bánh răng nghiêng bằng cách điều chỉnh xích bao hình không vi sai theo lượng di động tính toán: 1 (vòng bàn máy) ® Z/K + Z.Sd/K.T Vòng dao Ta có: Với Cx = 24 khi Z < 160 và cặp bánh răng e/f =1 Cx = 48 khi Z > 160 và cặp bánh răng e/f =1/2 Khi cắt bánh răng trụ răng thẳng có số răng là số nguyên tố lớn hơn 100 vì trong bộ bánh răng thay thế đi kèm theo máy không có số răng nguyên tố Z > 100. Do đó khi cắt bánh răng nguyên tố Z > 100 thì phải dùng phương pháp điều chỉnh sử dụng xích vi sai. Công thức điều chỉnh xích phân độ: Thông thường Để bù vào lượng ± DZ ở xích phân độ ta phải điều chỉnh xích vi sai: Trong trường hợp này cần lắp bánh răng thay thế trên các trục vào và ra, trục trung gian của hộp chạy dao. Công việc được tiến hành với lượng chạy dao Sd = 2,88283 mm/v. Các bánh răng thay thế Z = 48 răng. Vậy: Cắt bánh răng với số răng nguyên tố chỉ được thực hiện như trong chế độ cắt điều chỉnh máy. Còn việc đưa bàn dao ngược trở lại vị trí ban đầu chỉ được tiến hành khi bánh răng đã được tháo khỏi trục trung gian của hộp chạy dao. Cắt bánh vít bằng chạy dao tiếp tuyến Các xích tốc độ, xích bao hình vẫn sử dụng như phần trên. Xích chạy dao tiếp tuyến theo công thức: Trên xích vi sai ta thấy rằng khi dao phay dịch 1 lượng p.md thì phôi (bánh vít) cũng quay một lượng p.mS bánh vít (ngiã là quay đi 1/Z vòng). Hoặc trục vít có bước t = 12 mm quay đi p.md/12 vòng thì phôi quay đi 1/Zbv vòng, từ sơ đồ động ta có phương trình cân bằng: Trong đó: ; ; mn - Modul pháp tuyến g - Góc nâng đường xoắn dao phay Ta có: Trục dao phay quay lồng không ở trong trục vít me, khi phay tiếp tuyến thì trục dao mang cả bánh răng Z68 di chuyển dọc trục, khi di chuyển dọc trục bánh răng Z68 có sự quay phụ thêm do sự ăn khớp của bánh răng nghiêng. Bước xoắn của bánh răng nghiêng Z68 là: Khi dịch chuyển St thì nó quay thêm một lượng là: Để không bị phá vỡ quan hệ bao hình thì phôi phải quay thêm một lượng là: Như vậy phương trình điều chỉnh phụ thuộc vào xích vi sai là: Từ đó ® iy = ± 0,003701.io. Vậy ta có phương trình điều chỉnh xích vi sai trong trường hợp cắt bánh vít bằng phương pháp chạy dao tiếp tuyến là: Dấu (+) ứng với khi dao xoắn phải. Dấu (-) ứng với khi dao xoắn trái Cắt bánh răng nghiêng bằng phương pháp chạy dao đường chéo Khi gia công bánh răng nghiêng bằng phương pháp chạy dao đường chéo tỉ số truyền của xích vi sai phải thay đổi một lượng là: Vì nó đã được bù với chạy dao đường chéo sở dĩ có góc a là khi gá dao nghiêng đi một góc ( a+b) thì lượng chạy dao tiếp tuyến sẽ là: Stc = St.Cosa. Vậy công thức điều chỉnh chạc vi sai sẽ là: iy = 7,95775.Sinb/mn.K ± [ (2,705634.Cosa/mn.K)] ± 0,00307).io Việc thay đổi của số hạng ±[ (2,705634.Cosa/mn.K)] 0,00307).io Sẽ dẫn đến phải thay đổi hướng chuyển động chạy dao tiếp tuyến. VÍ DỤ Tính toán điều chỉnh máy để gia công cặp bánh răng trụ răng nghiêng 18/50, có góc nghiêng b = 12022, có modul m = 2mm. Xích tốc độ: Với dao phay là dao là dao phay trục vít một đầu mối (K =1), vật liệu là thép gió, có hướng xoắn phải. Vật liệu gia công bánh răng là gang. Nên theo hoạ đồ hình 22 - Hướng dẫn sử dụng máy phay lăn răng 5k32- ta chọn được vận tốt cắt là 20 mm/vòng. Tương ứng với cặp bánh răng thay thế: a = 23 (răng); b = 64 (răng). Tạo ra số vòng quay của trục chính trục chính trong một phút là 63 vòng/phút. Xích chạy dao đứng: Với tốc độ cắt là 63 vòng/phút ta chọn được lượng chạy dao dọc tương ứng là: Sd = 1 mm/vòng. Công thức điều chỉnh: Chọn được cặp bánh răng thay thế tương ứng là: a = 32 (răng); b = 64 (răng). Xích chạy hướng kính: Công thức điều chỉnh: isk = 1,64.Sk Tương ứng vơi cặp bánh răng thay thế này ta tìm được lượng chạy dao hướng kính là: 0,33 mm/vòng. Xích bao hình: Công thức điều chỉnh: Ta có: K=1 - là số đầu mối của dao. Gia công bánh răng nghiêng với số răng : Z=18 (răng) Vậy ta chọn : a= 40 (răng) ; b = 80 (răng) ; c = 80 (răng) ; d = 30 (răng) Để đảm bảo điều kiện không trạm trục khi lắp thì phải thảo mãn đẳng thức sau: a + b> c + ( 15 - 20) c + d > b + (15 - 20) Ta thấy rằng: 40 + 80 > 80 + ( 15 - 20); 80 + 30 > 80 + ( 15 - 20); Như vậy với các bảnh răng a, b, c, d mà ta chọn là hoàn toàn thoã mãn. Gia công bánh răng nghiêng với số răng: Z = 50 (răng) Vậy ta chọn : a = 60 (răng); b = 24(răng); c = 20 (răng) ; d = 30 (răng) Để đảm bảo điều kiện không trạm trục khi lắp thì phải thảo mãn đẳng thức sau: a + b > c + ( 15 - 20); c + d > b + (15 - 20); Ta thấy rằng: 60 + 24 > 20 + (15 - 20); 20 + 30 > 30 +( 15 - 20); Như vậy với các bảnh răng a, b, c, d mà ta chọn là hoàn toàn thảo mãn. Xích vi sai: Công thức điều chỉnh: Trong đó: mn = 2 - là modul pháp tuyến, K=1- là đầu mối dao phay, b = 12022’- là góc nghiêng của bánh răng được cắt. Thay số vào ta có: Vậy ta chọn: a = 40 (răng); b = 30(răng); c = 18 (răng) ; d = 40 (răng) Tính toán điều chỉnh máy gia công bánh vít modul mặt đầu ms = 6(mm), tỉ số truyền Chọn vật liệu làm dao là thép gió, có hai đầu mối (K = 2), hướng xoắn của dao là hướng xoắn phải. Xích tốc độ: Công thức điều chỉnh: iv = Với dao là thép gió, vật liệu chế tạo bánh vít là đồng, nên ta chọn được vận tốc cắt của dao là 25 mm/phút. Tương ứng với vận tốc cắt này ta có số vòng quay trên trục chính của dao là nd = 63 mm/vòng. Do đó; Vậy ta chọn: a = 23 (răng); b = 64 (răng); Xích bao hình: Gia công bánh vít nghiêng với số răng: Z = 73 (răng); Vậy ta chọn : a = 24 (răng); b = 50 (răng); c = 50 (răng) ; d = 73 (răng) Để đảm bảo điều kiện không trạm trục khi lắp thì phải thảo mãn đẳng thức sau: a + b> c + ( 15 - 20); c + d > b + (15 - 20); Ta thấy rằng: 24+50 > 50 + (15 - 20); 50+73 > 50 +( 15 - 20); Như vậy với các bảnh răng a, b, c, d mà ta chọn là hoàn toàn thoã mãn. Xích vi sai: Công thức điều chỉnh: Trong đó: mn = 6 mm - là môdul mặt dầu của bánh vít; K = 2 - là số đầu mối của dao phay trục vít; io - tỉ số truyền của khối bánh răng chạy dao tiếp tuyến,lấy i0 = 1/2 Ta lấy dấu cộng vì hướng xoắn của dao là hướng xoắn phải. Do đó ta có: Vậy ta chọn: a = 30 (răng); b = 60(răng); c = 24 (răng); d = 50 (răng) Để đảm bảo điều kiện không trạm trục khi lắp thì phải thảo mãn đẳng thức sau: a + b> c + ( 15 - 20); c + d > b + (15 - 20); Ta thấy rằng: 30 + 60 > 20 + (15 - 20); 24 + 50 > 60 +( 15 - 20); Như vậy với các bảnh răng a, b, c, d mà ta chọn là hoàn toàn thảo mãn. Xích chạy dao tiếp tuyến: Công thức điều chỉnh: Do tốc độ quay của dao là nd = 63 vòng/ phút và (khi vị trí tay gạt ở vị trí 1), nên ta chọn được lượng chạy dao tiếp tuyến là: st = 0,44 mm/vòng ( Bảng 2-hướng dẫn sử dụng máy phay lăn răng 5K32 ). Do đó: Vậy ta chọn: a = 32 (răng); b = 64 (răng); SỬ DỤNG VÀ BẢO QUẢN MÁY Máy phay lăn răng là loại máy chuyên dùng trong bước chuẩn bị gia công có nhiều công việc quyết định đến công việc gia công năng suất máy. Vì vậy bước chuẩn bị gia công gồm có: Thay đổi bánh răng thay thế xích tốc độ theo tốc độ đã chọn Chọn bánh răng thay thế xích bao hình và xích vi sai Chọn bánh răng thay thế cho hộp chạy dao Các tín hiệu cần kiểm tra là các đèn tín hiệu các đèn tín hiệu nằy hướng dẫn cho công nhân sử dụng các cơ cấu điều khiển máy. Ví dụ: Khi cắt bánh răng trụ, ngoài việc tính toán điều chỉnh xích ta cần chuyển mạch ăn dao hướng kính hay tiếp tuyến. Nếu đèn tín hiệu báo sáng có nghĩa là điều chỉnh chạy dao dừng lúc cắt hết chiều dài răng nhưng chưa đảm bảo chiếu sâu răng. Răng cắt cần chuyển mạch ăn dao và tiếp tục chạy dao hướng kính, đèn tín hiệu chạy dao hương kính sẽ bật sáng vì thế việc tuân thủ các quá trình khởi động máy là một quá trình khắt khe không thể sai phạm. Vấn đề bôi trơn làm nguội máy càng cần thiết để đảm bảo tuổi thọ cho máy. Việc cho dầu mỡ vào các ổ để kiểm tra các mắt báo dầu phải được thường xuyên. Làm nguội là biện pháp tăng năng xuất máy tăng chất lượng sản phẩm, tuổi bền dao, vì vậy phải đảm bảo dung dịch trơn nguội đúng thành phần hoá học, lưu lượng và đặc biệt lưu ý các tạp chất gây hư hỏng máy. Việc bảo quản máy là một vấn đề rất quan trọng nếu thực hiện tốt một số qui định về việc bảo quản máy thì đảm bảo cho máy nâng cao tuổi bền sử dụng được lâu dài, độ chính xác của máy được đảm bảo.